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机械设计基础课程设计报告书

发布时间：2012-03-15 18:20:16 来源：文档文库

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机械设计课程设计说明书

课题名称单级圆柱齿轮减速器

专业机电一体化（自动化设备方向）

姓名方春荣

学号 100101614

指导老师张佳兴

学期 2011学年第二学期

一、绪论…………………3

二、电动机的选择…………………4

三、传动装置总传动比计算及传动比初步分配…………………5

四、初步计算传动装置运动学和动力学参数…………………6

五、齿轮传动设计…………………6

六、轴的设计………………12

七、滚动轴承的选择………………21

八、键的选择与强度校核………………24

九、联轴器的选择………………25

一十、减速器的润滑………………26

一十一、减速器箱体尺寸计算………………27

一、绪论

单级圆柱齿轮减速器，轮齿可做成直齿、斜齿和人字齿。直齿用于速度较低（v≦8m/s）、载荷较轻的传动，斜齿轮用于速度较高的传动，人字齿用于载荷较重的传动中。箱体通常用铸铁做成，单件或小批生产有时采用焊接结构。轴承一般采用滚动轴承，重载或特别高速时采用滑动轴承。

已知条件：

1、运输带工作拉力 F=2400 v=1.2m/s (允许速度误差±5％)

2、滚筒直径 D=300mm

3、滚筒效率 η=0.96 （包括滚筒与轴承的效率损失）

4、工作情况两班制，连续单向运转，载荷较平稳

5、使用折旧期 8年

6、工作环境室内，灰尘较大，环境最高温度35℃

7、动力来源电力，三相交流电，电压380/220V

8、检验间隔期四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修

9、制造条件及生产批量一般机械厂制造，小批量生产

二、电动机的选择

1、确定传动装置所需的功率P P=FV/1000=2.88KW

确定传动装置的效率 word/media/image2.gif

由表11-7查得：

普通V带的传动效率 word/media/image3.gif=0.96

一对滚动轴承的效率 word/media/image4.gif=0.99（球轴承，稀油润滑）

闭式圆柱齿轮的传动效率 word/media/image5.gif=0.97（8级）

弹性联轴器的效率 word/media/image6.gif=0.99

滚筒效率 word/media/image7.gif=0.96

故传动装置的总效率

word/media/image8.gif

2、选择电动机

电动机所需最小名义功率 P0=P/n =3.32 电动机所需额定功率 Pe=1.3P0 =4.3

根据附表12-1选择Y132M2-6电动机，则

word/media/image9.gif=5.5kw, word/media/image10.gif =960 r/min, word/media/image11.gif

