單級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)

1、20機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目： 單級(jí)機(jī)圓柱齒輪減速器 機(jī)械電子工程系 系 08一體化 專業(yè) 2 班 設(shè) 計(jì) 者： 曹劉備 學(xué) 號(hào)： 080522043 指導(dǎo)老師： 馬樹(shù)煥 2010 年 6 月 19 日 目錄一、 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)二、 V帶設(shè)計(jì)三、 各齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算四、 軸的設(shè)計(jì)五、 校核六、 主要尺寸及數(shù)據(jù)七 、 設(shè)計(jì)小結(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置1已知條件：運(yùn)輸帶工作拉力 F = 3200 N。 運(yùn)輸帶工作速度 v= 2 m/s 滾筒直徑 D = 375 mm 工作情況 兩班制，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)。，室內(nèi)，工作，水分和灰度正常狀態(tài)，環(huán)境最高溫

2、度 35 。要求齒輪使用壽命十年 。一、 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)一、 傳動(dòng)方案 1） 外傳動(dòng)用v帶傳動(dòng)2） 減速器為單級(jí)圓柱齒輪齒輪減速器3） 方案如圖所示二、 該方案的優(yōu)缺點(diǎn)： 該工作機(jī)有輕微振動(dòng)，由于V帶有緩沖吸振能力，采用V帶傳動(dòng)能減小振動(dòng)帶來(lái)的影響，并且該工作機(jī)屬于小功率、載荷變化不大，可以采用V帶這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且價(jià)格便宜，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，大幅降低了成本。減速器部分單級(jí)漸開(kāi)線圓柱齒輪減速器。軸承相對(duì)于齒輪對(duì)稱，要求軸具有較大的剛度。原動(dòng)機(jī)部分為Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。 總體來(lái)講，該傳動(dòng)方案滿足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠，此外還結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、成本低傳動(dòng)效率高。計(jì)算與說(shuō)明

3、（一）電機(jī)的選擇 工作機(jī)所需要的功率 Pw =F×v=6400w =6.4 kw 傳動(dòng)裝置總效率：總=帶輪×齒輪×軸承×軸承×聯(lián)軸器=0.95×0.97×0.99×0.99×0.99=0.89 電機(jī)輸出功率 P =Pw/總= 7.11 kw 所以取電機(jī)功率P =7.5kw 技術(shù)數(shù)據(jù)： 額定功率 7.5 kw 滿載轉(zhuǎn)速 970 R/min 額定轉(zhuǎn)矩 2.0 nm 最大轉(zhuǎn)矩 2.0 nm選用Y160 M-6型 外形查表19-2（課程設(shè)計(jì)書P174）A:254 B:210 C:108 D:42 E:110 F:

4、12 G:37 H:160 K:15 AB:330 AC:32 AD:255 HD:385 BB:270 L:600二、 V 帶設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比 定 V帶傳動(dòng)比i1=3.2 定 齒輪傳動(dòng)比i2=3外傳動(dòng)帶選為V帶由表12-3（P216）查得Ka=1.2 Pca=Ka×P = 1.1×7.5=9KW所以 選用B型V帶 設(shè)小輪直徑d1=125 d1/2H 大帶輪直徑 d2=i1×d1=3.2×125=439.6 所以取d2=400 所以 i1=d2/d1=3.2 所以大帶輪轉(zhuǎn)速n2=n1/i1=303(R/min) 確定中心距a和帶長(zhǎng)L0 0.7（d1+d2）a

5、2（d1+d2） 367.5a1050 所以初選中心距 a0=500 =1861查表12-2（P210）得L0 =2000中心距 中心距調(diào)整范圍 amax =a+0.03ld=629.5 amin =a0.015ld=539.5小帶輪包角 確定V帶根數(shù)Z 參考12-27 取P0=1.32KW由表12-10 查得P0=0.11Kw由查表得12-5 查得包角系數(shù)K0.96 由表12-2(P210)查得長(zhǎng)度系數(shù)KL=1.06計(jì)算V帶根數(shù)Z，由式（5-28機(jī)設(shè)）取Z=5根計(jì)算單根V帶初拉力F0，由式（12-22）機(jī)設(shè)。 由式12-22（機(jī)設(shè)）q=0.19計(jì)算對(duì)軸的壓力FQ，由式（12-23機(jī)設(shè)）得小帶

