机械设计基础课程设计任务书 5(H%Ia
83c2y;|8
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 &MSU<S?1
M?lh1Yu"
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) WrGA7&!+
`sKyvPtG
目 录 M,fL(b;2
{K.H09Y
一 课程设计书 2 l?*DGW(t{
:$"{-n
二 设计要求 2 >IIq_6Z#
gko=5|c,@
三 设计步骤 2 .j:,WF<"l5
+b-ON@9]J`
1. 传动装置总体设计方案 3 w~u{"E$
2. 电动机的选择 4 R->x_9y-R
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 a|FkU%sjzZ
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 Qx4)'n
5. 设计V带和带轮 6 ,m<YSMKX
6. 齿轮的设计 8 ~^obf(N`
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 _<c"/B
8. 键联接设计 26 vb=]00c
9. 箱体结构的设计 27 .rK0C)
10.润滑密封设计 30 QH-CZ6M
11.联轴器设计 30 M )ET1ZM
%NQ%6B
四 设计小结 31 :C_/K(Rkl
五 参考资料 32 zufphS|
VwI
一. 课程设计书 \( s `=(t
设计课题: )P(S:x'b0
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 *5PQ>d
G
表一: y[XD=j
题号 WPRk>j
sa8O<Ab
参数 1 Leb
Kzqe
运输带工作拉力(kN) 1.5 ]Uwp\2Bc
运输带工作速度(m/s) 1.1 dCoP
qKy
卷筒直径(mm) 200 ?1ey$SSU]
uJ2ZHrJ
二. 设计要求 :i!fPN n
1.减速器装配图一张(A1)。 ` &A`&-nc=
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 6!]@S|vDX
3.设计说明书一份。 STnM Bz7
WVeNO,?ytS
三. 设计步骤 QG*hQh
1. 传动装置总体设计方案 o:#jvi84F
2. 电动机的选择 5&8BO1V.
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 vt5w(}v(
4. 计算传动装置的运动和动力参数 PaSwfjOnqr
5. “V”带轮的材料和结构 =CFjG)L
6. 齿轮的设计 ^dpM2$J
7. 滚动轴承和传动轴的设计 :z8/iD y
8、校核轴的疲劳强度 'f{13-#X@
9. 键联接设计 X}Q4;='C-
10. 箱体结构设计 8~(,qU8- N
11. 润滑密封设计 }p?,J8=-
12. 联轴器设计 M1eh4IVE?
) 'xyK
1.传动装置总体设计方案: ?>+uO0*S
ug]2wftlQ
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 -dovk?'Gj
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, LhAN( [
要求轴有较大的刚度。 FC+-|1?C
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。 fcdXj_u
其传动方案如下: D N!V".m`J
qVh?%c1.Y
图一:(传动装置总体设计图) ,C6(
1?QVtfwY
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 l0G{{R0Y
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 yr+QV:oVA
传动装置的总效率 )s>|;K{
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; 6|p8_[e`
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, YQD`4ND
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, <p<6!tdO
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 0i}.l\
n}Z%-w$K#
2.电动机的选择 uB+#<F/c
^JxVs
7
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, ulALGzPh
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, Q.$/I+&j
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。 7a_8007$l
VJ#ys_W
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, 06HU6d,
z2V ->UK)
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 @8 c@H#H
+ase>'<N#
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 |34k;l]E
]iTP5~8U
hD#Mhy5h
方案 电动机型号 额定功率 ,sj(g/hg
P f]10^y5&
kw 电动机转速 L__{U_p
电动机重量 %ly&~&0
N 参考价格 9+(6/<
元 传动装置的传动比 B0RVtbK
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 ,r3`u2)
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 KYkS^v
,&,XcbJ
中心高 r!w4Br0
外型尺寸 UHV"<9tk
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 4NRj>y
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 !gyW15z'
6a9:P@tY
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 `!X8Cn
@ebY_*
(1) 总传动比 @=g{4(zR^
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 r+Sv(KS4i^
(2) 分配传动装置传动比 Foj|1zJS_
=× ymrnu-p o
式中分别为带传动和减速器的传动比。 }x6)}sz7
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 mb_6f:Qh3
4.计算传动装置的运动和动力参数 PQi(Oc
(1) 各轴转速 >8>s
K(S]
==1440/2.3=626.09r/min yEB#*}K?
