机械设计基础课程设计任务书 (]^9>3{|
\/la`D
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 \$T
mMjY I1F
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) DbP!wU lqR
8n?qm96
目 录 Dr$k6kZ}'U
d3_aFsQ
一 课程设计书 2 !
pR&&uG
)7Gm<r
二 设计要求 2 wAkpk&R
k q8:h
三 设计步骤 2 r@f8-!{s2h
%RG kXOgp
1. 传动装置总体设计方案 3 xmb]L:4F
2. 电动机的选择 4 RZ:Yu
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 fQ=Yf ?b
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 "yXKu)_
5. 设计V带和带轮 6 g2JNa?z
6. 齿轮的设计 8 <w`
R;
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 H ifKa/}P8
8. 键联接设计 26 57* z0<
9. 箱体结构的设计 27 _d76jmujJ
10.润滑密封设计 30 @AaM]?=P{
11.联轴器设计 30 yhJH3<
6x)7=_:0
四 设计小结 31 *9y)B|P^
五 参考资料 32 q,F\8M\$
D)U
9xA)J
一. 课程设计书 [^$nt
设计课题: s]50Y-C
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 jOa .h
表一: >8D!K0?E
题号 R2vT\ 6xv
x2=Bu#Y
参数 1 Yrs7F.Y"
运输带工作拉力(kN) 1.5 , 7KP
运输带工作速度(m/s) 1.1 JS<S?j?*/
卷筒直径(mm) 200 $wg5q\Rv
KiAWr-~gJ
二. 设计要求 >!848J
1.减速器装配图一张(A1)。 zsFzF`[k
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 njtz,qt_;G
3.设计说明书一份。 ~7+7{9g
1fm4:xHH
三. 设计步骤 Q^prHn*@
1. 传动装置总体设计方案 |tIr?nXSW3
2. 电动机的选择 jj_z#6{
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 .A<G$ db
?
4. 计算传动装置的运动和动力参数 b3F)$UQ
5. “V”带轮的材料和结构 :7UC=GKQk
6. 齿轮的设计 g"ha1<y<
7. 滚动轴承和传动轴的设计 `-W.uOZ0
8、校核轴的疲劳强度 `-fWNHs
9. 键联接设计 DXBc 7J
10. 箱体结构设计 nF>41 K
11. 润滑密封设计 -}Zck1
12. 联轴器设计 0b6jGa
TwlX'iI_;
1.传动装置总体设计方案: FlGU1%]m
6D|[3rXr
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 L#O1>
2. 特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀, Su?e\7aj
要求轴有较大的刚度。 .2"-N5Z
3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 IR;l{q&`
其传动方案如下: :B{Wf 2<z
yJQ>u
图一:(传动装置总体设计图) 2t 6m#
ze2%#<
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 0t*e#,y
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 |y9(qcKn$
传动装置的总效率 m%m<-.'-
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; [As9&]Bv5
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, 9$[6\jMh
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, Ak3cE_*Y/
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 _PT5
9d&@;&al
2.电动机的选择 YBh|\
"uCO?hv0
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, $B%wK`J
经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6,
hr$Wt?B
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。 3LGX ^J<f
fF6bEJl3
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, '8%jA$o\g
OT0%p)
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 Z$?(~ln
&O
+?#3
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 8;6j
WC0z'N({W
4Vtug>
方案 电动机型号 额定功率 "<Ozoo1&w
P &~mJ
).*
kw 电动机转速 YRg"{[+#]k
电动机重量 b@ QCdi,u
N 参考价格 )
>;7"v
元 传动装置的传动比 U!d|5W.{Q
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 4)"S/u
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 E7'
8[b_E5!V
中心高 nuKcq!L
外型尺寸 CvhVV"n
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 Q":,oZ2
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 QPX&P{!g
. ;rE4B
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 |d$4Fu(M~
RW{y.WhB
(1) 总传动比 "I3
#/~q
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 $RH.
