機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計單級直齒齒輪減速器

1、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書 設(shè) 計 課 題： 單級直齒圓柱齒輪減速器 專業(yè)與班級： 12機電一體化技術(shù) 姓名與學(xué)號： 學(xué) 院： 機械與電子工程學(xué)院 指導(dǎo)老師： 李 素 云 完成日期：2013年12月27日12機電一體化技術(shù)專業(yè)機械設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)計任務(wù)書1、 設(shè)計題目：設(shè)計一用于帶式運輸機上的單級直齒圓柱齒輪減速器給定數(shù)據(jù)及要求已知條件：運輸帶工作拉力F=2200N；運輸帶工作速度V=1.8m/s（允許運輸帶速度誤差為+5%）；滾筒直徑D=450mm；兩班制，連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷輕微沖擊；工作年限5年；環(huán)境最高溫度35；小批量生產(chǎn)。2、 應(yīng)完成的工作1.減速器裝配圖1張（手工繪制）。2.零件工作圖2-

2、3張（從動軸、齒輪）。3.設(shè)計說明書1份（字數(shù)4000-6000字）。 院長：吳松平 教研室負責(zé)人： 李素云 指導(dǎo)老師：李素云發(fā)題日期：2013年12月10日完成日期：2013年12月30日 目錄1、 確定傳動方案2、 選擇電動機.選擇電動機.計算傳 動裝置的總傳動比并分配各級傳動比 .計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)3、 傳動零件的設(shè)計計算.普通V帶傳動.圓柱齒輪設(shè)計4、 低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.確定各軸的尺寸.確定聯(lián)軸器的型號.按扭轉(zhuǎn)和彎曲組合進行強度核算 5、 高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計6、 鍵的選擇及強度校核7、 選擇軸承及計算軸承壽命8、 選擇軸承潤滑與密封方式9、 箱體及附件的設(shè)計

3、.箱體的選擇 .選擇軸承端蓋 .確定檢查孔與孔蓋 .通氣器 .油標(biāo)裝置 .螺塞.定位銷.起吊裝置10、 設(shè)計小結(jié)11、 參考書目課程設(shè)計說明書設(shè)計項目設(shè)計與說明主要結(jié)果1、確定傳動方案 機械傳動裝置一般由原動機、傳動裝置、工作機和機架四部分組成。單級圓柱齒輪減速器由帶傳動和齒輪傳動組成，根據(jù)各種傳動的特點，帶傳動安排在高速級，齒輪傳動放在低速級。傳動裝置的布置如下圖所示2、選擇電動機選擇電動機計算傳 動裝置的總傳動比并分配各級傳動比計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)選擇電動機類型和結(jié)構(gòu)形式根據(jù)工作要求和條件，選用一般用途的Y系列三相異步電動機，結(jié)構(gòu)類型為臥式封閉結(jié)構(gòu)。確定電動機的功率工作機所需的

4、功率PW(kw)按下面公式計算 已知=2200N，=1.8m/s，帶式輸送機的功率=0.96，代入上面的式子得： 電動機所需要功率P0(kw)按下式子計算 式子中， 為電動機到滾筒工作軸的傳動裝置總效率，根據(jù)傳動特點，由機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表2-4查得：V帶傳動帶=0.96，一對齒輪傳動齒輪=0.97,一對滾動軸承軸承=0.99，十字滑塊聯(lián)軸器聯(lián)軸器=0.98，因此總效率確定電動機額定功率Pm（KW），使Pm=（11.3）P0=4.612(11.3)=4.6125.996，查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表2-1取Pm=5.5KW確定電動機轉(zhuǎn)速工作機卷筒的轉(zhuǎn)速為 根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表2-3推

5、薦的各類傳動比的取值范圍，取V帶傳動的傳動比帶=24，一級齒輪減速器齒輪=35，傳動裝置的總傳動比總=620，故電動機的轉(zhuǎn)速范圍為符合此轉(zhuǎn)速要求的同步轉(zhuǎn)速有750r/min、1000r/min、1500r/min三種，考慮綜合因素，查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表2-1，選擇同步轉(zhuǎn)速1500r/min的Y系列電動機Y1325-4,其滿載轉(zhuǎn)速為=1440r/min。電動機參數(shù)見下表：型號額定功率（KW）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Y1325-45.514402.22.2.傳動裝置的總傳動比分配各級傳動比為了符合各種傳動形式的工作特點和結(jié)構(gòu)緊湊，必須使各級傳動比都在各自的合理范圍內(nèi)，且使各自傳

