1、武漢東湖學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 課題名稱 一級(jí)圓柱齒輪減速器 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 學(xué) 期 2013 學(xué) 年 第 二 學(xué) 期 目錄一 、課題題目及主要技術(shù)參數(shù)說(shuō)明。 1.1 課題題目 。1.2 主要技術(shù)參數(shù)說(shuō)明 。1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)工作條件。1.4 傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇。二 、減速器結(jié)構(gòu)選擇及相關(guān)性能參數(shù)計(jì)算。2.1 減速器結(jié)構(gòu)。2.2 電動(dòng)機(jī)選擇2.3 傳動(dòng)比分配。2.4 動(dòng)力運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算。三 、V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)。3.1確定計(jì)算功率。3.2確定V帶型號(hào)。3.3確定帶輪直徑。3.4確定帶長(zhǎng)及中心距。3.5驗(yàn)算包角。3.6確定V帶根數(shù)Z。3.7 確定粗拉力F0。

2、3.8計(jì)算帶輪軸所受壓力Q。四、 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算(包括小齒輪和大齒輪)。4.1 齒輪材料和熱處理的選擇。4.2 齒輪幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。4.2.1 按照接觸強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)齒輪主要尺寸。4.2.2 齒輪彎曲強(qiáng)度校核。4.2.3 齒輪幾何尺寸的確定。4.3 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。五、 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算(從動(dòng)軸)。5.1 軸的材料和熱處理的選擇。5.2 軸幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。5.2.1 按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)軸的最小直徑。5.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。5.2.3 軸的強(qiáng)度校核。六、 軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇。6.1 軸承的選擇及校核。6.2 鍵的選擇計(jì)算及校核。6.3 聯(lián)軸器的選擇。七 、減速器潤(rùn)滑、密封及附件的選擇確

3、定以及箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算。7.1 潤(rùn)滑的選擇確定。 7.2 密封的選擇確定 。 7.3減速器附件的選擇確定。7.4箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算。 參考文獻(xiàn)第一章 課題題目及主要技術(shù)參數(shù)說(shuō)明1.1課題題目帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速器。要求傳動(dòng)系統(tǒng)中含有單級(jí)圓柱齒輪減速器及V帶傳動(dòng)。1.2 主要技術(shù)參數(shù)說(shuō)明 輸送帶的最大有效拉力F=1350N，輸送帶的工作速度V=1.6m/s，輸送機(jī)滾筒直徑D=260mm。1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)工作條件 帶式輸動(dòng)機(jī)工作時(shí)有輕微震動(dòng)，經(jīng)常滿載。空載起訂，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，兩班制工作（每班工作8小時(shí)），要求減速器設(shè)計(jì)壽命為10年(每年按360天計(jì)算)，三相交流電源的電壓為380/220

4、V。1.4 傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇 圖1 帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn),第二章 減速器結(jié)構(gòu)選擇及相關(guān)性能參數(shù)計(jì)算2.1 減速器結(jié)構(gòu)本減速器設(shè)計(jì)為水平剖分，封閉臥式結(jié)構(gòu)。2.2 電動(dòng)機(jī)選擇（一）工作機(jī)的功率Pw. =FV/1000=13501.6/1000=2.16kw（二）總效率 = =0.940.980.990.960.990.990.96=0.86（三）所需電動(dòng)機(jī)功率 額定功率Pm 查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)得 Ped = 3 kw 電動(dòng)機(jī)選用Y132S-6 n滿 = 960 r/min2.3 傳動(dòng)比分配 工作機(jī)的轉(zhuǎn)速n=601000v/（D） =6010001.6/(3.14130) =73.49r/min

5、 取 則將上述數(shù)據(jù)列表如下：軸號(hào)功率P/kW N /(r.min-1) /(Nm) i 02.5196024969.27 30.94 12.3632070431.25 22.4373.56315477.16 4.350.97 32.4673.26319371.9410.98第三章V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1確定計(jì)算功率查表得KA=1.1，則根據(jù)n=960r/min PCa=KAP=1.12.51=2.761KW 3.2確定V帶型號(hào)按照任務(wù)書得要求，查表8-11可知選擇普通V帶。根據(jù)PCa =2.761KW及n1=360r/min，查圖確定選用A型普通V帶。3.3確定帶輪直徑（1）確定小帶輪基準(zhǔn)直徑根據(jù)圖

