一級(jí)齒輪減速器課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、 . . . 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目含有單級(jí)圓柱齒輪減速器與傳動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)專 業(yè)機(jī)電一體化班 級(jí)機(jī)電一體化1036班 設(shè) 計(jì) 人 王德 完成日期2011-4-28 設(shè)計(jì)要求：含有單級(jí)圓柱齒輪減速器與帶傳動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)輸帶工作拉力F= 1150 N運(yùn)輸帶工作速度 v = 1.2 m/s卷筒直徑 D= 260 mm工作條件：兩班制工作，常溫下連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，空載起動(dòng)，載荷平穩(wěn)，室工作，環(huán)境有輕度粉塵，每年工作300天，減速器設(shè)計(jì)壽命8 年，電壓為三相交流電（220V/380V）.目 錄一、 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算4二、 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 6三、 齒輪的設(shè)計(jì) 8四、 軸的設(shè)計(jì) 12五、 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1

2、8六、 軸承的選擇與計(jì)算19七、 鍵連接的選擇和校核23八、 聯(lián)軸器的選擇 24九、 箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24十、 潤(rùn)滑密封設(shè)計(jì)26一運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算1電動(dòng)機(jī)的選型1）電動(dòng)機(jī)類型的選擇按工作要求選擇Y系列三相異步電機(jī)，電壓為380V。2）電動(dòng)機(jī)功率的選擇滾筒轉(zhuǎn)速：負(fù)載功率:電動(dòng)機(jī)所需的功率為：（其中：為電動(dòng)機(jī)功率，為負(fù)載功率，為總效率。）為了計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需功率，先確定從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)只見得總效率，設(shè)、分別為V帶傳動(dòng)、閉式齒輪傳動(dòng)（齒輪精度為8級(jí)）、滾動(dòng)軸承和聯(lián)軸器的效率查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表2-2得 =0.95 =0.97 =0.99 =0.99折算到電動(dòng)機(jī)的功率為:選取額定功率為2.2KW3）電動(dòng)機(jī)

3、轉(zhuǎn)速的選擇選擇常用的同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min和1000 r/min。4）電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速總傳動(dòng)比軸外伸軸徑軸外伸長(zhǎng)度Y100L2-42.2KW1500r/min1420r/min16.1228mm60mmY132S-62.2KW1000r/min940r/min10.6738mm80mm為了合理分配傳動(dòng)比，使機(jī)構(gòu)緊湊，選用電動(dòng)機(jī)Y122M-62計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比(1)總傳動(dòng)比: （2）選擇帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比（3）齒輪的傳動(dòng)比3計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)：（1）計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速:I軸轉(zhuǎn)速：（2）各軸的輸入功率I軸上齒輪的輸入功率:II軸輸入功率

4、：III軸輸入功率：（3）各軸的轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)如下表軸號(hào)轉(zhuǎn)速n/(r/min)輸入功率P（kW）轉(zhuǎn)矩T（）傳動(dòng)比i電動(dòng)機(jī)軸9401.3828.4313軸313.31.29881.0263.56軸881.246296.4261軸881.222290.627二帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)1.確定計(jì)算功率查課本表7-9得：,式中為工作情況系數(shù)， 為傳遞的額定功率,即電機(jī)的額定功率.2.選擇帶型號(hào)根據(jù)，,查課本圖7-10選用帶型為A型帶3.選取帶輪基準(zhǔn)直徑1）初選小帶輪基準(zhǔn)直徑 查課本表7-10取小帶輪基準(zhǔn)直徑2）驗(yàn)算帶速v在525m/s圍，故V帶合適3）計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑查課本表7-10后取4

5、.確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度根據(jù)課本式例1中的列出 ，初步選取中心距所以帶長(zhǎng),=查課本表7-11選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度得實(shí)際中心距由式得中心距地變化圍為413-432mm5.驗(yàn)算小帶輪包角，包角合適。6.確定v帶根數(shù)z1）計(jì)算單根V帶額定功率由和查課本表7-3，7-8得轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比,查課本7-3，7-8得查課本表,7-11得查課本表7-12,并由插值法得=0.9462）帶的根數(shù)故選Z=3根帶。7.計(jì)算初拉力由7-1得q=0.1kg/m，單根普通帶緊后的初拉力為8.計(jì)算作用在軸上的壓軸力9.V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（表7-2）（1）B=（Z-1）e+2f=（3-1）×16+2×10=52mm、

6、小帶輪的設(shè)計(jì)采用材料HT150鑄鐵da1=118mm3d，d為電機(jī)軸的直徑d=38mm， 且300mm，故采用腹板式。腹板上不開孔。a)、部分結(jié)構(gòu)尺寸確定表7-2和圖7-5：d1=1.8d=1.8×38=69mmL=1.8d=1.8×38=69mm、大帶輪的設(shè)計(jì)表7-2和圖7-5由于 D2=300mm， 故采用孔板式。a）、有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸如下7-2和圖7-5：d=38mm; 第I軸直徑d1=1.8×38=69mmL=1.8d=38×1.8=69mm三.齒輪的設(shè)計(jì)1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料與齒數(shù)p73的例5-2（1）根據(jù)傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。

