机械设计课程设计——一级直齿圆柱齿轮减速器

机械设计课程设计计算说明书设计题目：一级直齿圆柱齿轮减速器学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：10机制本（3）班姓名：王浦舟学号：1001210307指导老师：朱双霞完成日期：2012年12月29日新余学院2目录第一部分绪论……………………………………………………………1第二部分课题题目及主要技术参数说明………………………………12.1课题题目……………………………………………………………12.2主要技术参数说明…………………………………………………12.3传动系统工作条件…………………………………………………12.4传动系统方案的选择………………………………………………1第三部分减速器结构选择及相关性能参数计算………………………23.1减速器结构…………………………………………………………23.2电动机选择…………………………………………………………23.3传动比分配…………………………………………………………23.4动力运动参数计算…………………………………………………3第四部分齿轮的设计计算………………………………………………44.1齿轮材料和热处理的选择…………………………………………44.2齿轮几何尺寸的设计计算…………………………………………44.3齿轮的结构设计……………………………………………………7第五部分轴的设计计算…………………………………………………125.1轴的材料和热处理的选择…………………………………………125.2轴几何尺寸的设计计算……………………………………………125.2.1按照扭转强度初步设计轴的最小直径…………………………125.2.2轴的结构设计……………………………………………………125.2.3轴的强度校核……………………………………………………14第六部分轴承、键和联轴器的选择……………………………………176.1轴承的选择及校核…………………………………………………176.2键的选择计算及校核………………………………………………186.3联轴器的选择………………………………………………………18第七部分减速器润滑、密封及箱体主要结构尺寸的计算……………197.1润滑的选择确定……………………………………………………197.2密封的选择确定……………………………………………………197.3减速器附件的选择确定……………………………………………197.4箱体主要结构尺寸计算……………………………………………20第八部分总结………………………………………………………………21参考文献………………………………………………………………………223计算及说明计算结果第一部分绪论本课程设计主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与互换性》等多门课程知识，参照《机械设计课程设计指导书》并在老师的指导下完成，个人能力有限，还望老师指正。第二部分课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有单级圆柱齿轮减速器。2.2主要技术参数说明输送带的最大有效拉力F=1200N，输送带的工作速度V=1.5m/s，输送机滚筒直径D=240mm。2.3传动系统工作条件带式输送机连续单向运转，载荷较平稳，三班制工作，每班工作四小时，空载启动，工作期限为十年，每年工作300天；检修期间隔为三年。在中小型机械厂小批量生产。2.4传动系统方案的选择图1带式输送机传动系统简图F=1200NV=1.5m/sD=240mm4计算及说明计算结果第三部分传动装置的总体设计3.1减速器选择一级直齿圆柱齿轮减速器；3.2电动机选择按已知的工作要求和条件，选用Y系列三相异步电动机。3.2.1工作机的功率PwPw=FV/1000=1200×1.5÷1000=1.8kw3.2.2总功率η总η总=η带×η齿轮×η联轴器×η滚筒×η3轴承=0.96×0.98×0.99×0.97×0.99²=0.893.2.3所需电动机的功率PdPd=Pw÷η总=1.8÷0.89=2.02kw3.3传动比分配3.3.1工作机转速n=60×1000×V/(πD)=60×1000×1.5÷3.14÷240=119.43r/min3.3.2总传动比1、根据手册，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i’1=2-4。则总传动比理论范围为：i’a=6-24。故电动机转速的可选范围为：N’d=I’a×n卷筒=(16～24)×77.3=463.8～1855.2r/min综合考虑：选取Y100L1-4三向异步电动机n满=1420r/minPw=1.8kwη总=0.89Pd=2.02kwn=119.43r/minn满=1420r/min5计算及说明计算结果2、i总=n电动/n筒=1420/119.43=11.89取i带=3则i齿=i总/i带=11.89/3=3.963.4动力运动参数计算3.4.1各级轴的转速电动机：n0=n满=1420r/min高速级：n1=n0/i带=1420/3=473.33r/min低速级：n2=n1/i齿=473.33/3.96=119.53r/min滚筒：n3=n2=119.53r/min3.4.2各级轴的输入功率电动机：P0=Pd=2.02kW高速级：P1=P0×η带=2.02×0.96=1.94kW低速级：P2=P1×η轴承×η齿轮=1.94×0.99×0.98=1.88kW滚筒：P3=P2=1.88kW3.4.3各级轴的转矩电动机：T0=9550×P0/n0=9550×2.02÷1420=13.59N·m高速级：T1=T0×i带×η带=13.59×3×0.96=39.14N·m低速级：T2=T1×i齿×η齿轮×η轴承=39.14×3.96×0.98×0.99=150.38N·mi总=11.89i带=3i齿=3.96n0=1420.00r/minn1=473.33r/minn2=119.53r/minn3=119.53r/minP0=2.02kWP1=1.94kWP2=1.88kWP3=1.88kW6计算及说明计算结果滚筒：T3=T2×i齿×i带×η联轴器×η轴承=150.38×3.96×3×0.99×0.99=1750.96N·m第四部分齿轮的设计计算4.1齿轮材料和热处理的选择小齿轮的材料为45Cr，调质处理，齿面硬度为280HBS；大齿轮选用45号钢，正火处理，齿面硬度为240HBS。