机械设计课程设计减速器设计.doc

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1、机械设计课程设计说明书目 录一、 传动方案分析.2二、 选择电动机3三、 计算总传动比与分配各级的传动比5四、 计算传动装置的运动和动力参数5五、 V带传动设计计算.7六、 直齿圆柱齿轮传动设计计算.11七、滚动轴承的选择与校核计算16八、轴的结构设计计算19九、联轴器的选择计算25十、润滑与密封26十一、参考文献28十二、设计小结29结果一、 传动方案分析机械设计课程设计题目：设计两级圆柱齿轮减速器减速器工作条件：每天两班制工作,载荷较平稳,连续单向运转,环境最高温度350C,工作期限八年.允许输送带速度误差为5%设计的示意图如下：已知工作条件：滚筒直径350mm,传送带运行速度0.8m/s

2、,输送带主轴所需扭矩950Nm为了估计传动装置的总传动比范围,以便选择合适的传动机构和拟定传动方案,可先由已知条件计算滚筒的转速,即：nw=44r/min一般常选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机,因此传动装置总的传动比约为22或34,根据总传动比,可初步拟定以两级传动为主的多种传动方案.nw=44r/min设计计算与说明结果二、 选择电动机1、电动机类型选择 根据电源与工作机工作条件,选用卧式封闭型YIP44系列三相交流异步电动机.2、电动机功率的选择 1、工作机所需功率Pw=4.4kw总功率由表24查得：V带传动=0.96；滚动轴承2=0.99圆柱齿轮传动

3、3= 0.97弹性联轴器卷4=0.99=电动机轴与高速轴I的效率01=0.96 高速轴与中间轴的效率120.990.97=0.96中间轴与低速轴的效率23=0.990.97=0.96 2、电动机输出功率为故 =根据电动机输出功率Pw=5.1kw,查表选择电动机的额定功率Ped=5.5 kwPed=5.5 kw设计计算与说明结果3、电动机转速的选择 为了便于选择电动机转速,先推算电动机转速的可选范围.由机械设计课程设计表2-1查得V带的传动比范围为,两级圆柱齿轮减速器的传动比为,单级圆柱齿轮的传动比范围为36.令两级圆柱齿轮减速器高数级齿轮传动比为i2,低速级齿轮传动比为i3,故电动机转速范围为

4、nd=44*16240=70410560 r/min可见同步转速为,的电动机均符合要求.由于的电动机体积小,转速高,传动不平稳；而的电动机体积大、重量大、价格昂贵,因此初步选同步转速分别为和的两种电动机进行比较,如下表：方案电动机型号额定功率kw电动机转速r/min电动机质量kg传动装置的传动比同步满转总传动比V带二级减速器1Y132S45.515001440682Y132M1-65.5100096084由表中数据可知,两方案均可行.由于两级圆柱齿轮减速器的传动比要求在860范围内,相比之下,方案1比较适合,选定电动机型号为Y112M-4.电动机型号为Y112M-4.设计计算与说明结果三、计算

5、总传动比与分配各级的传动比1、传动装置总传动比i=1440/44=32.732、分配各级传动比取V带传动的传动比为,则两级减速器的传动比为 i1=12.12两级圆柱齿轮减速器高速级齿轮传动比为i2,低速级齿轮传动比为i3,则：= 故 =3.64.3取 =3.8则 =3.2四、计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速 电动机轴为0轴,减速器高速轴为I轴,中速轴为II轴,低速轴为III轴,则各轴转速分别为：i=32.73i1=12.12设计计算与说明结果2、各轴输入功率 按电动机额定功率计算各轴输入功率即=5.5kw=5.50.96=5.28kw=5.280.990.97=5.07kw=5.070

6、.990.97=4.87kw3、各轴转矩=95504、各轴输入转速、功率、转矩如下表所示：项目电动机轴高速轴中间轴低速轴转速r/min144053314044功率kW5.55.285.074.87转矩36.4894.60348.851057.01传动比2.73.83.2设计计算与说明结果五、V带传动设计计算电动机转速,带轮所连减速器高速轴I轴转速为r/min,传动装置输入功率为.1、 求计算功率由机械设计基础第五版查表13-8得,故计算功率为：=5.61kw2、选择V带型号 根据,由机械设计基础第五版查图13-15得坐标点位于A型界内,故初选普通A型V带.3计算大、小带轮基准直径、由机械设计基

