单级直齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书讲解.pdf

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1、机械设计基础课程设计题目学生姓名指导教师专业班级完成时间单级直齿圆柱齿轮减速器小李xx2015.01.07设计题目：设计题目：用于胶带运输的单级圆柱齿轮减速器，传送带允许的速度误差为5%。双班制工作，有轻微振动，批量生产。运动简图：运动简图：DvF6543211 电动机 2联轴器 3单级齿轮减速器 4链传动 5卷筒 6传送胶带原始数据：项目数据运输带曳引力运输带速度卷筒直径使用年限F(kN)2.7V(m/s)2.2D(mm)450Y51目录：目录：一、一、传动方案的拟定及说明传动方案的拟定及说明1 1二、二、电动机的选择和计算电动机的选择和计算4 4三、三、传动装置的运动和动力参数计算传动装置

2、的运动和动力参数计算5 5四、四、传动件的设计计算传动件的设计计算6 6五、五、初选滚动轴承初选滚动轴承9 9六、六、选择联轴器选择联轴器9 9七、七、轴的设计计算轴的设计计算9 9八、八、键联接的选择及校核计算键联接的选择及校核计算1717九、九、滚动轴承校核滚动轴承校核1818十、十、设计小结设计小结2020十一、十一、设计任务书设计任务书2020十二、十二、参考资料参考资料24242DvF一、一、传动方案的拟定及说明传动方案的拟定及说明传动方案传动方案（已给定）：1.减速器为单级齿轮减速器2.外传动为链传动3.方案简图如下：654321传动方案的分析说明传动方案的分析说明：31.方案中采

3、用链传动。避免了带传动中出现的弹性滑动和打滑；而且作用在轴上的压力小，可减少轴承的摩擦损失；制造和安装的精度低，有效降低生产成本。由于链传动的润滑至关重要，应选择合宜的润滑方式。2.方案中采用单级圆柱齿轮减速器。此类减速器工艺简单，精度易于保证，适宜批量生产。由题目数据可知，载荷较小，传动速度也较低。3.总体来说，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。二、二、电动机的选择和计算电动机的选择和计算1.1.电动机类型的选择：电动机类型的选择：分析工作机工作条件及电源，选用Y系列三相交流异步电动机。2.2.电动机功率的选择：电动机功率的选择

4、：工作机所需功率电动机输出功率PdPW传动装置的总效率12343式中，1 0.99、2 0.98、3 0.96、4 0.90分别为联轴器、滚动轴承、齿轮和链轮的效率故PdPWPW 5.94kwPed 7.5kw5.94 7.38kw0.990.9830.960.90所以电动机的额定功率为7.5kw3.3.电动机转速的确定电动机转速的确定可查得，齿轮的传动比的范围为35，链轮的传动比范围为25。则电动机转速可选的范围为n nwi i2 560.412335rmin电动机型号：其中，nw60v 93.4r3minD10Y2-132M-444.4.电动机型号的确定电动机型号的确定由以上可以确定电动机

5、的型号为：Y2-132M-4其额定功率为：Ped 7.5kw其额定转速为：nm1440r故总传动比为：i min总传动比：i 15.42据手册：取i链轮 3i齿轮5.14nm144015.42nw93.4各级传动比的分配如下：取链轮的传动比为i1 3，则可知齿轮的传动比为15.42i2 5.14。可知两者的传动比都在常用范围之3内。三、三、传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数计算1.1.各轴的转速各轴的转速rn nm1440minnnni1i2 280.16r 93.38rminmin5n2.2.各轴的输入功率各轴的输入功率P Ped1 7.425kwP P23 7.06kwP

6、 P24 6.225kw3.3.各轴的转矩各轴的转矩T 9550P 49.24N mnPT 9550 240.69N mnPT 9550 636.63N mn四、四、传动件的设计计算传动件的设计计算1.1.链传动链传动1)链轮齿数查表得，z1 25，则z2 iz1 75。2)链轮节数初定中心距为a0 40p。可得Lp 2a0z1 z2pz2 z12()132p2a02z1 25z2 75取链节数为132。3)计算功率查表得，工况系数为KA1.0，故PC KAP 1.07.06 7.06kw4)链条节距P07.06 5.249kw估计此链传动工作于功1.345率曲线图中曲线定点的左侧（即可能出现

