机械设计课程设计-减速器.docx

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1、机械设计课程设计计算说明书设计题目 热能与动力工程 专业 班设计者 指导教师 2011 年 9 月 21 日西 北 工 业 大 学目 录一. 设计课题3二. 设计要求3三. 设计步骤3四设计方案41.传动装置总体设计方案42.初步确定传动装置总体设计如下：4.精度要求4.电动机的选择5.确定传动装置的总传动比和分配传动比6.计算传动装置的运动和动力参数7五V带的结构设计81.确定计算功率82.选择V带的带型83.确定带轮的基准直径并验算带速84）验算小带轮的包角9六.齿轮的设计101.材料选择102.齿数选择：103.选择螺旋角104.计算当量齿数105.齿宽系数选择106.计算几何参数117

2、.选择载荷系数118.计算小齿轮轴上的扭矩119.按齿面接触疲劳强度计算设计1110.按齿根弯曲疲劳强度设计1111.按接触强度决定模数值1212.初算传动尺寸先计算中心距1213.修正螺旋角按标准中心距修正1214.计算端面模数1215.计算传动的其他尺寸12七传动轴承和传动轴的设计131.传动轴承的设计132.从动轴的设计143.高速轴设计154.高速轴的校核175.低速轴的校核18八键的设计和计算191.高速轴连接带轮键192.高速轴连接齿轮键203.低速轴连接齿轮键204.低速轴连接联轴器键21九箱体结构的设计211.箱体本体设计212.对附件设计22十润滑密封设计25十一.联轴器设计

3、251.类型选择252.载荷计算26十二.设计小结26十三.参考文献26一. 设计课题设计一个用于带式运输机上的一级展开式圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷平稳,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限10年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V 题号 参数12345运输带工作拉力（kN）21.251.51.61.8运输带工作速度（m/s）1.31.81.71.61.5卷筒直径（mm）180250260240220二. 设计要求1.减速器装配图一张(A1)。2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(

4、A3)。3.设计说明书一份。三. 设计步骤1. 传动装置总体设计方案2. 电动机的选择3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数5. 设计V带和带轮6. 齿轮的设计7. 滚动轴承和传动轴的设计8. 键联接设计9. 箱体结构设计10. 润滑密封设计11. 联轴器设计四设计方案1.传动装置总体设计方案（1）.组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。（2）特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。（3）确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设在高速级。2.初步确定传动装置总体设计如下：.精度要求1）选择V带传动和一级圆柱

5、斜齿轮减速器（展开式）。2)传动装置的总效率:0.96x0.99x0.99x0.97x0.99=0.904；为V带的效率,为一对轴承的效率，为齿轮传动的效率，为联轴器的效率，3)齿轮为8级精度，油润滑。.电动机的选择1）工作机所需工作功率为： 方案电动机型号额定功率Pkw电动机转速电动机质量参考价格元传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器2Y100L2-43150014303823010.42.54.2/(1000)1.25*1.8*1000/(1000*0.96) 2.344 kW， 2.593kW, 转速为(1000*60v)/（3.14D）=137.58r/min。经查表

6、按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比24，一级圆柱斜齿轮减速器传动比35，则总传动比合理范围为i620，电动机转速的可选范围为i（620）137.58825.482751.6r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比。2）选定型号为Y100L24的三相异步电动机，额定功率为3.0额定电流8.8A，满载转速1430 r/min，同步转速1500r/min。 .确定传动装置的总传动比和分配传动比1）总传动比 由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速，可得传动装置总传动比为2）分配传动装置传动比 式中分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，取

7、，减速器传动比为.计算传动装置的运动和动力参数1）各轴转速 电动机轴的转速 轴1的转速 轴2的转速 滚筒轴3的转速 2）各轴输入功率 电动机的输入功率 轴1的输入功率 轴2的输入功率 滚筒轴3的输入功率为电动机的额定功率，为联轴器的效率，为一对轴承的效率，为一对 齿轮的传动效率，为V带的传动效率。3）各轴输入转矩 电动机轴的输入转矩 轴1的输入转矩 轴2的输入转矩 轴3的输入转矩 电机轴轴1轴2滚筒轴3功率P/kw32.882.772.71转矩T/（Nm）20.0448.08194.23190转速n/(r/min)1430572136.2136.2传动比i2.54.21效率0.960.9603

8、0.9801五V带的结构设计1.确定计算功率由前面计算已知:V带的输出功率： p=pm带=30.96=2.88Kw带轮1转速n=1430r/min查表6-6工作情况系数KA，工况为载荷平稳，每天工作小时数为16h，所以取KA=1.3。计算功率： pca=kap=1.33=3.9Kw2.选择V带的带型根据计算功率Pa和带轮1的转速，查阅1 普通V带选形图，选择代型为A型3.确定带轮的基准直径并验算带速1）初选小带轮的基准直径查表6-7V带轮的最小基准直径和表6-108 普通V带轮的基准直径系列，带轮1直径d1=100mm，计算带轮2直径d2 =d1i(1-)=247.5mm，取标准值 d2=25