==626.09/5.96=105.05r/min dM}c-=w`
(2) 各轴输入功率 GS>YfJ&DZ
=×=3.05×0.96=2.93kW ENA"T-p
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW - ]/=WAOK
则各轴的输出功率: v"Bm4+c&0
=×0.98=2.989kW 18~jUYMV
=×0.98=2.929kW asQ^33g z
各轴输入转矩 y'6l fThT
=×× N·m Z @DDuVr
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· <D& Ep
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m Q4Wz5n1yp7
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m jc32s}/H
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m iig4JP'h
=×0.98=242.86N·m )`<&~>qp
运动和动力参数结果如下表 RHd no C
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min -oZw+ge}
输入 输出 输入 输出 3:w_49~:~
电动机轴 3.03 20.23 1440 1#|lt\T
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 @}r
s6 G
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 DoBQ$Ke p
xqDz*V/mD
5、“V”带轮的材料和结构 ^\S~rW.3_
确定V带的截型 Vv`94aQTD
工况系数 由表6-4 KA=1.2 6c>:h)?
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 -:!Wds
V带截型 由图6-13 B型 ~USyN'5lU7
S%?%06$
确定V带轮的直径 W}k/>V_
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm RP 6<#tq,
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s y(a>Y! dgU
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm EpT^r8I
5|}u25J
确定中心距及V带基准长度 2/F8kVx{
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 %ol1WG 9
360<a<1030 zII^Ny8D
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm @eESKg(,
2h@&yW2j
初定V带基准长度 ^P.U_2&
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm N3)n**
EZp >Cf7
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm 1'\s7P
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm JCB3 BZg7&
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 }QCn>LXE
g&_f%hx?
确定V带的根数 mYk~ ]a-
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw GUJ?6;
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 UsCaO<A
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 ^mut-@ N9
带长修正系数 由表6-2 KL=1 V~-tp^
y34 <B)Wy
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556
w%oa={x
2PNe~9)*#
取Z=2 $
\!OO)
V带齿轮各设计参数附表 6!Mm")
#*S.26P^4
各传动比 f"4w@X2F
Hh&qjf
V带 齿轮 Aeq^s
2.3 5.96 4T~wnTH0Xg
B oiS
2. 各轴转速n tHM0]Gb}
(r/min) (r/min) _Db&f}.`
626.09 105.05 5CfD/}{:#I
w)R5@
@C*
3. 各轴输入功率 P w xaMdA
(kw) (kw) fL-$wK<p<
2.93 2.71 ^8dCFw.rU
Zv8GrkK
4. 各轴输入转矩 T Oe "%v;-
(kN·m) (kN·m) 93,7yZ5#
43.77 242.86 4l>d^L
~g@}A
5. 带轮主要参数 5Z:qU{[
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) C/9]TkX}q
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 e;|$nw-
带的根数z *dC&*6Rx
160 368 708 2232 B 2 u&o$2
'8
mwZ)PySm)
6.齿轮的设计 2^r J|Ni
eq<!
