机械设计基础课程设计任务书 H.*XoktC]
4\>Cnc{
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 ]"^U
WJ8i,7
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) <yBZsSj
$`mxOcBmQ
目 录 Ao(Xz$cQfW
[*@"[u
一 课程设计书 2 \It8+^d@
(z\@T`6`
二 设计要求 2 tv5G']vO\
525W;
mu{
三 设计步骤 2 }5\F <b^@Y
3V2"1Ic
1. 传动装置总体设计方案 3 USv: +
.
2. 电动机的选择 4 p1q"[)WVn^
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 n)gzHch
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 tRFj<yuaq
5. 设计V带和带轮 6 }O-|b#Q
6. 齿轮的设计 8 -m3O\X
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 voEg[Gg4%I
8. 键联接设计 26 O$+0 .
9. 箱体结构的设计 27 82{Lx7pI
10.润滑密封设计 30 /{6PwlP5
11.联轴器设计 30 ihdN{Mx<2
o[X'We;
四 设计小结 31 h${+{1](6
五 参考资料 32 e<#t]V
OW;]=k/(
一. 课程设计书 oSq4g{xvMH
设计课题: W{<_gD9
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 _SY4Qs`d
表一: R5(<:]
题号 VyK[*kyN
fYBmW')
参数 1 {1Z8cV
运输带工作拉力(kN) 1.5 UiO%y
运输带工作速度(m/s) 1.1 PRg^E4
卷筒直径(mm) 200 YBehyx2eK
Dk[m)]w\
二. 设计要求 kr[p4X4
1.减速器装配图一张(A1)。 ihS;q6ln
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 L)p*D(
3.设计说明书一份。 `83s97Sa
yPs4S?<s
三. 设计步骤 -PPH]?],
1. 传动装置总体设计方案 'B>fRN
2. 电动机的选择 d e)7_pCF|
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 *:L-/Q)i
4. 计算传动装置的运动和动力参数 I?r7dQEm
5. “V”带轮的材料和结构 }coSMTMv6
6. 齿轮的设计 ^E{M[;sF3y
7. 滚动轴承和传动轴的设计 Y">m g=B
8、校核轴的疲劳强度 w/&)mm{
9. 键联接设计 3D|Y4OM
10. 箱体结构设计 cAnL,?_v
11. 润滑密封设计 oe$&X&
12. 联轴器设计 1$mxMXNsJ
5P'o+Vwz
1.传动装置总体设计方案: 7/C,<$Ep
E0?R,+>&4
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 IsP-[0it
2. 特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀, "x~VXU%xU
要求轴有较大的刚度。 vMG >Xb
3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 ts|dk%
其传动方案如下: nIc:<w]
3*INDD=
图一:(传动装置总体设计图) Zcst$Aro
uzG{jc^
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 /6S% h-#\
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 3>vSKh1z
传动装置的总效率 P5;n(E(19
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; wx2EMr
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, ~n<U8cm O
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, DE659=Tq
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 34e>R?J
}>T$2"pf
2.电动机的选择 zJ9[),;7B
%n7Y5|Uh
电动机所需工作功率为: P=P/η=2300×1.1/0.835=3.03kW, 执行机构的曲柄转速为n==105r/min, P_{jZ}y(
经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, dd{pF\a
则总传动比合理范围为i=6~24,电动机转速的可选范围为n=i×n=(6~24)×105=630~2520r/min。 Hvj1R.I/
_${//`ia=
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, |yT-N3H@
F4T}HY>nZ
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 F]L$xU
/j|Rz5@=
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 I]dt1iXu_{
Eh{]so
~lSdWUk>
方案 电动机型号 额定功率 Vy6A]U\%
P 7=e!k-G
kw 电动机转速 |1z?#@BH
电动机重量 WhU-^`[*
N 参考价格 )08mG_&atL
元 传动装置的传动比 A3jT;D9Y%
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 a9<&|L <
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 E/[<} ./
/-_<RQ
中心高 RXZ}aX[h
外型尺寸 7 g2@RKo
L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸D×E 装键部位尺寸F×GD &t0toEj
