机械课程设计(一级圆柱齿轮减速器)教材

1、精选优质文档-倾情为你奉上机械设计基础课程设计计算说明书题目: 一级圆柱齿轮减速器设计目 录一、设计任务书1.1 机械课程设计的目的1.2 设计题目1.3 设计要求1.4 原始数据1.5 设计内容二、传动装置的总体设计2.1 传动方案2.2 电动机选择类型、功率与转速2.3 确定传动装置总传动比及其分配2.4 计算传动装置各级传动功率、转速与转矩三、传动零件的设计计算3.1 V带传动设计3.1.1计算功率3.1.2带型选择3.1.3带轮设计3.1.4验算带速3.1.5确定V带的传动中心距和基准长度3.1.6包角及其验算3.1.7带根数3.1.8预紧力计算3.1.9压轴力计算3.1.10带轮的结

2、构3.2齿轮传动设计3.2.1选择齿轮类型、材料、精度及参数3.2.2按齿面接触疲劳强度或齿根弯曲疲劳强度设计3.2.3按齿根弯曲疲劳强度或齿面接触疲劳强度校核3.2.4齿轮传动的几何尺寸计算四、铸造减速器箱体的主要结构尺寸五、轴的设计5.1高速轴设计5.1.1选择轴的材料5.1.2初步估算轴的最小直径5.1.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸5.2低速轴设计5.2.1选择轴的材料5.2.2初步估算轴的最小直径5.2.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸5.3校核轴的强度5.3.1按弯扭合成校核高速轴的强度5.3.2按弯扭合成校核低速轴的强度六、滚动轴承的选择和计算6.1高速轴上的滚动轴承设计6

3、.1.1轴上径向、轴向载荷分析6.1.2轴承选型与校核6.2低速轴上的滚动轴承设计6.2.1轴上径向、轴向载荷分析6.2.2轴承选型与校核七、联轴器的选择和计算7.1联轴器的计算转矩7.2许用转速7.3配合轴径7.4配合长度八、键连接的选择和强度校核8.1高速轴V带轮用键连接8.1.1选用键类型8.1.2键的强度校核8.2低速轴与齿轮用键连接8.2.1选用键类型8.2.2键的强度校核8.3低速轴与联轴器用键连接8.3.1选用键类型8.3.2键的强度校核九、减速器的润滑9.1齿轮传动的圆周速度9.2齿轮的润滑方式与润滑油选择9.3轴承的润滑方式与润滑剂选择十、绘制装配图及零件工作图十一、设计小结

4、十二、参考文献 专心-专注-专业一、 设计任务书1.1 机械课程设计的目的 课程设计是机械设计基础课程中的最后一个教学环节，也是第一次对学生进行较全面的机械设计训练。其目的是：1. 通过课程设计，综合运用机械设计基础课程和其他先修课程的理论和实际知识，来解决工程实际中的具体设计问题。通过设计实践，掌握机械设计的一般规律，培养分析和解决实际问题的能力。2. 培养机械设计的能力，通过传动方案的拟定，设计计算，结构设计，查阅有关标准和规范及编写设计计算说明书等各个环节，要求学生掌握一般机械传动装置的设计内容、步骤和方法，并在设计构思设计技能等方面得到相应的锻炼。1.2 设计题目设计运送原料的带式运输

5、机用的一级圆柱齿轮减速器。1.3 设计要求根据给定的工况参数，选择适当的电动机、选取联轴器、设计V带传动、设计一级齿轮减速器（所有的轴、齿轮、轴承、减速箱体、箱盖以及其他附件）和与输送带连接的联轴器。滚筒及输送带效率（含滚动轴承）h=0.96。工作时，载荷有轻微冲击，产品生产批量为成批生产，允许总传动比误差<±4%，要求齿轮使用寿命为10年，二班工作制，轴承使用寿命不小于15000小时。1.4 原始数据表1 原始数据输送带拉力F (N)输送带速度v (m/s)输送带滚筒直径D (m)37501.250.3151.5 设计内容1.5.1 绘制传动装置中一级圆柱齿轮减速器装配图一张

