机械设计基础课程设计一级圆柱齿轮减速器课程设计.doc

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1、 课程设计（机械设计基础）说明书设计项目： 一级圆柱齿轮减速器课程设计班级： ZJ1002 组号： 01姓名：李硕 开始日期：2011.11.20完成日期：2011.11.30目 录 1. 任务书 2. 电动机的选择3. 传动装置总传动比计算并分配传动比4. 传动装置的运动参数和动力参数计算5. 齿轮传动设计及计算6. 输入轴的设计结构计算7. 输出轴的设计结构计算8. 滚动轴承的选择计算9. 键的选择10. 联轴器的选择11. 箱体的结构设计计算12. 润滑方式的选择13. 润滑方式的选择14. 密封选择15. 参考资料16. 设计小结17. 零件图1. 任务书 一、 课程设计的性质和目的

2、机械设计课程是把学过的各学科的理论较全面地中和运用到实际工程中去，力求从课程内容上、从分析问题和解决问题的方法上，从设计思想上培养工程实际能力，课程设计有以下几方面的要求：1、 培养综合运动机械设计课程和其他先修课程的基础理论和基础知识，以及结合生产实践分析和解决工程实际问题的能力使所学的知识得以融会贯通，调协应用。 2、 通过课程设计，学习和掌握一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计的思想，培养独立的、全面的、科学的工程设计能力。3、 在课程设计的实践中学会查找、翻阅、使用标准、规范，手册，图册和相关的技术资料等。熟悉掌握机械设计的基本技能。二、 课程设计的内容1. 设计题目：带式输送

3、机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器2. 运动简图3. 工作条件传动不逆转，载荷平稳，启动载荷的名义载荷的1.25倍，使用期限10年，两班制工作，传送带速度容许误差为5%，输送带效率一般为0.940.96。4. 原始数据已知条件 题号 01输送带拉力 F（KN） 3.2滚筒直径 D(mm) 450输送带速度 v(m/s) 1.7三、 完成工作量（1） 设计说明书1份（2） 减速器装配图1张（3） 减速器零件图3张四、 机械设计的一般过程设计过程：设计任务总体设计结构设计零件设计加工生产安装调试五、 课程设计的步骤 在课程设计时，不可能完全履行机械设计的全过程，只能进行其中一些重要设计环节，如下：1

4、. 设计准备认真阅读研究设计任务书，了解设计要求和工作条件。通过查阅有关资和图纸，参观模型和实物，观看电视教学片、挂图，上网查阅有关资料，有条件的可以进行减速器拆装实验等，加深对设计任务的了解。2. 传动装置的总体设计首先根据设计要求，同时参考比较其他设计方案，最终选择确定传动装置总体布置方案；选择电动机的类型和型号；确定总传动比和各级分传动比；计算传动装置的运动和动力参数3. 传动零件的设计技算设计计算各级传动零件的参数和主要尺寸，包括减速器外部的传动零件（带传动，开齿轮传动等）和减速器内部的部件零件（齿轮传动，蜗杆传动），以及选择联轴器的类型和型号等。4. 结构设计（装配图设计）首先进行装

5、配草图设计；设计轴；在轴的结构设计完成之后选择轴进行轴承寿命计算；同时进行轴承的组合设计；再进行箱体及其附件的设计；完成转配图的其他要求。在完成装配图的其他要求。在完成装配草图的基础之上。最终完成白图即正式的装配图结构设计。5. 完成两张典型零件工作图设计6. 编写和整理设计说明书7. 设计总结和答辩六、 课程设计中应注意的问题 课程设计是学生第一次较全面的设计活动，在设计是应注意以下的一些问题：(一) 全新设计与继承的问题机械设计是一项复杂、细致的创造劳动。在设计中既不能盲目抄袭，又不能闭门“创新”。在科学技术飞速发胀的今天，设计过程中必须继承前人成功的经验，改进其缺点。应从具体的设计任务出

