V带单级直齿F=1500 V=22 D=480 10X1.doc

1、机械设计（论文）说明书 题 目：一级直齿圆柱齿轮减速器 系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称：二零一二年五月一日目 录第一部分 课程设计任务书-3第二部分 传动装置总体设计方案-3第三部分 电动机的选择-4第四部分 计算传动装置的运动和动力参数-7第五部分 齿轮的设计-8第六部分 传动轴承和传动轴及联轴器的设计-17第七部分 键连接的选择及校核计算-20第八部分 减速器及其附件的设计-22第九部分 润滑与密封-24设计小结-25参考文献-25第一部分 课程设计任务书一、设计课题： 设计一用于带式运输机上的一级直齿圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动

2、,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(250天/年),1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。二. 设计要求:1.减速器装配图1张(A1或A0)。2.CAD绘制轴、齿轮等零件图共21张(A3或A2)。3.设计说明书1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. 联轴器设计第二部分 传动装置总体设计方案

3、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带设置在高速级。其传动方案如下：图一: 传动装置总体设计图初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。选择V带传动和一级圆柱直齿轮减速器。计算传动装置的总效率ha:ha=h1h22h3h4h5=0.960.9920.970.990.96=0.87h1为V带的效率,h2为轴承的效率,h3为齿轮啮合传动的效率,h4为联轴器的效率,h5为滚筒的效率（包括滚筒和对应轴承的效率）。第三部分 电动机的选择1 电动机的选择皮

4、带速度v:v=2.2m/s工作机的功率pw: 电动机所需工作功率为: =3.79 KW执行机构的曲柄转速为:n = 87.6 r/min 经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比i1=24，一级圆柱斜齿轮减速器传动比i2=36，则总传动比合理范围为ia=624，电动机转速的可选范围为nd = ian = (624)87.6 = 525.62102.4r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y132M1-6的三相异步电动机，额定功率为4KW,满载转速nm=960r/min，同步转速1000r/min。2 确定传动装置的总传动比和分配传动比（

5、1）总传动比： 由选定的电动机满载转速n 和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为:ia=nm/n=960/87.6=11（2）分配传动装置传动比:ia=i0i 式中i0,i1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，初步取i0=2.5，则减速器传动比为:i=ia/i0=11/2.5=4.4第四部分 计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴转速:nI = nm/i0 = 960/2.5 = 384 r/minnII = nI/i = 384/4.4 = 87.3 r/minnIII = nII = 87.3 r/min（2)各轴输入功率:PI = Pdh1 = 3.790.

6、96 = 3.64 KWPII = PIh2h3 = 3.640.990.97 = 3.5 KWPIII = PIIh2h4 = 3.50.990.99 = 3.43 KW 则各轴的输出功率：PI = PI0.99 = 3.6 KWPII = PII0.99 = 3.46 KWPIII = PIII0.99 = 3.4 KW(3)各轴输入转矩:TI = Tdi0h1 电动机轴的输出转矩:Td = = 37.7 Nm 所以：TI = Tdi0h1 = 37.72.50.96 = 90.5 NmTII = TIih2h3 = 90.54.40.990.97 = 382.4 NmTIII = TII

7、h2h4 = 382.40.990.99 = 374.8 Nm 输出转矩为：TI = TI0.99 = 89.6 NmTII = TII0.99 = 378.6 NmTIII = TIII0.99 = 371.1 Nm第五部分 V带的设计1 选择普通V带型号 计算功率Pc:Pc = KAPd = 1.13.79 = 4.17 KW 根据手册查得知其交点在A型交界线范围内，故选用A型V带。2 确定带轮的基准直径，并验算带速 取小带轮直径为d1 = 100 mm,则：d2 = n1d1(1-e)/n2 = i0d1(1-e) = 2.5100(1-0.02) = 245 mm 由表选13-9取d2

8、 = 250 mm。 带速验算：V = nmd1/(601000)= 960100/(601000) = 5.02 m/s介于525m/s范围内，故合适。3 确定带长和中心距a0.7(d1+d2)a02(d1+d2)0.7(100+250)a02(100+250)245a0700 初定中心距a0 = 472.5 mm，则带长为:L0 = 2a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/(4a0)= 2472.5+(100+250)/2+(250-100)2/(4472.5)=1506 mm 由表13-2选用Ld = 1600 mm，确定实际中心距为：a = a0+(Ld-L0)/2 = 472.

