機械設計課程設計_一級圓柱齒輪減速器的設計
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- 機械設計課程設計_一級圓柱齒輪減速器的設計一、傳動方案擬定…………….……………………………….5
二、電動機的選擇……………………………………….…….5
三、計算總傳動比及分配各級的傳動比……………….…….6
四、運動參數及動力參數計算………………………….…….6
五、傳動零件的設計計算………………………………….….7
六、軸的設計計算………………………………………….....11
七、滾動軸承的選擇及校核計算………………………….…13
八、鍵聯接的選擇及計算………..……………………………14
九、聯軸器的選擇及計算………..……………………………14
十、減速器的潤滑………..……………………………………14
十一、設計總結………..…………………………………………15
學 號 帶拉力 F(N) 帶速度 V(m/s) 滾筒直徑D(mm)
3 3400 1.25 310
計算過程及計算說明
一、傳動方案擬定
第三組：設計單級圓柱齒輪減速器和一級帶傳動
工作條件：使用年限8年，工作為二班工作制，載荷平穩，環境清潔。
原始數據：滾筒圓周力F=3400N；帶速V=1.25m/s；
滾筒直徑D=310mm；
二、電動機選擇
1、電動機類型的選擇： Y系列三相異步電動機
2、電動機功率選擇：
（1）傳動裝置的總功率：
η總=η帶×η2軸承×η齒輪×η聯軸器×η滾筒
=0.95×0.992×0.97×0.99×0.94
=0.840
（2） 運輸機主軸上所需要的功率：
電機所需的工作功率：
3、確定電動機轉速：
計算滾筒工作轉速：
按手冊P7表1推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍I’a=3~6。取V帶傳動比I’1=2~4，則總傳動比理時范圍為I’a=6~24。
根據容量和轉速，由有關手冊查出有三種適用的電動機型號：因此有三種傳支比方案：如指導書P15頁第一表。綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，則選n=1500r/min 。
4、確定電動機型號
根據以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉速，選定電動機型號為Y132S-4。
其主要性能：額定功率：5.5KW，滿載轉速1440r/min，額定轉矩2.2。
三、計算總傳動比及分配各級的傳動比
1、總傳動比：
2、分配各級傳動比
據指導書P7表1，取齒輪i齒輪=5.2（單級減速器i=3~6合理）
所以
四、運動參數及動力參數計算
計算各軸得輸入功率
電動機軸：
軸Ⅰ（減速器高速軸）
軸Ⅱ（減速器低速軸）
計算各軸得轉速
電動機軸
軸Ⅰ
軸Ⅱ
（3）計算各軸得轉矩
電動機軸
軸Ⅰ
軸Ⅱ
參數 輸入功率（kw） 轉速（r/min） 扭矩 (N·m) 傳動比
電動機 5.06 1440 33.56 帶 齒輪
高速軸 4.81 400 114.84 3.6 5.2
低速軸 4.57 76.92 567.39
五、傳動零件的設計計算
普通V帶傳動得設計計算
① 確定計算功率
則： ，式中，工作情況系數�。�1.2
② 根據計算功率與小帶輪的轉速，查《機械設計基礎》圖10-10普通V帶型號選擇線圖，選擇A型V帶。
③ 確定帶輪的基準直徑
因為
取小帶輪直徑 ，
大帶輪的直徑
④ 驗證帶速 在之間。故帶的速度合適。
⑤確定V帶的基準直徑和傳動中心距
初選傳動中心距范圍為：，
即
取
V帶的基準長度：
查《機械設計基礎》表10-2，選取帶的基準直徑長度
實際中心距：
有48mm的調整量
⑥ 驗算主動輪的最小包角
故主動輪上的包角合適。
⑦ 計算V帶的根數z
由，，
查《機械設計基礎》表10-5，得，由，查表10-6，得，
查表10-7，得，查表10-2，得
， 圓整取根。
⑧ 計算V帶的合適初拉力
查《機械設計基礎》表10-1，取
得
⑨ 計算作用在軸上的載荷
V帶輪采用鑄鐵HT150或HT200制造，其允許的最大圓周速度為25m/s.
