机械设计基础课程设计任务书 *TC#|5
IUSV\X9
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 b3l~wp6>
a}5/?/
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) /nz J`d
bo40s9"-*W
目 录 <(W:Q3?s
%{ +>\0x
一 课程设计书 2
Wz)@k2
3eR c>^wh
二 设计要求 2 ]Ia}H+ &
Z@6xu;O
三 设计步骤 2 `=19iAp.
/f]'_t0\.
1. 传动装置总体设计方案 3 BT*{&'\/
2. 电动机的选择 4 m)e~HP7M
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 uQO\vRh0
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 CC|=$(PgT
5. 设计V带和带轮 6 8&c:73=?X
6. 齿轮的设计 8 $n_ax\15
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 Uj twOv|pF
8. 键联接设计 26 o>e -M
9. 箱体结构的设计 27 J>Bc-%.Q
10.润滑密封设计 30 h4N&Ybfo
11.联轴器设计 30 /A1qTG=Br
,)Z1&J?
四 设计小结 31 -I.BQ
五 参考资料 32 cg_j.=M-
UYvdzCUh
一. 课程设计书 Hl=M{)q@
设计课题: (gjCm0#_%
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 uy8mhB+]
表一: `P?!2\/
题号 2c%b
V~]&1
参数 1 D),hSqJ"
运输带工作拉力(kN) 1.5 * \%b1
运输带工作速度(m/s) 1.1 w 3$9
卷筒直径(mm) 200
A}G>JL
a}V<CBi
二. 设计要求 !a^'Jbb
1.减速器装配图一张(A1)。 'DTq<`~?
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 yt#~n_
3.设计说明书一份。 "HtaJVp//
{C5-M! D{<
三. 设计步骤 "Zu>cbE
1. 传动装置总体设计方案 tb;u%{S
2. 电动机的选择 1-}M5]Y
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 O7z5,-
4. 计算传动装置的运动和动力参数 j
W/*-:
5. “V”带轮的材料和结构 Y}
crE/
6. 齿轮的设计 lX/:e=
7. 滚动轴承和传动轴的设计 A9o"L.o)
8、校核轴的疲劳强度 '4,>#D8@O
9. 键联接设计 oD=+
10. 箱体结构设计 ^c?$$Tq
11. 润滑密封设计 O:jaA3
12. 联轴器设计 epG!V#I
`qhZZ{s)1U
1.传动装置总体设计方案: Pa-{bhllu)
Y InPmR
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 ky I~
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, jPEOp#C
要求轴有较大的刚度。 5Yr$tl\k
3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 *}=z^;_oq
其传动方案如下: MR/gLm(8(
8SoTABHV
图一:(传动装置总体设计图) _:+ k|I
/A93mY[
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 sZI$t L<j
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 "z4V@gk
传动装置的总效率 zj2l&)N
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; wW|[Im&
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, VvTi>2(.
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, LTcZdQd$
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 G-5ezVli
XPT@ LM
2.电动机的选择 qz8Jvgu?
s3y"y_u
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, WT jy"p*
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, ^1;Eq>u
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。 f7I!o,/
V;uFYt;E
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, U
U@
p{[(4}ql
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 kHd`k.nW
3M5wF6nY[[
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 sF~!qag4q'
JzmX~|=Xi
oW3|b2D
方案 电动机型号 额定功率 Dr5AJ`y9A
P =h|xlT
kw 电动机转速 v0KJKrliGO
电动机重量 lQ#='Jqfp
N 参考价格 |f2bb
元 传动装置的传动比 Zu|qN*N4
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 ,AwX7gx22
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 8dwKJ3*.
Sh\Jm*5
中心高 ._TN;tR~'
外型尺寸 \e~5Dx1
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 "~L$oji
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 i9D<jkc
O3tw@ &k
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 5IfC8drAs
T l8`3`e
(1) 总传动比 pyp0SGCM:
由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 m(IyW734I
(2) 分配传动装置传动比 LvNulMEK
=× xM![
式中分别为带传动和减速器的传动比。 2b&Fu\2Dmv
为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 R)6"P?h._4
4.计算传动装置的运动和动力参数 X<&Y5\%F
(1) 各轴转速 8/R9YiY5*
==1440/2.3=626.09r/min j[Gg[7q{y
==626.09/5.96=105.05r/min Rw)=<XV)6
(2) 各轴输入功率 !
