单级圆柱齿轮减速器全版课程设计.doc

机 械 设 计 课 程 设 计单 机 圆 柱 齿 轮 减 速 器机械设计课程设计设计计算说明书题目 单级圆柱齿轮减速器设 计 者 学 号专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 指导教师 设计时间 2011.1.5目 录1. 设计任务书022. 传动系统方案的拟定023. 电动机的选择024. 传动比的分配045. 传动系统运动和动力参数056. 减速器齿轮设计计算067. 减速器轴及轴承装置的设计168. 键联接的选择209. 联轴器的选择2010.减速器箱体及附件的设计2111.设计小结2412.参考文献25机械设计课程设计说明书计 算 及 说 明结 果1.设计任务书1）设计任务设计带式输送机的传动系统，采用单机圆柱齿轮减速器。2）原始数据输送带有效拉力 F = 3000 N输送带工作速度 V = 1.2 m/s树洞带滚筒直径 D = 400 mm减速器设计寿命为5年3）工作条件两班工作（每班按8h计算），空载启动，载荷变化不大，常温下连续单向运转，运输机工作效率=0.96，三相交流电源，电压为380/220V；工作环境室内，灰尘较大，环境温度30左右普通中小制造厂，小批量2.传动系统方案的拟定带式输送机传动系统方案如下图所示。3.电动机的选择1）电动机容量的选择由已知条件可以计算出工作机所需要的有效功率计算：2）传动系统的总效率 联轴器效率= 0.99；一对滚动轴承效率= 0.98；闭式圆柱齿轮传动效率=0.97；开式圆柱齿轮传动效率=0.96；输送机滚筒效率=0.96；估算传动系统总效率式中 =0.99=0.980.97=0.9506=0.980 0.97=0.9702=0.980.96=0.9408=0.980.96=0.9408得传动系统总效率=0.990.95060.97020.94080.9408=0.8081442593)工作机所需要电动机的功率式中 工作机所需电动机功率，kw 工作机所需有效功率，kw 工作机的阻力或阻力矩，N或N.m 工作机的线速度或转速，m/s或r/min 传动系统的总效率，多级串联传动系统的总效率等于各级传动效率及摩擦副效率的连乘积，及，各类效率值可查阅表3-1。由表3-2所列Y系列三相异步电动机技术数据中可以确定，满足条件的电动机额定功率应取5.5 kw。4）电动机转速的选择根据已知条件有计算得知输送机滚筒的工作转速选同步转速= 750 r/m的电动机为宜。5）电动机型号的确定由表3-2初选转速为750 r/m的电动机，对应于额定功率为5.5 kw的电动机型号应为Y160M2-8型。其主要性能数据如下表电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/m）满载转速（r/m）中心高度H(mm)轴伸直径D (mm)轴伸长度E (mm)总传动比Y160M2-85.57507201604211012.57= 3.0kw= 4.45kwY160M2-8= 5.5 kw= 720 r/m4.传动比的分配带式输送机传动系统的总传动比由传动系统方案知 = 1； = 1按表3-1查取开式圆柱齿轮传动的传动比 = 4由计算可得单级圆柱齿轮减速器的齿轮的传动比传动系统各传动比分别为：= 1， = 3.14， = 1， = 4 5.