7、链板疲劳破坏），可得z25KZ(1)1.08()1.081.3451919采用单排链，Km.，故P07.06 5.249kw1.345查表得，需采用链条，节距.5)实际中心距将中心距设置成可调的，故不必计算实际中心距。6可取aa04025.401016mm6)计算链速z pnv 11 2.965m符合原来的假定。s601000且v 2.965m 0.6m，故不必校核静力强度安全ss系数。7)作用在轴上的压力取FQ1.3FPF 1000c1770NvFQ 2301NFQ 2301Nl 4h69.44mm8)链轮的主要尺寸采用腹板式单排铸造链轮，查表可得，轮毂长度为h 9.5350.01d6可得l

8、 4h69.44mm2.2.齿轮传动齿轮传动1)齿轮材料及精度等级齿轮采用软齿面。小齿轮选用 40Cr，调质，齿面硬度为HBS；大齿轮选用 45 钢，调质，齿面硬度HBS。根据表选级精度。齿面精糙度 Ra1.63.2m.H lim2 590，FE1 600，H lim1 700，其中数据为，FE2 450，SH1.1，SF1.25HH limSH，FFESF127HF1)按齿面接触强度设计636480536360设齿轮按8级精度制造，取载荷系数K 1.1，d 0.9。取ZE188.9d132KTu 1ZHZE2()，代 入 数 据 得，duHd1 42.96mm。齿数取Z1 22，则Z2 5.

9、1422 113。故实际传动比为i 113 5.13622d11.95z1m=2模数m 齿宽b d d1 38.7，取b1 52，b2 47查表，取模数为2mm，实际的d1 44，d2 226中心距为a 小齿轮1大齿轮21)验算轮齿弯曲强度d1d2135mm2a 135mmd44dadfdbb52483941.35226230221212.37478由图表可得，齿形系数YFa1 2.80，YFa2 2.21YSa11.55，YSa21.81F12KTY1Fa1YSa1127.2MPa 2bZ1mYFa2YSa2 20.54 F1YFa1YSa1F1F1F2F2127.2MPaF2安全。2)齿轮

10、的圆周速度v=20.54d1n16010003.14441440 3.3ms601000故可知选用8级精度是合宜的。v 3.3ms五、五、初选滚动轴承初选滚动轴承以选用深沟球轴承。查表GB27689因该减速器采用单级圆柱齿轮传动，主要承受径向载荷，所轴I 上的轴承选用型号为 6306，d 30mm，B 19mm，Cr 20.8KN轴II 上的轴承选用型号为6210，d 50mm，B 20mm，Cr 27.0KN轴 I 上的轴承选 用 型 号 为6306其寿命校核见第九章。六、六、选择联轴器选择联轴器由于本机构载荷较为平稳、启动频繁、整体轴系为要求不高的中、低速轴系传动，而且对弹性和缓冲性要求不

11、高，即选轴 II 上的轴择弹性柱销联轴器，又因为轴的转矩T转速承选用型号为 49.24N m，r为n1440min，轴颈为22mm，查表GB501485，选用6210型号HL2的弹性柱销联轴器。9七、七、轴的设计计算轴的设计计算1.高速轴高速轴（即前述轴）1)根据扭矩初算轴颈材料选用45#钢，调质处理，硬度217 255HBS取轴的C值为110。d C3P7.425110319.004mmn1440为补偿键槽对轴强度的削弱，应将直径扩大5%即，d 19.95mm故，选d 22mm2)轴的机构设计a)轴的装配、定位和固定单级圆柱齿轮减速器中可以将齿轮安装在箱体的中央，相对两轴承堆成分布。在考虑到

12、齿轮和轴的尺寸，将齿轮和轴制造成齿轮轴，以保证安装要求。b)轴的各段直径和长度前面已选联轴器和滚动轴承，故轴上装有联轴器、轴承和密封元件处的直径即可取定。另外注意用于定位的轴肩和仅是为了轴上零件装拆方便或者区分加工表面的轴肩，两直径略有差别即可。各轴段的长度取决于轴上零件（传动件、轴承）的宽度以及相关零件（箱体轴承座=轴承端盖）的轴向位置和结构尺寸。另外要注意轴承润滑方式的选取对其位置的影响。根据以上分析，可得轴的各段直径和长度如图：d 22mm10c)按弯矩复合强度校核.已知小齿轮分度圆直径d1 44mm，轴的转矩T 49240N mm。2T则圆周力Ft 2238.182Nd径向力Fr Ft

