湛江師范學院基于軟件的機械設計課程設計說明書_--單級齒輪減速箱設計

1、21機械設計課程設計說明書單級齒輪減速箱設計 機 械 設 計 課 程 設 計 設計題目： 單級齒輪減速箱設計 院 系： 物理學院機電系 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 2012年 12月 17 日第一部分 課程設計任務書及傳動裝置總體設計一、課程設計任務書工作條件：一般條件，通風良好，連續(xù)工作，中等沖擊，雙向旋轉，一天1班，壽命8年， 減速器輸出扭矩600N.m，輸出轉速不大于500r/min 2、 傳動方案的擬定及說明（至少三種方案） 傳動方案11） 外傳動為V型帶傳動。2） 減速器為單級圓柱齒輪減速器3） 方案簡圖如下：方案1優(yōu)缺點 該工作機有輕微振動，由于V帶有緩沖吸振能力

2、，采用V帶傳動能減小振動帶來的影響，并且該工作機屬于中小功率、載荷變化不大，可以采用V帶這種簡單的結構，并且價格便宜，標準化程度高，大幅降低了成本。減速器為一級圓柱齒輪減速器，原動機部分為Y系列三相交流異步電動機，減速器低速軸與工作機軸連接用的聯(lián)軸器選用凸緣聯(lián)軸器，滾動軸承選用深溝球軸承等?？傮w來講，該傳動方案滿足工作機的性能要求，適應工作條件、工作可靠，此外還結構簡單、尺寸緊湊、成本低傳動效率高。傳動方案21.外傳動為V型帶傳動。2.減速器為單級圓錐齒輪減速器3. 方案簡圖如下：方案2優(yōu)缺點： 采用一級圓錐齒輪傳動，承載能力和速度范圍大，傳動比恒定，外廓尺寸小，嚙合重合度大，工作可靠，效率高

3、，壽命長，斜齒圓柱齒輪的輪齒方向不與軸線平行，因此，在進入或退出嚙合時，接觸線由短逐漸變長，又逐漸縮短。這一嚙合特點改變了直齒輪突然進入及突然退出嚙合的缺點，V帶減緩沖吸振，因此，提高了傳動的平穩(wěn)性和承載能力，在高速、重載齒輪傳動中應用廣泛。 斜齒輪的主要缺點是在傳動時會產(chǎn)生軸向力，這對軸和軸承的受力不利但錐齒輪的加工較困難，成本高。傳動方案31.外傳動為V型帶傳動。2.減速器為蝸桿傳動減速器3.方案簡圖如下：方案3優(yōu)缺點： 采用蝸桿傳動，其結構緊湊，傳動比大，傳動平穩(wěn)，噪聲小，但效率較低，制造安裝精度要求較高，成本高，保養(yǎng)維護要求高。一般應用在高精度運動要求，工作環(huán)境好的場合。分析比較3種方

4、案，從工作環(huán)境、運動要求、維護保養(yǎng)、以及標準化程度、潤滑等方面考量方案1更符合預定設計要求。 第二部分 電動機的選擇一、原動機選擇工作機的有效功率為： 傳動裝置總效率 ：圓柱直齒輪傳動的效率的范圍：0.980.99彈性聯(lián)軸器的效率的范圍：0.99-0.995滾動軸承的效率：0.98V帶傳動的效率：0.96根據(jù)方案一的設計，有一個V帶傳動，兩個軸承，一對嚙合齒輪，一個聯(lián)軸器，各效率按最小量估算，則：電動機的輸出功率： 其中 PW 為工作機（即輸送帶）所需功率 單級圓柱齒輪傳動的傳動比i=36，則有電動機的轉速范圍為： 二.電動機的外型尺寸 選擇的電動機是 Y200L2-2 技術數(shù)據(jù)：額定功率 3

5、7 KW 滿載轉速 2950r/min 功率因數(shù) 0.89 中心高 H200 第三部分 計算減速器總傳動比及分配各級的傳動比 一、減速器總傳動比 2、 減速器各級傳動比分配 初定：單級減速器齒輪傳動比 V型帶傳動比計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算傳動件時，需要知道各軸的轉速、轉矩，因此將工作機上的轉速、轉矩或功率推算到各軸上。（1）各軸的轉速 電動機主軸轉速：2950r/min V型帶主動輪軸轉速：29500.96=2832r/min V型帶從動輪軸轉速：=1416r/min 減速器主動輪軸轉速：14160.98=1387.68r/min 減速器從動輪軸轉速：=462.56r/min（減速器從

