机械设计基础课程设计任务书 4? ICy/,U-
P+s!|7'
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 Jz7!4mu
)\eI;8
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) ~Lm$i6E<
luo
目 录 ()5[x.xK@
!9[>L@#G
一 课程设计书 2 \9cG36
<~6h|F8
二 设计要求 2 LS7, a|
pm_`>3
三 设计步骤 2 `Gn50-@
Ove<mFI\
1. 传动装置总体设计方案 3 h-G)o[MA
2. 电动机的选择 4 t"=
E^r
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 cd(GvX'
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 F({HP)9b
5. 设计V带和带轮 6 D)j(,vt
6. 齿轮的设计 8 >Db;yC&
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 A/u)# ^\
8. 键联接设计 26 Yzh"1|O
9. 箱体结构的设计 27 43mP]*=A
10.润滑密封设计 30 EB2w0a5
11.联轴器设计 30 +z9Q-d%O
MUTj-1 H6)
四 设计小结 31 K('hC)1
五 参考资料 32 yf[~Yl>Ogw
*M:B\D
一. 课程设计书 F
P* lQRA
设计课题: "JlpU-8[0@
设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V 6^eV"&+@
表一: rEB@$C^
题号 QR%mj*@Wle
[R=yF ~-
参数 1 H5Z$*4%G
运输带工作拉力(kN) 1.5 [H6hyG~
运输带工作速度(m/s) 1.1 v6>_ j
L
卷筒直径(mm) 200 syaPpM
Q-
H."EUcE{
二. 设计要求 -Z 4e.ay5
1.减速器装配图一张(A1)。 c(!6^qk]!`
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 kQEy#JQmB
3.设计说明书一份。 : cF[(i/k4
j!U-'zJ
三. 设计步骤 [co% :xJu
1. 传动装置总体设计方案 U56G.
2. 电动机的选择 - `p4-J!Fy
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 H@%GSE
4. 计算传动装置的运动和动力参数 0:9.;x9_
5. “V”带轮的材料和结构 (oEC6F
6. 齿轮的设计 m 8aITd8
7. 滚动轴承和传动轴的设计 2QJ{a46}
8、校核轴的疲劳强度 I'uSp-Sfy
9. 键联接设计 orWbU
UC
10. 箱体结构设计 j2QmxTa!
11. 润滑密封设计 (O.d>
12. 联轴器设计 FB{KH .
mF,Y?ax
1.传动装置总体设计方案: 6]W=nAD
i*/Yz*<
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 k'Sp.
2. 特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀, ^eo|P~w
g
要求轴有较大的刚度。
^,/RO5
3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 5hQE4/hH
其传动方案如下: -o$QS,
/5Oa,NS7
图一:(传动装置总体设计图) {<R2UI5m5
r76J
N
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 L?WFmn
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 *>n;SuT_
传动装置的总效率 tt0f-:#
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; )qo {c1X
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, SqEgn}m$
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, +@p%
p
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 +
HK8jCa
]G5w6&d
2.电动机的选择 &jslyQ#
@?yX!_YC
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, ?o81E2TJO
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, nxWY7hU
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。 BD_Iz A<wK
gMWjk7
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, ^c^#dpn
BJM.iXU)[
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 eYN5;bx)W
PIu1+k.r?
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 S|7!{}
e4H A7=z
x4;"!Kq\
方案 电动机型号 额定功率 kEOS{C%6R
P lI *o@wQg
kw 电动机转速 5,_u/5Y4
电动机重量 UNom-
N 参考价格 Tn*9lj4
元 传动装置的传动比 /&
Jan:
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 NG "C&v
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 v"b+$*
zsX1 QN16
中心高
'EbWFMjy
外型尺寸 @D{KdyW
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 YH vLGc%
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 fGUE<l
]P.'>4
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 gl\\+VyU
jcuB
(1) 总传动比 %E#s\B,w
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 sz:g,}~h
(2) 分配传动装置传动比 mZSD(
=× Sdt`i
式中分别为带传动和减速器的传动比。 t&H?\)!4
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 cq}EZ@ .