13、tan814.63N.轴受力分析简图（a）FAY FBYFAZFr 407.415N2F FBZt1119.091N2由 于 轴 承 两 轴 承 关 于 齿 轮 对 称，故lA lB 43mmFt 2238.182NFr814.63N.垂直面弯矩图（b）截面a-a在垂直面的弯矩为Ma1 FAYlA17.5N m.水平面弯矩图（c）截面a-a在水平面的弯矩为Ma2 FAZlA 48.1N m.合弯矩图（d）11MaMa12Ma2251.2N m.扭矩图（e）T 49240N mm.当量弯矩图（f）危险截面a-a当量载荷为MeMa2(T)2,如果认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数0.6，

14、代入上式得Me51.22(0.649.24)2 71.04N m.危险截面的强度校核Me71.04e10.05 MPa1b60MPa330.1 d0.144符合强度要求。122.低速轴（即前述轴）1)根据扭矩初算轴颈材料选用45#钢，调质处理，硬度217 255HBS取轴的C值为110。d C3P7.061103 32.25mmn280.1613为补偿键槽对轴强度的削弱，应将直径扩大5%即，d 33.86mm故，选d 35mm2)轴的机构设计a)轴的装配、定位和固定制造安装要求基本同高速轴。只有，此轴上大齿轮用键周向定位，而不再制成齿轮轴。故应注意套筒和齿轮的定位。b)轴的各段直径和长度d 3

15、5mm前面已计算链轮的有关参数，故轴上装链轮、轴承和密封元件处的直径即可取定。另外注意用于定位的轴肩和仅是为了轴上零件装拆方便或者区分加工表面的轴肩，两直径略有差别即可。各轴段的长度取决于轴上零件（传动件、轴承）的宽度以及相关零件（箱体轴承座=轴承端盖）的轴向位置和结构尺寸。另外要注意轴承润滑方式的选取对其位置的影响。根据以上分析，可得轴的各段直径和长度，以及大致外形图如下：d 35mmd1 45mmd250mmd354mmd4 62mmd550mml 70mml1 50mml2 50mml3 45mml48.4mml5 29mmc)按弯矩复合强度校核14.已知大齿轮分度圆直径d2 226mm

16、，轴的转矩T 24069N mm。2T则圆周力Ft 213Ndd 35mmd1 45mmd250mmd354mmd4 62mmd550mm径向力Fr Fttan 77.526N链轮部分已知，链轮对轴的作用力FQ 2301N.轴受力分析简图（a）FAY FBYFAZ FBZFr 38.763N2Ft106.5N2l 70mml1 50mml2 50mml3 45mml48.4mml5 29mm轴承两轴承关于齿轮对称，L 2lA 2lB103.4mmk 95mm.FQ在支点产生的反力FBFFQkL 2114NFAF FQ FBF 4415N外力FQ作用方向与链传动的布置有关，按照最不利的情况考虑。

17、见步骤中计算。.垂直面弯矩图（b）截面a-a在垂直面的弯矩为LMa1 FAY 2.004N m215.水平面弯矩图（c）截面a-a在水平面的弯矩为Ma2 FAZL 5.506N m2.FQ力产生的弯矩图a-a截面处：MaFQ FBF.合弯矩图（d）考虑到最不利的情况，把MaMa12 Ma22 MaFQ115.15N mL109.29N m2.扭矩图（e）T 24096N mm.当量弯矩图（f）危险截面a-a当量载荷为MeMa2(T)2,如果认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数0.6，代入上式得Me115.152(0.6240.96)2184.7N m16.危险截面的强度校核eMe184

