一级圆柱齿轮减速器设计项目说明指导书模板.doc

机械设计课程设计计算说明书一、传动方案确定.3二、电动机选择.4三、确定传动装置总传动比及分配各级传动比.6四、传动装置运动和动力设计.7五、一般V带设计.10六、齿轮传动设计.15七、传动轴设计.18八、箱体设计.27九、键连接设计29十、滚动轴承设计31十一、润滑和密封设计32十二、联轴器设计33十三、设计小结.33设计题目：单级圆柱齿轮减速器机械系：设计者：学 号：指导老师：一、设计课题： 设计一用于带式运输上单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续工作，单向运转载荷改变不大，空载开启。减速器小批量生产，使用期限，一班制工作，卷筒不包含其轴承效率为96%，运输带许可速度误差为5%。 原始数据 编号1运输带拉力F（N）1500运输带速度V（m/s）1.1卷筒直径D（mm） 220设计任务要求：1. 减速器装配图纸一张（A1图纸）2. 轴、传动零件图纸各一张（号图纸）3. 设计说明书一分计算过程及计算说明一、传动方案确定设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动（1）已知条件：1. 工作环境：通常条件，通风良好；2. 载荷特征：工作平稳、单向运转；3. 使用期限：8年，大修期3年，单班工作；4. 卷筒效率：=0.96；5. 运输带许可速度误差：5%；6. 生产规模：通常规模厂中小批量生产。（）、原始数据：滚筒圆周力F=1500N；带速V=1.1m/s；滚筒直径D=220mm；方案确定：采取带传动和齿轮传动组合，即可满足传动比要求，同时因为带传动含有良好缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。1.电动机 2.V带传动 3.圆柱齿轮减速器4.连轴器 5.滚筒 6.运输带二、电动机选择1、电动机类型和结构选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于通常见途全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求机械。 2、电动机容量选择：电动机所需工作功率为：式（1）：da (kw) 由式(2)：V/1000 (KW)所以 Pd=FV/1000a (KW)由电动机至运输带传动总效率为：总=5式中：1、2、3、4、5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒传动效率。取=0.95，0.96，0.97，.则：总=0.960.980.970.990.96 =0.7827所以：电机所需工作功率：Pd= FV/1000总 =(30001.1)/(10000.83) =2.108 (kw)3、确定电动机转速 卷筒工作转速为： n卷筒601000V/（D） =(6010001.1)/（220） = 95.49r/min依据手册表推荐传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围=3。取带传动比= 。则总传动比理论范围为：a。故电动机转速可选范为 Nd=Ian卷筒 =(624)95.49 =572.962291.83 r/min则符合这一范围同时转速有：1000和1500r/min依据容量和转速，由相关手册查出三种适用电动机型号：（以下表）方案电 动机 型号额定功率电动机转速(r/min)同时转速满载转速1Y100L 1-42.2150014202Y112M-62.21000960综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比，方案1计算后带速小于5m/s,相比之下第2方案比较适合。此选定电动机型号为Y112M-2， 中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底角安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸DE装键部位尺寸 FGD13252034531521614012286087三、确定传动装置总传动比和分配级传动比：由选定电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n1、可得传动装置总传动比为： ia=nm/n=nm/n卷筒=940/95.49=9.84总传动比等于各传动比乘积分配传动装置传动比ia=i0i （式中i0、i分别为带传动 和减速器传动比） 2、分配各级传动装置传动比： 依据指导书P7表1，取i0=2.8（一般V带 i=24）因为：iai0i所以：iiai09.84/2.83.5四、传动装置运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，.和i0,i1，.为相邻两轴间传动比01，12，.为相邻两轴传动效率P，P，.为各轴输入功率 （KW）T，T，.为各轴输入转矩 （Nm）n,n,.