一级圆柱齿轮传动装置

1、机械设计课程设计计算说明书设计题目：一级圆柱齿轮传动装置装控 专业 班设计者：指导老师：周瑞强2010年 12月 31 日广东石油化工学院23 / 21目录一、课题任务3二、传动方案的拟定及说明4三、电动机的选择 4四、传动件的设计计算 9五、轴的设计和轴承，键的选择校核11六、减速器机体结构尺寸 20七、装配图设计21八、零件图设计24九、设计小结25、课题任务（一）课程设计的目的1、综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；2、学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力、分析问题及解决问题的能力；3

2、、提高学生在计算、制图、运用设计资料（手册、图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面白基本技能和机械CAW术。（二）具体任务：1、传动方案的分析和拟定；2、电动机的选择，传动装置的运动和动力参数的计算；3、传动件的设计（齿轮传动（单极）；4、轴的设计（所有轴的结构设计， 低速轴的弯、扭组合强度校核及安全系数校核）5、轴承的设计（所有轴承的组合设计，低速轴上轴承的寿命计算）；6、键的选择及强度校核（高速轴上键的校核）；7、联轴器的选择；8、减速器的润滑与密封；9、减速器装配图设计（箱体、箱盖、附件设计等）；10、零件工作图设计；11、编写设计计算说明书；12、总结及答辩。（三）已知条件：1

3、、输送机螺旋轴转矩：T=260 N m2、输送机螺旋轴转速 n=140 r/min3、工作条件：连续单向运，工作时有轻微振动，输送机工作轴转速允许误差为-5%5、使用期：8年，两班制工作6、产量：小批量生产。（四）工作要求1、减速器装配草图： A0号图纸，M 1:12、减速器总装图一张： A0号图纸 M 1:13、低速轴图一张：A3号图纸 M 1:14、低速齿轮图一张： A3号图纸 M 1 : 25、轴张：A3号图纸M 1 : 15、设计计算说明书一份：1000015000字二、传动方案的拟定和及说明1、传动系统的作用：作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在

4、此起减速作用，并协调二者的转速和转矩。2、分析传动方案：此传动方案的特点：特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。电机不会与箱体发生干 涉。三、电动机的选择1、选择电动机系列按工作要求及工作条件，选用Y系列三相异步电动机，封闭式结构,电压为380V,。2、选电动机功率(1)传动装置总效率按文献表12-8确定各部分效率如下：弹性套柱销联轴器效率：0.99滚子轴承效率：坨=0.998级精度的一般齿轮传动 效率：坨=0.97圆锥齿轮传动效率：4 =0.92螺旋轴效率：5 =0.96% = n2 M a M % M w 父"5 =0.992 M 0.994 M0.97M 0.

5、92 "96 = 0.807(3)电动机功率因工作机所需功率:Tn 260 140,Pw= = =4.14kw9550 w 9550 0.92所以电动机功率：P,4 14Pd5.13 kwna0.807从设计手册表19-1中可选额定功率为 5.5kw的电动机3、确定电动机转速按设计手册表2-1推荐的传动比范围，单级减速器圆柱齿轮传动的传动比i； <3 5,开式锥齿轮传动的传动比i2 <2 3则总传动比为范围ia =615,转速可选范围：nD via nL -16 15 140 < 840 2100r /min可见，电动机同步转速可选1000r/min , 1500r

6、/min两种，根据相同功率的三种转速，从表19-1中查出两个电动机型号电动机型号额定功PedKw同步转速r /min满载转速r/min堵转转矩与额定转矩比最大转矩与额定转矩之比01Y132S-45.5150014402.22.22Y132M2-65.510009602.02.0综合考虑多方面因素，选择第一种方案，即选电动机型号为Y132 S-6则电动机的参数如下表：安装尺寸中心高H外形尺寸L*HD底脚安装尺寸A*B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D*E装键部位尺寸F*G132475*315216*1401238*8010*334、传动比分配总传动比i =nm =竺0 =6.68 ,综合分配传动比， n