所选电动机主要参数列于表10-1

表10-1 电动机主要参数

三、传动装置总传动比计算及传动比初步分配

1、总传动比德计算

滚筒的转速 word/media/image14.gifr/min

总传动比 word/media/image15.gif

2、传动比初步分配

V带的传动比i≦5,单级圆柱直齿轮i≦5，一般情况V带传动比小于齿轮传动比，且总传动比等于V带传动比乘以齿轮传动比。

普通V带传动比 word/media/image16.gif=3.4

齿轮传动比 word/media/image17.gif=4.5

滚筒的实际转速 word/media/image18.gifr/min

传送带线速度 word/media/image19.gif

滚筒的线速度误差

word/media/image20.gif

符合要求

四、初步计算传动装置运动学和动力学参数

1、电动机输出参数

word/media/image9.gif=5.5kw

word/media/image10.gif=960 r/min

word/media/image21.gif

2、高速轴Ⅰ的参数

word/media/image22.gif

word/media/image23.gif

word/media/image24.gif

3、低速轴Ⅱ的参数

word/media/image25.gif

word/media/image26.gif

word/media/image27.gif

4、滚筒轴的参数

word/media/image28.gif

word/media/image29.gif

word/media/image30.gif

各轴的转速、功率和转矩列于表10-2

表10-2 各轴运动学参数和动力学参数

五、齿轮传动设计

1、齿轮的设计

（1）选择齿轮材料及热处理

小齿轮选用45钢，调质处理，硬度为299-286HBS

大齿轮选用45钢，调质处理，硬度为197-255HBS

（2）确定齿轮材料的许用接触应力

① 试验齿轮接触疲劳极限应力

由图18-4 可知 word/media/image32.gifword/media/image33.gif

② 齿轮疲劳强度最小安全系数由表19-5 可得 word/media/image34.gif

⑷ 按齿面接触强度设计齿轮传动

① 作用在轴上的扭矩 word/media/image35.gif

② 载荷系数K 由表18-18 可得 K=1.1

③ 齿宽系数word/media/image36.gif

④ 齿轮材料弹性系数word/media/image37.gif 由表18-19 可知 word/media/image38.gif

⑤ 节点区域系数word/media/image39.gif

因为是斜齿圆柱齿轮传动，所以 word/media/image40.gif

⑥ 初选齿数和齿数比

word/media/image41.gif

word/media/image42.gif

齿数比 word/media/image43.gif

⑦ 选齿轮分度圆柱螺旋角β β=word/media/image44.gif

⑧ 接触疲劳强度重合度系数

查图18-11 得接触疲劳强度重合度系数 word/media/image45.gif

⑨ 接触疲劳强度螺旋角系数

查图18-13 得齿面接触疲劳强度分度圆螺旋角系数 word/media/image46.gif

按齿面接触疲劳强度设计

word/media/image47.gif

word/media/image48.gif

=69.25mm

⑩ 确定传动的主要参数

确定模数word/media/image49.gifword/media/image50.gif

（5）、确定中心距

① word/media/image51.gif

② 其他主要尺寸 word/media/image52.gif

word/media/image53.gif

（6）、校核轮齿齿根弯曲疲劳强度

① 试验齿轮弯曲疲劳极限应力

由图18-7 得 word/media/image54.gif

② 齿根弯曲疲劳强度最小安全系数

由表19-15 可得 word/media/image55.gif

③ 齿根弯曲疲劳强度寿命系数

由图18-8 可得 word/media/image56.gif

④ 弯曲疲劳强度尺寸系数

由图18-9 可得 word/media/image57.gif

⑤ 许用弯曲疲劳应力

word/media/image58.gif

⑥ 齿形系数

查表18-20（用插入法） word/media/image59.gif

⑦ 应力修正系数

查表18-21（用插入法） word/media/image60.gif

⑧ 齿根弯曲疲劳强度重合度系数

查图18-12 可得 word/media/image61.gif

⑨ 齿根弯曲疲劳强度螺旋角系数

查图18-14 可得 word/media/image62.gif

⑩ 校核齿根弯曲疲劳强度

word/media/image63.gifword/media/image64.gif

word/media/image65.gif

（7）、齿轮参数和几何尺寸

表10-3 齿轮参数及几何尺寸

（8）、确定齿轮的精度等级

齿轮圆周速度 word/media/image75.gif

应选8级。

（9）、小齿轮采用齿轮轴，大齿轮采用锻造空板式。

六、轴的设计

1、轴Ⅰ的设计

（1）、已经确定的运动学和动力学参数

word/media/image49.gif

（2）、轴的材料选择并确定许用弯曲应力

由表13-10 选用45钢，调质处理，硬度为217-255HBS，弯曲应力word/media/image76.gif

（3）、按扭矩强度概略计算轴的最小直径

由表5-1 可得 A=107-118

由于轴Ⅰ受到的弯曲较大而受到的扭矩较小，故取A=115。

word/media/image77.gif

由于其截面上开有一个键槽，故将轴径增大5％。

word/media/image78.gif

由于A型普通V带带轮轴孔直径为30mm,故取word/media/image79.gif

（4）、设计轴的结构并绘制轴的结构草图

word/media/image80.gif

1.轴的结构分析

由于齿轮1的尺寸较小,故高速轴设计成齿轮轴.所以.轴承只能从轴的两端分别装入和拆卸，轴伸出端安装大带轮，选用

普通平键，A型，bxh=10mm x 8mm,(GB/T1096-2003),槽深 t=5mm,长L=50mm,定位轴肩直径为44mm,轴径需磨削，故应设计砂轮越程槽word/media/image81.gif。

2.预选滚动轴承并确定各轴段的直径。

轴主要是承受径向载荷，所受轴向力较小，因此拟选用深沟球轴承6309，尺寸word/media/image82.gif，与滚动轴承相配合为word/media/image83.gif，定位轴肩直径为word/media/image84.gif

3.与左端轴承端盖相关的轴段尺寸

轴承端盖厚度为word/media/image85.gif，带轮端面与轴承端盖螺钉头的距离word/media/image86.gif，该轴段直径为word/media/image87.gif。

