机械设计基础课程设计任务书 w<B
S
'f{13-#X@
课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 XdJD"|,h
C?|sQcCE
专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) eA1g}ipm
,&,%B|gT]
目 录 KRxJ2
.8QhJHwd
一 课程设计书 2 wxHd^b
#+o$Tg
二 设计要求 2 _AF$E"f@
gqv+|:#
三 设计步骤 2 vT#R>0@mi
IrZjlnht
1. 传动装置总体设计方案 3 = -oP,$k
2. 电动机的选择 4 s#5#WNzP
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 rCa]T@=
4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 @2"uJ6o
5. 设计V带和带轮 6 <zqIq9}r
6. 齿轮的设计 8 !!L'{beF
7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 {qHQ_ _Bl
8. 键联接设计 26 <p<6!tdO
9. 箱体结构的设计 27 ( 72%au
10.润滑密封设计 30 >q;|
dn9
11.联轴器设计 30 0dwD ?GG2
2(!W
9#]
四 设计小结 31 j?C[ids<
五 参考资料 32 (tA[] ne2
EJ
{vJZO
一. 课程设计书 C)m@/w
设计课题: 06HU6d,
设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V z2V ->UK)
表一: @8 c@H#H
题号 +ase>'<N#
z>+CMH5L)
参数 1 ]iTP5~8U
运输带工作拉力(kN) 1.5 hD#Mhy5h
运输带工作速度(m/s) 1.1 c*#$sZ@YA
卷筒直径(mm) 200 ,sj(g/hg
F$i50s
二. 设计要求 N#-%b"(
1.减速器装配图一张(A1)。 .K^gh$z!
2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 j(I(0Yyh
3.设计说明书一份。 V?t*c [
T=w0T-[f
三. 设计步骤 R1hmJ
1. 传动装置总体设计方案 ;ZJ. 7t'
2. 电动机的选择 IV&5a]j
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 Zah<e6L
4. 计算传动装置的运动和动力参数 %d:cC:`
5. “V”带轮的材料和结构 }qGd*k0F0
6. 齿轮的设计 M%jR`qVFg.
7. 滚动轴承和传动轴的设计 O\q6T7bfRW
8、校核轴的疲劳强度 qCVb-f
9. 键联接设计 >G1]#'6;
10. 箱体结构设计 r+Sv(KS4i^
11. 润滑密封设计 Foj|1zJS_
12. 联轴器设计 ymrnu-p o
}x6)}sz7
1.传动装置总体设计方案: mb_6f:Qh3
%*q^i}5)E
1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 ~W"@[*6w
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, Z!q$d/1
要求轴有较大的刚度。 j<WsFVS
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。 u=PLjrB~}
其传动方案如下: .5SYN-@
w}/+3z
图一:(传动装置总体设计图) t0<RtIh9e
~"bBwPI
初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 Z9MU%*N
选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 BC#`S&R
传动装置的总效率 I=Y_EjZD
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; 1.,KN:qe
为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, L09r|g4Z
η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, SPe%9J+
为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 v!DU ewz
`o{_+Li9
2.电动机的选择 Ei2M~/
|BtFT
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, )~xH!%4F
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, LGtw4'yr
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。 u>] )q7s
> B;YYj~f}
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, ]#S<]v A
Fv(FRZ)
选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 lQgavP W!
.i;?8?
额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 ]T40VGJ:h
kTzO4s?
4F -<j!
方案 电动机型号 额定功率 r_8;aPL
P x!7!)]h
kw 电动机转速 \,m*CYs`
电动机重量 O#!|2qN
N 参考价格 4"nYxL"<4
元 传动装置的传动比 00-2u~D&
同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 pL*aU=FjQ
1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 Yp3 y%n
>CcDG
中心高 mU[
外型尺寸 $E8}||d
L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸D×E 装键部位尺寸F×GD J}bLp
Z
132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 U.Z5;E0:
trA ^JY
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 oFzmH!&ED
?{L'd
(1) 总传动比 2H] 7 =j
由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 ,l,q;]C%
(2) 分配传动装置传动比 EKuLt*a/
=× ym` 4v5w
式中分别为带传动和减速器的传动比。 qx0F*EH|
为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 SpIiMu(
4.计算传动装置的运动和动力参数 AYsHA w
(1) 各轴转速 g^#,!e
==1440/2.3=626.09r/min #N"QTD|i
==626.09/5.96=105.05r/min O"X7 DgbC
(2) 各轴输入功率 pFBK'NE
=×=3.05×0.96=2.93kW E
KJ2P$
=×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW [_KOU2
则各轴的输出功率: XKOPW/
=×0.98=2.989kW K|D1
=×0.98=2.929kW fU.z_T[@
各轴输入转矩 2PNe~9)*#
=×× N·m $
\!OO)
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· ^FTS'/Q
所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m VTX6_&Hc1g
=×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m *k?y+}E_f
输出转矩:=×0.98=43.77 N·m v@fy*T\3
=×0.98=242.86N·m |v#rSVx
运动和动力参数结果如下表 ra@CouR^c{
轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min @L 6)RF
输入 输出 输入 输出 j]mnH`#BL
电动机轴 3.03 20.23 1440 #B!M,TWf9s
1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 B<G,{k
2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 p%#'`*<a_
UQP>yuSx
5、“V”带轮的材料和结构 xbCQ^W2YU|
确定V带的截型 YPKB4p#
工况系数 由表6-4 KA=1.2 rodqa
设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 /z}b1m+
V带截型 由图6-13 B型 sQ[N3
Le/}xST@
确定V带轮的直径 iMV=R2t 2
小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm ?1LRR
;-x
验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s 00r7trZW^
大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm AW!A+?F6
[e{W:7uFV
确定中心距及V带基准长度 4#t-?5"
初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 {lppv(U
360<a<1030 <33,0."K
要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm .F$cR^i5u
lO 0}
初定V带基准长度 E},zB*5TH
Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm p3T:Y_
L7.SH#m
V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm R.
