单级斜齿圆柱齿轮减速器课程设计

1、重庆信息技术职业学院机械设计基础课程设计专业：计算机辅助设计与制造计机械设计课程设计算说明书班级： CAD2班姓名 :代育光计算过程及计算说明一、传动方案拟定1设计题目名称单级斜齿圆柱齿轮减速器。2运动简图3工作条件运输机双班制工作，单向运转，有轻微振动，小批量生产，使用年限6 年。4，原始数据1 输送带牵引力 F=1100 N2 输送带线速度 V=1.5 m/s3 鼓轮直径 D=250 mm二、电动机选择1、选择电动机的类型：按工作要求和工况条件，选用三相鼠笼式异步电动机，封闭式结构，电压为 380V，Y 型。2、计算电机的容量Pd ：电机至工作机之间的传动装置的总效率：a3a123450

2、.950 .9930 .99 0 .960 .970 .85式中：1 带传动效率： 0.95 ； 2 滚子轴承传动效率： 0.993 圆柱齿轮的传动效率： 0.97 ； 4 弹性联轴器的传动效率： 0.995 卷筒的传动效率： 0.96已知运输带的速度v=0.95m/s ：Pw kwPwFvkwPd1000waFv所以： Pd1000aw1100 1.52.03kw1000 0.85 0.96从表 22-1 中可选额定功率为3kw的电动机。3、确定电机转速：601000v6010001.5114.65r / min卷筒的转速为： nD3.14 250按表 14-8 推荐的传动比合理范围，取V

3、带传动比 i1 2 4单级圆柱齿轮减速器传动比 i 24 6，则从电动机到卷轴筒的总传动比合理范围为： i8 24 。故电动机转速可选的范围为：ni n (8 24) 114.65 917 2752r / mind符合这一范围的转速有： 1000r/min 、1500r/min ，；综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第 1 种方案比较合适，因此选用电动机型号为 Y100L2-4，其主要参数如下：功率转速堵转转矩 最大转矩型号（KW）（r/min） 额定转矩 额定转矩Y100L2-4314202.22.2额满 载 KHDADEFGHLAB定转速功率kW31420

4、122451602860824100380205三、计算总传动比及分配各级的传动比：n1420总传动比： i总12.39n卷筒114.65分配传动比：取一级斜齿圆柱齿轮的传动比：i1 5 ，则一 V 带的传动比： i012.392.485四、运动参数及动力参数计算：将传动装置各轴由高速到低速依次定为1 轴、2 轴、3 轴、4 轴，12233401依次为电机与轴 1，轴 1 与轴 2，轴 2 与轴 3，轴 3 与轴 4 之间的传动效率。1、各轴转速：01420572.58r / min1轴：1ni 02.48n2轴 n2n1572.58 114.5r / mini15卷筒轴：32114.5r /

5、 minnn2、各轴输入功率，输出功率：输入功率：1 轴：P 1 P d01P d 12 .03 0 . 95 1 .93 kw2 轴：P2P 112P 1231.930.990.971.91KW卷筒轴：P3P 234P 3241.910.990.991.87 KW输出功率：1轴： P1'p121.930.991.91KW'p22轴： P221.910.991.89KW'p 3卷筒轴： P 321.87 0.99 1.85 KW3 各轴输入转矩，输出转矩：电动机的输出转矩： Td9550Pd95502.0313.65N * mn014201 轴输入转矩： T19550P

6、195501.9332.19*mn1572.58N2 轴输入转矩 : T29550P295501.91159.31*mn2114.5N卷筒轴输入转矩： T4 9550 P31.87155.97 N * m9550 114.5n3输出转矩分别为输入转矩乘以轴承效率 0.99 。运动和动力参数计算结果如下表：轴名 功率 P （KW）转矩 T （N*m）转速传动比效率输入输出输入输出（r/min）电动机2.0313.65142050.95轴1 轴1.931.9132.1931.87572.582.480.962 轴1.911.89159.31157.72114.51.000.98卷筒轴1.871.8

7、5155.97154.41114.5五、传动零件的设计计算：1. 设计 V带（1）确定 V 带型号kA=1.2 P C=KAP=1.2×3=3.6KW根据 Pc =3.6KW n0 =1420r/min,选择 A 型 V 带，取 d190mm 。大 轮 的 基 准 直 径 ： d2i0 d1(1) 2.48 900.98 218.7 。 取d 2 224mm。为带传动的弹性滑动0.01 0.02。（2）验算带速： V60d1 n1 3.149014206.69m / s 25m / s 带速合100060000适。（3）确定 V带基准长度 Ld 和中心距 a0 ：根据： 0.7(d1

8、 d 2) a0 2 (d1 d2)可得 a0 应在 219.8 628mm 之间，初选中心距a0 =600mm带长：(d 22L02 a0( d1d 2)d1)4 a022(22490)26002(22490)1700mm4600取 Ld 1800mm 。计算实际中心距：a a0LdL018001700。26002650mm（4）验算小带轮包角：180d 2d157.3180224 9057.3168.20120 合适。a650（5）求 V 带根数 Z：Pc( p0p0)K KL今 n1rd1mm 得：1420 / min,90,P01.07kw传动比：id22242.5d1 (1)90(1

