机械设计单级直齿圆柱齿轮减速器 - 1

1、|装订线|机械设计课程设计计算说明书设计题目|装订线| ： 单级直齿圆柱齿轮减速器_文 正_学院 10热 能_专业 学 号_1017440012_设计者_杨佳奇_ 指导老师_陆生海_2012_年_11 .20_至 12 .18_日|装订线|目录 一、传动方案拟定3 二、电动机的选择5 三、计算总传动比及分配各级的传动比6 四、运动参数及动力参数计算6 五、齿轮设计计算7 六、轴的设计计算 11 七、轴承、键联接的选择及计算17 八、减速器润滑及密封19 九、部分零件的作用及参考文献20 |装订线| 一 传动方案初步拟定 1.1设计任务 设计任务：设计一台带式运输机中使用的单级直齿 圆柱齿轮减速

2、器 原始数据： 运输带传递的有效圆周力F=4000N 运输带速度v=0.75m/s 滚筒的计算直径D=300mm 原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击设计要求： 1.减速器装配图纸一张（号图纸） 一张 2.轴、齿轮零件图纸各一张（号图纸） 两张 3.设计说明书 (不少于20页） 一份 |装订线| 12传动方案拟定 1、传动方案的分析与拟定1、 工作条件： 原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击2、 原始数据：运输带传递的有效圆周力F=4000N，3、 运输带速度v=0.75m/s4、 滚筒的计算直径D=300mm |装订线|计 算 项 目 及 内 容主要结果二.电动机的选择及传动比的计算

3、2.1 电动机类型及结构的选择根据工作要求及条件，选用Y系列三相异步电动机，封闭式结构。2.2 选择电动机（1） 确定工作机的功率P P工作=FV/1000=4000×0.75/1000=3kw （二）电机到工作机之间的总效率 取 带=0.95轴承=0.9875齿轮=0.975链=0.965 滚筒=0.96 联轴器= 0.99 （齿轮联轴器） =带 · 轴承3 · 齿轮· 链 · 滚筒 · 联轴器=0.95x0.98753x0.975x0.965x0.96x0.99=0.82（三）原动机功率PP电机=P工作/=3/0.82=3.66k

4、w 2.3 确定电动机转速 普通V带 i带=24 滚子链 i链=26 单级齿轮减速器 i齿轮=36要满足 i带< i链 < i齿轮我选择i带=2.4 i链=3.2 i齿轮=4i总=2.4x3.2x4=30.72滚筒工作转速为： n滚筒=60×1000V/（·D）=60x1000x0.75/(3.14x0.3)=47.75 r/min n电动机=n滚x i总=47.75x30.72=1466.88r/min 满足n电动机=573.36878.6r/min根据以上的计算，我选择如下电动机：方案电 动 机型 号额 定 功 率电动机转速(r/min)同步转速满载转速1Y

5、112M-44kw15001440 电动机选择出自机械设计课程设计指导书（第二版）高等教育出版社 P15三确定传动装置的总传动比和分配级传动比1、确定传动装置的总传动比i总= i带x i链x i齿轮=2.4 x 3.2 x 4=30.722、 分配各级传动装置传动比： i带=2.4 i链=3.2 i齿轮=4 四 动力运动参数计算（一）计算各轴的转速nn电动机=1466.88r/min=n电动机/i带=1466.88/2.4=611.2（r/min） =/i齿轮=611.2/4=152.8（r/min） =/i链=152.8/3.2=47.75r/min） （二）各轴功率P P电动机=3.66k

6、w 轴：PI=p电动机 ·带=3.66x0.95=3.48kw 轴：PII=p电动机 · 带 · 轴承 · 齿轮 =3.66x0.95x0.9875x0.975=3.35kw III轴 PIII=p电动机· 带 · 轴承2 · 齿轮 . 链 =3.66x0.95x0.98752x0.975x0.965=3.19kw（三）计算各轴的转矩T P工作=3kw=0.82P原动机=3.66KWn卷筒=47.75 r/minn电动机=1466.88r/min电动机型号为Y112M-4i总=30.72=611.2（r/min）=152.8

7、（r/min）=47.75（r/min）P电动机=3.66kwP I=3.48kwPII=3.35kwPIII=3.19kw T电动机=9550xP电动机/n电动机 =9550x3.66/1466.88=23.83 (Nm) 轴 T1=9550·PI / =9550x3.48/611.2=54.38(Nm) 轴T2=9550· PII / =9550x3.35/152.8=209.38 (Nm) III轴T3=9550·PIII / =9550x3.19/47.75=638 (Nm)将上面所得数据列表如下：轴号功率P/kW N /(r.min-