vVl+
传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm xm=$D6O:
小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 f'M([gn^_
z'"Y+EWN
确定V带的根数 O{U j
单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw Tgbq4xR(
额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 y(^\]-fE
包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 Tv
5J
带长修正系数 由表6-2 KL=1 q_9 tbZ;
nC!L<OMr
V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 |goK@<
+NiCt S
取Z=2 sN#ju5
V带齿轮各设计参数附表 n@q-f-2
',rK\&lL6
各传动比 OF-VVIS
MhB>bnWXR
V带 齿轮 3od16{YH
2.3 5.96 B^ddi
ki1j~q
2. 各轴转速n )V_;]9<wt
(r/min) (r/min) _,d<9 Y)
626.09 105.05 C46jVl
\F""G,AWq{
3. 各轴输入功率 P o-;/x)
(kw) (kw) 64>CfU(
2.93 2.71 Sn'
+~6i
j"VDqDDz
4. 各轴输入转矩 T 33&\E- Q>
(kN·m) (kN·m) i` ay9J8N
43.77 242.86 Y4_xV&
<z>oY2%
5. 带轮主要参数 ZNL+w4
小轮直径(mm) 大轮直径(mm) (Fq:G) $
中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 A(cR/$fn6
带的根数z #l7v|)9v
160 368 708 2232 B 2 S_;r!.
<$WS~tTz
6.齿轮的设计 Ki&a"Fu3
J(wFJg\/
(一)齿轮传动的设计计算 |k,-]c;6
t*u#4I1
齿轮材料,热处理及精度 fc[_~I'
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 1uB$@a\
(1) 齿轮材料及热处理 (XY`1|])`
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 *JQ*$$5
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 $J&c1
② 齿轮精度 ["4Tn0g ;
按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 7?y7fwER
/H3w7QU
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸
;Me*#/
按齿面接触强度设计 7q5*grm
_+(@?
确定各参数的值: TU*EtE'g/
①试选=1.6 49c-`[d
L
选取区域系数 Z=2.433 Uqy/~n-v<
fGRV]6?V
则
r9L--#=z
②计算应力值环数 0z4M/WrNt
N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) siT`O
z|,
=1.4425×10h jIVD i~Ld
N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) w*;"@2y;eY
③查得:K=0.93 K=0.96 JY^i
④齿轮的疲劳强度极限 &g1\0t
取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: fFWi
3.
[]==0.93×550=511.5 het<#3Bo
J_m@YkK
[]==0.96×450=432 RVLVY:h|F
许用接触应力 a7453s
-5ZmIlL.S
⑤查课本表3-5得: =189.8MP $CX3P)%
`
=1 QG2 Zh9R
T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 T#*H
=4.47×10N.m Au}l^&,zN
3.设计计算 `|nCnT'
①小齿轮的分度圆直径d v\@RwtP
,]W|"NUI
=46.42 U V*Ruy-
②计算圆周速度 i1-%#YYF(
1.52 Y$]zba
③计算齿宽b和模数 k+w Ji
计算齿宽b H:~u(N
b==46.42mm 8&|
o
计算摸数m 7v)p\#-
初选螺旋角=14 Jww#zEK
= 79exZ7|
④计算齿宽与高之比 J p+'"a
齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 +A)>
zx
=46.42/4.5 =10.32 ?+.C@_QZQ
⑤计算纵向重合度 y_=y%
=0.318=1.903 19#>\9*
⑥计算载荷系数K w}zmcO:x
使用系数=1 PPIO<K 3`
根据,7级精度, 查课本得 *X2PT(e[
动载系数K=1.07, 0doJF@H
查课本K的计算公式: O=(F46 M
K= +0.23×10×b &ah%^Z4um
=1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 >7%T%2N
查课本得: K=1.35 Ve&_NVPrd
查课本得: K==1.2 ?4Rd4sIM$u
故载荷系数: m m`#v
g,
K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 "QxULiw
⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 !$oa6*<1
d=d=50.64 dnU-v7k,{
⑧计算模数 Br7q.
