机械设计课程设计--一级直齿圆柱齿轮减速器.doc
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1、机械基础课程设计 一级直齿圆柱齿轮减速器机械设计课程设计计算说明书设计题目:圆柱直齿轮减速器学校:院系:设计者: 学号:班级:指导教师:时间:201 年 月 日 至 201 年 月 日设计任务书1、题目设计用于带式输送机的机械传动装置一级直齿圆柱齿轮减速器。2、参考方案(1)V带传动和一级闭式齿轮传动(2)一级闭式齿轮传动和链传动(3)两级齿轮传动3、原始数据姓名输送带的牵引力F(KN)输送链的速度v(m/s)传动滚筒直径d(mm)姜 凯15001.652604、其他原始条件连续单向运转,工作时载荷平稳,空载启动,输送带允许速度误差5,二班制工作,使用期限10年(每年工作日300天),小批量生
2、产。目录一 传动装置的总体设计(一)传动方案的确定4(二)电动机的选择4(三)传动装置的总传动比的计算和分配6(四)传动装置的运动和动力参数的确定6二 传动零件的设计(一)箱外传动件设计(V带设计)8(二)减速器内传动件的设计(齿轮传动设计)10(三)轴的设计 13(四)键联接的选择及其校核计算21(五)联轴器的扭矩校核22(六)、减速器基本结构的设计与选择22三 箱体尺寸及附件的设计(一)、箱体尺寸25(二)、附件的设计26四 主要设计一览表28五 课设总结29设计内容:一、 传动装置的总体设计(一)确定传动方案本次设计选用的带式输送机的机械传动装置方案为V带传动和一级闭式齿轮传动,其传动装
3、置见下图。(二)选择电动机(1) 选择电动机的类型按工作要求及工作条件选用Y系列封闭式笼型三相异步电动机选择电动机的额定功率 带式输送机的性能参数选用表1的第 6组数据,即:输送带工作拉力F/N输送带工作速度v/ms-1卷筒直径D/mm15001.6526表一工作机所需功率为: 电动机到工作机的传动总效率为:其中、分别为V带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率,查取机械基础P459的附录3 选取=0.95 、=0.97(8级精度)、=0.99(球轴承)、=0.995、=0.96故 电动机所需功率为因载荷平稳,电动机额定功率略大于Pd即可,由P1-203表17-1选Y系列型号电
4、动机,选电动机额定功率Ped为:3Kw(2) 确定电动机的转速 传动滚筒轴工作转速: 一般,V带传动比常用范围为一级圆柱齿轮减速器为则总传动比的范围为.故电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有:750r/min、1000r/min、1500r/min(4) 确定电动机的型号选上述不同转速的电动机进行比较,查机械基础P499附录50及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比,列于下表:方案电机型号额定功率kW电机转速r/min电机质量kg参考价格(元)总传动比同步转速满载转速1Y132M-83750710795.9012Y100L2-43150014303811.8923Y132S-631
5、000960637.983表二综合考虑电动机的质量及装置的尺寸和传动比选择Y132S-6型电动机查机械基础P500附录51,得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm),见以下两表:电动机的技术数据电动机型号额定功率(kw)同步转速(r/min)满载转速(r/min)Y100L1-4310009602.02.2表三(三)传动装置的总传动比的计算和分配(1) 总传动比: =nm/nw=960/121.20=7.92 (2) 分配各级传动比各级传动比与总传动比的关系为i=i1i2。根据V带的传动比范围i1=2 4 ,参考表2-1:取取V带传动,齿轮传动比(四)计算传动装置的运动和动力参数(1)
6、计算各轴输入功率 0轴(电动机轴)的输出功率为: 1轴(减速器高速轴)的输入功率:从0轴到1轴,经过V带传动和一个联轴器,所以: 2轴(减速器低速轴)的输入功率:从1轴到2轴,经过一对轴承,一对齿轮传动,一对齿轮啮合传动,所以: 3轴(滚筒轴)的输入功率:从2轴到3轴,经过一对轴承,一个联轴器,所以:(2) 计算各轴转速 0轴(电动机轴)的转速: 1轴(减速器高速轴)的转速: 2轴(减速器低速轴)的转速: 3轴(滚筒轴)的转速: (3) 计算各轴转矩 0轴(电动机轴)的转矩: 1轴(减速器高速轴)的转矩: 2轴(减速器低速轴)的转矩: 3轴(滚筒轴)的转矩: (4)各轴输出转矩T(N) (5)