7、w 140得：圆柱齿轮传动比i1 =3,圆锥齿轮传动比i2 = 2.295、运动条件及运动参数分析计算(1)、各轴输入功率电动机轴PD = Pd =5.13kw高速轴I输入功率耳=PD M 勺=5.13x0.99 = 5.08kw低速轴n的输入功率P2 = R m 坨 乂。3 =4.51 x0.99x 0.97 =4.88kw圆锥齿轮轴m的输入功率P3 =P221=4.33 0.99 0.99 =4.78kw螺旋轴IV的输入功率2_ _ _ 2_ _ _ _ _P4 = P3245 = 4.24 0.992 0.92 0.96= 4.14kw(2)、各轴输入转速电动机n = nd = 960r

8、 / min高速轴I输入转速n1 = nD = 960r / min中间轴n的输入转速n1960n2 = 320r / mini13圆锥齿轮轴m的输入转速n3 =n2 -320/minn4 = 282.93r / min螺旋轴IV的转速i22.675(3)、各轴输入扭矩电动机轴输出转矩TD -9550 pD -9550 4.56 -51.03N m nm1440高速轴I输入扭矩R4.51.Ti =9550=9550= 50.53Nmni1440低速轴n输入扭矩Pc4.33.T2 =9550 =9550 =145.63N mn2360P°4.24.锥齿轮轴出输入扭矩T3 =9550 =

9、9550142.65N mn3360螺旋轴IV的输入转矩P4T4 = 9550 n43.67= 9550 =139.74N m135各轴的输出转矩分别为各轴的输入转矩的0.99综上可列出下表:轴号电动机轴I轴In轴田轴IV轴转速960960320320139.78P5.135.084.784.784.14T51.0350.52142.65142.65282.93I1313n0.990.940.900.860.807四、传动件的设计计算1、选材选小齿轮：45号钢调质，齿面硬度为229286HBS。选大齿轮：45号钢调质，齿面硬度为 229286HBSo2、确定需用应力查课本得到 cH = 700

10、Mpa,；E = 660Mpa查表得：Sh =1.1, Sf =1.25查表得：ZH =2.5,Ze =188lrF1 1= t F2 = 460 = 368Mpa1.2H1 -" » H2 I = 60 = 509Mpa1.13、按轮齿弯曲强度设计计算齿轮按8级精度制造，取载荷K=1.5,齿宽系数小d =0.8 ,小齿轮上的转矩为T1 =9.55 106 包=29910N mmn12KT1 u 1 ZeZhZ . 那么g >3'(Li1 力 d u >-h 1)2二3 2 1.5 29910 4 1 188 2.5 一 -一0.84560、2）二55m

11、m 齿数取乙=28,则大齿轮齿数 Z2 =iiZiZ2=4父28 = 112，头际传动比i = 乙112 =328m=% =空=1.55，取 m=2Z128得 d1 =Z1 m =28 2 =56mm d2 =Z2 2 =112 2 =224mm中心距a = dr也2空卫二140 mm 2齿宽 b =/或=0.8x56 =44.8mm,取 b2 =52, b1 =56查课本图11-8 可得 YFa1 =2.362 =2.25查课本图11-9 可得 YSal =1.72,YSa2 =1.82saisa 2因为；米2KT1YFa1Ysa12 1.5 31170 2.36 1.72,_2bm zi-

12、 244.8 228=75.65 Tf1二 F2丫呵丫的2 = 75.65 2.36 1.82 = 83.97 “二 F YFa1Ysa12.25 1.722%2Ysa2温温= 103.8 工尸 f2故强度校核符合要求二 dmv 二60 10004、齿轮的圆周速度3.14 56 1440 =4.22m/s : 6m/ s60 1000对照课本表11-2,可知选8级制造精度是合宜的。5、其他参数ha = 2mmhf = 2.5mm da1 = 60mmda = 168mma2df1 = 50mmdf2 = 172mm五、轴的设计和轴承，键的选择校核(一)高速轴的结构设计1、选材选用45号钢调质处