(一)齿轮传动的设计计算 )4,U
I_R 6
M1
齿轮材料,热处理及精度 5e?<x>e
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 ##alzC
(1) 齿轮材料及热处理 Cm"S=gV
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 Qf'g2
\
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 }iUpBn
② 齿轮精度 rP!GS
_RG
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 :"@-Bcln
=NNxe"Kd;U
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 .2ZFJ.Z"
按齿面接触强度设计 $Fy>N>,E(
k7cY^&o
确定各参数的值: <:8Ew
①试选=1.6 h 'Hnq m
选取区域系数 Z=2.433 +NiCt S
0f'LXn
则 ip1gCH/?_+
②计算应力值环数 hp2$[p6O
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) mGkQx
-|
=1.4425×10h -_O jiQR
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) ,^DP
③查得:K=0.93 K=0.96 [r'A8!/|[
④齿轮的疲劳强度极限 Oi-%6&}J
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: dt"&
[]==0.93×550=511.5 } .<(L
Zp9kxm'
[]==0.96×450=432 2. {/ls
许用接触应力 Ap4.c8f?Q-
Sn'
+~6i
⑤查课本表3-5得: =189.8MP j"VDqDDz
=1 33&\E- Q>
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 i` ay9J8N
=4.47×10N.m O}}rosA
3.设计计算 ]e+&Pxw]e
①小齿轮的分度圆直径d 'G>9 iw
KCH`=lX
=46.42 pUW7p
②计算圆周速度 3=*ur( Qy
1.52 t%<y^Wa=
③计算齿宽b和模数 Tf?`_jL
计算齿宽b -8<vW e
b==46.42mm :fq4oHA#
计算摸数m _-9cGm v
初选螺旋角=14 )+w1nw|m
= }Gy M<!:
④计算齿宽与高之比 j['B9vG
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 k,f/9e+#
=46.42/4.5 =10.32 gFTlP
⑤计算纵向重合度 uU^iY$w
=0.318=1.903 y*v|q=
⑥计算载荷系数K l"jYY3N|h
使用系数=1 HPJHA ,
根据,7级精度, 查课本得 mZjpPlJ
动载系数K=1.07, Zj1bG{G=i
查课本K的计算公式: =2ED
w_5E
K= +0.23×10×b ,|.}6\zl*{
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 Vo6g /h?`
查课本得: K=1.35 e0otr_)3F
查课本得: K==1.2 4"\cA:9a
故载荷系数: "Wr[DqFd
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 ?,8+1"|$A]
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 U~;tk@
d=d=50.64 ^H{YLO
⑧计算模数 9 %i\)
= ,VSO;:Z
4. 齿根弯曲疲劳强度设计
UT9u?
由弯曲强度的设计公式 ]^>:)q
≥ Bx#=$ka
K}^#VlY9
⑴ 确定公式内各计算数值 H\\FAOj
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m 4l68+
确定齿数z n;Q8Gg2U
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 t8rFn
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 $bFK2yx?=
Δi=0.032%5%,允许 Xtz:^tg
② 计算当量齿数 4v3gpLH
z=z/cos=24/ cos14=26.27 V/kndV[j
z=z/cos=144/ cos14=158 i. (Af$
③ 初选齿宽系数 VuH ->
按对称布置,由表查得=1 8N?D1;F;
④ 初选螺旋角 ' VKD$q
初定螺旋角 =14 TsG x2[
⑤ 载荷系数K GQ>0E
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 wJCw6&D,/
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y (V]3w
查得: .R'M'a#*!A
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 '%XYJr:H[
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 L/`1K_\l
.kn2M&P>=
⑦ 重合度系数Y +*?l">?|F
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 9OW8/H&!
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 }u=Oi@~
=14.07609 s.Ai_D
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 LdN[N^n[H
⑧ 螺旋角系数Y DL1nD5
轴向重合度 =1.675, kLZVTVSJt
Y=1-=0.82 $Th)z}A}EA
+>K&zS
⑨ 计算大小齿轮的 >X'-J{4R
安全系数由表查得S=1.25 J{Kw@_ypP
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 nReld
:#T
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 3?I!
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 qqf*g=f
查课本得到弯曲疲劳强度极限 ||awNSt
小齿轮 大齿轮 R_KD Y
|%v:>XEO
查课本得弯曲疲劳寿命系数: hr 6j+p:
K=0.86 K=0.93 ._^ne=Lx
( I#6!Yt9J
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 ce}A!v
[]= H@?} !@
[]= -P/DmSS8V
P=jsOuW
F}ATY!
