一級圓柱齒輪減速器的設計

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1、 機械設計課程設計 說明書 課題名稱 一級圓柱齒輪減速器的設計 目錄 第一章 緒論 第二章 課題題目及主要技術參數說明 2.1 課題題目 2.2 主要技術參數說明 2.3 傳動系統工作條件 2.4 傳動系統方案的選擇 第三章 減速器結構選擇及相關性能參數計算 3.1 減速器結構 3.2 電動機選擇 3.3 傳動比分配 3.4 動力運動參數計算 第4章 V帶的設計 4.1 選擇普通V帶型號 4.2 大小帶輪的基準直徑d2，d1；驗算帶速

2、 4.3 求V帶基準長度和中心距 4.4 計算包角 4.5 確定V帶根數 4.6 確定初拉力F0 4.7 周上載荷Q 第五章 齒輪的設計計算(包括小齒輪和大齒輪) 5.1 齒輪材料和熱處理的選擇 5.2 齒輪幾何尺寸的設計計算 5.2.1 按照接觸強度初步設計齒輪主要尺寸 5.2.2 齒輪彎曲強度校核 5.2.3 齒輪幾何尺寸的確定 5.3 齒輪的結構設計 第六章 軸的設計計算(從動軸) 6.1 軸的材料和熱處理的選擇 6.2 軸幾何尺寸的設計計算 6.2.1 按照扭轉

3、強度初步設計軸的最小直徑 6.2.2 軸的結構設計 6.2.3 軸的強度校核 第七章 軸承、鍵和聯軸器的選擇 7.1 軸承的選擇及校核 7.2 鍵的選擇計算及校核 7.3 聯軸器的選擇 第八章 減速器潤滑、密封及附件的選擇確定以及箱體主要結構 尺寸的計算 8.1 潤滑的選擇確定 8.2 密封的選擇確定 8.3減速器附件的選擇確定 8.4箱體主要結構尺寸計算 第

4、9章 總結 參考文獻 第一章 緒 論 本論文主要內容是進行一級圓柱直齒輪的設計計算，在設計計算中運用到了《機械設計》、《機械制圖》、《工程力學》、《公差與互換性》等多門課程知識，并運用《AUTOCAD》軟件進行繪圖，因此是一個非常重要的綜合實踐環(huán)節(jié),也是一次全面的、 規(guī)范的實踐訓練。通過這次訓練，使我們在眾多方面得到了鍛煉和培養(yǎng)。主要體現在如下幾個方面： （1）培養(yǎng)了我們理論聯系實際的設計思想，訓練了綜合運用機械設計課程和其他相關課程的基礎理論并結合生產實際進行分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、深化和擴展了相關機

5、械設計方面的知識。 （2）通過對通用機械零件、常用機械傳動或簡單機械的設計，使我們掌握了一般機械設計的程序和方法，樹立正確的工程設計思想，培養(yǎng)獨立、全面、科學的工程設計能力和創(chuàng)新能力。 （3）另外培養(yǎng)了我們查閱和使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊及相關技術資料的能力以及計算、繪圖數據處理、計算機輔助設計方面的能力。 第二章 課題題目及主要技術參數說明 2.1課題題目 帶式輸送機傳動系統中的減速器。要求傳動系統中含有單級圓柱齒輪減速器及V帶傳動。 原始數據 題號 4 運輸帶拉力F （KN） 1.8　　　　 運輸帶速度V （m/s） 1.4　　　 卷筒直

6、徑D （mm） 200 設計人員 李亮 范佳鈺 設計任務要求： 1. 減速器裝配圖紙一張（１號圖紙） 2. 軸、齒輪零件圖紙各一張（２號或３號圖紙） 3. 設計說明書一分 4. 草圖一份 2.2 主要技術參數說明 輸送帶的最大有效拉力F=1800N，輸送帶的工作速度V=1.4m/s，輸送機滾筒直徑D=200 mm。 2.3 傳動系統工作條件 帶式輸動機工作時有輕微震動，經常滿載。空載起動，單向運轉，兩班制工作（每班工作8小時），要求減速器設計壽命為10年(每年按300天計算)三相交流電源的電壓為380/220V。 2.4 傳動系統方案的選擇