13、理。查课本第 245页表14-2取t=38Mpa, C=110。2、初估直径d _C3 p -110 3 4.51 -16.09mmn1440轴上有单个键槽，轴径应增加3% 所以d±16.09 X (1 + 3%) = 16.57mm圆整取d=20mni,且该段轴径与联轴器相连，差得电动机轴直径为38mm故综合考虑取 d 为 36mm , L=60mm。d1 取 38mm, L1=80mm d2取40mm,查课程设计课第 131页表15-3,选用6009c轴承，轴承宽度为B=10mm 所以取 d2 =32mm , L2 = 28mmd3W 60mm ,因为高速轴为齿轮轴， 故取其直径

14、为齿轮齿顶直径 L3 = 56mm d4取 44mm, Ld=10mmd5 取 40mm , L5 =18mm3、校核该轴和轴承L = 80mm, L1 = 55mm, L2 = 25mm, L3 = 10mm, L4 = 50mm, L5 = 10mm, L6 = 28mml1 =48mm,l2 =48mm,l3 =120mm作用在齿轮上的圆周力为:径向力为2Ti2 29910Ft = = = 1068.21 Ndi 56Fr =Fttg： =1068.21tg20 =388.80N法向力lFt1068.21Fn= = =1003.79Ncos： cos20轴向力Fa=0N求垂直面的支反力：

15、l 1 l2-Fad4F1v96338.80 0260万l1 l296=169.40NF2V =Fr -F1V =338.80 -169.40 =169.40N求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图:Mav =F2 Vl2169.40 481000-8.13N/169.40 48M = F l1 =8.13N m1000求水平面的支承力:由 F1H（l1 +l2）=Ftl2 得l248F1H =Ft = 1068.21 =534.11Nl1 l248 48F2H =Ft -F1H -1068.21 -534.11 -534.10N求并绘制水平面弯矩图534.11 48M aH = F1Hl1 =25.6

16、4N m1000MaH =F2Hl2534.10 481000= 25.64N求F在支点产生的反力Ffl3F120 388.80l1 l2 -96二 486NF2F = FfF =486 388.80 =874.80N求并绘制F力产生的弯矩图:M 2F388.80 120= Fl3 = =46.66N1000MaFl .2904.62 51.5-F1F l1 =1000= 149.59N mF在a处产生的弯矩:MaF2904.62 51.51000= 149.59N m求合成弯矩图:考虑最不利的情况，把M aF与JM 2v + M 2H直接相加。Ma = MaF M 2v M 2H =149.

17、5910.112 27.512 =178.90N mMa =MaF . Ma； MaH =149.59.10.112 27.512 =178.90N m求轴传递的转矩 T =FtS =1068.21 60 10=32.05N m22求危险截面当量弯矩：最危险截面其当量弯矩为：(取折合系数2 = 0.6)Me = . M； 汀 2 , 178.9020.6 32.05 2 = 179.93N m计算危险截面处轴的直径：因为材料选择45号钢调质，查课本第 241页表14-1得仃B =650MPa ,许用弯曲应力b4】 = 70MPa ,则:d 之 3 %-1 = 3,"179.93 =

18、25.89mm,因为 d4 > d 3 = 36 > d 所以该轴是安全,0.1 上二b 0.1 70的。轴承寿命校核：轴承寿命可由式Lh = -(-CfL)进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以60n PfPP = Fr,查课本279页表16-8,9 , 10取ft =1,fp =1.2'取名=3按最不利考虑，则有Fr1 = F12 F1HF1F22=169.40534.112904.62=3464.95NFr2 = . F2V ' F2H ' F2F二.169.40534.116104.62 =6664.95N取 3=0.68有皂=1765=0

