机械设计课程设计-单级直齿轮减速箱设计.doc

课 程 设 计题 目单级直齿轮减速箱设计教 学 院化学与化学工程学院专 业高分子材料与工程学 号1024102 23姓 名吉笑天指导教师李辉2013年06月26日目录一、确定传动方案3二、选择电动机3三、圆柱齿轮设计6四、低速轴的结构设计8五、高速轴的结构设计15六、键的选择及强度校核16七、选择轴承及计算轴承寿命17八、选择轴承润滑与密封方式19九、箱体及附件的设计1919一、确定传动方案二、选择电动机（1）选择电动机 机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单级圆柱减速器由带传动和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动安排在低速级。传动装置的布置如图A-1所示图A-11）选择电动机类型和结构形式根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构形式为卧式封闭结构2）确定电动机功率工作机所需的功率（kW）按下式计算式中，=1500N，=1.8m/s，带式输送机的效率，代入上式得 =2.84kW电动机所选功率(kW)按下式计算 式中，为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率，根设计项目计算及说明主要结果（2）计算传动装置的总传动比据传动特点，由表2-4查得:V带传动=0.96，一对齿轮传动=0.97，一对滚动轴承=0.99，弹性联轴器=0.99，因此总效率确定电动机额定功率（kW），使，查表取3)确定电动机转速工作机卷筒轴的转速为取V带传动的传动比，一级齿轮减速器，传动装置的总传动比，故电动机的转速可取范围为考虑综合因素，查表，选择同步转速为1500r/min的Y系列电动机Y112M-4，其满载转速为 电动机的参数见表A-1型号额定功率/kW满载转速/r额定转最大转矩Y112M-4414402.22.2 表A-11） 传动装置的总传动比为 =/=1440/122.78=11.73=3.14kW=4kW=122.78r/minY112M-4=1440r/min=11.73设计项目计算及说明主要结果（3）计算传动装置的运动参数和动力参数2）分配各级传动比 为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑，必须使各级传动比都在各自的合理范围内，且使各自传动件尺寸协调合理匀称，传动装置总体尺寸紧凑，重量最小，齿轮浸油深度合理 本传动装置由带传动和齿轮传动组成，因=，为了使减速器部分设计方便，取齿轮传动比=3，则带传动的传动比为=/=11.73/3=3.911）各轴转速轴=/=1440r/min/3=480r/min轴=/=480r/min/3.91=123r/min滚筒轴=123r/min2）各轴功率轴轴滚筒轴3）各轴转矩电动机轴轴轴滚筒轴根据以上计算列出本传动装置的运动参数和动力参数数据表，见表A-2=3.91=3（4）计算初拉力（5）计算对轴的压力三、圆柱齿轮设计1）选择齿轮材料及热处理方法2）按齿轮接触疲劳强度条件计算小齿轮直径表A-2参数轴号电动机轴轴轴滚筒轴转速n/（r）1440480123123功率P/kW2.843.012.892.83转矩T/ Nmm2082459973255185250107传动比i33.911效率0.960.960.98已知齿轮传动参数，见表A-3表A-3项目参数3.014803.91齿轮相对于轴承对称布置，单行运转、输送机的工作状况应为中等冲击。由于该减速器无特殊要求，为制造方便，选用价格便宜、货源充足的优质碳素钢，采用软齿面查教材表10-6得小齿轮 42SiMn调质 齿面硬度250286HBW大齿轮 45钢正火 齿面硬度170200HBW选用6级精度表A-4 表A-4接触疲劳极限弯曲疲劳极限安全系数小齿轮720MPa530MPa大齿轮460MPa360MPa首先确定各参数：取K=1.2取，由计算得,使用较小的Z=5=179.1N=1667N小齿轮42SiMn调质大齿轮 45钢正火3）齿轮的主要参数和计算几何尺寸4）校核齿轮弯曲疲劳强度传动比；外啮合设计公式中的“”取“+”号；=20824计算小齿轮直径： (1) 确定齿轮齿数：取小齿轮，则大齿轮, 在的范围内，合适(2) 确定齿轮模数： m=/=57.72/25=2.37mm，取m=3mm(3)计算齿轮传动中心距：=m（+）/2=3（25+98）/2=184.5（mm）（4）计算齿轮的几何参数：分度圆直径=m=325mm=75mm，=398mm=294mm；齿顶圆直径 齿宽b=175=75mm，取=75mm，=80mm，（齿宽尺寸的尾数为0或5，为便于安装，=+5）取复合齿系数 =4.17，=3.95；代入公式：=25=98m=3mma=184.5mm=75mm=294mm（5）验算齿轮圆周速度四、低速轴的结构设计1）轴的结构设计经验算，齿根弯曲疲劳强度满足要求，故合格=m/s=1.88m/s5m/s故可取齿轮传动为8级精度 课程设计一般是先设计低速轴，把低速轴设计出来后根据低速轴的长度尺寸就可确定箱体的宽度等尺寸，故先设计低速轴低速轴的参数见表A-5表A-5项目参数5.91125.97（1）轴上零件的布置 对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮、一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置；两个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外一侧。为保证齿轮的轴向位置，还应在齿轮和轴承和轴承之间加一个套筒（2）零件的拆装顺序 轴上的主要零件时齿轮，齿轮的安装可以从轴的右端装拆，齿轮、套筒、轴承、轴承盖、联轴器依次从轴的右端装入，左端的轴承从左端装入（3）轴的结构设计 为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前段轴的直径，低速轴的具体设计如下轴段安装联轴器，用键周向固定轴段高于轴段形成轴肩，用来定位联轴器轴段高于轴段，方便安装轴承轴段高于轴段，方便安装齿轮；齿轮在轴段上用键周向固定轴段高于轴段形成轴环，用来定位齿轮设计项目计算及说明主要结果2）确定各轴段的尺寸轴段直径应和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。轴段高于轴段形成轴肩，用来定位轴承；轴段高于轴段的部分取决于轴承标准轴段与轴段的高低没有什么直接影响，只是一般的轴身连接低速轴的结构如图 A-2所示图 A-2（1）各轴段的直径因本减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选用45钢 查表 45钢的A =代入设计公式考虑该轴段上有一个键槽，故应将轴径增大5%，即d=（34.22-31.03）（1+0.05）=35.9332.58mm 轴段的直径确定为=35mm 轴段的直径应在的基础上加上两倍的定位轴肩高度。这里取定位高度=（0.070.1）=3mm，即=+2=35+23=41mm,考虑该轴段安装密封圈，故直径还应符合密封圈的标准，取=42mm =35mm=42mm 轴段的直径应在的基础上加上两倍的非定位轴肩高度，但因该轴段要安装滚动轴承，故其直径要与滚动轴承内径相符合。这里取=45mm同一根轴上的两个轴承，在一般情况下应取同一型号，故安装滚动轴承处的直径应该相同，即=45mm轴段上安装齿轮，为安装齿轮方便，取=48mm，=1.5mm轴段的直径=+2,是定位轴环的高度，取=6mm, =48+26=60mm 轴段的直径应根据所用的轴承类型及型号差轴承标准取得，预选该轴段用6209轴承（深沟球轴承)，查得=52mm（2）各段的长度图A-3 轴段因安装有齿轮，故该轴段的长度L4与齿轮宽度有关，为了使套筒能顶紧齿轮轮廓，应使L4略小于齿轮轮毂的宽度，一般情况下-L4=23mm，=58m,取L4=78mm.=45mmL4=78mm3）确定联轴器的型号轴段的长度包括三部分，再加上L4小于齿轮毂宽的数值（-L4=65-63=2mm），即L3=B+2+3+2。B为滚动轴承的宽度，查表，可知6209轴承的B=21mm；2为齿轮端面至箱体内壁的距离，轴承的润滑方式不同3的取值也不同，这里选择油润滑，查表，取2=14mm，3=3mm，L3=B+2+3+2mm=50mm；3处图示结构是脂润滑。 轴段的长度应包括三部分：L2=1+e+m其中1部分为联轴器的内端面至轴承端盖的距离，查表，通常可取1520mm；m部分则为轴承盖的止口端面至轴承座孔边缘距离。轴承座孔的宽度座孔=+510mm，为下箱座壁厚，查表这里取=6mm；、为轴承座旁联接螺栓到箱体外壁的尺寸，应根据轴承座旁联接螺栓的直径查表，这里假设螺栓的直径为12mm，查表：=20mm，=16mm；为加工轴承座孔端面方便，轴承座孔的端面应高于箱体的外表面，一般取510mm；最终=（8+20+16+6）mm=50mm。