6、動輪軸462.56<500r/min，正好符合設計任務要求，輸出轉速不大于500r/min。）（2）各軸功率電動機軸輸出功率：減速器主動輪軸輸入功率：減速器從動輪軸輸入功率：輸出軸輸出功率：（3）各軸轉矩 電動機的輸出轉矩： V型帶主動輪軸輸入轉矩： V型帶從動輪軸輸入轉矩： 減速器主動輪軸輸入轉矩： 減速器從動輪軸輸入轉矩： 輸出軸輸出轉矩： 輸出轉矩554.79<600N·m，正好符合設計要求，即輸出轉速不大于600N·m。 輸出轉速、輸出轉矩兩大方面都符合我們的設計工作要求。第四部分 V帶的設計 總結：小帶輪基準直徑采用實心式結構。大帶輪基準直徑采用輪輻式

7、結構第五部分 各齒輪的設計計算一、齒輪設計步驟選用漸開線圓柱齒輪，均用軟齒面。齒輪精度用7級，輪齒表面精糙度為Ra1.6，軟齒面閉式傳動。（1）選擇材料及確定許用應力 小齒輪采用40MnB調質,齒面硬度為241286HBS,(表11-1),大齒輪用ZG35SiMn調質，齒面硬度為241269HBS， ， (表11-1)，由表11-5，取 （2） 按齒面接觸強度設計 設齒輪按7級精度制造。取載荷系數(shù)K=1.5(表11-3），齒寬系數(shù) （表11-6）小齒輪上的轉矩 取(表11-4） 齒數(shù)取模數(shù) 齒寬 按表4-1取m=3mm,實際的中心距 (3) 驗算輪齒彎曲強度齒形系數(shù) 由式（11-5） （4）齒

8、輪的圓周速度 對照表11-2可知選用7級精度是合適的?？偨Y: 直齒圓柱齒輪 ,第六部分 軸的設計計算及校核計算一、從動軸設計 1、選擇軸的材料 確定許用應力 選軸的材料為45號鋼，調質處理。查表14-1知 2、按扭轉強度估算軸的最小直徑 單級齒輪減速器的低速軸為轉軸，輸出端與聯(lián)軸器相接，從結構要求考慮，輸出端軸徑應最小，最小直徑為：按扭轉強度初估軸的直徑,查表14-2得c=118107,取c=112則: 從動軸： 考慮鍵槽的影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標準， 3、軸的結構設計 軸結構設計時，需要考慮軸系中相配零件的尺寸以及軸上零件的固定方式，按比例繪制軸系結構草圖1）聯(lián)軸器的選擇 可采用彈性柱銷聯(lián)軸

9、器，查2表9.4可得聯(lián)軸器的型號為 :GY7凸緣聯(lián)軸器 GB/T 5843-20032）確定軸上零件的位置與固定方式 單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，軸承對稱布置在齒輪兩邊。軸外伸端安裝聯(lián)軸器，齒輪靠油環(huán)和套筒實現(xiàn)軸向定位和固定，靠平鍵和過盈配合實現(xiàn)周向固定，兩端軸承靠套筒實現(xiàn)軸向定位，靠過盈配合實現(xiàn)周向固定 ，軸通過兩端軸承蓋實現(xiàn)軸向定位，聯(lián)軸器靠軸肩平鍵和過盈配合分別實現(xiàn)軸向定位和周向定位。 3）確定各段軸的直徑 將估算軸d=55mm作為外伸端直徑d1與聯(lián)軸器相配 考慮聯(lián)軸器用軸肩實現(xiàn)軸向定位，取第二段直徑為d2=60mm齒輪和右端軸承從右側裝入，考慮裝拆方便以及零件固定的要求，裝

10、軸承處d3應大于d2，取d3=65mm，為便于齒輪裝拆與齒輪配合處軸徑d4應大于d3，取d4=70mm。齒輪右端用用套筒固定,左端用軸肩定位,軸肩直徑，滿足齒輪定位的同時,還應滿足左側軸承的安裝要求,根據(jù)選定軸承型號確定.右端軸承型號與左端軸承相同,取 4)選擇軸承型號.由 表16-2及表16-4初選深溝球軸承,代號為6213,查機械設計手冊可得:軸承寬度B=23，安裝尺寸,選軸肩直徑d5=78mm. 5）確定各段軸的長度段：d1=55mm 長度取=100mmII段:d2=60mm 長度取=90mmIII段直徑d3=65mm，此段安裝軸承，軸承右端靠套筒定位，軸承左端靠軸承蓋定位初選用6213