6、輪基準(zhǔn)直徑d1=125 mm采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。大帶輪基準(zhǔn)直徑 d2= 400 mm，采用孔板式結(jié)構(gòu)。三、 各齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1齒輪的材料，精度和齒數(shù)選擇，因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按表7-1選取，都采用45號(hào)鋼，鍛選項(xiàng)毛坯，大齒輪、正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。齒輪精度用8級(jí)，輪齒表面精糙度為Ra1.6，軟齒面閉式傳動(dòng)，失效形式為占蝕，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取Z1=31 ，則Z2=31×3=93 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，按齒根疲勞強(qiáng)度校核。運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速（R/min） n1= nm /i1=970/3.2=303 R/min n2= n1/i2=

7、303/3=101 R/min 計(jì)算各軸的功率（KW） P1=P×帶輪=7.125KW P2=P1×軸承×齒輪=6.84KW傳遞扭矩（N·mm） T1 = 9.55××P1/n1= 9.55××7.125/303= 2.2×載荷系數(shù)k 由表（10-4機(jī)設(shè)） 因載荷平穩(wěn)取k=1.1齒寬系數(shù)a 輕型減速器 a=0.3許用接觸應(yīng)力H 由圖10-26（c）Hlim1=600MPa Hlim2=560MPa取較小值代入安全系數(shù)由表（10-5課設(shè)）查的SH=1H1= Hlim1/SH=600 MPa H1 = Hli

8、m1/SH=560 MPa按齒面解除疲勞強(qiáng)度計(jì)算式（10-25機(jī)設(shè)） a=(u+1) ×確定齒輪參數(shù)及重要尺寸圓整中心距 取a=180mm 模數(shù) m=2a/(z1+z2)=2.9 由表（10-1課設(shè)） 取m=3 齒輪分度圓直徑d1 =mz1 =93mm d2= mz2=279mm校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度確定有關(guān)參數(shù)由上可知 K=1.1 T1=225N.mb=a×a=0.3×180=54圓整后取 b1=55 b2=60許用彎曲應(yīng)力 F由圖10-24（c）得Flim1 =210MPa Flim2=180MPa安全系數(shù)由表10-5 取 SF=1.3F1= Flim1 /SF

9、=161.5MPa F2= Flim2 /SF=138.5MPa 由圖10-23得 YF1=2.65 YF2=2.2F1=2KT1YF1/bm2z=83.6F1 F2=F1/F1=69.4F2計(jì)算齒輪的圓周速度V V=n1d1/60×1000=1.9m/s V 6m/s 所以8級(jí)精度合適四、 軸的設(shè)計(jì)1選擇軸的材料及熱處理 由于減速器傳遞的功率不大，對(duì)其重量和尺寸也無(wú)特殊要求故選擇常用材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理。 由表16-1（機(jī)設(shè)）強(qiáng)度極限 b=650MPa 屈服極限 s=360MPa 彎曲疲勞極限-1= 300 MPa 由表 16-2（機(jī)設(shè)） 可知118 c 107 取c=118從動(dòng)軸

10、的設(shè)計(jì)1 按扭矩初估軸的直徑單級(jí)齒輪減速器的低速軸為轉(zhuǎn)軸，輸出端與聯(lián)軸器相接，從結(jié)構(gòu)要求考慮，輸出端軸徑應(yīng)最小，最小直徑為：d考慮鍵槽的影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取d=50mm2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮軸系中相配零件的尺寸以及軸上零件的固定方式。1）、聯(lián)軸器的選擇已知從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩T=650N.m 由表19-1（機(jī)設(shè)）查得運(yùn)輸機(jī)的工作情況系數(shù)KA=1.5 故 TC=KA×T=975 N·m 由表18-3（課設(shè)）選用彈性柱銷聯(lián)軸器，HL4 公稱扭矩為1250N.m 材料為鐵 許用轉(zhuǎn)速為2800r/min 允許軸孔直徑D取4056 滿足要求2）軸承選擇初選用621