反算m=-3-B=（50-3-21）mm=26mm，L2=+e+m=（1520+9.6+26）mm=51mm轴段安装联轴器，选用TL6型弹性套柱销联轴器，查得=60mm，考虑到联轴器的联接和固定的需要，使L1略小于，取L1=82mm轴段长度L5即轴环的宽度b（一般b=1.4），取L5=8mm轴段长度L6由2、3的尺寸减去L5来确定，L6=2+3-L5=（14+3-8）mm=9mmL3=50mmL2=41mmL1=58mmL5=6mmL6=10mm4）按钮转和弯曲组合进行强度校核 轴段的长度L7应等于或略大于滚动轴承的宽度B，B=21mm，取L7=24mm=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7 =（82+51+40+73+8+9+24）mm =268mm低速轴轴承的支点之间距离为=+（2+3）2+B/22=78+182+20=134mm （1）绘制轴的计算简图 为计算轴的强度，应将载荷简化处理，直齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力Ft、径向力Fr。两端轴承可简化为一端活动铰链。一端为固定铰链，如图A-3所示。 为计算方便，选择两个危险截面-、-，-危险截面选择安装齿轮的轴段中心位置，位于两个支点的中间，距B支座距离为130/2=65mm；-危险截面选择在轴段和轴段的截面处，距B支座的距离21/2+17+2mm=29.5mm（2）计算轴上的作用力从动轮的转矩 T=255185N.mm齿轮分度圆直径=294mm齿轮的圆周力齿轮的径向力=1736N=632N（3）计算支反力及弯矩计算垂直平面内的支反力及弯矩a. 求支反力；对称布置，只受一个力，故=/2=632/2N=316Nb.求垂直平面的弯矩-截面：=632N67mm=42344N.mm-截面：=63235mm=22120N.mmL7=25mm计算水平平面内的支反力及弯矩a.求支反力：对称布置，只受一个力，故=/2=1736/2=868Nb.求水平平面的弯矩-截面：=86867mm=58156N.mm-截面：=86855mm=30380N.mm求各截面的合成弯矩-截面：=-截面：=计算转矩T=255185确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取=0.6.按两个危险截面校核其强度-截面的应力：-截面的应力：查表得 =59MPa. 故轴的强度满足要求。设计项目计算及说明主要结果 图A-4 轴的强度计算 设计项目计算及说明主要结果五、高速轴的结构设计高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图做准备。有些轴段的长度可以根据轴上的零件来确定；有些轴段的长度在确定低速轴处的箱体后，取箱体内壁为一直线就可确定经设计高速轴可以做成单独的轴面而不是齿轮轴。为使零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为七段（图A-5)，各轴段直径尺寸为=20mm=25mm =30mm (取轴承型号为6208)=32mm=40mm=37mm=30mm图A-5各轴段长度L1=60mm L2=41mm L3=50mm L4=78mmL5=6mm L6=10mm L7=25mm=20mm=25mm =30mm =32mm=40mm=37mm=30mm六、键的选择及强度校核1）选择键的尺寸低速轴上在段轴和段轴两处各安装一个键，按一般使用情况选择采用A型普通平键连接，查教材表选取键的参数，见表段轴=20mmbh=6mm6mm=80mm段轴=25mmbh =10mm8mm=63mm标记为 键1：GB/T 1096 键 6670键2：GB/T 1096 键 108632）校核键的强度轴段上安装联轴器，联轴器的材料为铸铁，载荷性质为轻微冲击，查表得轴段上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质为轻微冲击，查表得由式验算，挤压强度均小于许用强度，故键连接合适。键连接强度满足要求七、选择轴承及计算轴承寿命1）轴承型号的选择高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6209低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为62112）轴承寿命计算高速轴： 高速轴的外端安装有带轮，中间安装有齿轮，要计算轴承的寿命，就要先求出轴承支座的支反力，进一步求出轴承的当量动载荷，然后计算轴承的寿命。画出高速轴的受力图并确定支点之间的距离见图A-6，带轮安装在轴上的轮毂宽L=（1.52），为安装带轮处的轴径，即高速轴的第一段轴径，=30mm，L=（1.52）=45mm60mm，取第一段轴的长度为50mm。第二段轴的长度取低速轴的第二段轴长一样的对应关系，但考虑该轴段上的轴承宽度（6209的B=19mm），故取该轴段的长度为54mm，带轮中心到轴承A支点的距离L3=50mm/2+54mm+19mm/2=88.5mm。高速轴两轴承之间的支点距离为原低速轴的两支点的距离减去两轴承宽度之差，应为130mm2mm=128mm，因对称布置，故=130mm/2=65mm 高速轴上齿轮的受力和低速轴的力大小相等，方向相反，即：,。高速轴选轴承类型6209低速轴选