齿轮精度选7级4.2齿轮几何尺寸的设计计算1、初选齿轮齿数初选小齿轮齿数为Z1=24，u=i齿=3.96；大齿轮齿数Z2=Z1·u=24×3.96=95.8，取Z2=96。2、按齿面接触强度计算计算小齿轮分度圆直径d1≥211232.2］［σHEdZuukT（1）确定公式内各数值1）试选载荷系数：Kt=1.32）小齿轮传递的转矩T1=39.14N·mm3）查文献【1】表10-7，选取齿宽系数φd=1。4）查文献【1】表10-6，得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa5）查文献【1】图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPaH6001limσ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPaH5502limσ。6）计算应力循环次数N1=60n1jLh=60×473.33×1×(3×4×300×10)=1.02×10^9N2=N1/i齿=2.6×108T0=13.59N·mT1=39.14N·mT2=150.38N·mT3=1750.96N·m7级精度7计算及说明计算结果7）由教材图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.9,KHN2=0.988）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1；MPaSHH540K1limHN11σ］［σMPaSHH5.522K1limHN22σ］［σ（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径d1t，代入[σH]较小值。d1t≥211232.2］［σHEZuudkT=235.5228.18996.3196.311014.393.1232.2=47.92mm2）计算圆周速度v。v=10006011ndt=1.19m/s3）计算齿宽b。b=φd×d1t=47.92mm4）计算齿宽与齿高之比b/h模数mt=d1t/z1=47.92/24=1.997mm齿高h=2.25mt=2.25×1.997=4.49mmb/h=47.29/4.49=10.675）计算载荷系数根据v=1.19m/s,7级精度，由文献【1】查得动载荷系数Kv=1.08；直齿轮，KHα=KFα=1；由文献【1】表10-2查的使用系数KA=1；由文献【1】表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KHβ=1.309；由b/h=10.67，KHβ=1.309查文献【1】图10-13得KFβ=1.35；故载荷系数K=KAKvKHαKHβ=1×1.08×1×1.309=1.418计算及说明计算结果6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径d=31ttKKd=47.92×33.141.1=49.24mm7）计算模数m=d1/z1=49.24/24=2.05mm3、按齿根弯曲强度计算3212FSaFadYYzKTm（1）确定公式内各数值1）由文献【1】图10-20c查得：小齿轮弯曲疲劳强度极限：σFE1=500MPa；大齿轮弯曲疲劳强度极限：σFE1=380MPa；2）由文献【1】图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.9,KFN2=1.0；3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4SkFEFNF111=0.9×500/1.4=321.43MPaSkFEFNF222=1.0×380/1.4=271.43MPa4）计算载荷系数K=KAKvKFαKFβ=1×1×1.08×1.26=1.365）查取应齿形系数由文献【1】表10-5查得YFa1=2.65；YFa2=2.185；6）查取应力校正系数由文献【1】表10-5查得YSa1=1.58；YSa2=1.785；7）计算大小齿轮的FFaSaYY并比较111FFaSaYY=0.013026222FFaSaYY=0.014369大齿轮的数值大。9计算及说明计算结果（2）设计计算3212FSaFadYYzKTm=323014396.02411014.3936.12=1.38mm4、综合考虑，确定最终结果对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面解除疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取有弯曲强度算得的模数1.38并就近圆整为标准值m=2.00，按接触强度算得的分度圆直径d1=49.42mm，算出小齿轮的齿数：z1=d1/m=49.42/2=24.62≈25大齿轮齿数:z2=z1×i=25×3.96=99.8≈100这样设计的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根接触疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。5、几何尺寸计算（1）计算分度圆直径d1=z1m=25×2=50mmd2=z2m=100×2=200mm（2）计算中心距a=(d1+d2)/2=250/2=125mm（3）计算齿轮宽度b=φdd1=1×50=50mm取B2=50mm，B1=55mm。4.3齿轮的结构设计4.3.1大齿轮结构设计因齿轮顶圆直径大于160mm，而小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。参考文献【1】图10-39推荐使用的结构尺寸设计：da=m（z2+2）=2×（100+2）=204mmD0=da2-12m=204-12×2=180mmD1≈(D0+D3)/2=130mmd1=50mmd2=200mma=125mmB2=50mmB1=55mm10计算及说明计