单级斜齿圆柱齿轮减速器设计说明书模具方向

1、机械设计基础课程设计说明书课程设计题目 : 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计专 业：机械设计制造及自动化（模具方向）班级：0 6 0 5 0 4 0 5学号：0 5 0 5 0 4 0 2 9设 计 者 ：龚 晶 晶指导 老师：谢海涌老师、覃学东老师桂林电子科技大学目录课程设计书二设计要求2三设计步骤21. 传动装置总体设计方案32. 电动机的选择43. 确定传动装置的总传动比和分配传动比54. 计算传动装置的运动和动力参数55. 设计 V 带和带轮66. 齿轮的设计87. 滚动轴承和传动轴的设计198. 键联接设计269. 箱体结构的设计2710. 润滑密封设计3011. 联轴器设计30四设计小结

2、31五参考资料32课程设计书 设计课题：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表题号参数1运输带工作拉力（kN）1.5运输带工作速度（m/s ）1.1卷筒直径（mm ）200设计要求1. 减速器装配图一张（A1）。2. CAD绘制轴、齿轮零件图各一张（A3）3. 设计说明书一份。三. 设计步骤1. 传动装置总体设计方案2. 电动机的选择3. 确定传动装置的总传动比和分配

3、传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数5. “ V ”带轮的材料和结构6. 齿轮的设计7. 滚动轴承和传动轴的设计8. 校核轴的疲劳强度9. 键联接设计10. 箱体结构设计11. 润滑密封设计12. 联轴器设计1. 传动装置总体设计方案1组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。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, 要求轴有较大的刚度。3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级其传动方案如下:图一：（传动装置总体设计图）初步确定传动系统总体方案如：传动装置总体设计图所示 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。传动装置的总效率an= n n n

4、 n24 n25 n 0.96 x 0.983 x 0.952 x 0.97 x 0.96 = 0.759 ； 1为V带的效率，n为圆柱齿轮的效率，n为联轴器的效率，4为球轴承的效率，5为圆锥滚子轴承的效率，n为卷筒的传动效率2. 电动机的选择电动机所需工作功率为：P = P/ n=2300 x 1.1/0.835 = 3.03kW,执行机构的曲柄转速为1000 60v/ .n =105 r/min ,D经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比i= 24，单级圆柱斜齿轮减速器传动比I =36 ,则总传动比合理范围为I = 624，电动机转速的可选范围为n = I x n =( 624 )

5、x 105 =6302520r/mi n 。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,选定型号为丫112M 4的三相异步电动机，额定功率为 4.0额定电流8.8A，满载转速nm 1440 r/min，同步转速1500r/min方案电动机型号额定功率P edkw电动机转速An电动机重量N参考价格兀传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y112M-415014447023016.12.37.024005中心高外型尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓轴伸尺装键部位尺寸L X( AC/2+AD )X HDAX B孔直径K寸D X EF X GD132515 X 345

6、X 315216 X 1781236 X8010 X 413. 确定传动装置的总传动比和分配传动比(1) 总传动比ia = n/n =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1440/105= 13.7(2 )分配传动装置传动比i a i0 X i式中io,i1分别为带传动和减速器的传动比。13.7/2.3为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取io = 2.3，则减速器传动比为i = ia/i0 =5.964. 计算传动装置的运动和动力参数(1)各轴转速n = n m/i0 = 1440/2.3= 626.09r/mi nnn = n: / i 1 = 626.09/

7、5.96= 105.05r/min(2 )各轴输入功率R = pd X 1 = 3.05 X 0.96 = 2.93kWPn = Pi X” X 3 = 2.93 X 0.98 X 0.95 X 0.993 = 2.71kW则各轴的输出功率：P = P X 0.98=2.989kWD = Pn X 0.98=2.929kW(3)各轴输入转矩Tj = Td X i0 X 1 N-m电动机轴的输出转矩 Td =9550 P =9550 X 3.05/1440=20.23 N -n m所以：Ti = Td X i0 X 1 =20.23 X 2.3 X 0.96=44.66 N-mTn = Ti X