6、发充分运用已有的知识和资料，进行更科学、更先进的设计。(二) 正确使用有关标准和规范为提高所设计机械的质量和降低成本，一个好的设计必须较多采用各种标准和规范，设计中采用标准的程度也往往是评价设计质量的一项重要指标，它能提高设计质量，因为标准是经过专门部门研究而制定的，并且经过了大量生产实践的考验，是比较切实际的。采用标准还可以保证零件的互换性，减轻设计工作量，缩短设计周期，降低生产成本。因此在设计中应尽量采用标准件，而尽量减少自制件(三) 正确处理强度、刚度、结构和工艺间的关系在设计中任何零件的尺寸都不可能全部由理论 计算来确定，而每个零件的尺寸都应该由强度、结构、加工工艺、装配是否方便、成本

7、高低等各方面来综合决定，还必须考虑零件结构的合理性、工艺上的可能性和经济上的可行性。可见零件的强度、刚度、结构和工艺上的关系是相互依存、互为制约的关系，而不是相互独立利关系。 (四) 计算与图画的要求进行装配图设计时，并不仅仅是单纯的图画，常常是图画与设计计算交叉进行的。有些零件可以先由计算确定零件的基本尺寸，然后再经过草图设计，决定其具体结构尺寸，而有些零件需要先画图，取得计算所需的条件之后，再进行必要的计算。如计算中发现有问题，必须修改相应的结构。因此结构设计的过程是边计算，边画图，边修改，边完善的过程。2. 电动机的选择电动机已经系统化，系统化一般由专门工厂按标准系列成批大生产，设计时只

8、需根据工作载荷，工作机的特性和工作环境，选择电动机的类型，结构形式和转速，计算电动机功率，最后确定电动机型号。一电动机类型和结构的形式选择电动机类型和结构形式可以根据电源（直流和交流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸等）及载荷特点（性质、大小、启动性能和过载现象）来选择。一般情况下应选用交流电动机。Y系列电动机威80年代的更新换代产品，具有高效、节能、振动小、噪声小和运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合IEC国际标准，适合于无特殊要求的各种机械设备。对于工作要求频繁启动、转动惯量小得YZ和YZR系列起重要三相异步交流电电动机。同一系列的电动机有不同的防护及安装形式，可根据具体要求选用。二

9、确定电动机的容量电动机功率是根据工作机容量的需要来确定的，电动机的额定功率应等于或大于电动机所需功率Pw。1、工作机所需功率Pw根据公式计算：一直工作机阻力Fw和速度Vw则工作机所需功率Pw为： 式中：Fw工作阻力,，N Vw工作机线速度，m/s将数据Fw=3.2（F/KN)带入公式 2、输出功率Pd计算总效率n时应该注意的问题：（1）轴承的效率指一队轴承而言。(2)一般情况下推荐的效率值是在一个范围之内，可根据传动副、轴承和联轴器等的工作条件，精度等选取具体值。(3)蜗杆传动效率与蜗杆的材料、参数等因数有关，设计时可以先初步估计蜗杆头数，初选其效率值，待蜗杆传动参数确定后再镜前灯计算效率，并

10、校核传动功率。已知：Pw=5.44kw由机械设计课程设计P10表23查得：n链=0.96 n轴=0.99 n齿=0.97 n联轴器=0.99 n卷筒=0.96有任务要求知：查表带入得：=0.833由公式 电动机容量的选择必须根据工作机容量的需要来确定。如所选电动机容量过大，必然会增加成本，造成浪费；相反容量过小，则不能保证工作机的正常工作，或是电动机长期过载，发热量大而过早损坏。因此所选电动机的额定功率Ped应等于或稍大于电动机所需的实际功率Pd，即PedPd在计算传送装置的总功率应注意以下几点：1)去传动副效率是否已包括去轴效率，如包括则不应计算轴承效率2)轴承的效率通常对一对轴承而言3)同

