机械基础课程设计一级闭式圆柱齿轮减速器.doc

目录第一章 绪论2第二章 课题题目及主要技术参数说明.32.1 课题题目 2.2传动方案分析及原始数据第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算53.1 减速器结构3.2 电动机选择3.3 传动比分配3.4 动力运动参数计算第四章 齿轮的设计计算(包括小齿轮和大齿轮).94.1闭式齿轮传动设计4.1.1闭式齿轮选材4.1.2闭式齿轮的设计计算与强度校核4.1.3闭式齿轮的结构设计数据：4.2开式齿轮传动4.2.1齿轮选材4.2.2齿轮的设计计算与强度校核第五章 轴的设计计算(从动轴).185.1轴（电动机轴）的尺寸设计5.1.1轴的材料和热处理的选择5.1.2轴几何尺寸的设计计算5.2轴（输出轴）的尺寸设计和强度校核5.2.1轴的材料和热处理的选择5.2.2轴几何尺寸的设计计算5.2.3轴的强度校核第六章 轴承、键和联轴器的选择.326.1 轴承的选择及校核 6.2 键的选择计算及校核6.3 联轴器的选择第七章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算.387.1 润滑的选择确定 7.2 密封的选择确定 7.3箱体主要结构尺寸计算7.4减速器附件的选择确定 第八章 总结42参考文献课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目： 一级闭式圆柱齿轮减速器2.2传动方案分析及原始数据： 设计要求：带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，运输带速允许误差为50%。使用期限为10年，大修期三年，小批量生产，两班制工作。 原始数据：A11运输带卷筒所需功率P/(kW)：5.8；运输带卷筒工作转速n (r/min)：88卷筒中心高H (mm)：300 设计任务：1) 减速器装配图1张（A0或A1图纸）；2) 零件工作图23张（传动零件、轴、箱体等，A3图纸）；3) 设计计算说明书1份，60008000字。说明书内容应包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（许用应力法和安全系数法）、键的强度校核，联轴器的选择、设计总结、参考文献、设计小结等内容。 结构设计简图：图1 带式输送机传动系统简图 设计计算说明书第一章 减速器结构选择及相关性能参数计算 减速器的结构与性能介绍3.1结构形式3.2电动机选择按照设计任务要求，本减速器采用水平剖分、封闭结构（1）运输带卷筒所需功率P卷筒=5.8KwError! No bookmark name given.（2）从电动机到卷筒间各个运动副的总机械效率 =0.99 联轴器效率；=0.98 闭式齿轮传动效率；=0.95 开式齿轮传动效率；=0.99 轴承效率； 所以：（3）电动机所需功率为： 查机械零件设计手册附录表F1-7Y系列电动机的技术数据 取可见有三种Y系列三相异步电动机可用，分别为：Y132M-4、Y160M-6、Y160L-8，三者参数比较如下：机械零件设计手册P997表4.1-2结果及依据型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）尺寸机械零件设计手册附录表F1-7 电动机选用Y160M-6型Y132M-47.5150014402.22.2中Y160M-610009702.02.0中Y160L-87507202.02.0长综合考虑总传动比及尺寸大小，选取Y160M-6型3.3传动比分配3.4动力运动参数计算运输带卷筒的转速为： n=88（r/min） 所以： 取，则（1）转速n =970（r/min）=/=970/4=242.5（r/min） =/=242.5/2.756=87.990（r/min）（）功率 （3）转矩T = 629.752(Nm )将上述数据列表如下：=4.0=2.756设计计算内容计算及说明结果及依据轴号功率P/kWn/(r/min)T(N.m)i06.42397063.23710.996.35997062.6054.00.976.170242.5242.9582.7560.945.80387.990629.752第二章 齿轮的设计计算 齿轮的设计计算及结构说明4.1闭式齿轮传动设计4.1.1闭式齿轮选材4.1.2闭式齿轮的设计计算与强度校核4.1.3闭式齿轮的结构设计数据：闭式齿轮选用：直齿圆柱硬齿面齿轮（1）选择材料及确定需用应力小齿轮选用45号钢，调质处理，HB236 大齿轮选用45号钢，正火处理，HB190由机械零件设计手册查得 （2） 确定各种参数齿轮按 9等级精度制造由于原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对成布置，一般按照中等冲击载荷计算。查机械设计基础教材中表113得：取K=1.3查机械设计基础教材中表114取：区域系数 ZH=2.5 弹性系数 ZE=188.0查机械设计基础教材中表116取：齿宽系数 由 （3）按齿面接触强度设计计算齿数取Z1=21，则Z2=214=84。故实际传动比模数 齿宽 ，取b2=65mm，b1=70mm按表4-1 取m=4mm，实际的d1=zm=214mm=84mm，d2=844mm=336mm中心距 （4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数YFa1=2.56，YSa1=1.63 YFa2=2.24，YSa2=1.76由式（11-5） ，安全。（5）计算齿轮圆周转速v并选择齿轮精度 对照表11-2可知选用9级精度是合宜的。其他计算从略。