9、5+(1600-1506)/2 = 519.5 mm4 验算小带轮上的包角a1:a1 = 1800-(d2-d1)57.30/a= 1800-(250-100)57.30/519.5 = 163.5012005 确定带的根数：Z = Pc/(P0+DP0)KLKa)= 4.17/(0.78+0.12)0.990.96) = 4.88故要取Z = 5根A型V带。6 计算轴上的压力： 由初拉力公式有：F0 = 500Pc(2.5/Ka-1)/(ZV)+qV2= 5004.17(2.5/0.96-1)/(55.02)+0.105.022 = 135.8 N 作用在轴上的压力：FQ = 2ZF0sin

10、(a1/2)= 25135.8sin(163.5/2) = 1343.8 N第六部分 齿轮的设计（一） 高速级齿轮传动的设计计算1 齿轮材料、热处理及精度： 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故选用一级圆柱直齿轮减速器，小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面。 材料：小齿轮选用45号钢调质，齿面硬度为小齿轮：250HBS。大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为大齿轮：200HBS。取小齿齿数：Z1 = 18，则：Z2 = i12Z1 = 4.418 = 79.2 取：Z2 = 792 初步设计齿轮传动的主要尺寸，按齿面接触强度设计：确定各参数的值: 1) 试选Kt = 1.2 2) T1 = 90.5

11、Nm 3) 选取齿宽系数d = 1 4) 查得材料的弹性影响系数ZE = 189.8 5) 查得节点区域系数ZH = 2.5 6) 查得小齿轮的接触疲劳强度极限:sHlim1 = 610 MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限:sHlim2 = 560 MPa。 7) 查得接触疲劳寿命系数:KHN1 = 0.9,KHN2 = 0.92 8) 计算接触疲劳许用应力,取失效概率为1%,安全系数S=1,得:sH1 = = 0.9610 = 549 MPasH2 = = 0.92560 = 515.2 MPa许用接触应力:sH = (sH1+sH2)/2 = (549+515.2)/2 = 532.1 MP

12、a3 设计计算:小齿轮的分度圆直径:：= = 59.6 mm4 修正计算结果： 1) 确定模数：mn = = = 3.31 mm取为标准值:3 mm。 2) 中心距：a = = = 145.5 mm 3) 计算齿轮参数：d1 = Z1mn = 183 = 54 mmd2 = Z2mn = 793 = 237 mmb = dd1 = 54 mmb圆整为整数为：b = 54 mm。 4) 计算圆周速度v:v = = 8 = 1.09 m/s由表11-2选取齿轮精度等级为9级。5 校核齿根弯曲疲劳强度：(1) 确定公式内各计算数值： 1) 查得齿间载荷分配系数：KHa = 1.1，KFa = 1.1

13、；齿轮宽高比为： = = = 8求得:KHb = 1.09+0.26fd2+0.3310-3b = 1.09+0.260.82+0.3310-354 = 1.37，查得：KFb = 1.34 2) K = KAKVKFaKFb = 11.11.11.34 = 1.62 3) 查得齿形系数和应力修正系数：齿形系数:YFa1 = 2.85 YFa2 = 2.24应力校正系数:YSa1 = 1.54 YSa2 = 1.77 4) 按齿面硬度查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限为：sFlim1 = 245 MPa sFlim2 = 220 MPa 5) 其大小齿轮应力循环次数：小齿轮应力循环次数:N1 =

14、4.61108大齿轮应力循环次数:N2 = 1.05108 6)查得弯曲疲劳寿命系数为：KFN1 = 0.85 KFN2 = 0.89 7) 计算弯曲疲劳许用应力，取S=1.3，由下式得：sF1 = = = 160.2sF2 = = = 150.6 = = 0.0274 = = 0.02633小齿轮数值大选用。(2) 按式11-6校核齿根弯曲疲劳强度： = = 2.92 mm2.923所以强度足够。(3) 各齿轮参数如下：大小齿轮分度圆直径：d1 = 54 mmd2 = 237 mm齿顶高 mm齿根高 mm全齿高 mm齿顶圆直径 mm mm齿根圆直径 mm mm齿距 mm齿厚 mm齿槽宽 mm

15、圆整的大小齿轮宽度为：b1 = 59 mm b2 = 54 mm中心距：a = 145.5 mm，模数：m = 3 mm第七部分 传动轴承和传动轴及联轴器的设计轴的设计1 输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1:P1 = 3.64 KW n1 = 384 r/min T1 = 90.5 Nm2 求作用在齿轮上的力: 已知小齿轮的分度圆直径为:d1 = 54 mm 则:Ft = = = 3351.9 NFr = Fttanat = 3351.9tan200 = 1220 N3 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），根据机械设计基础（第五版）表14-2，取C