6、（A1）。1.5.2 绘制低速轴、大齿轮零件图二张（建议A3）。1.5.3 编写设计计算说明书一份。二、 传动装置设计2.1传动方案根据本课程设计要求，采用一般的单级圆柱齿轮(斜齿)传动方案，其传动简图如下：图1 传动装置简图2.2电动机选择类型、功率与转速（1）功率计算 运输机主轴上所需要的功率： （2） 选择电动机选择电动机类型按工作条件和要求，选用Y 系列三相异步电动机选择电动机功率： 传动装置的总效率： 1， V带传动的效率， 2， 闭式圆柱斜齿轮的效率， 3， 深沟球轴承的效率（精度等级8）， 4， 十字滑块联轴器的效率， w， 工作机效率， 所以 电动机所需功率： kw查附表K.1

7、，选取电动机额定功率7.5 kw选择电动机转速根据输送机主轴转速，查附表K.1，现选用同步转速1500r/min，满载转速1440r/min的电动机，查附表K.2，得其型号和主要数据如下：表2 电动机主要参数型号额定功率同步转速满载转速堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y132M-27.5kw1500r/min1440r/min2.22.2表3 电动机安装及有关尺寸主要参数中心高外形尺寸L´（AC/2+AD）´HD底脚安装尺寸A´B地脚螺栓直径K轴伸尺寸D´E键公称尺寸F´h132515mm×345mm×315mm216m

8、m×278mm12mm38mm×80mm10mm×8mm2.3 确定传动装置总传动比及其分配取电动机转速为1440r/min,按表5.2，V可知，普通V带传动的传动比24，单级圆柱齿轮减速器的传动比为36因此，可计算得到电动机转速的总传动比为： r/min 电动机转速范围：r/min 选择电动机同步转速为1440r/min合适。 传动装置得总传动比： 取单级圆柱齿轮减速器传动比：=5 则V带传动比： 2.4 计算传动装置各级传动功率、转速与转矩各轴输入功率：电动机轴输出功率：kw轴I（减速器高速轴）输入功率：kw轴II（减速器低速轴）输入功率：kw各轴转速： 电动

9、机轴转速： r/min 轴I转速： r/min 轴II转速： r/min各轴转矩： 电动机轴转矩： 轴I转矩： 轴II转矩： 表4 各级传动功率、转速与转矩参数输入功率（kW）转速n（rpm）输入转矩T（N×m）传动比i效率h电动机轴5.630144037.343.810.95轴I5.35377.95135.1850.96轴II5.0975.59643.07三、 传动零件的设计计算3.1 V带传动设计3.1.1 计算功率Pc 根据V带传动工作条件，查表8.3，可得工作情况系数，所以： kw3.1.2 带型选择 根据及，由图8.11，选用B型V带3.1.3 带轮设计dd1、dd2 由表

10、8.4选mm，根据式（8.10），从动轮的基准直径为： mm 根据表8.4，选标准带轮直径：mm3.1.4 验算带速v m/s 在5m/s25m/s之间。故带的速度合适。3.1.5 确定V带的传动中心距a和基准长度Ld 初选传动中心距范围为： 即，初定=500mm V带的基准长度： 选取带的基准直径长度。mm 按式（12-20）计算实际中心距： 3.1.6 包角及其验算a1 由式（8.4）得： 故主动轮上的包角合适。3.1.7 带根数z 由r/min，mm，查表（8.2）得 ，查表（8.5），得 =1.00kw，查表（8.6）得 =0.17kw，查表（8.7）得 =0.89，所以由式（8.21

11、）得： 取z=7根。3.1.8 预紧力计算F0 查表8.1得 q=0.19kg/m，所以由式（8.22）得： 3.1.9 压轴力计算FQ 由式（8.23）得： 3.1.10 带轮的结构表5 带轮结构尺寸（mm）小带轮外径da1大带轮外径da2基准宽度bd基准线槽深hamin基准线下槽深hamax槽间距e槽边距fmin最小轮缘厚dmin带轮宽B槽型147537143.510.81911.57.5137BV带轮采用HT200制造，允许最大圆周速度为25m/s。图2 V带大带轮结构简图3.2 齿轮传动设计3.2.1 选择齿轮类型、材料、精度及参数 选用斜齿圆柱齿轮传动（外啮合） 选择齿轮材料（考虑到

