一级斜齿轮减速器分析.docx

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一级斜齿轮减速器分析

机械设计课程设计设计计算说明书

齐齐哈尔大学普通高等教育

机械设计课程设计

题目题号：

一级蜗轮蜗杆减速器

学院：

机电工程学院

专业班级：

过控113

学生姓名：

王华

指导教师：

蔡有杰

成绩：

2013年12月18日

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机械设计课程设计设计计算说明书

机械设计课程设计任务书

学生姓名：

王华班级：

过控113学号:

2011112073一、设计题目：

一级蜗轮蜗杆减速器

已知条件：

滚筒圆周力F=63OON；带速V=0.6m/s：

滚筒直径D=450mm。

工作时不逆转，载荷有轻微冲击；工作年限为10年，二班制

二、应完成的工作

减速器装配图1张（A0图纸）；

零件工作图4张（蜗轮蜗杆、轴、箱体等）;

设计说明书1份。

指导教师：

蔡有杰

发题日期2013年11月24日

完成日期2013年12月18日

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机械设计课程设计设计计算说明书

机械设计课程设计成绩评阅表

题目

评分项目

分

值

评价标准

评价等级

得分

A级（系数1.0）

C级（系数为0.6）

选题合理性

题目新颖性

课题符合本专业的培养

要求，新颖、有创新

基本符合，新颖性一般

内容和方案

技术先进性

设计内容符合本学科理论与实践发展趋势，科学性强。

方案确立合理，技术方法正确

有一泄的科学性。

方案及技术一般

文字与图纸质量

设计说明书结构完整，层次淸楚，语言流畅。

设计图纸质量髙，错误较少。

设计说明书结构一般，层次较淸楚，无重大语法错误。

图纸质量一般，有较多错误

独立工作

及创造性

完全独立工作，有一左

创造性

独立工作及创造性一般

工作态度

遵守纪律，工作认真，勤奋好学。

工作态度一般。

答辩情况

介绍、发言准确、淸晰，

回答问题正确，

介绍、发言情况一般，回答问题有较多错误。

评价总分

总体评价

注：

1、评价等级分为A、B、C、D四级，低于A髙于C为B,低于C为D°

2、每项得分=分值X等级系数（等级系数：

A为1.0,B为0.8,C为0.6,D为0.4）

3、总体评价栏填写“优S“良S“中“及格J“不及格”之一。

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机械设计课程设计设计讣算说明书

摘要

机械设计课程是培养学生具有机械设讣能力的技术基础课。

课程设汁则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高

等工科院校大多数专业学生第一次全面的设汁能力训练，其口的是：

（1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。

（2）学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。

（3）通过制定设讣方案，合理选择传动机构和零件类型，正确讣算零件工作能力，确定尺寸和掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。

（4）学习进行机械设计基础技能的训练，例如：

计算，绘图，

查阅设讣资料和手册，运用标准和规范等。

关键词：

链传动弯曲疲劳强度齿面硬度齿形系数表面粗糙度

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机械设计课程设计设汁讣算说明书

—、绪论1

二、传动方案的拟定与分析・2

三、电动机的选择3

四、计算总传动比及分配各级传动比-4

五、动力学参数计算5

六、传动零件的设计计算6

七、轴的设时算10

八、滚动轴承的选择及校核计算13

九、键连接的选择及校核计算14

十、的选择及校核计算20

十一、减速器的润滑与密封21

十二、箱体及附件的结构设计22

设计小结23

参考文献23

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机械设计课程设计设汁讣算说明书

绪论

本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计》、《机械制图》、《公差与互换性》等多门课程知识，并运用《AUTOCAD》软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节，也是一次全面的、规范的实践训练。

通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。

主要体现在如下儿个方面：

（1）培养了我们理论联系实际的设讣思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。

（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设汁的程序和方法，树立正确的工程设讣思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。

（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。

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机械设计课程设计设汁讣算说明书

二、传动方案的拟定与分析

由于本课程设计传动方案已给：

要求设计单级蜗杆下置式减速器。

它与蜗杆上置式减速器相比具有搅油损失小，润滑条件好等优点，适用于传动V<4-5m/s,这正符合本课题的要求。

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机械设计课程设计设计计算说明书

3.确定电动机转速

计算滚筒工作转速:

根据容量和转速，山有关手册查出有四种适用的电动机型号,因此有四种传动比方案，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、