9、0.02)P00.17 kw由 1168.20查表得K0.98，查表得：KL1.01，由此可得：P c(1 .073 . 60 .982 .93( p 0p 0)KK L0.17 )1 .01取 Z=3 根。（6）求作用在带轮轴上的压力 FQ：查 表 得q=0.10kg/m， 故 得单 根V 带的初拉力：F 0500Pc (222.51) q v 5003.6(2.51) 0.106.69 143.49 NzvK36.690.98作用在轴上压力：F Q 2 zF 0 sin12 3 143.49 sin168.2856.38N 。22（7）确定带轮的结构尺寸，给制带轮工作图小带轮基准直径d1=

10、90mm采用实心式结构。大带轮基准直径d2=224mm，采用腹板式结构，基准图见零件工作图。2、齿轮设计（1）选选齿轮的材料、精度和确定许用应力：因传递功率不大，转速不高，小齿轮用40Cr 调质，齿面硬度 217 286HBS ，H lim 1650 750MPa，FE 1560 620MPa 大齿轮用 45钢调质，齿面硬度197 286HRC ，H lim 2 550 620MPa ，FE 2MPa。410 480取S1.25,s1.0 ；取ZH2.5,ZE189.8；FH=FE1600F 1SF480MPa1.25=FE 2450360MPaF 2SF1.25=H lim 1700H 1S

11、H700MPa1=H lim 2600H 2SH600MPa1(2) 按轮齿弯曲强度设计计算齿轮精度用8 级，取载荷系数 K=1.2，齿宽系数 d0.8 ，小齿轮上的转矩： T16P1.9349.5510n19550000572.583.2210 N*mm大齿轮上的转矩： T16P21.9149.5510n29550000114.515.9310 N*mm初选螺旋角015齿数：取 Z122，则 Z2 522110齿形系数： Z v12224.12, Zv 2110122.0633cos15cos15查 图11-8得 YFa12.73, YFa 22.22。由图 11-9得YSa11.58, Y

12、sa 21.81 。因YFa1 YSa12.73 1.580.0089 YFa 2Y Sa22.221.810.0112，F1480F 2360故应该对大齿轮进行弯曲强度计算。小齿轮法向模数：2KYY2 1.23.224T1Fa1Sa1210 0.0089215 1.18mmmn32cos32COSd Z1F10.822由表 4-1取 mn1.25mm 。中心距：a mn Z1 Z 21.25( 22 110)85.4mm2COS2COS15取 a=90mm。确定螺旋角：arccos mn ( z1z2)arccos1.2522 11023 33'2a290齿轮分度圆直径d1mn Z1

13、1.2522mmcoscos23 33'30d 2mn Z21.25110150.11mmcoscos23 33'齿宽bdd10.8 30mm24取b2mmmm25 ,b1 30（3）验算齿面接触强度：2K Tu 12 1.243.482?15.93 10HZEZHZb d2189.8 2.5 cos23 33'2u24.02150.112.48MPaMPa安全。452.09600（5）齿轮的圆周速度vd1 n03.14 30142010002.23m / s6060000故选 8 级制造精度是合宜的。（5）设计小结：名称代号单位小齿轮大齿轮中心距amm90传动比i2.

14、48模数mmm1.25螺旋角( 0 )23 33'齿数z22110分度圆直径d1mm30150.11材料及40Cr45 钢齿面硬度217 286HBS197 286HRC六、轴的设计计算输入轴设计：1、按扭矩初算轴径选用 45 号钢调质处理，硬度217286HBS。查课本第 245页表 14-2取35Mpa C=110。 dC 3 P110 31.9316.49mm ，考虑有键槽，将直径n572.58增大 5%，则 d=16.49 ×(1+5%)mm=17.32选 d=18mm2、齿轮轴的结构设计（ 1）轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承

15、对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定（2）确定轴各段直径和长度工段： d18mm长度取 L40mm11 h 2c c=1.5mmII 段: d 2 d12h18221.5 24mm初选用 7205AC 型角接触球轴承，查指导书表可知其内径为 25mm,宽度为15mm考.虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为 20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小 2mm,故 II段长：L222015559

16、2mm段直径： d3III25mm小齿轮直径 dad2h m3021 1.5 33 mma小齿轮宽度加退刀槽 L3301040 mm取过渡段直径 d430 mm,L420mm取轴承直径 d525 mm， L516 mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=205mm(3) 按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知 d30mm1求转矩：已知 T132.19N * m求圆周力： Ft2T1232190F t2146Nd130求径向力 FrF rF t tan02146 tan 20 780.78N作用在轴 1 带轮上的外力： FF Q856.38N因为该轴两轴承对称，所以： L AL B85mm（ 1）