7、础第五版查表13-9可知,应不小于80mm,现取=90mm.取 4验算带速v带速在范围内,符合要求5、求V带的基准长度Ld 和中心距a初步选中心距a0 =1.5d1+d2=1.590+250=510mm就取a0=510mm,符合0.7d1+d2a0 2带长为L0=2a0+/2 +/4a0 =1566mm对A型带选用Ld=1600mma=a0+Ld-L0/2 =527 mm=90mm设计计算与说明结果6、验算小带轮包角120故包角合适7、计算V带根数z由n0=1440r/min,d1=90mm得P0=1.06kw查机械设计基础第五版表13-2得 KL=0.99查机械设计基础第五版表13-5得,查

8、机械设计基础第五版表13-7得Ka =0.96,因此现取z=5作用在轴上的压力F0q=0.1kg作用在轴上的压力带轮的宽度BB=z-1e+2f=5-115+210=80mmda =dd+2ha=250+5.5=255.5mm六、圆柱齿轮传动设计计算减速器高速级齿轮传动比为,高速轴转速,传动功率为,支持圆柱齿轮采用软齿面制造1、第一对齿轮的计算1选择材料与确定许用应力,采用硬齿面的组合小齿轮用45钢 表面淬火,齿面硬度为4050HRC,Hlim =1140MPa,FE =700MPa；大齿轮用45钢表面淬火,齿面硬度为4050HRC,Hlim =1140MPa,FE =700MPa取SF=1.2

9、5,SH =1ZH=2.5,ZE =189.8F1 =F2 =H1 =H2 =MPa2按齿轮的弯曲强度设计计算齿轮按8级精度制造.取载荷系数K=1.5,齿宽系数d=0.6,小齿轮上的转矩 T1=N.m初选螺旋角 =15齿数 取Z1=20则 Z2=3.820=76,实际传动比为i=76/20=3.8齿形系数,查图118得YFa1=2.83,YFa2=2.25,Ysa1=1.58,Ysa2=1.78因故应对小齿轮进行弯曲强度计算法向模数现取m=2.5mm设计计算与说明结果中心距 124.095mm取a=125mm确定螺旋角 = arcos mZ1+Z2/2a=16.3齿轮分度圆直径 d =52.0

10、83mm 即d1=52.083mmd2=197.917mm齿宽b=d d=0.552.083=26.042mm取b2=30mm,b1=35mm3强度齿面接触强度H=902.12MPa 齿轮的几何参数齿顶高 ha=m=2.5mm , 齿根高hf=1.252.5=3.125mm全齿高 h=ha+hf =5.625mm齿顶圆da1=d1+2ha=52.083+5=57.083mm da2=197.917+5=202.917mm齿根圆直径df1=d2hf =45.833mm,df2=191.667mm2、第二对齿轮的计算1选择材料与确定许用应力,采用硬齿面的组合小齿轮用45钢 表面淬火,齿面硬度为40

11、50HRC,Hlim =1140MPa,FE =700MPa；大齿轮用45钢表面淬火,齿面硬度为4050HRC,Hlim =1140MPa,FE =700MPa取SF=1.25,SH =1ZH=2.5,ZE =189.8F1 =F2 =H1 =H2 =MPa2按齿轮的弯曲强度设计计算齿轮按8级精度制造.取载荷系数K=1.3,齿宽系数d=0.6,小齿轮上的转矩 T1=N.m初选螺旋角 =15齿数 取Z3=23则 Z4=3.221=73.6,实际传动比为i=齿形系数,查图118得YFa1=2.79,YFa2=2.26,Ysa1=1.58,Ysa2=1.75因故应对小齿轮进行弯曲强度计算法向模数现取

12、m=3mm中心距 145.5mm取a=150mm确定螺旋角 = arcos mZ1+Z2/2a=14.1齿轮分度圆直径 d =71.134mm 即d3=71.134mmd4=228.866mm齿宽b=d d=0.671.134=42.68mm取b4=45mm,b3=50mm3强度齿面接触强度H=1010.35MPa 轴承端盖的总宽度为20mm由减速器与轴承端盖的结构设计而定,根据轴承端盖的装折与便于对轴承添加润滑脂的要求取端盖的外端面与半联轴右端面间的距离为l=30mm,取IIIII=50mm5 取齿轮距箱体壁之距离a=16mm,考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体的距离为s=

