单级圆柱齿轮减速器和一级带传动.docx

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单级圆柱齿轮减速器和一级带传动

第一章前言……………………………………………………………….…1

第二章计算说明……………………………………………………32.1.1传动方案拟定…………….……………………………………3

2.1.2电动机的选择……………………………………..…..……….4

2.1.3确定传动装置总传动比及分配各级的传动比………….…..…….6

2.1.4传动装置的运动和动力设计……………………………………..7

2.2普通V带的设计………………………………………………….10

2.3齿轮传动的设计……………………………………..…………..15

2.4传动轴的设计………………………….………….……………..18

2.5箱体的设计………..…………………….……………………….27

2.6键连接的设计……………………………………………………29

2.7滚动轴承的设计………………………………….………………31

2.8润滑和密封的设计………………………………..………………32

2.9联轴器的选择…………………………….………………………33第三章轴的数控加工与编程………………………………………36

3.1.1轴的加工参数及工艺分析…………………………….......……39

3.1.2加工程序的编制………………………………………………………40

设计小结….…………………………………………………....…….41

参考文献…...……………………………………………………...…43.

附录（程序）…..………………………………………………….……44

前言

当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。

减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。

近十几年来,由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。

在21世纪成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。

CNC机床和工艺技术的发展,推动了机械传动结构的飞速发展。

在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。

在传动设计中的学科交叉,将成为新型传动产品发展的重要趋势。

关键字：

减速器轴承齿轮机械传动

一、计算说明

设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动

１、工作条件：

使用年限５年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。

２、原始数据：

滚筒圆周力F=5000N；

带速V=2.0m/s；

滚筒直径D=400mm；

方案拟定：

　　　采用Ｖ带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。

1.电动机2.V带传动3.圆柱齿轮减速器

4.连轴器5.滚筒6.运输带

2.1.2电动机选择

1、电动机类型和结构的选择：

选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。

2、电动机容量选择：

电动机所需工作功率为：

式

（1）：

Ｐd＝ＰＷ／ηa　（kw）

由式

（2）：

ＰＷ＝ＦV/1000（KW）

因此　　Pd=FV/1000ηa（KW）

由电动机至运输带的传动总效率为：

η总=η１×η２３×η３×η４×η5

式中：

η1、η2、η3、η4、η5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。

取η１=0.96，η２＝0.98，η３＝0.97，η４＝０.９７

则：

　η总=0.96×0.98３×0.97×0.99×0.96

　　=0.83

所以：

电机所需的工作功率：

　　　　Pd　=FV/1000η总

=（5000×2.0）/（1000×0.83）

=12.05（kw）

3、确定电动机转速

卷筒工作转速为：

n卷筒＝60×1000·V/（π·D）

=（60×1000×2.0）/（４0０·π）

　　　　　=95.49r/min

根据手册Ｐ７表１推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ｉ’=3～６。

取Ｖ带传动比Ｉ１’=２～４。

则总传动比理论范围为：

Ｉa’＝1６～２４。

故电动机转速的可选范为

N’d=I’a×n卷筒

　　　　　=（16～24）×95.49

=1527.84～2291.76r/min

则符合这一范围的同步转速有：

750、1000和1500r/min

根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：

（如下表）

方

案电动

机型

号

额定功率电动机转速

（r/min）电动机重量

N参

考

价

格传动装置传动比

同步转速满载转速总传动比V带传动减速

器

1Y132S-45.515001440650120018.63.55.32

2Y132M2-65.51000960800150012.422.84.44

3Y160M2-85.5750720124021009.312.53.72

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格

和带传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。

此选定电动机型号为Y132M2-6，其主要性能：

电动机主要外形和安装尺寸：

2.1.3确定传动装置的总传动比和分配级传动比：

由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n

1、可得传动装置总传动比为：

ia=nm/n=nm/n卷筒

=960/95.49=10.05

总传动比等于各传动比的乘积

分配传动装置传动比

ia=i0×i（式中i0、i分别为带传动

和减速器的传动比）

2、分配各级传动装置传动比：

根据指导书P7表1，取i0=2.8（普通V带i=2～4）

因为：

　　　ia＝i0×i

所以：

