机械设计基础课程设计任务书 oM>Z;QVRC:
d>mo~
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 xCc[#0R{
dZ0A3(t
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) Y2~nBb
;EP:o%r
目 录 &7K?w~
KV0]m^@x
一 课程设计书 2 *^VRGfpb
U_I5fK=
二 设计要求 2 ddJe=PUb
:%,:"
三 设计步骤 2 J;8IY=
j}.\]$J
1. 传动装置总体设计方案 3 !ug8SAOaz/
2. 电动机的选择 4 $Avjnm
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 i#vYyVr[
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 *Doa*wQ
5. 设计V带和带轮 6 @1o/0y"
6. 齿轮的设计 8 svcK?^
HTe
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 gG(fQ
89U"
8. 键联接设计 26 K8GP@yD]M
9. 箱体结构的设计 27 q_A!'sm@)
10.润滑密封设计 30 [+n*~
11.联轴器设计 30 @#T|Y&
"n(hfz0y%
四 设计小结 31 N4F.Y"R$(
五 参考资料 32 X86O lP)eX
IP xiV]c
一. 课程设计书 g?goZPZB
设计课题: g+vva"
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 E7j(QOf
表一: fI ?>+I5
题号 5F)C jQ
Y!-M_v /
参数 1 =Y{(%sn
运输带工作拉力(kN) 1.5 o=1Uh,S3R
运输带工作速度(m/s) 1.1 } gyj0
卷筒直径(mm) 200 Y,<{vLEC
+h|`/ &,
二. 设计要求 3%#3iZ=_
1.减速器装配图一张(A1)。 BKCA<
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 ak$f"py
x
3.设计说明书一份。 SYAyk
#xsE3Wj-X
三. 设计步骤 XKj|f`
1. 传动装置总体设计方案 _<n~n]%
2. 电动机的选择 h5*JkRm
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 hgYZOwQ
4. 计算传动装置的运动和动力参数 EizKoHI-z
5. “V”带轮的材料和结构 @K &GJ
6. 齿轮的设计 u@W|gLT1
7. 滚动轴承和传动轴的设计 {j.bC@hWw
8、校核轴的疲劳强度 orzZ{87
9. 键联接设计 o5Dk:Bw
10. 箱体结构设计 <GS^
11. 润滑密封设计 |HiE@
12. 联轴器设计 ~^NtO
a@_4PWzF:
1.传动装置总体设计方案: ePOG}k($/%
,Xu-@br{
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 NW~N}5T
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, ;km`P|<U
要求轴有较大的刚度。 q }i]'7
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。 5bRJS70M
其传动方案如下: 8}I$'x
R5N%e%[
图一:(传动装置总体设计图) q$0*b]=E
[T8WThs
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 g#"zQv ON
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 rMdt:`
传动装置的总效率 Xpr?Kgz
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; 8r*E-akuyr
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, 5MroNr
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, +^` I?1\UF
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 9&$y}Y
Gj1&tjK
2.电动机的选择 8o3E0k1
`LrHKb
aP
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, !8TlD-ZT/
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, []\+k31D
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。 216 RiSr*
P@,XEQRd`
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, t;|@o\
_('=b/
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 6Pz4\uE=
IB(6+n,6s
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 4)S,3G
<ykU6=
e2AX0(
方案 电动机型号 额定功率 -z
ID x
P 2bv=N4ly
kw 电动机转速 f&=AA@jLv
电动机重量 IQAZuN"<
N 参考价格 O\
GEay2
元 传动装置的传动比 `}D,5^9]
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 ~Zun&b)S
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 )\1QJ$-M&
lXx=But
中心高 AgWa{.`f:
外型尺寸 o$wEEz*4
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 5 )A1\
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 f- K+]aZ)
]l;o}+`G
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 I
)~GZ
'@a}H9>}
(1) 总传动比 [xbSYu,&
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 kS %Ydy#:'
(2) 分配传动装置传动比
+Te\H
=× @T@<_ ?)