6、推薦，由表8-8和8-10可知，取小齒輪的基準(zhǔn)直徑選擇dd1=100mm。（2）驗(yàn)算帶速v =5.024m/s5m/sv30m/s,帶速合適。（3）計(jì)算大帶輪直徑dd2= i dd1（1-）=3100（1-0.02）=294mm根據(jù)GB/T 13575.1-9規(guī)定，選取dd2=300mm3.4確定帶長(zhǎng)及中心距3.4確定帶長(zhǎng)及中心距（1）初取中心距a0得280a0800， 根據(jù)總體布局，取ao=500 mm(2) 確定帶長(zhǎng)Ld：根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算帶長(zhǎng)得=1648mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)，取Ld =1600mm。 (3)計(jì)算實(shí)際中心距=476mm中心距變化范圍為443-515mm3.5.驗(yàn)算包角=15690

7、，包角合適。3.6.確定V帶根數(shù)ZZ 根據(jù)dd1=100mm及n0=960r/min，查表得P0=0.958KW,P0=0.11KW查表得K=0.935 KL=0.99查表8-4b pr=（po+P0)KKL=1.058x0.935x0.99=0.989kwZ=PCa pr =2.7610.989=2.79 , 取Z=33.7.計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值F0minF0=500查表得q = 0.10/m,則(F0)min=500=156N，3.8.計(jì)算帶輪軸所受壓力FpFp=2ZF0sin=24156sin=915 N第4章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。 按圖所示

8、，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，采用軟齒面。運(yùn)輸機(jī)為一般機(jī)器，速度不高，選用8級(jí)精度（GB10095-88）。 由表10-1選擇小齒輪材料40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 選小齒輪齒數(shù)為 Z1=20， 大齒輪齒數(shù)為 Z2= 204.35=87。（2） 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪。 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式d2.32KtT1Ze(u+1)/dHu ,確定有關(guān)參數(shù)。 載荷系數(shù)Kt=1.3 ； 小齒輪的轉(zhuǎn)矩T1=70431.25Nmm ； 齒寬系數(shù)d=1 ； Ze=189.8MPa；u=4 由圖10-21d查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hli

9、m1=600MPa , 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550MPa 。 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N1=60 n1 jLh=603201(2830010)=9.216 N2=N1 / I齒=9.2164.35=2.1186 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90，KHN2=0.95 ; 取失效概率1%，安全系數(shù)S=1 ，由式（10-12）得 H1=KHN1 Hlim1 / S=540MPa H2=KHN2 Hlim2 / S=522.5MPa （3） 計(jì)算： 計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t，代入H中較小的值。 d1t2.321.370431.2551

10、89.814522.5= 57.036mm 許用接觸應(yīng)力H=（540+522.5）/2=531.25MPa 計(jì)算圓周速度V。 V= d1tn1/6001000 = 0.955m/s 計(jì)算齒寬b及齒寬與齒高之比b/h 。 b = d d1t = 157.036mm =57.036mm 模數(shù)m1=d1t /Z1=57.03620=2.85mm 齒高h(yuǎn) =2.25m1=2.252085=6.41 bh = 57.036 6.41 = 8.90 計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù)V= 0.955m/s，8級(jí)精度。由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)KV=1.1， 查表10-3可知斜齒輪KH =KF=1 ；由表10-2查得使用系數(shù)

11、KA=1； 用插值法查得8級(jí)精度小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，由表10-4 KH =1.348 ，由圖10-13查的 KF=1.42 故載荷系數(shù)K=KAKVKHKH=11.111.348=1.483 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式(10-10a)d1=d1t(K/Kt）=57.036(1.4381.3)=59.60mm 計(jì)算模數(shù)。 m=d1/Z1=59.6020=2.98mm （四）按彎曲強(qiáng)度校核輪齒。齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式m2KT1/dZ1（YFaYsa/f）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值： 由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE1=500MPa ,大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE

12、2=380MPa 。 ,由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.84，KFN2=0.845。 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力： F1取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式10-12得 F1=KFN1FE1/S=0.845001.4=300MPa F2=KFN2FE2/S=0.8453801.4=229.36MPa 計(jì)算載荷系數(shù) K=KAKVKFKF=11.11.42=1.562由表10-5查得齒形系數(shù)YFa1=2.80,YFa2=2.206。由表10-5查得應(yīng)力校正系數(shù)Ysa1=1.55,Ysa2=1.777。計(jì)算大小齒輪的YFaYsa/ F并加以比較： YFa1Ysa1 / F1 =2.801.55

13、300 =0.01447 YFa2Ysa2 / F2 =2.2061.777229.36 =0.01709設(shè)計(jì)計(jì)算m21.56270431.250.0170920 =2.11mm 可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.11 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=2.5mm按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=59.60mm,計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。 算出小齒輪齒數(shù)Z1=d1/m=59.602.524 取 Z1=24 大齒輪齒數(shù)Z2=4.35Z1=4.3524=105 取 Z2=105 幾何尺寸計(jì)算： 1.計(jì)算分度圓直徑 d1=Z1m=242.5=60mm d2=Z2m=1052.5=262.5mm 2.計(jì)算中心距 a=（d1+d2

14、）/2=（262.5+60）2=161.25mm 。3. 按圓取整后的中心距修正螺旋角=arccos（Z1+Z2)m/2a=arccos0.969=1418由于角度相差不大，故參數(shù)不必修正計(jì)算齒輪寬度 b=dd1=160=60mm 圓整后取B2=60mm，B1=65mm 齒輪幾何尺寸的確定 ;齒頂圓直徑 由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ha =1 c= 0.25 齒距 P = 23.14=6.28(mm)齒根高 齒頂高 齒根圓直徑 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ： 小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，大齒輪采用鍛造毛坯的腹板式結(jié)構(gòu)大齒輪的關(guān)尺寸計(jì)算如下： 軸孔直徑 d1 =60 輪轂直徑 D=1.6=1.660=96輪轂長(zhǎng)度 輪緣

15、厚度 0 = (34)m =7.510(mm) 取 =10輪緣內(nèi)徑 =-2h-2=267.5-25.425-210236.65mm 取=237mm 腹板厚度 c=0.3=0.360=18 取c=20(mm)腹板中心孔直徑 =0.5(+)=0.5(237+96)=166.5(mm)腹板孔直徑 =0.25（-）=0.25（237-96）=35.25(mm) 取40mm 齒輪倒角n=0.5m=0.52.5=1.25 取2 齒輪工作如圖2所示： 第五章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 軸的材料和熱處理的選擇由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)中的圖表查得低速軸的材料選40號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，HB217255=650MPa =360MP

16、a =280MPa5.2 軸幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 初始數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)速：N0=960r/min N1=320r/min N2=73.56r/min N3=73.56r/min 功率：P0=2.51kw P1=2.36kw P2=2.43kw P3=2.46kw轉(zhuǎn)速:T0=24969.27N.mm T1=70431.25N.mm T2=315477.16N.mm T3=319371.94N.mm 5.3 按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)軸的最小直徑 主動(dòng)軸=c=110=21.41 mm 從動(dòng)軸=c=112=35.94 mm考慮鍵槽=21.411.05= 22.48mm 考慮鍵槽=35.941.05= 37.74mm

17、 選取標(biāo)準(zhǔn)直徑=24選取標(biāo)準(zhǔn)直徑=40 高速軸的工作簡(jiǎn)圖如下：首先確定各段直徑： A段：d124mm，由最小直徑算出 。 B段：d235mm，根據(jù)氈圈油封標(biāo)準(zhǔn)，選擇軸徑長(zhǎng)度35mm 。 C段：d340mm，與軸承（深溝球軸承6008）配合，取軸承內(nèi)徑 。 D段：d444mm，設(shè)計(jì)非定位軸肩取軸肩高度h2mm，高速軸內(nèi)徑為44mm。 E段：d556mm,設(shè)計(jì)定位軸肩高度為h6mm 。 F段：d640mm，與軸承（深溝球軸承6008）配合，取軸承內(nèi)徑 。 確定各段軸的長(zhǎng)度： A段：L11.82443.2mm，圓整取45mm 。 B段：L258mm，考慮軸承蓋與其螺栓長(zhǎng)度后圓整取58mm ， C段：

