一级圆柱齿轮减速器设计说明书-毕业论文.doc

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学 院 轻工与食品学院 专 业 轻化工程 学生姓名 韦露婷 学生学号 201230431095 指导教师 张东 课程编号 130195 课程学分 2.0 日 期 教师评语一、设计态度 认真 比较认真 不够认真二、设计计算说明书参数选取 合理 基本合理 不够合理计算过程 完整 基本完整 不够完整计算结果 正确 基本正确 错误较多三、装配图和零件图结构设计 合理 基本合理 不够合理投影关系 正确 基本正确 错误较多尺寸标注 齐全 基本齐全 不够齐全图面质量 较高 一般 较差四、综合设计能力 较强 一般 较差五、答辩 清晰 基本清晰 不够清晰教师签名： 日 期：成绩评定备注目 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6.1.1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、设计小结十二、参考文献 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h=0.94。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)40001.00 0.2901.5 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（A1）。1.5.2 绘制高速轴、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-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）、电动机的型选择 本减速器在常温下工作，载荷轻微冲击，对起动机无特殊要求，故选用Y系列笼型三相异步电动机，封闭式结构，电压为380V。 （2）、确定电动机的功率： 工作机所需功率： 故电动机至工作间的总效率（包括工作机效率）为： 由设计手册得 (带传动)，（轴承），（齿轮精度为8级） （轴承），（联轴器），=0.94（卷筒）代入，得电动机的工作功率： 故据此选取电动机的额定功率（3）、确定电动机的转速：卷筒轴工作转速：取V带传动比，一级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为，电动机的转数可选范围为： 符合这一范围的同步转速有750、1000两种，可查两种方案，见下表：方案电动机型号额定功率（KW）同步转速满载转速总传动比带传动比齿轮传动比1Y132M2-65.5100096010.733.572Y160M2-85.57507209.512.43.96非特殊情况一般不选用750rpm转速的电机，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比选用方案一中Y132M2-6机型。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Y132M2-65.5kw1000rpm960rpm2.0 Nm2.0 Nm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AB地脚螺栓直径K轴伸尺寸DE键公称尺寸Fh1325153453152161781238801082.3 确定传动装置总传动比及其分配（1） 传动装置的总传动比： rpm rpm（2） 分配各级传动比： 为了使三角带传动的外廓尺寸不致过大，取传动比，则齿轮传动比：2.4 计算传动装置各级传动功率、转速与转矩a) 各轴的转速为：轴 轴 滚筒轴 b) 各轴功率：轴 轴 卷筒轴输入功率2、 各轴转矩： 电动机轴 轴 轴 卷筒轴输入转矩 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（Nm）传动比i效率h电动机轴4.86100046.1730.94轴I4.57333.3130.204.860.96轴II4.3968.58607.65三、 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 查表8.3，得工作情况系数1.3所需传递的功率：3.1.2 带型选择 又因 故由图8.11选择V带的型号为 A 型3.1.3 带轮设计dd1、dd2由设计手册表8.4得小带轮直径：公式8.17得大带轮直径：按表8.4选取标准值3.1.4 验算带速v 因为带速在5-25m/s范围内，所以符合要求3.1.5 确定V带的传动中心距a和基准长度Ld 280800取确定带长 + 1708.32mm 查设计手册表8.2，取带的基准长度修正中心距： +546考虑到安装调整及长期工作后松弛对其进行张紧的情况，中心距应留一个调整佘量，变动范围为： 故调整范围取492-600m3.1.6 包角及其验算a1 小带轮 所以，符合要求3.1.7 带根数z由式8.21 根据=100mm 查表8.6插值法得 p0=0.97kw 由表8.2得 0.11kw 得出 查表8.2得长度修正系数 ，查表8.7得包角系数 0.95 V带根数Z 故取7根。3.1.8 预紧力计算F0q为每米带长的质量,由设计手册取0.1kg/m。