机械设计基础课程设计任务书 32D/%dHC
h+(s/o?\
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 (5&"Y?#o,
LL+rdxJO^
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) -wRzMT19MG
DlI|~
目 录 wf1DvsJQl
iwJgU
b
一 课程设计书 2 iSlVe~ef
E !M+37/
二 设计要求 2 bmpB$@
sNVD"M,
三 设计步骤 2 XZGyh X7
U+
=q_ <
1. 传动装置总体设计方案 3 HfPeR8I%i
2. 电动机的选择 4 17d$gZ1O:
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 I|H mbTXa
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 k$!&3Rh
5. 设计V带和带轮 6 qa0Zgn5 q
6. 齿轮的设计 8 dM$S|,H
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 ZT#G:a
8. 键联接设计 26 Y~!@
9. 箱体结构的设计 27 ~Y[1Me
10.润滑密封设计 30 3RUB2c4
11.联轴器设计 30 z16++LKmM
[-ecKPx
四 设计小结 31 i^l;PvIF
五 参考资料 32 FC#Qtu~J
C2v7(
一. 课程设计书 j;.&+.
设计课题: oP6G2@3P/
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 f9$q.a*
表一: J:a^''
题号 }s[/b"%y
qxx.f58H
参数 1 {Xj%JE[V
运输带工作拉力(kN) 1.5 Wwz{98,K
运输带工作速度(m/s) 1.1 VrK 5a9*^
卷筒直径(mm) 200 G'Y|MCKz>
VbYapPu4b!
二. 设计要求 _G|6xlO
1.减速器装配图一张(A1)。 p
pq#5t^[)
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 C#R9Hlb
3.设计说明书一份。 bOdD:=f
.B*)A.
三. 设计步骤 @[Th{HTc.G
1. 传动装置总体设计方案 mfvQ]tz_+
2. 电动机的选择 AXCJFqk;
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 "x11 YM{F
4. 计算传动装置的运动和动力参数 rgCId@R
5. “V”带轮的材料和结构 53QP~[F8R]
6. 齿轮的设计 W=*\4B]
7. 滚动轴承和传动轴的设计 sMx\WTyz
8、校核轴的疲劳强度 XN@5TZoaW
9. 键联接设计 92i#It}-/
10. 箱体结构设计 'zaB5d~l
11. 润滑密封设计 G r)+O
12. 联轴器设计 kAoai|m@R
~U|te _l
1.传动装置总体设计方案: H;6V
~>n<b1}W
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 `xSXGI
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, O_ cK4
要求轴有较大的刚度。 "Xqj%\
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。 jcj)9;n=!
其传动方案如下: !v-(O"a
]:;gk&P
图一:(传动装置总体设计图) QS_u<B
-l",!sV
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 |Bid(`t.
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 cmTZ))m
传动装置的总效率 ?2M15Q
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; qv:WC
TAn
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, .jCdJ
=z
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, l},%g%}iMU
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 ll#PCgIm
3Wiu`A
2.电动机的选择 MI/1uw
i<
ih :
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, XxIU B(.QI
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, eR/7*G5
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。 W+S>/`N
&^EkM
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, Gi-tf<
u1uY*p
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 /mb| %U]~
AA66^/t
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 VbN]z:
O@[q./VV,
8wBns)wy @
方案 电动机型号 额定功率 v1}
$FmHL"
P N5_v}<CN
kw 电动机转速 4avM:h
电动机重量 {E9Y)Z9
N 参考价格 /4|qfF3
元 传动装置的传动比 ,YoIn
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 i@2?5U>h
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 ' :Te#S
rg`"m
中心高 csC3Wm{v
外型尺寸 P=h2Z,2
L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸D×E 装键部位尺寸F×GD 6ul34\;
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 |$D^LY
D@2Tx
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 y]Y)?])
i_MDLS>-
(1) 总传动比 S\C
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 lU@ni(69d
(2) 分配传动装置传动比 Nk7Q
=× a`T{5*@
式中分别为带传动和减速器的传动比。 Q>.-u6(&
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 39OZZaWL
4.计算传动装置的运动和动力参数 .G^.kg ,
(1) 各轴转速 s~GO-v7
==1440/2.3=626.09r/min f[.]JC+,
==626.09/5.96=105.05r/min U $+rlw}
(2) 各轴输入功率 xQN](OKG
=×=3.05×0.96=2.93kW y"7?]#$9/
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW H}:apRb
则各轴的输出功率: Bdq/Ohw|!
