机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器设计说明书.doc

机械基础课程设计说明书一级直齿圆柱齿轮减速器设计题目： 一级直齿圆柱齿轮减速器 设计任务书1、设计任务：设计一级直齿圆柱齿轮减速器。设计简图： 原始数据：输送带拉力输送带速度滚筒直径80001.55290工作条件：输送带传动平稳，单向传动，连续工作，两班工作制使用五年，输送带速度误差5目录一 传动装置的总体设计1、分析和拟定传动方案12、电动机的选择13、计算传动装置的运动和动力参数34、传动件的设计计算55、轴的设计计算76、滚动轴承的选择与计算185、键联接的选择及其校核计算196、联轴器的选择207、减速器附件的选择218、润滑与密封设计内容：一、 传动装置的总体设计1、 分析和拟定传动方案合理的传动方案除了满足工作及的功能外，还要求结构简单、制作方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便，本次设计应该拟定一个合理的传动方案除了综合考虑工作的载荷，运动及机器的其他要求外，还应该熟悉各种传动机构的特点，以便选择一个合适的传动机构。其传动装置见下图。2、 电动机的选择（1） 选择电动机的类型按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压380V，Y系列。（2） 选择电动机的额定功率 带式输送机的性能参数选用表1的第 6组数据，即：工作装置的阻力N工作装置的线速度v/ms-1工作装置的效率80001.50.98表一工作机所需功率为： .24kw 从电动机到工作机的传动总效率为： 其中、分别为V带传动、轴承传动、齿轮轴承、联轴器传动，查取机械设置基础P131的附录选取=0.96、=0.97、=0.99、=0.99、 故 电动机的工作功率电动机的实际公路 所以（3） 确定电动机的转速卷筒轴工作转速： 查机械基础P459附录3， V带常用传动比为i1=24，圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为i2=35（8级精度）。根据传动装置的总传动比i与各级传动比i1、i2、in之间的关系是i=i1i2in，可知总传动比合理范围为i=620。又 因为 ，故 电动机的转速可选择范围相应为符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min三种。选1500r/min（4） 确定电动机的型号选上述不同转速的电动机进行比较，查机械基础P499附录50及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比，为降低电动机重量和价格，由选取同步转速为1460r/min的Y系列电动机，型号为Y160L-4。3、 传动装置的总传动比的计算和分配（1） 总传动比14.8= （2） 分配各级传动比各级传动比与总传动比的关系为i=i1i2。根据V带的传动比范围i1=2 4 ，初选i13，齿轮传动比= 3、计算传动装置的运动和动力参数（1） 计算各轴输入功率 0轴（电动机轴）的输出功率为： 1轴的输入功率： =13.06kw 2轴的输入功率： （2） 计算各轴转速 电机轴的转速： = 1轴（减速器高速轴）的转速： 2轴（减速器低速轴）的转速：99.3r/min （3） 计算各轴转矩 T=9550 把上述计算结果列于下表：参数轴名输入功率 （kW）转速(r/min)输入转矩（N.m）传动比传动效率轴0（电动机轴）15146098.13.0420.95轴1（高速轴）13.06486.7256.340.9603轴2（低速轴）12.5499.3120610.98505轴3（滚筒轴）12.2999.31183.1表五二、 传动零件的设计1、 箱外传动件设计（V带设计）（1）计算设计功率Pd根据V带的载荷有轻微振动，一班工作制（8小时），查机械基础P296表136，取KA1.1。即 （2）选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械基础P297图1311选取。根据算出的Pd2.42kW及小带轮转速n11420r/min ，查图得：d d=80100可知应选取Z型V带。（3）确定带轮的基准直径并验证带速由机械基础P298表137查得，小带轮基准直径为5090mm（ddmin=50mm），则取dd1= 80mm ddmin.（dd1根据P295表13-4查得）由机械基础P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=250mm 误差验算传动比： （为弹性滑动率）误差 符合要求 带速 满足5m/sv300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。（7）确定带的张紧装置 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。