机械设计基础课程设计--单级圆柱齿轮减速器(中南大学)

1机械设计基础课程设计学生姓名：中南大学学号：年级：2012级专业：材料科学与工程专业院（系）：材料科学与工程学院指导教师：时间：2015.1.15----2015.1.23目录2设计任务书……………………………………………………………………1一．前言1.1设计目的……………………………………………………………21.2传动方案的分析与拟定……………………………………………2二．减速器结构选择及相关性能参数计算2.1电动机类型及结构的选择…………………………………………32.2电动机选择…………………………………………………………32.3确定电动机转速……………………………………………………32.4确定传动装置的总传动比和分配级传动比………………………42.5动力运动参数计算…………………………………………………4三．传动零件的设计计算3.1减速器外部零件的设计计算--普通V形带传动…………………6四．齿轮的设计计算4.1直齿圆柱齿轮………………………………………………………84.2齿轮几何尺寸的设计计算4.2.1按照接触疲劳强度计算………………………………………84.2.2按齿根弯曲接触强度校核计算………………………………94.2.3齿轮几何尺寸的确定…………………………………………104.3齿轮的结构设计……………………………………………………10五．轴的设计计算5.1输入轴的设计………………………………………………………115.2输出轴的设计………………………………………………………16六．减速器箱体基本尺寸设计6.1箱体壁厚、凸缘、螺钉及螺栓……………………………………196.2螺钉螺栓到箱体外避距离、箱体内部尺寸…………………………1936.3视孔盖、其中吊耳和吊钩……………………………………………206.4细节事项………………………………………………………………20七．轴承、键和联轴器的选择7.1轴承的选择……………………………………………………………227.2键的选择计算及校核………………………………………………·227.3联轴器的选择…………………………………………………………23八．减速器润滑、密封8.1润滑的选择确定………………………………………………………248.2密封的选择确定………………………………………………………24九．减速器绘制与结构分析9.1拆卸减速器……………………………………………………………259.2分析装配方案…………………………………………………………259.3分析各零件作用、结构及类型………………………………………259.4减速器装配草图设计…………………………………………………259.5完成减速器装配草图…………………………………………………269.6减速器装配图绘制过程………………………………………………269.7完成装配图……………………………………………………………279.8零件图设计……………………………………………………………27十一.设计总结………………………………………………………………·28参考文献…………………………………………………………………………294设计任务书设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续单向工作，一班工作制，载荷平稳，室内工作，有粉尘（运输带与滚筒摩擦阻力影响已经在F中考虑）。生产条件：中等规模机械厂，可加工7—8级齿轮与蜗轮。动力来源：电力，三相交流380/220V题目数据：组号5运输带工作拉力F/（KN）4.0运输带速度V/（m/s）1.5卷筒直径D/(mm）350运输带允许速度误差为5%设计任务要求：1.减速器装配图纸一张（１号图纸）一张2.轴、齿轮零件图纸各一张（３号图纸）两张3.设计说明书一分一份5一、前言1.1设计目的（1）培养我们理论联系实际的设计思想，训练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计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，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、绘图数据处理等设计方面的能力。1.2传动方案拟定1、传动系统的作用及传动方案的特点：机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。2、传动方案的分析与拟定1、工作条件：使用年限10年，工作为一班工作制，载荷平稳，室内工作。2、原始数据：滚筒圆周力F=4000N；带速V=1.5m/s；滚筒直径D=350mm；3、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。图1带式输送机传动系统简图6计算及说明结果二、减速器结构选择及相关性能参数计算2.1电动机类型及结构的选择根据任务书要求可知：本次设计的机械属于恒功率负载特性机械，且其负载较小，故采用Y型三相异步电动机（全封闭结构）即可达到所需要求。另外，根据此处工况，采用卧式安装。2.2电动机选择（一）工作机的功率PwwP=FV/1000=4000×1.5/1000=6kw（二）总效率由任务书中的运动简图分析可知：1——V带传动效率；2——齿轮传动的轴承效率；3——齿轮传动的效率；4——联轴器的效率；5——滚筒轴承的效率；6——滚筒效率。查【2】表1-7得：1234560.960.990.970.970.980.96、、、、、。