機械設計課程設計_一級圓柱齒輪減速器說明書

1、浙江理工大學機械設計課程設計說明書課題名稱 一級圓柱齒輪減速器 專 業(yè) 機電一體化專業(yè) 12屆 姓 名 陳洪春 學 號 指導老師 潘俊 、 賀青川 學期 2013學年第一學期 2013-6-20目錄一 課題題目及主要技術參數說明1.1 課題題目 1.2 主要技術參數說明 1.3 傳動系統(tǒng)工作條件1.4 傳動系統(tǒng)方案的選擇 二 減速器結構選擇及相關性能參數計算2.1 減速器結構2.2 電動機選擇2.3 傳動比分配2.4 動力運動參數計算三 V帶傳動設計3.1確定計算功率3.2確定V帶型號3.3確定帶輪直徑3.4確定帶長及中心距3.5驗算包角3.6確定V帶根數Z3.7 確定粗拉力F03.8計算帶輪

2、軸所受壓力Q四 齒輪的設計計算(包括小齒輪和大齒輪)4.1 齒輪材料和熱處理的選擇4.2 齒輪幾何尺寸的設計計算4.2.1 按照接觸強度初步設計齒輪主要尺寸4.2.2 齒輪彎曲強度校核4.2.3 齒輪幾何尺寸的確定4.3 齒輪的結構設計五 軸的設計計算(從動軸)5.1 軸的材料和熱處理的選擇5.2 軸幾何尺寸的設計計算5.2.1 按照扭轉強度初步設計軸的最小直徑5.2.2 軸的結構設計5.2.3 軸的強度校核六 軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇6.1 軸承的選擇及校核 6.2 鍵的選擇計算及校核6.3 聯(lián)軸器的選擇七 減速器潤滑、密封及附件的選擇確定以及箱體主要結構尺寸的計算7.1 潤滑的選擇確定 7.

3、2 密封的選擇確定 7.3減速器附件的選擇確定7.4箱體主要結構尺寸計算 參考文獻第一章 課題題目及主要技術參數說明1.1課題題目帶式輸送機傳動系統(tǒng)中的減速器。要求傳動系統(tǒng)中含有單級圓柱齒輪減速器及V帶傳動。1.2 主要技術參數說明 輸送帶的最大有效拉力F=2.3KN，輸送帶的工作速度V=1.5m/s，輸送機滾筒直徑D=400 mm。1.3 傳動系統(tǒng)工作條件 帶式輸動機工作時有輕微震動，經常滿載?？蛰d起訂，單向運轉，三制工作（每班工作8小時），要求減速器設計壽命為5年(每年按300天計算)三相交流電源的電壓為380/220V，啟動載荷為名義載荷的1.25倍，輸送帶速度允許誤差為+-5%1.4

4、傳動系統(tǒng)方案的選擇圖1 帶式輸送機傳動系統(tǒng)簡圖第二章 減速器結構選擇及相關性能參數計算2.1 減速器結構本減速器設計為水平剖分，封閉臥式結構。2.2 電動機選擇（一）工作機的功率Pw =FV/1000=23001.5/1000=3.45kw（二）總效率 = =0.960.970.970.960.980.990.990.833（三）所需電動機功率 Pmax=4.141.25=5.175(KW) 查機械零件設計手冊得 Ped = 5.5kw電動機選用Y132M2-6 n滿 = 960 r/min2.3 傳動比分配 卷筒工作機的轉速n=601000v/（D） =6010001.5/(3.14400)

5、 71.66r/min 總傳動比 取 則 電動機選用：Y132M2-6=4.2計 算 及 說 明結果2.4 動力運動參數計算（一）轉速n=960（r/min）=/=/=960/3.2=300（r/min） =/=300/4.271.43（r/min） =71.43（r/min） （二） 輸入功率P （三） 輸入轉矩T =51.48(Nm) = 644.6(Nm) = 631.8(Nm ) 計 算 及 說 明結果將上述數據列表如下：軸號功率P/kW N /(r.min-1) /(Nm) i 05.17596051.48 3.20.96 14.951300158.2 24.80371.43644.