式中分别为带传动和减速器的传动比。 [NF'oRRD9s
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 <KJ/<0l
4.计算传动装置的运动和动力参数 \J4L:.`qS
(1) 各轴转速 G?9"Y%
==1440/2.3=626.09r/min UgRhWV~f0
==626.09/5.96=105.05r/min kc2PoJ
(2) 各轴输入功率 x/%aM1"X^
=×=3.05×0.96=2.93kW .nO\kg oK
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW M5i%jZk
则各轴的输出功率: 5v[*:0p'
=×0.98=2.989kW :)8VdWg
=×0.98=2.929kW a y4 %
各轴输入转矩 seba9y
=×× N·m >R|/M`<ph
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· !:)s"|=
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m SDL7<ZaE
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m BIH-"vTy
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m WEAT01
=×0.98=242.86N·m !zBhbmlKt
运动和动力参数结果如下表 R1PkTZP&
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min 87=&^.~`
输入 输出 输入 输出 y$;/Vm_'
电动机轴 3.03 20.23 1440 E!;SL|lj.
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 ] ;KJ6
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 9/9j+5}+
pD(j'[
5、“V”带轮的材料和结构 b}\N;D.{
确定V带的截型 -<6\1J
工况系数 由表6-4 KA=1.2 O8^A5,2@3>
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 {GvJZ!,RCg
V带截型 由图6-13 B型 /pm]BC
\TIT:1
确定V带轮的直径 CJtcn_.F
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm N1}c9}
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s Ig$(3p
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm 2{D{sa
ky8_UnaO
确定中心距及V带基准长度 Yy5h"r
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 q~
tz? T_
360<a<1030 02Y]`CXj
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm E~,F
a@8v^G
初定V带基准长度 % BVs47g
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm Gw=B:kGk
#akpXdXs
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm >1s*
at/h
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm toLV4BtIG
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 phQUD
Y1L[;)H n
确定V带的根数 16w|O|^<
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw {SOr#{1z*
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 f W!a|?e$
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 `-.%^eIp
带长修正系数 由表6-2 KL=1 ?U%QG5/>
B|Du@^$
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 E{`kaWmC&~
Ki4r<>\l{H
取Z=2 Q`~jw>x
V带齿轮各设计参数附表 Amp#GR1CA
v5/~-uRL%
各传动比 ,%6P0#-
;m0~L=w
V带 齿轮 8G9s<N}5&u
2.3 5.96 C](f>)Dz
/
F7
5#*
2. 各轴转速n mGtdO/C#B
(r/min) (r/min) I*o()
626.09 105.05 \jh'9\
? 8)'oMD
3. 各轴输入功率 P Hek*R?M|
(kw) (kw) !-ok"k0,u
2.93 2.71 eS{!)j_^
@u.58H& }R
4. 各轴输入转矩 T b v G/|U
(kN·m) (kN·m) cq5jP Z}
43.77 242.86 ^b/ Z)3
g~ZvA(`
5. 带轮主要参数 "K ~
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) ,f<?;z
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 bT\1>
带的根数z 2I%MAb&1@
160 368 708 2232 B 2 1uG"f<TsR
7zA'ri3w
6.齿轮的设计 83E7k]7]
ht7l- AK
(一)齿轮传动的设计计算 "/)#O~
_|iSF2f,X
齿轮材料,热处理及精度 V\t.3vT
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 yaD~1"GA'O
(1) 齿轮材料及热处理 ,kF1T,
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 N<|@ymi
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 5"^en# ?9
② 齿轮精度 f) zn TJL