传动系统的运动和动力参数传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下：0轴（电动机轴）：1轴（减速器高速轴）：2轴（低速轴）：3轴（开式齿轮高速轴）：4轴（开式齿轮低速轴）：传动系统的运动和动力参数轴 号电动机单机圆柱齿轮减速器开式圆柱齿轮传动工作机0轴1轴2轴3轴4轴转速n(r/min)720720229.3229.357.33功率p（r/min）4.454.414.194.073.83转矩T（N.m）59.158.51176.64171.38644.94两轴连接件、传动件联轴器齿轮联轴器齿轮传动比i13.17414传动效率0.99095060.97020.9408 注：对电动机轴多填写的为输出功率和输出转矩，对其他各轴所填的为输入功率和输入转矩。6.减速器齿轮设计计算【1】闭式齿轮设计1）选择齿轮材料参考表13-1，一般用途减速器，无特殊要求。小齿轮用45钢大齿轮用45钢2）选择热处理方法及齿面硬度减速器单件生产，为便于加工，采用软齿面；热处理方法及硬度选取参考表13-13）确定许用弯曲应力 弯曲疲劳极限应力 由图13-9，小齿轮=250 MPa大齿轮=220 MPa 寿命系数 应力循环次数 由图13-10 = 0.88 , = 0.90 试验齿轮的应力修正系数 由标准规定 = 2 最小安全系数 由表13-4，按一般可靠度 = 1.25 许用弯曲应力 由式（13-8） 4）确定许用接触应力 接触疲劳极限应力 由图13-13c，小齿轮=580 MPa 大齿轮=550 MPa 寿命系数 应力循环次数 由图表13-14， 最小安全系数 由表13-4，按一般可靠度，= 1 许用接触应力 由式（13-14） 取 = 533.6 MPa5）按齿面接触强度确定中心距 载荷系数 设齿轮按8级精度制造 由表13-2，按电动机驱动，载荷平稳，取K = 1.2 齿宽系数 由表13-6，按对称布置，软齿面取 由式（13-15）， 弹性系数 由表13-5， 节点区域系数。 初设螺旋角 由图13-12， 重合度系数 初取= 22，,取= 73 （误差小于5%） 端面重合度，由式（13-19） 轴向重合度由式（13-24） 螺旋角系数 由式（13-25），设计中心距 由式（13-13）， 取，重求中心距圆整中心距，取则需调整6）确定齿轮参数与尺寸 取齿数 模数 实际齿数比 确定分度圆直径 确定齿宽 取7）验算轮齿弯曲强度 当量齿数 ，按=24查表，按=76查表 齿形系数和修正系数 由表13-3 ， 重合度系数 重新计算端面重合度，由式（13-19） 螺旋角系数 由及查图13-17，取 校核弯曲强度，由式（13-6） 8）设计结果齿轮参数及几何尺寸模数 齿数 ，齿宽 ，分度圆直径 ，中心距 齿轮精度 8级齿轮材料 小齿轮 45钢，调质，230250HBS；大齿轮 45钢，正火，190210HBS【2】开式齿轮设计1）选择齿轮材料参考表13-1，一般用途减速器，无特殊要求2）选择热处理方法及齿面硬度减速器单间生产，为便于加工，采用软齿面，热处理方法及硬度选取参考表13-13）确定许用弯曲应力弯曲疲劳极限应力由图13-9c小齿轮大齿轮寿命系数，应力循环次数由图13-10，, 试验齿轮的应力修正系数由标准规定， 最小安全系数由表13-4，失效概率低于1/100，许用弯曲应力由式13-8，4）确定许用接触应力接触疲劳极限应力，由图13-13c，图13-13b小齿轮大齿轮寿命系数，应力循环次数由图13-14，,最小安全系数由表13-4，失效率低于1/100，许用接触应力由式13-14，5）按齿面接触强度确定中心距小齿轮转矩，齿轮比载荷系数，设定齿数轮按8级精度制造，由表13-2，取载荷系数K=1.6齿宽系数齿轮相对于轴承对称布置由表13-6，取由式13-15，计算得弹性系数由表13-5，节点区域系数由图13-12，重合度系数直齿轮传动在1.11.9之间选取，初取=1.750由式13-10，计算中心距 取标准值a=194mm6）确定齿轮参数尺寸初取齿数,计算模数由表6-2，取标准模数m=2.5mm确定齿数，解与得：，实际齿数比确定重合度系数由式13-10得确定齿宽,取，7）验算轮齿弯曲强度齿形系数由表13-3，应力修正系数由表13-3，重合度系数由式13-4，齿根弯曲应力由式13-4，8）设计结果齿轮参数及几何尺寸模数 