11、深溝球軸承，其內徑為65mm,寬度為23mm，取軸肩擋圈長為10mm=5+10+11.5+11.5=38mm段直徑d4=70mm，此段安裝從動齒輪，由上面的設計從動齒輪齒寬b=90mm,段直徑d5=78mm. 長度L5=12mm段直徑，長度24mm由上述軸各段長度可算得軸支承跨距（11.5+12+45）×2=137mm 4、軸的強度校核按彎矩復合強度計算 從動齒輪分度圓直徑1)繪制軸受力簡圖（如圖a） 齒輪所受轉矩 作用在齒輪上的圓周力：Ft=2T/d= 徑向力：Fr=Fttan200=1186.4×tan200 =430.72N 該軸兩軸承對稱，所以2)求垂直面的支承反力

12、求水平面的支承反力3) 由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為MC1=FAy L/2=906×68.5×=62N·m截面C在水平面上彎矩為：MC2=FAZ L/2=2489×68.5×=170.5N·m4) 繪制垂直面彎矩圖（如圖b） 繪制水平面彎矩圖（如圖c）5) 繪制合彎矩圖 （如圖d）MC=(MC12+MC22)1/2=（622+170.52)1/2=181.4N·m6) 繪制扭矩圖 （如圖e）轉矩：T=9550×（P/n）=896N·m7)繪制當量彎矩圖 （如圖f）截面c處最危險，

13、如認為軸的扭切應力是脈動循環(huán)變應力，取折合系數(shù)，截面C處的當量彎矩：Mec=MC2+(T)21/2=181.42+(0.6×896)21/2=567.4N·m8）校核危險截面C的強度軸的材料選用45鋼，調制處理，由表14-1查得，由表14-3查得，則 該軸強度足夠。圖a-f 如下圖：二、主動軸的設計 1、選擇軸的材料 確定許用應力 選軸的材料為45號鋼，調質處理。查表14-1知2、按扭轉強度估算軸的最小直徑初估軸徑，按扭轉強度初估軸的直徑,查表14-2得c=118107,取c=112則 主動軸：考慮到鍵槽對軸的削弱，取 3、軸的結構設計 軸結構設計時，需要考慮軸系中相配零件

14、的尺寸以及軸上零件的固定方式，按比例繪制軸系結構草圖，草圖類似從動軸。確定軸上零件的位置與固定方式 單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，軸承對稱布置 在齒輪兩邊。齒輪靠油環(huán)和套筒實現(xiàn)軸向定位和固定,靠平鍵和過盈配合實現(xiàn)周向固定，兩端軸承靠套筒實現(xiàn)軸向定位，靠過盈配合實現(xiàn)周向固定 ，軸通過兩端軸承蓋實現(xiàn)軸向定位。4 確定軸的各段直徑初選用6209深溝球軸承，其內徑為45mm,寬度為19mm。 將估算軸d=35mm作為外伸端直徑d1,取第二段直徑為d2=40mm齒輪和右端軸承從右側裝入，考慮裝拆方便以及零件固定的要求，裝軸承處d3應大于d2，取d3=45mm，為便于齒輪裝拆與齒輪配合處軸徑d4

15、應大于d3，取d4=50mm。齒輪右端用用套筒固定,左端用軸肩定位,軸肩直徑，滿足齒輪定位的同時,還應滿足左側軸承的安裝要求,根據(jù)選定軸承型號確定.右端軸承型號與左端軸承相同,取d6=45mm.選擇軸承型號.由 表16-2及表16-4初選深溝球軸承,代號為6209,查機械設計手冊可得:軸承寬度B=19，安裝尺寸,選軸肩直徑d5=58mm.5 確定各段軸的長度段：d1=35mm 長度取L1=75mmII段:d2=40mm 長度取 III段直徑d3=45mm，此段安裝軸承，軸承右端靠套筒定位，軸承左端靠軸承蓋定位初選用6209深溝球軸承，其內徑為45mm,寬度為19mm，取軸肩擋圈長為10mmL3