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 PX%Y$`
=Y;w O8
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 }%m:^*@$9
C OC6H'F
(1) 总传动比 H7=[sL^
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=n/n=1440/105=13.7 `tZ-8f
(2) 分配传动装置传动比 W\W|v?r
=× Ev' BmDk
式中分别为带传动和减速器的传动比。 =5PNH 2
为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 IW1+^F9NEw
4.计算传动装置的运动和动力参数 M:* ^k
(1) 各轴转速 7G^`'oZ
==1440/2.3=626.09r/min _#2AdhCu
==626.09/5.96=105.05r/min OB&lq.r
(2) 各轴输入功率 ED>T2.:{
=×=3.05×0.96=2.93kW a1p}y2
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW &q?A)R
则各轴的输出功率: FN)vFQ#J
=×0.98=2.989kW <+%#xi/_
=×0.98=2.929kW $2?10}mrx
各轴输入转矩 k'hJ@6eKS
=×× N·m `!t+sX-n
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· yhBf %m
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m :Jz@` s1n
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m No1*~EQ
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m zURob MpE#
=×0.98=242.86N·m ^9 g+\W
运动和动力参数结果如下表 VXpbmg!{S
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min R>05MhA+
输入 输出 输入 输出 .^Z^L F
电动机轴 3.03 20.23 1440 N=`xoF
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 6N^sUc0s
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 $G_,$U!
IQz:DJ
5、“V”带轮的材料和结构 qq)Dh'5*e,
确定V带的截型 f"8!uE*;
工况系数 由表6-4 KA=1.2 cc"L> XoK
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 %kcyE<c
V带截型 由图6-13 B型 w=r3QKm#K
D m|_;iO,
确定V带轮的直径 ]B;\?Tim
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm DKcg
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s mM&*_#(
6
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm 8\85Wk{b
&?-LL{W{
确定中心距及V带基准长度 D~< 3
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 bg8<}~zg
360<a<1030 n$ri:~s
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm L;n2,b
H|uvc vf
初定V带基准长度 TvEN0RV2
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm m
_0D^e7#
T2nbU6H
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm XuQ7nlbnq
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm E27N1J+1
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 6 +:Tv2
gD[Fkq$]
确定V带的根数 e@-"B9~
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw *acN/Ca1
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 $7#N@7
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 BZXP%{njS
带长修正系数 由表6-2 KL=1 GQNs :oRJ'
78s:~|WB<{
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 >@2l/x8;
" iCR68e
取Z=2 Qo4+=^(
V带齿轮各设计参数附表 p8>.Q/4
Al^n&Aa+\
各传动比 pP4i0mO{Dv
@aG1PG{
V带 齿轮 PgKA>50a
2.3 5.96 P(_wT:8C?
kp4*|$]
2. 各轴转速n 5aF03+ko
(r/min) (r/min) Q9lw~"
626.09 105.05 e7{n=M
Cmq.V@
3. 各轴输入功率 P H$^b.5K
(kw) (kw) He)<S?X-6
2.93 2.71 X7I"WC1ncz
xZ51iD$
4. 各轴输入转矩 T 0hKF)b
(kN·m) (kN·m) FkdG@7Xf
43.77 242.86 -%&_LE9ZtS
>uok\sX
5. 带轮主要参数 wff&ci28
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) &CvNNDgrJ
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 BReNhk)S
带的根数z 05(lh<C
160 368 708 2232 B 2 }lzyl*.
gI&& LwT4
6.齿轮的设计 s!\uR.
