单级圆柱齿轮减速器设计

1课程设计说明书指导老师签名：20年月日课程名称：机械设计课程设计题目名称：单级圆柱齿轮减速器设计年级专业及班级：姓名：学号：指导教师：评定成绩：教师评语：2目录一、设计题目、原始数据-------------------------------------------------------------------------------3二、电动机的选择---------------------------------------------------------------------------------------3三、确定传动装置的总传动比和分配传动比--------------------------5四、计算传动装置的运动和动力参数--------------------------------6五、传动零件的设计计算------------------------------------------71.皮带轮的设计计算--------------------------------------------72.齿轮的设计计算---------------------------------------------10六、轴的设计---------------------------------------------------131.输出轴的设计计算-------------------------------------------132.输入轴的设计计算-------------------------------------------18七、滚动轴承的设计计算-----------------------------------------23八、键的选择及设计计算-----------------------------------------26九、箱体的结构设计---------------------------------------------27十、润滑与密封-------------------------------------------------28设计结果十一、设计总结----------------------------------------------------30十二、参考资料目录-----------------------------------------------------------------------------------------303设计计算一、设计题目、原始数据1、工作条件：a、传动不逆转b、工作连续、平稳c、启动载荷为公称载荷的1.25倍D、每天工作16个小时，寿命6年e、批量生产2、原始数据：输送带拉力F=900N;速度V=2.3m/s；鼓轮直径D=400m/s。3、设计方案:单级圆柱齿轮减速器和一级带传动本设计原动机为电动机。工作机为皮带输送机。传动方案采用了单级传动，为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟订传动方案，可以由已知道条件计算驱动卷筒的转速：n筒=60×1000V/πD=60×1000×2.3/π×400=109.8r/min4二.电动机选择1、电动机类型的选择：卧式封闭型Y系列（ZP44）三相异步电动机2、电动机功率选择：①传动装置的总功率：查表2-4取弹性连轴器、圆柱齿轮、滚动轴承、V带的效率分别为η联轴器=0.99；η齿轮=0.97;η轴承=0.98;η带=0.96;η=0.95;η总=η带×η轴承3η齿轮×η联轴器×η=0.824②电机所需的工作功率：P工作=FV/1000η带=900×2.3/1000×0.824=2.51kw按手册表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I1=3～6。取V带传动比I2=2～4，则总传动比范围为I总=6～24。故电动机转速范围为n电动机=I总×n筒=(6～24)×109.8=658.8-2635.2r/min符合这一范围的同步转速有1000、和1500r/min。根据容量和转速，查有关手册有三种适用的电动机型号：现比较两种如下型号额定功率同步转速满载转速电动机质量总传动比Y132m-63kW1000r/min960r/min63kg7.9Y100L2-43kW1500r/min1430r/min38kg11.685根据传动方案：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，可见第2方案比较适合，则选Y100L2-4③确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y100L2-4。其主要性能：额定功率：3kW，满载转速1430r/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=1430/109.8=13.022、分配各级传动比:1).取V带i带=2.8(单级减速器i=2～4合理）2).∵i总=i齿轮×i带∴i齿轮=i总/i带=13.02/2.8=4.65所得传动比符合一般圆柱齿轮传动和单级圆柱齿轮传动的常用范围四、传动装置的运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速电动机轴为Ⅰ轴,减速器高速轴为Ⅱ轴,低速轴为Ⅲ轴nI=n电动机=1430r/minnII=nI/i带=1430/2.8=510.71r/minnIII=nII/i齿轮=510.71/4.65=109.83r/min62、计算各轴的功率PI=3kwPII=PI×η带=2.51×0.96=2.41kwPIII=PII×η轴承×η齿轮=2.41×0.98×0.97=2.29kw3、计算各轴扭矩T1=9550×Po/nI=9550×2.51/1430=16.76N·mTII=9550×PII/nII=9550×2.41/510.71=45.07N·mTIII=9550×PIII/nIII=9550×2.29/109.83=199.12N·m运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名功率PKW转矩TNm转速r/min输入输出输入输出电动机轴2.5116.761430I轴2.412.361845.0743.72510.71II轴2.292.2443199.12193.15109.83五、传动零件的设计计算㈠.