3.1.9 压轴力计算FQ3.1.10 带轮的结构选用7根A2000 GB 1154489V带，中心距a=546mm，带轮直径da1=100mm，da2=300mm。由机械设计基础表8.8及图8.13得：B=6e+2f=108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100300112.758.7150.396108AV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(1)选择齿轮材料，热处理方式该齿轮无特殊要求，可选用一般材料，查表并考虑的要求，小齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度取HBS230,大齿轮选用45钢，正火处理，齿面硬度取HBS190.(2)确定精度等级：减速器为一般齿轮传动估计圆周速度不大于5m/s,根据设计手册（GB 10095-1988）可知，精度等级初选8级精度。（3）确定许用应力，有图10-26C、图10-24C分别查得， 有表10-5查得 和 ，故 因齿面硬度小于HBS350，属软齿面，所以按齿面接触强度进行计算。3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计计算 由式（10-25），计算中心距 （1） 取（见3.2.1） （2）小齿轮转矩 (3)取齿宽系数 (4)由于原动机为电动机，载荷平稳支承为対称布置，查表10-4选K=1将上述数据代入，得中心距3.2.3 按齿根弯曲疲劳强度校核由式(10-20)校验算齿根弯曲强度 （3.2.4中计算出）由图10-23查得， 代入上式得 安全 安全 故满足要求3.2.4 齿轮传动的几何尺寸计算确定基本参数计算齿轮的主要尺寸(1)选择参数：取Z1=23,则Z2=i2Z1=111.78 取Z2=112（齿数互质）(2)确定模数： 由表10.1取，模数基本不变，故齿数基本确定为，Z1=23，Z2=112（互质）。(3)修正中心距：(4)确定齿宽：为了补偿两齿轮轴向尺寸的误差，使小轮宽度略大于大轮，故取 (5)分度圆直径： 表6 齿轮几何尺寸名称代号计算公式与结果模数m2.5压力角a200分度圆直径d1、d2d1=mz1=57.5 d2=mz2=280齿顶高haha=ha*m=2.5齿根高hfhf=hf*m=3.125全齿高hh=ha+hf=5.625顶隙cc=hf-ha=0.625齿顶圆直径da1、da262.5 285齿根圆直径df1、df2 51.25 273.75中心距aa=m(z1+z1)/2=168.75传动比i4.87压力角a200齿数z1、z223 112齿宽b1、b270 75四、 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d110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h220底座加强肋厚度e9箱底加强肋厚度e19地脚螺栓直径d16地脚螺栓数目n6轴承座连接螺栓直径d214底座与箱盖连接螺栓直径d310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轴承座凸缘端面直径D290螺栓孔凸缘的配置尺寸c1、c2、D015、13、20地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸c1、c2、D025、23、45箱体内壁与齿顶圆的距离D16箱体内壁与齿轮端面的距离D110底座深度H169底座高度H1177.5箱盖高度H2164外箱壁至轴承座端面距离l136箱底内壁横向宽度L190其他圆角R0、r1、r213、3、12五、 轴的设计5.1 高速轴设计5.1.1 选择轴的材料选用45号钢，并经正火处理，已知从动轮转速r/min 传递功率p=4.39kw查表10-1强度极限 许用弯曲应力5.1.2 初步估算轴的最小直径按扭转强度估算轴径表10.2查得 又由式（10.2）得： 因轴的伸出端开一个键槽，故要将轴径增大3%-5%即取： 考虑到伸出端要与联轴器连 接，故选绘制轴的结构草图，如图所示5.1.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸（1）根据轴的尺寸与小齿轮结构，综合考虑，对轴与小齿轮进行一体化设计，及设计成齿轮轴。如草图所示。（2）确定轴的各段直径及轴向尺寸轴段1（从右边起算）：为外伸端，外接大V带轮，大带轮L=(1.52.0)ds=55mm综合考虑，C型键槽，取轴段L1=54m。轴段2：根据轴段1，根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为32mm，则取第二段的长度L2=55mm轴段3：该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，初步选用6208型轴承，其尺寸为dDB=408018，由于轴段3需安装轴承，根据轴承的型号及综合考虑轴段1取 ，取L3=18mm轴段4：4上应有轴肩同时为能很顺利地在轴段3上安装卸载轴承，轴段3必须满足轴承拆装要求，故取直径。长度，考虑齿轮与箱体内壁距离应大于8mm，L4=15mm轴段5：为齿轮部分（齿轮与轴一体化） ,L5=75mm。轴段6：考虑对称性轴段6与轴段4一致 L6=15mm轴段7：安装轴承，与轴段3一致 L7=18mm5.2 低速轴设计5.2.1 选择轴的材料选用45号钢，调质处理。