機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計設(shè)計計算說明書單級直齒圓柱齒輪減速器第四組

1、焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：單級直齒圓柱齒輪減速器專 業(yè)：機(jī)械制造與自動化班 級：09181設(shè) 計 者：第4組指導(dǎo)教師：張冬梅機(jī)械制造與自動化教研室2010年12月本組簡介本 組：09181班 第4組組 長：王躍峰成 員：李向博，劉高劍，李振西，秦成雷，郭向陽，程浩設(shè)計任務(wù)分配：設(shè)計內(nèi)容設(shè)計者頁碼總體設(shè)計王躍峰，劉高劍，李振西58傳動零件的設(shè)計與校核（含零件圖）王躍峰，劉高劍812軸的設(shè)計與校核（含零件圖）李振西，秦成雷1216鍵的選擇與校核李振西，郭向陽，劉高劍1618軸承的選擇秦成雷，李向博，1818聯(lián)軸器的選擇李振西，郭向陽1919箱體的設(shè)計王躍峰，李向博，郭

2、向陽1919總裝圖的繪制王躍峰，李向博，郭向陽排版秦成雷，程浩總結(jié)李振西，劉高劍2020目 錄一、設(shè)計任務(wù)書 4二、總體設(shè)計5（一）、電動機(jī)的選擇5（二）、傳動比分配6（三）、傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)7三、傳動零件的計算.8齒輪傳動設(shè)計8四、軸的設(shè)計.12（一）軸的材料選擇和最小直徑估計 12（二）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核14五、鍵的選擇和校核16六、滾動軸承的選擇和校核18七、聯(lián)軸器的選擇 19八、箱體的設(shè)計 19設(shè)計小結(jié) 20 參考文獻(xiàn) 21設(shè)計任務(wù)書一工作簡圖圖1 單級直齒圓柱齒輪減速器齒輪傳動設(shè)計二、原始數(shù)據(jù)輸送帶拉力（F/N）：2100輸送帶速度v(m/s)：1.6滾筒直徑D（mm）：40

3、0齒輪、軸及鍵的材料： 45鋼箱體材料：鑄鐵三、工作條件：一班制連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，室內(nèi)工作；工作年限5年；最高工作溫度100。二、總體設(shè)計2.選擇電動機(jī)功率工作所需的電動機(jī)輸出功率為= = 所以 =由電動機(jī)至工作之間的總效率（包括工作機(jī)效率）為=, , , , , 分別為帶傳動，齒輪傳動的軸承，齒輪傳動，聯(lián)軸器，卷筒軸的軸承及卷筒的效率。取=0.96 =0.99 =0.97 =0.97 ,=0.98 =0.96 ，則=0.96×0.99×0.97×0.97×0.98×0.96=0.859所以=kw =3.91 kw3.確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速卷筒軸

4、工作轉(zhuǎn)速= =76.4 r/min按推薦的合理傳動比范圍，取V代傳動的傳動比=24, 單級齒輪傳動比=35，則合理總傳動比的范圍為=620，故電動機(jī)的可選范圍為d=(620) ×78.4=（4581528）r/min故選 Y 132 M1-6 =4kw 電動機(jī)轉(zhuǎn)速為 同步轉(zhuǎn)速 1000 r/min 滿載轉(zhuǎn)速 960 r/min（二）傳動比的分配總傳動比 i=12.57總傳動比為 12.57 帶傳動比 3.14齒輪傳動比 4 (三)傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)運(yùn)動和動力參數(shù)的計算結(jié)果列表結(jié)果列于下表：軸名參電動機(jī)軸I軸II軸卷筒軸轉(zhuǎn)速n/(r/min)960305.776.476.4輸入功

5、率P/kw3.913.753.533.36轉(zhuǎn)矩T（N/m）38.90117.25441.41420傳動比3.1441效率0.960.940.95計 算 及 說 明結(jié) 果三、傳動零件的計算（二）齒輪傳動設(shè)計由于是沒有特殊要求的傳動，選擇一般材料。由表17.8.2選取：小齒輪45號鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度HBS1=230; 大齒輪45號鋼正火，齒面硬度HBS2=200 由于齒面硬度HBS<350,又是閉式傳動，故按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計，按齒根彎曲強(qiáng)度校核。小齒輪45號鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度HBS1=230;大齒輪45號鋼正火，齒面硬度HBS2=200按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計a48.5(i+1) (mm)由于傳動不逆

6、轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，起動載荷為名義載荷的1.25倍。即K=1.25對于一般的減速器，選=0.4=9.55×=9.55××=1.17×（N·）由圖17.10.4查?。?570（MPa）；=390（MPa）由表17.10.2?。?1.1=518.8(MPa)=355(MPa)取兩者較小值代入接觸疲勞強(qiáng)度公式設(shè)計a48.5(i+1)=48.5(4+1)=217.88（）擬取中心距a=218。則模數(shù)：（0.0070.02）a=(1.534.36) 查表17.4.1，取m=4齒數(shù)=22； （）故合適按齒根彎曲強(qiáng)度校核由表17.10.1查得：=2.72, =1.