8、 i1 X 1 X 2 =44.66 X 5.96 X 0.98 X 0.95=247.82 N -m输出转矩：Ti = Ti X 0.98=43.77 N -mTn = Tn X 0.98=242.86 N -m运动和动力参数结果如下表轴名功率P KW转矩T Nm转速r/mi n输入输出输入输出电动机轴3.0320.2314401轴2.932.98944.6643.77626.092轴2.712.929247.82242.86105.055、“V”带轮的材料和结构确定v带的截型工况系数由表6-4Ka=1.2设计功率Pd=KAP=i.2 X4kwPd=4.8V带截型由图6-13B型确定V带轮的

9、直径小带轮基准直径由表6-13及6-3取ddi =160mm验算带速V=960 X 160 X 3.14/60000=8.04m/s大带轮基准直径dd2 =d d1 i=160 X 2.3=368mm由表 6-3 取 dd2=355mm确定中心距及V带基准长度初定中心距 由 0.7 (dd1+dd2) <a°<2(dd1+dd2)知360<a<1030要求结构紧凑，可初取中心距a°=700mm初定V带基准长度Ld0=2a0+3.14/2(d d1 +d d2)+1/4a0(d d2-d d1 )2=2232mmV带基准长度 由表6-2取 Ld=224

10、0mm传动中心距a=a0+(2240-2232)/2=708a=708mm小带轮包角a1=180 0-57.3 0(335-160)/708=164确定V带的根数单根V带的基本额定功率由表6-5P1=2.72kw额定功率增量包角修正系数带长修正系数由表 6-6 P=0.3由表 6-7Ka=0.96由表 6-2Kl=1V 带根数Z=Pd/(P1 + P2)KaK l=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556取Z=2V带齿轮各设计参数附表1. 各传动比V带齿轮2.35.962. 各轴转速n(r/mi n)(r/mi n)626.09105.053. 各轴输入功率P（kw）（kw

11、）2.932.714. 各轴输入转矩T(kN m)(kN m)43.77242.865.带轮主要参数小轮直径（mm ）大轮直径（mm ）中心距a （mm ）基准长度（mm ）V带型号带的根数z1603687082232B26. 齿轮的设计（一）齿轮传动的设计计算1齿轮材料，热处理及精度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（1）齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为小齿轮280HBS取小齿齿数乙=24高速级大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为大齿轮240HBS Z2 =i X Z , =5.96 X24=143.04 取 Z2=144 齿轮精

12、度dit2KJU 1（Z H ZE）2（h）按GB/T10095 1998，选择7级，齿根喷丸强化 初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿面接触强度设计确定各参数的值： 试选Kt =1.6选取区域系数Z H =2.43310.7820.82贝 U0.78 0.82 1.6 计算应力值环数N 1=60n 1j J =60 X 626.09 X 1 X（ 2 X 8 X 300 X 8 ）=1.4425 X 10 9hN 2 =4.45 X 10 8h #（5.96 为齿数比,即 5.96= 生）Z1 齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得:KH1= HN1 1=0.93 X 550

13、=511.5 MPaSh 2 = HNHlim2 =0.96 x 450=432 MPa许用接触应力H ( h1 h2)/2(511.5432)/2471.75MPa查课本表3-5得:ZE =189.8MP ad=1T=9.55 X 10 5 X R/n1=9.55 X 10 5 X 2.93/626.09=4.47 X 10 4 N.m3.设计计算小齿轮的分度圆直径d1td1tZH ZE、2(h)=46.42计算圆周速度 1t片60计算齿宽b1000和模数1.52mnt计算齿宽bb=d d1t =46.42mm计算摸数m n初选螺旋角=14mnt dit cos4&42 COS14

14、2.00mm24计算齿宽与高之比齿高 h=2.25mnt =2.25 X2.00=4.50 mmbh =46.42/4.5 =10.32 计算纵向重合度=0.318 d 1 ta n0.318 1 24 tan14 =1.903 计算载荷系数K使用系数Ka=1根据v 1.62m/s,7级精度，查课本得动载系数 心=1.07,查课本K H的计算公式：223Kh =1.12 0.18(1 0.6 d ) d +0.23 X 10 3 X b =1.12+0.18(1+0.61) X 1+0.23 X 10 3 X 46.42=1.33查课本得:K F =1.35查课本得：K H = Kf =1.2

