一级斜齿圆柱齿轮减速器-机械设计基础课程设计大学论文.doc

仲恺农业工程学院机械设计基础课程设计设计项目题目：一级斜齿圆柱齿轮减速器姓 名 郑晓鹏院（系） 机电工程学院专业班级 能源131班学 号 201310814138指导教师 李雪梅、陈姝职 称 副教授、副教授上交日期 2015年6月14日仲恺农业工程学院教务处制目 录械设计基础课程设计任务书51.设计题目51.1设计参数51.2工作条件52.设计任务53.确定传动方案73.1传动方案简图73.2分析传动方案74.选择电动机84.1选择电动机类型和结构形式84.2确定电动机的容量（功率）85.分配传动比96.传动装置的运动和动力参数106.1轴为减速箱高速轴，轴为减速箱低速轴106.2各轴的转速106.3各轴的输入转矩107.V带传动设计117.1确定计算功率117.2选择V带带型117.3确定带轮基准直径、117.4验算带速v117.5确定V带基准长度和中心距127.6验算小带轮包角127.7确定V带根数z127.8确定压轴力138.斜齿轮传动设计138.1选择材料及确定许用应力138.2轮齿弯曲强度设计计算148.3校核齿面接触强度159.轴的设计179.1高速轴的设计179.1.1选择轴的材料179.1.2初步估算轴的最小直径189.1.3轴的结构设计189.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度209.2低速轴的设计239.2.1选择轴的材料239.2.2初步估算轴的最小直径239.2.3轴的结构设计239.2.4按弯扭合成应力校核轴的强度2410.滚动轴承的选择和计算2710.1高速轴选取滚动轴承2710.2低速轴选取滚动轴承2811.联轴器的选择和计算2911.1联轴器的计算转矩2911.2许用转速2911.3配合轴径2911.4配合长度3012键连接的选择和强度校核3012.1高速轴V带轮用键连接3012.1.1选用键类型3012.1.2键的强度校核3012.2低速轴齿轮用键连接3012.2.1选用键类型3012.2.2键的强度校核3112.3低速轴联轴器用键连接3112.3.1选用键类型3112.3.2键的强度校核3113.减速器的润滑3213.1齿轮传动的圆周速度3213.2齿轮的润滑方式与润滑油选择3213.3轴承的润滑方式与润滑剂选择3214.绘制装配图及零件工作图32械设计基础课程设计任务书1.设计题目一级斜齿圆柱齿轮减速器1.1设计参数参数学号带拉力F(kN)滚筒直径D(mm)转速（r/min）381.9320551.2工作条件1234561.电动机、2.V带传动、3.一级齿轮减速器、4.联轴器、5.滚筒、6.运输带设计带式输送机传动系统 。采用单级圆柱齿轮减速器及V带传动，连续单向运转，载荷平稳。工作寿命为10年，每年300个工作日，两班制工作(每班8小时)。运输带速度允许误差5，卷筒效率为0.96。2.设计任务(1) 减速器装配图1张(1号图纸)(2) 设计说明书一份，约30006000字（应包括分析确定传动方案，选择电动机，确定传动装置总传动比和分配传动比，计算传动装置的运动和动力参数，传动件设计，轴的设计，轴承的选择和寿命计算，键的强度校核、参考文献等内容。3.确定传动方案3.1传动方案简图由设计任务书给定的工作机的性能要求，现确定传动方案设计简图如下3.2分析传动方案机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力，并改变运动形式、速度大小和转矩大小。传动装置的性能对机器的工作有很大的影响。此外，传动装置还应满足结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维修方便。因此需要合理设计传动方案。本传动设计方案中原动机为电动机，电动机通过带传动将动力传入单级圆柱齿轮减速器，再通过联轴器将动力传至输送机滚筒，带动运输带工作。因电动机输出的动力是高速级，可用带传动，带传动可吸收震动，缓和冲击，传动平稳，噪音小，因此适宜布置在高速级，并且带传动结构简单，成本低廉。