12、齿轮使用寿命较长） 小齿轮材料取为45号钢，调质，=250 （GB699-1988） 大齿轮材料取为45号钢，正火，=200 （GB699-1988） 选取齿轮为8级的精度 （GB10095-1998） 初选螺旋角= 选小齿轮齿数=24；大齿轮的齿数=1203.2.2 按齿面接触疲劳强度或齿根弯曲疲劳强度设计 中心距 式中： 许用接触应力： 由图7.26查得： 小齿轮：=580MPa 大齿轮：=540MPa 选用：=540MPa K，载荷系数，因载荷比较平稳，齿轮相对轴承对称布置，由表7.4，选用K=1.1 ，齿宽系数，轻型减速器=0.3 U，齿数比，U=5 mm计算模数 取标准值=3.0mm

13、，按=14估算中心距 mm 圆整中心距，取225mm修正螺旋角 验算模数 又因为在820之间，合适。计算两齿轮分度圆直径 小齿轮 mm 大齿轮 mm计算齿宽 mm 小齿轮齿宽（齿轮轴） =75mm 大齿轮齿宽（大齿轮） =70mm3.2.3 按齿根弯曲疲劳强度或齿面接触疲劳强度校核 其中 当量齿数： 安全系数由表7.5取， 齿形系数：查图7.23得=2.65，=2.21 弯曲疲劳强度极限：=200MPa，=180MPa 则： MPa<MPa< 均满足弯曲疲劳强度要求。3.2.4 齿轮传动的几何尺寸计算表6 齿轮几何尺寸名称代号计算公式与结果法向模数mn设计和校核得出。 3端面模数m

14、t 3.12螺旋角b一般为 16.260法向压力角an标准值 20端面压力角at分度圆直径d1、d2 75.00mm 375.00mm齿顶高ha 3mm齿根高hf 3.75mm全齿高h 6.75mm顶隙c0.75mm齿顶圆直径da1、da2 81mm 381mm齿根圆直径df1、df2 67.5mm 367.5mm中心距a 225mm传动比i = 5压力角an标准值 齿数z1、z225 125齿宽b1、b275mm 70mm螺旋方向左旋 右旋3.2.5齿轮结构设计齿顶圆直径与轴径接近，把小齿轮做成齿轮轴。齿顶圆直径，用锻造齿轮。小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用腹板式大齿轮。大齿轮尺寸：代号计算

15、公式结果651.6104（0.250.35）（-）60（+）/2222380318.75d375b70-（1014）340c0.20.3b14四、 铸造减速器箱体的主要结构尺寸表7铸造减速器箱体主要结构尺寸计算结果名称代号尺寸（mm）底座壁厚d8箱盖壁厚d18座上部凸缘厚度h012底座下部凸缘厚度h120轴承座连接螺栓凸缘厚度h212底座加强肋厚度e8箱底加强肋厚度e17地脚螺栓直径d16地脚螺栓数目n6轴承座连接螺栓直径d212底座与箱盖连接螺栓直径d38轴承盖固定螺钉直径d48视孔盖固定螺钉直径d56轴承盖螺钉分布直径D1110 150轴承座凸缘端面直径D2130 170螺栓孔凸缘的配置尺

16、寸c1、c2、D022 20 30地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸c'1、c'2、D'028 24 45箱体内壁与齿顶圆的距离D12箱体内壁与齿轮端面的距离D112底座深度H195底座高度H1215箱盖高度H2185外箱壁至轴承座端面距离l132 24箱底内壁横向宽度L1468其他圆角R0、r1、r216 3 12五、 轴的设计5.1 高速轴设计5.1.1 选择轴的材料选取45号钢，调质，HBS=2305.1.2 初步估算轴的最小直径根据表（10.2），取C=110，得：mm5.1.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸因为与V带联接处有一键槽，所以直径应增大5%，考虑带轮的机构