7、 方案擬定： 　　　采用Ｖ帶傳動與齒輪傳動的組合，即可滿足傳動比要求，同時由于帶傳動具有良好的緩沖，吸振性能，適應大起動轉矩工況要求，結構簡單，成本低，使用維護方便。 圖1 帶式輸送機傳動系統簡圖 圖1 帶式輸送機傳動系統簡圖 第三章 減速器結構選擇及相關性能參數計算 3.1 減速器結構 本減速器設計為水平剖分，封閉臥式結構。 3.2 電動機選擇 （一）工作機的功率 Pw =FV/1000=18001.4/1000=2.52kw （二）總效率 =

8、 =0.960.970.990.960.990.99 =0.867 （三）所需電動機功率 （四）確定電動機轉速 滾筒工作轉速為： N滾筒＝601000v/（πD） =(6010001.4)/（200π） 　　　　　 =133.76 r/min 根據設計指導書Ｐ81表9.2推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍Ｉ齒=2～4，?。謳鲃颖龋蓭?3 ；則總傳動比理論范圍為：Ｉ總＝6～12。 故電動機

9、轉速的可選范為 Nd=I總N滾筒 　　　　 =(6～12)133.76 =802.56～1605.12 r/min 則符合這一范圍的同步轉速有：1000 r/min、1500r/min，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、質量及價格等因素，為使傳動裝置結構緊湊，決定選用同步轉速為1500 r/min的電動機。 根據電動機類型、容量和轉速，由機械設計指導書表14.1選定電動機型號為Y100L2-4.其主要性能如下： 電動機型號 額定功率KW 滿載轉速 r/min 啟動轉矩額定轉矩 最大轉矩額定轉矩 Y100L2-4 3 1420 2.2 2.2 電動機

10、的主要安裝尺寸和外形尺寸如下表： 型號 H A B C D E FGE G Y100L2-4 100 160 140 63 28 60 87 24 K b b1 b2 h AA BB HA L 12 205 180 105 245 40 176 14 380 3.3 傳動比分配 工作機的轉速n滾=601000v/（D） =6010001.4/(3.14200) =133.76r/min

11、 取 則 3.4 動力運動參數計算 （一）轉速n 查機械設計指導書得： =0.96 =0.97 =0.99 =0.96 =0.99*0.99 I帶=3 電動機選擇Y100L2-4 I帶=3 I齒=3.54 計 算 及 說 明 結果 ==1420（r/min） =/=/=1420/

12、3=473.333（r/min） =/=473.333/3.54=133.71（r/min） ==133.71（r/min） （二） 功率P （三） 轉矩T =19.57(N﹒m) = 191.59(N﹒m) = 187.78(N﹒m ) 計 算 及 說 明 結果 將上述數據列表如下： 軸號 功率 P/kW N /(r.min-1) /

13、(N﹒m) i 電動機軸 2.91 1420 19.57 3 0.96 1 軸 2.79 473.333 56.36 2軸 2.68 133.71 191.59 3.54 0.97 滾筒軸 2.63 133.71 187.78 1 0.99 第四章 V帶的設計 （1）選擇普通V帶型號 由PC=KAP=1.22.91=3.492（ KW） 根據機械設計課本P188圖11-15得知其交點在A型交界線處，故選A型 V帶。 （2） 求大小帶輪的基準直徑d2、d1，驗

14、算帶速 確定帶輪的基準直徑，并驗算帶速： 則取小帶輪 d1=100mm 大帶輪直徑： d2=n1d1(1-ε)/n2=id1(1-ε) 設（ε=0.02） =3100(1-0.02)=294mm 大帶輪轉速： n2=(1-ε)D1n1/D2=(1-0.02)*100*1420/300=463.87r/min 由表9-2取d2=300mm (雖使n2略有增大，但其誤差小于5%，故允許) 5m/s

15、m 符合0.7（d2+d1)