齿轮结构设计：齿顶圆直径da齿全高h（c=0.25）齿厚S齿根高齿顶高齿根圆直径df由于小齿轮d1=84mm，可采用齿轮轴结构；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构大齿轮的有关尺寸计算如下（需要根据后面轴的设计来确定大齿轮的详细参数）：轴孔直径d=50mm轮毂直径D1=1.6d=1.650=80 mm； 取D1=80 mm轮毂长度L=B2=1.5d=60 mm轮缘厚度0=（34）m=1216 mm； 取0=16 mm轮缘内径D2=da2-2h-20=344-29-216=294 mm 取D2=300 mm腹板厚度c=0.3B2=0.365=19.5 mm； 取c=20 mm腹板中心孔直径D0=0.5（D2+D1）=190mm腹板孔直径d0=0.25（D2-D1）=0.25（300-80）=55 mm；取d0=55mm齿轮倒角n=0.5 m=2mm齿轮结构图如下：机械设计基础教材P166表111机械设计基础教材P171 表11-5 机械设计基础教材P168表112机械设计基础教材十一章 表11-3 、表11-6、表11-4=21= 84机械设计基础教材P171 公式（11-3）d1=74.56mm实际：d1=84mmd2=336mm查机械设计基础教材图118、119齿轮强度校核安全。V=3.785m/s图2：从动轴上大齿轮设计计算内容计算及说明结果及依据4.2开式齿轮传动4.2.1齿轮选材4.2.2齿轮的设计计算与强度校核开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿轮小齿轮：40Cr 表面淬火 硬度4855HBC， 大齿轮：40Cr 表面淬火 硬度4855HBC， 对于一般工业用齿轮，采用一般可靠度计算取最小安全系数：=1.0，=1.25；因此 （1） 小齿轮上的转矩（2） 确定各种参数齿轮按 9等级精度制造K=1.5 初选螺旋角 =15 （3） 按齿轮弯曲强度设计计算计算齿数比u 取 =32 则=88.192 取 实际传动比 齿形系数 齿数比相对误差 允许查机械设计基础教材图118得 图119得 机械设计基础教材P166表111机械设计基础教材P171 表11-5 = 32= 89机械设计基础教材图118119因为：故：对小齿轮进行弯曲强度计算法向模数： 由机械设计基础教材表41：取中心距： 取 确定螺旋角：齿轮分度圆直径 齿宽 取 （4） 验算齿面接触强度 故安全（5） 计算齿轮圆周速度v并选择齿轮精度查表取齿轮等级为9 级制造精度是合宜的。因为设计的为减速器内部结构，故不对开式齿轮做尺寸计算和结构设计机械设计基础教材表41机械设计基础教材表112第三章 轴的设计计算设计计算内容计算及说明结果及依据 轴的设计计算与校核 5.1轴的尺寸设计5.1.1轴的材料和热处理的选择5.1.2轴几何尺寸的设计计算5.2轴（输出轴）的尺寸设计和强度校核5.2.1轴的材料和热处理的选择5.2.2轴几何尺寸的设计计算5.2.3轴的强度校核：轴的设计计算与校核：不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为轴，故只对轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。 具体步骤如下： 1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa2、 初步计算各轴段直径 （1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T 最小直径计算（查机械设计基础教材表153 取 c=110）考虑键槽 选择标准直径 （2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=30mm； （3）计算 ，且必须与轴承的内径一致，圆整=35mm，初选轴承型号为6207,查附表可知，B=17mm，D=72mm，； （4）计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=40mm； （5）计算 取 =50mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 电动机轴各阶梯轴直径列表如下： 名称直径（mm）243035405040 3、计算轴各段长度 （1）计算 半联轴器的长度l=52mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l略短一些，取 =50mm; （2）计算 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取，其中d3为螺钉直径M8，由轴承外径D=72mm，查表，取d3=7mm， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积（1.52）105，故轴承采用脂润滑，取 =9mm， 所以 m=8+16+14+8-9-17=4mm, 所以 =20+8.4+4=32.4mm，取 =33mm； （3）计算 ，式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取 L3=45mm（4）计算 ; （5）计算 取L5=6 （6）计算 ； 各段轴长度列表如下: 名称长度/mm5033456363641 尺寸设计部分具体步骤如下： 1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa3、 初步计算各轴段直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T 最小直径计算（查机械设计基础教材表142 取 c=110）考虑键槽 选择标准直径 （2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=40mm； （3）计算 ，且必须与轴承的内经一致，圆整=45mm，初选轴承型号为6309,查附表可知，B=25mm，D=100mm，； （4）计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=50mm； （5）计算 