11、类型的几对传动副、轴承或联轴器要分别考虑效率4)当资料给出的效率为一范围是，一般可以去中间值，如工作条件差，加工条件差，加工精度低或维护不良是应取最低值，反之应取最高值。 3、型号选择综合考虑电动机和传动装置的尺寸，结构和带传动，及减速器的传动比，故查表知电动机的型号：Y132M-4 转速：1440r/min 额定功率：7.5KW以下附电动机选择计算表：电动机类型Y系列一般用三相异步电动机选择电动机功率5.44KW输出功率: 确定电动机转速 选1440r/min型号选择Y132M-4（注：参考选择表均在机械设计基础课程设计指导书P189主编林怡青 谢宋良 王文涛）3.传动装置总传动比计算并分配

12、传动比电动机选定以后，根据电动机满载转速nm及工作机转速nw就可以计算出传动装置的总传动比为：当各级传动机构串联时，传动装置的总传动比等于各级传动比的连乘的积，即：I总=123n式中1，2，n是各级传动机构的传动比 由传动方案可知，传动装置的总传动比等于各级合理的分配各级传动比，在传动装置总体设计中很重要的，它将直接影响到传动装置外轮廓尺寸、质量、润滑条件、成本的高低、传动零件的圆周速度大小及精度等级的高低。要同时满足各方面的要求是不现实的，也非常困难的，应根据具体设计要求，进行分析比较，首先满足主要要求，尽量兼顾其他要求。在合理分配传动比时应注意以下几点：1. 各级传动比应在常用合理范围之内

13、，以符合各种传动形式的工作特点，能在最佳状态下运转，并使结构紧凑，工艺合理。2. 应使传动装置结构尺寸较小，质量较轻。3.应使各传动件尺寸协调，结构匀称合理，避免互相干扰碰撞。传动装置的总传动比=19.95分配各级传动比初选齿轮传动比I1=52=3.99由于减速箱是展开式布置，所以12取=19.95，1= 5， 2= 3.99速度偏差为0.38%5%，所以可行。 （注：各级传动比剑机械设计课程设计P12表24）4.传动装置的运动参数和动力参数计算机械传动装置的运动参数和动力参数，主要指的是各轴的功率、转速和转矩，它为设计计算传动比和轴提供极为需要的依据。计算各轴运动和动力参数时，应将传动装置中

14、各轴从高速轴到低速轴依次编号，定为0轴（电机轴）、1轴、2轴，相邻两轴之间的传动比表示为：01、 12、23，相邻两轴的传动比效率为：01、12、23，各轴的输入功率为P1、P2、P3，各轴的输入转矩为T1、T2、T3，各轴的输入转速n1、n2、n3。电动机轴的输出功率、转速和转距为：1.转动比分配工作机的转速 将电动机至工作机的轴依次编号为0、1、2、3（1） 转速n （2） 功率P （3） 转矩T 具体计算数据如下：0轴1轴（高速轴）2轴（低速轴）3轴（滚动轴）具体数据如下： 轴号功率p/kwn r/minT (T.m)效率 06.53144043.3110.96 16.40144042.

15、2510.99 26.15288196.7240.99 35.8472.18757.503.990.975.齿轮传动设计计算设计单级标准直齿轮减速的齿轮传动。该减速器用电动机驱动，在和平稳，单向运转。按下表步骤计算：计算项目计算内容 计算结果1.选择材料与热处理方式因该齿轮传动比无特殊要求，故可选一般材料，而且为软齿面。小齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为(220250)HBS.大齿轮材料为45钢，正火处理，硬度(180210)HBS2.选择齿轮精度因为是一般减速器，故选择8级精度，要求齿面粗糙度Ra（3.26.3） m初选8级精度计算齿轮比z小齿轮的转矩T1由原动机为电动机，工作机为带式输送