16、= 112，得：dmin = C = 112 = 23.7 mm 显然，输入轴的最小直径是安装大带轮处的轴径，由于安装键将轴径增大4%，故选取:d1 = 25 mm。带轮的宽度：B = (Z-1)e+2f = (5-1)18+28 = 88 mm，为保证大带轮定位可靠取：l1 = 86 mm。大带轮右端用轴肩定位，故取II段轴直径为:d2 = 30 mm。大带轮右端距箱体壁距离为20，取:l2 = 35 mm。4 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度: 初选轴承的类型及型号。为能顺利地在轴端III、VII上安装轴承，其段满足轴承内径标准，故取:d3 = d7 = 35 mm；因轴只受径载荷

17、作用，查轴承样本选用：6207型深沟球轴承，其尺寸为:dDT = 357217 mm，轴承右端采用挡油环定位，由轴承样本查得：6207。型轴承的定位轴肩高度：h = 3.5 mm，故取：d4 = d6 = 42 mm，取：l4 = l6 = 5 mm。 齿轮的定位及安装齿轮处轴段尺寸的确定。由于:d12d5 ，所以小齿轮应该和输入轴制成一体，所以:l5 = 59 mm；则:l3 = T+s+a-l45 = 17+8+11-5 = 31 mml7 = T+s+a-l67 = 17+8+11+2-5 = 33 mmII轴的设计1 求输出轴上的功率P2、转速n2和转矩T2：P2 = 3.5 KW n

18、2 = 87.3 r/min T2 = 382.4 Nm2 求作用在齿轮上的力: 已知大齿轮的分度圆直径为:d2 = 237 mm 则:Ft = = = 3227 NFr = Fttanat = 3227tan200 = 1174.5 N3 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），根据机械设计基础（第五版）表14-2，取:C2 = 112，得:dmin = C2 = 112 = 38.3 mm 由于键槽将轴径增大4%，选取联轴器型号为:LT7型，其尺寸为：内孔直径40 mm，轴孔长度84 mm，则：d1 = 40 mm，为保证联轴器定位可靠取：l1 = 8

19、2 mm。半联轴器右端采用轴端挡圈定位，按轴径选用轴端挡圈直径为：D = 50 mm，左端用轴肩定位，故取II段轴直径为：d2 = 45 mm。4 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度： 初选轴承的类型及型号。为能顺利地在轴端III、VI上安装轴承，其段满足轴承内径标准，故取：d3 = d6 = 50 mm；因轴只受径载荷作用，查轴承样本选用:6210型深沟球子轴承，其尺寸为：dDT = 50mm90mm20mm。轴承端盖的总宽度为：20 mm，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离为：l = 20 mm，l2 = 35 mm。 齿轮的定位及安装齿轮处轴段尺寸的确定。取大齿轮的内径为：d2

20、= 58 mm，所以：d4 = 58 mm，为使齿轮定位可靠取：l4 = 52 mm，齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度：h 0.07d = 0.0758 = 4.06 mm，轴肩宽度：b 1.4h = 1.44.06 = 0 mm，所以：d5 = 67 mm，l5 = 6 mm；齿轮的左端与轴承之间采用套筒定位，则：l3= T+s+a+2.5+2 = 20+8+11+2.5+2 = 43.5 mml6= 2+T+s+a+2.5-l56 = 2+20+8+11+2.5-6=37.5 mm第八部分 键联接的选择及校核计算1 输入轴键计算： 校核大带轮处的键连接： 该处选用普通平键尺寸为：bhl =

21、8mm7mm80mm，接触长度:l = 80-8 = 72 mm，则键联接所能传递的转矩为:T = 0.25hldsF = 0.2577225120/1000 = 378 NmTT1，故键满足强度要求。2 输出轴键计算：(1) 校核大齿轮处的键连接： 该处选用普通平键尺寸为：bhl = 16mm10mm45mm，接触长度:l = 45-16 = 29 mm，则键联接所能传递的转矩为:T = 0.25hldsF = 0.25102958120/1000 = 504.6 NmTT2，故键满足强度要求。(2) 校核联轴器处的键连接： 该处选用普通平键尺寸为：bhl = 12mm8mm70mm，接触长

22、度:l = 70-12 = 58 mm，则键联接所能传递的转矩为:T = 0.25hldsF = 0.2585840120/1000 = 556.8 NmTT2，故键满足强度要求。第九部分 轴承的选择及校核计算根据条件，轴承预计寿命：Lh = 1018250 = 20000 h1 输入轴的轴承设计计算:(1) 初步计算当量动载荷P: 因该轴承只受径向力，所以:P = Fr = 1220 N(2) 求轴承应有的基本额定载荷值C为:C = P = 1220 = 9423 N(3) 选择轴承型号: 查课本表，选择:6207轴承，Cr = 25.5 KN，由课本式16-3有：Lh = = = 3.96