4.确定各轴段的长度

尺寸如下：

word/media/image88.gif5.弯曲-扭转组合强度校核。（图见附页1）

（1），画高速轴的受力图

图10-3a所示为高速轴受力图，图10-3b,c所示分别为水平平面（H平面）和垂直平面（V平面）受力图。

（2），计算作用在轴上的力

齿轮1所受的圆周力 word/media/image89.gif

齿轮1所受的径向力word/media/image90.gif齿轮1所受的轴向力word/media/image91.gif

带传动压轴力（属于径向力）word/media/image92.gif

(3).计算作用于轴上的支座反力

水平平面内：word/media/image93.gif

即：

word/media/image94.gif

word/media/image95.gif

即：

word/media/image96.gif校核word/media/image97.gif

则word/media/image98.gifword/media/image99.gif

无误。

垂直面平面内

word/media/image100.gifword/media/image98.gif 即:

word/media/image101.gifword/media/image98.gif

即

word/media/image102.gif

校核word/media/image98.gifword/media/image103.gif

无误。

（4），绘制水平平面弯矩图（图10-3d）

word/media/image104.gif

（5），绘制垂直平面弯矩图（图10-3e）

word/media/image105.gif

(6),绘制合成弯矩图（图10-3f）

word/media/image106.gif

(7),绘制扭矩图（图10-3g）

word/media/image98.gifword/media/image107.gif

(8),绘制当量弯矩图（图10-3h）

word/media/image108.gif

word/media/image109.gif

(9)确定轴的危险截面并校核轴的强度。（图见图10-3）

截面B：word/media/image110.gif

截面C: word/media/image111.gif

因此，高速轴的弯曲强度足够。其实，截面B是安装轴承的，有

箱体的支承，轴不容易在此弯曲。

2, 低速轴的设计

（1）轴的材料选择并确定许用弯曲应力

由表13-10选用45钢，调质处理，硬度为217～255HBS,许用弯曲应力word/media/image112.gif

（2）按扭转强度概略计算轴的最小直径

查表5-1，A=107～118。由于低速轴受到的弯矩较小而受到的扭矩较大，故取A=107。

word/media/image113.gifword/media/image98.gif

由于最小轴段直径安装联轴器，其截面上开有一个1个键槽，故将轴径增大5%。

word/media/image114.gif

故取标准直径word/media/image115.gif

(3)设计轴的结构并绘制轴的结构草图

word/media/image116.gif

1.轴结构分析

低速轴设计成普通阶梯轴，轴上的齿轮、一个轴承从轴伸出端装入和拆卸，而另一个轴承从轴的另一端装入和拆卸。轴伸出端安装的联轴器初选HL4型弹性柱销联轴器（GB/T5014—1995）,公称转矩为word/media/image117.gif,许用转速word/media/image118.gif，Y型轴孔（圆柱型），孔直径word/media/image119.gif，轴孔长度word/media/image120.gif，总长度L=112mm。联轴器与轴的连接选用普平键，A型，word/media/image121.gif (GB/T 1096—2003),槽深t=5.5mm,长L=70mm；轴段直径为word/media/image122.gif，长为80mm，定位轴肩为word/media/image123.gif。与轴承配合的轴颈直径为word/media/image124.gif，需磨削，故应设计砂轮越程槽word/media/image125.gif齿轮与轴配合的轴头直径为word/media/image126.gif，配合为k6，定位轴肩直径为word/media/image127.gif，宽度b=15mm；齿轮与轴之间用普通平键连接，A型，word/media/image128.gif (GB/T 1096—2003),槽深t=7mm,长L=55mm。轴上两个键槽布置在同一母线方向上。

2.预选滚动轴承并确定各轴段的直径

由于轴主要是承受径向载荷，所受轴向力较小，因此拟选用深沟球轴承6212，尺寸word/media/image129.gif，与滚动轴承相配合的轴颈为word/media/image130.gif，配合为k6,定位轴肩直径为word/media/image131.gif。