7、各轴输出功率P(kW) 把上述计算结果列于下表:参数轴名功率P(kW)转矩T(N.m)转速(r/min)传动比传动效率输入功率输入功率输入转矩输入转矩轴0(电动机轴)2.882.8828.6528.659600.96轴1(高速轴)2.762.7372.4871.76363.62.640.96轴2(低速轴)2.652.62208.79206.7121.230.96轴3(滚筒轴)2.602.57204.85202.80121.210.98表四二、 传动零件的设计(一)箱外传动件设计(V带设计)(1)计算设计功率Pd 查表13-8得Ka=1.2,故 Pc=Ka*P1=1.2*2.76=3.31kw
8、(2)选择带型 根据Pc=3.31kw n1=960r/min由图13-15查出标点位于低于A型内,现取A型带(3)确定带轮的基准直径并验证带速 由P219表13-9得出d1应不小于75,现取d1=100mm,由式13-9得 由表13-9取d2=265mm实际从动轮转速转速误差为:误差小于5%,故允许.(4)验算带速V带速在5-25m/s范围内,合适(5)求V带基准长度Ld和中心距a 初步选取中心距 0.7(d1+d2)a02(d1+d2)推出 255.5a0730 故a0=1.5(d1+d2)=1.5*(90+265)=547.5取a0=547.5 由13-2得带长 查表13-2对A型带选用
9、Ld=1800mm,再由P220式13-16计算实际中心距(6)验算小带轮包角 有P205式13-1得 合适(7)求V带根数Z 由P218式13-15得 因n0=960r/min,d1=100mm,由P214表13-3查得P0=0.95kw 由P211式13-9得传动比 由P216式13-5得P0=0.11 由查P217表13-7得查P212表13-2得KL=1.01带入得Z=3.25取Z=4根(8)求作用在带轮轴上的力FQ 查P212表13-1得q=0.1kg/m.故由P220式13-17得单根V带的初拉力 作用在轴上的压力(9)带轮的材料选用灰铸铁,HT200。(二)、减速器内传动件的设计
10、(齿轮传动设计)(1)选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动,传动速度不高,传动尺寸无特殊要求,属于一般的 齿轮传动,故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械基础P322表1410,小齿轮选用40MnB,调质处理,硬度241286HBS,;大齿轮选用40MnB,调质处理,硬度为241286HBS,。 查P171表11-5取SH=1.1 ,SF=1.25 查p171表11-4取ZH=2.5, ZE=188 精度等级初选减速器为一般齿轮传动,圆周速度不会太大,初选8级精度。(2)按齿面接触疲劳强度设计齿轮 选小齿轮的齿取载荷系数K=1.3 齿宽系数 小齿轮上
11、的转矩 由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动,齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定,其设计公式为: 闭合软齿面齿轮传动,通常齿数Z在20到40间选,设齿数Z1=30,则Z2=3 30=90,故实际传动比i=3.模数 齿宽 取b2=55, b1=60.按表(41)【4】取,实际 中心距(3)验算齿轮弯曲强度齿形系数(图118)【4】(图119)【4】 (图118)(图119)由式(115)【4】 故安全。(4)齿轮的圆周速度对照(表112)【4】可知选用8级精度进行设计是合宜的。(5)主要参数选择和几何尺寸计算 分度圆直径d 中心距a 齿轮宽度b大齿轮宽度 小齿轮宽度 其他几何尺寸的计算
12、(,)齿顶高 由于正常齿轮, 所以齿根高 由于正常齿 所以全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 (三)轴的设计 1、选择轴的材料和热处理采用钢,并经调质处理,查机械基础P241表141、2,硬度241286HBS,查表得c=98-107取c=110,由(表142)【4】查。2、按扭转强度计算轴径高速轴的输入功率为:,转速为:根据公式(142)【4】 轴的材料选用由(表142)【4】查 为取,则: 取 低速轴输入功率为:,转速轴的材料同样选用根据公式(142)查表(142)选取,则:取3. 轴的结构设计(1)高速轴结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴,即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求,初