5.2.2 初步估算轴的最小直径 按扭转强度估算轴径表10.2查得 又由式（10.2）得： 因轴的伸出端开一个键槽，故要将轴径增大3%-5%即取： 考虑到伸出端要与联轴器连 接，故选5.2.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸（从联轴器开始左起第一段）轴段1：由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取45mm，根据计算转矩TC=KAT=1.3607.65=790Nm，查标准GB/T 50142003，选用LX3型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=112mm,轴段长L1=110mm轴段2：考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取48mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为L2=58mm轴段3：右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，初步选用6010型轴承，其尺寸为dDB=508016，那么该段的直径为50mm，长度为L3=32mm（轴向定位套筒为16mm）轴段4：该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为225mm，则第四段的直径取53mm,齿轮宽为b=70mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=68mm轴段5：考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=58mm ,长度取L5=14mm:轴段6：该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D6=50mm，长度L6=16mm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求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：d1=280mm作用在齿轮上的转矩为： 求圆周力：Ft1Ft1=2T1/d1=2130.20/(57.5*10-3)=4529N 求径向力Fr Fr=Fttan=4528tan200=1648NFt，Fr的方向如下图所示（1）水平平面支反力RH= Ft/2 =2264.5N（2）垂直平面支反力 RV=FR/2=824N轴承上的载荷：（3） 水平平面弯矩两轴承受力支点之间的距离为L=(L3+L4+L5+L6+L7-B)=123mmMH=RH*61.5mm=139.3N.m（4）垂直平面弯矩MV=Rv*61.5mm=50.7N.m（5）合成弯矩 （6）扭矩T=130.20N.m（7） 计算当量弯矩=0.59 （8）绘制弯矩、扭矩图图4 高速轴的受力、弯矩、合成弯矩、转矩、计算弯矩图（9）判断危险截面并验算强度右起第5段剖面C处当量弯矩最大（齿轮位置的中心剖面df1=51.25mm），而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知由设计手册有:B=650MPa=(0.090.1)B =58.565Mpa =60MPa 则：ca2= /W=163.7 /(0.1df13)=166.9/(0.1（51.2510-3）3)Pa= 12.4MPa右起第1段D处虽仅受转矩但其直径较小，D=28mm故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D3)=76.8/(0.1(2810-3)3)= 35.0MPa 所以确定的尺寸是安全的 。5.3.2 按弯扭合成校核低速轴的强度求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：d2=280mm作用在齿轮上的转矩为： 求圆周力：Ft1Ft1=2T1/d1=2607.65/(280*10-3)=4340N 求径向力FrFr=Fttan=4340tan200=1580NFt，Fr的方向如下图所示（1）水平平面支反力RH= Ft/2 =2170N（2）垂直平面支反力 RV=FR/2=790N轴承上的支反力：（4） 水平平面弯矩两轴承受力支点之间的距离为L=(L3+L4+L5+L6-B)=114mmMH=RH*57mm=123.7N.m（4）垂直平面弯矩MV=Rv*57mm=45.0N.m（5）合成弯矩 （6）扭矩T=607.65N.m（8） 计算当量弯矩=0.59 （8）绘制弯矩、扭矩图注意A支点图2（低速轴）的右边的轴承支点，B支点图2（低速轴）的左边边的轴承支点。图5 低速轴的受力、弯矩、合成弯矩、转矩、计算弯矩图（9）判断危险截面并验算强度左起第4段剖面C处当量弯矩最大（齿轮位置的中心剖面d4=53mm），而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知由设计手册有:B=650MPa=(0.090.1)B =58.565Mpa =60MPa 则：ca2= /W=381.9 /(0.1df23)=381.9/(0.1（5310-3）3)Pa= 25.7MPa左起第1段D处虽仅受转矩但其直径较小（在扭矩图中显示为最右端），D=45mm故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D3)=385.5/(0.1(4510-3)3)= 42.3MPa 所以确定的尺寸是安全的 。