Md \yXp
(一)齿轮传动的设计计算 w ' E
XE_|H1&j
齿轮材料,热处理及精度 |kvom 4 T
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 ^X6fgsjz
(1) 齿轮材料及热处理 %}+!%A.3
① 材料:高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24 pV:c`1\`
高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=i×Z=5.96×24=143.04 取Z=144 r5b5 `f4
② 齿轮精度 i|X ;n
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 oYNP,8r^
0`=#1u8
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 #zC_;u$
按齿面接触强度设计 ^|@t 2Rp@
k
zhek >
确定各参数的值: .+<Ul]e/
①试选=1.6 iH& Izv
选取区域系数 Z=2.433 <|~8Ezd
QN_Zd@K*A
则 1FU(j*~:
②计算应力值环数 g{@q
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) _ x&Y'X|
=1.4425×10h nB ?$W4
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) N"2Ire
③查得:K=0.93 K=0.96 '>AOJaA
④齿轮的疲劳强度极限 B$aA=+<S
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: ]KfjZ!Qh
[]==0.93×550=511.5 [HB>\
+K4d(!Sb
[]==0.96×450=432 "d'D:>z]%
许用接触应力 1 dT1DcZ
!/G2vF"
⑤查课本表3-5得: =189.8MP xU#f>@v!
=1 d\}r.pD
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 zhH-lMNj-
=4.47×10N.m !Q!==*1H
3.设计计算 &g R+D
①小齿轮的分度圆直径d $:V'+s4o
`_C4L=q"
=46.42 dEU+\NY
②计算圆周速度 4y&%YLMpl
1.52 T] \_[e:'
③计算齿宽b和模数 l5ww-#6Z
计算齿宽b w-l:* EV8
b==46.42mm 7A|n*'[T>
计算摸数m =$6z1] ;3
初选螺旋角=14 RiC1lCE
= :R+}[|FV
④计算齿宽与高之比 p\66`\\l
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 GGcNaW'
=46.42/4.5 =10.32 5LU8QHj3
⑤计算纵向重合度 F@Qzh
=0.318=1.903 FU9q|!2Y
⑥计算载荷系数K s^F6sXhyPi
使用系数=1 Z-W>WR
根据,7级精度, 查课本得 uh'{+E;=
动载系数K=1.07, T !C39T
查课本K的计算公式: E}K6Op;=v5
K= +0.23×10×b }p 0\
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 +CL`]'~;E-
查课本得: K=1.35 =n>&Bl-Bl
查课本得: K==1.2 r9<OB`)3+
故载荷系数: <U(wLG'XS
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 XVcY?_AS#
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 <&:OSd:%
d=d=50.64 T9.3
⑧计算模数 7M*&^P\}es
= 5s3!{zT{
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 a"gZw9m@
由弯曲强度的设计公式 {2Jo|z
≥ NO5\|.,Z
z+IBy+
⑴ 确定公式内各计算数值 YCr:nYm<f
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m g,Z8I;A^
确定齿数z d>[=]
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 yO\.dp
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 3Au3>q,
Δi=0.032%5%,允许 A)"?GK{*
② 计算当量齿数 .d{@`^dh1]
z=z/cos=24/ cos14=26.27 ,MH/lQq%
z=z/cos=144/ cos14=158 /U\k<\1~m
③ 初选齿宽系数 }pqnF53
按对称布置,由表查得=1 -I
dW-9~9
④ 初选螺旋角 E Dh$UB)
初定螺旋角 =14 aQzDOeTi
⑤ 载荷系数K 4#?Sxs
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 Zi'}qs$v
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y A=8%2UwI
查得: o~<ith$A*
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 ?wM{NVt#-
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 +/+:D9j ,
Z!HQ|')N5
⑦ 重合度系数Y =^a Ngq
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 EjxzX1:
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 ?r
P'PUB
=14.07609 miWog 8j
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 5dwC~vn}c
⑧ 螺旋角系数Y 'x/pV5[hQ
轴向重合度 =1.675, ->"Z1
Y=1-=0.82 cg`bbZ
D@.+B`bA
⑨ 计算大小齿轮的 B?M&j
安全系数由表查得S=1.25 a6Zg~>vX
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 \N3A2L)l
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 hbfN1"z
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 )>-94xx|
查课本得到弯曲疲劳强度极限 :c03"jvYE
小齿轮 大齿轮 =(]yl_
:{7gZ+*
查课本得弯曲疲劳寿命系数: jimWLF5Q5"
K=0.86 K=0.93 _m0B6?KJ
dV/ ^@[
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 ULT,>S6r
[]= Xg<R+o
[]= nC6 ;:uM
xlKg0&D
u7>{#]
大齿轮的数值大.选用. /Py1Q
{KQ]"a 6
⑵ 设计计算 #!yW)RG
计算模数 ]7|Zs]6
{wK|C<K
a+!r5689
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: C3k[ipCN
;*+wg5|
z==24.57 取z=25 BQo$c~
f3;.+hJ])
那么z=5.96×25=149 I9VU,8~
A
WS[e$Mt2
② 几何尺寸计算 lEXER^6
计算中心距 a===147.2 6B8gMO
将中心距圆整为110 ^}Wk
;N(9nX}%)
按圆整后的中心距修正螺旋角 U*Sjb%
Qb
#_pQS}$
=arccos "h\ (a<
'nQQqx%v
因值改变不多,故参数,,等不必修正. d,XNok{
u%24%
Q
计算大.小齿轮的分度圆直径 G2 {R5F !
