單級圓柱齒輪減速器和一級帶傳動 機械設計課程設計

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1、機械設計課程設計說明書- 機械設計課程設計說明書 目錄 設計任務書…………………………………………………2 電動機的選擇傳動系統(tǒng)運動學、動力學參數(shù)的計算……3 齒輪傳動的設計計算………………………………………7 軸的設計計算 …………………………………………… 9 聯(lián)軸器的選擇…………………………………………… 15 鍵的選擇與強度驗算…………………………………… 15 滾動軸承的選擇與壽命計算…………………………… 17 減速器潤滑與密封……………………………………… 18 減速器尺寸附件選擇……………………………… ……19 設計小結(jié)………………………

2、………………………… 24 參考文獻………………………………………………… 25 第一章 設計任務書 1、方案圖 　　 設計帶式輸送機的傳動裝置（單級圓柱齒輪減速器和一級帶傳動） (圖一) 2、工作條件： 帶式輸送機連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，工作平穩(wěn)無過載，輸送帶速度允許誤差5%；兩班制工作（每班按8小時計算），使用期限10年，小批量生產(chǎn)。 設計數(shù)據(jù)（第3組）：輸送帶拉力：F=4200N；輸送帶速度：V=1.4m/s；滾筒直徑：D=380mm。 機械設計課程的內(nèi)容 3、設計工作量： （1）工作圖：裝配圖1張(三視圖，1號圖紙，手畫或計算機繪圖均可)

3、； 零件圖2張（高速軸，低速級大齒輪） （2）計算：齒輪、帶傳動基本參數(shù)，齒輪強度計算，軸強度校核，鍵強度校核，軸承壽命。 （3）設計計算說明書1份（6000～8000字）。 4、設計具體任務： （1）傳動方案的分析和擬定； （2）電動機的選擇，傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算； （3）傳動零件的設計（帶傳動、單級齒輪傳動）； （4）軸和軸承組合設計（軸的結(jié)構(gòu)設計，軸承組合設計，低速軸彎、扭組合強度校核，低速軸上軸承壽命計算）； （5）鍵的選擇及強度校核（低速軸上鍵的校核）； （6）聯(lián)軸器的選擇； （7）減速器的潤滑與密封； （8）減速器裝配草

4、圖俯視圖設計（箱體、附件設計等）； （9）編寫設計計算說明書。 二、電動機選擇 1、電動機類型的選擇 根據(jù)條件可選擇常用的封閉式Y(jié)（IP44）系列小型三相異步電動機。 2、電動機功率選擇 選取V帶傳動η帶=0.96，軸承η軸承=0.99，齒輪η齒輪=0.97，聯(lián)軸器η聯(lián)軸器=0.99，滾筒η滾筒=0.96。 工作條件：使用年限10年，工作為二班工作制，載荷平穩(wěn)。 原始數(shù)據(jù)：滾筒圓周力F=4.2 KN；帶速V=1.4m/s；滾筒直徑D=380mm。 3、電動機選擇 （1）電動機類型的選擇： Y（IP44）系列小型三相異步電動機 （2）電動機功率選擇 1）傳動裝置的總

5、功率： η總=η帶η2軸承η齒輪η聯(lián)軸器η滾筒 =0.960.990.990.970.990.96 =0.8674 注:齒輪在機械制造中對精度無特殊要求精度等級選用8級，效率0.97 2）電機所需的工作功率： P工作=FV/η總 =4.21.4/0.8674 =6.7789KW （3）確定電動機轉(zhuǎn)速 計算滾筒工作轉(zhuǎn)速： n筒=601000V/（πD） =6010001.4/（π380） =70 r/min 按手冊推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍=3~6。取V帶傳動比=2~4，則總傳動比理時范圍為=6~24。故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為=n筒

6、=（6~24）62.102=372.612~1490.448r/min 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、和1500r/min。 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關手冊查出有三種適用的電動機型號，因此有三種傳動比方案。綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，選用n=1500r/min。 （4）確定電動機型號 根據(jù)電動機的額定功率P和輸出功率P1關系： KP1P 取K=1，因此根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為Y132M-4。 其主要性能：額定功率：7.5KW，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.2，質(zhì)量79kg。 第三章

7、 各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩計算 1、計算總傳動比及分配各級的傳動比 （1）總傳動比：i總=n電動/n筒=1440/70=21 （2）分配各級傳動比 1）取齒輪i齒輪=6（單級減速器i=3~6合理） 2）∵i總=i齒輪i帶 ∴i帶=i總/i齒輪=21/6=4 2、運動參數(shù)及動力參數(shù)計算 （1）計算各軸轉(zhuǎn)速（r/min） nI=n電機=1440r/min nII=nI/i帶=1440/4=360(r/min) nIII=nII/i齒輪=360/6=60(r/min) （2）計算各軸的功率（KW） PI=P工作=6.78KW PII=PIη帶=6.780.96=6.5KW PI

