单级减速器课程设计

单级减速器课程设计

————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：

?

中北大学

课程设计说明书

2０１２/2013 学年第一学期

学院：机电工程学院

专业:热能与动力工程

学生姓名：学号：

课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器

起迄日期：

课程设计地点：

指导教师: 董亚峰乔峰丽系主任: 暴建岗

下达任务书日期: 20１２年８月20日

目录

一.设计任务

书······························３

二.传动方案的分析和拟定 (6)

三.电动机的选择和计

算······················６

四.传动装置运动和动力参数计算 (7)

五.齿轮传动的设计和计算 (8)

六.轴的设计和计算 (11)

七.联轴器的选择 (1)

７

八.键连接的选择和计算 (17)

九.滚动轴承的选择和计算 (17)

十.润滑和密封方式的选择···················１

７

十一.箱体及附件的结构设计和计算···········１8

十二.参考资料 (19)

一.设计任务书

1.设计目的：

(１) 通过课程设计,培养学生综合运用机械设计基础和其他先修课程的理论知识来分析解决机械设计问题的能力。

（2）学习机械设计的一般方法,掌握机械设计的一般规律。

(3)进行机械设计基本技能的训练:例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范等。

２．设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):

设计一台单级斜齿圆柱齿轮减速器,该减速器用于皮带运输机的传动系统中。

方案简图（题号9）：

原始数据：卷筒转速80 rpm;卷筒所需功率7．5ＫＷ。

技术条件：该传动设备两班制连续工作,单向回转,有轻微振动，卷筒转速允许误差为±5％,使用期限8年。

3.设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

设计分段进行，在没有原则错误时才能进行下一阶段设计,以保证设计质量。

1)设计计算选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数,进行传动件的设计计算,校核轴、轴承、键,选择联轴器等。

２）草图绘制、审查和修改根据上述设计计算，绘制装配图的主、俯视图。

3）绘制装配图除绘制草图内容外,绘制装配图的侧视图，编写技术要求,对零件编号,填写明细表及标题栏等。

4）绘制零件图选择所设计减速器中任一轴和齿轮进行绘制。鼓励采用计算机绘图。

5) 编写设计说明书要求内容全面，条理清楚,书写认真，图示正确，符合规定要求。

4．主要参考文献：

１.杨可桢，程光蕴.机械设计基础.第四版.北京：高等教育出版社，19９9

2.吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.第三版.北京:高等教育出版社,1999

５.设计成果形式及要求：

1）草图１张（A1坐标纸)

2)减速器装配图１张(Ａ0图）

３）零件图2张（A3图,传动零件轴和齿轮各一张，鼓励用计算机绘图) 4）设计说明书一份

6．工作计划及进度：

2012年８月２0日~８月22日设计计算

8月２2日~ 8月２5日草图绘制、审查和修改

８月26日~８月２9日绘制装配图

8月3０日绘制零件图

8月31日编写设计说明书

9月１日答辩

系主任审查意见:

签字：

年月日

一、学生应提交的材料:

1.草图(用坐标纸绘制减速器装配图中的主、俯视图）;

2.减速器装配图（Ａ0图）;

3.零件工作图两张（轴、齿轮各一张,Ａ３图，用CＡD绘制）；

4.设计说明书一份（包括封面、目录、设计任务书、正文、参考资料）。

二、装配图上应标注的尺寸:

1.特性尺寸如传动零件中心距及其偏差；

2.最大外形尺寸如减速器总的长、宽、高；

3.安装尺寸如地脚螺栓孔，轴伸出端配合长度和直径；

4.主要零件的配合尺寸如齿轮和轴、轴承与轴和轴承座孔的配合等。

装配图上应写有技术特性、技术要求。

装配图上零件编号应按顺时针方向排列。

明细表和标题栏见《机械设计课程设计手册》P8,但需注意长度应为180ｍm(不是15０mm）。

图纸幅面、图样比例按《机械设计课程设计手册》P8要求。

图上粗细线型要分明。

三、零件图上应标注出:

1.尺寸公差；

2.表面粗糙度;

3.形位公差;

4.技术要求;