6、動件尺寸協(xié)調(diào)合理勻稱，傳動裝置總體尺寸緊湊，重量最小，齒輪浸油深度合理。本傳動裝置由帶傳動和齒輪傳動組成，因總=帶齒輪，為使減速器部分設(shè)計方便，取齒輪傳動比齒輪=4.7，則帶傳動的傳動比為各軸轉(zhuǎn)速軸：軸：滾筒軸：各軸功率:軸：軸：滾筒軸：各軸轉(zhuǎn)矩:電動機軸：軸：軸：滾筒軸：根據(jù)以上計算列出本傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)數(shù)據(jù)表，見下表：參 數(shù)軸 號電動機軸軸軸滾筒軸轉(zhuǎn)速n/(r.min-1)144036076.676.6功率p/kw4.6124.434.254.12轉(zhuǎn)矩T/N.mm30586.2117451530104.5514307.4傳動比i44.71效率0.960,960.98 PW=4.

7、125kwP0=4.612kwPm=5.5KW=76.43r/min Y1325-4 =1440r/min=18.84=4.7=4=4.43kw=4.25kw=4.12kw=3、 傳動零件的設(shè)計計算普通V帶傳動計算功率選擇V帶類型確定V帶的基準(zhǔn)直徑驗證帶速確定帶的基準(zhǔn)長度Ld和實際中心距驗算小帶輪包角確定V帶根數(shù)計算初拉力計算對軸的壓力圓柱齒輪設(shè)計選擇齒輪材料及確定許用應(yīng)力按齒面接觸強度設(shè)計計算確定齒輪的參數(shù)及計算主要尺寸驗算齒根的彎曲疲勞強度驗算齒輪的圓周速度齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計本題目高速級采用普通V帶傳動，應(yīng)根據(jù)已知的減速器參數(shù)確定帶的型號、根數(shù)和長度，確定帶傳動的中心距，初拉力及張緊裝置，確定

8、大小帶輪的直徑、材料、結(jié)構(gòu)尺寸等內(nèi)容。帶傳動的計算參數(shù)見下表：項目P0/KW/r.min-10參數(shù)4.61214404根據(jù)工作條件，查教材表9.26取KA=1.6由=1440r/min、，查教材圖9.13，因處于A、B的中間區(qū)域，可同時選擇A、B兩種帶型來計算，最后根據(jù)計算結(jié)果來分析選擇查教材表9.9取A型帶取，取滑動率=0.015取B型帶取，取滑動率=0.015取A型帶帶速在525m/s范圍內(nèi)，合適。B型帶A型帶 因沒有給定中心距的尺寸范圍，按公式 計算中心距為，取B型帶中心距范圍為，取A型帶計算V帶基準(zhǔn)長度查教材表9.4取標(biāo)準(zhǔn)值計算實際中心距離考慮安裝、調(diào)整和補償張緊力的需要，中心距應(yīng)有一

9、定的調(diào)節(jié)范圍，調(diào)節(jié)范圍為B型帶查教材表9.4取標(biāo)準(zhǔn)值計算實際中心距離考慮安裝、調(diào)整和補償張緊力的需要，中心距應(yīng)有一定的調(diào)節(jié)范圍，調(diào)節(jié)范圍為A型帶合適B型帶合適A型帶查教材表9.7，單根V帶的額定功率P0=1.322，=0.045kw,查教材圖9.12，=0.938，查教材表9.4=1.03因大于5，應(yīng)取z=6根B型帶與A型帶相似，P0=2.817,=0.115kw,=0.942，=1.07代入公式計算得z=2.497，取z=3根計算結(jié)果見下表：Dd1/mmDd2/mmV/m.s-1Ld/mma/mmZ/根A1003807.53620006071546B14054010.553150101915

10、83 比較兩種計算結(jié)果,A型帶根數(shù)較多，選B型帶合理。查普通V帶單位長度質(zhì)量表，B型帶Q=0.17kg/m齒輪相對于軸承為對稱布置，單向運轉(zhuǎn)、輸送機的工作狀況應(yīng)為中等沖擊已知齒輪傳動的參數(shù)，見下表：項目P1/KWn1/r.min-1參數(shù)4.4273604.7由于該減速器無特殊要求，為制造方便，選用價格便宜、貨源充足的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，采用軟齒面查教材圖11.8、圖11.9得材料 熱處理方法 齒面硬度小齒輪42SiMn調(diào)質(zhì)250280HRW大齒輪 42SiMn鋼正火170200HRW 接觸疲勞極限應(yīng)力： 小齒輪： 大齒輪：彎曲疲勞極限應(yīng)力：小齒輪：大齒輪：安全系數(shù)：SHmin=1.1，SFmin=1.