而减速器采用闭式斜齿轮传动。斜齿轮的承载能力高，适宜高速传动且运作平稳，噪音小。闭式能防止灰尘、硬屑粒等进入齿面间而引起齿轮的失效。因此，此方案适合一级圆柱齿轮减速器的设计。4.选择电动机选择电动机时要根据工作机的工作特性、工作环境和工作载荷等条件，选择电动机的类型、结构、容量（功率）和转速，并在产品目录中选出其具体型号和尺寸。4.1选择电动机类型和结构形式无特殊要求时均应选用三相交流电动机，其中以三相异步交流电动机应用最广泛。Y系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉，维护方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上.4.2确定电动机的容量（功率）（1）工作机工作速度： （2）工作机工作所需的功率 =1.9 * 0.921 / 0.96 = 1.82 Kw（3）所需电动机的功率：Pd = Pw / =1.82 / 0.90 = 2.02 kW式中：Pw 工作机的有效功率，即工作机的输出功率，单位为kW，由工作机的工作阻力和运动参数确定； 从电动机到工作机输送带间的总效率。而总效率为： = 12345 = 0.96 * 0.99 * 0.97 * 0.99 * 0.99 = 0.901、2、3、4、5 分别为带传动、高速轴处轴承、闭式齿轮传动、低速处轴承和联轴器传动的效率。查机械设计课程设计指导书P81页的表9.1得：V带传动效率为0.96，滚动轴承的球轴承效率为0.99，8级精度的一般齿轮传动（油润滑）效率为0.97，齿轮联轴器效率为0.99 。注：轴承效率均指一对轴承而言。对于载荷稳定、长期连续运行的机械如运输机，只须满足所选的电动机的额定功率即可。故查机械设计课程设计指导书P142页中表14.1确定电动机的额定功率=2.2KW。（4）V带传动的范围为闭式圆柱齿轮传动的范围为电动机的转速范围为：查机械设计设计手册P142页表14.1符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min，取同步转速为1000r/min。符合的电动机（多方案）方案电动机型号额定功率(KW)电机转速电机重量参考价格总传动比同步转速满载转速1Y132S-82.27507102Y112M-62.21000940选择的一般原则：选1500r/min、1000r/min，不选750r/min选用Y112M-6型电动机Y112M-6型电动机电动机型号额定功率(KW)同步转速（r/min）满载转速(r/min)启动转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y112M-62.210009402.02.05.分配传动比传动装置的总传动比因V带传动的传动比推荐值为24，圆柱齿轮传动的传动比推荐值为38，且为使个传动件尺寸协调、结构匀称合理，应满足，所以取= 3，则6.传动装置的运动和动力参数6.1轴为减速箱高速轴，轴为减速箱低速轴电动机轴输出功率轴输入功率轴输入功率注：因为有轴承功率损耗，同一根轴的输入功率（或转矩）与输出功率（或转矩）数值是不同的，通常仅计算轴的输入功率或转矩。6.2各轴的转速电动机轴转速轴转速轴转速6.3各轴的输入转矩电动机轴输入转矩轴输入转矩轴输入转矩各轴运动和动力参数表轴名功率转速转矩电动轴2.0296020.10轴1.9432057.90轴1.8655322.967.V带传动设计7.1确定计算功率根据工作机功率、载荷稳定、两班制工作(每班8小时)即16个小时，查机械设计基础P222表13-9得：工作情况系数7.2选择V带带型选择普通V带，又由计算功率和小带轮即电动机转速查机械设计基础图13-15得：工作点处于A型普通V带区域内，小带轮的基准直径=75100mm故选用A型普通V带。7.3确定带轮基准直径、小带轮的基准直径，=75100mm，取小带轮基准直径。一般V带传动的滑动率，取中间值。大带轮基准直径由机械设计基础P224页标准值得：7.4验算带速v带速处于530m/s的范围内，故合适。