⑩帶輪的結構設計
（單位）mm
帶輪
尺寸
小帶輪
大帶輪
槽型 A A
基準寬度 11 11
基準線上槽深 2.75 2.75
基準線下槽深 8.7 8.7
槽間距 150.3 150.3
槽邊距 9 9
輪緣厚 6 6
外徑
內徑 40 40
帶輪寬度
帶輪結構 實心式 腹板式
齒輪傳動設計計算
（1）擇齒輪類型，材料，精度，及參數
① 選用閉式斜齒圓柱齒輪傳動（外嚙合）
② 選擇齒輪材料；小齒輪材料都取為45號鋼，調質，；大齒輪材料取為：45號鋼,正火處理，
③選取齒輪為8級的精度（GB 10095－1998）
齒面精糙度Ra≤1.6~3.2μm
④ 初選螺旋角
④ 選 小齒輪的齒數；大齒輪的齒數
（2）按齒面接觸疲勞強度設計
①中心距
式中：
查《機械設計基礎》圖7-26 式中：；查表7-5 ：
查表7-4 ：；齒寬系數取：
②計算模數
查表7-1取模數標準值
計算中心距，
圓整中心距，取
④修正螺旋角：
⑤計算兩齒輪分度圓直徑
小齒輪
大齒輪
⑥計算齒寬
取小齒輪齒寬 （齒輪軸）；大齒輪齒寬（大齒輪）
（3）校核彎曲疲勞強度
①校核 其中
查《機械設計基礎》表7-4：；查圖7-23：；查圖7-24：；查表7-5：。這里使用當量齒數。
，故滿足。
② 齒輪傳動的幾何尺寸，制表如下：(詳細見零件圖)
名稱
代號
計算公式 結果
小齒輪 大齒輪
中心距 240
傳動比 5.2
法面模數 設計和校核得出 3
端面模數 3.07
法面壓力角
螺旋角 一般為
齒數 Z 略 25 130
分度圓直徑 查表7-6 79.77 400.22
齒頂圓直徑 略 85.77 406.22
齒根圓直徑 df 查表7-6 72.27 392.72
齒輪寬 b 查表7-6 74 72
螺旋角方向 查表7-6 左旋 右旋
三，減速器鑄造箱體的主要結構尺寸設計。
查《設計基礎》表3-1經驗公式，及結果列于下表。
名稱 結果（mm） 名稱 結果(mm)
底座壁厚 8 軸承蓋固定螺釘直徑 8
箱蓋壁厚 8 軸承蓋螺釘分布圓直徑 130
底座上部凸圓厚度 12 軸承座凸緣端面直徑 150
箱蓋凸圓厚度 12 螺栓孔凸緣的配置尺寸 22，20，30
底座下部凸圓厚度 20 地腳螺栓孔凸緣尺寸 25，23，45
底座加強筋厚度 8 箱體內壁與齒輪距離 12
底蓋加強筋厚度 7 箱體內壁與齒輪端面距離 12
地腳螺栓直徑 16 底座深度 230
地腳螺栓數目 6 外箱壁至軸承端面距離 47
軸承座聯接螺栓直徑 12 視孔蓋固定螺釘直徑 6
箱座與箱蓋聯接螺栓直徑 10
六：軸的設計
高速軸的設計。
① 選擇軸的材料：選取45號鋼，調質，HBS＝230 240
② 初步估算軸的最小直徑
根據教材公式，取，則
③ 軸的結構設計
考慮帶輪的機構要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑，根據密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為
兩軸承支點間的距離：，
式中： ―――――小齒輪齒寬，
―――――― 箱體內壁與小齒輪端面的間隙，
――――――― 箱體內壁與軸承端面的距離，
――――― 軸承寬度，選取6308型深溝球軸承，查表13-3，得到
得到：
帶輪對稱線到軸承支點的距離
式中：―――――軸承蓋的凸緣厚度，
（）
―――――螺栓頭端面至帶輪端面的距離，
―――――軸承蓋M8螺栓頭的高度，查表可得
――――帶輪寬度，
得到：
2.按彎扭合成應力校核軸的強度。
①計算作用在軸上的力
小齒輪受力分析
圓周力：
徑向力：
軸向力：
② 計算支反力
水平面：
垂直面： 得：
③ 作彎矩圖
水平面彎矩：
垂直面彎矩：
合成彎矩：
④作轉矩圖
當扭轉剪力為脈動循環應變力時，取系數，
則：
⑤ 按彎扭合成應力校核軸的強度
軸的材料是45號鋼，調質處理，其拉伸強度極限，對稱循環變應力時的許用應力。
由彎矩圖可以知道，A剖面的計算彎矩最大 ，該處的計算應力為：
(安全)
D 剖面的軸徑最小，該處的計算應力為：
（安全）
⑥軸的結構圖見零件圖所示
低速軸的設計。
① 選擇軸的材料：選取45號鋼，調質，HBS＝230 240
② 初步估算軸的最小直徑
根據教材公式，取，則
③ 軸的結構設計
考慮帶輪的機構要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑，根據密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為
兩軸承支點間的距離：，
式中： ―――――小齒輪齒寬，
―――――― 箱體內壁與小齒輪端面的間隙，
――――――― 箱體內壁與軸承端面的距離，
――――― 軸承寬度，選取6312型深溝球軸承，查表13-3，得到
得到：
2.按彎扭合成應力校核軸的強度。
①計算作用在軸上的力
小齒輪受力分析
圓周力：
徑向力：
軸向力：
② 計算支反力
水平面：
垂直面： 得：
③ 作彎矩圖
水平面彎矩：
垂直面彎矩：
合成彎矩：
④作轉矩圖
當扭轉剪力為脈動循環應變力時，取系數，
則：
⑤ 按彎扭合成應力校核軸的強度
軸的材料是45號鋼，調質處理，其拉伸強度極限，對稱循環變應力時的許用應力。
有彎矩圖可知，C處彎矩最大，假設C處為最小直徑，若 ，則軸其他地方都必符合要求。
(安全)
⑥軸的結構圖見零件圖所示
七 滾動軸承的選擇和計算
1.高速軸選取滾動軸承
① 選取的軸承：型號為6308深溝球軸承（每根軸上安裝一對）
查《課程設計》表13-3和查《機械基礎》表18-11，
②軸承A的徑向載荷
軸向載荷：
軸承B的徑向載荷：
軸向載荷： ;由此可見，軸承A的載荷大，應該驗算軸承A.