9、0mm2）验算带速v ：v带=d1n601000=3.141001000=7.48m/s带速不宜过低或过高，一般应使，带速满足要求。3）确定中心距a，并选择V带的基准长度初定中心距a0=700mm计算相应的带长：ld02a0+2d1+d2+d2-d124a0 =2700+2100+250+250-10024442=1957.54mm查表6-2V带的基准长度系列及长度系数，取，Ld=2000mm,修正系数KL=0.96。 计算中心距a及其变动范围。传动的设计中心距近似为： aa0+Ld-Ld02=721.23mm考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出中

10、心距的变动范围amin=a-0.015Ld=721.23-0.0152000=691.23mmamax=a+0.03Ld=721.23+0.032000=781.23mm4）验算小带轮的包角1180-d2-d157.3a=180-250-10057.3426=168.081205）确定带的根数z查表6-4（c） 单根普通V带额定功率的增量， P0=0.17kw计算z=pcaPr=KAP(P0+P0)KKL=1.13(1.31+0.17)0.9440.96=2.43根，取整，选3根带。6）确定带的初拉力：查表6-3 V带单位长度的质量，取q=0.10kg/m单跟V带的所需的最小初拉力为：F0mi

11、n=5002.5-KPcaKzv+qv2=139.05N7）计算带传动的压轴力 Fp=2zF0sin12=23139.05sin168.52=832.7N六.齿轮的设计 1.材料选择（1）材料：高速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为小齿轮240HBS高速级大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为大齿轮200HBS （2）齿轮精度：按GB/T100951998，选择8级2.齿数选择：初选小齿齿数=20 大齿齿数=i=4.220=843.选择螺旋角 按经验，初选 =4.计算当量齿数，查齿形系数：=22.19 =31.07由表查得5.齿宽系数选择：选择=16.计算几何参数： 7.选择载荷系数， 取k=1.2

12、8.计算小齿轮轴上的扭矩： =9.55P/n=9.553/1420=2.0210N.m9.按齿面接触疲劳强度计算设计： （1）按说明，对于直齿圆柱齿轮，应以大齿轮材料所决定的许用应力为准。对45钢，=200，由表8-7取较低极限应力值，=400MPa，又由表8-6取安全系数=1，计算接触疲劳的寿命系数K=,式中N=60n=601420/2.791630010=1.47610 ,=30 =1，因为N故=1.许用接触应力=400MPa （2）区域系数= 弹性影响系数（3）（4）计算法面模数mm10.按齿根弯曲疲劳强度设计：计算螺旋角系数因为按计算，得 计算齿形系数与许用应力之比值 用小齿轮的参数代

13、入公式计算齿轮所需的法面模数11.按接触强度决定模数值，取12.初算传动尺寸 先计算中心距标准化后取a=135mm13.修正螺旋角按标准中心距修正14.计算端面模数 15.计算传动的其他尺寸 七传动轴承和传动轴的设计1.传动轴承的设计求输出轴上的功率P2，转速，转矩P=2.77KW =136.2r/min=194.23Nm.求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为 ：=218.64 而 F= F= F F= Ftan=1759.06tan15=471.34N圆周力F，径向力F及轴向力F的方向如图示:.初步确定轴的最小直径先按课本P207 公式12-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为

14、45钢,调质处理,根据课本取输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号查课本,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计 课程设计选取LT5型弹性套柱销联轴器其公称转矩为250Nm,半联轴器的孔径d1=32mm，故取d12=32mm，半联轴器的长度L=82mm，半联轴器与周配合的毂孔长度L1=60mm。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,-轴段右端需要制出一轴肩,故取-的直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径半联轴器与 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故-的长度应比L

15、1 略短一些,取l2=58mm。初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取基本游隙组 标准精度等级的单列角接触球轴承7208C型。2.从动轴的设计 1） 对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.由手册上表15-3，GB/T 2921994查得7208C型轴承。定位轴肩高度2）取安装齿轮处的轴段4-5的直径；齿轮的左端与套筒之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为55mm，应使套筒端面可靠地压紧轴承，由套筒长度以及略小于轮毂宽度的部分组成，故。3）轴段5-6为直径为，满足对轴承的定位，长度选

16、取。轴段6-7在选定轴承时已经确定半径，长度与轴承的宽度一致取。 至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。4 )轴上的配合定位：为保证齿轮、带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮与轴配合为，齿轮与轴的配合为；滚动轴承与外圈的的配合选用K6，与轴的配合选用k6。轴套与轴的配合选K6。5 )确定轴上圆角和倒角尺寸参考表，轴端倒角为，其余均为圆角R1.6。3.高速轴设计1） 高速轴上的功率、转速和转矩P1=2.88Kw T1=48.08Kw n1=572 r/min2 ) 求作用在齿轮上的力Ft1=2T1d1=248.0810319.71=4878.74NFr1=Ft1tanncos=4878.74