=*k+gpF
=×=3.05×0.96=2.93kW A~H@0>1
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW 5
Q/yPQN
则各轴的输出功率: 2yV^'o)
=×0.98=2.989kW :Z+Jt=;
=×0.98=2.929kW BbhC0q"J
各轴输入转矩 ]A:8x`z#F
=×× N·m .JV y}^Q\
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· cVli^*se
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m Q096M 0m
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m f<M!L>+M6
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m ^.c<b_(=h
=×0.98=242.86N·m c^stfFE&
运动和动力参数结果如下表 bWJ&SR>
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min .0p'G}1
输入 输出 输入 输出 7G%:ckg
电动机轴 3.03 20.23 1440 >fzFNcO*
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 yz=aJ
v;
H
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 7m8(8$-6
p$mt&,p
5、“V”带轮的材料和结构 10^FfwRfM
确定V带的截型 & l0LW,Bx
工况系数 由表6-4 KA=1.2 !\!j?z=O8
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 US\h,J\Ju
V带截型 由图6-13 B型 slaH 2}$xR
~~q>]4>
确定V带轮的直径 3sp-0tUE
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm j<)`|?@e(
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s ~-#Jcw$+n=
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm OR}+)n{
8`_tnARIX
确定中心距及V带基准长度 51;[R8'w
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 D#gC-,
360<a<1030 #I\" 'n5M
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm -_= m j
Q 3/J@MC
初定V带基准长度 ]KQQdr
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm KW/LyiP#
|,tKw4
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm 3Hi8=*
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm e m
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 }i J$&CJ
\2CEEs'
确定V带的根数 8RQv
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw &@=W+A=c~
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 @M"(
r"ab
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 ,c&gw tdl
带长修正系数 由表6-2 KL=1 je%D&ci$
-b|"%e<'
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 r1 b"ta
FIUQQQ\3
取Z=2 eJeL{`NS
V带齿轮各设计参数附表 d.HcO^
1iqgVby
各传动比 6";
ITU^v
!(gSXe)*
V带 齿轮 yCN?kHG
2.3 5.96 'V&Tlw|
Qe-PW9C
2. 各轴转速n @8$z2
(r/min) (r/min) F x^X(!)~]
626.09 105.05 M6GiohI_"P
-hc8IS
3. 各轴输入功率 P _!_1=|[
(kw) (kw) `3`.usw
2.93 2.71 t7Mq>rFB
nLx|$=W
4. 各轴输入转矩 T 0Ua=&;/2
(kN·m) (kN·m) q@tym5
43.77 242.86 zQ#*O'-n
%NM={X|'
5. 带轮主要参数 *f_A:`:
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) @_W13@|
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 c=zSq%e
带的根数z /nn~&OU
160 368 708 2232 B 2 $x,EPRNs
SPXvi0Jg
6.齿轮的设计 CD%Cb53
tzv4uD]
(一)齿轮传动的设计计算 { {:Fs
6P:fM Y
齿轮材料,热处理及精度 sG)aw`_j
考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 /0$fYrg>J
(1) 齿轮材料及热处理 {&UA60~6
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 _,IjB/PR(
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 "eqzn KT%u
② 齿轮精度 o\]U;#YD
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 tP"6H-)X&
v1Q78P
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 b%vIaP|]B
按齿面接触强度设计 boHbiE
+vxOCN4}v
确定各参数的值: *C<;yPVc
①试选=1.6 lfre-pS+
选取区域系数 Z=2.433 !zllvtK4
r7L.W
则 cpALs1j:
②计算应力值环数 {+nf&5E 6
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) U^7bj
=1.4425×10h [`s0 L#
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) l1KgPRmEP
③查得:K=0.93 K=0.96 'nBP%
④齿轮的疲劳强度极限 -
jCj_@n
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: L#uU.U=
[]==0.93×550=511.5 =5Nh}o(l?
}WaZ+Mdg\
[]==0.96×450=432 ar6+n^pi0]
许用接触应力 N-_APWA
m C`*#[
⑤查课本表3-5得: =189.8MP bX,#z,
=1 P/.<sr=2
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 w;j<$<4=7
=4.47×10N.m `-OzjbM
3.设计计算 1dw{:X=j
①小齿轮的分度圆直径d @!u{>!~0
+ima$a0Zyt
=46.42 3T0~k--
②计算圆周速度 yNowhh
1.52 {\CWoFht>
③计算齿宽b和模数 GK!@|Kk8q7
计算齿宽b V7r_Ubg@K
b==46.42mm M<d!j I9)
计算摸数m tx~,7TMS/
初选螺旋角=14 A[ncwJ
= AU}kIm_+
④计算齿宽与高之比 2xf lRks
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 [rWBVfm
=46.42/4.5 =10.32 )E*f30
⑤计算纵向重合度 ",D!8>=s
=0.318=1.903 )Uy%iE*
⑥计算载荷系数K U|V,&RlbR
使用系数=1 Tx!t3;Yz[
根据,7级精度, 查课本得 Mms|jFoQ
动载系数K=1.07, _uLpU4# ?
