机械设计课程设计设计一级直齿圆柱齿轮减速器.docx

1、机械设计课程设计设计一级直齿圆柱齿轮减速器机械设计减速器设计说明书 系 别：航空工程学院 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称：第一部分 设计任务书.4第二部分 传动装置总体设计方案.5第三部分 电动机的选择.5 3.1 电动机的选择.5 3.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比.6第四部分 计算传动装置的运动和动力参数.7第五部分 V带的设计.8 5.1 V带的设计与计算.8 5.2 带轮的结构设计.11第六部分 齿轮传动的设计.12第七部分 传动轴和传动轴承及联轴器的设计.18 7.1 输入轴的设计.18 7.2 输出轴的设计.23第八部分 键联接的选择及校核计算.29 8

2、.1 输入轴键选择与校核.29 8.2 输出轴键选择与校核.29第九部分 轴承的选择及校核计算.30 9.1 输入轴的轴承计算与校核.30 9.2 输出轴的轴承计算与校核.30第十部分 联轴器的选择.31第十一部分 减速器的润滑和密封.33 11.1 减速器的润滑.32 11.2 减速器的密封.33第十二部分 减速器附件及箱体主要结构尺寸.33设计小结.36参考文献.36第一部分 设计任务书一、初始数据 设计一级直齿圆柱齿轮减速器，初始数据F = 2800 N，V = 1.5m/s，D = 400mm，设计年限（寿命）：8年，每天工作班制（8小时/班）：2班制，每年工作天数：300天，三相交流

3、电源,电压380/220V。二. 设计步骤1. 传动装置总体设计方案2. 电动机的选择3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数5. 设计V带和带轮6. 齿轮的设计7. 滚动轴承和传动轴的设计8. 键联接设计9. 箱体结构设计10. 润滑密封设计11. 联轴器设计第二部分 传动装置总体设计方案一. 传动方案特点1.组成：传动装置由电机、V带、减速器、工作机组成。2.特点：齿轮相对于轴承对称分布。3.确定传动方案：考虑到电机转速高，V带具有缓冲吸振能力，将V带设置在高速级。选择V带传动和一级直齿圆柱齿轮减速器。二. 计算传动装置总效率a=122345=0.960.

4、9920.970.990.96=0.8671为V带的效率,2为轴承的效率,3为齿轮啮合传动的效率,4为联轴器的效率,5为工作装置的效率。第三部分 电动机的选择3.1 电动机的选择已知速度v:v=1.5m/s工作机的功率pw:pw= 4.2 KW电动机所需工作功率为:pd= 4.84 KW执行机构的转速为:n = 71.7 r/min 经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比i1=24，一级圆柱直齿轮减速器传动比i2=36，则总传动比合理范围为ia=624，电动机转速的可选范围为nd = ian = (624)71.7 = 430.21720.8r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、

5、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y132M2-6的三相异步电动机，额定功率为5.5KW,满载转速nm=960r/min，同步转速1000r/min。电动机主要外形尺寸：中心高外形尺寸地脚螺栓安装尺寸地脚螺栓孔直径电动机轴伸出段尺寸键尺寸HLHDABKDEFG132mm51531521617812mm388010333.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比（1）总传动比： 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:ia=nm/n=960/71.7=13.39（2）分配传动装置传动比:ia=i0i 式中i0、i分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动

6、外廓尺寸不致过大，初步取i0=2.8，则减速器传动比为:i=ia/i0=13.39/2.8=4.78第四部分 计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴转速:输入轴：nI = nm/i0 = 960/2.8 = 342.86 r/min输出轴：nII = nI/i = 342.86/4.78 = 71.73 r/min工作机轴：nIII = nII = 71.73 r/min（2)各轴输入功率:输入轴：PI = Pd1 = 4.840.96 = 4.65 KW输出轴：PII = PI23 = 4.650.990.97 = 4.47 KW工作机轴：PIII = PII24 = 4.470.990.9