18、.70.16MPa1b60MPa0.1 d30.1226317符合强度要求。八、八、键联接的选择及校核计算键联接的选择及校核计算1.1.与联轴器联结的键与联轴器联结的键已知，d 22mm，l 50mm。故，选用单源头普通平键，即C型键。查表得，选用型号:键C845 GB/T1096-2003l Lb 41mm,h 7mm,T 49.24Nm.24T449.24故，p 31.19MPa p110MPadhl22741故强度符合。2.2.与低速轴上齿轮联结的键与低速轴上齿轮联结的键已知，d 54mm，l 45mm。故，选用圆头普通平键，即A型键。查表得，选用型号：键1640 GB/T1096-20

19、03键C845GB/T1096-2003p4T4240.96故，p 74.37MPa p110MPadhl54102431.19MPa故强度符合。l Lb 24mm，h 10mm，T 240.69Nm。3.3.低速轴上与链轮联结的键低速轴上与链轮联结的键已知，d 35mm，l 70mm。故，选用圆头普通平键，即A型键，查表得，选用型号：键1063 GB/T1096-2003l Lb 53mm，h 8mm，T 240.69Nm。故，p4T4240.96 64.88MPa p 110MPaGB/T1096-200dhl35853键1640故强度符合。3九、九、滚动轴承校核滚动轴承校核有 工 作 条

20、 件 可 知，要 求 轴 承 的 寿 命 至 少 为p 74.37MPaL 536516 29200h。为了保证整个机构的寿命，取轴承寿命LhL 32445h。90%181.1.高速轴上的滚动轴承校核高速轴上的滚动轴承校核根据工作条件，取载荷系数fp1.2，温度系数ft1.0。键n 1440rmin1063。GB/T1096-2003前已分析轴承的受力，即无轴向载荷，故，当量动载荷为一恒定的径向载荷。即，P FAY FAZ407.415 1119.091 1190N2222p64.88MPaC 20.134kNC1.11kNCfpP60n11.21190 60144013(6Lh)(32445

21、)20.134 kN6ft101.010其中，对于球轴承，寿命指数3。所选轴承6306的Cr 20.8kN。C Cr故轴承符合要求。2.2.低速轴上的滚动轴承校核低速轴上的滚动轴承校核根据工作条件，取载荷系数fp1.2，温度系数ft1.0。n 280.16rmin。前已分析轴承的受力，即无轴向载荷，故，当量动载荷为一恒定的径向载荷。即，P FAY2 FAZ238.7632106.52113.345NCfpP60n11.2113.34560280.1613(6Lh)(32445)1.11 kN6ft101.010其中，对于球轴承，寿命指数3。所选轴承6210的Cr 27.0kN。19CCr故轴承

22、符合要求。十、十、设计心得设计心得机械设计要设计每个零部件，设计其传动装置，进行参数设计。传动零件，轴，健和轴承等的设计计算。在设计中很多要先进行初步计算，利用初步计算的结果在进行下一步的计算。如果下面的结果不理想，则重复修改初步结果，直到满意为止。这其中有很多反复工作，必须要有足够的耐心，保证结果的合理正确性。设计时，全面考虑机械零部件的强度，刚度，工艺性，经济性和维护等要求。如轴承的选择应大部分考虑经济及实用性，在满足各种使用条件下，应优先考虑价格低廉的深沟球轴承。再画出装配图前，要先画草图。因为有些零件需要先经初算和绘草图，得出初步符合设计条件的基本结构尺寸，然后再进行必要的计算，根据计

23、算的结果再对结构和尺寸进行修改。在设计中尽量采用使用标准和规范，有利于零件的互换性与工艺性。课程设计一定要按顺序步骤进行。如果不按顺序，则有可能数据缺少依据，是错误的。所以一定要先把设计内容步骤顺序理清。十一、十一、设计任务书设计任务书一、课程设计的目的一、课程设计的目的机械设计基础课程设计是机械设计基础课程的最后一个教20学环节，是对学生进行的第一次较为全面的设计训练，其目的是：1、培养学生综合运用学过的理论知识，结合生产实际分析解决机械工程问题的能力；2、学习掌握机械设计的一般方法，了解简单机械传动装置的设计步骤和设计方法；3、熟悉和使用设计资料、手册、标准和规范；4、为未来的专业设计和毕