16、=5+24+19=48mm段直徑d4=50mm，此段安裝主動齒輪，由上面的設計從動齒輪齒寬b=95mm,段直徑d5=58mm. 長度L5=10mm段直徑，長度10+20=30mm由上述軸各段長度可算得軸支承跨距 6 軸的強度校核按彎矩復合強度計算1)繪制軸受力簡圖（如圖a） 齒輪所受的轉矩：T=9550P/n=9550×29.8/462.56=615.3 作用在齒輪上的圓周力：Ft=2T/d= 徑向力：Fr=Fttan200=13673.4×tan200 =4976.7N 該軸兩軸承對稱，所以2)求垂直面的支承反力求水平面的支承反力3）由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面

17、C在垂直面彎矩為MC1=FAy L/2=940.5×77×10-3=72.4N·m截面C在水平面上彎矩為：MC2=FAZ L/2=2583.5×77×10-3=199N·m4）繪制垂直面彎矩圖（如圖b） 繪制水平面彎矩圖（如圖c）5) 繪制合彎矩圖 （如圖d）MC=(MC12+MC22)1/2=（72.42+1992)1/2=212N·m6）繪制扭矩圖 （如圖e）轉矩：T=9550×（P/n）=232.5N·m7)繪制當量彎矩圖 （如圖f）截面c處最危險，如認為軸的扭切應力是脈動循環(huán)變應力，取折合系數(shù)，截

18、面C處的當量彎矩：Mec=MC2+(T)21/2=2122+(0.6×232.5)21/2=254N·m8）校核危險截面C的強度軸的材料選用45鋼，調制處理，由表14-1查得，由表14-3查得，則 圖a-f 類似從動軸，此圖省略。第七部分 滾動軸承的選擇及校核計算一、從動軸上的軸承 由初選的軸承的型號為: 6213,查表6-1（課程設計手冊）可知:d=65mm,外徑=120mm,寬度B=23mm,基本額定動載荷， 基本額定靜載荷 極限轉速6300r/min根據(jù)設計條件要求，軸承預計壽命為Lh=10×300×16=48000h 軸承基本額定動載荷為,所以因

19、為，所以，故所選軸承適用二、主動軸上的軸承 由初選的軸承的型號為: 6209,查表6-1（課程設計手冊）可知:d=45mm,外徑=85mm,寬度B=19mm,基本額定動載荷， 基本額定靜載荷 極限轉速9000r/min根據(jù)設計條件要求，軸承預計壽命為Lh=10×300×16=48000h 軸承基本額定動載荷為深溝球軸承只考慮徑向載荷,則當量動載荷,所以因為，所以，故所選軸承適用 第八部分 鍵聯(lián)接的選擇及校核計算一、根據(jù)軸徑的尺寸，選擇鍵鍵1，主動軸與V帶輪連接的鍵為：GB/T1096 鍵10×8×63鍵2，主動軸與小齒輪連接的鍵為：GB/T1096 鍵1

20、4×9×70鍵3，從動軸與大齒輪連接的鍵為：GB/T1096 鍵20×12×70 鍵4，從動軸與聯(lián)軸器連接的鍵為：GB/T1096 鍵16×10×80 查課程設計（表4-1） 二、鍵的強度校核鍵1，GB/T1096 鍵10×8×63 工作長度擠壓強度 鍵2，GB/T1096 鍵14×9×70 工作長度擠壓強度 鍵3，GB/T1096 鍵16×10×70 工作長度 擠壓強度 鍵4，GB/T1096 鍵16×10×80 工作長度擠壓強度 第九部分 減速器箱體、

21、箱蓋及附件的設計計算一、減速器附件的選擇 通氣器：由于在室內使用，選通氣器（一次過濾），采用M12×1.5油面指示器：選用游標尺M12起吊裝置：采用箱蓋吊耳、箱座吊耳放油螺塞：選用外六角油塞及墊片M12×1.5根據(jù)機械設計基礎課程設計表11-1選擇適當型號： 起蓋螺釘型號：GB/T5782-2000 M12×45,材料5.8 高速軸軸承蓋上的螺釘：GB578386 M8×25,材料5.8 低速軸軸承蓋上的螺釘：GB5782-2000 M8×25,材料5.8 螺栓：GB57822000 M16×120，材料5.8二、箱體的主要尺寸(1)