6、64.20.97 34.70871.43631.810.98第三章V帶傳動設計3.1確定計算功率查表得KA=1.2，則PC=KAP=1.25.5=6.6KW3.2確定V帶型號按照任務書得要求，選擇普通V帶。根據PC=6.6KW及n1=300r/min，查圖確定選用B型普通V帶。3.3確定帶輪直徑（1）確定小帶輪基準直徑根據圖推薦，小帶輪選用直徑范圍為112140mm，選擇dd1=140mm。（2）驗算帶速v =7.03m/s5m/sv25m/s,帶速合適。（3）計算大帶輪直徑dd2= n0dd1/n1=960140300=448mm根據GB/T 13575.1-9規(guī)定，選取dd2=400mm3

7、.4確定帶長及中心距（1）初取中心距a0得378a01080， 根據總體布局，取ao=800 mm(2) 確定帶長Ld：根據幾何關系計算帶長得=2469.36mm根據標準手冊，取Ld =2500mm。 (3)計算實際中心距=815.32mm3.5.驗算包角=161.73120，包角合適。3.6.確定V帶根數ZZ 根據dd1=140mm及n0=960r/min，查表得P0=2.13 KW,P0=0.3KW中心距a=815.32mm包角=161.73包角合適K=0.956KL=1+0.5(lg2500-lg2240)=1.024則Z=2.77，取Z=33.7.確定粗拉力F0F0=500查表得B型q

8、 = 0.17/m,則F0=500219 N3.8.計算帶輪軸所受壓力QQ=2ZF0sin=23219sin1297 N第四章 齒輪的設計計算4.1 齒輪材料和熱處理的選擇 小齒輪選用45號鋼，調質處理，HB236 大齒輪選用45號鋼，正火處理，HB1904.2 齒輪幾何尺寸的設計計算（1） 按齒面接觸疲勞強度設計因兩齒輪均為鋼質齒輪，可應用式10.22求出d1值。確定有關參數與系數： 轉矩T1 T1=9.55106P/ n1 =9.551066.88320 =2.05105Nm 載荷系數K查表10.11取K=1.4 齒數z、螺旋角和齒寬系數d小齒輪的齒數取為z1=25，則大齒輪齒數z2=10

9、5，因單級齒輪傳動為對稱布置，而齒輪齒面又為軟齒面，由表10.20選取d=1 許用接觸應力H由圖10.24查得 Hlim1=560MPa Hlim2=530MPa由表10.10查得SH=1 N1=60njLh=603201(536524)=8.41108 N2= N1i=8.411084.46=1.89108查圖10.27得ZNT1=1 ZNT2=1.06由式10.13可得 F1= = =560MPaZNT2Hlim2 F2= 1.06560= MPa 1 =562MPa m=d1z1=47.0225=1.88由表10.3取標準模數m=2mm（2） 計算主要尺寸 d1=m z1=225mm=5

10、0mm d2=m z2=2105mm=210mm b=d d1=150=50mm經圓整后取b2=50mm b1= b2+5mm=55mm a=1/2m(z1+ z2)=1/22(25+105)mm=130mm（3） 按齒根彎曲疲勞強度校核由式10.24得出F，如果FF，則校核合格確定有關系數與參數: 齒形系數YF查表10.13得YF1=2.65 YF2=2.18 應力修正系數YS查表10.14得YS1=1.59 YS2=1.80 許用彎曲應力F由圖10.25查得F lim1=210MPa Flim2 =190MPa由表10.10查得SF=1.3由圖10.26查得YNT1= YNT2=1 YNT

11、1F lim1 H1= SF 210 = MPa 1.3 =162MPa YNT2H lim2 F2= SF 190 = MPa 1.3 =146MPa 2K T1 故 H= YH YS1bm2z1 21.44.211042.651.59 = MPa 50425 =99MPaF1=162MPa YF2YS2 F2=F1 YH YS1 992.181.8 = MPa 2.651.59 =92F2=146MPa齒根彎曲強度校核合格。（4） 驗算齒輪的圓周速度V d1n1 V= m/s 601000 50960 = m/s 601000 =2.51m/s由表10.22可知，選8級精度是合格的。五、軸

12、的設計計算 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。查機械基礎P198表11-1可知： b=650Mpa,s=360Mpa查機械基礎P204表11-3：b+1b=200Mpa 0b=95Mpa,-1b=55Mpa2、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： dC 查機械基礎P203表11-2，45#取C=118 則d118(5.07/114.29)1/3mm=43.43mm 考慮鍵槽的影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標準，取d=45mm 3、齒輪上作用力的計算 齒輪所受的轉矩：T2=9

