机械设计基础课程设计任务书 q|}%6ztv-
;;zQV D )X
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 Sl!#!FGI
,Y\`n7Ww
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) 7^2
pr) `7VuKp
目 录 KS3>c7
9[5qN!P;y
一 课程设计书 2 1[g -f,
I+VL~'VlS
二 设计要求 2 @5rl;C
+'ZJ]
三 设计步骤 2 `Pcbc\"*y
T{"[Ih3Mbl
1. 传动装置总体设计方案 3 e` QniTkT
2. 电动机的选择 4 p";5J+?(
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 hp$/O4fD
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 Nf!g1D"U
5. 设计V带和带轮 6 EDA%qNd]j
6. 齿轮的设计 8 <?&Y_
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 0{q>'dv
8. 键联接设计 26 R_7[7/a
9. 箱体结构的设计 27 3bd(.he2u
10.润滑密封设计 30 RnaxRnXVR
11.联轴器设计 30 9Ev<t\B
"?X,);5S
四 设计小结 31 Q:5^K
五 参考资料 32 p|gzU$FWbk
){I0
一. 课程设计书 H:k?#7D(
设计课题: %6%~`((4
设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,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8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V yd|ro G/
表一: =<;C5kSD
题号 pK|~G."6e
IrMUw$
参数 1 s;ivoGe}
运输带工作拉力(kN) 1.5 fFNscY<4w
运输带工作速度(m/s) 1.1 4x)etH^o
卷筒直径(mm) 200 p=jpk@RX
}mYxI^n
二. 设计要求 ixY[ HDPq
1.减速器装配图一张(A1)。 ]J(BaX4
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 E^`-:L(_
3.设计说明书一份。 4F`&W*x
V"Sa9P{y"
三. 设计步骤 w:VD[\h
1. 传动装置总体设计方案 gr^TL1(
2. 电动机的选择 j6: jN-z
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 !\}X?Gf
4. 计算传动装置的运动和动力参数 MtD0e@
5. “V”带轮的材料和结构 VrIR!9%:
6. 齿轮的设计 K0usBA
7. 滚动轴承和传动轴的设计 @dyh:2!
8、校核轴的疲劳强度 KPrH1 [VU
9. 键联接设计 WbWEgd%8.
10. 箱体结构设计 WqJrDj~
11. 润滑密封设计 4~K%,K+Du
12. 联轴器设计 W5Uw=!LdEY
FX1H2N(
1.传动装置总体设计方案: ;I/ A8<C
W>j@E|m$
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 sxn{uRF
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, KjNA PfL
要求轴有较大的刚度。 vk4Q2P
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。 G`Df'Yy
其传动方案如下: |[Rlg`TQ;*
ZYS]Et[Q
图一:(传动装置总体设计图) 9Wv}g"KY0
f}t8V% ^E
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 &\y`9QpVF
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 -.OZ
传动装置的总效率 CUN1.i<pk8
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; d.0K~M
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, f.Y [2b
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, 4:9N]1JCb
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 ntntB{t
E1`TQA
2.电动机的选择 #:NY9.\o
#,9s\T
电动机所需工作功率为: P=P/η=2300×1.1/0.835=3.03kW, 执行机构的曲柄转速为n==105r/min, ^D76_'{
经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, EO`eg]
则总传动比合理范围为i=6~24,电动机转速的可选范围为n=i×n=(6~24)×105=630~2520r/min。 b]gVZ-
[jv+Of
IZ
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, O.DO,]Uh
ALQ-aXJ
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 tv_&PIu]L
@'9m()%-]g
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 2FcNzAaV
,M9e *
63i&<
方案 电动机型号 额定功率 V}Ee1C
P #g/m^8n?s
kw 电动机转速 @T Ha [|(S
电动机重量 .JOZ2QWm<
N 参考价格 $XI.`L *g
元 传动装置的传动比 9:*[Q"v
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 _= cU2
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 nMK$&h,{
>6R3KJe
中心高 uBl&{$<
外型尺寸 & 'CUc/,
L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸D×E 装键部位尺寸F×GD guG&3{&\s
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 >=4('
I^n DO\m <
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 :(\JY?+w
O0FUJGuTS
(1) 总传动比 K3Bw3j 9
由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 d%UzQ*s
(2) 分配传动装置传动比 (:I]v_qEYS
=× !S%0#d2
式中分别为带传动和减速器的传动比。 zW\s{
为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 Y1ks'=c>
4.计算传动装置的运动和动力参数 `^] D;RfE
(1) 各轴转速 S@'%dN6e
==1440/2.3=626.09r/min !B92W
==626.09/5.96=105.05r/min i),bAU!+m
(2) 各轴输入功率 \%7fm#z6
=×=3.05×0.96=2.93kW O}w%$ mq
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW ):_@i
则各轴的输出功率: RRXp9{x`
=×0.98=2.989kW 14"+ctq
=×0.98=2.929kW $}AbR:z
各轴输入转矩 1BEs> Sm
=×× N·m J?dLI_{<
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· e=l:!E10
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m l2kGFgc
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m ~8yh,U
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m u>]3?ty`
=×0.98=242.86N·m tS>^x
运动和动力参数结果如下表 1yZA_x15:
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min ="5D}%
输入 输出 输入 输出 xr{Ym99E$
电动机轴 3.03 20.23 1440 $C sE[+k1
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 F}7sb#G
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 NYr)=&)Ke.