16、机，载荷平稳，齿轮在两轴之间对称布置，查书得确定齿数在Z1Z2对于周期性的变化的载荷，为避免最大载荷总是作用在某一对或几对齿轮上面使磨损过于集中，应互为质数选择齿宽系数因单级齿轮传动为对称分，面齿轮齿面又为软齿面，查P169应力循环次数许用接触应力由机械设计学基础P151表 5-31孙建东主编得由课本P167表13-5，对于一般可靠接触安全系数齿轮分度圆直径由于啮合接触应力一样的，故用小齿轮应力计算d=49mm确定齿轮模数查机械设计书P49表5-2标准齿数表，取标准模数m=2m=2实际齿数比和相对误差符合任务书中5%的误差计算齿轮主要尺寸中心距齿轮宽校核齿轮强度确定两齿轮的弯曲应力由机械设计学

17、基础P156 表5-34查的齿轮弯曲疲劳极限查的 弯曲疲劳系数齿形系数YS 应力修正系数YS计算两齿轮齿根的弯曲应力由机械设计基础第二版陈立德主编P195表10-13计算齿轮齿根弯曲应力弯曲强度足够验算圆周速度V并选去齿轮精度查设计手册知道符合八级精度齿轮几何尺寸计算 齿顶圆直径da da1=d1+2ha=(Z1+2ha*)m=(29+2) 2=62mm da2=d2+2ha=(Z2+2ha*)m=(143+2) 2=290mm齿全高h(c=0.25)ha=(2ha+C)m=(2 1+0.25) 2.=4.5mm齿顶高 齿根高hf=(ha*+C*)m=2.5mm齿根高直径df1=d1-2hf=

18、58-22.5=53mm df2=d2-2hf=286-22.5=281mm 齿厚 da1=62mm da2=290mm h=4.5mm ha=2mm hf=2.5mm df1=53mm df2=281mm齿轮机构设计小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板结构 大齿轮的相关尺寸计算如下： 轴孔直径 ds=55mm 轴毂直径 D1=1.6ds=88mm 轴毂长度 L=b2=70 轴缘厚度 0=(34)m=68mm 轮缘内径 D2=da-2h-20=207mm 腹板厚度 C=0.3b2=0.370=21mm 腹板中心孔直径 D=0.5(D2-D1)=147.5mm 腹板的孔径d0=0.25

19、(D2-D1)=29.7mm 齿轮倒角n=m=1mmds=55mmD1=88mmL=700=68mmD2=207mmC=21mmD=147.5mmd0=29.7mmn=1mm6.输入轴的设计结构计算1.轴的选材及许用应力:2.按钮矩估算最小直径 由已知条件知减速器传递的功率属中小功率对材料无特殊要求，故选用45钢并调质初期由书P223表16-2查得强度极限6B=650（MPa）6S=360（MPa）再由P228表16-4查得许用弯曲应力 6-1b=60(Mpa)（正火还是调制）主动轴 d1 根据课机械设计学基础 孙建东 主编 轴的常用材料的A=(106-118)若考虑到轴的最小直径处要安装联轴

20、器，会有键槽，故将估算直径加大3%5%17.59*1.03=18.12 19.40*1.05=20.37由标准尺寸国标2822-81机械设计课程设计手册 张峰 查取直径d1=24(mm)主动轴结构设计: 根据设计一级减速器，可将齿轮布置在箱体中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装联轴器 根据轴上零件的定位，装拆方便的需要，同时，考虑到强度原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴 a)初步确定安装联轴器处直径d1=24(mm)因半联轴器轴孔长度Y型，轴孔长度L1=52(mm) b)为使轴段2与密封装置相适合并与轴段1轴肩，故d2=30(mm)轴承盖在端面与联轴器距离L=10(mm)轴承盖厚=1