（8）计算压轴力 由机械基础P303表1312查得，Z型带的初拉力F055N，上面已得到=161.74o，z=6，则（9）带轮的材料选用灰铸铁，HT200。2、 减速器内传动件的设计（齿轮传动设计）（1）选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械基础P322表1410，小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度260HBS；大齿轮选用45号钢，调质处理，硬度为220HBS。 精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计学基础P145表57，初选8级精度。（2）按齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为： 确定载荷系数K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查机械设计学基础P147表58，得K的范围为1.41.6， 取K1.5。 小齿轮的转矩 接触疲劳许用应力 ）接触疲劳极限应力由机械设计学基础P150图530中的MQ取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得45钢的调质处理后的极限应力为=600MPa ， =560MPa ）接触疲劳寿命系数ZN 应力循环次数公式为 N=60 n jth 工作寿命每年按300天，每天工作8小时，故 th=(300108)=24000h N1=60466.798124000=6.722108 查机械设计学基础P151图531，且允许齿轮表面有一定的点蚀 ZN1=1.02 ZN2=1.15) 接触疲劳强度的最小安全系数SHmin查机械设计学基础P151表510，得SHmin1 ）计算接触疲劳许用应力。将以上各数值代入许用接触应力计算公式得 ）齿数比因为 Z2=i Z1，所以）齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查机械基础P326表1412，得到齿宽系数的范围为0.81.1。取。 ）计算小齿轮直径d1 由于，故应将代入齿面接触疲劳设计公式，得 圆周速度v查机械设计学基础P145表57，v1和N2=，查机械设计学基础P156图534得， YN1=1 , YN2=1 )弯曲疲劳强度的最小安全系数SFmin 本传动要求一般的可靠性，查机械设计学基础P151表510，取SFmin1.2。）弯曲疲劳许用应力 将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得 ）齿根弯曲疲劳强度校核 因此，齿轮齿根的抗弯强度是安全的。3、 轴的设计（1） 高速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查机械基础P369表161，得其许用弯曲应力，。 初步计算轴的直径 由前计算可知：P1=2.09KW,n1=466.798r/min 其中，A取112。 考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 查机械基础P458附录1，取d=25mm 轴的结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有7个轴段。1段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为25mm，查机械基础P475附录23，取该轴伸L160mm。 2段： 参考机械基础P373，取轴肩高度h为1.5mm，则d2=d1+2h=28mm。 此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3段：此段装轴承，取轴肩高度h为1mm，则d3=d2+2h=30mm。选用深沟球轴承。查机械基础P476附录24，此处选用的轴承代号为6306，其内径为30mm，宽度为19 mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取此段长L3=17mm。4段与6段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为2mm，则d4=d6=d3+2h=33mm，长度取5mm，则L4= L65mm。5段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d=60mm可知，d6=60mm。因为小齿轮的宽度为70mm，则L5=70mm。7段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=30mm，L717mm。