7、9 = 4.38 KW 则各轴的输出功率：输入轴：PI = PI0.99 = 4.6 KW输出轴：PII = PII0.99 = 4.43 KW工作机轴：PIII = PIII0.99 = 4.34 KW(3)各轴输入转矩:输入轴：TI = Tdi01 电动机轴的输出转矩:Td = = 48.15 Nm 所以：输入轴：TI = Tdi01 = 48.152.80.96 = 129.43 Nm输出轴：TII = TIi23 = 129.434.780.990.97 = 594.11 Nm工作机轴：TIII = TII24 = 594.110.990.99 = 582.29 Nm 输出转矩为：输入

8、轴：TI = TI0.99 = 128.14 Nm输出轴：TII = TII0.99 = 588.17 Nm工作机轴：TIII = TIII0.99 = 576.47 Nm第五部分 V带的设计5.1 V带的设计与计算1.确定计算功率Pca 由表查得工作情况系数KA = 1.1，故Pca = KAPd = 1.14.84 kW = 5.32 kW2.选择V带的带型 根据Pca、nm由图选用A型。3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v 1）初选小带轮的基准直径dd1。由表，取小带轮的基准直径dd1 = 112 mm。 2）验算带速v。按课本公式验算带的速度5.63 m/s 因为5 m/s v 12

9、06.计算带的根数z 1）计算单根V带的额定功率Pr。 由dd1 = 112 mm和nm = 960 r/min，查表得P0 = 1.96 kW。 根据nm = 960 r/min，i0 = 2.8和A型带，查表得P0 = 0.12 kW。 查表得K = 0.93，查表得KL = 0.99，于是Pr = (P0 + P0)KKL = (1.96 + 0.12)0.930.99 kW = 1.92 kW 2）计算V带的根数zz = Pca/Pr = 5.32/1.92 = 2.77 取3根。7.计算单根V带的初拉力F0 由表查得A型带的单位长度质量q = 0.105 kg/m，所以F0 = =

10、= 269.2 N8.计算压轴力FPFP = 2zF0sin(1/2) = 23269.2sin(154.4/2) = 1574.82 N9.主要设计结论带型A型根数3根小带轮基准直径dd1112mm大带轮基准直径dd2315mmV带中心距a454mm带基准长度Ld1600mm小带轮包角1154.4带速5.63m/s单根V带初拉力F0269.2N压轴力Fp1574.82N5.2 带轮结构设计1.小带轮的结构设计 1）小带轮的结构图 2）小带轮主要尺寸计算代号名称计算公式代入数据尺寸取值内孔直径d电动机轴直径DD = 38mm38mm分度圆直径dd1112mmdadd1+2ha112+22.75

11、117.5mmd1(1.82)d(1.82)3876mmB(z-1)e+2f(3-1)15+2948mmL(1.52)d(1.52)3876mm2.大带轮的结构设计 1）大带轮的结构图 2）大带轮主要尺寸计算代号名称计算公式代入数据尺寸取值内孔直径d输入轴最小直径D = 28mm28mm分度圆直径dd1315mmdadd1+2ha315+22.75320.5mmd1(1.82)d(1.82)2856mmB(z-1)e+2f(3-1)15+2948mmL(1.52)d(1.52)2856mm第六部分 齿轮传动的设计1.选精度等级、材料及齿数（1）选择小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度280H

12、BS，大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为240HBS。（2）一般工作机器，选用8级精度。（3）选小齿轮齿数z1 = 23，大齿轮齿数z2 = 234.78 = 109.94，取z2= 111。（4）压力角 = 20。2.按齿面接触疲劳强度设计（1）由式试算小齿轮分度圆直径，即1）确定公式中的各参数值。试选载荷系数KHt = 1.6。计算小齿轮传递的转矩T1 = 129.43 N/m选取齿宽系数d = 1。由图查取区域系数ZH = 2.5。查表得材料的弹性影响系数ZE = 189.8 MPa1/2。计算接触疲劳强度用重合度系数Z 。端面压力角：a1 = arccosz1cos/(z1+2ha