13、8mm,滚动轴承宽度B=17mm,齿轮III的宽度为b=50mm,齿轮III与齿轮II的距离为c=15mm,所以有2、 ,1垂直面的支承反力3水平面的支承反力3F在作用点上的产生的反力4绘垂直免得弯矩图N.mm5绘水平的弯矩图6F力产生的弯矩aa截面F力产生的弯矩7求合成弯矩考虑到最不利的情况,把与直接相加8求轴传递的转矩9求危险截面的当量弯矩aa截面为危险截面,其当量弯矩为10计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢,正火处理,由表14-1查得由表143查得则因为所以合适II轴的计算1P1=5.07kw,n1=140r/min,T1=348.85N.m=348850N.mm,分度圆直径d=1

14、97.917mm2圆周力 径向力 Fr=1377.55N轴向力 =Ft tan=1336.806N3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理,取因有键槽,所以 取齿轮II对应轴的直径为4齿轮的右端与做轴承之间采用套筒定位,已知齿轮宽度为30mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,现取5初选7207型的滚动轴承,其尺寸为d D B =357217即6取齿轮II距箱体内壁的距离为a=16mm,考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体的距离为s=8mm,即7齿轮II与齿轮III的距离取为,齿轮II左端才有轴肩定位,故取8因为齿轮III的分度圆直径d=63.634mm,做实心轴承取,

15、9 取齿轮III距箱体内壁的距离为a=16mm,考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体的距离为s=8mm,即 177设计计算与说明结果设计计算与说明结果取表11-4,取d IVV40mm,齿轮的左端和左轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为35mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略小于轮毂宽度,取lIVV=31mm,齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高度h0.07d,h=3mm轴环处的直径dVVI=46mm,轴环宽度b1.4h,取b=7mm齿数取,则模数 齿宽 取 ,查表取模数m=2.5mm,实际： 中心距 3、 验算轮齿弯曲强度齿形系数,机械设计基础第五版图11-8和封闭

16、ufhuadfh 奥iu 阿飞的哦啊uhdfaoudfnaf 存车场啊齿根修正系数,图11-9设计计算与说明结果 故轮齿弯曲强度在安全范围内,符合强度要求4、 齿轮的圆周速度 对照机械设计基础第五版表11-2,选用8级精度制造是合宜的.5、 齿轮的结构设计1、小齿轮分度圆直径为,齿顶圆直径,齿根圆半径.由于小齿轮直径接近高速轴直径,故做成齿轮轴,结构如下图所示：设计计算与说明结果2、大齿轮分度圆直径为265mm,齿顶圆直径270mm,齿根圆只直径258.75mm,齿宽为50mm,做成腹板式齿轮,如下图所示：3、低速即两齿轮得结构设计a、小齿轮分度圆直径为132mm,齿顶圆直径为140mm,齿根

17、圆直径为122mm,模数为m=4mm,齿数z=33,齿宽b=85mm,由于小齿轮直径在100mm150mm之间,故把小齿轮做成实心式；结构如下图所示：设计计算与说明结果b、大齿轮分度图直径为372mm,齿顶圆380mm,齿根圆362mm,齿宽b=80mm,模数m=4mm,由于大齿轮分度圆直径较大,故大齿轮做成腹板式齿轮,结构和高速级大齿轮相似,基本尺寸如下：设计计算与说明结果七、滚动轴承的选择与校核计算由条件知,减速器工作期限十年,两班制工作,则轴承的预计寿命为一、对高速轴上滚动轴承的选择与核计算1、高速轴滚动轴承的选用深沟球轴承,如图所示 2、对轴承进行受力分析计算 轴承在减速器工作时,只受

18、到径向反力,而高手轴径向反力和圆周力均作用其上,径向反力的合力即为轴承所受到的径向力. 1、径向力作用时由 得径向力受力如下图所示：, 设计计算与说明结果2、圆周力作用时,受力如图所示：则作用于轴承的反力分别为 由轴承只受到径向载荷作用,故、分别为左右两轴承所受当量动载荷.3、计算所需的径向基本额定动载荷因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承,今,设计计算与说明结果故应以轴承的径向当量动载荷为计算依据,因受中等冲击载荷,查机械设计基础第五版表16-9得,工作温度正常,查表16-8得,故：4、由机械设计手册单行本轴承查得型号为6208的轴承符合强度要求,因此高速轴上轴承选用6208型号轴承.二、中