16、W 由機械設計課本P190表11.7 Kα=0.946 由機械設計課本P194表11.12 kL=0.99 由機械設計課本P193表11.10 Z≧ =3.492/【（1.32+0.17）*0.946*0.99】 =2.50 （6） 確定初拉力F0 F0=500 =500*3.492*（2.5-0.946）/（7.43*3）+0.10*7.43*7.43 =127.25 N 由機械設計課

17、本P179表11.4得q=0.10kg/m （7） 軸上載荷Q Q=2ZF0sin=2*3*127.25*sin155.80/2 =746.54 N 第五章 齒輪的設計計算 5.1 齒輪材料和熱處理的選擇 小齒輪選用45號鋼，調質處理，HB＝236 大齒輪選用45號鋼，正火處理，HB＝190 5.2 齒輪幾何尺寸的設計計算 5.2.1 按照接觸強度初步設計齒輪主要尺寸 由《機械零件設計手冊》查得 ,SHlim = 1

18、 由《機械零件設計手冊》查得 ZN1 = ZN2 = 1 YN1 = YN2 = 1.1 由 （一）小齒輪的轉矩 （二） 選載荷系數K 由原動機為電動機，工作機為帶式輸送機，載荷平穩(wěn)，齒輪在兩軸承間對稱布置。查《機械原理與機械零件》

19、教材中表得，取K＝1.1 （三） 計算尺數比 =3.54 （四） 選擇齒寬系數 根據齒輪為軟齒輪在兩軸承間為對稱布置。且齒輪HB<350，查《機械原理與機械零件》教材中表得，?。? （五） 計算小齒輪分度圓直徑 ≥ 由機械設計課本P188表11-5查得KA=1.2 由課本P189表11-6得，推薦的A型小帶輪基準直徑為75mm~125mm D1=100mm D2=300mm n1=1420r/min n2=463.87

20、r/min 選用A型普通V帶 V=7.43m/s，帶速合適 D2=300mm A0=400mm Ld=1600mm 中心距a=473.5mm 包角α1=155.80，包角合適 Z=3 計 算 及 說 明 結果 計 算 及 說 明 結果 898=898 = 58.94( mm) （六） 確定齒輪模數m m =(0.

21、007～0.02)a = (0.007～0.02)133.80 =0.94～2.676 取m=2 （七） 確定齒輪的齒數和 取 Z1 = 30 取 Z2 = 107 （八）實際齒數比 齒數比相對誤差 Δ<2.5% 允許 （九） 計算齒輪的主要尺寸 Z1

22、= 30 Z2 = 107 =60mm =214mm 計 算 及 說 明 結果 中心距 齒輪寬度 B1 = B2 + (5～10) = 65～70(mm) 取B1 =67 (mm) （十）計算圓周轉速v并選擇齒輪精度 <2m/s 查表

23、應取齒輪等級為9級， 但根據設計要求齒輪的精度等級為8級。 5.2.2 齒輪彎曲強度校核 （一） 由4﹒2﹒1中的式子知兩齒輪的許用彎曲應力 （二） 計算兩齒輪齒根的彎曲應力 由《機械零件設計手冊》得 =2.63 =2.19 比較的值 /[]=2.63/244=0.0111>/[]=2.19/204=0.00995 計算大齒輪齒根彎曲應力為

24、 a=137mm B1=67mm B2=60mm V=1.486 (m/s) 定為IT9 計 算 及 說 明 結果 齒輪的彎曲強度足夠 5.2.3 齒輪幾何尺寸的確定 齒頂圓直徑 由《機械零件設計手冊》得 h*a =1 c* = 0.25 齒距 P = 23.14=6.28(mm) 齒根高 齒頂高 齒根圓直徑 5.3 齒輪的結構設計 小