　　　i＝ia／i0

＝10.05/2.8

＝3.59

四、传动装置的运动和动力设计：

将传动装置各轴由高速至低速依次定为Ⅰ轴，Ⅱ轴，......以及

i0,i1，......为相邻两轴间的传动比

η01，η12，......为相邻两轴的传动效率

PⅠ，PⅡ，......为各轴的输入功率（KW）

TⅠ，TⅡ，......为各轴的输入转矩（N·m）

nⅠ,nⅡ,......为各轴的输入转矩（r/min）

可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数

2.1.4运动参数及动力参数的计算

1）计算各轴的转数：

Ⅰ轴：

nⅠ=nm/i0

=960/2.8=342.86（r/min）

　　Ⅱ轴：

nⅡ=nⅠ/i1

=324.86/3.59=90.49r/min

卷筒轴：

nⅢ=nⅡ

（2）计算各轴的功率：

Ⅰ轴：

PⅠ=Pd×η01=Pd×η1

=12.05×0.96=11.57（KW）

Ⅱ轴：

PⅡ=PⅠ×η12=PⅠ×η2×η3

=11.57×0.98×0.97

　=11（KW）

卷筒轴：

PⅢ=PⅡ·η23=PⅡ·η2·η4

=11×0.98×0.99=10.67（KW）

计算各轴的输入转矩：

电动机轴输出转矩为：

Td=9550·Pd/nm=9550×12.05/960

=119.87N·m

Ⅰ轴：

TⅠ=Td·i0·η01=Td·i0·η1

=119.87×2.8×0.96=322.22N·m

Ⅱ轴：

TⅡ=TⅠ·i1·η12=TⅠ·i1·η2·η4

=322.22×3.59×0.98×0.99=1122.29N·m

卷筒轴输入轴转矩：

TⅢ=TⅡ·η2·η4

=1088.84N·m

计算各轴的输出功率：

由于Ⅰ～Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：

故：

P’Ⅰ=PⅠ×η轴承=11.57×0.98=11.34KW

P’Ⅱ=PⅡ×η轴承=11×0.98=10.78KW

计算各轴的输出转矩：

由于Ⅰ～Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：

则：

T’Ⅰ=TⅠ×η轴承

=322.22×0.98=315.78N·m

T’Ⅱ=TⅡ×η轴承=1122.29×0.98=1099.84N·m

综合以上数据，得表如下=

轴名

效率P（KW）

转矩T（N·m）

转速n

r/min

传动比i

效率

η

输入

输出

输入

输出

电动机轴

4.5

44.77

960

2.8

0.96

　Ⅰ轴

4.32

4.23

120.33

117.92

342.86

4.44

0.95

Ⅱ轴

4.11

4.02

518.34

507.97

77.22

1.00

0.97

卷筒轴

4.07

3.99

502.90

492.84

77.22

2.2V带的设计

（1）选择普通V带型号

σp=4·TⅠ/（d·h·l）

=4×120.33×1000/（44×8×50）

=27.34Mpa<[σp]（110Mpa）

3、输出轴与齿轮2联接用平键联接

轴径d3=60mmL3=58mmTⅡ=518.34Nm

查手册P51选用A型平键

键18×11GB1096-79

l=L3-b=60-18=42mmh=11mm

σp=4·TⅡ/（d·h·l）

=4×518.34×1000/（60×11×42）

=74.80Mpa<[σp]（110Mpa）

十．滚动轴承设计

根据条件，轴承预计寿命

Lh5×365×8=14600小时

1.输入轴的轴承设计计算

（1）初步计算当量动载荷P

因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=628.20N

2）求轴承应有的径向基本额定载荷值

（3）选择轴承型号

查课本表11-5，选择6208轴承Cr=29.5KN

由课本式11-3有

∴预期寿命足够

∴此轴承合格

2.输出轴的轴承设计计算

（1）初步计算当量动载荷P

因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=1369.61N

（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值

（3）选择轴承型号

查课本表11-5，选择6211轴承Cr=43.2KN

由课本式11-3有

∴预期寿命足够

∴此轴承合格

十一、密封和润滑的设计

1.密封

由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。

毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。

毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。

轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。

2．润滑

（1）对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v<12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。

同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于30~50mm。

对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.35~0.7m3。

（2）对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。

这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。

十二．联轴器的设计

（1）类型选择

由于两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选用弹性柱销联。

（2）载荷计算

计算转矩TC=KA×TⅡ=1.3×1022.29=1158.98Nm，

其中KA为工况系数，由课本表14-1得KA=1.3

（3）型号选择

根据TC，轴径d，轴的转速n，查标准GB/T5014—2003，选用LXZ2型弹性柱销联，其额定转矩[T]=1250Nm,许用转速[n]=3750r/m,故符合要求。