大齿轮的数值大.选用. 7Y(Dg`8G
$["HC-n?.k
⑵ 设计计算 6AG]7d<
计算模数 ng!cK<p
KGg
S"d
h%ys::\zF
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: YRX^fZ-b
Babzrt-
z==24.57 取z=25 !V3+(o1
C1=&Vm>g+
那么z=5.96×25=149 76)"uqv1x
qpYgTn8l7
② 几何尺寸计算 rSJ!vQo
Cb
计算中心距 a===147.2 8TT#b?d
将中心距圆整为110 ~44u_^a
oMj"l#a*
按圆整后的中心距修正螺旋角 EOXkMr
x"e;T,c
=arccos 0lg'QG>
[07E-TT2U
因值改变不多,故参数,,等不必修正.
r+E!V'{C
K6p\ >J
计算大.小齿轮的分度圆直径 yVmp,""a
w
a(Y[]V
d==42.4 W6NhJ#M7
KYm8|]'g
d==252.5 Jj>Rzj!m
S
W%>8
计算齿轮宽度 SefhOh^,V
h$!YKfhq}
B= E4892B:`
}
u;{38~
圆整的 yV:8>9wE8
K9%rr_ja!
大齿轮如上图: 9S@x
fGlvum
Y:TfD{Xgc
MLHCBRi
7.传动轴承和传动轴的设计 +?U[362>
%QEBY>|lI
1. 传动轴承的设计 g]?pY
m1;Htw
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 KqntOo}
y)
P1=2.93KW n1=626.9r/min yC\UT
~j/
T1=43.77kn.m n!/0yR2S
⑵. 求作用在齿轮上的力 #RR;?`,L}
已知小齿轮的分度圆直径为 qr%N/7
d1=42.4 |JIlp"[
而 F= ~Yk^(hl2
F= F g:Qq%'
c8X;4
My
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N w gS'/
gPk,nB
% akW43cE
_F6<ba}o3
⑶. 初步确定轴的最小直径 T"vf
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 U,i_}O3Q
#17 &rizl
#wIWh^^ Zy
LP#wE~K"b
从动轴的设计 I~n4}}9M
h6D4CT
求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, 3xs<w7
P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M (1D1;J4g
⑵. 求作用在齿轮上的力 QNx]8r
已知大齿轮的分度圆直径为 S2'a i
d2=252.5 '9f0UtT|[
而 F= j_so s%-
F= F =|E
"
5eff3qrH{
F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N ZEI)U,
I.
cgrSd99.
g8MW6Y
'/8/M{`s
⑶. 初步确定轴的最小直径 b&[".ibN1
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 #E!^oZm<Z
+S4>}2N33
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 YgcW1}
查表,选取 ~
q-Z-MA
O^~IY/[
因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 t7-]OY7%w_
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 Qa=Y?=Za
k^%=\c
⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 8S8qj"s
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 。 e1W9"&4>G{
3!p`5hJd
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. Mrrpm%Y
,K,st+s|
D B 轴承代号 !}h)
|
45 85 19 58.8 73.2 7209AC ;"Gy5
45 85 19 60.5 70.2 7209B *`+zf7-f
50 80 16 59.2 70.9 7010C G"FO%3&|
50 80 16 59.2 70.9 7010AC c_vGr55
)&O2l
F&wAre<
9Q,>I6`l
O`y3H lc
对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 =|i_T%a
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, k)I4m.0a5
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}?Q&Lci
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9 q(1
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. b+qd'
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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, Am*IC?@tq
高速齿轮轮毂长L=50,则 nIg 88*6b,
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L=16+16+16+8+8=64 h_ 4*?w
至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. }BC%(ZH6
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5. 求轴上的载荷 W Csf_1
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, 1=J& ^O{W
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. 8B*(P>
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