0QT:@v2R
5、“V”带轮的材料和结构 >[Wjzg
确定V带的截型 B;?)X&n|X
工况系数 由表6-4 KA=1.2 .$H"j>
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 |g.CS$'#Nt
V带截型 由图6-13 B型 vJaWHC$q
+ZwoA_k{
确定V带轮的直径 l=b!O
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm K2yu}F ^}
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s P1Z"}Qw
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm @ ?M\[qeF@
2QRO$NieV
确定中心距及V带基准长度 |?#JCG
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 J_h.7V
360<a<1030
oX8EY l
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm TIxOMY y
+8C}%6aX
初定V带基准长度 t^KQ*8clG
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm e.skE>&
W} i6{Vh
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm 0cE9O9kE
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm >x JzV
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 uE41"?GS
u\Ylo.)b
确定V带的根数 g{Al:}u>
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw B=r DU$z
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 aTTkj\4
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 2t9UJu4
带长修正系数 由表6-2 KL=1 w8w0:@0(
5, ,~k=
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 S)rr
Bd <0}
取Z=2 ?W{+[OXs
V带齿轮各设计参数附表 jel:oy|_
m~5 unB9
各传动比 Ba@~:
Vf&U`K
V带 齿轮 tg@61V?>
2.3 5.96 *:@KpYWx"
o 2Nu@^+
2. 各轴转速n :31_WJ^
(r/min) (r/min) JI[8n$pr]
626.09 105.05 !i) !|9e
*,4rYb7I w
3. 各轴输入功率 P |E7J5ha
(kw) (kw) =S`h/fru
2.93 2.71 "D
_r</b
h(HpeN%`#
4. 各轴输入转矩 T /"8e,
(kN·m) (kN·m) dGYR
'x
43.77 242.86 M5ZH6X@5
5[jcw`
5. 带轮主要参数 Dj(PH3^
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) /=S@3?cQAB
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 Gu*y7I8
带的根数z
22ON=NN
160 368 708 2232 B 2 +PjTT6
e'.BTt58Y
6.齿轮的设计 94+^K=lAX
;[}OZt
(一)齿轮传动的设计计算 V|MHDMD=
F<,pAxl~@
齿轮材料,热处理及精度 Xe%J{
考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 #{}?=/nJ~-
(1) 齿轮材料及热处理
K<e
#y!
① 材料:高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24 v1,#7sAW'
高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=i×Z=5.96×24=143.04 取Z=144 ]&%KU)i?