7、（2）運(yùn)輸機(jī)為一般工作狀態(tài)的機(jī)器，轉(zhuǎn)速不高，故齒輪選擇8級(jí)精度。（3）材料選擇根據(jù)課本表10-1：小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度280HBS大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）HB2=240大小齒輪齒面的硬度差為280240=40，是合理的。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中較硬的小齒輪齒面對(duì)較軟的大齒輪齒面，會(huì)起較明顯的冷作硬化效應(yīng)，提高了大齒輪齒面的疲勞極限，從而延長(zhǎng)了齒輪的使用壽命。（4）選小齒輪的齒數(shù)Z1=23；則大齒輪齒數(shù)Z2= Z1=3.81×23=87.6，去Z2=82、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由由設(shè)計(jì)公式（10-9a）進(jìn)行試算，即（1）確定公式的各計(jì)算數(shù)據(jù)1)、試選Kt=1.3；2)、；3)、由課

8、本表10-7選取d=1；4)、由課本表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8 5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限6）由課本式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)7）由課本圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KNH1=0.90，KNH2=0.958）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力去失效概率1%，安全系數(shù)S=1，由課本式（10-12）得（2）計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑d1t2)、計(jì)算圓周速度V=0.989m/s3)、計(jì)算齒寬4）計(jì)算齒寬和齒高的比模數(shù)齒高h(yuǎn)=2.25=5.898mm=60.287/5.898=10.225)計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v=1.01m/s，8級(jí)精

9、度，由課本圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.10直齒輪由課本表10-2查得使用系數(shù)由課本表10-4用插值法查得8級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)由，查得故載荷系數(shù)6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得7）計(jì)算模數(shù)3、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由課本式（10-5）得彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式（1）確定公式的各個(gè)計(jì)算數(shù)值1）由課本圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限2）由課本圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù), 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由課本式（10-12）得4)計(jì)算載荷系數(shù)K5)查取齒形系數(shù)由表10-5查得 ，6）查取應(yīng)力校正系數(shù)

10、由表10-5查得 ,7)計(jì)算大、小齒輪的大齒輪的數(shù)值大（2）設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模式m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大少主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑（即模數(shù)）與齒輪的乘積有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.90并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm，按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算分度圓直徑=63.007mm，算出小齒輪齒數(shù)，取=32大齒輪齒數(shù)：這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4.幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑（2）計(jì)算中心距（3）計(jì)算齒寬取，名

11、稱符號(hào)公式齒1齒2齒數(shù)32122分度圓直徑64228齒頂高22齒根高2.52.5齒頂圓直徑68232齒根圓直徑59224中心距154齒寬7065四軸的設(shè)計(jì)（一）軸的設(shè)計(jì)1.軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩2.作用在齒輪上的力圓周力徑向力3.初定軸的最小直徑先按課本式（15-2）初步估計(jì)軸的最少直徑。材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)課本表15-3，取輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，故先選聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查課本表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩的變化很小，故=1.3,，則：選擇彈性柱銷聯(lián)軸器,型號(hào)為:HL3型聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為:半聯(lián)軸器的孔徑:,故取:. 半聯(lián)軸器長(zhǎng)度,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為:

12、.4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)軸上零件的定位,固定和裝配單級(jí)減速器中可以將齒輪安排在箱體中央,相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布.齒輪左面由套筒定位,右面由軸肩定位,聯(lián)接以平鍵作為過渡配合固定,兩軸承均以軸肩定位.(2)確定軸各段直徑和長(zhǎng)度<1>為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求,軸段右端需制出一軸肩,故取段的直徑,左端用軸端擋圈定位,查手冊(cè)表按軸端去擋圈直徑,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度:,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故段的長(zhǎng)度應(yīng)比略短,取:.<2>初步選擇滾動(dòng)軸承,因軸承只受有徑向力的作用 ,故選用深溝球軸承,參照工作要求并根據(jù):.由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-5，選取6

13、209型軸承,尺寸:，軸肩故，左端滾動(dòng)軸承采用套筒進(jìn)行軸向定位,右端滾動(dòng)軸承采用軸肩定位.取=53mm<3>取安裝齒輪處軸段的直徑：，齒輪左端與左軸承之間采用套筒定位,已知齒輪輪轂的寬度為,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪,此軸段應(yīng)略短與輪轂寬度,故?。?齒輪右端采用軸肩定位,軸肩高度,取,則軸環(huán)處的直徑：，軸環(huán)寬度：,取。 <4>軸承端蓋的總寬度為：,取：.<5>取齒輪距箱體壁距離為:，s=8mm,T=19mm,由于這是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，算出.至此,已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度.(3)軸上零件的周向定位齒輪,半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接1）齒輪與軸的連接按查