第三章轴的数控加工于编程

3.1.1齿轮轴加工参数及工艺分析

切削用量的选择

对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。

这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。

经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。

在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。

也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。

在选择切削用量时要充

分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。

背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。

对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。

在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。

车削加工时的切削条件可参考表4-1

表4-1车削加工时的选择切削条件的参考数据

根据经验选择，一般粗车切削深度为2～3mm,半精车切削深度为0.5～2mm，精车切削深度为0.2～0.5mm。

本课题所加工的为45钢，由表可知：

切削速度应在70～220mm/min。

用硬质合金车刀精车时，一般多采用较高的切削速度。

根据经验,我们选择Vc=120mm/min.由公式n=1000v/∏dw（dw-未加工工件的直径）可以计算出,粗车时n=500r/min;精车时n=1200r/min.

车削时主轴转速的确定

主轴转速的确定应根据被加工部位的直径，并按照零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。

切削速度可通过计算、查表和实践经验获取。

表4-2为硬质合金外圆车刀切削速度的参考值，可结合实践经验参考选用。

进给速度的确定

单一方向进给速度包括纵向进给速度和横向进给速度，其值可通过进给量与主轴转速得到，具体按F=f×n计算（式中：

f为进给量，n为转速）。

粗车时进给量一般取0.3～0.8mm/r，精车时常取0.1～0.3mm/r，切断时常取0.05～0.2mm/r。

表4-3为硬质合金车

刀粗车外圆、端面进给量参考值。

3.1.2加工程序编制

一、

（1）粗加工阶段

A.毛胚处理毛胚备料锻造和正火

B.粗加工车端面打中心孔和车外圆

这阶段的主要目的是：

用大量的切削用量切除大部分余量，把毛胚加工至接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量。

通过这阶段还及时发现锻件裂纹等缺陷，作出相应措施

（2）.半精加工阶段

A.半精加工前热处理对于45钢一般采用调质处理以达到HBS235

B.半精加工半精车外圆

这阶段的主要目的是：

为精加工作好准备，尤其是为精加工作好基面准备，对一些要求不高的表面，在这个阶段达到图纸规定的要求。

（3）.精加工阶段

A.精加工前热处理局部高频淬火

B.精加工前各种加工粗磨外圆铣键槽

C.精加工精磨外圆保证齿轮轴表面的精度

这阶段的目的是：

把各表面部加工到图纸规定的要求

二、在两顶尖间车外圆

工件一端外圆车好后，需将工件调头装夹，为不破坏已加工表面精度，传动装置与加工表面要垫铜皮

三、车槽的方法

（1）车轴肩沟槽采用等于槽宽的车槽刀，沿着轴肩将槽车出，直到符合图样要求为止。

（2）车非轴肩沟槽车非轴肩沟槽时，需确定沟槽的位置。

确定方法有两种：

一种是用钢直尺测量槽刀的工作位置，车刀纵向移动，使左侧的刀头与钢直尺上所需的长度对齐；另一种是利用床鞍或小滑板的刻度盘控制车槽的正确位置。

车削方法与车轴肩沟槽基本相同。

（3）车宽矩形槽首先确定沟槽的正确位置。

常用的方法有刻线痕法和钢直尺测量法。

沟槽位置确定后，可分粗精车将沟槽车至尺寸。

粗车一般要分几刀将槽车出，槽的两侧和槽底要各留0.5mm的精车余量。

车最后一刀的同时应在槽底纵向进给一次，将槽底车平整。

精车时，应先车沟槽的位置尺寸，然后再车槽宽尺寸，直至符合图样要求为止。

十四、加工程序的编制

加工路线的确定

最短的切削进给路线

切削进给路线最短，可有效提高生产效率，降低刀具损耗。

安排最短切削进给路线时，同时还要保证工件的刚性和加工工艺性等要求。

因本次加工的材料是圆棒料，所以经综合考虑选择矩形进给路线。

程序编制方法的确定[13]

程序编制分为：

手工编程和自动编程两种。

1.手动编程：

整个编程过程由人工完成。

对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）手工编程适用于：

几何形状不太复杂的零件。

2.自动编程：

编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。

自动编程适用于：

形状复杂的零件、虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）、虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）。