18、L365.5mm，與軸承（深溝球軸承6008）（倆個(gè)）配合，加上甩油環(huán)長(zhǎng)度以及內(nèi)箱壁至軸承端面距離 。D段：L458mm，由高速軸齒輪齒寬B160mm及其間隙距離4mm確定 。E段：L59.5mm，由齒輪端面距箱體內(nèi)壁的距離以及甩油環(huán)超出內(nèi)壁的距離確定 。F段：L645mm，由甩油環(huán)的寬度和深溝球軸承的長(zhǎng)度確定 。軸的總長(zhǎng)度L281mm 。（二）低速軸的工作簡(jiǎn)圖如下：聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca1.3315477.16nmm4310120.31Nmm，按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)選用HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器，其工程師轉(zhuǎn)矩為1.2510Nmm，選擇聯(lián)軸器的軸孔直徑d48mm，軸孔長(zhǎng)度Y

19、型112mm。確定各段軸的直徑 ：A段：d140mm，與彈性柱銷聯(lián)軸器配合 。B段：d255mm，設(shè)定定位軸肩高度h3.5mm，根據(jù)油封標(biāo)準(zhǔn)，選擇軸徑為55mm 。C段：d360mm，與軸承（深溝球軸承6012）配合，取軸承內(nèi)徑 。D段：d466mm，設(shè)定定位軸肩高度3mm，低速軸內(nèi)徑為66mm。E段：d578mm，設(shè)定定位軸肩高度6mm 。F段：d660mm，與軸承（深溝球軸承6012）配合，取軸承內(nèi)徑 。 確定各段軸的長(zhǎng)度：A段：L1112mm，根據(jù)彈性柱銷聯(lián)軸器HL4的軸孔長(zhǎng)度Y型112mm.B段：L258mm，考慮軸承端蓋螺栓與聯(lián)軸器不發(fā)生干涉 。C段：L346mm，與軸承（深溝球軸承

20、6012）配合，考慮甩油環(huán)長(zhǎng)度，以及內(nèi)箱壁至軸承座端面距離。D段：L458mm，根據(jù)齒輪軸上齒輪的寬度B260mm以及間隙距離4mm 。E段：L512mm，由齒輪端面距箱體內(nèi)壁的距離以及甩油環(huán)超出內(nèi)壁的距離確定 。F段：L630mm，考慮軸承長(zhǎng)度18mm與甩油環(huán)的高度 。5.4 軸的校核計(jì)算 ： 高速軸的受力如下圖 齒輪上的分力Ft12T1d1270431.25602347.71NF1Ft1tan202347.710.364854.56NV帶上的壓軸力Fp915N經(jīng)分析該結(jié)構(gòu)為超靜定問(wèn)題，為了便于分析，先取內(nèi)側(cè)的軸承對(duì)分析，如果其符合要求，則再加上外側(cè)的軸承對(duì)，軸一定滿足要求 。 L1105.

21、5mm ， L267.5mm， L367.5mm由材料力學(xué)知識(shí)得在水平面上 由FH0得 ，F(xiàn)NH1FNH2FPF1對(duì)C點(diǎn)求矩 FP（L1L2）FNH1L2FNH2L30彎矩 MH1FPL1 ，MH2FNH2L3 在垂直方向上（V面) 由Fv0得 ，F(xiàn)Nv1FNv2F1 對(duì)C點(diǎn)求矩 FNV1L2FNV2L30 彎矩 Mv1Mv2FNV1L3在垂直方向上（V面) 由Fv0得 ，F(xiàn)Nv1FNv2F1 對(duì)C點(diǎn)求矩 FNV1L2FNV2L30 彎矩 Mv1Mv2FNV1L3解得： 水平支反力 FNH12846.7N ， FNH2269.9N MH1128288Nmm , MH218218Nmm 垂直支反

22、力 ：FNV1 FNv 1869.38NMv1 Mv2 126183Nmm 合成彎矩： MB179944Nmm， MC127491Nmm所以B截面為危險(xiǎn)截面按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，取0.6caMBT1)W 179944(0.670431.25)0.14028.88MPa高速軸的材料為40Cr，由表15-1差得-170MPa由ca-1 可知，該軸符合強(qiáng)度條件 。低速軸的受力如下圖 齒輪上的分力 Ft22T2d22315477.16262.5N2403.63N F2Ft2tan202403.630.364N874.92N L169mm ， L269mm， 由材料力學(xué)知識(shí)得在水平面上 由FH0得