11、2深溝球軸承技術(shù)數(shù)據(jù) 基本尺寸: d=60 D=110 B=22 安裝尺寸: da=69 Da=1013) 各軸段直徑的確定 （1） 用于安裝聯(lián)軸器 d1=50（2） 用于聯(lián)軸器的軸間定位 d2=55（3） 軸承的安裝 d3=60（4） 安裝齒輪 d4=65（5） 齒輪的軸肩定位 d5=80（6） 用于軸承的軸肩定位 d6=65（7） 安裝軸承 d7=604) 各軸段長(zhǎng)度的確定 （1）查表18-3(課設(shè))得 L1=84 （2）考慮軸承端蓋 L2=50 （3）考慮軸承取套筒為29 L3=53 （4）齒輪齒寬為55 L4=53 （5）軸肩 L5=10 （6）保持兩軸承對(duì)稱 L6=30 （7）考慮軸

12、承寬度 L7=665） 按彎曲復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 齒輪上作用力的計(jì)算 齒輪所受的轉(zhuǎn)矩：T=9.55×P/n=6. 5×N·mm=650N·m 齒輪作用力：圓周力：Ft=2T/d=4.68KN 徑向力：Fr=Fttan20º=1.7KN 齒輪分度圓直徑 d=279mm因?yàn)閮奢S承對(duì)稱，所以LA=74（1） 繪制剪力圖a (2)繪制垂直面彎矩圖b和水平面彎矩圖c 軸承支座反力 Fay=FBy=Fr/2=0.85KN FAz=FBz=2.34KN 由兩邊對(duì)稱知，截面C的玩具也對(duì)稱，截面C在垂直面最大彎矩為 Mc1=FAyL/2=62.9N.m截面C在水平面最

13、大彎矩為 Mc2=FAzL/2=173.1N.m(3)繪制復(fù)合彎矩圖d最大彎矩為Mc=N·m（4）繪制當(dāng)量彎矩圖eMec=N·m（5）繪制扭矩圖f T=650N.m (6)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度e=269/0.1d=9.6MPa<-1b所以該軸強(qiáng)度足夠。主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)1 按扭矩初估軸的直徑單級(jí)齒輪減速器的低速軸為轉(zhuǎn)軸，輸出端與聯(lián)軸器相接，從結(jié)構(gòu)要求考慮，輸出端軸徑應(yīng)最小，最小直徑為：dmm考慮鍵槽的影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取d=41mm2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮軸系中相配零件的尺寸以及軸上零件的固定方式， 1）軸承選擇初選用6209深溝球軸承技術(shù)數(shù)據(jù) 基

14、本尺寸 ： d=45 D=85 B=19 安裝尺寸 ： da=52 Da=782) 各軸段直徑的確定 （1） 軸承的安裝 d1=45（2） 安裝齒輪 d2=50（3） 齒輪的軸肩定位 d3=55（4） 用于軸承的軸肩定位 d4=60（5） 安裝軸承 d5=45（6） 帶輪的安裝,考慮軸承端蓋等因素 d6=41 3) 各軸段長(zhǎng)度的確定 （1）考慮軸承寬度，取套筒長(zhǎng)29mm L1=48 （2）齒寬為60mm L2=58 （3）定位軸肩 L3=10 （4）用于軸承軸肩定位 L4=30 （5）安裝軸承，考慮軸承寬度，取套筒長(zhǎng)29mm L5=66 （6）安裝帶輪，考慮軸承端蓋 L6=1204） 按彎曲復(fù)

15、合強(qiáng)度計(jì)算 齒輪上作用力的計(jì)算 齒輪所受的轉(zhuǎn)矩：T=9.55×106P/n=225N.m 齒輪作用力： 圓周力：Ft=2T/d=4.8KN 徑向力：Fr=Fttan20°=1.7KN 齒輪分度圓直徑 d=93mm因?yàn)閮奢S承對(duì)稱，所以LA=87(1)繪制剪力圖a(2)繪制垂直面彎矩圖b和水平面彎矩圖c 軸承支座反力 Fay=FBy=Fr/2=0.85KN FAz=FBz=2.4KN由兩邊對(duì)稱知，截面C的玩具也對(duì)稱，截面C在垂直面最大彎矩為 Mc1=FAyL/2=62.9N.m 截面C在水平面最大彎矩為 Mc2=FAzL/2=177.6N.m(3)繪制復(fù)合彎矩圖d最大彎矩為最大