17、要求和轴的刚度，取装带轮出轴径=30mm，根据密封件的尺寸，选取装轴承处的轴径为d=40mm。1） 两轴承致电见的距离： ， 式中：,小齿轮齿宽，=75mm ，箱体内壁与小齿轮端面的间隙，=12mm ，箱体内壁与轴承端面的距离，=10mm ，轴承宽度，选取6308深沟球轴承，B=23mm 由此，解得，=75+24+20+23=142mm2）带轮对称线到轴承支点的距离： 式中： ，轴承盖高度=8+22+20+5+10-10-23=32mm ，轴承盖凸缘厚度，t=1.2d4=9.6mm，取10mm ，螺栓头端面至带轮端面的距离，=15mm ，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3 ，带轮宽度

18、解得， 取=104mm.5.2 低速轴设计5.2.1 选择轴的材料选择45号钢，正火，HBS=2305.2.2 初步估算轴的最小直径根据教材公式，取C=110，得： 5.2.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸 初定轴径及轴向尺寸：考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，所以直径应增大5%，取装联轴器处轴=50mm。联轴器LX4处轴径取50mm。安装长度L=112mm。按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=60mm，初选轴承型号为6312深沟球轴承。D=130，B=31.考虑到要求箱体内壁平整，根据高速轴尺寸计算低速轴尺寸为： 联轴器配合对称线至轴承支点的距离 式中：，轴承盖的凸缘厚度， ，螺栓头端

19、面至带轮端面的距离，15mm ，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3 ，联轴器配合长度，=112mm 取图3 两轴在减速箱中的装配简图5.3 校核轴的强度5.3.1 按弯扭合成校核高速轴的强度 小齿轮受力分析 圆周力： 径向力： 轴向力： （1）水平平面支反力 （2）垂直平面支反力 得： Q，传送带作用在轴上的压力，Q=1365.92N（3）水平平面弯矩 （4）垂直平面弯矩 （5）合成弯矩 （6）扭矩 扭转矩=（7）计算弯矩当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则： = = （8）绘制弯矩、扭矩图 轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限=650MPa，对称循环应变力时的许用应力=6

20、0MPa。由弯矩图可以知道，A剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为： （安全）D剖面的轴径最小，该处的计算应力为： （安全）图4 高速轴的受力、弯矩、合成弯矩、转矩、计算弯矩图5.3.2 按弯扭合成校核低速轴的强度圆周力： 径向力： 轴向力： （1）水平平面支反力 （2）垂直平面支反力 得： （3）水平平面弯矩。 （4）垂直平面弯矩 （5）合成弯矩 （6）扭矩 扭转矩（7）计算弯矩 = = = =（8） 绘制弯矩、扭矩图 轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环应变力时的许用应力。由弯矩图可以知道，C剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为： （安全）D剖面的轴径最小，该处的计算应力

21、为： （安全） 图5 低速轴的受力、弯矩、合成弯矩、转矩、计算弯矩图六、 滚动轴承的选择和计算6.1 高速轴上的滚动轴承设计6.1.1 轴上径向、轴向载荷分析轴承A的径向载荷： 轴承B的径向载荷： 6.1.2 轴承选型与校核（1） 轴承选型与安装方式初步选取的轴承：6308深沟球轴承（高速轴上安装一对）查附表H.2得Cr=40.8kN,Co=24.0kN安装方式：加热配合；通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。是一种常用和省力的安装方法。此法适于过盈量较大的轴承的安装，热装前把轴承或可分离型轴承的圈套放入油箱中均匀加热80-100，然后从油中取出尽快装到轴上，为防止冷

22、却后内圈断面和轴肩贴合不紧，轴承冷却后可以再进行轴向紧固。轴承外圈与轻金属制的轴承座配合时，采用加热轴承座的热装方法，可以避免配合面收到擦伤。用油箱加热轴承时，在距箱底一定距离处应有一网栅，或者用钩子吊着轴承，轴承不能放到箱底上，以防止杂质进入轴承内或不均匀的加热，油箱中必须有温度计，严格控制油温不得超过100，以防止发生回火效应，使套圈的硬度降低（2） 轴承内部轴向力与轴承载荷计算由5.1.4知轴向力大小为： 而且该力指向轴承A方向，所以轴承A的实际轴向载荷,轴承B的轴向力为0.（3） 轴承当量载荷对于轴承A，,查表12.11得e=0.26且，所以X=0.56，Y=1.71（4）轴承寿命校核