15、故载荷系数：K = K K K h Kh =1 X 1.07 X 1.2 X 1.33=1.71 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d 1 =d 1tK/Kt =50.64 mm 计算模数mnmnd1COs5°.64 cos14 2.04mm244.齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式32KT1Y cos2Yf YsdZ21 a(f)确定公式内各计算数值小齿轮传递的转矩 =47.58 kN 确定齿数z因为是硬齿面，故取 z # 24 , z # i z # 5.96 X 24 # 143.04传动比误差 i = u # z/ z # 143.04/24# 5.96 i #.03

16、2 % 5 %，允许计算当量齿数z = z/cos = 24/ cos 314 = 26.273z = z/cos = 144/ cos 14 = 158 初选齿宽系数按对称布置，由表查得=1 初选螺旋角初定螺旋角=14 载荷系数KK = K K K K=1 X 1.07 X 1.2 X 1.35 = 1.73 查取齿形系数丫和应力校正系数丫查得：齿形系数 丫= 2.592丫 = 2.211应力校正系数 丫= 1.596 丫 = 1.774 重合度系数丫)cos = 1.88 -3.2 X( 1/24 + 1/144 ) X 乙1端面重合度近似为=1.88-3.2 X( 一 乙cos14 =

17、1.7)=20.64690=arctg (tg/cos )= arctg (tg20/cos14=14.07609因为=/cos，则重合度系数为 丫 = 0.25+0.75 cos/ = 0.673 螺旋角系数丫轴向重合度 46.42 sin14 = 1.675, 2.09Y= 1 = 0.82计算大小齿轮的Yf FsT7安全系数由表查得S = 1.25工作寿命两班制，8年，每年工作300天小齿轮应力循环次数 N1 = 60nkt = 60 X 271.47 X 1 X 8 X 300 X 2 X 8 = 6.255 X 10大齿轮应力循环次数 N2 = N1/u = 6.255 X 10/5

18、.96 = 1.05 X 10查课本得到弯曲疲劳强度极限小齿轮 FF1 500MPa大齿轮 FF2 380MPa查课本得弯曲疲劳寿命系数：K fni =0.86Kfn2=0.93取弯曲疲劳安全系数S=1.4K FN1 FF 1 Fh = IT"°86 500307.141.4F】2K FN2 FF 2S°93 380252.431.4YfTs1f12592 厲 0.01347307.14Yf 2 Fs 2F 22211 仃740.01554252.432Z1 =50.64 cos14mn=24.57取 z1=25大齿轮的数值大.选用. 设计计算1计算模数那么 z2

19、=5.96 X25=149几何尺寸计算计算中心距a= 3=匡迈2=147.2 mm2cos 2 cos14将中心距圆整为110 mm按圆整后的中心距修正螺旋角=arccosarccos（25 148） 22 147.214.8因 值改变不多，故参数 ,k ,Zh等不必修正.计算大.小齿轮的分度圆直径dd12计算齿轮宽度B= d11 42.4mm42.4mm圆整的B2 50B1 551.6r大齿轮如上图:7.传动轴承和传动轴的设计1.传动轴承的设计.求输出轴上的功率Pi，转速ni,转矩TiPi=2.93KWm=626.9r/minTi=43.77kn . m求作用在齿轮上的力已知小齿轮的分度圆直

20、径为d i=42.4 mm2T120646d1Fr= Fttan n 20646 tan20。7738.5Ncoscos13.86Fa= F tta n=20646 X 0.246734=5094.1N初步确定轴的最小直径先按课本初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理,取A 112d minAo 3P 18.73mmrr2.从动轴的设计求输出轴上的功率P2，转速n2, T2,P2=2.71kw,n 2=105.05, T 2.求作用在齿轮上的力已知大齿轮的分度圆直径为d 2=252.5 mmFt = 2T 1923.6 d2Fr= Ftta ncos1923.6tan 20oco