16、彎矩為 (4)繪制當(dāng)量彎矩圖e（5）繪制扭矩圖f T=220N.m (6)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度e=269/0.1d=21.5MPa<-1b所以該軸強(qiáng)度足夠。五、 校核1 軸承的校核 1） 從動(dòng)軸上軸承的校核 (1)根據(jù)條件預(yù)計(jì)軸承壽命 LH=10×365×12=43800 h 由初選軸承型號(hào)為6212 查表得 d=60 D=110 B=22 徑向額定動(dòng)載荷C=31.5KN 基本靜載荷Co=27.8KN 極限轉(zhuǎn)速為7000r/min 已知 n=90r/min Cr=36.8KN 軸承支座反力FR1=FR2=1.3KN FS=0.63FR=0.77KN 查表18-11得

17、e=0.26 由于兩軸承對(duì)稱，所以 FA1=FA2=FS=1.3KN 取任意一端為壓緊端，現(xiàn)在取1端為壓緊端 FA1/FR1=0.62e FA2/FR2=0.62e 所以 X1=0.56 X2=0.56 ()計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P1、P2 P1=0.56×1.23+1×0.77=1.45 KN P2=0.56×1.23+1×0.77=1.45KN(3)計(jì)算軸承壽命LHP1=P2=1.45KN =3由表18-8（機(jī)設(shè)） 查得 ft=1由表18-9（機(jī)設(shè)） 查得 fF=1.2由式18-3（機(jī)設(shè)）Lh=106/60n(ftC/ fFF) =156107h 預(yù)期壽命足

18、夠，此軸承合格 2） 主動(dòng)軸上軸承的校核 (1)根據(jù)條件預(yù)計(jì)軸承壽命 LH=10×365×12=43800h 由初選軸承型號(hào)為6209 查表得 d=45 D=85 B=19 徑向額定動(dòng)載荷C=31.5KN 基本靜載荷Co=17.5KN 極限轉(zhuǎn)速為9000r/min 已知 n=303r/min Cr=24.5KN 軸承支座反力FR1=FR2=2.5KN FS=0.63FR=1.6KN 查表18-11得 e=0.26 由于兩軸承對(duì)稱，所以 FA1=FA2=FS=2.5KN 取任意一端為壓緊端，現(xiàn)在取1端為壓緊端 FA1/FR1=0.63>e FA2/FR2=0.63>

19、;e 所以 X1=0.56X2=0.56 ()計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P1、P2 P1=0.56×2.5+1×1.6=3KN P2=0.56×2.5+1×1.6=3KN(3)計(jì)算軸承壽命LHP1=P2=3KN =3由表18-8（機(jī)設(shè)） 查得 ft=1由表18-9（機(jī)設(shè)） 查得 fF=1.2由式18-3（機(jī)設(shè)） Lh=106/60n(ftC/ fFF) =81255h 預(yù)期壽命足夠，此軸承合格2鍵的校核： 鍵1 18×11 L=50 鍵2 16×10 L=50 鍵3 14×8 L=80 查表14-2（機(jī)設(shè)）得 p=120MPa 由p=4

20、T/dhLc 得 p1=4×6.5×/60×11×(50-18)=103<p p2=4×2.25×/53×10×(50-16)=49.9<p p3=4×2.25×/41×8×(50-12)=72.2<p所以鍵的強(qiáng)度足夠3 各部件的潤(rùn)滑 1）齒輪的潤(rùn)滑 因?yàn)辇X輪的圓周速度12m/s，所以采用浸油潤(rùn)滑方式，高速齒輪 浸入由約0.7個(gè)齒高，低速齒輪浸入1/6個(gè)齒輪 2）滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑因浸油潤(rùn)滑的傳動(dòng)部件的圓周速度>2m/s，所以采用飛濺潤(rùn)滑方式六、 主要尺寸及數(shù)據(jù)箱體尺寸底座壁厚 =0.25a+1=5.5 取=7.5箱蓋壁厚 1=0.08=14.4底座上部凸緣厚度 h0=1.5=11.25箱蓋凸緣厚度 h1=1.51=21.6_底座下部凸緣厚度 h2=2.25=16.9地腳螺栓直徑 df=M16地腳螺栓數(shù)目 n=6底座與箱蓋連接螺栓直徑 d1=M8軸承蓋螺栓直徑 d2=M8軸承座聯(lián)接螺栓直徑 d3=0.85df=M12螺栓間距 L=150定位鞘直徑 d=6地腳螺栓孔凸緣配置尺寸 c1=25 c