7.5确定V带基准长度和中心距初选取中心距。取，符合由机械设计基础式13-2得，带长查机械设计基础表13-2得，对A型带选用所需中心距7.6验算小带轮包角由机械设计基础式13-1得小带轮包角一般应使，故主动轮上的包角合适。7.7确定V带根数z由小带轮基准直径和小带轮转速查机械设计基础表13-4得：单根普通A型V带的基本额定功率由V带传动比和小带轮转速查机械设计基础表13-6得：单根普通A型V带额定功率增量由小带轮包角查机械设计基础表13-8得：包角修正系数由V带基准长度查机械设计基础表13-2得：带长修正系数V带根数，故取3根。7.8确定压轴力查机械设计基础表13-1得：A型普通V带单位长度质量q=0.105kg/m由机械设计基础式13-16得：初拉力由机械设计基础式13-17得：轴上压力因小带轮直径较小，采用实心式结构。大带轮直径属于中等，采用腹板式结构。结构简图如下所示：8.斜齿轮传动设计8.1选择材料及确定许用应力由于硬齿面的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限较高，设计出来的传动尺寸较紧凑，故采用闭式硬齿面齿轮传动。运输机为一般机器，转速不高，精度要求也不高，故选用8级精度。材料选择：（当大、小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等）小齿轮材料用渗碳淬火，齿面硬度为5662HRC接触疲劳极限，弯曲疲劳极限大齿轮材料用渗碳淬火，齿面硬度为5662HRC接触疲劳极限，弯曲疲劳极限查机械设计基础表11-5得：一般可靠度的最小安全系数，由于齿轮是单面工作， 8.2轮齿弯曲强度设计计算由于是闭式硬齿面齿轮传动，故先按齿根弯曲强度设计计算，再校核齿面接触强度。查机械设计基础表11-3得：均匀载荷、原动机为电动机的载荷系数K=11.2，因为齿轮为斜齿故取小值，所以K=1。查机械设计基础表11-6得：齿轮相对轴承对称布置、硬齿面的齿宽系数，取小带轮上的转矩一般螺旋角，初选螺旋角取，则，取。实际传动比为与所要求的传动比相差误差不超过3%，故适合。齿形系数、查机械设计基础图11-8得：、查机械设计基础图11-9得：、以大值0.00646代入求m 由机械设计基础式11-11得：法向模数查机械设计基础表4-1得：取标准模数。中心距，取。修正螺旋角并计算主要尺寸：螺旋角齿轮分度圆直径 齿宽圆整取要使大、小齿轮的齿宽满足以保证轮齿有足够的啮合宽度。8.3校核齿面接触强度查机械设计基础表11-4得：取弹性系数由机械设计基础式11-8得：齿面接触应力安全。斜齿轮各参数如下表所示：斜齿齿轮各参数表名称符号计算公式结果小齿轮大齿轮中心距111mm传动比5.8法面模数设计和校核得出1.5端面模数1.55法面压力角标准值20螺旋角一般为82014.94齿顶高1.5mm齿根高1.9mm全齿高3.4mm齿数Z21122分度圆直径32.60mm189.40mm齿顶圆直径35.60mm192.40mm齿根圆直径28.80mm185.6mm齿轮宽b30mm25mm螺旋角方向左旋右旋由于小齿轮齿顶圆直径较小，故将小齿轮做成齿轮轴。小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用腹板式结构。大齿轮结构简图如下所示：腹板式齿轮结构简图9.轴的设计9.1高速轴的设计9.1.1选择轴的材料轴的材料常采用碳钢和合金钢，其中以45钢应用最为广泛。45钢正火或调质用于较重要的轴，应用最为广泛。轴的材料采用碳钢45钢调质，查机械设计基础表14-1得：硬度为217255HBS、强度极限。9.1.2初步估算轴的最小直径因为此轴是转轴，只传递转矩，故按扭转强度计算。查机械设计基础表14-2得：45钢的C值为107118。当只传递转矩时，C取较小值，故取C=110。由机械设计基础式14-2得：考虑键槽对轴的削弱，将d值加大5%，即9.1.3轴的结构设计高速轴简图1) 初定轴径考虑安装带轮时需要加装键及轴的刚度要求，取装带轮处轴径由机械设计课程设计指导书表9.10得：零件倒圆或倒角在直径为1830mm之间时取1.6mm。