21、s13.86o721NFa= F tta n=1923.6 X 0.246734=474.6N.初步确定轴的最小直径先按课本15-2初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理,取Ao 1121 P2dmin Ao 3 33.1mmn2输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径d,为了使所选的轴与联轴器吻合，故需同时选取联轴器的型号查表,选取Ka 1.5Tca KaT21.5 242.86364.3N m因为计算转矩小于联轴器公称转矩，所以选取LT7 型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径d1 40mm,半联轴器的长度L 112mm半联轴器与轴配合的轴孔长度为L1 84

22、mm.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求 ，轴段右端需要制出一轴肩，故取直径|d 47mm|;左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D 50mm半联轴器与轴配合的轮毂孔长度。初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据|d 47mm|,由轴承产品目录中初步选取 0基本游隙组 标准精度级的单列角接 触球轴承7010C型.dDBd2D2轴承代号45851958.873.27209AC45851960.570.27209B50801659.270.97010C50801659.270.97010AC对于选

23、取的单向角接触球轴承其尺寸为的 d D B 50mm 80mm 16mm右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位查得7010C 型轴承定位轴肩高度 h 0.07d,取 h 3.5mm,因此 d 57 mm, 取安装齿轮处的轴段 d=58mm;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮毂的宽度 为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度，故取L=72.齿轮的左端采 用轴肩定位,轴肩高3.5,d=65.轴环宽度b 1.4h,取b=8mm. 轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）.根据轴承端盖的装拆及 便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面

24、间的距离 I 30mm，故取1=50. 取齿轮距箱体内壁之距离a=16 mm,两圆柱齿轮间的距离c=20 mm.考虑到箱体的铸造误差, 在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离 s,取s=8 mm,已知滚动轴承宽度T=16 mm,高速齿轮轮毂长L=50 mm,则L=16+16+16+8+8=64至此,已初步确定了轴的各端直径和长度.5.求轴上的载荷首先根据结构图作出轴的计算简图，确定顶轴承的支点位置时，查表对于7010C型的角接触球轴承,a=16.7mm,因此,做为简支梁的轴的支承跨距.L2 L3114.8mm60.8mm175.6mmM H 172888.8N mmMV1FNV1L2 74

25、20* 114.8 851816N mmMV2 FNV2L313226 60.8804140.8N mmM1 mH M：11728892 8518162 869184.2N mmM 2179951 N mm传动轴总体设计结构图：f1TH1b)d)hlTFxMaD/26.校核轴的强度7TrrrrTTrr>>-D根据Mi2 ( T)2869.18422 (1 242.86)2ca=17.24W.0.1 27465前已选轴材料为45钢，调质处理查表 15-1 得,=60MP aca 1此轴合理安全8、校核轴的疲劳强度.判断危险截面截面A, n，川,b只受扭矩作用。所以a n m b无需校

26、核.从应力集中对轴的疲劳强度的影响来 看，截面切和处过盈配合引起的应力集中最严重 ，从受载来看,截面C上的应力最大.截面切的应力 集中的影响和截面的相近，但是截面切不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核.截面C 上虽然应力最大,但是应力集中不大，而且这里的直径最大，故C截面也不必做强度校核，截面W和V 显然更加不必要做强度校核.由附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需胶 合截面左右两侧需验证即可.截面左侧。抗弯系数 W=0.1 d3= 0.1503=12500抗扭系数wT=0.2d3=0.2 503 =25000截面的右侧的弯矩 M为M M_! 608 16 32

27、863.2 N mm 60.8截面W上的扭矩 T为T 2 =242.86 KN m截面上的弯曲应力11.57MPa12.45MPaM 144609 b W 12500截面上的扭转应力_ T2 _ 311350 T =Wt25000轴的材料为45钢。调质处理。由课本得:B 640MPa1275MPaT 1155MPa因丄空d 50经插入后得0.04581.16502.0t=1.31轴性系数为0.82=0.85=1+ q1) =1.82=1+ qt-1 )=1.26所以0.670.820.92综合系数为:K =2.8K =1.62碳钢的特性系数0.10.2 取0.10.050.1取 0.05安全系

