机械设计一级直齿圆柱齿轮减速器设计

课程设计课程名称：机械设计课程设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：年级：任课教师：2010年7月15日课程设计任务书设计题目带式输送机传动装置的设计学生姓名所在院系机械工程系专业、年级、班设计要求：运输机工作平稳，单向运转，单班工作，使用期限8年，大修期3年。允许输送带速度误差为±５％。运输带拉力F=3kN；输送带速度V=1.0m/s；滚筒直径D=250mm。学生应完成的工作：1．编写设计计算说明书一份。2．减速器部件装配图一张(A1)；3．绘制高速轴零件图一张。参考文献阅读：1.《机械设计》课程设计指导书2.《机械设计》图册3.《机械设计手册》4.《机械设计》工作计划：1.设计准备工作2.总体设计及传动件的设计计算3.装配草图及装配图的绘制4.零件图的绘制5.编写设计说明书任务下达日期：2010年7月5日任务完成日期：2010年7月15日带式输送机传动装置的设计摘要：齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可以达到94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到99%），传递功率范围广（可以从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度范围广（齿轮的圆周速度可以从0.1m/s到200m/s或更高，转速可以从1r/min到20000r/min或更高），结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用。本文设计的就是一种典型的一级圆柱直齿轮减速器的传动装置。其中小齿轮材料为40Cr（调质），硬度约为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度约为240HBS，齿轮精度等级为8级。轴、轴承、键均选用钢质材料。关键词：减速器、齿轮、轴、轴承、键、联轴器目录机械设计课程设计计算说明书1.一、课程设计任务书…………………………………1二、摘要和关键词……………………………………………22.一、传动方案拟定……………………………………………3各部件选择、设计计算、校核二、电动机选择…………………………………………………3三、计算总传动比及分配各级的传动比………………………5四、运动参数及动力参数计算…………………………………6五、传动零件的设计计算………………………………………7六、轴的设计计算………………………………………………10七、滚动轴承的选择及校核计算………………………………14八、键联接的选择………………………………………………15九、箱体设计……………………………………………………15十、润滑与密封…………………………………………………16十一、设计小结…………………………………………………16计算过程及计算说明一、传动方案拟定（1）工作条件：运输机工作平稳，单向运转，单班工作，使用期限8年，大修期3年。允许输送带速度误差为±５％。（2）原始数据：运输带拉力F=3000N；输送带速度V=1.0m/s；滚筒直径D=250mm。二、电动机选择1、电动机类型的选择：Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒=0.94×0.992×0.98×0.99×0.97=0.87(2)电机所需的工作功率：Pd=FV/（1000η总）=3000×1.0/（1000×0.87）=3.45KW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=60×1000V/πD=60×1000×1.0/（π×250）=76.3r/min按手册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Ic=3~7。取V带传动比Iv=2~4，则总传动比理时范围为I总=6~28。故电动机转速的可选范围为nd=I总×n筒nd=（6~28）×76.3=458.4~2139.2r/min符合这一范围的推荐同步转速有1000r/min。、和1500r/min。表2.1查出有三种适用的电动机型号、如下表η总=0.87P工作=3.45KWn滚筒=76.3r/min电动机型号额定功率满载转速电动机轴伸出端电动机轴伸出端电动机外形尺寸/kWr/min直径/mm安装长度/mm长×宽×高/mmY112M-44144028j660400×245×265Y132M1-6496038k680515×280×3154、确定电动机型号根据以上表选用的电动机类型，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，比较两种方案可知：电动机Y132M1-6因电动机转速低，传动装置尺寸较大，价格较高。电动机Y112M-4适中。故选择电动机型号Y112M-4。。其主要性能：额定功率：4KW，满载转速1440r/min，三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比：i总=n电动/n筒=1440/76.3=18.852、分配各级伟动比（1）据指导书P7表1，取齿轮i带=3（V带传动比I’1=2~4合理）（2）∵i总=i齿轮×i带∴i齿轮=i总/i带=18.85/3=6.29四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）n电机=1440r/minnI=n电机/i带=1440/3=480(r/min)nII=nI/i齿轮=417.39/6.29=76.3(r/min)2、计算各轴的功率（KW）PI=Pd×η带=3.45×0.94=3.243KWPII=PI×η轴承×η齿轮×η联轴器=3.243×0.99×0.98×0.99=3.146KW3、计算各轴扭矩（N·mm）Td=9550×Pd/n电机=9550×3.45/1440=22.88N.mTI=9550×PI/nI=9550×3.243/480=64.52N·mTII=9550×PII/nII=9550×3.146/76.3=393.77N.m五、传动零件的设计计算1.确定计算功率PC由课本表8-7得：kA=1.1Pca=KAPd=1.1×3.45=3.795KW2.选择V带的带型根据Pca、n电机由课本图8-10得：选用A型电动机型号Y112M-4i总=18.85据手册得i齿轮=6.29i带=3n电机=1440r/minnI=480r/minnII=76.3r/minPI=3.243KWPII=3.146KWTd=22.88N.mTI=64.52N.mTII=393.77N.m3.