机械设计基础课程设计任务书 =c.5874A`
}_9,w;M$
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 NPa\Cg[
j=RRfFg)
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) e'%v1-&sP
Qn@Pd* DR
目 录 v=@TWEE
K<`osdp=&
一 课程设计书 2 :Qt
uo%P+om_}
二 设计要求 2 T;TA7{B
Z<[<n0o1
三 设计步骤 2 u$#Wv2| mk
TfYVw~p_ %
1. 传动装置总体设计方案 3 N["W Ir
2. 电动机的选择 4 `.jzuX
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 d\{>TdyF
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 ,l YE
5. 设计V带和带轮 6 Ysq'2
6. 齿轮的设计 8 `]Fx.)C#
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 &Mq~T_S
8. 键联接设计 26 #'D"
'B
9. 箱体结构的设计 27 ajR%c2G;
10.润滑密封设计 30 !* Ti}oIo&
11.联轴器设计 30 `*", <
. o7m!
四 设计小结 31 hI%bjuq
五 参考资料 32 (wIzat
,YTIC8qKr
一. 课程设计书 IN8>ZV`j)
设计课题: c\B|KhDk
设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V f`9
b*wV
表一: dI&!e#Y
题号 "Ve.cP,7(
61puqiGG^
参数 1 zJP6F.Ov!
运输带工作拉力(kN) 1.5 Y}#h5\
运输带工作速度(m/s) 1.1 ?0?
R
卷筒直径(mm) 200 wW>zgTG
|8mhp.7
二. 设计要求 Bjk]ZU0T
1.减速器装配图一张(A1)。 jK \T|vGJa
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 d\x7Zw>
3.设计说明书一份。 w0w G-R ?
d
;vT ~;
三. 设计步骤 W;bu2ym&Q
1. 传动装置总体设计方案 bM8If"
2. 电动机的选择
;};wq&b#
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 hX`}Q4(k
4. 计算传动装置的运动和动力参数 s!n<}C
5. “V”带轮的材料和结构 ,0x y\u
6. 齿轮的设计 3a.kBzus
7. 滚动轴承和传动轴的设计 GKN%Tv:D_
8、校核轴的疲劳强度 !x!07`+^u
9. 键联接设计 ^Ge+~o?x
10. 箱体结构设计 n6s}ww)
11. 润滑密封设计 r.4LU
12. 联轴器设计 m[j70jYe
aLIBD'z
1.传动装置总体设计方案: X]\ \,
': N51kC
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 sB;@>NY
2. 特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀, Yjx|9_|Xn
要求轴有较大的刚度。 ()~pY!)1/
3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 K~@Mg1R
其传动方案如下: <n]x#0p
h;6lK$!c
图一:(传动装置总体设计图) k0T?-iM
XC.%za8
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 u_ABt?'
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 *S/_i-ony
传动装置的总效率 [IK )
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; }Ho Qwy|&
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, R
{-5Etv
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, zN
[2YJ$
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 6/rFHY2q
H^YSJ6
2.电动机的选择 *Z|y'<s
xO-+i\ ZV
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, ~%YBI9$+
经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, D1__n6g[
则总传动比合理范围为i=6~24,电动机转速的可选范围为n=i×n=(6~24)×105=630~2520r/min。 &197P7&o
_q~=~nub
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比, {mAU3x
o7|eMe?<t
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 % LJs
5}`_x+$%(`
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 \hB5@e4i2
9uGrk^<t
=jN*P?