齿数 ，齿宽 ，分度圆直径 ，中心距 齿轮精度 8级齿轮材料 小齿轮 45钢，调质，230286HBS；大齿轮 45钢，正火，170217HBS小齿轮45钢大齿轮45钢小齿轮调质，硬度230250HBS大齿轮正火，硬度190210HBS=250 MPa=220 MPa=0.88,= 0.90= 2= 1.25=352 MPa；=316.8 MPa=580 MPa=550 MPa= 1 = 533.6 MPaK = 1.2，齿轮弯曲疲劳强度满足小齿轮45钢，调质，230250HBS；大齿轮45钢，正火，190210HBS K=1.6=1.7507.减速器轴及轴承装置的设计1）轴的设计考虑相邻齿轮沿轴向不发生干涉，计入尺寸s，可取s=512；考虑相邻齿轮与箱体内壁沿轴向不发生干涉，计入尺寸k，取k=10；为保证滚动轴承完全放入箱体轴承座孔内，计入尺寸c，当轴承采用油润滑时取c=5，取轴承宽度在n=1530 mm。初估减速器输入轴轴端直径如果减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联接，则外伸段径与电动机轴径不得相差很大，否则难以选择合适的联轴器。即减速器输入轴轴端直径和电动机轴直径必须在所选取联轴器毂孔最大与最小直径允许范围内。为此，可取减速器输入轴轴端直径为： 轴的结构设计求轴传递的转矩及轴上的作用力圆周力 径向力 轴向力 轴向力弯矩 轴的材料选取轴的材料首先应有足够的强度，对应力及总的敏感性低；还需满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性要求；并要具有良好的加工性能，且价格低廉、易于获得。选取轴的材料为45钢，用45钢制造的轴一般应进行热处理、表面强化处理及化学处理，进一步提高其强度、耐磨性和耐腐蚀性。轴的受力分析及校核(a)(a)(a)(a)BCA。竖直面（b）（c）：即水平面（d）（e）： 取d=40 强度满足2）滚动轴承的选择由轴的校核可得减速器输入轴轴端直径为35mm故选轴承的型号为30208，对滚动轴承进行校核：对两轴承的径向载荷由系统静平衡得求两轴承的轴向载荷查表得轴承的型号为30208，。所以需要在轴承处加一平衡力计算当量动载荷对轴承1： 查表17-6，17-7得对轴承2：按轴承1计算。所需轴承满足要求轴承型号302088.键联接的选择1）键的选择高速轴 d=46 查表 b=14，h=9，L=70低速轴 d=46 查表 b=14，h=9，L=632）键的校核选择键的类型、材料，确定键的尺寸根据工作要求，选用A型普通平键材料选用45钢键的尺寸为d=46mm，b=mm，h=9mm，L=63mm校核键联接的强度普通平键构成静联接，应校核轮毂的挤压强度、许用挤压应力。已知齿轮材料为45钢，查表15-15得挤压应力 =100120键的工作长度 挤压应力键的强度满足。确定键的型号1463 GB1096-20009.联轴器的选择1）高速轴 初选TL6 进行校核： 满足强度2）低速轴 由d=35 选HL3 满足强度10.减速器箱体及附件的设计1）减速器的基本结构 齿轮、轴及轴承减速器中的小齿轮与高速轴采用齿轮轴结构；大齿轮与低速轴分别制造，齿轮在轴上的周向固定采用过盈配合附加平键联接。轴上零件的轴向定位与固定采用轴环、轴肩、轴套和轴承盖等加以实现。齿轮的润滑采用浸油润滑。两根轴的支承均采用圆锥滚子轴承，这种轴承组合使用于承受较大径向载荷和轴向载荷复合作用的情况。轴承利用齿轮旋转时溅起的稀油进行润滑，箱座油池中的润滑油被齿轮飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁坡口流进箱座剖分面上的输油沟，再经轴承盖上的导油槽流入轴承。