11、1許用接觸應(yīng)力小齒輪：大齒輪：許用彎曲應(yīng)力：小齒輪：大齒輪：查教材表11.10、表11.19得K=1.1；傳動比；外嚙合時設(shè)計公式中的“”取“+”號；T1=117451N.mm，代入設(shè)計公式：確定齒數(shù)對于軟齒面閉式傳動，取z1=30，z2=z1=4.730=141；取z2=141；在范圍內(nèi)，合適。確定模數(shù)；取m=2mm確定中心距初算中心距；取a=171mm計算主要幾何尺寸 分度圓尺寸： 齒頂圓尺寸： 齒寬：；取大齒輪齒寬；小齒輪齒寬查教材表11.12得：復(fù)合齒系數(shù);代入公式：、值分別小于各自的許用接觸應(yīng)力值，故安全。注：在設(shè)計減速器俯視圖的過程中，還要用到齒輪的很多尺寸，包括齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這

12、里就不再給出具體結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸，可以在減速器零件設(shè)計中專門設(shè)計齒輪結(jié)構(gòu)，也可在設(shè)計過程中來完善、補充這些尺寸A、 B型帶A型帶B型帶A型帶B型帶A型帶B型帶A型帶A型帶A型帶B型帶B型帶B型帶A型帶B型帶A型帶z=6根B型帶z=3根小齒輪42SiMn調(diào)質(zhì)大齒輪45鋼正火z1=30z2=141m=2mma=171mm4、 低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定各軸的尺寸確定聯(lián)軸器的型號按扭轉(zhuǎn)和彎曲組合進行強度核算課程設(shè)計一般是先設(shè)計低速軸，把低速軸設(shè)計出來后根據(jù)低速軸的長度尺寸就可確定箱體的寬度等尺寸，故先設(shè)計低速軸低速軸的參數(shù)見表項目P/KWn/r.min-1參數(shù)4.2576.6軸上零件的布置 對于

13、單級減速器，低速軸上安裝一個齒輪、一個聯(lián)軸器，齒輪安裝在箱體的中間位置；兩個軸承安裝在箱體的軸承座內(nèi)，相對于齒輪對稱布置；聯(lián)軸器安裝在箱體的外面一側(cè)。為保證齒輪的軸向位置，還應(yīng)在齒輪和軸承之間加一個套筒零件的裝拆順序 軸上的主要零件是齒輪，齒輪的安裝可以從左側(cè)裝拆，也可以右側(cè)裝拆。本題目從方便加工的角度選軸上的右端裝拆，齒輪、套筒、軸承、軸承蓋、聯(lián)軸器依次從軸的右端裝入，左端的軸承從左端裝入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計為便于軸上的零件的安裝，把軸設(shè)計為階梯軸，后段軸的直徑大于前端軸的直徑，低速軸的具體設(shè)計如下 軸段安裝聯(lián)軸器，用鍵周向固定 軸段高于軸段形成軸肩，用來定位聯(lián)軸器 軸段高于軸段，方便安裝軸承 軸段

14、高于軸段，方便安裝齒輪；齒輪在軸段上用鍵周向固定 軸段高于軸段形成軸環(huán)，用來定位齒輪 軸段直徑應(yīng)和軸段直徑相同，以使左右兩端軸承型號一致。 軸段高于軸段形成軸肩，用來定位軸承；軸段高于軸段的部分取決于軸承標(biāo)準(zhǔn)軸段于軸段的高低沒有什么直接的影響，只是一般的軸身連接低速軸的結(jié)構(gòu)如圖所示各軸段的直徑 因本減速器為一般常規(guī)用減速器，軸的材料無特殊要求，故選用45鋼，45鋼的A=118107代入式子得考慮該軸段上有一個鍵槽，故應(yīng)將軸增大5%，即d=47.26mm42.85mm 軸段的直徑確定為d1=46mm 軸段的直徑d2應(yīng)在d1的基礎(chǔ)上加上兩倍的定位軸肩高度。取軸肩高度h12=（0.070.1）d1=

15、4.0mm，即d2=a1+2h12=54mm；考慮該軸段安裝密封圈，故直徑d2=55mm 軸段的直徑d3應(yīng)在d2的基礎(chǔ)上增加兩倍的定位軸肩高度，但因為該軸段要安裝滾動軸承，故直徑要與滾動軸承內(nèi)徑相符合。取d3=60mm 同一根軸上的兩個軸承，在一般情況下應(yīng)取同一型號，故安裝滾動軸承處的直徑應(yīng)相同，即d7=d3=60mm 軸段上安裝齒輪，為齒輪安裝方便，取d4=63mm 軸段的直徑d5=d4+2h45，h45是定位軸環(huán)的高度，取h45=6mm，即d5=75mm 軸段的直徑d6應(yīng)根據(jù)所用的軸承類型及型號查軸承標(biāo)準(zhǔn)取得，預(yù)選該軸段用6212軸承，查得徑d6=69mm 為了補償由于制造、安裝等的誤差及