17、tan20cos15=1838.36NFa1=Ft1tan=1838.36tan15=492.58N3 ) 初步确定轴的最小直径。先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），据课本表15-3，取MPa，得 因轴上有两个键槽，故直径增大10%15%，取=22 mm 左右。4 ）拟定高速轴上零件的装配方案。5 )为了满足V带轮的结构，根据带轮的孔径，可以确定1-2段的长度=50mm。6 )为了满足带轮的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，为定位轴肩，为故取2-3段的直径=24 mm。取。由两部分组成，在箱体外为24mm，保证轴承端盖的螺栓可以卸下，箱体内部37mm，保证到达轴承位置。7

18、 )初步选择滚动轴承。因需要同时受有径向力和轴向力，故选用角接触球轴承，参照工作要求并根据=24 mm ，由指导书表15-3，GB/T 2921994，初选7211C轴承。其尺寸为，故。由指导书安装尺寸可知，轴承右边采取套筒定位，轴套的高度为6mm；左边用轴承端盖定位，所以轴承端盖定位轴承留出的距离为52mm。8 ）取安装齿轮处的轴段4-5的直径；齿轮的左端与套筒之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为55mm，应使套筒端面可靠地压紧轴承，由套筒长度以及略小于轮毂宽度的部分组成，故。9 ）轴段5-6为直径为，满足对轴承的定位，长度选取。轴段6-7在选定轴承时已经确定半径，长度与轴承的宽度一致取。

19、 至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。10 )轴上的配合定位为保证齿轮、带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮与轴配合为，齿轮与轴的配合为；滚动轴承与外圈的的配合选用K6，与轴的配合选用k6。轴套与轴的配合选K6。11 )确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，其余均为圆角R1.6。4.高速轴的校核 根据高速轴的结构图，做出轴的计算简图，从轴的结构图，以及弯矩和扭矩图中可以看出圆柱齿轮位置的中点截面是轴的危险截面。载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T=53470Nmm计算出的圆柱齿轮位置的中点截面处的、及的值列于下表按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向

20、旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由课本表15-1查得许用弯曲应力，因此，故安全。5.低速轴的校核 根据低速轴的结构图，做出轴的计算简图与上图相似，从轴的结构图，以及弯矩和扭矩图中可以看出圆柱齿轮位置的中点截面是轴的危险截面。计算出的圆柱齿轮位置的中点截面处的、及的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T=48.08kNmm按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由课本表15-1查得许用弯曲应力，因此，故安全。八键的设计和计算1.

21、高速轴连接带轮键（1）选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 d1=21查表取：键宽 =6 键深 =6 键长 =45（2）校核键联接的强度 查表得 =55MP工作长度 （3）键与轮毂键槽的接触高度 得： 取键标记为：键1：645A GB/T1096-19792.高速轴连接齿轮键（1）选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 d2=27查表取：键宽=8 键深=7 键长=45（2）校和键联接的强度 查表得 =55MP工作长度 （3）键与轮毂键槽的接触高度。 得： 取键标记为：键2：845A GB/T1096-1979

22、3.低速轴连接齿轮键（1）选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 d3=49查表取：键宽 b3=14 键深h3=9 键长L3=45（2）校核键联接的强度 查表得 =110MP ，工作长度 （3）键与轮毂键槽的接触高度： 得： 取键标记为：键2：1445A GB/T1096-19794.低速轴连接联轴器键（1）选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.查表取：键宽 b4=10 键深h4=8 键长L4=70（2）校核键联接的强度 查表得 =110MP工作长度 （3）键与轮毂键槽的接触高度 得： 取键标记为：键2：1070A

23、 GB/T1096-1979九箱体结构的设计1.箱体本体设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用H7/is6配合.1.机体有足够的刚度.在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度.2.考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为45mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为6.33.机体结构有良好的工艺性。铸件壁厚为8，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.2.对附件设计 A 视孔盖和窥视孔：在机盖顶

24、部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力

25、平衡.E 盖螺钉：盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。F 位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目查手册4轴承旁联接螺栓直径M12机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M8轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8视孔盖螺钉直径=（0.30.4）6定位销直径=（0.70.8）6，至

26、外机壁距离查机械课程设计指导书表4221813，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书表42011外机壁至轴承座端面距离=+（812）50大齿轮顶圆与内机壁距离1.210齿轮端面与内机壁距离10机盖，机座肋厚7 7轴承端盖外径+（55.5）78（1轴）115（2轴）轴承旁联结螺栓距离97（1轴）147（2轴）十润滑密封设计一级圆柱齿轮减速器采用油润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。油的深度为H+h1 ,H=30 h1=34 所以H+h1=30+34=64其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创

27、，其表面粗度应为 密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，过150mm。并匀均布置，保证部分面处的密封性。十一.联轴器设计1.类型选择为了隔离振动和冲击，选用弹性套柱销联轴器。2.载荷计算公称转矩：T=9550p/n95502.766/136.19=193.96N.m查表,选取所以转矩 。因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册选取LX2型弹性套柱销联轴器其公称转矩为560Nm。十二.设计小结这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的人。此外，知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。十三.参考文献【1】 机械设计教程。濮良贵【2】 机械制图。王永平【3】机械设计课程设计。李育锡