8、) T/(Nm)   i 电动机3.661466.8823.83 2.4 I3.48611.254.38 II3.35152.8209.383.2 III3.1947.756384T电动机=23.83Nm(Nm)T1=54.38(Nm)T2=209.38(Nm)T3=638(Nm)计 算 项 目 及 内 容主要结果五 齿轮传动设计5.1直齿圆柱齿轮几何尺寸的设计计算 根据上述计算，已知小齿轮轴的输入功率为3.48kw，小齿轮转速为611.2 r/min ,传动比为4，设计一对标准直齿圆柱齿轮传动。轻载，工作平稳。   （1）选定齿轮材料及确定许用应力 采用直齿圆柱齿轮闭式软

9、齿面传动，小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为197286HBS，取疲劳极限强度为Hlim1=590Mpa，Fe1=450Mpa。大齿轮选用ZG310570正火，其齿面强度为163197HBS，疲劳极限强度为Hlim2=310Mpa，Fe=230Mpa。 取安全系数为SH=1.1 ， SF=1.25 则许用接触应力H1 =Hlim1/SH=590/1.1=536Mpa H2 =Hlim2/SH=310/1.1=282Mpa 许用弯曲应力F1 =FE1/SF =450/1.25=360Mpa F2 =FE2/SF =230/1.25=184Mpa（2）按齿面接触强度计算 设齿轮按8级精度制造，取载荷

10、系数为k=1.1，齿宽系数 d=0.8 则T1=9.55 x 106 x（3.48/611.2）=0.54 x 105 N·mm 取ZE=180 则d1 （2KT1/d*(u-1)/u*(ZE.ZH/H)2)1/3 将上述数值带入计算可得d1 74.6mm 不妨取齿数Z1=25，则Z2=25 x 4=100 因此实际传动比为i=100/25=4 模数 m=d1/Z1=74.6/25=2.9 齿宽b=d x d1=0.8 x 74.6=59.68取b2=65mm，b1=70mm 按表41取m=3，则实际的d1=Z1 x m=25x3=75mm d2=Z2 x m=1

11、00 x 3=300mm 中心距 a=d1+d2/2=75+300/2=187.5mm(3) 验算轮齿弯曲强度 齿形系数YFa1=2.74（图118），Ysa1=1.61（图119） YFa2=2.22（图118），Ysa2=1.81（图119） F1 =2k·T1·Yfa1·Ysa1/b·m2·Z1=2x1.2x0.54x105x2.74x1.61/70x32x25=36.3MpaF1 F2=F1·(Yfa2·Ysa2/Yfa1·Ysa1)=26.9x(2.22x1.81/2.74x1.61)=24.5MpaF2

12、 综合上述验算，所设计的齿轮符合安全要求（4）齿轮的圆周速度 V=·d1·n1/60 x 1000=3.14x75x611.2/60000=2.39m/s 由表112可知选用8级精度是和适的以上公试均出自机械设计基础第五版高等教育出版社p172p1755.2 齿轮参数的设计计算5.2.1 ha=ha*·m=1x3=3 hf=(ha* + c* )m=1.25x3=3.75 齿顶圆直径:da1=d1 + 2ha =75 + 2x3=81mm da2=d2 + 2ha =300 + 2x3=306mm 齿根圆直径:df1=d1 - 2hf =75-2x3.75=67.

13、5mm df2=d2 - 2hf =300-2x3.75=292.5mm 将大小齿轮所得几何结果列入下表内小齿轮：几何尺寸名称 d1 z1 m b1 df1 da1计算结果（mm） 75 25 3 70 67.5 81大齿轮：几何尺寸名称 d2 z2 m b2 df2 da2计算结果（mm） 300 100 3 65 292.5 3065.3 齿轮的结构设计 小齿轮采用齿轮轴结构，有关小齿轮齿轮轴的计算见后面轴的设计，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构，大齿轮的有关尺寸计算如下： 轴孔直径 d=40 轮毂直径 ds=1.2d=1.2×40=48 圆整到50mm d h=1.6ds=1.6