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 S-P/+K6
$()5VMb
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 |P[w==AAf
按齿面接触强度设计 fo5iJz"Z
/rMI"khB
确定各参数的值:
05z,b]>l
①试选=1.6 V:qSy#e
选取区域系数 Z=2.433 tU4s'J
-!q:p&c
则 |h- QP#]/
②计算应力值环数 3cFf#a #
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) 'U1R\86M
=1.4425×10h FQm`~rA~zt
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) 9`wZz~hL"
③查得:K=0.93 K=0.96 %Qc La//
④齿轮的疲劳强度极限 `rgn<I"
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: |s'Po^Sy
[]==0.93×550=511.5 {F3xJ[
H!?c\7adX
[]==0.96×450=432 cFaaLUZk
许用接触应力 T29Dt
}&/o'w2wY
⑤查课本表3-5得: =189.8MP rv&<{@AS~
=1 >CrA;\l
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 `JOOnTenQ
=4.47×10N.m Kw-gojZ
3.设计计算 ,#Iu
7di
①小齿轮的分度圆直径d GYJ80k|
UADFnwR[R
=46.42 IHe/xQ@
②计算圆周速度 }M1`di4e
1.52 L_vISy%\b
③计算齿宽b和模数 DAS/43\
计算齿宽b _I:~@
b==46.42mm ^?U!pq-`
计算摸数m pv*,gSS
初选螺旋角=14 !>v2i"
= DSC$i|
④计算齿宽与高之比 ;-9=RI0
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 8C[C{qOJ
=46.42/4.5 =10.32 GKOD/,
⑤计算纵向重合度 vtw6FX_B
=0.318=1.903 Rec6c&5_
⑥计算载荷系数K [baiH|5>
使用系数=1 |?rNy=P,
根据,7级精度, 查课本得 W{%TlN
动载系数K=1.07, {)"iiJ
查课本K的计算公式: /s?r`' j[
K= +0.23×10×b Ey_" ~OB
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 g}f`,r9
查课本得: K=1.35 )0ea+ib
查课本得: K==1.2 &S( .GdEf
故载荷系数: i;NUAmx
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 (&}i`}v_
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 OZx
W?wnd
d=d=50.64 ABF"~=aL
⑧计算模数 :E_g"_
= s>0't
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 l;JA8o\x
由弯曲强度的设计公式 x$IX5:E#e
≥ d{XO/YQw
#cnq(S=.
⑴ 确定公式内各计算数值 &QDW9
Mi
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m Z3{>yYR+
确定齿数z 3{ LP?w:@
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 |UK}
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 [ JpKSTg[
Δi=0.032%5%,允许 LJ*q 1
;<E
② 计算当量齿数 X}tVmO?
z=z/cos=24/ cos14=26.27 {7 $c8i
z=z/cos=144/ cos14=158 IIg^FZ*]_
③ 初选齿宽系数 O$IEn/%+
按对称布置,由表查得=1 [21=5S
④ 初选螺旋角 .C&ktU4
初定螺旋角 =14 CZ(/=3,3n
⑤ 载荷系数K 0/!dUWdKH
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 oX0 D
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y
l7W 6qNB
查得: 7bk%mQk
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 0}$Hi
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 ?%`@ub$
)Z(TCJ~~!
⑦ 重合度系数Y %K\?E98M
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 RnhL<
Ywu
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 'f[T&o&L/
=14.07609 q0$
!y!~
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 an|x$e7|?
⑧ 螺旋角系数Y T'4z=Z]w
轴向重合度 =1.675, Hj:r[/
Y=1-=0.82 1jy9lP=
nx8a$vI-TY
⑨ 计算大小齿轮的 {.QEc0-
安全系数由表查得S=1.25 T2SP
W@#Z3
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 AT9q3
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 V#cqRE3XNi
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 %7"X(Ts7B
查课本得到弯曲疲劳强度极限 :@ %4
小齿轮 大齿轮 "NgxkbDEbG
|
\'rP_I>
查课本得弯曲疲劳寿命系数: T{Sb^-H#X
K=0.86 K=0.93 !eEHmRgg4
7qj9&bEy
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 )=AHf?hn
[]= J]&y$?C
[]= ^j".
