单级一级斜齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书.doc

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单级斜齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书
目 录

1. 电动机的选择计算................................ ............2
2. 传动装置的运动和动力参数计算....................... . . ......3
3. 传动零件的设计计算....................................... ...4
4. 齿轮的设计计算.............................. . . .............7
5. 轴的设计计算...............................................10
6. 减速器高速轴的校核.........................................13
7. 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算.....................15
8. 高速键联接的选择和验算.....................................16
9. 减速箱箱体的设计...........................................17
10. 润滑与密封.................................................19

一、 电动机的选择计算
如图2-1所示的带式运输机的传动系统中传送带卷筒转速130r/min, 减速器输出轴功率5.5KW。该传动设备两班制连续工作, 单向回转, 有轻微振动, 卷筒转速允许误差为±5%, 使用期限 。试选择电动机。

图2-1
1.选择电动机系列
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,电压为380V,Y系列。
2.选择电动机功率
传动装置的总效率:
V带传动的效率 η带=0.96
闭式齿轮的传动效率 η齿轮=0.97
一对滚动轴承的效率 η轴承=0.99
传动总效率
η=0.96×0.97×0.992=0.9127;
所需电动机功率
===6.6026KW
可选用Y系列三相异步电动机Y160M-6型, 额定功率P0 =7.5kw,满足P0 > Pr。
3.选取电动机的转速
卷筒转速
=130r/min
根据滚筒所需的功率和转速, 可选择功率为7.5KW, 同步转速为1000r/min型号的电动机。
电动机数据及传动比
电机型号
额定功率
/KW
同步转速/( r/min)
满载转速/(r/min)
总传动比
Y160M-6
7.5
1000
970
7.6
二、 传动装置的运动及动力参数计算
1、 分配传动比
电动机的满载转数n0=970r/min
总传动比
i总 = n0/nw = 970/130=7.46
取i带 =2, 则减速器的传动比 i齿轮= i总/i带=7.46/2=3.73
2、 各轴功率、 转速和转矩的计算
0轴: 即电机轴
Pr=7.5kw
nw=970r/min
Tr =9550×Pr/nw=95507.5/970=59.27N·m
Ⅰ轴: 即减速器高速轴采用带联接传动比i带 =2, 带传动效率η带=0.96,
P1= P0·η01= P0·η带 =7.5×0.96=5.78kw
n1= n0/i 01=970/2=485r/min
T1=9550×P1/n1=9550×5.78/485=113.81
Ⅱ轴: 即减速器的低速轴, 一对滚动轴承的传动比效率为η轴承=0.99
闭式齿轮传动的效率为η齿轮=0.97则η12=0.990.97=0.96
P=P·η12=5.78×0.96=5.55kw
n=n/i=485/3.73=130.03r/min
T=9550×P/n=9550×5.55/130.03=407.62
各轴运动及动力参数
轴
功率P/kw
转速n/(r/min)
转矩T/Nm
传动型式
传动比
效率η
电动机
7.5
970
59.27
V带传动
2
0.96
高速轴
5.78
485
113.81
闭式齿轮传动
3.73
0.97
低速轴
5.55
130.03
407.62

三、 传动零件的设计计算
1、 V带传动的设计算
(1)确定设计功率PC , 载荷有轻度冲击, 2班制, =1.2
PC=×P=7.22kw
(2)选取V带的型号 根据PC和n0, 因工作点处于B型区, 故选B型带。
(3)确定带轮基准直径、
①选择小带轮直径
确定=125mm
②验算带速V
V==6.35m/s
在5m/s—25m/s之间, 故合乎要求。
③确定从动轮基准直径(书P211)
=(1-)=2×125(1-0.02)=245mm
取从动轮基准直径为=250mm
(4)确定中心距a和带的基准长度Ld
①初定中心a( 书P220)
取初定中心距0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
a0=400mm
②确定带的计算基准长度Ld按式
L=2a+( +)+==1388.83mm
③取标准Ld =1400㎜
④确定实际中心距
=+=400+=405.59㎜
(5)验算包角
≈180°-×57.3°=180°-×57.3°=162.34°＞1200
符合要求
(6)确定带根数z
根据电机的转速n=970和小带轮直径125mm,
查得 P=1.67kw , P=0.30 (i=2), K=0.95, K=0.90
Z===4.29根
取Z=5根
( 7) 、 计算作用于轴上的载荷F
单根V带的初拉力:
F0=500(-1)+q=500=192.37N
式中q查得q=0.17Kg/m。
F=2FZ=1900.90N
( 8) 带轮结构设计
<300mm 用实心式
e=190.4m f=11.5mm 取f=12mm
轮宽L=( 1.5~2) P=63~84mm, 取L=90mm。
轮缘宽B=(z-1)e+2f=( 5-1) ×19+2×12=100mm
总宽L+B=190mm