21、0(mm) 参考减速器箱体有关资料箱体内壁到轴承距离为62(mm)故取轴段2的长度L2=35(mm) c)由轴段3与轴段2形成轴肩并与轴承相适应，故取d3=35(mm) L3=43(mm) d)由轴承初选6007的安装尺寸得知： d4=35(mm) 由齿轮端到箱体内壁 10(mm) 得L4=10(mm) e)由段轮轴到箱体内壁的距离为10mm，齿轮轮毂宽度为70mm，为保证齿轮固定可靠，轴段5的长度应短于齿轮轮毂宽度2mm，轴段5为齿轮宽53(mm) f)d6=40(mm) L6=8(mm) g)d7=35(mm) L7=20(mm)由此初步确定轴的各段长度和直径主动轴的强度校核 (1)计算作

22、用力 圆周率Ft=2000T1/d1=(200042.25)/49=1724.489N 径向力Fr=Fttan=1724.489tan=620.82N 由于直齿轮轴向力 Fa=0 (2)作主动轴受力简图 水平弯矩：FHA=FHB=Ft/2=1724.489/2=862.24N MHC=FT(L/4)=40898.88Nmm 铅垂面弯矩：FVA=FVB=Fr/2=310.406N MVC=FVA(L/2-b1/2)=5432.11 Nmm 合成弯矩： 因减速器单向运转，故可以认为转矩为脉动循环变化，修正系数=0.6 当量弯矩 校核危害截面的强度-1b=65Mpa 故轴的强度足够。修改轴的结构 由

23、于所设计轴的强度足够，此轴不必再做修改7.从动轴的设计结构计算 (1)选择轴的材料确定许用应力，由已知减速器传递功率居中小功率，对材料无特殊要求，选45钢并经调质处理，由表14.4查得强度极限B=650Mpa再由表14.2得 许用弯曲应力-1b=60Mpa (2)按扭转强度估算直径，根据课机械设计学基础 孙建东 主编 轴的常用材料的A=(106-118)若考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽，故将估算直径加大3%5%27.30*1.03=28.12 30.39*1.05=31.91由标准尺寸国标2822-81机械设计课程设计手册 张峰 查取直径d1=36(mm) a) 绘制轴系结构草图根

24、据轴的轴向定位要求确定轴径和轴长 b)初步确定轴径轴段1的长 c)考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的标准，故取手册P260表18-10由轴承盖右端面与轮毂左端面距离为，轴承端盖厚度为，参考减速箱体有关数据，箱体内壁至轴承端盖左侧距离为62故 所以 d)由轴段3与轴承相适合初选一对6008深沟球轴承,故 由(b2/2)+a1=(b2/2)+a2 得齿轮端面至箱体内壁的距离为12.5 故轴段3的长度. e)轴段4与齿轮轮毂相适合，使轮毂与套筒紧贴，要略短于轮毂长度 所以 f)轴环取 h=(0.07-0.1)h 取

25、，取整 g)轴段6与轴承相适应 所以 由此初步确定轴的各段长度和直径主动轴的强度校核 (1)计算作用力 圆周率Ft=2000T1/d1=(200042.25)/55=1543.64N 径向力Fr=Fttan=1543.64tan=555.7N 由于直齿轮轴向力 Fa=0 (2)作主动轴受力简图 水平弯矩：FHA=FHB=Ft/2=771.82N MHC=FT(L/4)=38205.09Nmm 铅垂面弯矩：FVA=FVB=Fr/2=310.406N MVC=FVAL/4=13753.8Nmm 合成弯矩： 因减速器单向运转，故可以认为转矩为脉动循环变化，修正系数=0.6 当量弯矩 校核危害截面的强

26、度-1b=65Mpa 故轴的强度足够。8.滚动轴承的选择计算滚动轴承的选择：1）主动轴的轴承考虑轴受力小且主要是径向力，故选用深沟球轴承由手册P236表16-2选取6007深沟球轴承一对GB/T276-1993寿命计划：寿命10年两班制 轴承的预期寿命L预=1030082=48000h两轴承受纯径向载荷 由书表15.12 基本容量定动载荷 由书P253 由球轴承=3 由 故轴承寿命合格2）从动轴的轴承选择6209深沟球轴承一对GB/T276-1993 X=1 Y=0 基本额定动载荷 由书P296表15.14 由球轴承=3 由 故轴承寿命合格9.键的选择（1）主动轴外伸端d=24mm，考虑键在轴