23、 ，F(xiàn)NH3FNH4F2對(duì)C點(diǎn)求矩 FNH3L1FNH4L20彎矩 MH3MH4FNH3L1 在垂直方向上（V面) 由Fv0得 ，F(xiàn)Nv3FNv4Ft2 對(duì)C點(diǎn)求矩 FNV1L1FNV2L20 彎矩 Mv1Mv2FNV3L1解得： 水平支反力 FNH13556N ， FNH4556N MH338364Nmm , MH438364Nmm 垂直支反力 ：FNV3 FNv4 1527NMv3 Mv4 105363Nmm 合成彎矩：MC164388Nmm 所以C截面為危險(xiǎn)截面按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，取0.6caMcT2)W 164388(0.6315477.16)0.1668.72MPa低速軸的材

24、料為45鋼，由表15-1查得-160MPa由ca-1 可知，該軸符合強(qiáng)度條件 。低速軸的受力如下圖 六、 軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇。6.1 軸承的選擇及校核。1. 高速軸承兩對(duì)，選擇型號(hào)為6008深溝球軸承。經(jīng)分析，易得靠近V帶輪的兩個(gè)軸承最先失效，為了便于計(jì)算，把FNV1，F(xiàn)NH1均等作用在靠近V帶的兩個(gè)軸承上。計(jì)算靠近V帶的兩個(gè)軸承上的近似徑向載荷：FrFNH12FNV121694.45N計(jì)算軸承當(dāng)量載荷，取載荷系數(shù)fF1.2，軸向載荷理論上為0，故FaFre，查表13-5得x1,y0則 pfFxFryFa2033.34N查參考書可知6008深溝球軸承的基本額定負(fù)載CT17KN動(dòng)載荷， Cr

25、11.8KN靜載荷 所以CCT1.710N校核軸承壽命 ： Lk10CP60 N1 h 10170002033.3460 320 h 30438 h10.6年按一年360個(gè)工作日，每天單班制8小時(shí)天，壽命10年，故所選軸承適用 。2.低速軸軸承，選擇型號(hào)為6012深溝球軸承 。計(jì)算軸承的徑向載荷： Fr3FNH32FNV32812.54N Fr4FNH42FNV42812.54N計(jì)算軸承3、4的當(dāng)量載荷，取載荷系數(shù)fF1.2，軸向載荷理論上為0，故FaFre，查表13-5得x31,y30 ；x41,y40 則 p3fFX3Fr3Y3Fa3975.05N P4fFX4Fr4Y4Fa4975.05

26、N所以取Pp3P4975.05N校核軸承壽命 ： Lk10CP60 N2 h 1031500975.0560 320 h 175610h30年按一年360個(gè)工作日，每天單班制8小時(shí)天，壽命10年，故所選軸承適用 。6.2 鍵鏈接的選擇及校核計(jì)算。1. 高速軸上與帶輪相連處鍵的校核 ： 鍵bhl8740圓頭普通平鍵A型 單鍵，鍵聯(lián)接的組成零件均為鋼，由表6-2查得許用擠壓力p100120MPa，取平均值p110MPa。鍵的工作長(zhǎng)度lLb40832mm，鍵與輪鍵槽的接觸高度K0.5h3.5mm，由式6-1可得 p2T1lkd21345953.5322885.84MPa110MPa 滿足設(shè)計(jì)要求2. 高速軸上與小齒輪相連處鍵的校核 ： 鍵bhl14965圓頭普通平鍵A型 單鍵，鍵聯(lián)接的組成零件均為鋼，p110MPa 。p2T1lkd21345954.5514426.66MPa110MPa 滿足設(shè)計(jì)要求3. 低速軸上與聯(lián)軸器相連處鍵的校核 ： 鍵bhl149100圓頭普通平鍵A型 單鍵，鍵聯(lián)接的組成零件均為鋼，p110MPa 。p2T2lkd25176214.5864855.73MPa11