③計算軸承A 的徑向當量動載荷, 其中,
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
則其徑向當量動載荷
因兩端選擇同樣尺寸的軸承，故選軸承A的徑向當量動載荷為計算依據。工作溫度正常，查《機械基礎》表18-8得；按中等沖擊載荷，查表18-9得，按設計要求，軸承得壽命為：
則：
由查《課程設計》表13-3,6309深溝球軸承得額定動載荷,所以選取得軸承合適。
2.低速軸選取滾動軸承
① 選取的軸承：型號為6312深溝球軸承（每根軸上安裝一對）
查《課程設計》表13-3和查《機械基礎》表18-11，
②軸承A的徑向載荷
軸向載荷：
軸承B的徑向載荷：
軸向載荷： ;由此可見，軸承A的載荷大，應該驗算軸承A.
③計算軸承A 的徑向當量動載荷, 其中,
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
則其徑向當量動載荷
因兩端選擇同樣尺寸的軸承，故選軸承A的徑向當量動載荷為計算依據。工作溫度正常，查《機械基礎》表18-8得；按中等沖擊載荷，查表18-9得，按設計要求，軸承得壽命為：
則：
由查《課程設計》表13-3,6312深溝球軸承得額定動載荷,所以選取得軸承合適。
八：鍵聯接得選擇和強度校核。
高速軸與V帶輪用鍵聯接
① 選用圓頭普通平鍵（C型）
按軸徑d=30mm，及帶輪寬，查表10-1選擇C856（GB/T 1096-1979）
強度校核
鍵得材料選為45號鋼，V帶輪材料為鑄鐵，查表得鍵聯接得許用應力鍵得工作長度，，擠壓應力
（安全）
低速軸與齒輪用鍵聯接
① 選用圓頭普通平鍵（A型）
軸徑d=70mm,及齒輪寬，查表10-1選鍵2063（GB/T 1096-1979）
② 強度校核
鍵材料選用45號鋼，齒輪材料為鑄鋼，查表得許用應力
鍵得工作長度；，擠壓應力：
（安全）
聯軸器鍵聯接
① 選用圓頭普通平鍵（A型）
軸徑d=50mm,及輪轂，查表10-1選鍵1680（GB/T 1096-1979）
② 強度校核
鍵材料選用45號鋼，齒輪材料為鑄鋼，查表得許用應力
鍵得工作長度；，擠壓應力：
（安全）
九．聯軸器得選擇和計算
聯軸器得計算轉矩，因在前面已經考慮功率備用系數1.2，故
式中：查表取工作系數
根據工作條件，選用十字滑塊聯軸器，許用轉矩
許用轉速；配合軸徑，配合長度。
十．減速器的潤滑
齒輪傳動的圓周速度
因為：，所以采用浸油潤滑；由表14-1，選用L－AN32全損耗系統用油（GB443-1989）,大齒輪浸入油中的深度大約1-2個齒，單不應少于10mm。對軸承的潤滑， 因 為：，采用脂潤滑，由表14-2選用鈣基潤滑酯L－XAAMHA2(GB491-1987)
只需要填充軸承空間的1/2~1/3.并在軸承內側設擋油環
F=3400N
V=1.25m/s
D=310mm
η總=0.840
P工作=5.06KW
n滾筒=77.01r/min
電動機型號
Y132S-4
i總=18.70
據手冊得
i齒輪=5.2
i帶=3.6
=33560N·mm
=114840N·mm
=567390N·mm
dd2=327mm
V=6.78m/s
a0=500mm
Ld=1600mm
=461.16mm
=150.92
Z=6根
F0=133.18N
FQ =1547.04N
a =240mm
i齒=5.2
m=3mm
Z1=25
Z2=130
d1=64mm
d2=352mm
b2=72mm
b1=74mm
d≥25.4mm
=142mm
=110mm
Ft =2991.79N
Fr=1114.68N
Fa=654.5N
P=3625.9N
C=26826.7N
P=2534.85N
C型平鍵8×56
A型平鍵20×63
A型平鍵16×80
V=1.6m/s...
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