根据以上各种程序编制的特点，对轴的加工程序的编制进行以下选择：

由于轴的几何形状不太复杂，因此对其外圆表面的加工，选择手工编程；其轴上键槽的加工采用自动编程。

数控指令简介及加工程序

一、数控指令

数控程序的指令由一系列的程序字组成，而程序字通常由地址（address）和数值（number）两部分组成，地址通常是某个大写字母。

数控程序中的地址代码意义如表5-1所示。

功能

地址

意义

程序号

：

（ISO），O（EIA）

程序序号

顺序号

N

顺序号

准备功能

G

动作模式（直线、圆弧等）

尺寸字

X、Y、Z

坐标移动指令

A、B、C、U、V、W

附加轴移动指令

R

圆弧半径

I、J、K

圆弧中心坐标

进给功能

F

进给速率

主轴旋转功能

S

主轴转速

刀具功能

T

刀具号、刀具补偿号

辅助功能

M

辅助装置的接通和断开

补偿号

H、D

补偿序号

暂停

P、X

暂停时间

子程序号指定

P

子程序序号

二、主要的加工程序

见附录

设计小结

　　机械毕业设计是我们机械类专业学生最后一次较全面的机械设计，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。

（1）通过这次机械毕业设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。

（2）学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。

　　（3）进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。

参考文献

[1]《机械设计课程设计》，高等教育出版社，王昆，何小柏，汪信远主编，1995年12月第一版；

[2]《机械设计（第七版）》，高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编，2001年7月第七版；

[3]《简明机械设计手册》，同济大学出版社，洪钟德主编，2002年5月第一版；

[4]《减速器选用手册》，化学工业出版社，周明衡主编，2002年6月第一版；

[5]《工程机械构造图册》，机械工业出版社，刘希平主编

[6]《机械制图（第四版）》，高等教育出版社，刘朝儒，彭福荫，高治一编，2001年8月第四版；

[7]《互换性与技术测量（第四版）》，中国计量出版社，廖念钊，古莹庵，莫雨松，李硕根，杨兴骏编，2001年1月第四版[8]《机械设计基础课程设计指导书（第二版）》，高等教育出版社，陈立德主编，牛玉丽副主编，2004年7月第二版。

[9]装卸机械技术性能手册 交通部海洋运输管理局主编 港口装卸杂志社1987年11月

[10]机械零件 吴宗泽主编 中央广播电视大学出版社 1996

[11]润滑油应用及设备润滑 张晨辉 林亮智编 中国石化出版社2002年

附录：

以工件右端面作为粗基准

粗车左端

O0001

N010G50X100Z100；

N020M03S500；

N030M08；

N040T0101；

N050G00X50Z2；

N060G01Z-265；

N070G00X55；

N080Z2；

N090X46；

N100G01Z-215；

N110X50；

N120G00Z2

N130X41；

N140G01Z-215；

N150X45；

N160G00Z2；

N170X36；

N180G01Z-126；

N190X41；

N200G00Z2

N210X33；

N220G01Z-103.5；

N230G02X36Z-105R1.5；

N240G00Z2；

N250X29；

N260G01Z-53.5；

N270G02X33Z-55R1.5；

N280G00X100Z100T0100；

N290M09；

N300M05；

N310M30；

以左端面和￠41的外圆为定位基准

粗车右端O0002

N010G50X100Z100；

N020M03S500；

N030M08；

N040T0101;

N050G00X50Z2；

N060G01Z-38F0.5;

N070X54;

N080G00Z2;

N090X45;

N100G01Z-33;

N110X50;

N120G00Z2;

N130X41;

N140G01Z-33;

N150X45;

N160G00Z2;

N170X36;

N180G01Z-17;

N190X41;

N200G00X100Z100T0100；

N210M09;

N220M05；

N230M30;

以左端面和￠48.833的外圆作定位基准

精车左端

O0003

N010G50X100Z100；

N020M03S1200；

N030M08；

N040T0101；

N050G00X24Z2；

N060G01X27.7Z-2F0.2；

N070Z-53.5；

N080G02X31.7Z-55R1.5；

N090G01Z-103.5；

N100G02X34.7Z-105R1.5；

N110G01Z-126；

N120X40；

N130Z-215；

N140X46.833；

N150X48.833Z-217；

N160G00X100Z100T0100；

N170M09；

N180M05；

N190M30；

精车右端

O0004

N010G50X100Z100；

N020M03S1200；

N030M08；

N040T0101；

N050G00X31；

N060G01X34.7Z-2F0.2；

N070Z-17；

N080X40；

N090Z-33；

N100G00X100Z100T0100；

N110T0202；

N120