故取密封处轴径，所以取选用深沟球6206轴承，其尺寸为故取轴承处轴径由于滚动轴承的定位轴肩的直径应小于滚动轴承的内圈外径取轴肩处轴径由于小齿轮采用齿轮轴结构，齿轮的齿顶圆直径，分度圆直径故取齿轮处轴径2) 轴向尺寸带轮宽度，取带轮处轴长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右端面间的距离为30mm，则取此段轴长由于选用深沟球6206轴承，故取此段轴长取轴肩出轴长由于小齿轮的齿宽，故取此段轴长各轴段的轴径与轴长如下表所示：各轴段的轴径和轴长轴段名称mm带轮轴段直径长度2448密封处轴段轴径轴长2855轴承处轴段轴径轴长3024左轴肩轴段轴径轴长3210齿轮轴段轴径轴长3630右轴肩轴段轴径轴长3210轴承处轴段轴径轴长3024总轴长2019.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度绘出轴的计算简图计算受力点的间距如下： 式中为两轴承中点间距离，为悬臂长度。计算作用在轴上的力轴转矩小齿轮受力分析：圆周力径向力轴向力带传动作用在轴上的压力：计算支反力水平面垂直面由得：由得：作弯矩图水平面弯矩垂直面弯矩 合成弯矩 作转矩图作计算弯矩图当扭转剪应力为脉动循环变应力时,取系数,则 (7)按弯扭合成应力校核轴强度轴的材料为碳钢45钢,调质,查机械设计基础表14-3得：对称循环变应力时许用应力=60Mpa由计算弯矩图可见：C剖面的计算弯矩最大，该处轴径为的计算应力为（安全）D剖面轴径最小，该处的计算应力为（安全）轴的计算简图如下图所示：9.2低速轴的设计9.2.1选择轴的材料轴的材料常采用碳钢和合金钢，其中以45钢应用最为广泛。45钢正火或调质用于较重要的轴，应用最为广泛。轴的材料采用45钢调质，查机械设计基础表14-1得：硬度为217255HBS、强度极限。9.2.2初步估算轴的最小直径因为此轴是转轴，只传递转矩，故按扭转强度计算。查机械设计基础表14-2得：45钢的C值为107118。当只传递转矩时，C取较小值，故取C=110。由机械设计基础式14-2得：考虑两个键槽对轴的削弱，将d值加大10%，即9.2.3轴的结构设计1) 初定轴径考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，取装联轴器处轴径由机械设计课程设计指导书表9.10得：零件倒圆或倒角在直径为3050mm之间时取2.0mm。故取密封处轴径选用深沟球6209型轴承，其尺寸为故取轴承处轴径由于大齿轮采用腹板式结构，故取齿轮处轴径由于齿轮的定位轴肩的直径应大于齿轮处的轴径故取轴肩处轴径2) 轴向尺寸由轴输入转矩，查机械设计课程设计指导书P132页表13.1，取联轴器宽度，取联轴器处轴长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，取端盖的外端面与联轴器的右端面间的距离为30mm，则取此段轴长由于选用深沟球6209型轴承，故取此段轴长由于大齿轮的齿宽，故取此段轴长取轴肩出轴长各轴段的轴径与轴长如下表所示：各轴段的轴径和轴长轴段名称mm联轴器轴段直径长度3960密封处轴段轴径轴长4355轴承处轴段轴径轴长4527齿轮轴段轴径轴长4825右轴肩轴段轴径轴长5210轴承处轴段轴径轴长4527总轴长2049.2.4按弯扭合成应力校核轴的强度绘出轴的计算简图计算受力点的间距如下： 式中为两轴承中点间距离，为悬臂长度。计算作用在轴上的力大齿轮受力分析：圆周力径向力轴向力计算支反力水平面垂直面由得：由得：作弯矩图水平面弯矩垂直面弯矩合成弯矩作转矩图作计算弯矩图当扭转剪应力为脉动循环变应力时,取系数,则 按弯扭合成应力校核轴强度轴的材料为45钢,调质,查机械设计基础表14-3得：对称循环变应力时许用应力=60Mpa由计算弯矩图可见：C剖面的计算弯矩最大，该处轴径为的计算应力为（安全）D剖面轴径最小，该处的计算应力为（安全）轴的计算简图如下图所示：低速轴受力简图10.