7、57 =2.216, =1.778 a=220，b=×a=0.4×220=88（）由圖17.10.2查得：=215MPa，=165MPa由表17.10.2查得： =1.4=（MPa）=117.86（MPa）=40.3（MPa）=37.2（MPa）計算齒輪的圓周速度m/s由表17.6.3可知，可選8級精度分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑全齒高齒寬， 取=94跨側(cè)齒數(shù)k公法線長度W=38.651=146.385由設(shè)計指導(dǎo)書查得公法線長度的上下偏差值因此小齒輪與軸做成一體為齒輪軸結(jié)構(gòu)；大齒輪采用鍛造輪輻式結(jié)構(gòu)。K=1.25=0.4=1.17×（N·）=1.1=5

8、18.8(MPa)=355(MPa)a=218m=4=22=88a=220（）合適取b=88 =1.4=153.57(MPa)=117.86(MPa)強(qiáng)度足夠8級精度合適h=9=94=88四、軸的設(shè)計（一）從動軸的設(shè)計與校核（1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力。選45鋼，正火處理，查表11.1.1（軸的常用材料及力學(xué)性能）得到其硬度為170217HBS，抗拉強(qiáng)度為600MPa，查表11.5 .3（軸的許用彎曲應(yīng)力）得到許用彎曲應(yīng)力為55MPa。（2）計算該軸最小直徑。查表11. 5.1（常用材料的値和C値）得到C=115，因此有dC=115mm=41.3 mm考慮該段軸上有鍵槽，擬取d=45 mm

9、（3）對軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計?？紤]軸上零件的位置和固定方式，以及結(jié)構(gòu)工藝性，按比例繪制出軸及軸系零件的結(jié)構(gòu)草圖。軸的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程及結(jié)果如下： 確定軸上零件的位置和定位、固定方式。由于是單級齒輪減速器，應(yīng)把齒輪布置在箱體內(nèi)壁的中間，軸承對稱布置在齒輪的兩邊，軸的外伸端安裝聯(lián)軸器。齒輪靠軸環(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。兩端軸承分別靠軸肩、套筒實現(xiàn)軸向定位和固定，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)軸向定位和周向固定。確定各軸段的直徑。外伸端直徑為45mm。為了使聯(lián)軸器能軸向定位，在軸的外伸端應(yīng)設(shè)計出一個軸肩。因軸承也要

10、安裝在這一軸段上，所以，通過右端軸承蓋的這一軸段應(yīng)取直徑55mm?？紤]到便于軸承裝拆，與透蓋氈圈接觸的軸段(公差帶取f7)比安裝軸承的軸段直徑（該處直徑的公差帶是按軸承的標(biāo)準(zhǔn)選取的，為k6）略小，取為52 mm。按要求，查軸承的標(biāo)準(zhǔn)手冊選用兩個6211型的深溝球軸承，故安裝左端軸承的軸段直徑也是55 mm。為了便于齒輪的裝配，齒輪處的軸頭直徑為60 mm。用于齒輪定位的軸環(huán)直徑為70 mm。查軸承標(biāo)準(zhǔn)得，軸肩所在軸段的直徑為70mm，軸肩圓角半徑取1 mm，齒輪與聯(lián)軸器處的軸環(huán)、軸肩的圓角半徑取1.5 mm。 確定軸的各段長度。齒輪輪轂的寬度為88 mm，故取齒輪處軸頭的長度為86 mm。由軸

11、承的標(biāo)準(zhǔn)手冊查得6211型軸承的寬度為21 mm，因此左端軸頸的長度為19 mm。齒輪兩端面、軸承端面應(yīng)保持一定的距離，取為15 mm，右側(cè)穿過透蓋的軸段的長度取為68 mm。聯(lián)軸器處的軸頭長度按聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)長度取70 mm。由圖11.5.8可知軸的之跨距為L=139 mm。（4）校核的強(qiáng)度。繪制軸的計算簡圖，如圖(a)所示。繪制水平面內(nèi)彎矩圖，如圖（b）所示。兩支承端的約束力為=1332.4（N）截面C處的彎矩為 =1332.4×=926（N.m）繪制垂直面內(nèi)彎矩圖，如圖(c)。兩支承端的約束反力為 =484.95(N)截面C處的彎矩為 =.=1332.4×=33.70(