由上可算出，两轴承的跨度Lmm 高速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算A、圆周力：B、径向力： ）绘制轴受力简图）绘制垂直面弯矩图轴承支反力： 由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为如图）绘制水平面弯矩图）绘制合弯矩图）绘制扭转图转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，）绘制当量弯矩图 截面C处的当量弯矩：)校核危险截面C的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处，W0.1d43所以 轴强度足够。（2）低速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查机械基础P369表161，得其许用弯曲应力，。 初步计算轴的直径由前计算可知：P2=2.007KW,n2=116.700r/min计算轴径公式：即：其中，A取106。 考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 查机械基础P458附录1，取d=30mm 轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有6个轴段。1段： 此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径d1=32mm，根据机械基础P482附录32，选用弹性套柱销联轴器，其轴孔直径为32mm，轴孔长度为60mm。根据联轴器的轴孔长度，又由机械基础P475附录23，取轴伸段（即段）长度L158mm。2段：查机械基础P373，取轴肩高度h为1.5mm，则d2=d1+2h=mm此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3段：取轴肩高度h为2.5mm，则d3=d2+2h=35+2mm。此段装轴承与套筒。选用深沟球轴承。查机械基础P476附录24，此处选用的轴承代号为6208，其内径为40mm，宽度为18mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取套筒长度为10mm，则此段长L3=（18-2）+10+2=28mm。4段：此段装齿轮，取轴肩高度h为2.5mm，则d4=d3+2h=mm。因为大齿轮的宽度为60mm，则L4=60-2=58mm5段：取轴肩高度h为2.5mm，则d5=d4+2h=50mm，长度与右面的套筒相同，即L5=10mm。6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=40mm，L617mm。由上可算出，两轴承的跨度L。 低速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算A、圆周力：B、径向力：）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ)由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为受力图：）截面C在水平面上弯矩为：）合成弯矩为：）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，截面C处的当量弯矩：)校核危险截面C的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处，W0.1d43所以轴强度足够。（3）确定滚动轴承的润滑和密封由于轴承周向速度为1m/s (A-B)=35-23=12mm；低速轴：L2(A-B)=45-38=7mm由前设定高速轴的L=60mm，低速轴的可知，满足要求。 ( 8 ) 确定轴的轴向尺寸 高速轴（单位：mm）：各轴段直径D1D2D3D4D5D6D725283033603325各轴段长度L1L2L3L4L5L6L7606017570517低速轴（单位：mm）：各轴段直径D1D2D3D4D5D6323540455040各轴段长度L1L2L3L4L5L6586028581017 4、滚动轴承的选择与校核计算根据机械基础P437推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同，取10年，一年按300天计算， T h=(300108)=24000h（1）高速轴承的校核选用的轴承是6306深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为 由机械基础P407表186查得，fd1.21.8，取fd=1.2。因为Fa1=0N，Fr1= 518.8N，则 查机械基础P407表185得，X= 1，Y= 0 。 查机械基础p406表18-3得：ft=1 ，查机械基础p405得：深沟球轴承的寿命指数为3 ，Cr= 20.8KN；则 所以预期寿命足够，轴承符合要求。（2）低速轴承的校核选用6208型深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为由机械基础P407表186查得，fd1.21.8，取fd=1.2。