17、绘制轴受力简图（如图 a）（ 2）绘制垂直面弯矩图（如图 b）轴承支反力：FFAyAZFFF r780.78By2390.39N2F t2146BZ21073N2由两边对称，知截面C 的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为M C 1F Ay L390.39 0.085216.6N * m2(3) 绘制水平面弯矩图（如图c）截面 C在水平面上弯矩为：M C 2FAZL1073 0.08545.60N * m22(4) 绘制合弯矩图（如图 d）22MC MC1M C212212216.645.6048.53N * m(5) 绘制扭矩图（如图 e）转矩： T32.19N * m(6) 绘制当量弯矩图（如

18、图 f ）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=1，截面 C处的当量弯矩：1122 248.532 252.23 N * mM ec M CT0.6 32.19(7) 校核危险截面 C的强度因为材料选择 45号钢调质处理，B650MPa ，得许 用弯曲 应力1b60MPa ，则：d3 M 0.1ec35223020.57mm1b0.160因为 5 段的直径都大于d，所以该轴是安全的。输出轴的设计计算 :1、按扭矩初算轴径选用 45号钢调质处理，硬度217255HBS。2 取35Mpa C=115。得：dC3 P115 3 1.9129.38mm , 故取 d=30mm。n114.52、轴的结构设

19、计（1）轴的零件定位，固定和装配单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。联轴器的选择计算联轴器所需的转矩：T cK A T 查课本 291 表 17-1 取 K A 1.5 ，T cK A T 1.5 155.97 233.96N * m 查手册选用型号为 HL2 的弹性柱销联轴器。（2）确定轴的各段直径和长度工段：取联轴器直径 d30mm ，查表长度取 L182mm1 h 2c

20、c=1.5mmII段: dd2h3022 1.536mm21考虑到联轴器和箱体外壁应有一定的距离，L255初选 7208AC型角接球轴承，其内径为40mm，宽度为 18mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为23mm，则该段长 43mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。故 II 段长：直径：d3mm40L320mm段直径：d 4d 5 444mm过渡段由于对称性及其配合关系，即L4 =16mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3。该段直径应取：（44+3×2）=50mm取轴环直径 d5 =50mm

21、. 长度 L5 =5mm齿轮直径 d644轴承直径 d7d340由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=230mm（ 3）按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知 d 2 150.11mm求转矩：已知 T 2159.31N * m求圆周力 Ft ：2T 22159310F t2122.58Nd2150.11求径向力 FrF r F t0tan2122.58 tan 20 770.50N两轴承对称 LL85mmAB(1)求支反力 F AX 、 F By 、 F AZ 、 F BZFFAXAZFFByF r770.50385.25N22BZF t2122.581061.29 N22(2) 由两边对称，书籍

22、截 C 的弯矩也对称截面 C在垂直面弯矩为M C 1FAXL385.25 0.08516.37 N * m22(3) 截面 C在水平面弯矩为M C 2FAZL1061.29 0.08545.10 N * m22(4) 计算合成弯矩22MC MC1M C 212212216.3745.1047.98N * m(5) 计算当量弯矩：取 =0.6112T2 247.9820.6 159.312 2106.84N * mM ec M C(6) 校核危险截面 C的强度因为材料选择 45号钢调质处理，得B650MPa ，得许用弯曲应力1b60MPa ，则：d3 M 0 .1ec31068412 . 12

23、mm1 b0.1 60因为 5 段的直径都大于d，所以该轴是安全的。七、滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命16×365×8=46720 小时1、计算输入轴承（1）已知 n =572.58r/min1轴承径向反力： F r780.78N初先轴承为角接触球轴承7205AC型轴承内部轴向力F s0.68 F r， 则 F s1 F s20.68 F r 0.68 780.78 530.93N(2) F s1F AF s2 ，F A0故任意取一端为压紧端，现取1 端为压紧端，F A1 F s1530.93NF A2 F s2530.93N(3) 求系数 x、y， F

24、 FA1r 1FFA 20.68er 2根据课本表 16-11X1X21Y1Y20(4)计算当量载荷 P1 、 P2 ：P1X 1 F r1 Y1 F A11780.78780.78NP2 X 2 F r 2 Y2 F A21780.78780.78N(5) 计算所需的径向基本额定动载荷值P1 P2故取 P=780.78N，角接触球轴承 =3根据课本表 16-8 、16-9， 取 f t， f P11.511f P P60n1.1 780.7860 572.58346720N6 Lh16Crf t101010055.86根据手册得 7205AC型的 Cr=15800N>21584.15N

25、;C0r9880N , 故角接触球轴承 7205AC型合适。2、计算输出轴承(1) 已知 n =114.5r/min ,2轴承径向反力 : F r F AZ1061.29N试选 7207AC型角接触球轴承得 F s0.68 F r , 则F s1F s 2 0.68 F r 0.68 1061.29 721.68 N(2) 计算轴向载荷 F A1 、 F A2 F s1 F A F s2， F A0任意用一端为压紧端，1 为压紧端， 2 为放松端两轴承轴向载荷： F A1 F A1 F s1721.68N(3) 求系数 x、y F FA1r 1FFA 20.68er 2根据课本表X1X21Y1 Y20(4)计算当量载荷 P1、 P2：P1X