13、.55P/n=9.555.07/114.29=423.65 N.m 齒輪作用力： 圓周力：Ft=2T/d=2423.65/0.27=3138.15N 徑向力：Fr=Fttan200=3138.12tan200=1142.19N 4、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)軸器，查P150表9.4可得聯(lián)軸器的型號為HL4聯(lián)軸器：45112 GB5014-2003 （2）、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

14、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=45mm作為外伸端直徑d1與聯(lián)軸器相配（如圖），考慮聯(lián)軸器用軸肩實現(xiàn)軸向定位，取第二段直徑為d2=50mm齒輪和左端軸承從左側裝入，考慮裝拆方便以及零件固定的要求，裝軸處d3應大于d2，取d3=55，為便于齒輪裝拆與齒輪配合處軸徑d4應大于d3，取d4=60mm。齒輪左端用用套筒固定,右端用軸環(huán)定位,軸環(huán)直徑d5滿足齒輪定位的同時,還應滿足右側軸承的安裝要求,根據選

15、定軸承型號確定. 右端軸承型號d6=55mm. (4)選擇軸承型號.由P152初選深溝球軸承,代號為6210,查手冊可得:軸承寬度B=20,安裝尺寸D=64,故軸環(huán)直徑d5=64mm. (5）確定軸各段直徑和長度段：d1=45mm 長度取L1=55mmII段:d2=50mm 初選用6210深溝球軸承，其內徑為50mm,寬度為20mm.考慮齒輪端面和箱體內壁，軸承端面和箱體內壁應有一定距離。取套筒長為20mm，通過密封蓋軸段長應根據密封蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和箱體外壁應有一定矩離而定，為此，取該段長為55mm，安裝齒輪段長度應比輪轂寬度小2mm,故II段長：L2=（2+20+20+55）=97m

16、mIII段直徑d3=60mmL3=L1-L=60-2=58mm段直徑64mm長度與右面的套筒相同，即L4=20mm段直徑d5=55mm. 長度L5=20mm由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=98mm(6)按彎矩復合強度計算求分度圓直徑：已知d2=270mm求轉矩：已知T2=423.646N.m求圓周力：FtFt=2T2/d2=2423.646/0.27=3138.12N求徑向力1/2Fr=Fttan=3318.12tan200=1142.18N因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=49mm(1) 繪制軸受力簡圖（如圖a）(2) 繪制垂直面彎矩圖（如圖b）RAYFt 1/2FaFr1FrCMY

17、FaMC1MC2TMRBYMCYFBZFrMZ2MZ1MMZMC(b)0)(e)e(f)(d)(a)(c)AB軸承支反力： FAY=FBY=Fr/2=3138.12/2=1569.06FAZ=FBZ=Ft/2=1142.18/2=571.09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=FAyL/2=1569.060.09821/2=76.98N.m截面C在水平面上彎矩為：MC2=FAZL/2=571.090.0982=27.98N.(4)繪制合彎矩圖（如圖d）MC=(MC12+MC22)1/2=（76.982+27.982)1/2=81.91N.m(5)繪制扭矩圖（如圖e）轉

18、矩：T=9550P2/n2=95505.07/114.29=423.65N.m(6)繪制當量彎矩圖（如圖f）轉矩產生的扭剪力按應力循環(huán)變化，取=0.6，截面C處的當量彎矩：Mec=MC2+(T)21/2=81.912+(0.6423.65)21/2=267.06N.m=267.06103N.mm(7)校核危險截面C的強度由式機械基礎P203式（11-3）e=Mec/0.1d3=267.06103/0.1503=21.36MPa -1b=55MPa該軸強度足夠。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。查機械基礎P198表11-1可知： b=650Mpa,s=3

19、60Mpa查機械基礎P204表11-3：b+1b=200Mpa 0b=95Mpa,-1b=55Mpa 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： dC 查機械基礎P203表11-2，45#取C=118 則d118(5.28/514.29)1/3=25.96mm 考慮鍵槽的影響以系列標準，取d=30mm 3、齒輪上作用力的計算 齒輪所受的轉矩：T1=9550P1/N1 =9550x5.28/514.29=102.15N.m 齒輪作用力： 圓周力：Ft=2T1/d=2102.15/0.06=1702.5N 徑向力