16、兩軸線的偏移，優(yōu)先考慮彈性套柱銷聯(lián)軸器，根據(jù)安裝聯(lián)軸器軸段的直徑，查附錄F選連軸型號為TL7，聯(lián)軸器安裝長度L=84mm 因本例轉(zhuǎn)軸較低，最后確定軸承潤滑方式為脂潤滑，故此處按脂潤滑方式確定軸的長度。取軸承距箱體內(nèi)壁的距離3為10mm。 根據(jù)軸承的結(jié)構(gòu)的需要，各軸段的長度確定如下： L1=82mm L2=45mm L3=49mm L4=73mm L5=8mm L6=17mm L7=24mm L總長=L1+L2+L3+L4+L5+L6 +L7=298mm 段軸、之間的砂輪越程槽包含在段軸的長度之內(nèi) 低速軸軸承的支點之間距離為 繪制軸的計算簡圖 為計算軸的強度，應(yīng)將在和簡化處理，直齒圓柱齒輪，其受

17、力可分解為圓周力Ft、徑向力Fr。兩端軸承可簡化為一端活動鉸鏈，一端固定鉸鏈，如下圖中b所示，為計算方便，選擇兩個危險截面、，危險截面選擇安裝齒輪的軸段的中心位置，位于兩支點的中間，距B支座的距離為73.5mm；危險截面選擇在段軸和段軸的截面處，距B支座的距離為38mm計算軸上的作用力從動輪的轉(zhuǎn)矩T=530104.477N.mm齒輪分度圓直徑d2=282mm齒輪的圓周力：齒輪的徑向力:計算支反力及彎矩計算垂直平面內(nèi)的支反力及彎矩a .求支反力：對稱布置只受一個力，故 b .求垂直平面的彎矩截面：截面：計算水平平面內(nèi)的支反力及彎矩a .求支反力：對稱布置只受一個力，故 b .求水平平面的彎矩截面

18、：截面：求各截面的合成彎矩截面：截面：計算轉(zhuǎn)矩 T=530104.477N.mm確定危險截面及校核其強度按彎矩組合計算時，轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)變化考慮，取。按兩個危險截面校核：截面：截面： 查教材。均小于，故軸的強度滿足要求。d1=46mmd2=55mmd3=60mmd4=63mmd5=75mmd6=69mmd7=60mm L1=82mm L2=45mm L3=49mm L4=73mm L5=8mm L6=17mm L7=24mm L總長=298mm5、 高速軸的設(shè)計高速軸的設(shè)計主要是設(shè)計各軸段的直徑，為設(shè)計俯視圖做準(zhǔn)備。經(jīng)設(shè)計。告訴軸可以做成單獨的軸而不是齒輪軸。為使零件定位和固定，高速軸也和低速

19、軸一樣設(shè)計為七段，各段的直徑尺寸為： d1=30mm d2=35mm d3=40mm d4=42mm （取軸承的型號為6208） d5=50mm d6=47mm d7=40mmd1=30mmd2=35mmd3=40mmd4=42mm d5=50mmd6=47mmd7=40mm6、 鍵的選擇及強度核算選擇鍵的尺寸：低速軸上在段軸和段軸兩處個安裝一個鍵，按一般使用情況選擇采用A型普通平鍵聯(lián)接，查教材表8.1選取鍵的參數(shù)如下表：段軸d1=46mm段軸d4=63mm標(biāo)記為：鍵1：GB/T 1096 鍵 鍵2：GB/T 1096 鍵 校核鍵的強度軸段上安裝聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的材料為鋼，載荷性質(zhì)為沖擊，查教材

20、8.2得：軸段上安裝齒輪，齒輪的材料為鋼，載荷性質(zhì)為輕微沖擊，靜聯(lián)接校核擠壓強度：軸段：，計算應(yīng)力略大于許用用力，應(yīng)相差不大，可以用已確定的尺寸，不必修改。軸段：所選鍵聯(lián)接強度滿足要求鍵聯(lián)接強度滿足要求7、 選擇軸承及計算軸承的壽命軸承型號的選擇高速軸選軸承類型為深溝球軸承，型號為6208低速軸選軸承類型為深溝球軸承，型號為6212軸承壽命的計算 高速軸：高速軸的外端安裝有帶輪，中間安裝有齒輪，要計算軸承壽命，就要先求出軸承支座的支反力，進一步求出軸承的當(dāng)量動載荷，然后計算出軸承的壽命。 畫出告訴軸的受力圖，并確定支點之間的距離如下圖：帶輪安裝在軸上的輪轂寬，d0為安裝帶輪處的軸頸，即高速軸的