>300mm 用孔板式
轮缘与小轮相同, 轮毂与轴同时设计。
四、 齿轮的设计计算:
1.选择齿轮材料精度等级
齿轮减速器为一般机械, 小齿轮材料选用45钢, 调质处理,
小齿轮45钢调质,硬度210～220HB, 取220HBS;
大齿轮45钢正火,硬度170～210HB, 取200HBS。
计算循环次数N
N=60nj=604851(1036516)=1.27×10
N==3.4210
取载荷系数S=1.1
由图11-1( 书166页) 查得 =500Mpa , =460MPa
计算许用接触应力
= =454.55Mpa
= =418.18Mpa
取=420MPa
2.按齿面接触强度确定中心距
小轮轮距 T
T=9.5510=9.5510=1.14×10Nm
取得K=1.4, 得=1,
a =133.66mm
取中心距a=140mm
取小轮齿数=20
则大齿轮数=75
因此=75/20=3.75
计算得到=( 3.75-3.72) /3.72=0.8%
在正负5%之间, 故合理。
模数m==2.87mm,取m=3mm
a==142.5mm
齿宽b==60mm
分度圆直径:
=m=60mm
=m=225mm
圆周速度v=3.1460485/601000=1.52m/s
应选用9级精度。

3．验算齿面接触疲劳强度
按电机驱动载荷轻度冲击由表11-3得k=1.25
由图11-2( b) 按9级精度和vZ/100=1.02425/100=0.256m/s得kv=1.02

4 校核齿根弯曲疲劳强度

===360MPa
===240MPa
==
=48.27MPa<=360 Mpa, 安全

===42.76MPa〈=240Mpa, 安全
5.齿轮主要参数及几何尺寸计算
=21 =114 m=6.5mm u=5.428 d1=136.5mm d2=741mm
a =438.75mm ha ha* hf c*

五、 轴的设计计算
1．减速器高速轴的设计计算
高速轴传递的功率P=5.78KW, 转速n=485r/min, 分度圆直径d=60mm, 齿宽b=60, 转矩T=113.81N·m,轴的材料为45号钢, 调质处理。
C=120, d≥C=27.41mm 因键槽要扩大3%~5%
d=27.41×( 1.03~1.05) =28.23~28.78mm, 取d=28.5mm;
带轮轮毂宽度( 1.5~2.0) d=42.75~57mm, 取50mm;
略小于毂孔=48mm
轴肩高h=( 0.07~0.1) d=1.995~2.85mm
轴颈= d+2h=32.49~34.2mm, 取=35mm
用球轴承6008
内径d=40mm, 外径D=68mm, 宽度B=15mm, =46mm, =62mm
则=40mm。
挡油环 =2mm, Δ=14mm
则=B+Δ+=31mm
==40mm, ==31mm
δ≈0.025×+3=7.16mm, 取δ=8mm
上箱壁厚≈0.98δ=7.2mm, 取=8mm
=166.25mm＜300mm
轴承旁螺栓直径M12, =20mm, =16mm
箱体凸缘连接螺栓直径M10, 地脚螺栓主直径M16, 轴承盖连接螺栓直径M8
取M8×25, 端盖厚e=1.2×=1.2×8=9.6mm, 取e=10mm。
轴承座宽度为L=δ+++( 5~8) =49~52mm, 取L=50mm。
调整垫片的厚度Δt=2mm; K=28mm
则=L+e+K+Δt-Δ-B=61mm
==50mm, =10mm, ==-=8mm
==65mm; =2+=85mm; a=B/2=7.5mm
=50/2++a=93.5mm, ==++/2-a=64mm
键选8×7×28
L=+++++=221mm
2. 低速轴的设计计算
=5.55KW, =130.03r/min, =407.62N·m, =225mm, =60mm。轴的材料为45号钢, 调质处理。
取C=110
d≥C=38.44mm
增大3%~5%, d=38.44( 1.03~1.05) =39.59~40.36mm
取=40mm
=1.5, T==611.43N·m, 轴段略小于毂孔的长度=82mm
轴肩h=( 0.07~0.1) =2.8~4mm
=+2h=45.6~48mm, 取=45mm
选取深沟球轴承6010 d=50mm D=80mm B=16mm =56mm =74mm
则==50mm
=55mm =60mm =58mm, K=13mm
= L+e+K+Δt-Δ-B=45mm
h=( 0.07~0.1) =3.85~5.5mm
取h=5mm, 则=65mm
=+=12.5mm
=2.5mm; =-=10mm
=B+Δ+=32.5mm
=32mm =-++Δ+B=44.5mm
=44mm
L=+++++=271mm
( 4) 设计轴的结构

六、 减速器高速轴的校核
1.对轴进行分析, 作当量弯矩图。
( 1) ．计算作用于齿轮轴上的作用力
转矩
圆周力=
径向力==
轴向力=．
( 2) .求支座反力.
a.铅直面内的支座反力

b.水平面内的支座反力
据, 得

3596-1731=1865N
( 3) .作弯矩图
a.铅直面内弯矩M图
在C点
b.水平面内弯矩M图
在C点左边
在C点右边
c.作合成弯矩图
在C点左边

在C点右边

( 4) .作转矩图
T=270994Nmm
( 5) .作当量弯矩图
该轴单向工作转矩按脉动循环考虑 取=0.6
当量弯矩 =
在C点左边 在C点右边

在D点

( 6) .按当量弯矩计算轴的直径
由图看出C点的当量弯矩最大。D点轴的断面尺寸较小。因此该轴的危险断面是C点和D点。由45钢( 调制处理) 查表13-1( 指导书218页) 得=650MPa; 在查表13-2查表得=60MPa。
按式( 13-4) 计算C点轴的直径