(2) 分配传动装置传动比 IOA2/WQu
=× 'C4cS[1
式中分别为带传动和减速器的传动比。 |`ya+/ff+
为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 7|5X> yt
4.计算传动装置的运动和动力参数 g.Tc>?~
(1) 各轴转速 :)Pj()Os|
==1440/2.3=626.09r/min fmq''1u
==626.09/5.96=105.05r/min }!Y=SP1e
(2) 各轴输入功率 l~]D|92
=×=3.05×0.96=2.93kW 1rx,qfCq
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW ;NOmI+t0w&
则各轴的输出功率: SZ29B
=×0.98=2.989kW 2FR+Z3&z
=×0.98=2.929kW SJB^dI**/d
各轴输入转矩 y2W|,=Vd
=×× N·m 80zpRU"
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· 1:JwqbZKJ
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m 5U-SIG*
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m vPz$+&{I
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m O1D|T"@
=×0.98=242.86N·m P_4E<"eK
运动和动力参数结果如下表 JM1O7I
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min Ptz##o'{5
输入 输出 输入 输出 fat;5XL@
电动机轴 3.03 20.23 1440 t"zi'9$t
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 {dXTj 7
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 AsD$M*It
5(gWK{R)*
5、“V”带轮的材料和结构 z&cM8w:
确定V带的截型 lEgjv,
工况系数 由表6-4 KA=1.2 t~7OtPF
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 0kSM$D_
V带截型 由图6-13 B型 Q^;:Kl.b
IyI0|&r2A
确定V带轮的直径 Bn9#F#F<
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm LSo*JO6
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s )s,LFIy<A
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm @DIEENiM
GE`1j'^-
确定中心距及V带基准长度 3. @LAF
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 y XKddD
360<a<1030 EK=
y!>
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm RC}m]!Uz
#i.,+Q
初定V带基准长度 "u]&~$
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm C6EGM/m8
,{mv6?_
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm D Qz+t
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm Vpne-PW
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 "={* 0P
PtYG%/s
确定V带的根数 Y)DAR83
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw Pz34a@%"
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 O/|))H?C
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 cF4,dnI
带长修正系数 由表6-2 KL=1 Ml$<x"Q
4(sHUWT
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 Y/6>OD
lP*n%Pn)
取Z=2 1
_Oc1RM
V带齿轮各设计参数附表 %YK xdp
Q?;Tc.O"/
各传动比 tu Y+n2
S.4+tf7+
V带 齿轮 hf]m'5pb
2.3 5.96 [zBi*%5O
5@%.wb4
2. 各轴转速n i^e8.zgywF
(r/min) (r/min) ~uH_y-
626.09 105.05 ff5 gE'
^~I@]5Pq
3. 各轴输入功率 P l 9
wO x
(kw) (kw) 5L:-Xr{
2.93 2.71 ^ZO! (
mE`qA*=?
4. 各轴输入转矩 T M,S'4Szuk
(kN·m) (kN·m) 'prHXzi(h
43.77 242.86 :^Pks R
HO['o{>BL
5. 带轮主要参数 xI1{Wo*2C}
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) y/y~<-|<@
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 :^WF%X
带的根数z 4")`}T
160 368 708 2232 B 2 H)i|?3Ip
?!&%-R6*
6.齿轮的设计 ?*yyne
k`Ifl)
(一)齿轮传动的设计计算 }a$.ngP
YO .+-(
齿轮材料,热处理及精度 5gtf`ebs/
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 l>}f{az-T
(1) 齿轮材料及热处理 s6@mXO:H^
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 Cp(2]Eb
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 u30D`sky
② 齿轮精度 7Vsp<s9bj
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 oD V6[e
E{&MmrlL,
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 X0u,QSt'O
按齿面接触强度设计 {?eUAB<
nq]6S$3
6
确定各参数的值: #M16qOEw
①试选=1.6 LXK!4(xa W
选取区域系数 Z=2.433 |g)C `k
A}SGw.3
则 B6Kl_~gT
②计算应力值环数 NC%hsg^0/
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) x_nwD"
=1.4425×10h ? +L,
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) RkYn6
③查得:K=0.93 K=0.96 m4 (pMrJ
④齿轮的疲劳强度极限 ={)85N
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: 9p qsr~
[]==0.93×550=511.5 r k W7;!
A/>Q5)
[]==0.96×450=432 e~SK*vR%]
许用接触应力 YpDJ(61+
>#|%'Us
⑤查课本表3-5得: =189.8MP 4w^o !
=1 Reikf}9Q
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 Hw]E#S
=4.47×10N.m HU $"o6ap
3.设计计算 CJ\a7=*i
①小齿轮的分度圆直径d `F7]M
-I|xW
=46.42 s1D<R,J|H
②计算圆周速度 7y'":1
1.52 X_TjJmc
③计算齿宽b和模数 h=7q;-@7
计算齿宽b pbzFzLal
b==46.42mm W%!(kN&d
计算摸数m qH}8TC
初选螺旋角=14 :(n<c
= +.V+@!
④计算齿宽与高之比 1Z# $X`
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 !g|O.mt
=46.42/4.5 =10.32 ,Xn2xOP
⑤计算纵向重合度 _!03;zrO
=0.318=1.903 N(&{~*YE
⑥计算载荷系数K QH/py
使用系数=1 "6f`hy
根据,7级精度, 查课本得 x0
)V
o]r
动载系数K=1.07, DK IH{:L7
查课本K的计算公式: aA`eKy) \
K= +0.23×10×b E\[B E<y
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 ipv5JD[
查课本得: K=1.35 <Vhd4c
查课本得: K==1.2 9{u8fDm!