取 =60mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 电动机轴各阶梯轴直径列表如下： 名称直径（mm）354045506040 3、计算轴各段长度 （1）计算 L1段部分为插入开式齿轮的长度：b2小齿轮=70mm， 取L1=80mm （2）计算 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取，其中d3为螺钉直径，由轴承外径D=100mm，查表，取d3=7mm， ， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积（1.52）105，故轴承采用脂润滑，取 =9mm， 所以 m=8+16+14+8-9-25=12mm, 所以 =20+14+8.4=40.4mm，取 =41mm； （3）计算 ，式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取 L3=50mm（4）计算 ; （5）计算 （6）计算 ； 各段轴长度列表如下: 名称长度/mm8041506374341 强度校核部分具体步骤如下：(1) 输出轴的功率P和扭矩T (2) 最小直径计算（查机械设计基础教材表153 取 c=110）考虑键槽 选择标准直径 (3) 计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）圆周力：径向力：是直齿轮，故轴向力：（4）按许用应力校核轴的弯曲强度1) 轴的受力简图 （图A）（L =113mm）2) 求支持反力水平面支反力垂直面支反力 3) 作弯矩图水平弯矩（图B）垂直弯矩（图C）4) 求合成弯矩，作出合成弯矩图（图E）5) 作扭矩图（图D）C点左 C点右 6) 作危险截面当量弯矩图（图E）该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.597) 校核危险截面轴径45号优质碳素钢调质处理时，查机械设计基础教材111 C剖面的轴径 故：强度足够图3：从动轴受力简图校核分析机械设计基础教材P241表141机械设计基础教材表142C=110=35mm第四章 轴承、键和联轴器的选择设计计算内容计算及说明结果及依据 滚动轴承的选择与校核 6.1 轴承的选择及校核（一）从动轴承：因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮，考虑承受载荷和只承受径向力，主动轴承和从动轴承均选用深沟球轴承。从动轴承：根据轴径值查机械制图教材326附录C101深沟球轴承各部分尺寸，选择6209（GB/T276-1994）型深沟球轴承 2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB62095010025寿命计划：要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）计算选用轴承寿命 查机械零件设计手册P810表311-15 基本额定动负荷 动载荷系数 当量动载荷 温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数 轴承寿命合格（二）主动轴承：主动轴承：根据轴径值查机械制图教材326附录C101深沟球轴承各部分尺寸，选择6207（GB/T276-1994）型深沟球轴承 2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB6207247217寿命计划：要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）计算选用轴承寿命 查机械零件设计手册P810表311-12 基本额定动负荷 动载荷系数 当量动载荷 温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数 轴承寿命合格图4：主动轴承简图机械制图教材327附录C102机械设计基础教材公式16-4表16-8表16-96.2键的选择与校核材料选择及其许用挤压应力选择45号优质碳素钢，查机械零件设计手册P458表32-3 其许用挤压应力（1） 主动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，且联轴器轴长度=62mm，故选择8250GB1096-1990型键。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适（2） 从动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，故选择。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适（3） 从动轴与齿轮联接处，考虑到键在轴中部安装，且l=38 mm选择平键就可以了，故选择。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适机械制图教材P323附录C8机械零件设计手册P458表32-3表32-2主动轴外端850GB1096-90A型键从动轴外端1049GB1096-90A型键从动轴与齿轮联接处1430GB1096-90A型键6.3联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 选用TL5 ZA2562/YA2562型（GB4323-84）弹性套柱销联轴器,根据主动轴连接联轴器处，将各种参数列表如下：型号公称转矩T许用转数n轴孔直径d轴孔长度L外径D材料轴孔类型TL512536002562130HT200Y型联轴器承受转矩故： 合适TL5 型GB4323-84弹性套柱销联轴器第五章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构