19、45<3可由课本表 16-11 查 X=1,Y=0Fr 390.5p = XFr YFa =1 x 338.80+0=338.80N10660 14403314.5M10=39 年:>8 年1.2x390.5 ,因此所该轴承符合要求4）、弯矩及轴的受力分析图如下轴13、键的设计与校核：参考课程设计课本第 123页表14-24,由于公称直径d=36mm,在3038mm范围内, 故d轴段上采用键bh： 10X8,采用A型普通键：键校核：L=40mm,综合考虑取l =56得4T14 299101二=7.42Mpa :二！二p Jdlh 36 56 8所以，所选键为：键 10X56（一）低

20、速轴的结构设计1.确定各轴段直径各轴段直径的确定：d _ C 3 mm° P° 4.33d _C3110 325.20mm,n. 360取第一段轴径 d=30mm,L取60mm。第二段轴径 d1 =45mm, L1 取 80mm。d2W40mm,查课程设计课第131页表15-3,选用30208号轴承，轴承宽度为b=16mm所以取 d2 =45mm , L2 = 35mmd3M 50mm ,由于齿宽为 52m m 故 L3 =52mmd4取 58mm L4 =12mmd5B 45mm , L5 =19mm2、校核该轴和轴承L =80mm,L1 = 56mm, L2 = 23m

21、m, L3 = 10mm, L4 = 45mm, L5 = 38mml1 =47.5mm,l2 = 47.5mm, l3 = 117mm2T2作用在齿轮上的圆周力为：Ft = =2X 114.87 X 1000/60=3829Nd径向力为Fr =Fttgd=3829X 0.36=1378.44N轴向力Fa=02 1591.53F=F0 =0.25 103 =2947N270求垂直面的支反力Fiv47.5 1378.44= 689.22N47.5 47.5F2V = Fr - F1v=1378.44-689.22=689.22N计算垂直弯矩：M av= F2Vl2=689.22 X47.5/10

22、00=32.74N - mM aV = F1Vli=689.22 X47.5/1000=32.74N - m求水平面的支承力。F1Hl2Ft _47.5 382911 l2 Fa 47.5-1914.5NF2H = Ft -F1H =3829-1914.5=1914.5N计算、绘制水平面弯矩图。3M aH =F1Hli=1914.5 47.5 10 =90.94N mM aH =F2Hl2 =1914.5 47.5 104 =90.94N m求F在支点产生的反力F1Fl3F 117 2947l1 l2 47.5 47.5= 3629.46NF2F = F1F F =3629.46+2947=6

23、576.46N求F力产生的弯矩图M2F =Fl3 = 2947 117 10 “ =344.80N mM aF = F1Fl1 = 3629.46 47.5 10 172.40N mF在a处产生的弯矩：MaF =F1Fl1 =3629.46 47.5 10”=172.40N m求合成弯矩图。考虑最不利的情况，把M aF与JM2V + M 2H直接相加。M a = M aF , M 21M ；H =172.40 , 32.742 90.942 = 269.05N m求危险截面当量弯矩：最危险截面其当量弯矩为：（取折合系数 6=0.6）T =Ftd2 10，2 = 27.57 N mMe= M；:

24、T 2 = 269.0520.6 27.57 2 = 269.56N m因为材料选择45号调质，查课本第 241页表14-1得仃B =650MPa ,许用弯曲应力仃b =100MPa ,则:d 3 Me _ 3 269.56 103 0.1 tb 1 0.1 100=29.98mm,因为 d3Ad2 = 40 Ad 所以该轴轴承寿命校核：轴承寿命可由式是安全的Lh进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用,所以 P = Fr ,查课本 279 页表 16-8,9, 10 取 ft =1, fp =1.2，取 8 = 3取 e=0.68,有 Fa- =一0=0 <e可由课本表 16-11 查

25、 X=1，丫=0Fr 1378.44p=XFr YFa =1 1378.44 0 0 =1378.44NCft ；h = 60n fpP106 M60 360/ _ 一 一 325.2父1011.2 父 1378.44=18年>8年因此所该轴承符合要求。4）、弯矩及轴的受力分析图如下:熊53、键的设计与校核：参考课程设计课本第 161页表16-28,由于公称直径d=44mm,在3844mm范围内, 故d轴段上采用键b><h: 12X8采用A型普通键：键校核：L=56mm,综合考虑取1=32得一生=4 299 1000dlh44 32 8= 10.62Mpa < t p