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机械设计课程设计设计计算说明书

价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1500r/mino

4、确定电动机型号

根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132M-4o

其主要性能：

额定功率7.5KW；满载转速1440r/min：

额定转矩2.2。

四、计算总传动比及分配各级的传动比

1、总传动比

.1440

俺--54.99

25.46

2、分配各级传动比

（1）查表得，取蜗杆々速器=10（单级减速器，•滅速湍=10〜40合理）

（2）「总=&速器xi谜

i&54.99

is=二=5.5

i«3s10

i总=54.99

&速器=

ia=5.5

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机械设计课程设计设计计算说明书

五、动力学参数计算

1、计算各轴转速

电动机=1440"min

1440・

‘池诬器1°

=丁-==32.48/7min

Q4.31

2、计算各轴的功率

Pi=P电机xq^^=5.63x0.99=5.574KW

Pn=Pixr|紬承xrj^f=6.396x0.98x0.80=5.014KW

Pin=Pnxn轴承"a=5.014x0.98x0.92=4.521KW

3、计算各轴扭矩

Ti=9.55x106Pi/m=9.55x106x6.396/1440=42417・92N・mmTn=9.55x106Pii/nn=9.55x106x5.014/140=399030.83Nmm

Tm=9.55x106Piii/nm=9.55x106x4.521/32.5=1328478.46Nmm

iij=1440/7minnn=140r/minnm=38.2r/min

Pi=5.574KW

Pn=5.014KW

Pm=4.521KW

Ti=42417.92Nmm

Tii=399030.83N-

Tm=1328478.46

Nmm

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机械设计课程设计设计计算说明书

六、传动零件的设计计算

＞连轴器的设计计算

1、类型选择

为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销连轴器。

2、载荷计算

公称转矩T=Ti=42417.92N-mm=42.4Nm

3、型号选择

从GB4323—2002中查得LT4型弹性套柱销连轴器的公称转矩为63Nm,许用最大转速为5700r/min,轴径为20〜28mm之间，故合用。

＞蜗杆传动的设计计算

1.选择蜗杆传动类型

根据GB/T10085—1988的推荐，釆用渐开线蜗杆（ZI）。

2.选择材料

考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等，故蜗杆采用45钢;因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45〜55HRCo蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSnlOPl,金属模铸造。

为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

3.按齿面接触疲劳强度进行设计

根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。

III教材P254式（11一⑵，传动中心距

（1）确定作用在蜗杆上的转矩耳

按Z]=4,估取效率7=0.8,则丁2二Ti=42417.92Nmm

（2）确定载荷系数K

因工作载荷有轻微冲击，故由教材P253取载荷分布不均系数K严1;由教材P253表11一5选取使用系数K.i=1.15由于转速不高，冲击不大,可取动载系数Kv=1.05;则由教材P252

T2=42417.92N•mm

K二1.21

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机械设计课程设计设计计算说明书

K=KAK/;Kv=1.15x1x1.05«1.21

（3）确定弹性影响系数Ze

Ze=160MP«5

因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故ZE=160MPd5o

（4）确定接触系数Zp

Zp=3.33

先假设蜗杆分度圆直径/和传动中心距"的比值如=0.25从教材

P253图11—18中可查得Zp=3.33o

（5）确定许用接触应力0J

根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSnlOPl,金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度＞45HRC,可从教材P254表11—7查得蜗轮的基本许用应力

5.05x10s

[CTh]，=268MP^。

由教材P254应力循环次数

N-60加,乙-60x1x144°x（16x365x10）«5.05x108

KHiV=0.6125

1fV

寿命系数K—x—061"

…E\'5.05xl08・一

则[b〃]=K〃n•[b〃]'=0.6125x268=164」5MP“

取a=100

（6）计算中心距

a>^!

1.21x42417.92x1兰"二'心j=81.47nunvv164.15）

Zp'=2.74因为

（6）取中心距a=100mm,因i=10,故从教材P245表11—2中取模数

ZpvZp,因此以

m=4mm,蜗轮分度圆直径d}=40mm这时—=0.4从教材P253图

上计算结果可用

11-18中可查得接触系数Z；=2.74因为Z；vZp,因此以上计算结果

Pa=12.56mm

可用。

4.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸

dai=48mm

（1）蜗杆

dfi=30.4mm

轴向尺距Pa=如=3.14x4=12.56mm;直径系数g=10;齿顶圆

y=21°48'05"

直径dal=dx+2h：

m=40+2x1x4=48mm;齿根圆直径

Sa=6.28mm

〃八=4-2（〃加+c）=40—2（1x4+0.2x4）=30.4〃7〃？

；分度圆导程角

Z.=41

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Xj=-0・500nimi=10.25

d2=164

da2=172mm

df2=101.6mm

“=14〃〃〃

Zv2=51.23

机械设计课程设计设计计算说明书

/=21°48z05/r蜗杆轴向齿厚S=—=3,14x4=6.28mm。

⑵蜗轮

蜗轮齿数Z2=41;变位系数X2=-0.500mm;