考虑键槽影响, 有一个键槽, 轴径加大5%

该值小于原设计该点处轴的直径, 安全。
D点轴的直径

考虑键槽影响, 有一个键槽, 轴径加大5%

该值小于原设计该点处轴的直径, 安全。
七、 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算
已知:6210轴承(50×90×20)。基本额定动载荷C=27KN, 基本额
定静载荷C0=19.8KN,e=0.21,Y=2.3.
由前面计算得知:
该对轴承的水平支反力分别为:
垂直支反力分别为:
合成支反力:
=
=

因此取=0.9, =0.9
轴承承受轻度载荷冲击, 支反力A处有弯矩。因此取=1.2, =1.5
=()=

因此取 X=1,Y=0
=
> 计算轴承A的寿命PA=
预期寿命满足要求
八、 高速轴键联接的选择和验算
大带轮装在高速轴轴端, 需用键进行周向定位和传递转矩。由前面设
计计算得知: V带带轮材料为钢 , 轴的材料为45钢, V带与轴的配
合直径为35mm, V带轮毂长为70mm, 传递转矩T=114.11Nm
1.选择键的材料、 类型和尺寸。
a.键的材料选用45钢,
b.选择最常见的A型普通平键, 因为它具有结构简单, 对中性好,
装拆方便等优点。
c.键的截面尺寸由键所在轴段的直径 d=35mm由标准中选定,
键的长度由轮毂长确定, 查表得b×h=8*7,L=65mm.
2.键联接的强度计算
普通平键的主要失效形式是键, 轴和轮毂三个零件中较弱零件的压溃。
由于带轮材料是钢, 许用挤压应力由表9-7( 指导书135页) 查得=100MPa。键的计算长度l=L-b=65-8=57mm
=[]=100Mpa安全
九、 减速器箱体的结构设计
参照参考文献〈〈机械设计课程设计》( 修订版) 鄂中凯, 王金等主编 东北工学院出版社 1992年第19页表1.5-1可计算得, 箱体的结构尺寸如
表8.1箱体的结构尺寸
减速器箱体采用HT200铸造, 必须进行去应力处理。
设计内容
计 算 公 式
计算结果
箱座壁厚度δ
=( 5~6) mm

取δ=8mm
箱盖壁厚度δ1
8=( 6.4~608)
取δ1=8mm
机座凸缘厚度b
b=1.5δ=1.5×8=12mm
b=12mm
机盖凸缘厚度b1
b1=1.5δ1=1.5×8=12mm
b1=12mm
箱底座凸缘厚度P
P=2.5δ=2.5×8=20mm
P=20mm
地脚螺钉直径和数目
Df=16mm n=4
Df=16mm n=4
通气孔直径
Df’=20mm
Df’=20mm
地脚沉头座直径D0
D0==45mm
D0==45mm
底座凸缘尺寸
C1min=25mm
C1min=25mm
C2min=23mm
C2min=23mm
轴承旁连接螺栓直径d1
d1= 12mm
d1=12mm
定位销直径
d =(0.7~0.8)9=6.3~7.2
d =7mm
箱座盖连接螺栓直径
d 2 =(0.5~0.6)16=8~9.6mm
d 2 =8mm
大齿轮顶园与箱内壁距离
=1.2×89.6mm
=10mm
上下箱连接螺栓通孔直径d`2
8 ( 10~15) mm
=10mm
轴承盖螺钉直径和数目n,d3
n=4, d3=8mm
n=4
d3=8mm
检查孔盖螺钉直径d4
d4=( 0.3~0.4) 16=4.8~6.4mm
d4=6mm
轴承端盖外径D1
D1=(5~5.5) × 7+62=97~100.5
取D1=100mm( 凸缘)

箱体外壁至轴承座端面距离K
K= C1+ C2+(5~8)=32mm
K=32mm
机盖、 机座肋厚m1,m
m1=0.85δ1=6.8mm, m=0.85δ=6.8mm
m1=7mm, m=7mm

十、 润滑与密封
1减速器齿轮传动润滑方式和润滑油的选择
a.减速器齿轮传动润滑方式:油润滑;
b.润滑油的选择: 工业闭式齿轮油( GB/T5903—1995) 代号为100。
2减速器轴承润滑方式和润滑剂的选择
a.油润滑;
b.润滑剂: 150号机械油
3.减速器密封装置的选择、 通气器类型的选择
密封装置的选择: 高速轴: 毡圈 45 FZ/T9 ——1991
低速轴: 毡圈 53 FZ/T9 ——1991