5.传动件的啮合参数表。

标题栏按《机械设计课程设计手册》P8要求，但需注意长度应为１80ｍm（不是15０ｍm)。

图样比例按《机械设计课程设计手册》P8要求。

图上粗细线型要分明。

四、设计说明书的内容:（见P2３9）

1.目录

2.传动方案的分析和拟定

3.电动机的选择

4.传动装置运动及动力参数计算

5.传动零件的设计计算

6.轴的计算

7.滚动轴承的选择和计算

8.键连接的选择和计算

9.联轴器的选择

10.润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择

11.参考资料

设计说明书应加封面。

注意事项：

1.通常选用转速为1000rｐm和1500rpm的电动机；

2.设计传动装置时,应按工作机实际需要的电动机输出功率Pd计算，不能按电动机的

额定功率计算;转速取满载转速。

3.一级减速器传动比范围ｉ=3~6,一级开式传动i=３～7（均指圆柱齿轮）。

4.带传动

开口平带传动i=2~4(i≤６）;

有张紧轮的平带传动ｉ＝３～5(ｉ≤8）；

三角带传动i=2～4（i≤7)。

5.圆锥齿轮传动

一级开式传动i=2~4 (i≤8）;

一级闭式传动i＝2～3 (ｉ≤6)。

二．传动方案的分析和拟定

1.减速器为一级展开式斜齿圆柱齿轮减速器。

2.本机构结构特点:成本较低, 结构较简单,减速器横向尺寸较小，中心距较小,尺寸紧凑,闭式齿轮传动可保证良好的润滑和工作要求,两齿轮浸油深度可大致相同。

三.电动机的选择和计算

原始数据: 卷筒转速 ８0 rpm;卷筒所需功率 ７．5 ＫW 。 1.电动机类型的选择

根据工作条件和工作要求，选用Ｙ系列三相异步笼型电动机,全封闭自扇冷式结构，额定电压3８0V 。

2.电动机功率e P 的选择

工作机所需有效功率 KW P W 5.7=。

由传动示意图可知：电动机所需有效功率KW W P

d P η

=

式中，η为传动装置的总效率 n ηηηηηηη??????= 43210 。 由＜<机械设计课程设计手册＞>表１-５知:

0η:连轴器(2个）， 99.00=η

1η:闭式齿轮,98.01=η 2η:开式齿轮, 92.02=η 3η:滚动轴承(四对),99.03=η

4η:卷筒, 96.04=η

则传动装置的总效率

815.096.099.092.098.099.04244

32120=????=????=ηηηηηη

电动机所需有效功率 KW P P w d 2.9815

.05.7===

η。 所以电动机所需功率e P 为 KW 2.9。

3电动机转速的选择

i =３~5。

由<<机械设计课程设计手册>＞表14－2和设计任务书注意事项知： 开式齿轮: 0i =3~7,闭式齿轮： i 1＝３～６,所以i =9~42

电动机的满载转速min /）3360~720（）42~9（88.251r i n n w m =?

=?=。 查表可选取同步转速为min /1000r 和同步转速为min /1500r 的电动机,考虑电动机重量、尺寸和装置结构紧凑性，选用Y １60L －6的电动机。 由表1２－1、12-3电动机的数据如下:

电动机型号

额定功率

K Ｗ 同步转速 r/min 满载转速 r/ｍ

in 启动转矩

最大转矩

Y160L-6 1１KW １０00r/ｍin ９70ｒ/min ２.０ 2.0 外形尺寸 轴伸尺寸 Ｄ×E 中心高 m ｍ 平键尺寸 F ×

Ｇ 底脚安装尺寸A ×B 地脚螺孔直径K

6０5×4３2.５×3８5

４2×1１0

1６0

12×37

2５4×210

14.５

四．传动装置运动和动力参数计算

１．传动比的计算

由传动示意图可知:只存在减速器的单级传动比，即闭式圆柱齿轮的传动比，其值

04

.4，3取125

.1280970n 21w m =====i i n i

2.传动装置的运动和动力参数计算 (1)各轴的转速计算

由传动示意图可知, 轴Ⅰ，Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ的转速:

min /03.80min /33.323min /33.3233970

min /970min /9702

3

423112010r i n n r n n r i n n r n n r n n m ==

=====

==== （2）各轴的输入功率计算 轴Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，的输入功率:

KW

P P KW P P KW P P KW

P P KW

P P d d 89.799.092.066.866.899.099.084.884.899.098.011.911.999.02.92.9323430233112010=??=??==??=??==??=??==?=?===ηηηηηηη （3）各轴的输入转矩计算 轴Ⅰ,Ⅱ，Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ的输入转矩:

M N n P T M N n P T M N n P T M N n P T M N n P T ?===?==?===?===?===52.94103

.8089

.795509550

79.25533.32366.89550955010.26122.32384

.89550955069.8997011.99550955058.909702

.995509550444333222111000 将上述结果列于下表中,以供查询。

轴号 转速n ｒ/m ｉｎ

功率P KW

转矩T Ｎ·M

传动比 ｉ

Ⅰ 970 9.2 9０.58 １ Ⅱ 9７0 9.１1

89.69 3

Ⅲ

3２3.３3

8.８4

2６1.1０

Ⅳ ３23.33 ８．6６ 2５5．79 4.0４

Ⅴ

80.03

7.89

941.5２

五．齿轮传动的设计和计算

如传动示意图所示:齿轮Ⅰ和Ⅱ的已知数据如下表: 齿轮 功率Ｐ K Ｗ 转速n r/mi ｎ

转矩T N ·Ｍ Ⅰ ９.1１ ９７0 89．６9 Ⅱ

8.84

３２3．33

２6１．10

1.选择齿轮精度: 按照工作要求确定齿轮精度为8级。 2．选择齿轮材料:

考虑到生产要求和工作要求，查图表，可得Ⅰ(小）、Ⅱ（大）齿轮的选材,及相应数据如下: 齿轮 材料 热处理 硬度ＨB Ｓ

弯曲疲劳极限应力

接触疲劳极限应力

Ⅰ

４５

Cr 合金钢 调质

２60

MPa F 2501lim =σ MPa H 7001lim =σ

Ⅱ ４5钢

调质

220

MPa F 2102lim =σ MPa H 5602lim =σ

由于该齿轮传动为闭式软齿面传动,主要失效形式为齿面疲劳点蚀,故应按接触疲劳强度进行设计,并校核其齿根弯曲疲劳强度。 3.许用应力计算：

齿形系数:27.2,72.221==YF YF

安全系数:4.1，1.1==F H S S

齿轮Ⅰ、Ⅱ的循环次数(使用寿命为10年）为:

9

1

29h 1110

13.1/i 104.310365197060j 60N

?==

?=????==N L n N

查图得121==N N KF KF

[][]

[][]MPa S MPa S MPa

KF S MPa KF S H H H H H N F F P N F F P H

1.5091

.1560

4.6361.1700

1504.112106.1784

.11

2502lim 2

1lim 1

22lim 2

11lim 1

===

===

=?===?==

σσσσσσσσ

４.按接触疲劳强度进行设计

①小齿轮的名义转矩 M N T ?=69.891 ②选取各系数并列表：

载荷系数K

齿宽系数 1.２(斜齿轮电动机传动） 0．5(软齿面)

③初定齿轮的参数:

72243,24121=?=?==Z i Z Z ,取722=Z

17

取螺旋角3

==βu

④初算分度圆直径并确定模数和螺旋角β:

()[]mm 9.1103051u a a 1

32

=???

? ??+≥φσKT H

a 取圆整值为

mm a 150=，

法向模数:mm COS Z Z a m n

99.272

24171502cos 221=+??=+=

β, 圆整为标准值mm m n 3=。

调整螺旋角： 26.16150

2)

7224(3arccos 2)(arccos

21=?+?=+=a Z Z m n β

⑤计算齿轮的几何尺寸：

螺旋角：o

26.16=β， 法向模数:mm m n 3=，

法向模数:mm m 12.3cos m n

t ==

β

齿数72,2421==Z Z ， 中心距mm a 150=

分度圆直径：mm Z

m d mm Z m d n n 0.225cos ,0.75cos 2211====

β

β,

齿顶圆直径：mm m d d mm m d d n a n a 0.2312,0.8122211=+==+=，

齿根圆直径:mm m d d mm m d d n f n f 5.2175.2,5.675.22211=-==-=，

齿宽：

mm

b mm b b mm b a b 80取,90~80)10~5(75，取751505.01212a 2==+===?==φ,

５.校核齿根弯曲疲劳强度

当量齿数:

38.8126

.16cos 72

cos 13.2726

.16cos 24

cos 332

2331

1==

=

===

β

β

Z Z Z Z v v ,

[][]MPa

Y d m b KT MPa

Y d m b KT P F F P F F 0.15016.230

.7537527

.2100069.892.16.16.16.17802.260.7538072

.2100069.892.16.16.1221

n 22

2111

n 11

1=<=??????=

=

=<=??????==σσσσ

即齿根弯曲疲劳强度足够。 6.计算齿轮的圆周速度:

s m n d v /81.360000

970

751000

602

1=??=

???=

ππ

7．齿轮的受力分析

圆周力：N d T F F t t 7.239175

69

.89200021

1

21=?=

=

=

径向力:N F F F n t r r 8.90626

.16cos 20tan 7.2391cos tan 1

21=?===

βα 轴向力:N F F F t a a 6.69726.16tan 7.2391tan 121=?===

β

六.轴的设计和计算

1．

采用腹板式结构

，mm 2500.231齿轮，采用齿轮轴结构，大200mm 0.75d 小齿轮2a 1a ≤=≤=mm d mm 2.选择轴的材料:

该轴无特殊要求,小齿轮轴选用齿轮材料4０C ｒ合金钢，大齿轮轴和其余轴选用调质处理的45钢。查表知==21，650B B MPa σσ75０MPa 。 3.初算轴径：

轴Ⅰ的轴径即为电动机外伸轴直径mm d 420=,1001=C

轴Ⅱ(与齿轮Ⅰ配合）: 查表取1102=C , 并且安装联轴器处有一个键槽，故轴径mm n P C d 9.21970

11

.910004.104.13

3

1

1

11min =?

?=?= 轴Ⅲ（与齿轮Ⅱ配合）: 查表取1102=C ，并且安装联轴器和齿轮处各有一个键槽，故轴径

mm n

P C d 5.3533

.32384

.811007.107.13

32

2

22min =?

?=?=

轴Ⅳ:查表取1102=C ，并且安装联轴器处有一个键槽,故轴径

mm n

P C d 2.3433

.32366

.811004.104.13

33

3

23min =?

?=?=

轴Ⅴ:查表取1102=C ，并且安装联轴器处有一个键槽,故轴径

mm n

P C d 8.5203

.8089

.711004.104.13

34

4

24min =?

?=?=

4.联轴器的选择：

由电动机外伸轴径mm d 420=及传动要求，公称转矩21T T T n >≥，查表选取TL ６弹性套柱销联轴器

20024323/82

35112

42-??T GB J J ,故取轴Ⅱ与联轴器连接的轴径为

mm d 351=。

因为轴Ⅲ与轴Ⅳ的最小轴径并考虑传动要求，公称转矩43T T T n >≥,查表选取ＹL7联轴器

20024323/112

40112

40-??GBT J J ，故轴Ⅲ、轴Ⅳ与联轴器连接的的轴径均为

mm d d 4032==。

5.轴的设计计算

1）.轴径和轴长的设计

2)高速轴的校核

(1）受力分析：

高速轴上齿轮的受力情况如示意图 水平面的受力和弯矩图

A

C F ｔ2 B

Ｄ

F RA F R Ｂ

76.53

垂直面的受力和弯矩图

F a1 F t １ F R Ａ

’

F

RB

’

42.10

15．９4 合成弯矩图

87.35

7８.17 转矩图

69.891 T

当量弯矩图

1０２．6

53.8

(２）轴承的支反力：

水平面上的支反力：N F F F t RB RA 85.11952

7

.23912

1

==

=

= 垂直面上的支反力：

N

L L F d F F N

L L F d F F R a RB R a RA 02.249/]2

)2/[(78.657/]2

)2/[(212'212'

=?+==?+-=

（３）画弯矩图:

水平面的弯矩：m N L

F M RA

C ?==53.762

垂直面上的弯矩：

m

N L

F M m

N L

F M

RA

C RA

C ?==?==10.422

(94.152

'2;'1

'

合成弯矩:

m

N M M M m N M

M M C C C C C C ?=+=

?=+=35.8717.782

'2

222

'12

1

(4)画转矩图m N T ?=69.891 (５)画当量弯矩图:

因单向回转,视转矩为脉动循环,已知,750MPa B =σ查表得

MPa MPa b b 116][,70][01==-σσ,则6.0]0/[][1==-b b σσσ

当量弯矩m N T M M C e ?=+=

6.102)(2121σ