20、：Fr=Fttan200=1702.5tan200=619.66N 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 確定軸的各段直徑和長度初選用6206深溝球軸承，其內徑為30mm,寬度為16mm.。 ，軸承端面與箱體內壁應有一定矩離，則取套筒長為20mm，則該段長36mm，安裝齒輪段長度為輪轂寬度為2mm。(2)按彎扭復合強度計算求分度圓直徑：已知d2=60mm求轉矩：已知T=102.15N

21、.m求圓周力FtFt=2T/d2=2102.15/0.06=3405求徑向力FrFr=Fttan=3405tan200=1239.32N兩軸承對稱LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=3405/2=1072.5NFAZ=FBZ=Ft/2=1239.32/2=619.66N(2) 截面C在垂直面彎矩為MC1=FAxL/2=1072.50.049=52.55N.m(3)截面C在水平面彎矩為MC2=FAZL/2=619.660.049=30.36N.m(4)計算合成彎矩MC=（MC12+MC22）1/2=（52.552+30.362）1/2=60.

22、69N.m(5)計算當量彎矩：轉矩產生的扭剪力按應力循環(huán)變化，取=0.6Mec=MC2+(T)21/2=60.692+(0.6102.15)21/2=86.25N.m=86.25103N.mm(6)校核危險截面C的強度,由式機械基礎P203式（11-3）e=Mec/（0.1d3）=86.25103/(0.1303)=31.94Mpa-1b=55Mpa此軸強度足夠六 滾動軸承及鍵的選擇及校核計算61 軸承的選擇及校核 1、 從動軸上的軸承根據根據條件，軸承預計壽命Lh=530024=36000h 由初選的軸承的型號為: 6210,接觸角40 查P153附表10.2:d=50mm,外徑D=90mm

23、,寬度B=20mm,基本額定動載荷C=35KN, 基本靜載荷CO=23.2KN,極限轉速8500r/min （1）已知nII=114.29(r/min)兩軸承徑向反力：FR1=FR2=3138.2/2=1569.1N根據課本機械基礎P230表12-13得軸承內部軸向力FS=1.14FR 則FS1=FS2=1.14FR1=1.41x1569.1=2212.43N(2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端FA1=FS1+Fa=2212.43N FA2=FS2=2212.43N(3)求系數x、yFA1/FR1=FA2/FR2 =2212.43/1569.1=1.41

24、=e根據機械基礎P229表（12-12）FA1/FR136000h 預期壽命足夠 2.主動軸上的軸承: Lh=530024=36000h 由初選的軸承的型號為: 6206,接觸角40 查P153附表10.2:d=30mm,外徑D=62mm,寬度B=16mm,基本額定動載荷C=19.5KN, 基本靜載荷CO=11.5KN,極限轉速13000r/min （1）已知nI=514.29(r/min)兩軸承徑向反力：FR1=FR2=1702.5/2=851.25根據課本機械基礎P230表12-13得軸承內部軸向力FS=1.14FR 則FS1=FS2=1.14FR1=1.41x1569.1=970.43N

25、(2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端FA1=FS1+Fa=970.43N FA2=FS2=970.43N (3)求系數x、yFA1/FR1=FA2/FR2 =970.43/8569.1=1.41=e根據機械基礎P229表（12-12）FA1/FR136000h 預期壽命足夠 6-2、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算1根據軸徑的尺寸，由1中表12-6高速軸(主動軸)與V帶輪聯(lián)接的鍵為：鍵836 GB1096-79大齒輪與軸連接的鍵為：鍵 1850 GB1096-79軸與聯(lián)軸器的鍵為：鍵1040 GB1096-792鍵的強度校核 大齒輪與軸上的鍵 ：鍵1845 GB1

26、096-79bh=1810,L=60,則Ls=L-b=42mm圓周力：Fr=2TII/d=2423.646/0.27=3138.12N擠壓強度：p=67.25125150MPa此擠壓強度足夠剪切強度：p =36.60120MPa因此剪切強度足夠鍵836 GB1096-79和鍵1040 GB1096-79根據上面的步驟校核，并且符合要求。PC=6.6KW選用B型普通V帶dd1=140mmv =7.03m/s,帶速合適dd2=448mm取ao=800 mm取Ld =2500mm中心距a=815.32mm包角=161.73包角合適m=2d1=50d2=210Z1=25Z2=105第七章 減速器潤滑、密封及附件的選擇確定以及箱體主要結構尺寸的計算及裝配圖7.1 潤滑的選擇