14、 x 48=76.8mmL h=(1.21.5)ds=1.5x48=72mm轮缘厚度 0 = (2.54)m =(2.54)x3=7.512(mm)取10mm轮缘内径 D2=da2-2h-20公式来源 机械设计基础第5版本高等教育出版社 p58 4-8 h=ha+hf=3+3.75=6.75 D2=306-2(3+3.75)-2x10=306-2x6.75-20=272.5mm 取 D2=275mm 腹板厚度 c=0.3b=0.3x65=19.5mm 取20mm 腹板中心孔直径 D0=0.5（ds+D2)=0.5(48+275)=161.5mm 腹板孔直径 d0=0.25(275-48)=56

15、.75mm 齿轮倒角 n=0.5m=1.5 基孔制：H7/h6 参考机械设计课程设计重庆大学出版社 p79 4-11六轴的设计计算6.1输入轴的设计 输入轴与小齿轮可以设计为齿轮轴（1）按转矩初算轴径选用45钢调质，硬度217255HBS。根据课本P245（14-2）式，并查表14-2，取C=117，p1=3.48kw, NI=611.2r/min则： =117(3.48/611.2)1/3=20.89考虑有键槽，将直径增大5%，得 d = 20.89 x 1.05 = 21.93所以取选轴径 d = 25mm（2） 轴的结构设计 a)轴上零件的定位、固定和装配 单级减速器中可将齿轮安排在箱体

16、中央，相对两轴承对称分布，两轴承以轴肩定位，则采用过渡配合固定。 b)确定轴各段直径和长度 (3)高速轴的轴段尺寸如下： 1段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为25mm，取该轴伸L160mm。 2段： 参考机械基础，取轴肩高度h为1.5mm，则 d2=d1+2h=28mm。取L2=70mm 此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。 3段：此段装轴承，取轴肩高度h为1mm，则d3=d2+2h=30mm。选用深沟球轴承。查机械基础P276附表，此处选用的轴承代号为6206，其内径为30mm，宽度为18 mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取此段长L3=17mm。

17、4段与6段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为2mm，则d4=d6=d3+2h=33mm，长度取5mm，则L4= L65mm。 5段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d=75mm可知，d6=75mm。因为小齿轮的宽度为70mm，则L5=70mm。 7段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=30mm，L717mm。由上可算出，两轴承的跨度Lmm 6.2输出轴的设计 按扭矩初算轴径大齿轮材料用45钢，正火，b=600Mpa，硬度170217HBS大齿轮轴轴径的初算：大齿轮轴的转速较低，受转矩较大，故取：C=110，已知p2=3.35,

18、n2=152.8 =110*(3.35/152.8)(1/3)=30.7mm 公式来源 机械设计基础第五版高等教育出版社p245 14-2 考虑到键槽，应增大5%，则 d = 30.7 x 1.05 = 32.32mm 圆整为33mm 作用在齿轮上的转矩为：T2 =209.38 x 103 N·mm （2）按弯扭合成强度计算轴径 求圆周力：FtFt=2T2/d2=2x209.38 x 103/300=1396N 求径向力：FrFr=Ft·tan=1396×tan200=508N垂直面的支承反力 F1v=F2v=Fr/2=254N水平面的支承反力 F1h=F2h=F

19、t/2=680N L=110mm，K=150mmF力在支点产生的反力 F1f=150 x 2000/110=2727N F2f=F+F1f=2000+2727=4727N绘制垂面弯矩图 M av=F2v x L/2 = 14N.m M av'=F1v x L/2 = 14N.m 绘制水平面弯矩图 M ah = F1h x L/2 = 37N.m F力产生的弯矩图 M2f=F x K = 300N.m A-a截面F力产生的弯矩图 M a f=F1f x L/2=150N.m 求合成弯矩图：Ma=m av2+M ah2 + M a f =190N.m Ma'=m av2+M ah2

20、 + M a f =190N.m 求轴传递的转矩：T=Ft x d2/2=209N.m 求危险截面当量弯矩：Me=Ma2+(T)2=228N.m计算危险截面处的直径 ，机械设计基础第五版高等教育出版社p241 表14-1 b=600MPa 表14-3查得-1b=55Mpad>=(Me/(0.1-1b)(1/3)=34.65mm考虑有键槽，扩大5%则d=34.65 x 1.05 =36.33 圆整到40mm 弯扭矩图见后面P15（3)低速轴的轴段尺寸如下： 根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有6个轴段。 1段：此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径