因为Fa2=0N，Fr2=492N，则 查机械基础P407表185得，X=1 ，Y=0 。查机械基础p406表18-3得：ft=1 ，查机械基础p405得：深沟球轴承的寿命指数为3 ，Cr=22.8KN；则所以预期寿命足够,轴承符合要求。5、键联接的选择及其校核计算（1）选择键的类型和规格 轴上零件的周向固定选用A形普通平键，联轴器选用B形普通平键。 高速轴（参考机械基础p471、附录17，袖珍机械设计师手册p835、表15-12a）：根据带轮与轴连接处的轴径25mm，轴长为60mm，查得键的截面尺寸b8mm ，h7mm 根据轮毂宽取键长L40mm 高速齿轮是与轴共同制造，属于齿轮轴。 低速轴：根据安装齿轮处轴径，查得键的截面尺寸，根据轮毂宽取键长。根据安装联轴器处轴径，查得键的截面尺寸，取键长L=50mm。根据轮毂宽取键长L72mm（长度比轮毂的长度小10mm）（2）校核键的强度 高速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力： ）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 键联接的挤压强度足够。 低速轴两键的校核A、 低速轴装齿轮轴段的键的校核：键上所受作用力：）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 键联接的挤压强度足够。B、低速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力 ：）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 键联接的挤压强度足够。6、联轴器的扭矩校核低速轴：选用弹性套柱销联轴器，查机械基础P484附录33，得许用转速n3800r/min则 n2116.7r/minn所以符合要求。7、减速器基本结构的设计与选择（1）齿轮的结构设计 小齿轮：根据机械基础P335及前面设计的齿轮尺寸，可知小齿轮齿根圆直径为52.5mm，根据轴选择键的尺寸h为7 ，则可以算出齿根圆与轴孔键槽底部的距离x=mm，而2.5，则有x2.5，因此应采用齿轮轴结构。（2）滚动轴承的组合设计 高速轴的跨距LL1+L2+L3+L4+L5=60+60+17+5+70+5+17=234mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。 低速轴的跨距LL1+L2+L3+L4+L5=58+60+28+58+10+17=231mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。（3）滚动轴承的配合高速轴的轴公差带选用j 6 ，孔公差带选用H 7 ；低速轴的轴公差带选用k 6 ，孔公差带选用H 7 。高速轴：轴颈圆柱度公差/ P 6 = 2.5，外壳孔/ P 6 = 4.0； 端面圆跳动轴肩/ P 6 = 6，外壳孔/ P 6 = 10。低速轴：轴颈圆柱度公差/ P 6 = 4.0，外壳孔/ P 6 = 6； 端面圆跳动轴肩/ P 6 = 10，外壳孔/ P 6 = 15。轴配合面Ra选用IT6磨0.8，端面选用IT6磨3.2；外壳配合面Ra选用IT7车3.2，端面选用IT7车6.3。（4）滚动轴承的拆卸安装时，用手锤敲击装配套筒安装；为了方便拆卸，轴肩处露出足够的高度h，还要留有足够的轴向空间L，以便放置拆卸器的钩头。（5）轴承盖的选择与尺寸计算轴承盖的选择：选用凸缘式轴承盖，用灰铸铁HT150制造，用螺钉固定在箱体上。其中，轴伸端使用透盖，非轴伸端使用闷盖。尺寸计算 ）轴伸端处的轴承盖（透盖）尺寸计算 A、高速轴：选用的轴承是6306深沟型球轴承，其外径D72mm，采用的轴承盖结构为凸缘式轴承盖中a图结构。查机械基础P423计算公式可得：螺钉直径d38，螺钉数 n4 B、低速轴：选用的轴承是6208型深沟型球轴承，其外径D80mm。尺寸为：螺钉直径8，螺钉数4 图示如下：）非轴段处的轴承盖（闷盖）尺寸计算：高速轴与低速轴的闷盖尺寸分别与它们的透盖尺寸相同。（6）润滑与密封 齿轮的润滑采用浸油润滑，浸油深度为一个齿高，但不小于10mm。 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为1m/s 2m/s，所以选用轴承内充填油脂来润滑。 润滑油的选择齿轮选用普通工业齿轮润滑油，轴承选用钙基润滑脂。 密封方法的选取箱内密封采用挡油盘。箱外密封选用凸缘式轴承盖，在非轴伸端采用闷盖，在轴伸端采用透盖，两者均采用垫片加以密封；此外，对于透盖还需要在轴伸处设置毡圈加以密封。