21、第一段軸頸，d0=d1=30mm，取第一段軸的長度為50mm。第二段軸的長度取和低速軸的第二段軸一樣的對應(yīng)關(guān)系，但考慮到該軸段上的軸承寬度，故去該軸段的長度為49mm，帶輪中心到軸承A支點的距離 高速軸兩軸承之間的支點距離為原低速軸的兩支點的距離減去倆軸承寬度之差，應(yīng)為147mm-4mm=143mm，因?qū)ΨQ布置，故L1=L2=143mm/2=71.5mm。高速軸上齒輪的受力和低速軸的力大小相等，方向相反，即：Fr1=1190N，F(xiàn)t1=3272N。因齒輪相對于軸承對稱布置，A、B支座的支反力數(shù)值一樣，故只計算一邊即可。求軸承A處的支反力：水平平面：垂直平面：求合力：考慮帶的壓力對軸承支反力的影

22、響，因方向不定，以最不利的因素考慮：軸承受到的最大力為FAmax=3552.16N正常使用情況，查教材表17.10和17.9得：查附錄B：軸承6208的基本額定動載荷C=29.5KN，代入公式得：低速軸： 正常使用情況下，查教材表17.10和17.9得查附錄B：軸承6212的基本額定動載荷C=47.8KN，因齒輪相對于軸稱為對稱位置，軸承的受力一樣，可只計算一處，計算A處。當(dāng)量動載荷：代入公式得： 從計算結(jié)果看，高速軸軸承使用時間短。按最短時間算，如每天按兩班制工作，每天按250天計算，約使用五年，這只是理論的計算，實際情況比較復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)使用情況，注意檢查，發(fā)現(xiàn)損壞及時更換。低速軸軸承因轉(zhuǎn)速

23、太低，使用時間太長，實際應(yīng)用中會有多種因素影響，要注意觀察，發(fā)現(xiàn)損壞及時更換。高速軸軸承類型為6208低速軸軸承類型為62128、 選擇軸承潤滑與密封方式9、 箱體及附件的設(shè)計箱體的選擇選擇軸承端蓋確定檢查孔與孔蓋通氣器油標(biāo)裝置螺塞定位銷起吊裝置 軸承的潤滑方式取決于浸油齒輪的圓周速度，即大齒輪的圓周速度，大齒輪的圓周速度：，應(yīng)選脂潤滑。 因軸的轉(zhuǎn)速不高，高速軸軸頸的圓周速度為：，故高速軸處選用接觸式氈圈密封低速軸軸頸的圓周速度為：，故低速軸處也選用接觸式氈圈密封 減速器的箱體采用鑄造（HT200）制成，采用剖分式結(jié)構(gòu)為了保證齒輪佳合質(zhì)量，大端蓋分機體采用配合.1. 機體有足夠的剛度在機體為加

24、肋，外輪廓為長方形，增強了軸承座剛度2. 機體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性.鑄件壁厚為10，圓角半徑為R=3。機體外型簡單，拔模方便.箱體中心高度： 取中心高度H=200mm選用凸緣式軸承蓋，根據(jù)軸承型號設(shè)計軸承蓋的尺寸：高速軸：低速軸： 在機蓋頂部開有窺視孔，能看到 傳動零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進行操作，窺視孔有蓋板，機體上開窺視孔與凸緣一塊，有便于機械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強密封，蓋板用鑄鐵制成，用M6緊固檢查孔尺寸：L=120mm，b=70mm檢查孔尺寸：材料：Q235，厚度取6mm 由于減速器運轉(zhuǎn)時，機體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機蓋頂部的窺視孔改上安裝通

25、氣器，以便達到體內(nèi)為壓力平衡.選用機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-16中通氣孔1，選油標(biāo)位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。油尺安置的部位不能太低，以防油進入油尺座孔而溢出.選用機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-16中螺塞：放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機體外壁應(yīng)凸起一塊，由機械加工成螺塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封。選用機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-19中 蓋螺釘：啟蓋螺釘上的螺紋長度要大于機蓋聯(lián)結(jié)凸緣的厚度。釘桿端部要做成圓柱形，以免破壞螺紋.位銷：為保證剖分式機體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機體聯(lián)結(jié)凸緣的長度方向各安裝一圓錐定