8、II=PIIη軸承η齒輪=6.50.980.96 =6.12KW （3）計算各軸扭矩（Nm） TI=9.55106PI/nI=9.551066.8/1440=45097.2Nm TII=9.55106PII/nII=9.551066.5/360=172430.6 Nm TIII=9.55106PIII/nIII=9.551066.12/60=974100Nm 第四章 齒輪傳動設計 1、選擇齒輪材料及許用接觸應力計算 考慮減速器傳遞功率不大，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40MnB調(diào)質(zhì)，齒面硬度為241~286HBS，=730Mpa，=600 Mpa。大齒輪選用ZG35SiM

9、n調(diào)質(zhì)，齒面硬度241~269HBS，=620Mpa，=510Mpa。選用7級精度。SH =1.1，SF =1.25 許用接觸應力計算如下： 2、按齒面接觸疲勞強度設計 由于載荷比較平穩(wěn)故取載荷系數(shù)K=1 齒寬系數(shù) 小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 T1=TII=172430.6Nm 由d1≥ =(27172430.60/ 0.86[ (2.5188/585) 2)1/3 =68.53mm 確定有關參數(shù)如下：傳動比i齒=5，取小齒輪齒數(shù)Z1=18。則大齒輪齒數(shù)：Z2=iZ1=518=90 實際傳動比I0=90/18=5 傳動比誤差：i-i

10、0/I=5-5/5=0%<2.5% 可用 齒數(shù)比：u=i0=5 模數(shù)：m=d1/Z1=68.53/18=3.8mm 根據(jù)手冊取標準模數(shù)：m=4mm 確定有關參數(shù)和系數(shù) 分度圓直徑：d1=mZ1=418mm=72mm d2=mZ2=490mm=360mm 基圓直徑： 齒寬：b=φdd1=0.868.53=54.82mm 取b2=60mm b1=65mm 小齒輪(mm) 大齒輪(mm) 分度圓直徑d 72 360 齒頂高ha 4 4 齒根高hf 5 5 齒全高h 9 9 齒頂圓直徑da 80 368 齒根圓直徑

11、df 62 350 基圓直徑db 67.7 338.3 齒距P 12.56 12.56 齒厚s 6.28 6.28 3、按輪齒彎曲疲勞強度校核 根據(jù)齒數(shù)Z1=18,Z2=90由手冊得: YFa1=2.85 YSa1=1.53 YFa2=2.20 YSa2=1.71 < < 故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠 4、計算齒輪傳動的中心矩a a=m/2(Z1+Z2)=4/2(18+90)=196mm 5、計算齒輪的圓周速度V V=πd1n1/601000=3.1436072/601000=1.35m/s 滿足7級的要求 第五章 軸的

12、設計及校核 1、輸入軸的設計計算 （1）輪齒上的作用力 齒輪分度圓直徑：d1=72mm 扭矩：T11=172430.6Nm 求圓周力：Ft， 求徑向力：Fr， 法向力： （2）按扭矩計算軸徑 選用45#鋼，調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS，按扭矩初算直徑d，公式如下：，式中C僅決定于材料許用剪應力的系數(shù)，由設計手冊取C=110，n為輸入軸的轉(zhuǎn)速，P為輸入軸的功率。 代入數(shù)據(jù)可得計算如下： 其上應開有鍵槽，應適當增大直徑，增大5%，則，取值30mm。 （3）軸的結(jié)構(gòu)設計 單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪用與軸連在一起的齒輪軸，聯(lián)接以平鍵作過

13、渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和套筒定位，則采用過渡配合固定。 確定軸各段直徑和長度 軸結(jié)構(gòu)草圖如下： (圖二) 左端為最小徑，安裝帶輪，，第二段安裝軸承端蓋，按照的原則，軸肩為6~12mm，取，第三段安裝軸承及套筒，為減少裝配軸承處的精加工面長度設置軸肩為1~3mm，又軸承寬為18mm，故?。?208C型角接觸球軸承)四段由于齒根圓與軸的差距不大，因此選用齒輪軸，直徑取，，。 為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰及拆卸方便，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應留有一定間隙，按照“減速器箱體的結(jié)構(gòu)尺寸表”計算得齒輪端面與內(nèi)箱壁距離，取，為保證軸承含在箱體軸承孔內(nèi)，并考慮軸承的潤滑方式，計算： ，所以選用