（初选齿轮为八级精度）则有：221234560.960.990.970.970.980.960.83（减速器内部有2对轴承，其机械效率相同，均为2）（三）所需电动机功率dP由Ped≥PdPP=kw23.783.06查《机械零件设计手册》得Ped=7.5kw2.3确定电动机转速卷筒工作转速为：nw=60×1000·V/（π·D）=81.85r/min根据《机械设计课程设计》Ｐ７表2--3推荐的传动比合电动机额定功率Ped=7.5kw7理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比齿i=3~6范围。取Ｖ带传动比c。则总传动比理论范围为：总i=6~24。故电动机转速的可选范为dn=总i×wn=491.11～1964.4r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min，由标准查出三种适用的电动机型号：方案电动机型号额定功率电动机转速(r/min)同步满载1Y160L-87.5kw7507202Y160M-67.5kw10009703Y132M-47.5kw15001440综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动、减速器传动比,可见第2方案比较适合。因此选定电动机型号为Y160M-6，满n=970r/min。2.4确定传动装置的总传动比和分配级传动比1、确定传动装置的总传动比由选定的电动机满载转速满n和工作机主动轴转速In可得传动装置总传动比为：总i=满n/In=970/81.85=11.852、分配各级传动装置传动比：总传动比等于各传动比的乘积总i=带i齿i由工程经验知顶分配传动比除了4~2带i、齿i=3~6满足外，还应满足带i≤齿i取带i=2.5（普通V带i=2～4）因为：总i=带i齿i所以：齿i＝总i／带i＝11.85/2.5＝4.742.5动力运动参数计算（一）转速n选定电动机型号为Y160M-65.2带i齿i=4.7480n=满n=970（r/min）In=0n/带i=满n/带i=970/2.5=388（r/min）IIn=In/齿i=388/4.74=81.85（r/min）（二）各轴功率P)(5.70kwPPedⅠ轴：)(2.70.967.5101kwPPⅡ轴：)(91.60.970.992.73212kwPP（三）各轴转矩T84.73/9550000nPT(N﹒m)Ⅰ轴)(22.177/9550111mNnPTⅡ轴24.806/9550222nPT(N﹒m)将上述数据列表如下：轴号功率P/kWN/(r.min-1)T/(N﹒m)i07.597073.842.517.2388177.2226.9181.85806.244.74In=388（r/min）IIn=81.85（r/min）kwP5.70kwP2.71kwP91.62T0=73.84(N﹒m)T1=177.22(N﹒m)T2=806.24(N﹒m)计算及说明结果9三、传动零件的设计计算3.1减速器外部零件的设计计算----普通V形带传动设计普通V形带传动须确定的内容是：带的型号、长度、根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径中心距、初拉力及作用在轴上之力的大小和方向1、选择带的型号：取1.0AK,则计算功率为PC=KA·P=1×7.5=7.5KW,n0=970r/min由图【1】13-15，选取B型带。2、确定带轮基准直径、验算带速由图【1】13-15，B型带d1=125~140mm,选取d1=125mm带速带速验算：V=n0·d1·π/（1000×60）=3.14×125×970/1000×60=6.35m/s介于5~25m/s范围内，故合适大带轮基准直径d2=n0/n1×d1=2.5×125=312.5mm3、确定带长和中心距a：0.7·（d1+d2）≤a0≤2·（d1+d2）0.7×（125+312.5）≤a0≤2×（125+312.5）306.2mm≤a0≤875mm初定中心距a0=500，则带长为L0=2·a0+π·（d1+d2）+（d2-d1）2/(4·a0)=2×500+π·（112+280）/2+（280-112）2/(4×500)=1629.55mm按标准选带的基准长度Ld=1600mm的实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1600-1629.55)/2=485.23mm4、验算小带轮上的包角α1α1=180-(d2-d1)×57.3/a=160.1601200小轮包角合适5、确定带的根数选B型带d1=125mmd2=312.5mm带中心距a=485.23mm小轮包角合适10由式11cLPzPPKK确定V带根数，查【1】13－3表得1P＝1.72kW，查13－5表得1P＝0.46kW由α1=160.160查【1】13－2和13－7表得LK＝1，K＝0.95则Z=PC/（(P0+△P0)·LKK=7.5/[（1.72+0.46）×1×0.95]=3.62故要取4根B型V带6、确定从动轮上压力FQExp(f‘α2)=2.32F=1134.7NF1=1991.2NF2=859.6NF0=1425.4N故FQ=2808.2N选4根V带FQ=2808.2N计算及说明结果11计算及说明结果四、齿轮的设计计算4.1直齿圆柱齿轮按输入的转速388r/min，传动比4.74计算，传动功率7.2kw,连续单向运转，载荷平稳来计算。（1）选定齿轮材料