机械设计基础课程设计任务书 >D u=(pB
DQK?y=vf
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 L~/,;PHN
O#;sY`fy_M
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) q
n-f&R
3 orZBT
目 录 h%F.h![*
(8m_ GfT
一 课程设计书 2 O'(Us!aq
RgV3, z
二 设计要求 2 }kQ{T:q4
RN 4?]8
三 设计步骤 2 bDl#806P L
\k=dqWBr7
1. 传动装置总体设计方案 3 j"6|$Ze8
2. 电动机的选择 4 55s5(]`d
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 :AlvWf$d
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 m2^vH+wD
5. 设计V带和带轮 6 s i2@k
6. 齿轮的设计 8 + Fo^NT
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 DqWy@7
a
8. 键联接设计 26 "9'3mmZm=?
9. 箱体结构的设计 27 J|{50?S{^
10.润滑密封设计 30 OR6vA5J
11.联轴器设计 30 T1$p%yQH
swZi
O_85
四 设计小结 31 kCEuzd=$V
五 参考资料 32 nxV!mh_
J:W+'x`@
一. 课程设计书 n*$g1 HG6
设计课题: KF#^MEw%
设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V @P~%4:!Hr
表一: =&08s(A
题号 0IqGy}+VU
(${:5W
参数 1 (N&i4O-I
运输带工作拉力(kN) 1.5 &,<,!j)Jr
运输带工作速度(m/s) 1.1 ppn 8
卷筒直径(mm) 200 '8zd]U
wbF`wi?
二. 设计要求 Kd 1=mC
1.减速器装配图一张(A1)。 oS$7k3s
fj
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 5B|.cOE
3.设计说明书一份。 pLe4dz WA
A z@@0
三. 设计步骤 ` Ny(S2
1. 传动装置总体设计方案 Nb:j]U
2. 电动机的选择 b-8@_@f|g
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 V0{#q/q
4. 计算传动装置的运动和动力参数 ZKrK>X
5. “V”带轮的材料和结构 M2ex
3m
6. 齿轮的设计 0qNmao4E_
7. 滚动轴承和传动轴的设计 T8\@CV!
8、校核轴的疲劳强度 l (rm0_
9. 键联接设计 ;"IWm<]h;-
10. 箱体结构设计 X7OU=+g
11. 润滑密封设计 C)FO:lLr\
12. 联轴器设计 FVl,
ttW
9Br+]F_i
1.传动装置总体设计方案: 7r?,wM
$!. [R}
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 k-3;3Mq
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, 9^g8VlQdT
要求轴有较大的刚度。 BMO,eQcB
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。
MOB4t|
其传动方案如下: _Zav Y<6
Pi=FnS
图一:(传动装置总体设计图) 0
N7I:vJ
G"&$7!6[Y
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。
Txo{6nd/
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 gYN;Fu-9Z
传动装置的总效率 ^k%+ao
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; p*jU)@a0
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, 16eP7s
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, I`XOvSO
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 yB7si(,1>
!{V`N|0
2.电动机的选择 `f}ZAX
bj0HAgY@
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, [V_mF
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, H#GR*4x
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。 h(nE)j
@=w)a
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, *IbDA
qU6!vgM&
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 P\WHM(
4N=,9
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 4J,6cOuW4
`2U,#nZ 4
wH@<0lw`<
方案 电动机型号 额定功率 74
ptd,
P } -4p8Zt
kw 电动机转速 yg}L,JJU<
电动机重量 JfJ ln[
N 参考价格 RgFpc*.T
元 传动装置的传动比 $/Wec,`&
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 YRZw|H{>t
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 (:~_#BA
B YB9M
中心高 R-n%3oh
外型尺寸 1G`5FU
L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸D×E 装键部位尺寸F×GD xF) .S@
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 mhIGunK;+
:W&klUU"
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 NY?iuWa*g
YVRE9
(1) 总传动比 :/?