23、因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷F（）为计算依据。工作温度正常，查表12.8得，按中等冲击载荷，查表12.9得，按设计要求，轴承的寿命为 选取的轴承合适。6.2 低速轴上的滚动轴承设计6.2.1 轴上径向、轴向载荷分析轴承A的径向载荷： 轴承B的径向载荷： 6.2.2 轴承选型与校核（1） 轴承选型与安装方式初步选取的轴承：6312深沟球轴承（低速轴上安装一对）查附表H.2得Cr=81.8kN，Co=51.8kN安装方式：加热配合；通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。是一种常用和省力的安装方法。此法适于过盈量较大的轴承的安装，热装前把轴承或可分离型

24、轴承的圈套放入油箱中均匀加热80-100，然后从油中取出尽快装到轴上，为防止冷却后内圈断面和轴肩贴合不紧，轴承冷却后可以再进行轴向紧固。轴承外圈与轻金属制的轴承座配合时，采用加热轴承座的热装方法，可以避免配合面收到擦伤。用油箱加热轴承时，在距箱底一定距离处应有一网栅，或者用钩子吊着轴承，轴承不能放到箱底上，以防止杂质进入轴承内或不均匀的加热，油箱中必须有温度计，严格控制油温不得超过100，以防止发生回火效应，使套圈的硬度降低。（2） 轴承内部轴向力与轴承载荷计算由5.2.4知轴向力大小为： 而且该力指向轴承B方向，所以轴承B的实际轴向载荷 ，轴承A的轴向力为0.（3）轴承当量载荷对于轴承B，查

25、表12.11得e=0.19，所以X=0.56，Y=203（4）轴承寿命校核 因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷F（）为计算依据。工作温度正常，查表12.8得，按中等冲击载荷，查表12.9得，按设计要求，轴承的寿命为 选取的轴承合适。表8 滚动轴承参数参数轴承型号基本额定动载荷（N）高速轴轴承630840800低速轴轴承631281800七、 联轴器的选择和计算7.1 联轴器的计算转矩查表16.1取工作情况系数，因前面计算得到的低速轴转速在计算电动机功率时考虑功率备用系数K=1.2，故计算转矩为： 7.2 许用转速根据工作条件，选用弹性柱销联轴器LX4，查表J.3，得十字滑块联轴

26、器许用转矩，许用转速3870r/min。7.3 配合轴径 配合轴径 d=50mm7.4 配合长度 配合长度 L=112mm表9 联轴器参数联轴器型号许用转矩许用转速配合轴径配合长度LX42500387050112八、 键连接的选择和强度校核8.1 高速轴V带轮用键连接8.1.1 选用键类型选用圆头普通平键（A型键），轴径 d=5mm，轮觳长 B=45mm，查表14.1选键 A870（GB/T1096-2003）8.1.2 键的强度校核键的材料选为45号钢。因v<25m/s；V带轮材料为铸铁HT150。载荷轻微冲击，键联接的许用应力。键的工作长度 ，挤压应力 满足强度要求。8.2 低速轴齿轮用键连接8.2.1 选用键类型选用圆头普通平键（A型键），轴径 d=65mm，轮觳长 B=78mm，查表14.1选键 A1870（GB/T1096-2003）8.2.2 键的强度校核键材料选用45号钢，齿轮材料为45号钢，查表得许用应力。键的工作长度 挤压应力 满足强度要求。8.3 低速轴联轴器用键连接8.3.1 选用键类型选用圆头普通平键（A型键），轴径 d=50mm，轮觳长 B=112mm，查表14.1选键 A1490（GB/T1096-2003）8.3.2 键的强度校核键材料选用45号钢，齿轮材料为45