② 齿轮精度 -lhIL}mGf
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 '#f<wfn
S&`6pN
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 X[o+Y@bc
按齿面接触强度设计 <R]m(
w0_P9g:
确定各参数的值: SA +d4P_T
①试选=1.6 e,xL~P{|
选取区域系数 Z=2.433 <a"(B*bBd
-wXeue},>
则 .7.lr[$g
②计算应力值环数 YGo?%.X
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) &s+l/;3
=1.4425×10h ']1n?K=A
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) P\j\p
=
③查得:K=0.93 K=0.96 UH!(`Z\C
④齿轮的疲劳强度极限 r@4A%ql<
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: y|6n:<o
[]==0.93×550=511.5 XGB\rfvS
&>zH.6%$
[]==0.96×450=432 NfvPE ]S
许用接触应力 *6/IO&y1a
\jiE:Qt
⑤查课本表3-5得: =189.8MP Y"mFUW4
=1 efXnF*Z
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 )q=F_:$
=4.47×10N.m $X#y9<bW
3.设计计算 *]]Zpa6
①小齿轮的分度圆直径d spV7\Gs.@
j L|6i-?!
=46.42 l(Rn=?
②计算圆周速度 9lb?%UFe
1.52 /3ohm|!rW
③计算齿宽b和模数 -!PJHCLd
计算齿宽b e=0]8l>\V
b==46.42mm [./FzlA s
计算摸数m Y:!L
初选螺旋角=14 XQy`5iv
= <+k&8^:bi
④计算齿宽与高之比 i1B!oZ3q
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 f7x2"&?vg
=46.42/4.5 =10.32 7_I83$p'
⑤计算纵向重合度 7 9tE
=0.318=1.903 w5%Yi{
⑥计算载荷系数K WQ9e~D"
使用系数=1 `dZ|Ko%k
根据,7级精度, 查课本得 [|Qzx w9
动载系数K=1.07, wo@ T@Ve~
查课本K的计算公式: Pu3oQDldV
K= +0.23×10×b %hVR|K|J
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 &*v\t\]
查课本得: K=1.35 :A zT=^S
查课本得: K==1.2 VRd7H.f,A6
故载荷系数: ~7 i{~<?
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 GKt."[seV
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 %>m.Z#R(
d=d=50.64 f!'i5I]
⑧计算模数 q/ljH_-
= J'%i?cuV
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 ?\o~P
由弯曲强度的设计公式 KqFI2@v
≥ U ]<l-~|
qfDG.Zee#
⑴ 确定公式内各计算数值 o Xm
!
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m { M**a
确定齿数z &r1(1<
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 b >D
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 fmW{c mr|
Δi=0.032%5%,允许 3x[Cpg,
② 计算当量齿数 I8bM-k):9R
z=z/cos=24/ cos14=26.27 xgk~%X%K
z=z/cos=144/ cos14=158 /*#o1W?wQZ
③ 初选齿宽系数 +M-tYE
5n
按对称布置,由表查得=1 {'IO
④ 初选螺旋角 g{'f%bkG
初定螺旋角 =14 tj13!Cc}e`
⑤ 载荷系数K Xz^nm\
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 .a@12J(I
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y MltO.K!
查得: RcYUO*
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 ]rv\sD`[
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 e0`z~z]6&
$lxpwO
⑦ 重合度系数Y `]KX`xGK
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 z.8/[)
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 ~q ^o|?
=14.07609 \;&;K'
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 =|?`5!A
⑧ 螺旋角系数Y CTNL->
轴向重合度 =1.675, &s".hP6
Y=1-=0.82 7"(Zpu
cfIC(d
⑨ 计算大小齿轮的 5 bI:xL}
安全系数由表查得S=1.25 *)E${\1' <
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 g#$ C8k
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 {[!<yUJ`S#
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 ^C'S-2nGH
查课本得到弯曲疲劳强度极限 v5M4Rs&t
小齿轮 大齿轮 lx|Aw@C3~
J+P<zC
查课本得弯曲疲劳寿命系数: =o9s?vOJ
K=0.86 K=0.93 I-R7+o
!8G)`'
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 uyYV_Q0~;
[]= JR]2Ray
[]= =>
(g_\
e4z~
FSM M
大齿轮的数值大.选用. `H! (hMMV
<odi>!ViH
⑵ 设计计算 FOG{dio
计算模数 T1d@=&0"
)V1xL_hx/
)k(K/m
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: 9Vt
^q%DC
3RtVFDIZA"
z==24.57 取z=25 Xe_ <]|
.)