4.计算传动装置的运动和动力参数 =Xi07_8Ic<
(1) 各轴转速 4]?<hH 9
==1440/2.3=626.09r/min +S>j0m<*
==626.09/5.96=105.05r/min s5CXwM6cx
(2) 各轴输入功率 {1UQ/_
=×=3.05×0.96=2.93kW Y w^m
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW &;^YBW :I
则各轴的输出功率: \NgYTZ
=×0.98=2.989kW @ ;*Ksy@1O
=×0.98=2.929kW LAB=Vp1y3[
各轴输入转矩 #Y*X<L
=×× N·m WI-&x
'
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· |TS>hwkI
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m em,u(#)&
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m R3x3]]D
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m s}w{:Hk,x8
=×0.98=242.86N·m F*IzQ(#HW
运动和动力参数结果如下表 2bJQTk _S
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min ?}wk.gt>
输入 输出 输入 输出 +R3k-' >
电动机轴 3.03 20.23 1440 "W6uV!
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 J!c)s!`w
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 ;_c;0)
ojcA<60
'
5、“V”带轮的材料和结构 K"|l@Q[
确定V带的截型 S\:P-&dC
工况系数 由表6-4 KA=1.2 _zY#U9
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 aI P
V带截型 由图6-13 B型 .~~nUu+M
4 ezEW|S
确定V带轮的直径 %|auAq&w
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm z[b@V
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s Y~c|hfL
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm CAfGH!l!
t<#TJ>Le
确定中心距及V带基准长度 uaT!(Y6
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 Bmr>n6|
360<a<1030 aOlT;h
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm my(2;IJ#{
mWoAO@}Y
初定V带基准长度 Vr]id
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm )(bW#-
cS5Pl
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm r+A{JHnN
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm dG@%jD)
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 \:b3~%Fz
'*K :
lx
确定V带的根数 YmL06<Mh
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw Oxm>c[R
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 `` ,fodA8
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 h}[-'>{
带长修正系数 由表6-2 KL=1 eWCb73
{j9{n
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 VLOO8N[o
2GP=&K/A
取Z=2 gqZ'$7So
V带齿轮各设计参数附表 v:IpMU-+\
N4v~;;@(
各传动比 (l\1n;s*B
9Vg?{v!yn
V带 齿轮 S=MEG+Ad
2.3 5.96 I@T8Iv=
6c}h(TkB
2. 各轴转速n /NLui@|R
(r/min) (r/min) \d6C%S!
626.09 105.05 APvDP?
o)h_H;
3. 各轴输入功率 P
CuFSeRe
(kw) (kw) '.on)Zd.
2.93 2.71 U_Vs.M.p
C_(
*>!Z%
4. 各轴输入转矩 T / kE6@
(kN·m) (kN·m) qU+t/C.
43.77 242.86 1#C4;3i,
,kiv>{
5. 带轮主要参数 (uXL^oja
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) vUN22;Z\
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 r)lEofX,g+
带的根数z ? E1<!~
160 368 708 2232 B 2 :y+2*lV
Hkk/xNP
6.齿轮的设计 N nRD|A
pM+ AjPr
(一)齿轮传动的设计计算 @'w"R/,n-@
B\=L3eL<D
齿轮材料,热处理及精度 Vp#JS3Y
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 y0Fb_"}
(1) 齿轮材料及热处理 sQ=]NF)\
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 Z~AO0zUKY
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 S
^"y4-2
② 齿轮精度 xR-%L
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 cA2V2S)
n D0K).=Q
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 ?8I?'\F;
按齿面接触强度设计 o\[~.";Z
?~l6K(*2
确定各参数的值: 6w*dKInG[-
①试选=1.6 N,`$M.|?