+RnkJ* l
tZ^Ou89:rG
大齿轮的数值大.选用. 1E73i_L
jFA{+Yr1
⑵ 设计计算 E}sO[wNPf
计算模数 F8;dKyT?q
xER\ZpA:,
EmODBTu+
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: u86"Y^d#
\
C+(~9@|
z==24.57 取z=25 |lJX 3
n@U n
那么z=5.96×25=149 4?-.ZUT-1
[ {
bV4
② 几何尺寸计算 _~*,m#uxJ
计算中心距 a===147.2 >B2:kY F
将中心距圆整为110 M@?xa/E64
``OD.aY^s
按圆整后的中心距修正螺旋角 &|!7Z4N
Kj<^zo%w
=arccos uO=aaKG
=li |
因值改变不多,故参数,,等不必修正.
9A,^c;
Q($Z%1S
计算大.小齿轮的分度圆直径 sVJ!FC
B<~ NS)w
d==42.4 'UMXq~RMe
;_^fk&+
d==252.5 r8,romE$
J41G&$j(
计算齿轮宽度 ( YQWbOk
`;)\u
B= aj?a^}X
/)dFK~
圆整的 f-5:wM&
mZx&Xez_G
大齿轮如上图: h=(DX5:A
5g9; +}X;
# g_Bx
/w]!wM
7.传动轴承和传动轴的设计 lKlU-4
ds&e|VSH;
1. 传动轴承的设计 '3<fsK=
FIbp"~
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 3"G>>nC&
P1=2.93KW n1=626.9r/min de>v
T1=43.77kn.m (s{RnD
⑵. 求作用在齿轮上的力 6%fKuMpK(
已知小齿轮的分度圆直径为 ?c7*_<W5
d1=42.4 XK: 9r{r{
而 F= HO[wTB|D]
F= F +3&zN(
Q4*fc^?u
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N Y_]De3:V0B
2 ho>eRX
Fr%d}g
=IUUeFv +r
⑶. 初步确定轴的最小直径 \#rIQOPl?
先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 D`xHD#j h
!w H'b
y|Ir._bt
z8[yt282
从动轴的设计 #vzEu
)Ul
L*Me."*
求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, La@
+>
P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M &m[Qn!>i6
⑵. 求作用在齿轮上的力 Y;)dct
已知大齿轮的分度圆直径为 %/>Y/!;
d2=252.5 MNg^]tpf
而 F= qY>{cjo
F= F 3LfC{ER
[xT:]Pw}
F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N RGK8'i/X
:Dd$i_3=
5r?m&28X
XfKo A0
⑶. 初步确定轴的最小直径 11,!XD*"
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 CEC
nq3
\tRG1&{$%
输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径d,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号 sF7^qrVQP9
查表,选取 D)@YI.T
/"?HZ% W
因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 UK{irU|\
选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径 VL[kJi
ru`U'
⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 YOrrkbJ(
为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,轴段右端需要制出一轴肩,故取直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径半联轴器与 。 (D
9Su^:1
OKHX)"j\\
初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列角接触球轴承7010C型. t!2(7=P30(
Dk='+\
D B 轴承代号 )NO<s0?&
45 85 19 58.8 73.2 7209AC I"1;|`L~:
45 85 19 60.5 70.2 7209B T2D<UhP
50 80 16 59.2 70.9 7010C cS. -7
50 80 16 59.2 70.9 7010AC TI !a )X
*-12VIG'H
fl;s9:<
.7
asW(
`juLQH
对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 rS0DSGDq
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.查得7010C型轴承定位轴肩高度mm, x)UwV
③ 取安装齿轮处的轴段d=58mm;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮的宽度为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取L=72. 齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高3.5,d=65.轴环宽度,取b=8mm. siTX_`0
Pub0IIs
④ 轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 ,故取l=50. h!#:$|Q
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, *FfMI
高速齿轮轮毂长L=50,则 U;n*j3wT
vfNAs>X g"
L=16+16+16+8+8=64 fGv#s
X
至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. |8bq>01~
~Xlrvb}LP
5. 求轴上的载荷 !;Jmg
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, j&