14、脂潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁距離為15m，軸段6長度取，退刀槽為2mm，故，軸段4的長度即為齒輪的寬度，軸段3安裝軸承，，軸段2裝軸承端蓋，選擇凸緣式軸承蓋并查表15-3——“外裝式軸承端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸表”，可得軸承端蓋厚度：，選取軸段2長度，軸段1安裝帶輪，取。 （4）按彎矩復合強度計算 已知d1=72mm，已知TII=172430.6Nm 求圓周力：Ft， 求徑向力：Fr， 法向力： 因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=75.5mm。 （5）繪制軸受力簡圖如圖三。 （6）繪制垂直面彎矩圖如下 軸承支反力： 由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為

15、 (7)繪制水平面彎矩圖如下 (圖三) 截面C在水平面上彎矩為： (8)繪制合彎矩圖如圖三 (9)繪制扭矩圖如圖三 轉(zhuǎn)矩：T=9.55（P2/n2）106=172.43Nm (10)當量彎矩計算 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力按脈動循環(huán)變化，取α=0.6，截面C處的當量彎矩： (11)校核危險截面C的強度 判定危險截面為第四段軸的中心面 ∴該軸強度足夠。 2、輸出軸的設計計算： （1）按扭矩初算軸徑 選用45調(diào)質(zhì)鋼，硬度（217~255HBS），并查表14-2取c=110 取d=50mm （2）軸的結(jié)構(gòu)設計 (圖四) （3）軸的零件

16、定位，固定和裝配 單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪右面用軸肩定位，左面用套筒軸向定位，周向定位采用鍵和過渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過渡配合或過盈配合，軸呈階狀，左軸承和皮帶輪依次從左面裝入，齒輪套筒，右軸承從右面裝入。 (圖五) (4)確定軸各段直徑 左端為最小徑，安裝帶輪，，第二段安裝軸承端蓋，按照的原則，軸肩為6~12mm，取，第三段安裝軸承及套筒，為減少裝配軸承處的精加工面長度設置軸肩為1~3mm，又軸承寬為18mm，故?。?011C型角接觸球軸承）第四段段比第三段段寬1~3mm，直徑取，第五段比第四段大6~12m

17、m故取，第六段和第七段之間有砂輪越程槽 （5）確定軸的各段長度 為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰及拆卸方便，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應留有一定間隙，按照“減速器箱體的結(jié)構(gòu)尺寸表”計算得齒輪端面與內(nèi)箱壁距離，取，為保證軸承含在箱體軸承孔內(nèi)，并考慮軸承的潤滑方式，計算： ， 所以選用脂潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁距離為15m，軸段7長度取，退刀槽為2mm，故，軸段4的長度即為，軸段3安裝軸承，，軸段2裝軸承端蓋，選擇凸緣式軸承蓋并查表15-3——“外裝式軸承端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸表”，可得軸承端蓋厚度：，選取軸段2長度，取。 因為大齒輪的分度圓的直徑為360mm，故將大齒輪做成輔板式結(jié)構(gòu)，其草圖如下，具

18、體的參數(shù)已經(jīng)在齒輪設計部分給出。 (圖六) (6)按彎扭復合強度計算 已知d2=360mm，已知TIII=733.36Nm 圓周力 徑向力 法向力 因兩軸承對稱LA=LB=74.5mm （7）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ軸承支反力： （8）由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為 (9)截面C在水平面上彎矩為： (10)計算合成彎矩 (11)當量彎矩計算 (12)校核危險截面C的強度 ∴該軸強度足夠。 五、 滾動軸承的選擇及聯(lián)軸器的選擇 1、滾動軸承的選擇 對于輸入軸的軸承選擇，首先考慮角接觸球軸承

19、。初選用7208C型角接觸球軸承，其內(nèi)徑為40mm,外徑為80mm，寬度為18mm，極限轉(zhuǎn)速（脂）：7500r/min；極限轉(zhuǎn)速（油）：10000r/min。 對于輸出軸的軸承選擇，考慮角接觸球軸承，初選7011C型角接球軸承，其內(nèi)徑為55mm，外徑為90mm，寬度為18mm，極限轉(zhuǎn)速（脂）：6000r/min；極限轉(zhuǎn)速（油）：8000r/min。 第一個軸承：因軸承工作溫度不高、載荷平穩(wěn)，查“溫度系數(shù)表”及“載荷系數(shù)表”得取。當量動載荷，軸承轉(zhuǎn)數(shù),。查“常用向心軸承的徑向基本動載荷和徑向額定靜載荷表”得 選用角接觸球軸承7208C合適 第二個軸承：由于軸只受徑向力，所以選擇