26、1六.减速器机体结构尺寸名称符号计算公式结果箱座厚度a仃=0.025a +3 M 88箱盖厚度仃1%=0.02a + 3 W 88箱盖凸缘厚度b1b1 =1.5巴12箱座凸缘厚度bb = 1.5 仃12箱座底凸缘厚 度b2b2 =2.5。20地脚螺钉直径dfdf = 0.036a + 12M18地脚螺钉数目n查手册4轴承旁联结螺 栓直径did1 =0.75dfM14盖与座联结螺 栓直径d2d2 = (0.50.6) dfM8轴承端盖螺钉 直径d 3d3= (0.40.5) dfM8视孔盖螺钉直 径d4d4= (0.30.4) dfM6定位销直径dd= (0.70.8) d26df , di,

27、d2至外箱壁的距离Ci查手册表11 2242013d f , d2至凸缘边缘距离C2查手册表11 22211外箱壁至轴承 端面距离llli=Ci+C2+ (5-10)44大四中匕贝圆与 内箱壁距离lA1 >1.2。16齿轮端面与内 箱壁距离 2 2 >仃16箱盖，箱座肋 厚m1, mm1 0.85tr1,m 定 0.85。77轴承端盖外径D2D2 = D + (55.5) d3109 (1 轴)102 (2 轴)轴承旁联结螺 栓距离SS 七 d2125 (1 轴)118 (2 轴)七、装配图设计（一）、装配图的作用作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，

28、所有零件 的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维 护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使 用方法。（二）、减速器装配图的绘制1、装备图的总体规划：（1）、视图布局：、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原 理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。布置视图时应注意：a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。(2)、尺寸的标注：、

29、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承 外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。 查文献【3】表34、表35、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。(3)、标题栏、序号和明细表：、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及 设计者姓名等内容。、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明

30、细表来说明。(4)、技术特性表和技术要求：、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式可查文献【2】例题，布置在装配图右下方空白处。、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。2、绘制过程：(1 )、回三视图：、绘制装配图时注意问题：a先画中心线，然后由中心向外依次画出轴、传动零件、轴承、箱体及其附件。b、先画轮廓，后画细节，先用淡线最后加深。c、3个视图中以俯视图作基本视图为主。d、剖视图的剖面线间距应与零件的大小相协调，相邻零件剖面线尽可能取不同。e、对零件剖面宽度 2 W 2mm的剖视图，剖面允许涂黑表示

31、。f、同一零件在各视图上的剖面线方向和间距要一致。、轴系的固定：a、轴向固定：滚动轴承采用轴肩和闷盖或透盖，轴套作轴向固定；齿轮同样。b、周向固定：滚动轴承采用内圈与轴的过渡配合，齿轮与轴除采用过盈配合还采用圆头普通平键。可查文献【2】P85(2)、润滑与密封、润滑：齿轮采用浸油润滑。 当齿轮圆周速度vMl2m/s时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。轴承润滑采用润滑油润滑。、密封：防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。(3)、减速器的箱体和附件：、箱体：用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭工作空间，防止外界灰砂侵入和润滑逸出，并起油箱作用，保证传动零件啮合过程良好的润滑。、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、起吊装置。3、完成装配图：(1)、标注尺寸：可参考文献【3】，标注尺寸包括的特性尺寸、配合尺寸、安装尺寸、外形尺寸、其他重要尺寸。(2)、零件编号(序号)：装配图中所有零部件，按顺时针方向依次编号，并对齐。(3)、技术要求：参考文献【3】(4)、审图(5)、加深八、零件图设计(一)、零件图的作用：作用：1、反映设计者的意图，是设计生产部门组织设计、生产的重要技术文件。2、表达机器(或部件)对零件的要求，同时还要考虑到结构