Op
由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 Th,]nVsGs~
(2) 分配传动装置传动比 0j;|IU\
=× 056yhB
式中分别为带传动和减速器的传动比。 uJ=&++[
为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 _kOuD}_|
4.计算传动装置的运动和动力参数 (1{OQ0N+x
(1) 各轴转速 "OUY^ cM
==1440/2.3=626.09r/min {3vm]
==626.09/5.96=105.05r/min UlN}SddI9
(2) 各轴输入功率 -{eiV0<^
=×=3.05×0.96=2.93kW 3S^Qo9S
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW %E,-dw
则各轴的输出功率: P'_ aNU
=×0.98=2.989kW tvzO)&)$
=×0.98=2.929kW w\t
各轴输入转矩 ]]V=\.y
=×× N·m IP !zg|c,
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· 0x'Fi2=`
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m .
VI
#
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m z5:3.+M5
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m Rx%kAt2X
=×0.98=242.86N·m N9 )ERW2`*
运动和动力参数结果如下表 Z#%77!3
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min <N80MUL|
输入 输出 输入 输出 =8r,-3lC;
电动机轴 3.03 20.23 1440 &xlOsr/n
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 "J
>,
Hr9
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 S!}pL8OE
kgmb<4p
5、“V”带轮的材料和结构 U8g?
确定V带的截型 *OE>gg&?Nh
工况系数 由表6-4 KA=1.2 dj0Du^v4
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 wAb_fU&*
V带截型 由图6-13 B型 C$c.(5/O
lgAE`Os
确定V带轮的直径 XnvaT(k7Y
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm \v9<L'NP)
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s ~>$(5s2
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm v#sx9$K T
93`
确定中心距及V带基准长度 ?~Vev D
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 VKrKA71Z~
360<a<1030 VxAR,a1+n
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm {24Pv#ZG#^
3^&pb
初定V带基准长度 b;|^62
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm Xg"Mjmr
|@)ij c4i
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm naB[0I&
N
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm X_|} b[b
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 }W%}_UT
s*}d`"YvH
确定V带的根数
})w5`?Y
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw Y.Ew;\6U
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 Un[#zh<4
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 G}~b
带长修正系数 由表6-2 KL=1 %nc+VL4
(C QgT3V
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 1$2Rs-J
B "}GAk}V
取Z=2 3vs2}IV'
V带齿轮各设计参数附表 }#u}{
I3aEg
各传动比 ,9M \`6
pK1(AV'L
V带 齿轮 o_$r*Z|HG
2.3 5.96 +Q_Gm3^
@fYA{-ZC
2. 各轴转速n ~d5{Q?T)
(r/min) (r/min) eZJOI1wNp
626.09 105.05 &k{@:z
KoXXNJax
3. 各轴输入功率 P XJ NKM~
(kw) (kw) hQ8{
A7
2.93 2.71 V[#lFl).
)DLK<10
4. 各轴输入转矩 T K|1^?#n
(kN·m) (kN·m) `") I[h
43.77 242.86 *AN#D?X_
%yrP: fg/
5. 带轮主要参数 ?%0i,p@<
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) JT-Zo OZ
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 6$5M^3$-
带的根数z `4p9K
160 368 708 2232 B 2 LtvyWc`
4* hmeS"
6.齿轮的设计 xO@OkCue
?8nG F%p
(一)齿轮传动的设计计算 Y\x
Xo?
^~ I
齿轮材料,热处理及精度 J)[(4R>
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 K^vMIo h
(1) 齿轮材料及热处理 J\0YL\jw1K
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 WL~`L!_. A
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 +]_} \
② 齿轮精度 Q&\k"X 1
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 eK@Y] !lz
>) ^!gz8
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 zc(7p;w#p
按齿面接触强度设计 Mt:(w;Y
?0<3"2Db~
确定各参数的值: = @f;s<v/
①试选=1.6 x"d*[m
选取区域系数 Z=2.433 2g v(`NKYE
zBR]bk\
则 pQ hv3F
②计算应力值环数 , $=V
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) C!P6Z10+j
=1.4425×10h 3IxT2@H)
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) tpctz~ .