选取区域系数 Z=2.433 v]'ztFA
RU'=ERYC
则 Z 6t56"u
②计算应力值环数 $3W;=Id=+
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) <5-[{Q/2z
=1.4425×10h 3r<~Q7e
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) ^?-:'<4q$
③查得:K=0.93 K=0.96 q2/pNV#
④齿轮的疲劳强度极限 t=(!\:[D
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: -j+UMlkB
[]==0.93×550=511.5 HD@$t)mn
g$":D
[]==0.96×450=432 /1Qr#OJ(]
许用接触应力 (jnzT=y
+@A
⑤查课本表3-5得: =189.8MP j5QuAU8
=1 zbXI%
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 ",p;Sd
=4.47×10N.m |+"<wEKI
3.设计计算 1[mXd
①小齿轮的分度圆直径d XQrF4l
_- [''(E
=46.42 x5|I
②计算圆周速度 P#E &|n7DT
1.52 }Q)#[#e
③计算齿宽b和模数 {i1|R"ta
计算齿宽b :<ka3<0%
b==46.42mm IrR7"`.i
计算摸数m *]. 7dec/
初选螺旋角=14 4ae`pAu
= jG6]A"pr
④计算齿宽与高之比 !!qK=V|>
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 F;>V>" edl
=46.42/4.5 =10.32 iMt:9|yF}8
⑤计算纵向重合度 Av @b!iw+
=0.318=1.903 CWf /H)~
⑥计算载荷系数K )}''L{k-
使用系数=1 wJg1Y0nh
根据,7级精度, 查课本得 R]Vt Y7}i,
动载系数K=1.07, WKQ^NEqr3
查课本K的计算公式: #&cI3i
K= +0.23×10×b Gn22<C/
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33
,ZKr.`B
查课本得: K=1.35 h&|[eZt?F
查课本得: K==1.2 'UkxS b
故载荷系数: zUDg&-J3
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 x"eRJii?
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 Okgv!Nt8)A
d=d=50.64 x9NEFtqjm
⑧计算模数 l+3[ KCE
= zuP B6W ^
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 LO'**}vm
由弯曲强度的设计公式 <i<J^-W
≥ 2:*w~|6>}5
VJ84?b{c
W
⑴ 确定公式内各计算数值 h-g+g#*
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m sD<a+Lw}x
确定齿数z uzXCIv@
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 ~)*,S^k(C.
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 Pl(Q,e7O]
Δi=0.032%5%,允许 @<<<C?CTv
② 计算当量齿数 hrmut*<|
z=z/cos=24/ cos14=26.27 qsL)}sC^8
z=z/cos=144/ cos14=158 (w&F/ynO:
③ 初选齿宽系数 4p e'06:
按对称布置,由表查得=1 )Z[ft
④ 初选螺旋角 yZd +^QN
初定螺旋角 =14 "vA}FV%tRq
⑤ 载荷系数K s.EI`*xylY
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 &6DMk-
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y hS_6
查得: QU#w%|
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 ;g8R4!J
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 }p=Jm)y
{2qFY5H
⑦ 重合度系数Y -\+s#kE:
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 |].pDwgt
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 85lCj-cs
=14.07609 Z/Eb:
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 ]d55m /(
⑧ 螺旋角系数Y QS0:@.}$E)
轴向重合度 =1.675, V=)_yIS
Y=1-=0.82 3WN`y8l
k-Q%.o
⑨ 计算大小齿轮的 z+
s6)Ad
安全系数由表查得S=1.25 hZ[E7=NTQ^
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 Yv
hA_v
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 ^<;V]cY`
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 Fd#?\r.
查课本得到弯曲疲劳强度极限 KN$}tCU
小齿轮 大齿轮 _4TH4~cY
Tfh 2.
查课本得弯曲疲劳寿命系数: AoY-\E
K=0.86 K=0.93 D@G\7KH@
`J]fcE%T0R
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 S2n39 3
[]= .id)VF-l
[]= )X04K~6lY
vQ<90ZxqB
$4-$pL6"
大齿轮的数值大.选用. 3Uqr,0$p
&-s'BT[PGq
⑵ 设计计算 Nb?w|Ne(T
计算模数 rxr{/8%f%
pkP?i5,
OQ8 bI=?[x
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: AGH|"EWG
u7bLZU 0
z==24.57 取z=25 rX*H)3F
TqNadHQ
那么z=5.96×25=149 0_k'.5l%
"8'@3$>R=
② 几何尺寸计算 ]DZE%
计算中心距 a===147.2 U;bK!&