24、业设计打下基础。二、课程设计的内容二、课程设计的内容机械设计基础课程设计题目为通用机构的传动装置设计，机械设计基础课程设计题目及设计参数见设计题目清单。课程设计内容：课程设计内容：1、电动机的选择；2、传动装置运动和动力参数的确定和计算；3、主要零件的设计计算；4、减速器装配图和零件工作图的绘制；5、设计说明书的编写。设计工作量：设计工作量：1、减速器装配图 1 张（0 号）；2、主要零件工作图 2 张（从减速器中选择 1 个齿轮和 1 根轴）；3、设计说明书 1 份。设计说明书编排格式参照中南大学本科生毕业论文格式要求。三、设计的方法与步骤三、设计的方法与步骤机械设计基础课程设计与机械设计的

25、一般过程相似，也是从方案分析开始，进行必要的计算和结构设计，最后以图纸表达设计结果，以计算说明书表示设计的依据。21课程设计步骤：课程设计步骤：1 1、设计准备、设计准备认真阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、设计内容；通过阅读有关资料、图书，参观实物或模型，了解设计对象；复习有关课程相关内容，熟悉有关零件的设计方法和步骤，准备好设计需要的图书、资料和用具，拟定设计计划。2 2、传动装置的总体设计、传动装置的总体设计确定传动装置的传动方案；、选择电动机根据工作机的特性、工作环境、工作载荷的大小和性质等条件，选择电动机的种类、类型和结构型式、功率和转速，确定电动机型号。、传动比的分配传动装置

26、总的传动比可根据电动机的满载转速 n0和工作机轴的转速 nW，计算出，然后根据总传动比合理分配给各级传动。总传动比等于各级分传动比的连乘积。、传动装置的运动和动力参数的计算在选定电动机型号，分配传动比后，将传动装置中各轴传递的功率、转速、转矩和相邻轴间的传动比及传动效率计算出来，为下一步的零件和轴的设计计算提供设计计算依据。3 3、传动零件的设计计算、传动零件的设计计算传动零件的设计计算包括确定传动零件的材料、热处理方法、参数、尺寸和主要结构。、减速器以外的传动零件设计计算（带传动、链传动、开式齿轮传动等）；、开式齿轮传动设计开式齿轮传动须确定出模数、齿数、分度圆直径、齿宽、轮毂长度以及作用在

27、轴上力的大小和方向。、普通 V 带传动22设计计算普通 V 带传动须确定出带的型号、带轮直径和宽度、计算出带的长度、中心距、带的根数及作用在轴上力的大小和方向。、链传动设计链传动须确定出链节距、齿数、链轮直径、轮毂宽度、中心距及作用在轴上力的大小和方向。、减速器内部传动零件的设计计算（如齿轮传动设计计算、轴的设计计算等）。在减速器外部的传动零件设计完成后，应检验开始计算的运动及动力参数有无变化，如有变化则应作相应的修改后，再进行减速器内传动零件的设计计算。齿轮和轴的设计计算参照教材所示的步骤、方法和公式进行。4 4、减速器装配草图设计、减速器装配草图设计绘制减速器装配草图，选择联轴器，初定轴径

28、；定出轴上受力点的位置和轴承支点间的跨距；校核轴及轴毂联接强度；选择计算轴承并设计轴承组合的结构；减速器箱体和附件的设计。5 5、工作图设计、工作图设计零件工作图设计；装配工作图设计6 6、整理编写设计说明书、整理编写设计说明书整理编写设计说明书，总结设计的收获和经验教训。四、设计注意事项四、设计注意事项1、提倡独立，严禁盲目抄袭和“闭门造车”，要认真阅读参考资料，仔细分析参考图例的结构。2、掌握“三边”（边画图、边计算、边修改）设计法，设计中应对发现的不合理结构和尺寸进行必要的修改，力求精益23求精。3、学会正确处理设计计算和结构设计间的关系，要统筹兼顾。4、正确使用标准和规范。5、图纸表达正确、清晰、图面整洁，符合机械制图标准，设计说明书要求计算正确、编排合理。十二、十二、参考资料参考资料1、机械设计课程设计，合肥：合肥工业大学出版社，20052、机械设计手册化学工业出版社3、机械设计手册：单行本减速器和变速器机械工业出版社，20074、减速器和变速器设计与选用手册，机械工业出版社，20075、机械设计基础课程设计，高等教育出版社，20052425