12、N.m)繪制合成彎矩圖，如圖(d)。截面C的合成彎矩為：=+=+=98.54(N.m)繪制扭矩圖，如圖（e）。齒輪與聯(lián)軸器之間的扭矩為：T=9550=9550×=441.4(N.m)繪制當(dāng)量彎矩圖，如圖（f）。因為軸為單向轉(zhuǎn)動，所以扭矩為脈動循環(huán)，折合系數(shù)為0.6,危險截面C處的彎矩為:=282.6(N.m)計算危險截面C處滿足強(qiáng)度要求的軸徑：由彎扭組合強(qiáng)度校核強(qiáng)度公式 D=51mm由于C處有鍵槽，故將軸徑加大5%，即51mm×1.05=54mm。而結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖中，該處的軸徑為60 mm，故強(qiáng)度足夠。繪制軸的工作圖（見A3圖紙中從動軸的零件圖）。（二）主動軸（齒輪軸）的設(shè)計

13、與校核（1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力。選45鋼，正火處理，查表11.1.1得到其硬度為117-217HBS，抗拉強(qiáng)度為600MPa，查表11.5 .3得到許用彎曲應(yīng)力為55MPa。（2）計算該軸最小直徑。查表11. 5.1得到C=115，因此有dC=115mm=26.5 mm考慮該段軸上有鍵槽，擬取d=30 mm（3）對軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計?？紤]軸上零件的位置和固定方式，以及結(jié)構(gòu)工藝性，按比例繪制出軸及軸系零件的結(jié)構(gòu)草圖。軸的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程及結(jié)果如下： 確定軸上零件的位置和定位、固定方式。由于是單級齒輪減速器，應(yīng)把齒輪布置在箱體內(nèi)壁的中間，軸承對稱布置在齒輪的兩邊，軸的外伸端安裝聯(lián)軸器。齒輪靠軸

14、環(huán)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。兩端軸承靠軸肩實現(xiàn)軸向定位和固定，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)軸向定位和周向固定。確定各軸段的直徑。外伸端直徑為30mm。為了使聯(lián)軸器能軸向定位，在軸的外伸端應(yīng)設(shè)計出一個軸肩。因軸承也要安裝在這一軸段上，所以這一軸段應(yīng)取直徑50mm。考慮到便于軸承裝拆，與透蓋氈圈接觸的軸段(公差帶取f7)比安裝軸承的軸段直徑（該處直徑的公差帶是按軸承的標(biāo)準(zhǔn)選取的，為k6）略小，取為42 mm。按要求，查軸承的標(biāo)準(zhǔn)手冊選用兩個6210型的深溝球軸承，故安裝左端軸承的軸段直徑也是50 mm。查軸承標(biāo)準(zhǔn)

15、得，左端軸承處的軸肩所在軸段的直徑為50mm，軸肩圓角半徑取1 mm，齒輪與聯(lián)軸器處的軸環(huán)、軸肩的圓角半徑取1.5 mm。 確定軸的各段長度。齒輪寬度為94 mm。取齒輪兩側(cè)的輪轂直徑為55mm,其伸出長度都為12.5mm。由軸承的標(biāo)準(zhǔn)手冊查得6210型軸承的寬度為20 mm，因此左端軸頸的長度為20 mm。右側(cè)穿過透蓋的軸段的長度取為58 mm。聯(lián)軸器處的軸頭長度按聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)長度取60 mm。由圖11.5.8可知軸的之跨距為L=139mm。（4）校核的強(qiáng)度。繪制軸的計算簡圖，如圖(a)所示。繪制水平面內(nèi)彎矩圖，如圖（b）所示。兩支承端的約束力為 =1332.4（N）截面C處的彎矩為 =13