Ej#mk
那么z=5.96×25=149 $4{sPHi)I
Ic0Sb7c
② 几何尺寸计算 %tVU Rj
计算中心距 a===147.2 +
+L7*1t
将中心距圆整为110 |?88EG@05
76w[X=Fv
按圆整后的中心距修正螺旋角 Tksv7*5$
2_wpj;E
=arccos <W0(!<U
x Q"uC!Gu4
因值改变不多,故参数,,等不必修正. l!,tssQ
M+&~sX*a
计算大.小齿轮的分度圆直径 a[K&;)
:tZsSK
d==42.4 %r[`HF>
>>{):r
Z
d==252.5 X;!*D
g@'XmT="_
计算齿轮宽度 *O$|,EsY
jemb/:E
B= QP'sS*saJ
A$wC!P|;
圆整的 AW r2Bv
#2^0z`-\_z
大齿轮如上图: p7YYAh@x\
}n&nuaj
ya2sS9^T[
.JKH=?~\
7.传动轴承和传动轴的设计 JzEg`Sn^
XNa{_3v
1. 传动轴承的设计 F$8:9eL,T
iM8Cw/DS
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 ;!HQ!#B
P1=2.93KW n1=626.9r/min 8U@f/P
T1=43.77kn.m ]+e
zg(C}
⑵. 求作用在齿轮上的力 gxO~44"
已知小齿轮的分度圆直径为 {gzQ/|}#z-
d1=42.4 '
wl})
而 F= %i\rw*f
F= F M
%,\2!$
bVcJ/+Yx|
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N uRy}HLZ"
a?W5~?\9
'_?Z{|
+j: &_
⑶. 初步确定轴的最小直径 :0@0muo
先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 Sv#MlS>
c7+6[y DVE
xtGit}
Nd( I RsH(
从动轴的设计 IS8 sJ6")
Vn_&q6Pa
求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, -+){ ;,
P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M uV gA <*0
⑵. 求作用在齿轮上的力 \L>XF'o
已知大齿轮的分度圆直径为 CY?J$sN
d2=252.5 vs8[352
而 F= -Jd7
F= F /'8%=$2Kw
6`2i'flv
F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N OX.5olb
J-+mdA
X#T|.mCdC
Jm ,:6T
⑶. 初步确定轴的最小直径 `u3kP
先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 ,%Z&*/*Oh
X(Af`KOg[
输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径d,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号 y={ k7
查表,选取 f IV"U
UZ/LR
因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 G!`%.tH
选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径 HCr}|DxyK
O4`.ohAZ
⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 6\l F
为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,轴段右端需要制出一轴肩,故取直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径半联轴器与 。 pej-W/R&
Eet/l]e#a
初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列角接触球轴承7010C型. ();Z,A
:&5u)
D B 轴承代号 e|C2/U-
45 85 19 58.8 73.2 7209AC )T '?"guh`
45 85 19 60.5 70.2 7209B >? o5AdZ
50 80 16 59.2 70.9 7010C X,@nD@
50 80 16 59.2 70.9 7010AC At>e4t2@
&5jc
&CS
u9:sj
2KXFXR
4qDa:D"5
对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 fBTNI`#
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.查得7010C型轴承定位轴肩高度mm, <O)
if^
③ 取安装齿轮处的轴段d=58mm;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮的宽度为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取L=72. 齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高3.5,d=65.轴环宽度,取b=8mm. E_&;.hw
W' Y<iA
④ 轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 ,故取l=50.
$o9^b
Z
⑤ 取齿轮距箱体内壁之距离a=16,两圆柱齿轮间的距离c=20.考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离 s,取s=8,已知滚动轴承宽度T=16, N]8/l:@
高速齿轮轮毂长L=50,则 tM@%EO
y=8KNseW|
L=16+16+16+8+8=64 mr[ 1F]G
至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. Bph(\=
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5. 求轴上的载荷 Z3zD4-p$_
首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时, 3I'7+?@@l
查表对于7010C型的角接触球轴承,a=16.7mm,因此,做为简支梁的轴的支承跨距. _0 [s]
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传动轴总体设计结构图: R8.@5g_
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(主动轴) t`6~ud>
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从动轴的载荷分析图: M;g"rpM
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6. 校核轴的强度 L$Xkx03lz>
根据 Ng&K5