=×0.98=2.989kW W2n%D& PE
=×0.98=2.929kW 5SDHZ?h
各轴输入转矩 N%`ikdaTd
=×× N·m r+) A)a,
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· d=xweU<
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m }C)
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m %N!Y}$y
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m =Y89X6
=×0.98=242.86N·m ^7(zoUn:
运动和动力参数结果如下表 (ttO
O45
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min _$1W:!f4
输入 输出 输入 输出 0BD3~Lv
电动机轴 3.03 20.23 1440 )2\6Fy0S
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 0|d%@
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 *s_)E2
nkvzv
5、“V”带轮的材料和结构 |vzGFfRI
确定V带的截型 )(,+o
工况系数 由表6-4 KA=1.2 '*22j ]
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 bj7v <G|Y
V带截型 由图6-13 B型 %[RLc[pB
1MOQ/N2BR
确定V带轮的直径 wWwY.}j
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm hMi[MB7~
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s W[+E5I
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm K^9!Qp
c,e
0+
确定中心距及V带基准长度 0e3aWn
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 m%m8002
360<a<1030 aN.Phn:
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm Al
0zL
h4ZrD:D0\
初定V带基准长度 sHKT]^7
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm DUa`8cE}
8W#whK2El
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm RzNv|
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm 5&6S["lt
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 2TiUo(MK
9QZ;F4 r
确定V带的根数 Dk8"
H>*
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw M,:GMO:?a
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 O7:JG[tR*
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 M" %w9)@
带长修正系数 由表6-2 KL=1 7LKNEll
Q;SMwCB0M
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 |odl~juU
]M>mwnt+
取Z=2 k_$w+Q
V带齿轮各设计参数附表 vxK}f*d
YG<?|AS/
各传动比 Q+gQ"l,95
'Aai.PE:
V带 齿轮 |no '^
2.3 5.96 =p:D_b
#\o
VbVq
2. 各轴转速n 1+v)#Wj
(r/min) (r/min) -bduB@#2d
626.09 105.05 *r$(lf
or>5a9pj
3. 各轴输入功率 P O0c#-K.f
(kw) (kw) %YA=W=Yd
2.93 2.71 ~8RN
r@^h,
4. 各轴输入转矩 T b$H{|[
(kN·m) (kN·m) C4]vq+
43.77 242.86 QVm3(;&'
j;)U5X
5. 带轮主要参数 >kd&>)9v
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) MW6d-
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 SX$v&L<
带的根数z S~/zBFo-
160 368 708 2232 B 2 },ef(
j[v<xo
6.齿轮的设计 9#xcp/O
sJ{NbN~`I
(一)齿轮传动的设计计算 -!k"*P
8$BZbj%?hx
齿轮材料,热处理及精度 98x]x:mgI_
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 N{ @B@]
(1) 齿轮材料及热处理 e>=P'
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 ?n8gB7(FA
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 {YT!vD9.
② 齿轮精度 g,@0 ;uVq
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 ,GA2K .:#
X~T"n<:a>
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 wWQv]c%
按齿面接触强度设计 HE,# pj(D
,nD:W
确定各参数的值: rp (nGiI
①试选=1.6 oDXUa5x
选取区域系数 Z=2.433 _ko16wfg
dd@qk`Zl&A
则 TXWi5f[
②计算应力值环数 M1^,g~e
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) E9!u|&$S
=1.4425×10h 3i/$YX5@
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) Pq ZMuUd
③查得:K=0.93 K=0.96 ^w/_hY!4/
④齿轮的疲劳强度极限 l\vtz5L
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: ^F"Q~?D)
[]==0.93×550=511.5 yZE"t[q#O
llXyM */
[]==0.96×450=432 C0eP/d
许用接触应力 k4FxdX
V\^3I7F
⑤查课本表3-5得: =189.8MP eQbDs_
=1 Xt %;]1n
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 XbsEO>_Z'A
=4.47×10N.m vr+O)/P})
3.设计计算 ^Qt4}V=
①小齿轮的分度圆直径d 7{e0^V,\k
B{^o}:e
=46.42 Sp3?I2 o
②计算圆周速度 rV>/:FG
1.52 po~V{>fUm
③计算齿宽b和模数 i/N4uq}'A<
计算齿宽b 03Pa; n
b==46.42mm rnz9TmN:*1
计算摸数m ?4GI19j
初选螺旋角=14 <2Lcy&w_M
= :biM}L
④计算齿宽与高之比 0*o)k6?q3
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 c%9wI*l
=46.42/4.5 =10.32 k\W%^Z
⑤计算纵向重合度 ,iY/\
U''
=0.318=1.903 qPY
OO
⑥计算载荷系数K +`O8cHx
使用系数=1 pCS2sq8RC
根据,7级精度, 查课本得 He^u+N@B
动载系数K=1.07, UE33e(Q<
查课本K的计算公式: b0|q@!z>
K= +0.23×10×b uKHkC.g
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 o_>id^$>B
查课本得: K=1.35 >Ng7q?h
查课本得: K==1.2 |d\rCq >
故载荷系数: {Hxvt~P
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 (jv!q@@2C.