滚动轴承的选择和计算10.1高速轴选取滚动轴承选取的轴承：选用深沟球6206轴承轴承A的径向载轴向载荷：轴承B的径向载荷：轴向载荷：由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A.沟球6206轴承基本额定静载荷，基本额定动载荷，取查机械设计基础P285表16-11得： X=0.56，Y=1.55则其径向当量动载荷因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查机械设计基础P284得；按中等冲击载荷，查表可取，按设计要求，轴承的预期寿命为： 则： ， 所以选取得轴承合适。10.2低速轴选取滚动轴承选取的轴承：型号为6209深沟球轴承轴承A的径向载轴向载荷：轴承B的径向载荷：轴向载荷：由此可见，轴承B的载荷大，应该验算轴承B.沟球6209轴承基本额定静载荷，基本额定动载荷由于，X=1，Y=0则因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查机械设计基础P284得；按中等冲击载荷，查表可取，按设计要求，轴承的预期寿命为： 则： ， 所以选取得轴承合适。滚动轴承参数参数轴承型号基本额定动载荷（KN）高速轴轴承620619.5低速轴轴承620931.711.联轴器的选择和计算11.1联轴器的计算转矩查机械设计基础表17-1得：工作情况系数故计算转矩为根据工作条件，选用金属滑块联轴器, 查机械设计课程设计指导书表13.5得：滑块联轴器许用转矩T=50011.2许用转速许用转速n=250r/min11.3配合轴径配合轴径d=39mm11.4配合长度配合长度L=60mm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500250396012键连接的选择和强度校核12.1高速轴V带轮用键连接12.1.1选用键类型选用圆头普通平键(A型键)轴径d=24mm,轮毂长B=48mm,查机械设计课程设计指导书表11.27选键 ， h=7mm12.1.2键的强度校核材料选用45钢，V带轮材料为铸铁，查机械设计基础表10-11得轻微冲击下键连接的铸铁材料的许用挤压应力=5060Mpa。按键工作长度， 键所受的挤压应力为（安全）12.2低速轴齿轮用键连接12.2.1选用键类型选用圆头普通平键(A型键)轴径d=48mm,齿宽B=25mm，查机械设计课程设计指导书表11.27选键 ，h=9mm12.2.2键的强度校核材料选用45钢，齿轮材料为铸钢，查机械设计基础表10-11得：铸钢的许用挤压应力，按键工作长度， 键所受的挤压应力为12.3低速轴联轴器用键连接12.3.1选用键类型选用圆头普通平键(A型键)轴径d=39mm,轮毂长B=60mm,查机械设计课程设计指导书表11.3选键，h=8mm12.3.2键的强度校核键材料选用45钢，联轴器材料为铸钢，查机械设计表14.2得：铸钢的许用挤压应力，按键工作长度， 键所受的挤压应力为（安全）各键参数（mm）参数型号键长键高高速轴带轮键845457低速轴齿轮键1422229低速轴联轴器键125656813.减速器的润滑13.1齿轮传动的圆周速度13.2齿轮的润滑方式与润滑油选择因v12m/s,所以采浸油润滑，查机械设计基础表11-7和机械设计课程设计指导书P 95表10.6，由齿轮接触应力选用润滑油牌号LCKC320（中负荷工业齿轮油），因v = 0.55 m/s ，大齿轮浸入油中的深度为齿轮半径的1/6。13.3轴承的润滑方式与润滑剂选择高速轴轴承速度因数低速轴轴承速度因数当时，滚动轴承可采用润滑脂润滑，因此轴承润滑采用润滑脂润滑。查机械设计课程设计指导书表10.7选用钙基润滑脂L-XAAMHA2，装脂量不宜多于轴承空隙的1/31/2，并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能进入轴承以致稀释润滑脂。14.绘制装配图及零件工作图减速器的装配工作图参考附带的图纸。参考文献：【1】杨可桢、程光蕴等主编. 机械设计基础. 高等教育出版社. 2013. 8【2】宋宝玉主编. 机械设计课程设计指导书. 高等教育出版社. 2006. 8