13、*) = arccos23cos20/(23+21) = 30.181a2 = arccosz2cos/(z2+2ha*) = arccos111cos20/(111+21) = 22.625端面重合度： = z1(tana1-tan)+z2(tana2-tan)/2 = 23(tan30.181-tan20)+111(tan22.625-tan20)/2 = 1.729重合度系数：Z = = = 0.87计算接触疲劳许用应力H查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为Hlim1 = 600 MPa、Hlim2 = 550 MPa。计算应力循环次数：小齿轮应力循环次数：N1 = 60nkth =

14、60342.861830028 = 7.9108大齿轮应力循环次数：N2 = 60nkth = N1/u = 7.9108/4.78 = 1.65108查取接触疲劳寿命系数:KHN1 = 0.89、KHN2 = 0.92。取失效概率为1%,安全系数S=1,得:H1 = = = 534 MPaH2 = = = 506 MPa取H1和H2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即H = H2 = 506 MPa2）试算小齿轮分度圆直径 = = 69.337 mm（2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度vv = = = 1.24 m/s齿宽bb = = = 69.337

15、mm2）计算实际载荷系数KH由表查得使用系数KA = 1。根据v = 1.24 m/s、8级精度，由图查得动载系数KV = 1.08。齿轮的圆周力Ft1 = 2T1/d1t = 21000129.43/69.337 = 3733.36 NKAFt1/b = 13733.36/69.337 = 53.84 N/mm 100 N/mm查表得齿间载荷分配系数KH = 1.2。由表用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KH = 1.46。由此，得到实际载荷系数KH = KAKVKHKH = 11.081.21.46 = 1.8923）可得按实际载荷系数算的的分度圆直径d1 = = 69.3

16、37 = 73.322 mm及相应的齿轮模数mn = d1/z1 = 73.322/23 = 3.188 mm模数取为标准值m = 3 mm。3.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径d1 = z1m = 233 = 69 mmd2 = z2m = 1113 = 333 mm（2）计算中心距a = (d1+d2)/2 = (69+333)/2 = 201 mm（3）计算齿轮宽度b = dd1 = 169 = 69 mm取b2 = 69、b1 = 74。4.校核齿根弯曲疲劳强度（1）齿根弯曲疲劳强度条件F = F1）确定公式中各参数值计算弯曲疲劳强度用重合度系数YY = 0.25+0.75/ = 0.

17、25+0.75/1.729 = 0.684由齿数，查图得齿形系数和应力修正系数YFa1 = 2.66 YFa2 = 2.17YSa1 = 1.59 YSa2 = 1.83计算实际载荷系数KF由表查得齿间载荷分配系数KF = 1.2根据KH = 1.46，结合b/h = 10.22查图得KF = 1.43则载荷系数为KF = KAKvKFKF = 11.081.21.43 = 1.853计算齿根弯曲疲劳许用应力F查得小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳极限分别为Flim1 = 500 MPa、Flim2 = 380 MPa。由图查取弯曲疲劳寿命系数KFN1 = 0.85、KFN2 = 0.88取安全系数S=

18、1.4，得F1 = = = 303.57 MPaF2 = = = 238.86 MPa2）齿根弯曲疲劳强度校核F1 = = = 97.153 MPa F1F2 = = = 91.22 MPa F2齿根弯曲疲劳强度满足要求。5.主要设计结论 齿数z1 = 23、z2 = 111，模数m = 3 mm，压力角 = 20，中心距a = 201 mm，齿宽b1 = 74 mm、b2 = 69 mm。6.齿轮参数总结和计算代号名称计算公式高速级小齿轮高速级大齿轮模数m3mm3mm齿数z23111齿宽b74mm69mm分度圆直径d69mm333mm齿顶高系数ha1.01.0顶隙系数c0.250.25齿顶高