19、间轴II上的轴承选用型号为6208轴承； 低速轴III上的轴承选用型号为6013的轴承.见机械设计手册单行本轴承高速轴I：型号为6208轴承中间轴II：型号为6208轴承低速轴III：型号为6013的轴承设计计算与说明结果八、轴的结构设计计算一高速轴的机构设计计算 由于高速轴上的齿轮直径接近于轴径,故将轴设计为齿轮轴.1、 高速轴的结构如下图所示：2、轴的转矩齿轮上的受力圆周力：径向力：轴的受力如下图所示：设计计算与说明结果设计计算与说明结果3、a、求垂直面的支承反力b、求水平面的支承反力C、力在支点产生的反力设计计算与说明结果d、绘垂直面的弯矩图图be、绘水平面的弯矩图图cf、力产生的弯矩图

20、图da- a截面反力产生的弯矩图为g、求合成弯矩图图e设计计算与说明结果h、q求轴传递的转矩图fi、求危险截面的当量弯矩图ga-a截面最危险,其当量弯矩为 轴的扭切应力是脉动循环变应力,取折合系数,代入上式得j、计算危险截面处轴的直径轴的材料选用40Mn调质处理,由机械设计基础第五版表14-1查得,表14-3查得,则：设计计算与说明结果由于轴做成齿轮轴,齿根圆直径.因,故轴的设计尺寸符合要求.2、 轴II和轴III的结构设计如下图：轴II： 轴III:设计计算与说明结果九、联轴器的选择计算1、低速轴与工作机鼓轮轴用联轴器连接,由于弹性柱销联轴器结构简单,更换柱销方便,缓和冲击,吸收振动,故选用

21、弹性柱销联轴器.2、求计算转矩 轴III转矩为 由机械设计基础第五版表17-1查得工作机为输送机时,工作情况系数,故计算转矩为3、确定型号 由机械设计、机械设计基础课程设计表17-4查得符合轴直径为50mm的联轴器选取型号为HL4弹性柱销联轴器,其公称转矩,轴材料为钢时,许用转速为4000r/min,允许的轴孔直径在之间,故能满足工作机与减速器联接工作需要,从而确定联轴器型号为HL4联轴器 GB5014-85联轴器型号为HL4联轴器 GB5014-85设计计算与说明结果十、润滑与密封1、箱体内齿轮的润滑圆柱齿轮减速器的轴I、轴II、轴III的转速分别为,4个齿轮的分度圆直径分别为,.由得则4个

22、齿轮的分度圆速度分别为由机械设计、机械设计基础课程设计表16-2查得闭式齿轮传动润滑油运动粘度的值.高速级齿轮传动所需润滑油运动粘度为；低速级传动所需润滑油运动粘度为,故减速器齿轮润滑所需的平均润滑运动粘度为：设计计算与说明结果由机械设计课程设计表16-1查得选用中负荷工业齿轮油GB5903-86代号为N320的齿轮润滑油.各齿轮的速度均小于12m/s,故采用油池润滑.3、 轴承润滑密封由于三对轴承的速度均较低,故采用脂润滑.三对轴承选用代号为ZGN69-2的滚动轴承脂进行润滑.滚动轴承的密封形式用毡圈密封形式进行密封.选用中负荷工业齿轮油GB5903-86代号为N320的齿轮润滑油采用油池润

23、滑三对轴承选用代号为ZGN69-2的滚动轴承脂进行润滑采用脂润滑设 计 小 结经过两周多时间的努力,终于把机械设计课程设计完整地做完了.在这次设计作业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计方案修改,同一个数据有时候也要计算好几遍,通过两周多计算设计和画图终于把设计完整的做出来. 尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了带传动以与齿轮的设计步骤与方法;也对制图有了更进一步的掌握.对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在这次设计中,我发现自己考虑问题不全面,考虑到了细节整体又没有考虑,还有就是对理论知识的不熟悉,理论和现实脱节,使得这次设计遇到了很多从来没有遇到过的问题.认清了自己的不足之处,对以后的学习以与工作有了很大的帮助.参 考 文 献1、王昆、何小柏、汪信远主编. 机械设计、机械设计基础课程设计. ：高等教育,1996年2、杨可帧、程光藴、李仲生主编. 机械设计基础.：高等教育,2006年5月3、成大先主编.机械设计手册、单行本、轴承.化学工业,2004年1月37 / 37