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由课本表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1=90mm。2）验算带速v。按课本式（8-13）验算带的速度v=πdd1n电机/（60×1000）=π×90×1440/（60×1000）=6.68m/s在5-30m/s范围内，带速合适。3）计算大齿轮的基准直径。根据课本式（8-15a），计算大带轮的基准直径dd2dd2=i带·dd1(1-ε)=3×90×（1-0.02）=264.6mm由课本表8-8，圆整为dd2=280mm4.确定带长和中心矩1）根据课本式（8-20），初定中心距a0=500mm2）由课本式（8-22）计算带所需的基准长度Ld0≈2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/（4a0）=2×500+3.14×（90+280）/2+（280-90）2/（4×500）≈1598.95mm由课本表8-2选带的基准长度Ld=1600mm按课本式（8-23）实际中心距a。a≈a0+（Ld-Ld0）/2=500+（1600-1598.95）/2=501mm5.验算小带轮上的包角α1α1=1800-（dd2-dd1）×57.30/a=1800-（280-90）×57.30/501=158.30900（适用）6.确定带的根数z1）计算单根V带的额定功率pr。由dd1=90mm和n电机=1440r/min根据课本表8-4a得P0=1.064KW根据n电机=1440r/min，i带=3和A型带，查课本表（8-4b）得△P0=0.17KW根据课本表8-5得Ka=0.925根据课本表8-2得KL=0.99，于是Pr=（P0+△P0）×Ka×KL=（1.064+0.17）×0.945×0.99=1.154kw2)计算V带的根数z。z=PCa/Pr=3.795/1.154=3.29圆整为4根7.计算单根V带的初压力的最小值(F0)min由课本表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以：(F0)min=500（2.5-Ka）PCa/Kazv+qV2=[500×（2.5-0.945）×3.795/（0.945×4×6.68）+0.1×6.682]N=121.32N应使带的实际初拉力F0(F0)min。8.计算压轴力Fp压轴力的最小值为（Fp）min=2z（F0）minsin（α1/2）带速V=6.68m/sdd1=90mmdd2=280mmLd=1600mm取a0=500Z=4(F0)min=121.32N（Fp）min=953.21N=2×4×121.32×sin（158.3°/2）=953.21N综上可知带传动的设计参数如下：选用A型V带传动比i带=3带数Z=4V带额定功率Pr=1.154KW带速：v=6.68m/s基准直径：dd1=90mm，dd2=280mm2、齿轮传动的设计计算1选定齿轮材料及精度等级及齿数1）机器为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。2）材料选择。由表课本表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调制），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS。3）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=24×6.29=150.96，取151。2按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式（10-9a）d1≥2.32(KT1(u+1)ZE2/φdu[σH]2)1/3(1)确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数Kt=1.32）计算小齿轮传递的转矩T1=9.55×105×PI/nI=95.5×105×3.243/480=64520N·mm3)由课本表10-7选取齿款系数φd=14)由课本表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa1/25)由课本图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa；打齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2=550MPa；6）由课本式10-13计算应力循环次数NLN1=60nIjLh=60×480×1×(8×300×8)=5.53×108N2=NL1/i齿=5.53×108/6.29=0.88×1087）由图课本10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.93KHN2=0.988）计算解除疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1.0[σH]1=KHN1σHlim1/S=0.93×600/1.0Mpa=558Mpa[σH]2=KHN2σHlim2/S=0.98×550/1.0Mpa=539Mpa(2)计算i齿=6.29Z1=24Z2=151T1=137041N·mmαHlimZ1=600MpaαHlimZ2=550MpaN1=5.53×108N2=0.88×108KHN1=0.93KHN2=0.98[σH]1=558Mpa[σH]2=539Mpa1）试算小齿轮分度圆直径dd1，代入[σH]较小的值dd1≥2.32(KtT1(u+1)ZE2/φdu[σH]2)1/3=2.32×[1.3×6.452×104×（6.29+1）×189.82/(6.29×5392)]1/3=53.194mm2)计算圆周速度v。v=πdd1nI/（60×1000）=3.14×53.194×480/（60×1000）=1.34m/s因为Ｖ＜６m/s，故取８级精度合适。3）计算齿宽b。b=φdd1t=1×53.194mm=53.194mm4）计算齿宽与齿高之比b/h。模数：mt=d1t/Z1=53.194/24=2.216mm齿高：h=2.25mt=2.25×2.216=4.99mmb/h=