28、数SeaS =1 25.13Ka a mS =113.71k a t mS SSea =一10.5 > S=1.5 所以它是安全的ea S2 S2截面w右侧抗弯系数W=0.1 d3= 0.1 503=12500抗扭系数wT =0.2 d3=0.2 503 =25000截面W左侧的弯矩MM=133560截面W上的扭矩T2为T2=295截面上的弯曲应力空空10.681250011截面上的扭转应力T232863T11.802.8Wt 250001.62所以0.670.820.92综合系数为:K =2.8 K=1.62碳钢的特性系数0.1 0.2取0.10.050.1取 0.05安全系数Sca1

29、8.00S =1 9.84k a t m所以它是安全的Sca 二S2S 28.63 > S=1.5VS2s29键的设计和计算 选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键根据d 2=55d 3=65查表6-1取：键宽b2=16h 2=10L2 =36b3=20h3=12L3=50 校和键联接的强度查表 6-2 得 p=110MP a 工作长度 丨2 L2 b236-16=20la L3 b350-20=30 键与轮毂键槽的接触高度K 2 =0.5 h 2=5由式（6-1）得:2T21032143.53100052.20p2K2l2d25 20552T3103

30、2311.35100053.22p3K3l3d36 3065K3 =0.5 h 3 =6<pv p两者都合适取键标记为:键 2 : 16 X 36 A GB/T1096-1979键 3 : 20 X 50 A GB/T1096-197910、箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200 ）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量, 大端盖分机体采用也配合.is61. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热 因其传动件速度小于 12m/s ，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面 的距离 H 为 40mm

31、为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为 6.33. 机体结构有良好的工艺性 . 铸件壁厚为 10 ，圆角半径为 R=3 。机体外型简单，拔模方便 .4. 对附件设计A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操 作，窥视孔有盖板， 机体上开窥视孔与凸缘一块， 有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强 密封，盖板用铸铁制成，用 M6 紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处， 并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧， 以便放油，放油孔用螺塞堵住， 因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部

32、的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。 油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出 .D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气， 在机盖顶部的窥视孔改上安装通气 器，以便达到体内为压力平衡 .E 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。 钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹 .F 位销： 为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位 销，以提高定位精度 .G 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体减速器机体结构尺寸如下:名称符号计算公式结果箱座壁厚

33、0.025a 3 810箱盖壁厚110.02a3 89箱盖凸缘厚度bib11.5 112箱座凸缘厚度bb 1.515箱座底凸缘厚度b2b22.525地脚螺钉直径dfdf 0.036a 12M24地脚螺钉数目n查手册6轴承旁联接螺栓did10.72dfM12直径机盖与机座联接d2d2=（0.50.6）dfM10螺栓直径轴承端盖螺钉直d3d3= （0.40.5 ） df10径视扎盖螺钉直径d4d4 = （0.30.4 ） df8定位销直径dd = （ 0.70.8 ） d28df，di，d2 至外Ci查机械课程设计指导34机壁距离书表42218d f , d2至凸缘边C2查机械课程设计指导28缘距

34、离书表416外机壁至轴承座lih =G + C2+（ 812）50端面距离大齿轮顶圆与内机壁距离11>1.215齿轮端面与内机壁距离22>10机盖，机座肋厚m1, mm10.85 1,m 0.85m19m 8.5轴承端盖外径D2D2 D +（ 55.5）da120 （ 1 轴）125 （ 2轴）150 （ 3 轴）轴承旁联结螺栓距离SS d2120 （ 1 轴）125 （ 2轴）150 （ 3 轴）11.润滑密封设计对于单级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于5（152）10 mmr/min，所以采用脂润滑，箱体内选用 SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度油的深度为H+ 0H=30 h =34所以 H+ h1 =30+34=64其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，国150mm。并匀均布置，保证部分面处