为各轴输入转矩 （r/min）可按电动机轴至工作运动传输路线推算，得到各轴运动和动力参数1、 运动参数及动力参数计算（1）计算各轴转数： 轴：n=nm/ i0=940/2.8=335.7（r/min）轴：n= n/ i1 =335.7/3.5=95.92r/min 卷筒轴：n= n（2）计算各轴功率：轴： P=Pd01 =Pd1=2.20.96=2.112（KW）轴： P= P12= P23 =2.1120.960.96 =1.95（KW）计算各轴输入转矩：电动机轴输出转矩为：Td=9550Pd/nm=95502.2/940=22.35 Nm轴T= 9550P1/n1 =75.1 Nm 轴T= 9550P2/n2 =194.15 Nm由指导书表1得到：1=0.962=0.983=0.974=0.99i0为带传动传动比i1为减速器传动比滚动轴承效率为0.980.995在本设计中取0.98综合以上数据，得表以下：功率（KW）转速（r/min）传动比效率扭矩（N.M）电动机轴2.29602.80.9622.35轴2.112335.53.50.9660.1轴1.9595.921.000.96194.2五. V带设计 （1）选择一般V带型号 由PC=KAP=1.22.1=2.52（ KW） 依据书本P134表9-7得悉其交点在A、B型交 界线处，故A、B型两方案待定： 方案1：取A型V带 确定带轮基准直径，并验算带速： 则取小带轮 d1=100mmd2=n1d1(1-)/n2=id1(1-) =2.8100(1-0.02)=274.4mm 由表9-2取d2=280mm (虽使n2略有降低，但其误差小于5%，故许可) 带速验算： V=n1d1/（100060）由书本P134表9-5查得KA=1.2 由书本P132表9-2得，推荐A型小带轮基准直径为75mm125mm =940100/（100060） = 4.9m/s 不介于525m/s范围内，故不适宜取 d1=106mmd2=n1d1(1-)/n2=id1(1-) =2.8106(1-0.02)=290.9mm 由表9-2取d2=300mm (虽使n2略有降低，但其误差小于5%，故许可)带速验算： V=n1d1/（100060）=940106/（100060） = 5.22/s 介于525m/s范围内，故适宜 确定带长和中心距a：a0=1.5（d1+d2）=1.5（106+300）=649.6取a0=650 满足：0.7（d1+d2）a02（d1+d2） 0.7（106+300）a02（106+300） 284.2 a0812 初定中心距a0=650 ，则带长为 L0=2a0+（d1+d2）+（d2-d1）2/(4a0) =2650+（106+300）/2+（300-106）2/(4650) =1952.2 mm 由表9-3选择Ld=2050mm实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/2=650+(2050-1952.2)/2=698.9 mm 验算小带轮上包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a =180-(300-106)57.3/698.9=164.1120 适宜 确定带根数 Z=PC/（(P0+P0)KLK） =2.52/（0.95+0.11）0.971.01） = 2.43 故要取3根A型V带 计算轴上压力 由书9-18初拉力公式有 F0=500PC（2.5/K-1）/z c+q v2 =5002.52（2.5/0.97-1）/（35.22）+0.175.022 =1126.9 N 由书本9-19得作用在轴上压力 FQ=2zF0sin(/2) =23126.9sin(164.1/2)=754.1 N适宜 由机械设计书表9-4查得P0=0.95由表9-6查得P0=0.11 由表9-7查得K=0.95由表9-3查得KL=0.96由书本表9-2得，推荐B型小带轮基准直径125mm280mm由机械设计书表9-4查得P0=2.08由表9-6查得P0=0.30 由表9-7查得K=0.95由表9-3查得KL=1.00d0dHLS1斜度1:25SS2drdkdhddaLBS2带轮示意图以下：六、齿轮传动设计：(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方法、精度等级。小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮材料为45号钢调质，齿面硬度为250HBS，大齿轮选择45号钢正火，齿面硬度为200HBS。齿轮精度初选8级(2)、初选关键参数 Z1=20 ，u=4.5 Z2=Z1u=204.5=90 取a=0.3，则d=0.5（i+1）=0.675（3）按齿面接触疲惫强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1 确定各参数值 载荷系数 查书本表6-6 取K=1.2 小齿轮名义转矩T1=9.55106P/n1=9.551064.23/342.86 =1.18105 Nmm 材料弹性影响系数 由书本表6-7 ZE=189.8 区域系数 ZH=2.5 重合度系数t=1.88-3.2（1/Z1+1/Z2） =1.88-3.2（1/20+1/90）=1.69 Z= 许用应力 查书本图6-21（a） 查表6-8 按通常可靠要求取SH=1 则 取两式计算中较小值，即H=560Mpa于是 d1 = =52.82 mm (4)确定模数 m=d1/Z152.82/20=2.641 取标准模数值 m=3(5) 按齿根弯曲疲惫强度校核计算 校核式中 小轮分度圆直径d1=mZ=320=60mm齿轮啮合宽度b=dd1 =1.060=60mm复合齿轮系数 YFS1=4.38 YFS2=3.95重合度系数Y=0.25+0.75/t =0.25+0.75/1.69=0.6938许用应力 查图6-22（a） Flim1=245MPa Flim2=220Mpa 查表6-8 ，取SF=1.25 则 计算大小齿轮并进行比较 取较大值代入公式进行计算 则有=71.86F2故满足齿根弯曲疲惫强度要求（6） 几何尺寸计算 d1=mZ=320=60 mmd2=mZ1=390=270 mma=m （Z1+Z2）=3（20+90）/2=165 mmb=60 mm b2=60 取小齿轮宽度 b1=65 mm （7）验算初选精度等级是否适宜齿轮圆周速度 v=d1n1/（601000） =3.1460342.86/（601000） =1.08 m/s对照表6-5可知选择8级精度适宜。