皮带轮传动的设计计算1).确定计算功率Pc由于每天工作时间T=16h，运输装置工作时有轻度冲击，由机械设计基础表13-8查得工作情况系数KA=1.2，故Pc=KA×P=1.2×3kW=3.6kW2).选择V带的带型7根据Pc,n1由机械设计基础图13-5选择A型V带。3).确定带轮的基准直径并验算带υ①由机械设计基础表13-9取小带轮的基准直径d1=95mmdmin=75。d2=i×d1(1-0.02)=260.68mm由机械设计基础表13-9得，取d2=265mmV带的速度V=π×d1×n/60×1000=π×95×1430/60×1000=7.11m/s其中速度在5-25m/s的范围内，带速合格。5).确定V带的中心距a和基准长度Ld①根据式0.7(dd1+dd2)a2(dd1+dd2)算得336a960mm则取ao=540mm②由式（8-22）计算基准长度L≈2a0+0.5π(d1+d2)+0.25(d2-d1)2/a0=2×540+0.5π×(95+265)+0.25×(265-95)2/540=1658.87mm由机械设计基础P212页，取Ld=1600mm确定中心距a=ao+(Ld-L)/2=510mm6).验算小带轮的包角α由包角公式α≈1800-(d2-d1)57.50=1800-(265-95)×57.50=160.90120087).计算带的根数z①由d1=95mm和nI=1430r/min，查机械设计基础图13-3得Po=1.41kW.根据nI=960r/min，i=208和A型V带，查机械设计基础表13-5得ΔPo=0.17kW查表13-7得Kα=0.96，Kl=0.99,②V带根数z=Pc/（Po+ΔPo）KαKl=3.6/（1.41+0.17）×0.96×0.99=2.39（根），取整z=3根9).计算单根V带的初拉力的最小值(Fo)min由机械设计基础表13-1得A型带的单位长度质量q=0.10kg/m,所以(Fo)min=500(2.5-Kα)Pc/zυKα+qυ2=500×(2.5-0.96)×3.6/(0.96×3×7.11)+0.1×7.112=140.4N实际处拉力Fo(Fo)min10).计算压轴力Fp最小值压轴力为(Fp)min=2z(Fo)minSin(0.5α1)=2×3×140.4×Sin(160.9/2)=830.7N㈡.齿轮设计计算1).选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。①由传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。②输送机为一般工作机，速度不高，故选用8级精度（GB10095—88）。9③材料选择：由表10-1选择小齿轮材料为45号钢(调质)，硬度为260HBS,σHlim1=610MPa，σFE1=460MPa。大齿轮材料为45钢(正火处理)，硬度为215HBS，σHlim2=400MPa，σFE2=320MPa两者材料硬度差为45HBS由机械设计基础表11-5，取SH=1.0,SF=1[σH]1=σHlim1/SH=610/1.0MPa=610MPa[σH]2=σHlim2/SH=400×1.05/1.0MPa=420MPa[σF]1=σFE1/SF=460/1.0MPa=460MPa[σF]2=σFE2/SF=320/1.0MPa=320MPa2).按齿面接触强度设计①由机械设计基础表11-3试选载荷系数Kt=1.2.由机械设计基础表11-6取齿宽系数φd=0.9②计算小齿轮传递的转矩。由公式T1=95.5×105P1/n1=95.5×105×2.41/510.71=45066N·m④由表11-4查得材料的弹性影响系数ZE=188MPa1/2。⑥由公式10-13计算应力循环次数(一年按300计算)N1=60n1jLh=60×510.71×(6×300×16)=8.83×108N2=8.83×108/4.65=1.90×108⑨由设计计算公式（10-9a）进行试算，即d≥[2(u+1)ZH2KtT1ZE2/u[σH]2φd]1/3则小齿轮分度圆直径d1t，代入[σH]中较小的值得：d1t≥(2×1.2×45066×5.65×2.52×1882/1.1×4.65×420)1/3=53.9mm10取小齿轮的齿数为Z1=24，则大齿轮的齿数为Z2=i×Z1=4.65×24=111.6取Z2=112故实际传动比i=112/24=4.67⑾计算齿宽b=φd·d1t=0.9×53.09mm=47.781mm由此取b1=55mmb2=50mm⑿计算齿宽与齿高之比b/h。模数mt=d1t/z1=53.09/24mm=2.21mm由机械设计基础表4-1，取m=2.5齿高h=2.25mt=2.25×2.5mm=5.625mm则b/h=58.4/5.625=10.38⒀计数中心距由课表取，d1=z×m=24×2.5=60mm.d2=112×2.5=280mm中心距a=d1+d2/2=60+280/=170mm3).按齿根弯曲强度设计由机械设计基础图11-8和图11-9，取YFa1=2.76YFa2=2.2YSa1=1.58YSa2=1.83σF1=2k×T1×YFa1×YFa2/bz1m2=52.33MPa[σF]σF2=σF1×YFa1.YFa2/YSa1.YSa2=48.31Mpa4).齿轮的速度υ=πd1tn1/60×100011=π×60×510.71/60000=1.6m/s六、轴的设计计算Ⅰ、输入轴的设计计算1》、选择轴的材料确定许用应力选轴的材料为45号钢，调质处理。由机械设计基础表14-1和表14-3可知：σb=650Mpa,σs=360Mpa,其中[σb+1]=210Mpa[σ0]bb=100Mpa,[σ-1]bb=60Mpa按