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、轴向载荷分析因该轴承在此工作条件下只受到径向力作用，直齿轮传动几乎不存在轴向力。6.1.2 轴承选型与校核（1） 轴承选型与安装方式由表18-8、18-9 得、，球轴承=3。查设计手册(GB/T 276-1994)，选择6108轴承 Cr=29500N（2） 轴承内部轴向力与轴承载荷计算由于轴承只受到径向力作用，考虑到对称性，两轴承受力情况一致，所以轴承上的载荷大小为：（3） 轴承当量载荷由于轴承只受到径向力作用，其当量载荷：（4）轴承寿命校核由课本式18-3有预期寿命足够此轴承合格6.2 低速轴上的滚动轴承设计6.2.1 轴上径向、轴向载荷分析因该轴承在此工作条件下只受到径向力作用，直齿轮传动几乎不存在轴向力。6.2.2 轴承选型与校核（1） 轴承选型与安装方式由表18-8、18-9 得、，球轴承=3。轴承上的支反力：查设计手册(GB/T 276-1994)，选择6010轴承 Cr=22000N（2） 轴承内部轴向力与轴承载荷计算由于轴承只受到径向力作用，考虑到对称性，两轴承受力情况一致，所以：更详细计算步骤见轴的校核。（3）轴承当量载荷由于轴承只受到径向力作用，其当量载荷（4）轴承寿命校核由课本式18-3有预期寿命足够，故此轴承满足要求表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620829500低速轴轴承601022000七、 联轴器的选择和计算7.1 联轴器的计算转矩由机械设计基础式16.1及表16-1因之前计算的低速轴转矩中已考虑系数1.3，故计算转矩为：7.2 许用转速根据工作情况，综合考虑，选用弹性柱销联轴器，附表J.3LX3，许用转速n=4750rpm。7.3 配合轴径综合低速轴的设计及联轴器的标准系列，配合轴径D=45mm7.4 配合长度 根据附表J.3LX3，其配合长度为L1=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LX31250Nm4750rpm45mm112mm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 选用键类型输入轴（高速轴）传递转矩轴直径d=28，选用单圆头普通平键（C型），大带轮轮毂长55mm,该轴段54mm，查表14.1选键C8750(GB/T 1095-2003)8.1.2 键的强度校核键的材料为45钢，带轮为铸铁，查表14.2得轻微冲击下键连接的铸铁材料许用应力,键的工作长度l=L-b/2=50-8/2=46mm,k=0.5h=3.5mm键所受的挤压应力： 安全满足设计要求8.2 低速轴齿轮用键连接8.2.1 选用键类型输出轴（低速轴）传递转矩该段段轴直径d=53，选用圆头普通平键（A型），齿轮轮毂长70mm,该轴段长68mm，查表14.1选键161056(GB/T 1095-2003)8.2.2 键的强度校核键的材料为45钢，齿轮为钢，查表14.2得轻微冲击下键连接的刚材许用应力,键的工作长度l=L-b=56-16=40mm，k=0.5h=5mm键所受的挤压应力：安全 满足设计要求。8.3 低速轴联轴器用键连接8.3.1 选用键类型 输出轴（低速轴）传递转矩该段轴直径d=45，选用单圆头普通平键（C型），联轴器L1=112,该轴段长110mm，查表14.1选键C149100(GB/T 1095-2003)8.3.2 键的强度校核 键的材料为45钢，联轴器为钢，查表14.2得轻微冲击下键连接的刚材许用应力,键的工作长度l=L-b/2=100-7=93mm，k=0.5h=4.5mm键所受的挤压应力：安全 满足设计要求。表10 各键参数参数型号键长键高高速轴带轮键GB/T 1096键C8750507低速轴齿轮键GB/T 1096键1610565610低速轴联轴器键GB/T 1096键C1491001009九、 减速器的润滑9.1 齿轮传动的圆周速度小齿轮9.2 齿轮的润滑方式与润滑油选择对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v 12m/s,采用浸油润滑，采用油浴式（机械设计基图7.45）因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.350.7m3。9.3 轴承的润滑方式与润滑剂选择 对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。十、 绘制装配图及零件工作图减速器的装配图和零件工作图参考附带的图纸。十一、 设计小结（不少于500字）十二、 参考文献1. 黄平、朱文坚，机械设计基础理论、方法与标准，北京：清华大学出版社，20122. 朱文坚、黄平，机械设计课程设计，广州：华南理工大学出版社，20043. 朱文坚、黄平，机械设计，北京：高等教育出版社，20084. 机械设计手册，北京：化学工业出版社5. 机械设计手册，北京：冶金工业出版社