七 轴设计1， 齿轮轴设计 (1) 确定轴上零件定位和固定方法 （图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴轮齿段 4套筒 6密封盖 7轴端挡圈 8轴承端盖 9带轮 10键(2)按扭转强度估算轴直径选择45#调质，硬度217255HBS轴输入功率为P=4.32 KW 转速为n=342.86 r/min依据书本P205（13-2）式，并查表13-2，取c=115d(3)确定轴各段直径和长度 从大带轮开始右起第一段，因为带轮和轴经过键联接，则轴应该增加5%，取D1=30mm，又带轮宽度 B=（Z-1）e+2f =（3-1）18+28=52 mm 4 则第一段长度L1=60mm右起第二段直径取D2=38mm依据轴承端盖装拆和对轴承添加润滑脂要求和箱体厚度，取端盖外端面和带轮左端面间距离为30mm，则取第二段长度L2=70mm 右起第三段，该段装有滚动轴承，选择深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选择6208型轴承，其尺寸为dDB=408018，那么该段直径为D3=40mm，长度为L3=20mm右起第四段，为滚动轴承定位轴肩,其直径应小于滚动轴承内圈外径，取D4=48mm，长度取L4= 10mm 右起第五段，该段为齿轮轴段，因为齿轮齿顶圆直径为66mm，分度圆直径为60mm，齿轮宽度为65mm，则，此段直径为D5=66mm，长度为L5=65mm右起第六段，为滚动轴承定位轴肩,其直径应小于滚动轴承内圈外径，取D6=48mm 长度取L6= 10mm 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=40mm，长度L7=18mm (4)求齿轮上作用力大小、方向 小齿轮分度圆直径：d1=60mm作用在齿轮上转矩为：T1 =1.18105 Nmm 求圆周力：FtFt=2T2/d2=21.18105/60=1966.67N 求径向力FrFr=Fttan=1966.67tan200=628.20NFt，Fr方向以下图所表示 （5）轴长支反力依据轴承支反力作用点和轴承和齿轮在轴上安装位置，建立力学模型。 水平面支反力：RA=RB=Ft/2 =983.33 N 垂直面支反力：因为选择深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =Fr62/124=314.1 N（6）画弯矩图 右起第四段剖面C处弯矩： 水平面弯矩：MC= RA62=60.97 Nm 垂直面弯矩：MC1= MC2=RA62=19.47 Nm 合成弯矩： （7）画转矩图： T= Ftd1/2=59.0 Nm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面C处当量弯矩： （9）判定危险截面并验算强度右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径和相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=73.14Nm ,由书本表13-1有:-1=60Mpa 则：e= MeC2/W= MeC2/(0.1D43)=73.141000/(0.1443)=8.59 Nm-1右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D13)=35.41000/(0.1303)=13.11 Nm-1 所以确定尺寸是安全 。 受力图以下：P值为前面第10页中给出在前面带轮计算中已经得到Z=3其它数据手册得到D1=30mmL1=60mmD2=38mmL2=70mmD3=40mmL3=20mmD4=48mmL4=10mmD5=66mmL5=65mmD6=48mmL6= 10mmD7=40mmL7=18mmFt=1966.66NmFr=628.20NmRA=RB=983.33NmRA=RB=314.1 NMC=60.97NmMC1= MC2=19.47 NmMC1=MC2=64.0NmT=59.0 Nm=0.6MeC2=73.14Nm-1=60MpaMD=35.4Nm 输出轴设计计算(1) 确定轴上零件定位和固定方法 （图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮 4套筒 6密封盖 7键 8轴承端盖 9轴端挡圈 10半联轴器 (2)按扭转强度估算轴直径 选择45#调质，硬度217255HBS轴输入功率为P=4.11 KW 转速为n=77.22 r/min依据书本P205（13-2）式，并查表13-2，取c=115d(3)确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，因为联轴器和轴经过键联接，则轴应该增加5%，取45mm，依据计算转矩TC=KAT=1.3518.34=673.84Nm，查标准GB/T 