三、箱体尺寸及附件的设计1、箱体尺寸采用HT250铸造而成，其主要结构和尺寸如下：中心距a=151.5mm，取整160mm 总长度L：总宽度B： 总高度H： 箱座壁厚：，未满足要求，直接取8 mm箱盖壁厚：，未满足要求，直接取8mm 箱座凸缘厚度b： =1.5*8=12 mm箱盖凸缘厚度b1： =1.5*8=12mm箱座底凸缘厚度b2：=2.5*8=20 mm箱座肋厚m：=0.85*8=6.8 mm箱盖肋厚m1：=0.85*8=6.8mm扳手空间： C118mm，C216mm轴承座端面外径D2：高速轴上的轴承： 低速轴上的轴承： 轴承旁螺栓间距s：高速轴上的轴承： 低速轴上的轴承： 轴承旁凸台半径R1： 箱体外壁至轴承座端面距离： 地脚螺钉直径： 地脚螺钉数量n：因为a=160mm250mm，所以n=4 轴承旁螺栓直径： 凸缘联接螺栓直径： ,取10mm凸缘联接螺栓间距L：， 取L100mm轴承盖螺钉直径与数量n：高速轴上的轴承：d3=6, n4 低速轴上的轴承： d3=8，n4检查孔盖螺钉直径：,取d46mm检查孔盖螺钉数量n：因为a=160mm3050 ，取 40mm 箱体内壁至箱底距离： 20mm减速器中心高H： ，取H185mm。箱盖外壁圆弧直径R： 箱体内壁至轴承座孔外端面距离L1： 箱体内壁轴向距离L2： 两侧轴承座孔外端面间距离L3： 2、附件的设计（1）检查孔和盖板查机械基础P440表204，取检查孔及其盖板的尺寸为：A115，160，210，260，360,460，取A115mmA195mm，A275mm，B170mm，B90mmd4为M6，数目n4R10h3ABA1B1A2B2hRndL11590957075503104M615（2）通气器选用结构简单的通气螺塞，由机械基础P441表205，取检查孔及其盖板的尺寸为（单位：mm）： dDD1SLlaD1M22 1.53225.422291547（3）油面指示器 由机械基础P482附录31，取油标的尺寸为：视孔 A形密封圈规格（4）放油螺塞螺塞的材料使用Q235，用带有细牙螺纹的螺塞拧紧，并在端面接触处增设用耐油橡胶制成的油封圈来保持密封。由机械基础P442表206，取放油螺塞的尺寸如下（单位：mm）：dD0LlaDSd1M24 2343116425.42226（5）定位销 定位销直径 ，两个，分别装在箱体的长对角线上。12+1224，取L25mm。（6）起盖螺钉起盖螺钉10mm，两个，长度L箱盖凸缘厚度b1=12mm，取L15mm ，端部制成小圆柱端，不带螺纹，用35钢制造，热处理。（7）起吊装置箱盖上方安装两个吊环螺钉，查机械基础P468附录13，取吊环螺钉尺寸如下（单位：mm）：d（D）d1(max)D1（公称）d2(max)h1(max)hd4M89.12021.171836r1r(min)l(公称)a(max)b（max）D2（公称min）h2(公称min)41162.510132.5箱座凸缘的下方铸出吊钩，查机械基础P444表207得，B=C1+C2=18+16=34mmH=0.8B=34*0.8=27.2mmh=0.5H=13.6mmr2 =0.25B=6.8mmb=2 =2*8=16mm四、设计心得终于，做到了这里，作图部分也已经用AutoCAD磕磕碰碰地做完了，我们本专业的第二个设计一级直齿圆柱齿轮减速器的设计终于告一段落。回顾整个设计过程，除了难还有的是感慨。简简单单的一个减速器，只是简单的齿轮减速，一级的，还只是直齿而已，就已经繁复到这个地步。由外到内，由大到小，减速器的几乎每个原子都需要精心计算设计。而且整个设计过程中，我们学过的知识只占很小很小的一部分，在设计的时候时常会感到茫然无措。在用AutoCAD作图时，更是发现无处下手，重新学习一个以前完全没有接触过的软件，然后用自己十分肤浅的技术去努力拼凑出一个心中设想好的蓝图五、参考文献1范思冲主编.机械基础（非机类专业适用）.北京：机械工业出版社，20052孙建东主编.机械设计学基础.北京：机械工业出版社，20043王昆，何小柏，汪信远主编.机械设计课程设计.北京：高等教育出版社，19964沈乐年，刘向锋主编.机械设计基础.北京：清华大学出版社，19965吴宗泽，肖丽英主编.机械设计学习指南.北京：机械工业出版社，20036 机械设计手册（软件版）V3.0（网上下载）六、主要设计一览表名称尺寸（mm）零件名称材料规格及型号小齿轮分度圆直径60箱座HT200大齿轮分度圆直径243调整垫片08F小齿轮宽度70轴承盖HT200大齿轮宽度60毡圈半粗羊毛毡35 FJ/Z 92010两齿轮中心距151.5轴45钢小齿轮齿顶圆直径66套筒HT200大齿轮齿顶圆直径249深沟球轴承6205GB/T276-94小齿轮齿根圆直径52.5齿轮轴45钢m=2.5,z=20大齿轮齿根圆直径235.5大齿轮45钢m=2.5,z=67高速轴总长度234封油圈石棉橡胶纸低速轴总长度231油塞Q235高速轴轴承跨度97油标尺组合件低速轴轴承跨度98起吊勾HT200箱体总长度530弹簧垫圈65Mn10 GB/T 93箱体总宽度432圆锥销35钢B835 GB/T 117箱体总高度357垫片软钢纸板减速器中心高200视孔盖Q235凸缘联接螺栓间距100通气器Q235箱盖外壁圆弧直径142.5箱盖HT200箱体内壁轴向距离32启盖螺钉Q235M1020两侧轴承座孔外端面间距离132键45钢箱体内壁至轴承座孔外端面距离50螺栓Q235M620GB/T 5783