方案 电动机型号 额定功率 ;<leKcvhQ&
P o<N nV
kw 电动机转速 R~Ne|V2
电动机重量 l5"OIq
N 参考价格 Hla0 5N' 4
元 传动装置的传动比 y\a1iy
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 3D2E?$dX
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 WL'P)lI5
9=UkV\m)
中心高 )b:7-}d
外型尺寸 V3"=w&2]K
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 xXM{pd
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 zzxGAVu
p`l0?^r
c"
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 ['T:ea6B
&}A[x1x06)
(1) 总传动比 [D!jv"
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 o93`|yWl
(2) 分配传动装置传动比 }2e??3
=× hRCed4qA
式中分别为带传动和减速器的传动比。 Sv +IS
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 7x@A%2J
4.计算传动装置的运动和动力参数 Bro9YP4<
(1) 各轴转速 nVi[
==1440/2.3=626.09r/min jrS[f
==626.09/5.96=105.05r/min R=|{n'n$0|
(2) 各轴输入功率 Xwhui4'w
=×=3.05×0.96=2.93kW ypy68_xyW
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW nX=$EQiH
则各轴的输出功率: ?#45wC
=×0.98=2.989kW #Y4=J
6
=×0.98=2.929kW IyPwP*A
各轴输入转矩 k3uit+ge}
=×× N·m *FM Mjz
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· }b-g*dn]5
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m JhLgCnm
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m &sU?Ok6
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m 3de_V|%
=×0.98=242.86N·m D}mjN=Y
运动和动力参数结果如下表 6*3.SGUY
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min Dp':oJC
输入 输出 输入 输出 HBMhtfWW
电动机轴 3.03 20.23 1440 )/wk( O+
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 sNLs\4v
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 m8o(J\]
<?@NRFTe
5、“V”带轮的材料和结构 ;NHt7p8SE
确定V带的截型 oIduxbAp
工况系数 由表6-4 KA=1.2 fc
|GArL#}
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 Zd')57{
V带截型 由图6-13 B型 c|#8T*`C
fyByz=pl
确定V带轮的直径 o/+13C
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm r_-_a(1R:
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s fP(d8xTx2y
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm Ac<Phy-J
iy%ZQ[Un
确定中心距及V带基准长度 @]ytla>d
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 lw<c2C
360<a<1030 E/%9jDTQ
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm L{8xlx`
Mw;sLsu
初定V带基准长度 BBtzs^C|
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm '7iSp=
yc?a=6q'm
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm l=v4Fa0^jF
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm 4x 8)gE
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 ce7CcHQ?B
bp~g;h*E2
确定V带的根数 FW21 U<
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw [rSR:V?"a
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 <y?r!l=Am
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 Kq;8=xP[
带长修正系数 由表6-2 KL=1 "C I=`=
!;KCU^9
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 <|SRe6m
OHhsP}/
取Z=2 n6BQk2l
V带齿轮各设计参数附表 -(~!Jo_*'
,}K7Dg^1
各传动比 ]hFW73FV
EV*IoE$W]=
V带 齿轮 SUU !7Yd|
2.3 5.96 Pc
NkAo
{/
BT9|LI
2. 各轴转速n Ht&:-F+dm
(r/min) (r/min) Aj+2;]M
626.09 105.05 V{:A3C41
pUV/Ul]
3. 各轴输入功率 P kNobl
(kw) (kw) F!]lU`z)=
2.93 2.71 "O%gFye
'a\%L:`
4. 各轴输入转矩 T XYZ4TeW\1
(kN·m) (kN·m) )|DM~%$QM
43.77 242.86 K otrX
$>u*}X9
5. 带轮主要参数 yL2o}ZbS
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) p IU&^yX>
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 U qFv}VsnF
带的根数z H?)w!QX
160 368 708 2232 B 2 br":y>=,
v33dxZ'
6.齿轮的设计 )C(?bR
ucG@?@JENm
(一)齿轮传动的设计计算 b"vv>Q~U
!U'QqnT
齿轮材料,热处理及精度 Dk(1}%0U/
考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 rU2%dkTa
(1) 齿轮材料及热处理 2-C!jAfd
① 材料:高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24 BA%pY|"Q
高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=i×Z=5.96×24=143.04 取Z=144 o1h={ao
② 齿轮精度 TwVlg;
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 (3{YM(
(?(zH3
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 +gJ8{u!=k
按齿面接触强度设计 CkdP #}f
R}4So1
确定各参数的值: %sX$nmi3
①试选=1.6 JAQb{KefdO
选取区域系数 Z=2.433 S/ODqL|
%Ntcvp)
则 uoX:^'q
②计算应力值环数 \8?Tdx=
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) (<}&DE
=1.4425×10h ZRg;/sX]
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) GJtZ&H
③查得:K=0.93 K=0.96 z2QP)150
④齿轮的疲劳强度极限 fM^qQM[lG
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: 8\5 T3AF
[]==0.93×550=511.5 b#hDHSdZ,
fi$-;Gz
[]==0.96×450=432 7lBAxqr2
许用接触应力 }A7j/uy}s
_PlKhv}
⑤查课本表3-5得: =189.8MP t-0a7
1#e
=1 f'VX Y-
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 f=mZu1(FZ
=4.47×10N.m DIzH`|Y
3.设计计算 !WpBfd>v.I
①小齿轮的分度圆直径d {O`w,dMOI
i* NH'o/
=46.42 I^8"{J.Q)[
②计算圆周速度 }#Qc \eud
1.52 3T!lA
③计算齿宽b和模数 <\pfIJr$
计算齿宽b Bb}fj28
b==46.42mm D(H>R&b!