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 *)+1BYMo
d=d=50.64 iLiEh2%P
⑧计算模数 *vqlY[2Ax
= EkS7j>:
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 YcW[BMy5h
由弯曲强度的设计公式 '#K:e
≥ SZW+<X
$xqI3UaX
⑴ 确定公式内各计算数值 {a-bew
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m &(a#I]`9M
确定齿数z Rd7[e^HSN
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 h>V8YJ
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 c#X9d8>
Δi=0.032%5%,允许 \-3\lZ3qj
② 计算当量齿数 |d}f\a`
z=z/cos=24/ cos14=26.27 LnZzY0
z=z/cos=144/ cos14=158 Ba==Ri8$
③ 初选齿宽系数 2(~Y ^_
按对称布置,由表查得=1 "'/:Tp)
④ 初选螺旋角 &Ohm]g8{2
初定螺旋角 =14 ]4f;%pE
⑤ 载荷系数K +mP&B<=H)
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 1d)wE4c=Z
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y z*?-*6W
查得: pGEYke NU
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 J!r,ktO^U?
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 d3Dw[4
Itn7Kl
⑦ 重合度系数Y + <AD
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 $U=E7JO
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 MJJ]8:%
=14.07609 *K#7,*Oz
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 t<S]YA~N'
⑧ 螺旋角系数Y u%n6!Zx
轴向重合度 =1.675, 6b1f? 0
Y=1-=0.82 py#`
g=w,*68vuy
⑨ 计算大小齿轮的 rUZRYF4C
安全系数由表查得S=1.25 ).aQ}Gwx^
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 Q|40
8EM
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 qFEGV+
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 -1dbJ/)
查课本得到弯曲疲劳强度极限 EX^}#|e*h
小齿轮 大齿轮 .Cv0Ze
S |SN3)
查课本得弯曲疲劳寿命系数: #sl_
BC9
K=0.86 K=0.93 o!.\+[
="E^9!
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 ;{1J{-EA
[]= l|#WQXs*c{
[]= 4.]xK2sW
(eX9O4
v@zpF)|
大齿轮的数值大.选用. \~V
ZY
d&S4`\g?8
⑵ 设计计算 @oC# k<
计算模数 {v&c5B~,\
@\-i3EhR
zh5'oE&[yC
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: l5sBDiir%
=gI;%M\'
z==24.57 取z=25 QmQsNcF~z
3w&fN3
1
那么z=5.96×25=149 $Pa7B]A,Ae
I5RV:e5b
② 几何尺寸计算 :1%z;
计算中心距 a===147.2 .Q'/e>0
将中心距圆整为110 vfID@g`!q+
Uh.XL=wY
按圆整后的中心距修正螺旋角 cSdkhRAn
ejq2]^O4c
=arccos +r EqE/QF
rNzsc|a:
因值改变不多,故参数,,等不必修正. {"<6'2T3
c&zZsJ"~
计算大.小齿轮的分度圆直径 *2MM
_4E .
P
d==42.4 KP)BD;
eF8!}|*N
d==252.5 k<b`v&G
F\m
计算齿轮宽度 tCnx:1
** \B P,]}
B= m9*Lo[EXO
oZvQ/|:p!
圆整的 ciKkazx.
cv fh:~L
大齿轮如上图: hK=\O)
|&