23、105Lh所以轴承预期寿命足够。2 输出轴的轴承设计计算:(1) 初步计算当量动载荷P: 因该轴承只受径向力，所以:P = Fr = 1174.5 N(2) 求轴承应有的基本额定载荷值C为:C = P = 1174.5 = 5537 N(3) 选择轴承型号: 查课本表11-5，选择:6210轴承，Cr = 35 KN，由课本式16-3有：Lh = = = 5.05106Lh所以轴承预期寿命足够。第十部分 减速器及其附件的设计1 箱体（箱盖）的分析： 箱体是减速器中较为复杂的一个零件，设计时应力求各零件之间配置恰当，并且满足强度，刚度，寿命，工艺、经济性等要求，以期得到工作性能良好，便于制造，重

24、量轻，成本低廉的机器。2 箱体（盖）的材料： 由于本课题所设计的减速器为普通型，故常用HT15-33灰铸铁制造。这是因为铸造的减速箱刚性好,易得到美观的外形,易切削,适应于成批生产。3 箱体的设计计算，箱体尺寸如下表：代号 名称 计算与说明 结果d 箱体壁厚 d = 0.025a+3 8 取d = 10 mmd1 箱盖壁厚 d1 = 0.02a+3 8 取d1 = 10 mmd 箱体加强筋厚 d = 0.85d1 = 0.8510 = 8.5 取d = 10 mmd1 箱盖加强筋厚 d1 = 0.85d1 = 0.8510 = 8.5 取d1 = 10 mmb 箱体凸缘厚 b1.5d = 1.

25、510 = 15mm 取b = 15 mmb1 箱盖凸缘厚 b11.5d11.510 = 15mm 取b1 = 15 mmb2 箱座底凸缘底厚 b22.35d = 2.3510 = 23.5m 取b2 = 24 mmdf 地脚螺栓直径 df = 0.036a+12 = 18.37 取df = 20 mm d1 轴承旁连接螺栓直径 d1 = 0.7df = 12.86 取d1 = 14 mm d2 盖与座连接螺栓直径 d2 = (0.5-0.7)df = 10-14 取d2 = 10 mmd3 轴承盖螺钉直径 d3 = 10 mm 取d3 = 10 mmd4 检查孔螺钉直径 d4=8mm 取d4

26、=8mmn 地脚螺栓数 取n = 6d 定位销直径 （0.7-0.8）d2=16.8-19.2 取d=18C1 df、d1、d2至箱外壁距离 见表4.2 取26、22、180 至凸缘边缘距离 见表4.2 取24、16 齿轮端面与内箱壁间的距离 取 10 齿轮端面与内箱壁间的距离 取10 轴承端盖外径 D+（5-5.5）d3S 轴承旁连接螺栓距离 s=D2R1 轴承旁台半径 C2h 凸台高度 根据低速级轴承外径确定，以便于扳手操作为准l1 外箱壁至轴承座端面的距离 C1+C2+（5-10）mm m1,m 箱盖，箱底肋厚 m1约等于0.85d，m约等于0.85d第十一部分 润滑与密封设计 对于一级

27、圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于150-200 m/min，所以采用脂润滑，箱体内选用CKC150润滑油，装至规定高度。油的深度为：H+h1：H = 30 mm h1 = 34 mm所以：H+h1 = 30+34 = 64 mm 。 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，其表面粗度应为Ra=6.3，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，为150mm。并匀均布置，保证部分面处的密封性。设计小结 通过本次课程设计，使自己对所学的各门课程进一步加深了理解，对于

28、各方面知识之间的联系有了实际的体会。同时也深深感到自己初步掌握的知识与实际需要还有很大的距离，在今后还需要继续学习和实践。本设计由于时间紧张，在设计中肯定会有许多欠缺，若想把它变成实际产品的话还需要反复的考虑和探讨。但作为一次练习，确实给我们带来了很大的收获，设计涉及到机械、电气等多方面的内容，通过设计计算、认证、画图，提高了我对机械结构设计、控制系统设计及步进电动机的选用等方面的认识和应用能力。总之，本次设计让我受益非浅，各方面的能力得到了一定的提高参考文献1 机械设计（第八版）高等教育出版社。2 机械设计基础（第五版） 高等教育出版社。3 机械设计基础课程设计指导书（第三版）高等教育出版社。4 机械零件手册 天津大学机械零件教研室。5 机械制图 教材