机械设计基础课程设计-单级圆柱齿轮减速器设计.doc

机械设计基础课程设计计算说明书机械设计基础课程设计计算说明书题目: 单级圆柱齿轮减速器设计院（系） 轻工与食品学院 专 业 食品科学与工程 班 级 二班 姓 名 指导教师 年 月 日华 南 理 工 大 学机械设计课程设计任务书兹发给 班学生 机械课程设计任务书，内容如下： 1 设计题目：单级圆柱齿轮减速器设计 2 设计数据：输送带拉力F =3600N；输送带速度v=1.20 m/s；驱动带轮直径D=300 m 3应完成的项目： （1）确定传动装置的类型，画出机械系统传动简图。 （2）选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算。 （3）传动装置中的传动零件设计计算。 （4）绘制传动装置中一级减速器装配图一张（A1）。 （5）绘制高速轴、低速大齿轮和箱盖零件图各一张（建议A3）。 （6）编写和提交设计计算说明书（电子版和纸版）各一份。 4参考资料以及说明： （1）黄平、朱文坚，机械设计基础理论、方法与标准，北京：清华大学出版社，2012 （2）朱文坚、黄平，机械设计基础课程设计，广州：华南理工大学出版社，2004 （3）朱文坚、黄平，机械设计，北京：高等教育出版社，2008 （4）机械设计手册，北京：化学工业出版社 （5）机械设计手册，北京：冶金工业出版社 课程设计成绩：指导老师签字：年 月 日目录一、设计任务书41.1机械课程设计的目的41.2设计题目41.3设计要求41.4原始数据41.5设计内容4二、传动装置设计52.1传动方案52.2电动机选择类型、功率与转速52.3 确定传动装置总传动比及其分配62.4 计算传动装置各级传动功率、转速与转矩7三、传动零件的设计计算83.1V带传动设计83.1.1计算功率Pc83.1.2带型选择83.1.3带轮设计dd1、dd283.1.4验算带速v83.1.5确定V带的传动中心距a和基准长度Ld93.1.6包角及其验算a193.1.7带根数z93.1.8预紧力计算F093.1.9压轴力计算FQ103.1.10带轮的结构.103.2齿轮传动设计103.3齿轮结构设计14四、铸造减速器箱体的主要结构尺寸15五、轴的设计165.1高速轴设计165.2低速轴设计19六、滚动轴承的选择和计算236.1高速轴上的滚动轴承设计236.2低速轴上的滚动轴承设计24七、联轴器的选择和计算26八、键连接的选择和强度校核268.1高速轴V带轮用键连接268.2低速轴齿轮用键连接278.3低速轴联轴器用键连接27九、减速器的润滑28十、绘制装配图及零件工作图28十一、设计小结29十二、参考文献29第30页 共29 页 一、 设计任务书1.1 机械课程设计的目的 课程设计是机械设计课程中的最后一个教学环节，也是第一次对学生进行较全面的机械设计训练。其目的是：1. 通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，来解决工程实际中的具体设计问题。通过设计实践，掌握机械设计的一般规律，培养分析和解决实际问题的能力。2. 培养机械设计的能力，通过传动方案的拟定，设计计算，结构设计，查阅有关标准和规范及编写设计计算说明书等各个环节，要求学生掌握一般机械传动装置的设计内容、步骤和方法，并在设计构思设计技能等方面得到相应的锻炼。1.2 设计题目设计运送原料的带式运输机用的圆柱齿轮一级减速器。1.3 设计要求根据给定的工况参数，选择适当的电动机、选取联轴器、设计V带传动、设计一级齿轮减速器（所有的轴、齿轮、轴承、减速箱体、箱盖以及其他附件）和与输送带连接的联轴器。滚筒及运输带效率h=0.95。工作时，载荷有轻微冲击。室内工作，水分和颗粒为正常状态，产品生产批量为成批生产，允许总速比误差75mm。3.1.3 带轮设计dd1、dd2根据机械设计基础216页表12-4，取小带轮直径 =125mm，大带轮的直径，取值3.1.4 验算带速v在5m/s25m/s之间。故带的速度合适。3.1.5 确定V带的传动中心距a和基准长度Ld初选传动中心距范围为：，即220880，初定=600mmV带的基准长度：根据机械设计基础132页表10-2，选取带的基准直径长度。实际中心距：3.1.6 包角及其验算a1 其值120，故包角合适。,3.1.7 带根数z由，=125mm，根据机械设计基础P139表12-5、12-6、12-7及P201表12-2，取z=5根。