13、步确定轴的结构。设有7个轴段。初步计算轴直径1段:该段是小齿轮的左轴端与带轮连接,已知d 20.04考虑到键槽,故将轴径加大5%,则d=20.04 105%=21.1mm 取d1=25mm该轴段直径为25mm,由p223公式得, 2段:由p37,表5-1知,v1.0,c1.6,则d2=d1+(34)1.6=30mm。 此轴段一部分用于装轴承盖,一部分伸出箱体外。3段:此段装轴承,取轴肩高度h为1mm,则d3=d2+2h=30mm。 初选角接触球轴承6207查P120-121表12-4得其内径为35mm, 故d3=d7=35mm.4段与6段:为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便,齿轮与轴承
14、之间要有一定距离,d4=d6=35+(3-4)*2.0=40mm.5段:此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d=55mm可知,d5=55-2=53mm7段:此段装轴承,选用的轴承与右边的轴承一致,即d7=35mm,各轴段长度:轴长1V带轮的孔径长度为l=(1.52)25=50mm,轴长应小于它2-3mm,现取其长度为L1=,48mm.由P142表13-21得e=1.2d3=9.6mm再查P120-121表12-1得B=17mm再由P140表13-17得挡油环伸入内箱壁1-3mm,选取为2mmL3=B+4+(1-3)-(1-2)=17+12+2-1=30mm轴长7观察图得L7=B+4+(1-3)-
15、(1-2)=17+12+2-1=30mm轴长4和6由装配图得L4=L6=2-2由P30表4-1得2=8取2=10mm所以L4=L6=8mm轴长5 L5=B齿宽=60mm轴长2 查表得C1=18mm C2=16mm =8mmK2为螺钉必要距离,取K2=40mm由P35图5-9得4=10-15mm取4=12mm带入得L2=65mmL=17+2 (8+17)+60=127mm高速轴的强度校核已知齿轮圆周力: 齿轮径向力:(a) 垂直面的支撑力(b) 求水平面的支撑力(c) 在支点产生的反力 外力作用方向与带传动的位置有关,在具体布置尚未确定前,按最不利的情况计算。(d) 求垂直面的弯矩 (e) 求水
16、平面的弯矩 (f) 力产生的弯矩 两支撑中间截面力产生的弯矩为:(g) 求合成弯矩 考虑到罪不利的情况,把与直接相加 (h) 求轴传递的转矩(i) 求危险截面的当量弯矩可见两支撑中间截面最危险,其当量弯矩为:如认为州的扭切应力是脉动循环变应力,取折合系数代入上式可得:(j) 计算危险截面处轴的直径轴的材料选用,调质处理,由表141查得,由(表143)【4】查得则:所以设计尺寸合格。高速轴轴承寿命计算根据推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同,取10年,一年按300天计算, T h=(3001016)=48000h直齿轴承不承受轴向力,即Fa=0.查表16-11(p280)知:X=1,Y=0。当量载
17、合查表16-8得,ft=1; 查表16-9得,fp=1.5选用6207轴承,由p121,表12-1得:C=25.54KN已知,转速n=363.64r/min; 由p278,知:=3代入得:按每天16h工作机械选择Lh=20000 故所以,所选轴承符合要求。(2)低速轴结构设计初步计算轴直径 根据轴上零件得安装和固定要求,并考虑配合高速轴的结构,初步确定低速轴的结构。设有6个轴段。1段: 此段装联轴器。已知,我们选用LT型弹性套住销联轴器,查表14-4选用LT6联轴器,轴孔直径可选为32mm,取为的的d1=32mm。轴孔直径为82mm,则此段长度L1=82-2=80mm2段:查表5-1选为d2=
18、d1+(3-4)c1=42mm。3段:此处安装轴承,查表选用6208的角接触球轴承,其内径大小为40mm,故d3=40mm4段:此段装齿轮,查表5-1选为d4=d3+(3-4)c1=46mm,因大齿轮宽度为55mm,则L4=55-2=53mm。 5段:查表5-1选为d5=d4+(3-4)c1=53mm。6段:此段装轴承,选用的轴承与右边的轴承一致,即d6=40mm。各轴段长度:轴长1考虑到联轴器轴孔长度为82mm,故L1=82-2=80mm轴长2由于所用螺栓为M12故查表得C1=18mm,C2=16mm=8mm查P125表12-4得 B=17mmK2为螺钉的必要距离,取为K2=40mm由P35
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