14、課本表6-1,得:平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長(zhǎng)為:.為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性,故選擇齒輪輪轂與軸的配合為;2）半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接, 查課本表6-1，選用平鍵為:,半聯(lián)軸器與軸的配合為: .滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為:.(4)確定軸上圓角和倒角尺寸參照課本表15-2,取軸端倒角為:,處圓角取R2，各軸肩處圓角半徑取(5)求軸上的載荷在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),深溝球軸承的作用點(diǎn)在對(duì)稱中心處，作為簡(jiǎn)支梁的軸的支撐跨距,據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖,扭矩圖和計(jì)算彎矩圖,可看出截面處計(jì)算彎矩最大 ,是軸的危險(xiǎn)截面.(6)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度.&

15、lt;1>作用在齒輪上的力切向力徑向力<2>求作用于軸上的支反力水平面支反力:垂直面支反力: <3>作出彎矩圖分別計(jì)算水平面和垂直面各力產(chǎn)生的彎矩.計(jì)算總彎矩:<4>作出扭矩圖:.<5>作出計(jì)算彎矩圖:,<6>校核軸的強(qiáng)度對(duì)軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面的強(qiáng)度進(jìn)行校核.危險(xiǎn)截面在A的左側(cè)。, 由表15-1查得，因此，故安全。（二）軸的設(shè)計(jì)1.軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩2.作用在齒輪上的力切向力徑向力3.初定軸的最小直徑先按課本式（15-2）初步估計(jì)軸的最少直徑。材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)課本表15-3，取輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪

16、處軸的直徑，=38mm 電動(dòng)機(jī)軸外伸80mm，配合輪轂長(zhǎng)度69mm4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)軸上零件的定位,固定和裝配單級(jí)減速器中可以將齒輪安排在箱體中央,相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布.齒輪右面由套筒定位,左面由軸肩定位,聯(lián)接以平鍵作為過渡配合固定,兩軸承均以軸肩定位.(2)確定軸各段直徑和長(zhǎng)度<1>為了滿足帶輪的軸向定位要求, 軸段左端需制出一軸肩,故取段的直徑,左端用軸端擋圈定位,查手冊(cè)表按軸端去擋圈直徑,帶輪與軸配合的轂孔長(zhǎng)度:,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故段的長(zhǎng)度應(yīng)比略短,取:.<2>初步選擇滾動(dòng)軸承,因軸承只受有徑向力的作用 ,故選用深溝球軸承,

17、參照工作要求并根據(jù): .由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-5，選取6209型軸承,尺寸:，軸肩故，左端滾動(dòng)軸承采用縐件進(jìn)行軸向定位,右端滾動(dòng)軸承采用套筒定位.取=58mm。<3>取安裝齒輪處軸段的直徑：，齒輪右端與右軸承之間采用套筒定位,已知齒輪輪轂的寬度為,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪,此軸段應(yīng)略短與輪轂寬度,故取：,齒輪右端采用軸肩定位,軸肩高度,取,則軸環(huán)處的直徑：，軸環(huán)寬度：,取。 <4>軸承端蓋的總寬度為：,根據(jù)對(duì)稱結(jié)構(gòu)：.至此,已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度.(3)軸上零件的周向定位齒輪,帶輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接1）齒輪與軸的連接按查課本表6-1,得:平鍵截

18、面,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長(zhǎng)為:.為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性,故選擇齒輪輪轂與軸的配合為;2）帶輪與軸的聯(lián)接 查課本表6-1，選用平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長(zhǎng)為:.帶輪與軸的配合為: .3）滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為:.(4)確定軸上圓角和倒角尺寸參照課本表15-2,取軸端倒角為:,處、處取圓角半徑R2，其余各軸肩處圓角半徑取五、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、小齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)齒根圓到鍵槽頂部e2mt時(shí)，宜將齒輪做成齒輪軸， e4mm由于第一軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中小齒輪處的軸d=55,而小齒輪的齒根圓顯然e2mt故需做成齒輪軸。2、對(duì)于大齒輪：當(dāng)da500mm時(shí)，采

19、用腹板式結(jié)構(gòu)。有關(guān)參數(shù)：,d為軸安裝大齒輪處的軸徑。D1=mm ，取C=16mmr=5mm。高速級(jí)大齒輪結(jié)構(gòu)圖如下：六. 軸承的選擇與計(jì)算1.軸承的選擇：軸承1：深溝球軸承6209軸承2：深溝球軸承62102.校核軸承：1）校核深溝球軸承6210，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-5得：由課本表13-6，取由于軸承只受徑向力作用對(duì)于球軸承，按每年300個(gè)工作日，每天兩班制，壽命為35年，所以合適2）校核深溝球軸承6209，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-5得：由課本表13-6，取由于軸承只受徑向力作用對(duì)于球軸承，按每年300個(gè)工作日，每天兩班制，壽命為345年，所以合適七、鍵連接的選擇和校核1.選擇鍵聯(lián)接的類型一般8級(jí)以上精度的尺寸的齒輪有定心精度要求，應(yīng)用平鍵.鍵的材料為鋼，2.軸與帶輪相聯(lián)處鍵的校核鍵A：,單鍵由課本式（6-1）得故滿足要求3.軸與帶