22、箱座壁厚：=0.025a+1=0.025×225+1= 6.625 mm 取=10mm (2)箱蓋壁厚：=0.02a+1=0.02×225+1= 5.5mm 取=10mm(3)箱蓋凸緣厚度：b1=1.5=1.5×10=15mm(4)箱座凸緣厚度：b=1.5=1.5×10=15mm(5)箱座底凸緣厚度：b2=2.5=2.5×10=25mm(6)地腳螺釘直徑：df =0.036a+12=0.036×225+12=20.1mm 取df =20mm(7)地腳螺釘數(shù)目：n=6(8)軸承旁連接螺栓直徑：d1= 0.75df =0.75×

23、20= 15mm 取 d1=16mm (9) 蓋與座連接螺栓直徑： d2=(0.5-0.6)df =1012mm 取d2= 12mm (10)連接螺栓d2的間距：L=150200mm(11)軸承端蓋螺釘直徑：d3=(0.4-0.5)df=810mm取d3= 8mm (12)檢查孔蓋螺釘直徑：d4=(0.3-0.4)df=68mm取d4=8mm (13)定位銷直徑：d=(0.7-0.8)d2=8.49.6mm取d=8mm (14) df 、d1 、d2至外箱壁距離C1=26mm (15) df、d2至外箱壁距離C2=24mm（16）軸承旁凸臺半徑R1=C2=24mm(17)凸臺高度：根據(jù)低速級軸

24、承座外徑確定，以便于扳手操作為準(18)外箱壁至軸承座端面的距離：C1C2510=58mm(19)鑄造過度尺寸 (20)大齒輪頂圓與內箱壁間的距離：(21)齒輪端面與內箱壁間的距離 (22)箱蓋、箱座肋厚：(23)軸承端蓋外徑為2=Dd3 ,D-軸承外徑 小軸承端蓋D2=135mm,大軸承端蓋D2=170mm(24) 軸承旁連接螺栓距離S：取S=225mm.第十部分 潤滑與密封一、減速器的潤滑1.齒輪的潤滑采用浸油潤滑，由于為單級圓柱齒輪減速器，速度<12m/s，m<20 時，浸油深度h約為1個齒高，但不小于10mm，所以浸油高度約為35mm。 2.滾動軸承的潤滑由于軸承周向速度為

25、，所以宜開設油溝、飛濺潤滑。3.潤滑油的選擇齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設備，選用GB443-1989全損耗系統(tǒng)用油L-AN15潤滑油。二、減速器的密封選用凸緣式端蓋易于調整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為GB894.1-86-25軸承蓋結構尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。 第十一部分 設計小結通過本課程的獨立設計完成所有設計內容，是第一次較全面的設計的訓練。課程的設計是鞏固、加深、強化和擴展相關知識的有效途徑，同時也訓練搜集，選取以及查詢相關手冊資料的能力，其綜合訓練了機械設計和相關的專業(yè)的理論課程的應用能力，聯(lián)系實際分析

26、課程和解決工程實際問題的能力。設計過程中，更鍛煉了獨立思考，嚴肅認真，深入鉆研，有錯必改，反復修改，綜合分析，耐心耐性的性格品質，雖然本次課程設計耗時長設計內容也粗糙甚至有錯誤，但經(jīng)歷為時一周的自我學習請教老師同學以及搜索資料，本人在本課程的認識、理解、應用和解決實際問題上有了很大的進步，從中也學習到了很多課程上沒有提及到的知識，我相信通過這次的訓練對以后的學習、工作都會有很大的幫助。采用文獻4，減速器用錐面包絡蝸桿(ZK型)，我認為效果可能更佳。下列為其設計計算參數(shù)表：*傳動參數(shù)*蝸桿輸入功率：31.61kW蝸桿類型：錐面包絡蝸桿(ZK型)蝸桿轉速n1：1387.68r/min蝸輪轉速n2：462.56r/min使用壽命：23360小時理論傳動比：3蝸桿頭數(shù)z1：6蝸輪齒數(shù)z2：18實際傳動比i：3*蝸桿蝸輪材料*蝸桿材料：45蝸桿熱處理類型：淬火蝸輪材料：ZCuSn10P1蝸輪鑄造方法：離心鑄造疲勞接觸強度最小安全系數(shù)SHmin；1.1彎曲疲勞強度最小安全系數(shù)SFmin；1.2轉速系數(shù)Zn：0.601壽命系數(shù)Zh；1.011材