= 3IlVSR^py
4. 齿根弯曲疲劳强度设计 k:R\;l5
由弯曲强度的设计公式 k4{|Xn
≥ J&,hC%]
'5De1K.\`
⑴ 确定公式内各计算数值 AJxN9[Z!N
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m Opc szq5n
确定齿数z ,}gJY^X+
因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 C8>
i{XOO,
传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 cK u[4D{
Δi=0.032%5%,允许 5P"R'/[PA_
② 计算当量齿数 $DIy?kZ
z=z/cos=24/ cos14=26.27 Hy&Z0W'l
z=z/cos=144/ cos14=158 WcNQF!f
③ 初选齿宽系数 OB$Jv<C@
按对称布置,由表查得=1 3zD#V3=
④ 初选螺旋角 :VZS7$5
初定螺旋角 =14 <TtPwUX
⑤ 载荷系数K e8^/S^ =&d
K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 wTU$jd1;+
⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y #NYnZ^6e
查得: T :d+Qz\
齿形系数Y=2.592 Y=2.211 u@ #%SX
应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 \2 N;VE
9]oT/ooM
⑦ 重合度系数Y
h]ae^M
端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 0't)-Pj+,
=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 8VMA~7^
=14.07609 *u"%hXR
因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 ^]R_t@
⑧ 螺旋角系数Y z}u`45W+
轴向重合度 =1.675, F{E@snc
Y=1-=0.82 RdWn =;
%"A8Af**I
⑨ 计算大小齿轮的 M=pQx$%a
安全系数由表查得S=1.25 -6kX?sNl)X
工作寿命两班制,8年,每年工作300天 Ia}qDGqPp!
小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 =JzzrM|V*
大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 Q:megU'u
查课本得到弯曲疲劳强度极限 1Ys=KA-!_x
小齿轮 大齿轮 Su6kpC!EW
HJ7A/XW
查课本得弯曲疲劳寿命系数: #&Tm%CvB
K=0.86 K=0.93 v9:J 55x
QjY}$
取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 Sc>mw
[]= %"Um8`]FVg
[]= >ceC8"}J5M
zl:by?
h@$SJe(hl
大齿轮的数值大.选用. n~ad#iN
z.-yL,Rc`-
⑵ 设计计算 Bam.B6-
计算模数 vkTu:3Qe
?;~E*kzO&
q<q IT
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: D r(0w{5
e3SnC:OWf
z==24.57 取z=25 XYWyxx5`
lz#.f,h
那么z=5.96×25=149 q@bye4Ry%W
uE')<fVX(
② 几何尺寸计算 yl~;!
计算中心距 a===147.2 U?Jk
将中心距圆整为110 f)T\
G|Et'k.F4
按圆整后的中心距修正螺旋角 d9v66mpJM
iRsB|7v[ ,
=arccos 3 k/E$wOj
,M3hE/rb/
因值改变不多,故参数,,等不必修正. (dSYb&]
tJ;qZyy(
计算大.小齿轮的分度圆直径 >B0AJW/u
(2H
GV+Dg
d==42.4 zBy} > Jx
>va_,Y}
d==252.5 62R";# K
&wK:R,~x6
计算齿轮宽度 BC.3U.
~@c<5 -`{
B= 68u?}8}
X|{T ljn
圆整的 hxL?6mhY
Bp7p X
大齿轮如上图: 8C*@d_=q
R*:$^v@4
vmAnBY
d|RUxNjM-J
7.传动轴承和传动轴的设计 SDC|>e9i
;9z|rWsF
1. 传动轴承的设计 <Tgy$Hm
o@L0ET
⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 2QaE&8vW
P1=2.93KW n1=626.9r/min L/:l>Ko>7
T1=43.77kn.m +I3Vfv
⑵. 求作用在齿轮上的力 o664b$5nsI
已知小齿轮的分度圆直径为 J;_4
3eS
d1=42.4 -yqgs>R(d
而 F= $XQgat@&]
F= F O
ixqou
zG_n x3
F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N O +o)z6(
F@Sk=l(
jyIIE7.I"
0V<kpC,4
⑶. 初步确定轴的最小直径 N[W#wYbH
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 !rRBy3&
_:9}RT?
XF(D%ygeC
Vpg>K #w
从动轴的设计 *MmH{!=
nUj`#%
求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, U_IGL
P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M LnE/62){N
⑵. 求作用在齿轮上的力 [+D]!&