演算传动比心仝二色二⑴公‘这时传动误差比为1°・25一1°=2・5%,是召410

允许的。

蜗轮分度圆直径〃2=昭2=4x41=164mm

蜗轮喉圆直径<2=d2+2ha2=164+2[4x（1.5-0.5）]=172mm

蜗轮齿AJ圆直径dfl=d2一2hf2=164-2[4（1.5+0.5+0.2x4）]=141.6mm

蜗轮咽喉母圆半径加"钗2=100-罟=14如

5、校核齿根弯曲疲劳强度

”帘3缶]

dxd2tn

根据“2=-0・5乙2=51.23从教材P255图11—19中可查得齿形系

丫畑=2.76

数：

丫畑=2・76

螺旋角系数—-沽^-等“如

与=0.8443

KFN=0.511

从教材P255知许用弯曲应力：

E卜[b订•Kfn

E]=28・616MP“

从教材P256表11—8查得山ZCuSnlOPl制造的蜗轮的基本许用弯曲应力E]=56MPao

Vs=3.247mis

E]=56x0・511=28・616MPg

1.53xl・21x42417・92

40x164x4

x2.76x0.8443=6.97MPa可见弯曲强度

是满足的。

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机械设计课程设计设计计算说明书

6、验算效率〃

〃-（0.95〜0.96）严

tan（/+（pv）

已知y=21°48'05"=21.8°arctan与相对滑动速度匕有关。

―如=^^40x1440“247皿

60x1000cos/60x1000xcos21.8°

从教材P264表11—18中用插值法查得=0.0268,（pv=1。

30,代入

式中得〃=0.93,大于原估计值，因此不用重算。

7、精度等级公差和表面粗糙度的确定

考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089—1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f,标注为8fGB/T10089—1988o然后由查资料查得蜗杆的齿厚公差为T“二71呻，蜗轮的齿厚公差为T,2=140pm;蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为1.6屮n,蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为1.6pm和3.2pm。

V=7idini/60x1000=3.14x40x66&8/60x1000=1.4m/s

V=1.4m/s

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机械设计课程设计设计计算说明书

d=22mm

七、轴的设计计算

＞输入轴的设计计算

1、按扭矩初算轴径

选用45调质，硬度217〜255HBS

di=22mm

根据教材P370（15-2）式，并查表15-3,取Ao=115

Li=62mm

d$115（6.46/1440）,/3mm=l8.9mm

d2=26mm

考虑有键槽，将直径增大5%,则:

d=18.9X（1+5%）mm=19.85mm

L2=27mm

选d=22mm

ch=30mm

2、轴的结构设计

L*=14mm

（1）轴上零件的定位，固定和装配

d4=34.8mm

单级减速器中可将蜗杆蜗齿部分安排在箱体中央，相对两轴承对

Li=6mm

称布置，两轴承分别以轴肩和轴承盖定位。

d5=30mm

（2）确定轴各段直径和长度

Ls=44mm

I段：

直径d|=22mm长度取Li=62mm

d（）=48mm

II段:

由教材P364得：

h=0.08d1=0.08X22=1.76mm

Lz）=62mm

直径d2=d|+2h=22+2X1.76~26mm,长度取L2=27mm

d7=d5=30mni

III段：

直径d?

=d2+1=27+3=30mm

L8=L4=6mm

距该段左2mm有一宽为1.2mm,直径为28mm的弹性挡圈槽。

初

d9=d?

=30mm

选用6006型深沟球轴承，其内径为30mm,宽度为13mm。

初选用

L9=13mm

选用直径为30mm的轴肩挡圈,宽度为1mm。

轴承支承跨距

故III段长：

L3=14mm

L=344mm

IV段：

直径d3=30mm

T2=42417.92N-mm

由教材P364得：

h=0.08d3=0.08X30=2.4mm

di=40mm

d4=d3+2h=30+2X2.4=34.8mm长度取L4=5mm

V段：

直径ds=30mm长度Ls=90mm

F一4X66?

V［段:

直径d6=48mm长度L<>=120mm

irow•厶丄、

VD段:

直径d?

=d5=30mm长度L7=L5=90mm

F19N

VIII段：

直径d8=d4=34.8mm长度Ls=L4=5mm

IX段：

直径d9=d3=30mm和III段一样初选用选用直径为30mm的

轴肩挡圈，宽度为4mm。

选用6006型深沟球轴承，其内径为30mm,

Fr=1771.2N

宽度为13mm。

故IX段长L9=L3=17mm

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机械设计课程设计设计计算说明书

由上述轴各段长度可算得轴承支承跨距L=344mm

（3）按弯矩复合强度计算

①求小齿轮分度圆直径：

已知di=40mm

（1）求转矩：

已知T2=42417.92Nmm

3求圆周力Ft：

根据教材P198（10-3）式得:

Ftl=2Ti/di=2X42417.92/40=2120.9N

f；2=2T2/d2=2x399030.83/164=4866.2N

4求径向力Fr

根据教材P198（10-3）式得：

Fr=Ftl•tana=3586.4xtan20°=1771.2N

5因为该轴两轴承对称，所以：

La=Lb=172mm

■绘制轴的受力简图（如图a）

■绘制垂直面弯矩图（如图b）

轴承支反力：

FAY=FBY=Fr/2=885.6N

Faz=Fbz=/2=1060.5N

山两边对称，知截面C的弯矩也对称。

截面C在垂直面弯矩为：

Mci=Fa）L/2=885.6x172x10_3=152.3N-m

■绘制水平面弯矩图（如图c）

La二LB=172mm

Fay=Fby=885.6N

Faz=Fbz=1060.5N

Mei=152・3N・m

Mc2=182.4N-m

Me=237.6Nm

T=42・4N・m

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=37・3MP“

[b_]]=60MP“

故安全

d=34mm

截面C在水平面上弯矩为:

Mc2=FazL/2=1060.5x172x10'3=l82・4N・m

■绘制合弯矩图（如图d）

Mc=（Mci2+Mc22）1/2=（152.32+182.42）1/2=237.6N-m

■绘制扭矩图（如图e）

转矩：

T=Ti=42417.92N・mm=42・4N・m

■校核危险截面C的强度

•・•由教材P373式（15-5）=经判断轴所受

扭转切应力为脉动循环应力，取a二0・6,

+（qT），_J（237.6x1000）2+（0・6x42・4xl000尸

W_0.1（40）3

=37・3MP“

前已选定轴的材料为45钢，调质处理，山教材P362表15-1查得

0J=6OMPa,因此b°v[bj,故安全。

•••该轴强度足够。

＞输出轴的设计计算

X.按扭矩初算轴径

选用45#调质钢,硬度（217~255HBS）

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d1=34mmL1=60mmd：

=38niniL：

=2onund3=40mmL3=30mmd尸47mmLi二33mmd5=53niniLs=6（^=45111111L6=7mmd：

二40mmL；二19mm

T2=399.03Nm

Fi2二4866.2N

Fr二1771.2N

Fay=Fby=885.6N

Faz=FBz=2433.1N

Mci=26.1N-m

Mc2=71.8N-m

Me=76.4N-m

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根据教材P370页式（15-2）,表（15-3）取Ao=lO3d>A0（P2/n2）,/3=103（5.014/140）旧二39.91mm取d=34mm

2、轴的结构设计

（1）轴上的零件定位，固定和装配

单级减速器中，可以将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，蜗轮套筒，右轴承和链轮依次从右面装入。

（2）确定轴的各段直径和长度

I段：

直径di=34mm长度取Li=mm

II段：

曲教材P364得：

h=0.08di=0.07x34=2.38mm直径d2=di+2h=34+2x2.38~38mm,长度取Lz=30mm

III段：

直径d尸d2+1=38+2=40mm

曲GB/T297-1994初选用30208型圆锥滚子轴承，其内径为40mm,宽度为18mmo选用直径为40mm,宽度为4mm的轴肩挡圈。

此段长为30mm.

IV段：

直径d3=40mm

由教材P364得：

h=0.08d3=0.08x40=3.2mmd4=d3+2h=40+2x3.2~47mm由教材P250表11-4知蜗轮宽度

B<0.75<,=0.75x48=36m”故取长度U=36-3=33mm

V段：

直径d5=47+0.07X47^53mm

VI段：

直径d6=45mm长度L6=7mm

VII段：

直径d?

=d3=40mm由GB/T297-1994初选用30208型圆锥滚

子轴承，其内径为40mm,宽度为18mm。

长度L7=L3=19mm

由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=59mmoca=22.7Mpa

（3）按弯扭复合强度计算<[«.1]

1求分度圆直径：

已知d2=164mm

2求转矩：

已知T2=Tn=399030.83Nmm=399.03Nm

3求圆周力Ft：

根据教材P198（10-3）式得/;2=2T2/d2=2x399030.83/164=4866.2N

4求径向力Fr：

根据教材P198（10-3）式得

Fr=f^・taiia=4866・2xtai】20=1771.2N

5•・•两轴承对称

/.La二LB=29・5mm

■求支反力Fay、Fby、Faz、Fbz

Fay二Fby二Fr/2二1771.2/2=885.6N

Faz=Fbz=斥2/2=4866・2/2=2433・1N

■山两边对称，截面C的弯矩也对称，截面C在垂直面弯矩为

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Mci=FAYL/2=885.6x29.5xlO-3=26.1Nm

■截面C在水平面弯矩为

Mc2=FazL/2=2433.1x29.5x10_3=71.8Nm

■计算合成弯矩

Mc=（Mci2+MC22）1Z2=（26」2+71.82

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