bnzIDsw!Q
d==42.4 A6S|pO1)3
&x.n>O
d==252.5 4
Q<c I2|
jCK 0+,;
计算齿轮宽度 c,L{Qv"n{
Oj]4jRew
B= 5fDp"-
|!6<L_31%
圆整的 :ceT8-PBRx
Y'U]!c9
大齿轮如上图: (k$KUP
?#0m[k&`
YZ(tjIgQ
0\KDa$'1k
7.传动轴承和传动轴的设计 X%R )
iF^
1. 传动轴承的设计 2t}^8
_t-e.2a
v
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 d`sIgll&n
P1=2.93KW n1=626.9r/min OhW o
T1=43.77kn.m M{)|9F
⑵. 求作用在齿轮上的力 kP[LS1}*
已知小齿轮的分度圆直径为 {^A,){uX]
d1=42.4 bH`r=@.:cu
而 F= cMZ-
F= F ]yV,lp
rp_Aw
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N @!KG;d:l
@3_."-d
*wl&Zzx
$,8}3R5}
⑶. 初步确定轴的最小直径 >k9W+mk
先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 +@BjQ|UZ
ojbms>a
q c DJ
]&_z@Z.i
从动轴的设计 <7*d2
*}RV)0mif
求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, 9?I?;l{
P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M Xmv^O
⑵. 求作用在齿轮上的力 EY}*}- 3
已知大齿轮的分度圆直径为 f5P@PG]{
d2=252.5 ?F^O7\rw
而 F= 'q7&MM'oS^
F= F ;.I,R NM
{1L{
F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N <o: O<p@6
+L-(Lz[p
JLh{>_Rr
bOdQ+Y6
⑶. 初步确定轴的最小直径 Jl-:@[;
先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 cIQe^C
4;)aGN{e
输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径d,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号 W/G75o~6
查表,选取 @WnW
@'*F
"W@>lf?"
因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 +?ilTU
选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径 {O5(O oDa
&w{:
qBa
⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 _qjkiKm?1F
为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,轴段右端需要制出一轴肩,故取直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径半联轴器与 。 '"]QAj?N
>*"1`vcxF
初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列角接触球轴承7010C型. S&{#sl#e
%3es+A@
D B 轴承代号 u$
a7
45 85 19 58.8 73.2 7209AC OYj~"-3y)
45 85 19 60.5 70.2 7209B -^WW7 g`
50 80 16 59.2 70.9 7010C 66l+cb
50 80 16 59.2 70.9 7010AC *x@.$=NF"
`Oe"s_O#
{8w,{p`
;bYLQ
]?UK98uS\A
对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 cb`ik)=K%
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mm, *B%ulsm
③ 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,取b=8mm. Xo
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④ 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间的距离 ,故取l=50. .Gn-`
⑤ 取齿轮距箱体内壁之距离a=16,两圆柱齿轮间的距离c=20.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,已知滚动轴承宽度T=16, 9N;y^
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高速齿轮轮毂长L=50,则 }q=uI`
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L=16+16+16+8+8=64 m?`?T
至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. hZUnNQ
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5. 求轴上的载荷 hs?cV)hDS
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, 3<X*wVi)NN
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. O%m>4OdH
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传动轴总体设计结构图: `l}+BI`4
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(主动轴) mecm,xwm
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