3.1.8 预紧力计算F0根据机械设计基础P209表12-1，q=0.113.1.9 压轴力计算FQ3.1.10 带轮的结构表5 带轮结构尺寸（mm）小带轮外径da1大带轮外径da2基准宽度bd基准线槽深hamin基准线下槽深hamax槽间距e槽边距fmin最小轮缘厚dmin带轮宽B槽型130.5320.5112.758.7150.39678小轮实心，大轮腹板式V带轮采用HT200制造，允许最大圆周速度为25m/s。图2 V带带轮结构简图直径较小的小带轮采用实心式（图a）；中等直径的大带轮采用腹板式（图b）；3.2 齿轮传动设计3.2.1 选择齿轮类型、材料、精度及参数 选用斜齿圆柱齿轮传动（外啮合） 选择齿轮材料（考虑到齿轮使用寿命较长）：小齿轮材料取为45号钢，调质， (GB699-1988)大齿轮材料取为45号钢，正火， (GB699-1988) 选取齿轮为8级的精度（GB 100951998） 初选螺旋角 选小齿轮的齿数；大齿轮的齿数=245=140为减少啮合同齿的重复性，则使两齿数互质，取=1413.2.2 按齿面接触疲劳强度或齿根弯曲疲劳强度设计 中心距式中： 根据机械设计基础旧书168页图12-26，根据机械设计基础旧书10-5，软齿面则，。选用：K，载荷系数，根据机械设计基础旧书164页表10-4，此处中等冲击，原动机为电动机，选用K=1.2，齿宽系数，旧书166页，轻型减速器 =0.4U，齿数比，U=5取=175mm 计算模数根据机械设计基础，取模数标准值 修正螺旋角 验算模数：又因为在8度到20度之间，合适。 计算两齿轮分度圆直径小齿轮 大齿轮 计算齿宽 小齿轮齿宽（齿轮轴）大齿轮齿宽（大齿轮）3.2.3 按齿根弯曲疲劳强度或齿面接触疲劳强度校核 其中根据机械设计基础旧书16页表10-5 ，软齿面，。根据机械设计基础旧书164页表10-4，中等冲击，K =1.2。根据机械设计基础旧书165页图10-23，齿形系数。 根据机械设计基础166，页图10-24，弯曲疲劳强度极限， 均满足弯曲疲劳强度要求。3.2.4 齿轮传动的几何尺寸计算名称代号计算公式结果小齿轮大齿轮中心距175mm传动比5法面模数设计和校核得出2端面模数2.07法面压力角标准值螺旋角一般为齿顶高2mm齿根高2.5mm全齿高4.5mm齿数Z28141分度圆直径57.98mm291.95mm齿顶圆直径=+261.98mm295.95mm齿根圆直径dfdf =-2.552.98mm286.95mm齿轮宽b78mm70mm螺旋角方向查表7-6左旋右旋3.3 齿轮结构设计小齿轮齿顶圆直径与轴径接近，把小齿轮做成齿轮轴。齿顶圆直径da500mm，用锻造齿轮。小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用辐板式结构。大齿轮尺寸：代号计算公式结果轴径7027028/2190da295.95df286.95d291.95b70291.95c0.20.3b21四、 铸造减速器箱体的主要结构尺寸表7铸造减速器箱体主要结构尺寸计算结果名称代号尺寸（mm）底座壁厚d8箱盖壁厚d18座上部凸缘厚度h013底座下部凸缘厚度h120轴承座连接螺栓凸缘厚度h24底座加强肋厚度e8箱底加强肋厚度e18地脚螺栓直径dM16地脚螺栓数目n6轴承座连接螺栓直径d2M12底座与箱盖连接螺栓直径d3M8轴承盖固定螺钉直径d4M8视孔盖固定螺钉直径d5M8轴承盖螺钉分布直径D1100（小齿轮）130（大齿轮）轴承座凸缘端面直径D2130（小齿轮）150（大齿轮）螺栓孔凸缘的配置尺寸c1、c2、D026，21，40地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸c1、c2、D025，23，45箱体内壁与齿顶圆的距离D40（小齿轮）20（大齿轮）箱体内壁与齿轮端面的距离D120底座深度H170底座高度H1180箱盖高度H2181.97外箱壁至轴承座端面距离l120箱底内壁横向宽度L1120其他圆角R0、r1、r221，3，12五、 轴的设计图3 两轴在减速箱中的装配简图5.1 高速轴设计5.1.1 选择轴的材料选取45号钢，调质，HBS250，根据机械设计基础P282。