25、齒輪采用齒輪軸結構，大齒輪采用鍛造毛坯的腹板式結構大齒輪的關尺寸計算如下： 軸孔直徑 d=50 輪轂直徑 =1.6d=1.650=80 輪轂長度 輪緣厚度 δ0 = (3～4)m = 6～8(mm) 取 =8 輪緣內徑 =-2h-2=209-24.5-28 強度足夠 =64mm =218mm h=4.5mm S=3.14mm P=6.28mm hf=2.5mm ha=2mm df1=55mm df2=209mm 計 算 及 說 明 結果 = 184(mm) 取D2 = 185(mm)

26、腹板厚度 c=0.3=0.360=20 腹板中心孔直徑=0.5*(+)=0.5*(80+184)=132(mm) 腹板孔直徑=0.25*（-）=0.25*（184-80） =26(mm) 齒輪倒角n=0.5m=0.52=1 齒輪工作如圖2所示： 計 算 及 說 明 結果 第六章 軸的設計計算 6.1 軸的材料和熱處理的選擇 由《機械零件設計手冊》中的圖表查得 選45號鋼，調質處理，HB217～255 =650MPa =360MPa =280MPa

27、 6.2 軸幾何尺寸的設計計算 5.2.1 按照扭轉強度初步設計軸的最小直徑 主動軸 d1=c=115=20.77 從動軸=c=115=31.24 考慮鍵槽d1=20.77*1.05=21.81 考慮鍵槽=31.241.05=32.80 選取標準直徑d1=22（mm） 選取標準直徑=33 6.2.2 軸的結構設計 根據軸上零件的定位、裝拆方便的需要，同時考慮到強度的原則，主動軸和從動軸均設計為階梯軸。 6.2.3 軸的強度校核 從動軸的強度校核 圓周力 ==2000133.71/209=1279.52N

28、 徑向力 =tan=1279.52tan20=465.71N 由于為直齒輪，軸向力=0 作從動軸受力簡圖：（如圖3所示） D1=22mm D2=33mm 計 算 及 說 明 結果 L=110mm ==0.5=0.51279.52=639.76 =0.5L=639.761100.5/1000=35.19 ==0.5=0.5465.71 =232.86 =0.5L=232.861

29、100.5/1000=12.81 轉矩T=158.872 校核 ===37.45 ===102.42 由圖表查得，=55MPa d≥10=10=26.51(mm) 齒根圓直徑df1=d1-2（ha+c）mn=55mm 考慮鍵槽d=26.51mm < 55mm 則強度足夠 第七章 軸承、鍵和聯軸器的選擇 7.1 軸承的選擇及校核 考慮軸受力較小且主要是徑向力，故選用單列深溝球軸承主動軸承根據軸頸值查《機械零件設計手冊》選擇6207 2個（GB/

30、T276-1993）從動軸承6209 2個 （GB/T276-1993） 壽命計劃： 從動軸承 2個 計 算 及 說 明 結果 兩軸承受純徑向載荷 P==465.71 X=1 Y=0 從動軸軸承壽命：深溝球軸承6209，基本額定功負荷 =25.6KN =1 =3 ===20704181 預期壽命為：10年，兩班制 L=1030016=48000< 軸承壽命合格 7.2 鍵的選擇計

31、算及校核 （一）從動軸外伸端d=42，考慮鍵在軸中部安裝故選鍵1040 GB/T1096—2003，b=16，L=50，h=10，選45號鋼，其許用擠壓力=100MPa ====82.75< 則強度足夠，合格 （二）與齒輪聯接處d=50mm，考慮鍵槽在軸中部安裝，故同一方位母線上，選鍵1452 GB/T1096—2003，b=10mm，L=45mm，h=8mm，選45號鋼，其許用擠壓應力=100MPa ====45.392< 則強度足夠，合格 從動軸外伸端鍵1040 GB/1096—2003

32、 與齒輪聯接處鍵1452 GB/T1096—2003 計 算 及 說 明 結果 7.3 聯軸器的選擇 由于減速器載荷平穩(wěn)，速度不高，無特殊要求，考慮拆裝方便及經濟問題，選用彈性套柱聯軸器 K=1.3 =9550=9550=248.84 選用TL8型彈性套住聯軸器，公稱尺寸轉矩=250，<。采用Y型軸孔，A型鍵軸孔直徑d=32～40，選d=35，軸孔長度L=82 TL8型彈性套住聯軸器有關參數 選用TL8型彈性套住聯軸器 型號 公稱 轉矩T/(Nm) 許用 轉速 n/（r 軸孔