故载荷系数: _?c.m*)A
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 s6 yvq#:
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 fkxkf^g)
d=d=50.64 uH[WlZ4
⑧计算模数 >yO/p(/;jR
= V?{d<Ng~J
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 *S;}&VAZ
由弯曲强度的设计公式 .|,LBc!
≥ $C[z]}iOi
c!Hz'W
⑴ 确定公式内各计算数值 z=D5*
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m WyO*8b_
D
确定齿数z )d3
09O
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 A0{xt*g
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 <XeDJ8
'
Δi=0.032%5%,允许 z9o]);dZ
② 计算当量齿数 #HcQ*BiF3
z=z/cos=24/ cos14=26.27 v$}^$8`
z=z/cos=144/ cos14=158 tiK M+
;C
③ 初选齿宽系数 i2qN 0?n
按对称布置,由表查得=1 l#0zHBc
④ 初选螺旋角 Thggas,
初定螺旋角 =14
M^kaik
⑤ 载荷系数K 2Io|?
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 g#I`P&
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y ktU:Uq
查得: #/qcp|m
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 2"6L\8hd2
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 cj>@Jx}]M
Hca(2 ]T-
⑦ 重合度系数Y Q=Q+*oog
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 ?O25k!7
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 S]H[&o1o
=14.07609 %`~4rf"7
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 Rxy|Ag/I;V
⑧ 螺旋角系数Y |]kiH^Ap
轴向重合度 =1.675, ihkZs3}
Y=1-=0.82 RY5e%/bg~U
4W>DW`{
⑨ 计算大小齿轮的 |1wZ`wGZ:L
安全系数由表查得S=1.25 r,eH7&P9{
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 1^k}GXsWmE
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 RlfI]uCDM
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 -n:2US<
查课本得到弯曲疲劳强度极限 88u[s@
小齿轮 大齿轮 &Hw:65O
q`AsnAzo&
查课本得弯曲疲劳寿命系数: D u<P^CE
K=0.86 K=0.93 r%: :q^b3
:{w3l O
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 A7QT4h&6
[]= T#E{d
[]= X'd\b}Bm
s\.r3U&6
qA}l[:F+#
大齿轮的数值大.选用. hj=n;,a9
i@{b+5$
⑵ 设计计算 5P*jGOg .
计算模数 r0z8?
8hV4l'Pa72
uToi4]w"y
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: xqT} 9,
x+sSmW
z==24.57 取z=25 B <Jxj
yFo8x[
那么z=5.96×25=149 W__$
i<1
i[/1AI
② 几何尺寸计算 TbqtT_{
计算中心距 a===147.2 e{:
-N
将中心距圆整为110 GWx?RIKF
_Wp,
z`
按圆整后的中心距修正螺旋角 Mt4`~`6
,[n=PJVw/
=arccos P@etT8| V
c:DV8'fT
因值改变不多,故参数,,等不必修正. 9dg+@FS}=
LNgFk%EH
计算大.小齿轮的分度圆直径 2J(,Xf
pfk)_;>,
d==42.4 i .?l\
]xJ2;{JWsO
d==252.5 P+p:Ed80
uCFpH5>
计算齿轮宽度 &53LJlL
Co
#1>c)_H
B= K?wo AuY
w3Qil[rg
圆整的 k1^&;}/f:
_'r&'s;<z
大齿轮如上图: LZpqv~av
:2&W9v
^^*dHWHn<
bq}o#d5p-_
7.传动轴承和传动轴的设计 SR'u*u!
"Kn%|\YL@4
1. 传动轴承的设计 4q^'MZm1
yFqB2(Dv
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 p?sC</R
P1=2.93KW n1=626.9r/min (^Hpe5h&
T1=43.77kn.m xcl8q:
⑵. 求作用在齿轮上的力 t'Pn*
已知小齿轮的分度圆直径为 zC\L-i>G
d1=42.4 ^{fA:N=
而 F= _"c?[n
F= F Y]{~ogsn$:
H(j983
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N t2q{;d~.
.q(1
m&8'O\$
2_Otv2
⑶. 初步确定轴的最小直径 -eoXaP{[
先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 S6Fn(%T+9
4XXuj
1|Z!8:&pj
rOd~sa-H
从动轴的设计 -}9a%
[oh0 )wzB
求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, o&"nF+,
P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M /V@9!
⑵. 求作用在齿轮上的力 y d4\%%]
已知大齿轮的分度圆直径为 &!5S'J%
d2=252.5 j>-O'CO
而 F= E1-BB
F= F TmIw?#q^
E2~&GkU.UN
F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N ' (1`iQ;
yvp$s
J}'a|a@bk
aBonq]W
⑶. 初步确定轴的最小直径 S)$iHBx{
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 xaG( 3
Yy3g7!K5E
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 L&L