5.1.2 初步估算轴的最小直径根据机械设计基础P289表16-2，取C=110，5.1.3 轴的机构设计，初定轴径及轴向尺寸因为与V带联接处有一键槽，所以直径应增大4%，考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径为电动机轴径的（0.81.2）倍，选取装轴承处的轴径为。两轴承支点间的距离：，式中：，小齿轮齿宽，箱体内壁与小齿轮端面的间隙，箱体内壁与轴承端面的距离，轴承宽度，选取32210圆锥滚子轴承，B=23mm根据设计基础138页，解得，带轮对称线到轴承支点的距离：式中：，轴承盖高度，轴承盖凸缘厚度，=1.2d4=9.6mm，取10mm，螺栓头端面至带轮端面的距离，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3，带轮宽度解得，5.1.4 按弯扭合成校核高速轴的强度 轴的计算简图（见附图a） 计算作用在轴上的力 小齿轮受力分析 圆周力： 径向力： 轴向力： 计算支反力水平面： 垂直面： 得：Q，传动带作用在轴上的压力，=1595.26N 作弯矩图水平面弯矩： 垂直面弯矩： 合成弯矩： 作转矩图 当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则： 按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力。图4 高速轴的受力、弯矩、合成弯矩、转矩、计算弯矩图由弯矩图可以知道，A剖面的计算弯矩最大 ，该处的计算应力为：D剖面的轴径最小，该处的计算应力为：均满足强度要求。5.2 低速轴设计5.2.1 选择轴的材料选择45号钢，正火，HBS=200, 根据机械设计基础P282。 5.2.2 初步估算轴的最小直径根据机械设计基础P289表16-2，取C=110，5.2.3 轴的机构设计，初定轴径及轴向尺寸初定轴径及轴向尺寸：考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，最小直径应为（0.81.2）倍高速轴的最小直径，即，取装联轴器处轴。由工作情况查机械设计基础P338表19-1取联轴器工作情况系数Ka=1.5得 。根据机械设计课程设计P163表18-2。凸缘联轴器处轴径d=50mm。安装长度L=112mm。按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=60mm，初选轴承型号为32212圆锥滚子轴承。D=110，B=28，T=29.75。考虑到要求箱体内壁平整，根据高速轴尺寸计算低速轴尺寸为：联轴器端线至轴承支点的距离 式中：，轴承盖的凸缘厚度，螺栓头端面至带轮端面的距离，15mm ，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3L，轴联器配合长度， -5.2.4 按弯扭合成校核低速轴的强度 轴的计算简图（见附图b） 计算作用在轴上的力 小齿轮受力分析 圆周力： 径向力： 轴向力： 计算支反力水平面： 垂直面： 得： 作弯矩图水平面弯矩： 垂直面弯矩： 合成弯矩： 作转矩图 当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则： 按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的材料是45号钢，正火处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力。图5 低速轴的受力、弯矩、合成弯矩、转矩、计算弯矩图由弯矩图可以知道，剖面的计算弯矩最大 ，该处的计算应力为：D剖面的轴径最小，该处的计算应力为：均满足强度要求。六、 滚动轴承的选择和计算6.1 高速轴上的滚动轴承设计6.1.1 轴上径向、轴向载荷分析轴承A的径向载荷轴承B的径向载荷：6.1.2 轴承选型与校核（1） 轴承选型与安装方式初定32208圆锥滚子轴承（每根轴上安装一对）。Cr=74.2kN，Cor=56.8kN（2） 轴承内部轴向力与轴承载荷计算根据机械设计基础P326表18-12，根据P324表18-11，e = 0.37 Y=1.6外部轴向力：轴承轴向载荷：方向为B指向A：（当量载荷比方向为A指向B的小）（3） 轴承当量载荷径向当量动载荷由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A。