20、角接觸球軸承，暫選7011C當量動載荷，，軸承轉(zhuǎn)數(shù)。因軸承工作溫度不高、載荷平穩(wěn)，查“溫度系數(shù)表”及“載荷系數(shù)表”得取。查“常用向心軸承的徑向基本動載荷和徑向額定靜載荷表”得 ， ,所以，選用角接觸球軸承7011C合適。 2、聯(lián)軸器的選擇 在此減速器中，需要用聯(lián)軸器將輸出軸和滾筒所在的軸聯(lián)接起來，下面對所需的聯(lián)軸器進行選擇。 計算轉(zhuǎn)矩按下式計算： 式中 T——名義轉(zhuǎn)矩；Nmm； KA——工作情況系數(shù)； 取KA=1.5，則：==1.5974.1=1461.15 輸出軸轉(zhuǎn)速為，輸出軸輸出段直徑為d=50mm。 可選擇TL9型彈性聯(lián)軸器 GB43

21、23-84。 六、鍵連接的選擇及校核計算 1、軸與帶輪連接部分的鍵的選擇。 （1）選擇鍵型： 該鍵為靜聯(lián)接，為了便于安裝固定，選擇普通A型平鍵。 （2） 確定鍵的尺寸： 該軸上最小直徑為，軸長，（GB/T1095-2003）查得，用于此處連接的鍵的尺寸為， （3） 強度校核： 軸所受轉(zhuǎn)矩，鍵連接的擠壓強度<[σR]，滿足要求。該鍵標記為：鍵 2、 輸出軸上聯(lián)接用平鍵聯(lián)接 （1）最小直徑處： 1）選擇鍵型： 該鍵為靜聯(lián)接，為了便于安裝固定，選擇普通A型平鍵。 2）確定鍵的尺寸： 該軸上最小直徑為，軸長，按（GB/T1096-2003）查得，用于此處連接的鍵的尺寸為，

22、 3）強度校核： 軸所受轉(zhuǎn)矩，鍵連接的擠壓強度，強度滿足要求。 該鍵標記為：鍵 （2）齒輪處 1）選擇鍵型： 該鍵為靜聯(lián)接，為了便于安裝固定，選擇普通A型平鍵。 2）確定鍵的尺寸： 該軸上最小直徑為，軸長，按（GB/T1096-2003）查得，用于此處連接的鍵的尺寸為， 3）強度校核： 鍵連接的擠壓強度，強度滿足要求。該鍵標記為：鍵 七、減速器潤滑與密封 1、潤滑： 齒輪圓周速度，采用油池潤滑，圓柱齒輪浸入油的深度約一個齒高，大齒輪的齒頂?shù)接偷酌娴木嚯x≥30～60mm。由前面計算可知：軸承潤滑采用油潤滑。 2、密封： 為了防止?jié)櫥突蛑┏龊拖潴w外雜質(zhì)、水及灰

23、塵等侵入，減速器在軸的伸出處、箱體的結(jié)合面處和軸承蓋、窺視孔及放油孔與箱體的結(jié)合面處需要密封。軸伸出處的滾動軸承密封裝置采用毛氈圈密封，其中第一、二軸按密封圈密封處直徑和選擇毛氈圈尺寸和。 八、減速器附件選擇 1、軸承端蓋 軸承端蓋全部采用外裝式軸承端蓋 （1）第一根軸的軸承端蓋 軸承外徑80，螺栓直徑，端蓋上螺栓數(shù)目4， ，，，，，取，，第（2）二根軸的軸承端蓋 軸承外徑90，螺栓直徑，端蓋上螺栓數(shù)目4， ，， ，，，， 2、 通氣器 減速器工作時，由于箱體內(nèi)部溫度升高，氣體膨脹，壓力增大，使得箱體內(nèi)外壓力不等。為使箱體內(nèi)受熱膨脹的氣體自由排出，以保持箱體內(nèi)外壓力平衡，

24、不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件處向外滲漏，需要頂部或直接在窺視孔蓋板上設置通氣器。本設計將通氣器安裝在窺視孔蓋板上。選用通氣帽。 3、 窺視孔 窺視孔用于檢查傳動零件的嚙合、潤滑及齒輪損壞情況，并兼做注油孔，可向減速器箱體內(nèi)注入潤滑油，觀察孔應設置在減速器箱蓋上方的適當位置，以便直接進行觀察并使手能伸入箱體內(nèi)進行操作，平時觀察孔用蓋板蓋住。 窺視孔孔蓋的結(jié)構(gòu)尺寸 100mm 140mm 120mm 箱體寬-（15-20） M8 6個 8 h 11mm 4、 油標 為指示減速器內(nèi)油面的高度符合要求，以便保持箱