查课本K的计算公式: jwa6`u
K= +0.23×10×b 6V%}2YE?X
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 t(6]j#5
查课本得: K=1.35 (
_6j@?u
查课本得: K==1.2 6PYt>r&TO
故载荷系数: j1%8r*Jj
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 nJ]7vj,rB
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 #IvKI+"
d=d=50.64 cx$h"
⑧计算模数 UMe?nAC
= I9qFXvqL
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 /MY's&D(
由弯曲强度的设计公式 L"vrX
≥ v_EgY2l(
zGR,}v%%
⑴ 确定公式内各计算数值 19qHWU^0V
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m M,@M5o2u
确定齿数z gv>DOez/
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 ;mQ|+|F6X
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 k>mXh{(
Δi=0.032%5%,允许 V 97ORI
② 计算当量齿数 pxgf%P<7
z=z/cos=24/ cos14=26.27 r9WR1&T)
z=z/cos=144/ cos14=158 5=I({=/>
③ 初选齿宽系数 #p>&|I
按对称布置,由表查得=1 PL{lYexJ
④ 初选螺旋角 x-k-Pd
初定螺旋角 =14 x\8g ICf
⑤ 载荷系数K ?.Vuet
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 /y{:N
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y 9dNkKMc@
查得: jq% <Z,rh
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 <q!HY~"V
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 P|@[D=y
+_J@8k
⑦ 重合度系数Y syW[uXNLZ
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 N^$q;%
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 v77UE"4|c
=14.07609 yO7y`;Q(sF
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 "h_f-vP
⑧ 螺旋角系数Y ]pBEoktp
轴向重合度 =1.675, k-
9i
Y=1-=0.82 IC'+{3.m8
3WF]%P%
⑨ 计算大小齿轮的 4;J.$
安全系数由表查得S=1.25 T$"~Vu
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 #1E4
R}B
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 'RKpMdoz
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 8xAI n>,_
查课本得到弯曲疲劳强度极限 W7WHDL^
小齿轮 大齿轮 3]?='Qq.(
G{fPQ=
查课本得弯曲疲劳寿命系数: &,%n
K=0.86 K=0.93 OP=brLGu0
S?JCi=
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 r+ 8Tp|%
[]= w/o^OjwQ
[]= xbhHP2F|
sx=1pnP9`
]rj~3du\
大齿轮的数值大.选用. 0vfMJzk
vc|tp_M67
⑵ 设计计算 XLpn3sX$
计算模数 }EwE#sZ#
S;#:~?dU
I2CI9,0
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: %/w-.?bX
plB8iN`x<
z==24.57 取z=25 d^RcJ3w
/} PdO
那么z=5.96×25=149 Sy <E@1
yJC:
bD1xi
② 几何尺寸计算 1$E [`` n
计算中心距 a===147.2 & n@hD7=(
将中心距圆整为110 D? %*L
YX,;z/Jw2
按圆整后的中心距修正螺旋角 Z72%Bv
=@4,szLO
=arccos -{OJM|W+
i=n;rT
因值改变不多,故参数,,等不必修正. PU.j(0
RP~67L
计算大.小齿轮的分度圆直径 3lWGa7<4Z
[C4{C4TX
d==42.4 t=Rl`1=(K
cD`?"n
d==252.5 b*h:e.q
{=
&&J@:
计算齿轮宽度 >Vq07R
|khFQ(
B= 81|[Y'f
]Whv%
圆整的 G2wSd'n*y
C<a&]dN/
大齿轮如上图: (G+)v[f
RjUrpS[I
B]yO
J)Yz@0#T(;
7.传动轴承和传动轴的设计 ,|$1(z*a{c
D]iyr>V6'
1. 传动轴承的设计 y{(Dv}
%u9Q`
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 Xmmj.ZUr
P1=2.93KW n1=626.9r/min ECL{`m(#n
T1=43.77kn.m GL0P&$h
⑵. 求作用在齿轮上的力 )
4t%?wT
已知小齿轮的分度圆直径为 30I-E._F
d1=42.4 4Hf'/%kW
而 F= *N
~'0"#
F= F Da[#X`Kp$
9wfE^E1
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N gA EB
L:&