计算摸数m ^k#P5oV
初选螺旋角=14 5&q8g;XiEM
= )>`G
④计算齿宽与高之比 "0cID3A$
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 ?)1{)Erf8x
=46.42/4.5 =10.32 3YFU*f,
⑤计算纵向重合度 < !dqTJos
=0.318=1.903
By9*1H2R
⑥计算载荷系数K ^WNrGF
使用系数=1 <c,u3cp
根据,7级精度, 查课本得 A3S<..g2
动载系数K=1.07, 52,m:EhL
查课本K的计算公式: 7El[ >
K= +0.23×10×b /(BMG/Tb
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 2h=!k|6
查课本得: K=1.35 O2BDL1o
查课本得: K==1.2 j(k:
@
故载荷系数: km1~yQ"bH
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 pn.T~"%
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 *?Kr*]dnLl
d=d=50.64 ^n"OL*ipG
⑧计算模数 OI0;BBZ
= }woo%N P
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 |Clut~G
由弯曲强度的设计公式 9J>&29@us0
≥ =<X?sj5
eQD)$d_5
⑴ 确定公式内各计算数值 isZA oYVu
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m }c}|
$h^Y
确定齿数z ulkJR-""&
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 (v}>tb*#`
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 Q'YH>oGh^
Δi=0.032%5%,允许 d)R:9M}v
② 计算当量齿数 %JHGiCv|
z=z/cos=24/ cos14=26.27 Wr3mQU
z=z/cos=144/ cos14=158 B,@c;K
③ 初选齿宽系数 Qkd<sxL
按对称布置,由表查得=1 IS#FiH
④ 初选螺旋角 '
)?f{
初定螺旋角 =14 .Jrqm
⑤ 载荷系数K _;~,Cgfi
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 oNU0 qZ5
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y Mc%Nf$XQ
查得: xgNJ eQ
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 -sjd&)~S[
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 /~Z?27F6@
u
a~CEs
⑦ 重合度系数Y MV\|e1B}
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 3plzHz ,x
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 "E8zh|m o
=14.07609 ?F6pEt4
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 C0
/g1;p(
⑧ 螺旋角系数Y =}v}my3y"
轴向重合度 =1.675, lI-L`
x
Y=1-=0.82 c=L2%XPP
u\LFlX0sO
⑨ 计算大小齿轮的 #L{OV)a<
安全系数由表查得S=1.25 ?I[8'
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 0em#-*|2"
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 *hQTO=WF
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 kRTwaNDOD
查课本得到弯曲疲劳强度极限 _jNj-)RB_
小齿轮 大齿轮 q*7zx_ o
;IVDr:
查课本得弯曲疲劳寿命系数: <0QH<4
K=0.86 K=0.93 1e>s{
Qum9A
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 q@@T]V6
[]= 8&Oa_{1+Q
[]= &p}$J)q
#ceaZn|@m
#DN0T' B
大齿轮的数值大.选用. *+\SyO
/}PF\j9#4
⑵ 设计计算 lNL6M%e$Q
计算模数 F8uNL)gKj)
) :\xHR4
Q<KvBgmT
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: r4QxoaM
;w%*M}`5
z==24.57 取z=25 rc/nFl6#
ooV3gj4
那么z=5.96×25=149 ;}1xn3THCn
*_KFW@bC:
② 几何尺寸计算 #F*1V(!
计算中心距 a===147.2 ~-dV^SO
将中心距圆整为110 B"v.*
%"&/
_x?uU
按圆整后的中心距修正螺旋角 C%U`"-%n@7
L
W;heO"
=arccos >9f%@uSM$3
s7l;\XBy
因值改变不多,故参数,,等不必修正. OzQ -7|m'J
13+<Q \
计算大.小齿轮的分度圆直径 \N4
y<
v k?skN@
d==42.4 ]miy/V }5
>NKe'q<)3
d==252.5 PIWux{
Cz W:L&t
计算齿轮宽度 wo3wtx
VB?Ohk]<
B= Y=
]dvc
KMV=%o
圆整的 (&P9+Tl
8-lOB
大齿轮如上图: PZm:T+5H
3 HIz9F(
c=
x,ijY
"
IZm(`b;t^
7.传动轴承和传动轴的设计 jC3Vbm&ZZ
\oEo~
1. 传动轴承的设计 :UbM !
@0eHS+
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 H{AMZyV0/d
P1=2.93KW n1=626.9r/min 1=nUW":
T1=43.77kn.m p?2Y }9
⑵. 求作用在齿轮上的力 i:cXwQG}B
已知小齿轮的分度圆直径为 S<L.c
d1=42.4 $F/EJ>
而 F= `zR+ tbm
F= F Sje wuIi1
=fYL}m5E
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N uU> wg*m
shH~4<15
O4g+D#Lu
Bcjx>#3?L
⑶. 初步确定轴的最小直径 78Aa|AJU
先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 s%!`kWVJ.
%&Fk4Z}M
"&/]@)TPz
GCttXAto
从动轴的设计 "ywh9cp
7nVRn9Hn
求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, 37q@rDm2
P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M Rm5Kkzd0o
⑵. 求作用在齿轮上的力 yg2uC(2
已知大齿轮的分度圆直径为 ~fa(=.h
d2=252.5 Dgql?+2$
而 F= QnI.zq
V
F= F 5I,gBT|B
4#(ZNP
F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N {Rear2
kwud?2E
j6,ZEm
$x#FgD(iI
⑶. 初步确定轴的最小直径 m$LVCB
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 -L3|&