（4）轴承寿命校核因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷(=)为计算依据。工作温度正常，查根据机械设计课程P323表18-8得，按轻微冲击载荷，查表18-9得，按设计要求，轴承得寿命为：则： 选取得轴承合适。6.2 低速轴上的滚动轴承设计6.2.1 轴上径向、轴向载荷分析轴承A的径向载荷轴承B的径向载荷：6.2.2 轴承选型与校核（1） 轴承选型与安装方式初定32212圆锥滚子轴承（每根轴上安装一对）。Cr=125kN，Cor=102kN（2） 轴承内部轴向力与轴承载荷计算根据机械设计基础P326表18-12，根据P324表18-11，e = 0.4 Y=1.5外部轴向力：轴承轴向载荷：方向为B指向A：（与高速轴配对）（3）轴承当量载荷径向当量动载荷由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A。（4）轴承寿命校核因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷(=)为计算依据。工作温度正常，根据机械设计课程P323表18-8得，按轻微冲击载荷，查表18-9得，按设计要求，轴承得寿命为：则： 选取得轴承合适。表8 滚动轴承参数参数轴承型号基本额定动载荷N（kW）高速轴轴承3220874.2低速轴轴承32212125七、 联轴器的选择和计算7.1 联轴器的计算转矩根据机械设计课程P338表19-1取工作情况系数，计算转矩为根据工作条件，选用凸缘联轴器CYH6。由机械设计基础课程设计P163表18-1，凸缘联轴器许用转矩Tn=9007.2 许用转速许用转速n=6800/min7.3 配合轴径配合轴径d=50mm7.4 配合长度配合长度L=112mm表9 联轴器参数联轴器型号许用转矩Tn（）许用转速n（r/min）配合轴径d（mm）配合长度L（mm）CYH6900680050112八、 键连接的选择和强度校核8.1 高速轴V带轮用键连接8.1.1 选用键类型选用单圆头普通平键(C型键)轴径d=30mm,轮毂长B=78mm,根据机械设计基础P267表14-1选键 8.1.2 键的强度校核键的材料选为45号钢。因v25m/s；V带轮材料为铸铁HT200。根据机械课程设计P267表14-2，载荷轻微冲击，键联接得许用应力，键的工作长度，挤压应力 满足强度要求。8.2 低速轴齿轮用键连接8.2.1 选用键类型选用圆头普通平键(B型键)轴径d=70mm,轮毂长B=70mm 根据机械设计基础P267表14-1选键 8.2.2 键的强度校核键的材料选为45号钢。因v25m/s；V带轮材料为45号钢。根据机械课程设计P267表14-2，载荷轻微冲击，键联接得许用应力，键的工作长度，挤压应力 满足强度要求。8.3 低速轴联轴器用键连接8.3.1 选用键类型选用单圆头普通平键(C型键)轴径d=50mm,轮毂长B=112mm 根据机械设计基础P267表14-1选键 8.3.2 键的强度校核键的材料选为45号钢。因v25m/s；V带轮材料为铸铁HT200。根据机械课程设计P267表14-2，载荷轻微冲击，键联接得许用应力，键的工作长度，挤压应力 满足强度要求。表10 各键参数参数型号键长L（mm）键高h（mm）高速轴带轮键C8 56567低速轴齿轮键A14 56569低速轴联轴器键B14 90909九、 减速器的润滑9.1 齿轮传动的圆周速度9.2 齿轮的润滑方式与润滑油选择因v12m/s,所以采浸油润滑，根据机械设计基础课程设计P153表17-1，选用LAN32全损耗系统用油（GB443-1989）,大齿轮浸入油中的深度12个齿高，但不应少于10mm。9.3 轴承的润滑方式与润滑剂选择因v2m/s,采用脂润滑，根据机械设计基础课程设计P154表17-2，选用钙基润滑脂LXAAMHA2(GB491-1987)，只需填充轴承空间的1/31/2，并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能进入轴承以致稀释润滑脂。十、 绘制装配图及零件工作图减速器的装配图和零件工作图参考附带的图纸。十一、 设计小结收获这个学期我一改以往对于学习的懈怠，投入了十二分的热情，尤其是对于机械的学习方面，更是不遗余力。因为我大一时学习工程制图时成绩并不好，所以基础方面非常薄弱。所以，在画