为防止在轴外伸段处箱体内润滑油流失以及外部灰砂、异物进入箱体内，在轴承透盖和外伸轴之间装密封件。 减速器箱体 减速器箱体作用在于支承旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供一封闭的工作空间，使其处于良好的工作状态；同时防止外界灰砂、异物侵入以及箱体内润滑油逸出。箱体兼作油箱使用，以保证传动零件啮合过程的良好润滑。箱体是减速器中结构和受力最复杂的零件，应具有足够的强度和刚度。 减速器附件 为保证减速器的正常使用和维护，必须进行向减速器箱体内注入润滑油及换油、检查油面高度、加工或装配时箱盖和箱座的精确定位及吊装等工作，这些就需要依靠若干附件来实现。减速器附件包括：窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞和起吊装置等。2）箱体设计名 称符 号结 构 尺 寸计算结果箱座壁厚单级：0.025148+1=4.78取=8mm箱盖壁厚1单级：0.025148+1=4.78取1=8mm箱座凸缘厚度bb=1.5=1.58=12b=12mm箱盖凸缘厚度b1b1=1.51=1.58=12b1=12mm箱盖底凸缘厚度PP=2.5=2.58=20P=20mm箱盖上的肋厚mm0.85=0.858=6.8m=8mm箱盖上的肋厚m1m10.851=0.858=6.8m1=8mm地脚螺旋栓d0.036a+10=0.036148+10=15.328d=16mm地脚螺旋栓数目n单级：4n=4地脚螺栓螺栓直径dM16d=16mm螺栓通孔直径d20d=15mm螺栓沉头座直径d045d0=40mm地脚凸缘尺寸L127L1=24mmL225L2=22mm轴承螺栓联接直径d10.75 d=0.7516=12d1=12mm轴承旁联接螺栓直径轴承旁螺栓d1M12d1=12mm螺栓通孔直径d113.5d1=13.5mm沉头座直径D026D0=26mm剖分面凸缘尺寸c120c1=20mmc216c2=16mm上下箱联接螺栓直径d2（0.50.6） d=89.6取d2=10mm上下箱螺栓直径螺栓直径d2M10d2=10mm螺栓通孔直径D211d2=11mm沉头座直径D024D0=24mm剖分面凸缘尺寸c118c1=18mmc214c2=14mm定位销孔直径D3d3(0.70.8)d2=78取 d3=8mm轴承旁联接螺栓距离S以Md1螺栓和 Md3螺钉不干涉为准尽量靠近，可取S=D2=120S=120,mm轴承旁凸台半径RRc2=16R=16mm轴承旁凸台高度H根据低速轴轴承座外径D2和Md1螺栓扳手空间c1的要求，由结构确定h=大齿轮顶圆与箱体内壁距离111.2=1.28=9.61=9.6箱体外壁在轴承座端面距离KK=c1+c2+(S8)=20+16+( S8)K=44mm剖分面在底面高度H齿轮减速器：H(11.2)a=(11.2)148148177.6H=170mm对于单级圆柱齿轮减速器，以浸入大齿轮一个齿全高为宜，但浸油深度不应小于10mm，为避免由于齿轮旋转搅起沉积在左箱底的油污，大齿轮顶圆与油池底面的距离应取大于3050mm。3）减速器附件及其尺寸窥视孔（或称检查孔）及窥视孔盖：A=120mmA1=A+（56）d4=120+（56）6=150mmA2=12(A+A1)=1/2(120+150)=135mmB=B1-(56)d4=91-（56）6=61mmB1=106-（1520）=91mmB2=1/2(B+B1)=1/2(61+91)=76mmd4=M6R=510h自行设计通气器（简单式）：dDD1SLlaD1M121.251816.514191024 轴承盖d3=M8n=4D0=D+2.5d3=80+2.58=1