21、d1=33mm， 根据机械基础P482附录32，选用弹 性套柱销联轴器，其轴孔直径为33mm，轴孔长度为 60mm。根据联轴器的轴孔长度，又由机械基础 附录，取轴伸段（即段）长度L158mm。 2段：查机械基础，取轴肩高度h为1.5mm，则 d2=d1+2h=33+2x1.5=36mm，取L2=60mm 此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。 3段：取轴肩高度h为2.mm，则d3=d2+2h=36+2x2=40mm。 此段装轴承与套筒。选用深沟球轴承。查机械基础 附录，此处选用的轴承代号为6208，其内径为40mm， 宽度为18mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽 小12mm。取

22、套筒长度为10mm，则此段长L3=（18-2） +10+2=28mm。 4段：此段装齿轮，取轴肩高度h为2.5mm，则d4=d3+2h=mm。因为大齿轮的宽度为65mm，则L4=65-2=63mm 5段：取轴肩高度h为2.5mm，则d5=d4+2h=50mm，长度与右面的套筒相同，即L5=10mm。 6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=40mm，L617mm。 弯矩图： 将上述轴的尺寸列表如下： (1)高速轴（单位：mm）各轴段直径D1D2D3D4D5D6D725283033753330各轴段长度L1L2L3L4L5L6L7607017570517 (2)低速轴（单位：mm）

23、各轴段直径D1D2D3D4D5D6333640455040各轴段长度L1L2L3L4L5L7586028631017 7 轴承，键连接的选择与计算 7.1 轴承的选择因轴转速较高，且只承受径向载荷，故选取深沟球轴承。根据初算轴径，考虑轴上零件轴向定位和固定，估计初装轴承处的轴径并假设选用轻系列，查表定出滚动轴承型号列表如下：查机械设计课程设计周元康 重庆大学出版社p99得轴号轴承型号基本尺寸 mmdDB1620630621626208408018 7.2 键的选择计算及校核 1.小轴上的键：查机械设计基础第5版 高等教育出版社P156表10-9 选用A型平键 标准：键 8x50 GB/T 10

24、96-2003 h = 7 c或r为0.250.4 R = b/2 = 4 mm 2.大轴上的键：查机械设计基础第5版 高等教育出版社P156表10-9 选用A型平键 标准：键 10x50 GB/T 1096-2003 h = 8 c或r为0.40.6 R = b/2 = 5 mm 选用A型平键 标准：键 14x55 GB/T 1096-2003 h = 9 c或r为0.40.6 R = b/2 = 7 mm 3. 键的校核 (1)输入轴与V带轮的联接根据轴径d1=25mm, L1=60mm 选用A型圆头普通平键，得 键 8x50 GB/T 1096-2003 b=8,h=7 取L=50mm

25、键的强度校核键的工作长度l=L-b=50-8=42根据课本P158式（10-27）得P=4T1/d ·h· l=4 x 54380/25x7x42=27.19 <110Mpa 故满足安全要求。(2) 输出轴与齿轮的联接轴径d1'=35mm，L1'=58mm，T2=209.38N.m 选用A型圆头普通平键，得 键 10x50 GB/T 1096-2003 b=10, h=8, 取L=50mm， 键的强度校核 键的工作长度l=L-b=50-10=40 P=4T1/d ·h· l=4 x 209380/35x8x40=74.77 <

26、110Mpa 故满足安全要求。(3)输出轴与链轮的联接 由轴径d4=45mm ，L4=63mm T=209.38N.m选用A型圆头普通平键，得 键 14x55 GB/T 1096-2003b=14, h=9, 取L=55， 键的强度校核 键的工作长度l=L-b=55-14=41 P=4T1/d ·h· l=4 x 209380/45x9x41=50.43 <110Mpa故满足安全要求故以上所选择的键均符合安全要求，可以选用 八 减速器润滑、密封8.1 润滑的选择确定 8.1.1润滑方式 1.齿轮V12 m/s，选用浸油润滑,因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热

27、。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.350.7m3。2. 对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，选用飞溅润滑。这样结构简单，不宜流失，但为使润滑可靠,要加设输油沟。8.1.2润滑油牌号及用量1.齿轮润滑选用AN150全系统损耗油，最低最高油面距1020mm，需油量为1.2L左右2.轴承润滑选用AN150全系统损耗油8.2密封的选择与确定 1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法2.观察孔和油孔等处接合面的密封在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封3.轴承孔的密封闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部轴的外伸端与透盖的间隙，由于选用的电动机为低速、常温、常压的电动机，则可以选用毛毡