3.确定与右轴承端盖相关的轴段尺寸

轴承端盖厚度为40mm,联轴器与轴承端盖螺钉头的距离word/media/image132.gif，该轴段直径为word/media/image122.gif。

4.确定各轴段的长度并绘制低速轴结构草图（图10-6）

图10-6 低速轴结构草图

(5)按弯曲-扭转组合强度校核（图见附页2）

① 画低速轴的受力图

图10-7a所示为低速轴受力图，图10-7b、c所示分别为水平平面和垂直平面受力图。

② 计算作用在轴上的力

齿轮2所受的圆周力 word/media/image133.gif

齿轮2所受的径向力 word/media/image134.gif

齿轮2所受的轴向力 word/media/image135.gif。

③ 计算作用于轴上的支座反力

水平平面内

word/media/image136.gif

word/media/image137.gif

word/media/image138.gif

word/media/image139.gif

word/media/image140.gif

word/media/image141.gif

校核 word/media/image142.gifword/media/image143.gif

word/media/image144.gif

无误

垂直面平面内

word/media/image136.gif

word/media/image145.gif

word/media/image146.gifword/media/image139.gif

word/media/image147.gif

word/media/image148.gif

校核 word/media/image149.gif

word/media/image150.gif

无误

④ 绘制水平平面弯矩图（图10-7d）

（本图为示意图，未按比例绘制；弯矩单位为N·mm）

图10-7 低速轴的受力分析

word/media/image151.gif

word/media/image152.gif

⑤ 绘制垂直平面弯矩图（10-7e）

word/media/image153.gif

word/media/image154.gif

word/media/image155.gif

word/media/image156.gif

⑥ 绘制合成弯矩图（图10-7f）

word/media/image157.gif

word/media/image158.gif

word/media/image159.gif

⑦ 绘制弯矩图（图10-3g）

word/media/image160.gif

⑧ 绘制当量弯矩图（图10-3h）

word/media/image161.gif

word/media/image162.gif

word/media/image163.gif

word/media/image164.gif

word/media/image165.gif

⑨ 确定轴的危险截面并校核轴的强度

由轴的结构图和当量弯矩图可以判断，轴的截面C处当量弯矩最大，是轴的危险截面。

word/media/image166.gif

word/media/image167.gif

七、滚动轴承的选择

1、高速轴滚动轴承

（1）作用在轴承上的载荷

word/media/image168.gif

word/media/image169.gif

word/media/image170.gif

(2) 选择滚动轴承型号

前面已经选择滚动轴承6309，主要承受径向载荷，同时也能承受一定的轴向载荷。由于工作温度不太高，支点跨距较短，轴拟采用两端单向固定式支承结构。

word/media/image171.gif (3) 计算轴承的当量动载荷

轴承A

因为word/media/image172.gif

word/media/image173.gif

轴承B

因为word/media/image174.gif

word/media/image175.gif

word/media/image176.gif

(4)校核滚动轴承的寿命

由于轴承B受的当量动载荷较大，故对轴承B进行校核。

由表10-5和表10-6可分别查得word/media/image177.gif（工作温度低于100℃），轴承工作寿命按2年计算，则word/media/image178.gif

表10-5 动载荷系数word/media/image179.gif

表10-6 温度系数word/media/image180.gif。

word/media/image181.gif

word/media/image182.gif

因此，高速轴轴承的工作寿命足够。

2、低速轴滚动轴承

（1）作用在轴承上的载荷

word/media/image183.gif

word/media/image184.gif

word/media/image185.gif

(2) 选择滚动轴承型号

前面已经选择滚动轴承6212，主要承受径向载荷，同时也能承受一定的轴向载荷。由于工作温度不太高，支点跨距较短，轴拟采用两端单向固定式支承结构。

word/media/image186.gif

(3) 计算轴承的当量动载荷

轴承A

因为word/media/image187.gif

word/media/image188.gif

word/media/image189.gif

轴承B

因为 word/media/image190.gif

word/media/image191.gif

(4)校核滚动轴承的寿命

由于轴承B受的当量动载荷较大，故对轴承B进行校核。

由表10-5和表10-6可分别查得word/media/image177.gif（工作温度低于100℃），轴承工作寿命按2年计算，则word/media/image192.gif

word/media/image181.gif

word/media/image193.gif

因此，高速轴轴承的工作寿命足够。

八、键的选择与强度校核

(1)高速轴与带轮配合处的键连接

高速轴与带轮配合选用A型普通平键，由附表14-29查得word/media/image194.gif

键的工作长度 word/media/image195.gif

带轮材料为铸铁，可求得键连接的挤压应力word/media/image196.gif。

键连接工作面的挤压应力

word/media/image197.gif

(2),低速轴与齿轮2配合处的键连接

低速轴与齿轮2配合选用A型普通平键，由附表14-29查得word/media/image198.gif

键的工作长度 word/media/image199.gif

齿轮材料为钢，由机械设计手册相关表格可求得键连接的挤压应力word/media/image200.gif。

键连接工作面的挤压应力

word/media/image201.gif

(3), 低速轴与联轴器配合处的键连接

低速轴与联轴器配合选用A型普通平键，由附表14-29查得word/media/image202.gif

键的工作长度 word/media/image203.gif

齿轮材料为钢，由机械设计手册相关表格可求得键连接的挤压应力word/media/image200.gif。

键连接工作面的挤压应力

word/media/image204.gif

九、联轴器的选择

1、计算载荷

根据表15-8查得载荷系数K=1.1

计算转矩 word/media/image205.gif

2、选择联轴器的型号

轴伸出端安装的联轴器根据表15-6初选为HL4型弹性柱销联轴器（GB/T5014-2003）,公称转矩word/media/image206.gif，许用转矩word/media/image207.gif，Y型轴孔（圆柱型），孔直径d=50mm,轴孔长度word/media/image120.gif，总长度L=112mm。