19、hamha3mm3mm齿根高hfm(ha+c)3.75mm3.75mm全齿高hha+hf6.75mm6.75mm齿顶圆直径dad+2ha75mm339mm齿根圆直径dfd-2hf61.5mm325.5mm第七部分 传动轴和传动轴承及联轴器的设计7.1 输入轴的设计1.输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1P1 = 4.65 KW n1 = 342.86 r/min T1 = 129.43 Nm2.求作用在齿轮上的力 已知小齿轮的分度圆直径为:d1 = 69 mm 则:Ft = = = 3751.6 NFr = Fttan = 3751.6tan20 = 1364.7 N3.初步确定轴的最小直径

20、: 先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表，取A0 = 112，得：dmin = A0 = 112 = 26.7 mm 输入轴的最小直径是安装大带轮处的轴径，由于安装键将轴径增大5%，故选取:d12 = 28 mm4.轴的结构设计图5.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为了满足大带轮的轴向定位要求，I-II轴段右端需制出一轴肩，故取II=III段的直径d23 = 33 mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D = 38 mm。大带轮宽度B = 48 mm，为了保证轴端挡圈只压在大带轮上而不压在轴的端面上，故I-II段的长度应比大带轮宽度B略短一些，现

21、取l12 = 46 mm。 2）初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d23 = 33 mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6207，其尺寸为dDT = 357217 mm，故d34 = d78 = 35 mm，取挡油环的宽度为15，则l34 = l78 = 17+15 = 32 mm。 轴承采用挡油环进行轴向定位。由手册上查得6207型轴承的定位轴肩高度h = 3.5 mm，因此，取d45 = d67 = 42 mm。 3）由于齿轮的直径较小，为了保证齿轮轮体的强度，应将齿轮和轴做成一体而成为齿轮轴。所以l56 = B = 74 mm，d56 = d1 =

22、 69 mm 4）根据轴承端盖便于装拆，保证轴承端盖的外端面与大带轮右端面有一定距离，取l23 = 50 mm。 5）取齿轮距箱体内壁之距离 = 16 mm，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s = 8 mm，则l45 = +s-15 = 16+8-15 = 9 mml67 = +s-15 = 16+8-15 = 9 mm至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。6.轴的受力分析和校核1）作轴的计算简图（见图a）: 根据6207深沟球轴承查手册得T = 17 mm 带轮中点距左支点距离L1 = 48/2+50+17/2 = 82.5 mm 齿宽中点距左支点距离L2

23、 = 74/2+32+9-17/2 = 69.5 mm 齿宽中点距右支点距离L3 = 74/2+9+32-17/2 = 69.5 mm2）计算轴的支反力：水平面支反力（见图b）：FNH1 = = = 1875.8 NFNH2 = = = 1875.8 N垂直面支反力（见图d）：FNV1 = = = -1827.2 NFNV2 = = = 1617 N3）计算轴的弯矩，并做弯矩图：截面C处的水平弯矩：MH = FNH1L2 = 1875.869.5 Nmm = 130368 Nmm截面A处的垂直弯矩：MV0 = FpL1 = 1574.8282.5 Nmm = 129923 Nmm截面C处的垂直

24、弯矩：MV1 = FNV1L2 = -1827.269.5 Nmm = -126990 NmmMV2 = FNV2L3 = 161769.5 Nmm = 112382 Nmm分别作水平面弯矩图（图c）和垂直面弯矩图（图e）。截面C处的合成弯矩：M1 = = 181995 NmmM2 = = 172121 Nmm作合成弯矩图（图f）。4）作转矩图（图g）。5）按弯扭组合强度条件校核轴的强度： 通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面（即危险截面C）的强度。必要时也对其他危险截面（转矩较大且轴颈较小的截面）进行强度校核。根据公式（14-4），取 = 0.6，则有：ca = = = MPa = 6 MPa-1 = 60 MPa 故设计的轴有足够的