③查得:K=0.93 K=0.96 <.2Z{;z
④齿轮的疲劳强度极限 J.d `tiN
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: `F@yZ4L3S
[]==0.93×550=511.5 .PxM
#;i2
v]!7=>/2
[]==0.96×450=432 dd+).*
许用接触应力 s'^#[%EgB
|g{AD`
⑤查课本表3-5得: =189.8MP 5*r6#[S\
=1 1,J.
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 T_dd7Ym'8
=4.47×10N.m cG'Wh@
3.设计计算 YGO@X(ej,
①小齿轮的分度圆直径d 90!Ib~7zH
^s*} 0
=46.42 tQ67XAb
②计算圆周速度 )Fw)&5B!
1.52 B+LNDnjO]
③计算齿宽b和模数 A0ToX) |C
计算齿宽b `4qKQJw
b==46.42mm >vU
Hf`4T
计算摸数m +9J>'oe'D
初选螺旋角=14 2vC=.1k
= ;<A/e
④计算齿宽与高之比 L9@jmh*E
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 9vu8koL
=46.42/4.5 =10.32 11sW$@xs
9
⑤计算纵向重合度 QFYy$T+W
=0.318=1.903 =.c"&,c?L
⑥计算载荷系数K _;{-w%Vf
使用系数=1 86g+c
根据,7级精度, 查课本得 "q.uiz+1:
动载系数K=1.07, !)=o,sVA
查课本K的计算公式: M)7enp) F.
K= +0.23×10×b I1~g?jpH
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 0Pk-FSY|f
查课本得: K=1.35 3@L%#]xwi
查课本得: K==1.2 @El<"\
故载荷系数: P>-,6a>
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 $5r,Q{;$
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 *zWn4BckN
d=d=50.64 MjTKM;
⑧计算模数 D.b<I79bX
= sh2bhv]
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 `%3p.~>
由弯曲强度的设计公式
lijy?:__
≥ W\7*T1TDj
M'iKk[Hjfx
⑴ 确定公式内各计算数值 l0{DnQA>I
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m Tt|6N*b'
确定齿数z <4,?lZ
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 0)!zhO_}
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 r.;iO0[/
Δi=0.032%5%,允许 ZZ*k3Ce
② 计算当量齿数 z%tu6_4j
z=z/cos=24/ cos14=26.27 ~0|hobk
z=z/cos=144/ cos14=158 vM/v}6;_K2
③ 初选齿宽系数 KT71%?P
按对称布置,由表查得=1 (K6StNtN
④ 初选螺旋角 su;S)yZb
初定螺旋角 =14 I/jr`3Mj
⑤ 载荷系数K %LHV 0u
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 w>_EM&r6~u
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y ':]a.yA\1
查得: 1 ,'^BgI,
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 qhtAtP>i"
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 ,r;d {
9G+rxyWMW
⑦ 重合度系数Y I;H9<o5
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 a HL '(<
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 ZF(=^.gc
=14.07609 gq3OCA!cX
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 ot#kU 8f
⑧ 螺旋角系数Y +Uq:sfj,
轴向重合度 =1.675, bU`yymf{L
Y=1-=0.82 uTGvXKL7
3G|fo4g
⑨ 计算大小齿轮的 #/<Y!qV&
安全系数由表查得S=1.25 4CT9-2UC
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 Eo&qc 17)`
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 @(fY4]K
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 XF$]KAL0
查课本得到弯曲疲劳强度极限 3>)BI(Wl
小齿轮 大齿轮 z|)1l`
{NgY8wQB
查课本得弯曲疲劳寿命系数: v=1S
K=0.86 K=0.93 }p?V5Qp
arVf"3a
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 _4B iF?1
[]= b2%bgs
[]= 6F/
OlK<
kTc5KHJ7
'xoE
[0!