33、 直徑 d/mm 軸孔 長度 L/mm 外徑 D/mm 材料 軸孔 類型 鍵槽 類型 TL8 710 3000 60 122 160 HT200 Y型 A型 第八章 減速器潤滑、密封及附件的選擇確定以及箱體主要結構尺寸的計算及裝配圖 8.1 潤滑的選擇確定 8.1.1潤滑方式 1.齒輪V=1.2＜＜12 m/s 應用噴油潤滑，但考慮成本及需要，選用浸油潤滑 2.軸承采用潤滑脂潤滑 8.1.2潤滑油牌號及用量 齒輪浸油潤滑 軸承脂潤滑 計 算 及

34、說 明 結果 1.齒輪潤滑選用150號機械油，最低～最高油面距10～20mm， 需油量為1.5L左右 2.軸承潤滑選用2L—3型潤滑脂，用油量為軸承間 隙的1/3～1/2為宜 8.2密封形式 1.箱座與箱蓋凸緣接合面的密封 選用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法 2.觀察孔和油孔等處接合面的密封 在觀察孔或螺塞與機體之間加石棉橡膠紙、墊片進行密封 3.軸承孔的密封 悶蓋和透蓋用作密封與之對應的軸承外部 軸的外伸端與透蓋的間隙，由于V<3（m/s），故選用半粗羊毛氈加以密封 4.軸承靠近機體內壁處用擋油環(huán)加以密封，防止?jié)櫥瓦M入軸承內部

35、 8.3減速器附件的選擇確定 列表說明如下： 齒輪用150號機械油 軸承用2L—3型潤滑脂 計 算 及 說 明 結果 名稱 功用 數量 材料 規(guī)格 螺栓 安裝端蓋 12 Q235 M616 GB 5782—1986 螺栓 安裝端蓋 24 Q235 M825 GB 5782—1986 銷 定位 2 35 A640 GB 117—1986 墊圈 調整安裝 3 65Mn 10 GB 93—1987 螺母 安裝 3 M10 GB 6170—1986 油標尺 測量油

36、面高度 1 組合件 通氣器 透氣 1 8.4箱體主要結構尺寸計算 箱座壁厚=10mm 箱座凸緣厚度b=1.5 ,=15mm 箱蓋厚度=8mm 箱蓋凸緣厚度=1.5 ,=12mm 箱底座凸緣厚度=2.5 ,=25mm ,軸承旁凸臺高度h=45，凸臺半徑R=20mm 齒輪軸端面與內機壁距離=18mm 大齒輪頂與內機壁距離=12mm 小齒端面到內機壁距離=15mm 上下機體筋板厚度=6.8mm , =8.5mm 主動軸承端蓋外徑=105mm 從動軸承端蓋外徑=130mm 地腳螺栓M16，數量6根 第九章 總結 通過本次課

37、程設計，使自己對所學的各門課程進一步加深了理解，對于各方面知識之間的聯系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有很大的距離，在今后還需要繼續(xù)學習和實踐。 本設計由于時間緊張，在設計中肯定會有許多欠缺，若想把它變成實際產品的話還需要反復的考慮和探討。但作為一次練習，確實給我們帶來了很大的收獲，設計涉及到機械、電氣等多方面的內容，通過設計計算、認證、畫圖，提高了我對機械結構設計、控制系統設計及步進電動機的選用等方面的認識和應用能力。總之，本次設計讓我受益非淺，各方面的能力得到了一定的提高。 參考文獻 1、 《機械設計課程設計指導書》，宋寶玉等主編，高等教育出版社。 2、 《機械設計課程設計》，銀金光等主編，中國林業(yè)出版社；北京希望電子出版社。 3、 《機械制圖》教材 4、 《機械設計》教材 5、 《工程力學》教材 6、其它機械類專業(yè)課程教材