25、內(nèi)正常的油量，在減速器箱體上需設置油面指示裝置。本設計選用桿式油標。油標尺中心線與水平面成45度。注意加工油標凸臺和安裝油標時，不與箱體凸緣或吊鉤相干涉。油標選擇M20 5、 放油孔及放油螺塞 為排放減速器箱體內(nèi)油污和便于清洗箱體內(nèi)部，在箱座油池的最低處設置放油孔，箱體內(nèi)底面做成斜面、向放油孔方向傾斜1度到2度，油孔附近作成凹坑，以便污油排盡。平時用放油螺塞將放油孔堵住圓柱螺紋油塞自身不能防止露油，在六角頭與放油孔接觸處加油封墊片。螺塞直徑為減速器壁厚2—2.5倍。選取M242 6、 定位銷 對由箱蓋和箱座通過聯(lián)接而組成的剖分式箱體，為保證其各部分在加工及裝配時能夠保持精確位置，特別是

26、為保證箱體軸承座孔的加工精度及安裝精度，并保證減速器每次裝拆后軸承座的上下半孔始終保持加工時的位置精度，在箱體與箱座的聯(lián)接凸緣上設置兩個定位銷。定位銷孔是在減速器箱蓋與箱座用螺栓連接緊固后，鏜銷軸承孔之前加工。定位銷直徑取凸緣連接螺栓直徑的0.8倍。定位銷直徑為10。a=1.2 7、 啟蓋螺釘 由于裝配減速器時在箱體剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封膠，因而在拆卸時難于開蓋，因此，在箱蓋凸緣的適當位置加工一個螺孔。裝入起蓋用的圓柱端螺釘，旋動起蓋螺釘可將箱蓋頂起。起蓋螺釘為M12 8、 地腳螺栓 為防止減速器傾倒和振動，減速器底座下部凸緣應設有地腳螺釘與地基連接。地腳螺釘為M20 取六個

27、。 9、 箱體設計 箱蓋壁厚：8mm,箱座底凸緣厚度：20mm,地腳螺釘直徑：19.776mm 數(shù)目：4個,軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑：14.832mm。 第九章 設計小結(jié) 1.本次課程設計完成的內(nèi)容： （1）傳動方案的分析和擬定； （2）電動機的選擇，傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算； （3）傳動零件的設計（帶傳動、單級齒輪傳動）； （4）軸和軸承組合設計（軸的結(jié)構(gòu)設計，軸承組合設計，軸彎、扭組合強度校核）； （5）鍵的選擇及強度校核 （6）聯(lián)軸器的選擇； （7）減速器的潤滑與密封； （8）減速器裝配草圖俯視圖設計（箱體、附件設計等）； （9）編寫設計計算說明書。

28、 2.心得體會： 經(jīng)過一周的努力,我終于將機械設計課程設計做完了.在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,一遍又一遍的計算,一次又一次的設計方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足，同時讓我受益匪淺，在實踐中了獲得了大量的知識。⑴了解理論和實踐同等重要。理論能指導實踐，使你能事半功倍，實踐能上升成為理論，為以后的設計打下基礎。 從校門走出后，一定要重視實踐經(jīng)驗的積累，要多學多問。把學校學習的專業(yè)知識綜合的應用起來，這非常重要。⑵了解了機械設計的基本方法，熟悉并初步掌握簡單的機械設計方法，設計步驟。（3）機械設計需要個人不斷積累不斷思考，不能為了機械而機械，一定要有自己的想法，形成

29、自己的風格，也要有創(chuàng)新。在設計中，很好的培養(yǎng)了設計能力和理論聯(lián)系實際的能力，為以后的設計工作奠定了基礎。⑶通過課程培養(yǎng)了獨立工作的能力。⑷做事的態(tài)度很重要!凡事都要全力以赴，認真努力去做!⑸從中培養(yǎng)了使用資料進行計算，繪圖和數(shù)據(jù)處理能力。（6）把技術搞好就必須安心的學習，虛心向別人請教，耐心的對待每一個問題，不放過任何一個自己遇到的問題，要善于發(fā)現(xiàn)問題。 第十章 參考文獻 【1】．楊可楨、程光蘊、李仲生，《機械設計基礎》，高等教育出版社，2006； 【2】．機械設計手冊軟件版V3.0，高等教育出版社。 第23頁 共25頁 2011年1月13日