大齿轮的数值大.选用. 7Sq{A@ET
f?zK"
⑵ 设计计算 4Xk;Qd
计算模数 b:cK >fh0_
1";e'?^x
l!V| T?
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: E/$@ud|l"
PFgjWp"Y
z==24.57 取z=25 L00;rTs>
[k7N+W8
那么z=5.96×25=149 =M{CZm
`+BaDns
② 几何尺寸计算 yi-"hT`
计算中心距 a===147.2 ,xe@G)a
将中心距圆整为110 RdvTtXg
ur,"K'w
按圆整后的中心距修正螺旋角 <;0N@
u m2s^G
=arccos _QUu'zJ
as|c`4r\O
因值改变不多,故参数,,等不必修正. =)1YYJTe9
`m; "I
计算大.小齿轮的分度圆直径 Q*&aC|b&
( WtE`f;Q
d==42.4 vJAAAS
gXLZ) >+A+
d==252.5 n.6
0$kR`
]op^dW1;0_
计算齿轮宽度 ],}afa!A
C\^<v&
B= 4[CBW
LO} :Ub
圆整的 5OW8G][
.Jat^iFj0
大齿轮如上图: hB$Y4~T%
~muIi#4
9eN2)a/
o- QG&
]
7.传动轴承和传动轴的设计 kPX2e h
-,fa{ yt-
1. 传动轴承的设计 uyRA`<&w
E<#4G9O<
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 dMs39j
P1=2.93KW n1=626.9r/min E,D:D3O
T1=43.77kn.m nL(%&z \4
⑵. 求作用在齿轮上的力 )\D40,p
已知小齿轮的分度圆直径为 [T[9*6Kt
d1=42.4 EfBVu
而 F= :Nj`_2
F= F l88a#zUQDN
qzlMn)e
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N :CkR4J!m3
a[74%L?
8} ?Y;>s\
E4v_2Q
-w
⑶. 初步确定轴的最小直径 Y0u'@l_[F
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 'f?&EsIV?
~Riu*<
ADv"_bB:h
Oz#EGjz
从动轴的设计 rv%ye
H
/@:up+$
求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, nvs}r%1'5
P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M qv0
DrL,3
⑵. 求作用在齿轮上的力 oLqbR?
已知大齿轮的分度圆直径为 $uFh$f
d2=252.5 EB29vHAt~
而 F= ]zvVY:v
F= F 9"HmHy&:E
#[U9(44,
F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N O{B
e )E~
aO^:dl5
(+gL#/u
# +QWi0B
⑶. 初步确定轴的最小直径 :<t{ =0G
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 VTJIaqw
/\-2l+y>J
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 yA?ENAM
查表,选取 V@f6Lj
b,rH&+2H
因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 =##s;zj(%
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 m,@1LwBH
g* \P6
⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 znQ'm^ h
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 。 ~gfA](N
}dd k}wga
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. uK;K{
(!0j4'
D B 轴承代号 J~iOP
45 85 19 58.8 73.2 7209AC `s>UU- 9
45 85 19 60.5 70.2 7209B UKKSc>D1
50 80 16 59.2 70.9 7010C C?w<$DU
50 80 16 59.2 70.9 7010AC OB I+<2`Oc
uO
?Od
a)_rka1(
$c@w$2
/]/>jz>
对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 >&<<8Ln
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.查得7010C型轴承定位轴肩高度mm, m1hW<
③ 取安装齿轮处的轴段d=58mm;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮的宽度为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取L=72. 齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高3.5,d=65.轴环宽度,取b=8mm. _}I(U?Q-C
V\@jC\-5Vt
④ 轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 ,故取l=50. 9@#h}E1$
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, FpdDIa
高速齿轮轮毂长L=50,则 ] Wx>)LT
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L=16+16+16+8+8=64 <