5014，选择LXZ2型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=84mm,轴段长L1=82mm右起第二段，考虑联轴器轴向定位要求，该段直径取52mm,依据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑脂要求，取端盖外端面和半联轴器左端面距离为30mm，故取该段长为L2=74mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选择深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选择6211型轴承，其尺寸为dDB=5510021，那么该段直径为55mm，长度为L3=36右起第四段，该段装有齿轮，而且齿轮和轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮分度圆直径为270mm，则第四段直径取60mm,齿轮宽为b=60mm，为了确保定位可靠性，取轴段长度为L4=58mm右起第五段，考虑齿轮轴向定位,定位轴肩，取轴肩直径为D5=66mm ,长度取L5=10mm右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D6=55mm，长度L6=21mm(4)求齿轮上作用力大小、方向 大齿轮分度圆直径：d1=270mm作用在齿轮上转矩为：T1 =5.08105Nmm 求圆周力：FtFt=2T2/d2=25.08105/270=3762.96N 求径向力FrFr=Fttan=3762.96tan200=1369.61NFt，Fr方向以下图所表示 （5）轴长支反力依据轴承支反力作用点和轴承和齿轮在轴上安装位置，建立力学模型。 水平面支反力：RA=RB=Ft/2 = 1881.48 N 垂直面支反力：因为选择深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =Fr62/124= 684.81 N（6）画弯矩图 右起第四段剖面C处弯矩： 水平面弯矩：MC=RA62= 116.65 Nm 垂直面弯矩：MC1= MC2=RA62=41.09 Nm 合成弯矩： （7）画转矩图： T= Ftd2/2=508.0 Nm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面C处当量弯矩： （9）判定危险截面并验算强度右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径和相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=307.56Nm ,由书本表13-1有:-1=60Mpa 则：e= MeC2/W= MeC2/(0.1D43)=307.561000/(0.1603)=14.24 Nm-1右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D13)=304.81000/(0.1453)=33.45 Nm-1 所以确定尺寸是安全 。 以上计算所需图以下：D1=45mmL1=82mmD2=52mmL2=54mmD3=55mmL3=36mmD4=60mmL4=58mmD5=66mmL5=10mmD6=55mmL6=21mmFt=3762.96NmFr=1369.61NmRA=RB=1881.48NmRA=RB=684.81 NMC=116.65NmMC1= MC2=41.09 NmMC1=MC2=123.68NmT=508.0 Nm=0.6MeC2=307.56Nm-1=60MpaMD=33.45Nm绘制轴工艺图（见图纸）八箱体结构设计(1) 窥视孔和窥视孔盖在减速器上部能够看到传动零件啮合处要开窥视孔，方便检验齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以预防污物进入机体内和润滑油飞溅出来。(2) 放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。(3)油标油标用来检验油面高度，以确保有正常油量。油标有多种结构类型，有已定为国家标准件。(4)通气器减速器运转时，因为摩擦发烧，使机体内温度升高，气压增大，造成润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达成集体内外气压相等，提升机体有缝隙处密封性能。(5)启盖螺钉机盖和机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也能够安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。(6)定位销 为了确保轴承座孔安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽可能远些。如机体结构是正确，销孔位置不应该对称部署。(7)调整垫片调整垫片由多片很薄软金属制成，用一调整轴承间隙。有垫片还要起调整传动零件轴向位置作用。(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。(9)密封装置 在伸出轴和端盖之间有间隙，必需安装密封件，以预防漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应依据具体情况选择。