16、32.4×=92.6（N.m）繪制垂直面內(nèi)彎矩圖，如圖(c)。兩支承端的約束反力為 =484.95(N) =.=489.95×=33.70(N.m)繪制合成彎矩圖，如圖(d)。截面C的合成彎矩為：=+=+=98.54(N.m)繪制扭矩圖，如圖（e）。齒輪與聯(lián)軸器之間的扭矩為：T=9550=9550×=117.25(N.m)繪制當(dāng)量彎矩圖，如圖（f）。因為軸為單向轉(zhuǎn)動，所以扭矩為脈動循環(huán)，折合系數(shù)為0.6,危險截面C處的彎矩為:=121(N.m)計算危險截面C處滿足強(qiáng)度要求的軸徑：由彎扭組合強(qiáng)度校核強(qiáng)度公式D=28mm由于C處有鍵槽，故將軸徑加大5%，即28mm&#

17、215;1.05=29.4mm。而結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖中，該處的軸徑為55 mm，故強(qiáng)度足夠。五、鍵的選擇和校核(一)鍵的設(shè)計 1.條件：45號剛=60MPa 由軸頸d可確定鍵的兩尺寸b和h根據(jù)擠壓強(qiáng)度公式得： 將代入得： L2.軸頸d=30mm , 傳遞的轉(zhuǎn)矩M=117.25NM選材：45號剛=60MPa; =100MPa由軸頸d=30mm,查手冊得：鍵的尺寸為鍵寬b=10mm ，鍵高h(yuǎn)=8mm代入 式得L19.54mm擬取：鍵長L=22mm（二）計算鍵受到的作用力F: 由M=F得;F=(三)校核抗剪強(qiáng)度計算剪切力F由截面法得：A抗剪強(qiáng)度= =60MPa(四)校核抗擠壓強(qiáng)度；1.計算擠壓作用力F2.

18、計算擠壓面面積AA=3.計算擠壓工作應(yīng)力=所以鍵足夠用（五）同理 當(dāng)軸頸d=45mm時 b=14mm h=9mm擬取L=45FA=FA故鍵足夠用（六）M=441.41N M 轉(zhuǎn)徑d=60mm b=18mm h=11mm擬取L=50mmFAFA故所選鍵可用.六軸承設(shè)計與校核：1、選材45號鋼回火處理2、選型深溝球軸承（6210和6211）3、軸承的校核(1)前提條件如下：a.軸上選用的軸承為兩個6210型的深溝球軸承，對應(yīng)的軸徑為50mm；b.軸上選用的軸承為兩個6211型的深溝球軸承，對應(yīng)的軸徑為55mm且兩種型號的軸承具有相同的徑向載荷（Fr），而不受軸向力.有法向力公式 Fn=2835.8

19、N Fr=1418Nc.兩個軸上軸承所受當(dāng)量動載荷（P）相同，對應(yīng)的工作轉(zhuǎn)速分別n1=305.7r/min和n2=76.4r/min。由于不受軸向力所以，當(dāng)量動載荷為：P=Fr=1418N由軸承壽命計算公式： Cr=上式中載荷系數(shù) =1.5（查表12.3.3）.由溫度系數(shù)=1，得兩軸承徑向工作載荷值分別為： Cr1=Cr2= 2)查手冊選的兩軸上的軸承型號分別為6210和6211，其對應(yīng)的額定動載和極限轉(zhuǎn)速(Cr)分別為35.0KN、43.2KN和6700r/min、6000r/min校核分別如下：Cr1=19.77KN<35.0KNCr2=12.46KN<43.2KNn1=305

20、.7r/min<6700r/minn2=76.4r/min<6000r/min故符合強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速要求。七、聯(lián)軸器的選擇 （1）、前提條件：此聯(lián)軸器對應(yīng)的軸徑D=45mm（2）、類型選擇：彈性套柱銷聯(lián)軸器，其型號：LT8聯(lián)軸器 GB/T4323八、裝配圖設(shè)計見圖紙各種零件圖及裝配圖見圖 結(jié)果45鋼，正火處理硬度為170217HBS抗拉強(qiáng)度為600MPa許用彎曲應(yīng)力為55MPad=45 mm45鋼，正火處理硬度為117-217HBS抗拉強(qiáng)度為600MPa許用彎曲應(yīng)力為55MPaC=115擬取d=30 mm強(qiáng)度足夠45號剛=60MPa擬取：鍵長L=22mmF=7816.67鍵足夠用擬取L=45鍵足夠用擬取L=50mm鍵足夠用45號鋼回火處理選型深溝球軸承（6210和6211）符合強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速要求聯(lián)軸器對應(yīng)的軸徑D=45mm彈性套柱銷聯(lián)軸器其型號：LT8聯(lián)軸器GB/T4323設(shè)計小結(jié)1、帶和齒輪