27、中部安装轮毂长L=42mm 故由机机械设计表14-21查得 （a）选择键的型号和确定尺寸 选A型普通键，材料45钢 键宽，键高 键长 长度系列机械设计课程设计手册 张峰 P163 GB/T1096-2003 （b）校核键联接强度 由键，轮毂，轴材料都为45钢,机械设计书P163由表14.6得 =120150Mpa A型键工作长度 由,则强度足够，键845 GB1096-79（2）主动轴中部 考虑键在轴中部安装 轴段长 故机械设计课程设计手册 张峰 P163 1 （a）选键的型号和确定尺寸 选A型普通键，材料45钢 键宽 键高 由长度系列选键长 （b）校核键联结强度 由键，轮毂，轴材料都为45钢

28、，由表14.6得 =100120Mpa A型键工作长度l=L -b=40-10=24mm 由,则强度足够，键1640GB1096-79（3）从动轴外伸端考虑键在轴中部安装 轴段长由机械设计书P77 （a）选键的型号和确定尺寸 选A型普通键，材料45钢 键宽 键高 由书P279长度系列选键长 （b）校核键联结强度 由，则强度足够，键1440 GB1096-79 （4）从动轴中部d=45mm 考虑键在轴中部安装 轴段长48mm 故由机械设计书P77 表14-21 （a）选键的型号和确定尺寸 选A型普通键，材料45钢 键宽b=14 键高h=9 由书P279长度系列选键长L=45 （b）校核键联结强度

29、 由键，轮毂，轴材料都为45钢，由表14.6得 =120-150Mpa A型键工作长度l=L-b=50-10=40mm 由1.2 取齿轮端面与内机壁距离 2=机盖，机座肋厚 取 取主动轴轴承端盖外径 从动轴轴承端盖外径 D2=D+(55.5)d3=90+(55.5) d3=130mm轴承端盖厚 t=(11.2)d3 取轴承旁连接螺栓距离：尽可能靠近，互不干涉为准，一般取S=. 12.润滑方式的选择减速器润滑方式，润滑油牌号以及用量，密封方式的选择 计算线速度 由 应用浸油润滑，飞溅润滑 13.润滑油的选择由书P209表10.18得运动粘度再由书P13表2.1得齿轮间润滑油选GB/T7631.3

30、机械设计手册p10-145机械油GB5903-95最低最高油面距（大齿轮）需用油左右轴承选型润滑脂GB7324-1987用油量为轴承1/31/2为空 14.密封选择a) 箱座与箱盖凸缘接合面的密封b) 选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法b)观察孔和油孔等处接合面的密封在观察孔和螺塞与机体之间 加石棉，像胶纸垫片密封c)轴承孔的密封轴承盖间用毡圈密封由手册P260 表18-10主动轴 毡圈 35 FZ/T920(0-11)毡圈 50 FZ/T920(0-11)15参考资料机械设计课程设计指导林怡青 谢宋良 王文涛 主编机械设计课程设计手册 张峰 主编机械设计基础第二版 陈立德 主编机械设计学基础 下册 孙建东 主编机械设计基础 陈晓南 杨培林 主编机械设计 杨恩霞 主编机械设计课程设计王旭 王积森 主编机械设计手册减速器和变数器机械设计手册编委会机械设计手册零部件设计常用基础标准机械设计手册编委会机械设计课程设计 任嘉卉 李建平 王之栎 马纲 主编工程制图主编 费秋仙机械设计手册，轴及其联接第五版机械设计手册，润滑与密封第五版