箱体结构尺寸选择以下表：名称符号尺寸（mm）机座壁厚8机盖壁厚18机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度b 112机座底凸缘厚度b 220地脚螺钉直径df20地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径d116机盖和机座联接螺栓直径d212联轴器螺栓d2间距 l 160轴承端盖螺钉直径d310窥视孔盖螺钉直径d48定位销直径d8df，d1, d2至外机壁距离C126, 22, 18df， d2至凸缘边缘距离C224, 16轴承旁凸台半径R124, 16凸台高度h 依据低速级轴承座外径确定，方便于扳手操作为准外机壁至轴承座端面距离l1 60，44大齿轮顶圆和内机壁距离112齿轮端面和内机壁距离2 10机盖、机座肋厚m1 ,m27， 7轴承端盖外径D290， 105轴承端盖凸缘厚度t 10轴承旁联接螺栓距离S尽可能靠近，以Md1和Md2互不干涉为准，通常s=D2九键联接设计1输入轴和大带轮联接采取平键联接此段轴径d1=30mm,L1=50mm查手册得，选择C型平键，得：A键 87 GB1096-79 L=L1-b=50-8=42mmT=44.77Nm h=7mm依据书本P243（10-5）式得p=4 T/(dhL)=444.771000/（30742） =20.30Mpa R (110Mpa)2、输入轴和齿轮1联接采取平键联接轴径d2=44mm L2=62mm T=120.34Nm查手册 选A型平键 GB1096-79B键128 GB1096-79l=L2-b=62-12=50mm h=8mm p=4 T/（dhl）=4120.341000/（44850） = 27.34Mpa p (110Mpa)3、输出轴和齿轮2联接用平键联接轴径d3=60mm L3=58mm T=513.63Nm查手册P51 选择A型平键键1811 GB1096-79l=L3-b=60-18=42mm h=11mmp=4T/（dhl）=4513.631000/（601142）=74.11Mpa p (110Mpa)十滚动轴承设计依据条件，轴承估计寿命Lh1030016=48000小时1.输入轴轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P 因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=628.20N（2）求轴承应有径向基础额定载荷值 （3）选择轴承型号查书本表11-5，选择6208轴承 Cr=29.5KN由书本式11-3有预期寿命足够此轴承合格2.输出轴轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=1369.61N（2）求轴承应有径向基础额定载荷值 （3）选择轴承型号查书本表11-5，选择6211轴承 Cr=43.2KN由书本式11-3有预期寿命足够此轴承合格十一、密封和润滑设计1.密封 因为选择电动机为低速，常温，常压电动机则能够选择毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达成密封目标。毛毡含有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又能够将润滑油自行刮下反复自行润滑。2润滑(1) 对于齿轮来说，因为传动件圆周速度v 12m/s,采取浸油润滑，所以机体内需要有足够润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这么就能够决定所需油量，单级传动,每传输1KW需油量V0=0.350.7m3。(2) 对于滚动轴承来说，因为传动件速度不高，且难以常常供油，所以选择润滑脂润滑。这么不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开一层薄膜。十二联轴器设计（1）类型选择 因为两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选择弹性柱销联。 （2）载荷计算计算转矩TC=KAT=1.3518.34=673.84Nm，其中KA为工况系数，由书本表14-1得KA=1.3（3）型号选择依据TC，轴径d，轴转速n， 查标准GB/T 5014，选择LXZ2型弹性柱销联，其额定转矩T=1250Nm, 许用转速n=3750r/m ,故符合要求。十三、设计小结 机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全方面机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程关键综合性和实践性步骤。(1) 经过这次机械设计课程设计，综合利用了机械设计课程和其它相关先修课程理论，结合生产实际知识，培养分析和处理通常工程实际问题能力，并使所学知识得到深入巩固、深化和扩展。(2) 学习机械设计通常方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械设计原理和过程。(3) 进行机械设计基础技能训练，如计算、绘图、熟悉和利用设计资料（手册、图册、标准和规范等）和使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。键128