机械设计课程设计单级直齿圆柱齿轮减速器说明书.docx

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机械设计课程设计单级直齿圆柱齿轮减速器说明书

课程设计任务书

课程设计题目：

带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器

（一）设计内容

1、电动机的选择及运动参数的计算

2、齿轮传动的设计；

3、轴的设计；

4、绘制零件的工作图和装配图

（1）减速器的装配图

（2）绘制零件的工作图

5、编写设计说明书

（1）、目录；

（2）、设计任务书；

（3）、设计计算：

详细的设计步骤及演算过程；

（4）、对设计后的评价；

（5）、参考文献资料。

（二）设计工作量

1.减速器装配图一张

2.零件图二张（轴一张，齿轮一张）

3.设计说明一份。

目录

传动方案拟定及说明4

电动机的选择5

齿轮传动的设计计算8

轴的设计计算12

减速器铸造机体结构尺寸计算结果表18

设计小结21

传动方案拟定及说明

系统简图：

原始数据：

带工作拉力F=2000N，带速度V=2.4m/s，卷筒直径D450mm

工作要求：

每日两班制，传动不逆转，有中等冲击，链速允许误差为5%

电动机的选择

1、电动机类型的选择

Y系列三相异步电动机

2、电动机功率的选择

（1）工作机所需功率Pw。

Pw=Fv/1000=（2000·2.4）/1000=4.8Kw

（2）电动机输出功率Pd。

考虑传动装置的功率损耗，所需电动机的输出功率为

Pd=Pw/η

式中：

η1.η2.，η3，η4为别为传动系统中联轴器、滚动轴承、齿轮传动及卷筒传动的效率，查表2-3，取η1=0.99，η2=0.98，η3=0.97，η4=0.96，则

η=0.992·0.984·0.972·0.96=0.817

所需电动机的输出功率为

Pd=Pw/η=4.8/0.817=5.88Kw

（2）确定电动机的额定功率Ped。

选定电动机的额定功率Ped=7.5Kw

3、选择电动机的转速

计算工作机的转速nw

nw=（60·1000·v）/πD=101.9r/min

安表2-2推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比范围是i’=8~40.

则电动机转速的可选范围为

Nd=I’nw=*8~40）·101.9=815.2~4076Kw

可见同步转速为750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min的电动机都符合要求，查表14-1，初选同步转速1000r/min、1500r/min的两种电动机进行比较，则为Y160M-6、Y132M-4，其传动比为9.81、14.72.因此电动机Y160M-6传动比小，选定电动机型号为Y160M-6。

电动机型号

满载转速/（r·min）

额定功率/Kw

启转转矩

最大转矩

额定转矩

额定转矩

Y160M-6

970

7.5

2.0

2.0

计算传动装置总传动比和分配各级传动比

1、传动装置总传动比

i=nm/nw=970/101.9=9.81

2、分配各级传动比

i=i1·i2

考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取高速级齿轮传动比i1=1.4i，故

i1=3.65

低速级的圆柱齿轮的传动比

i2=i/i1=9.52/3.65=2.6

3、各轴转速

（1）电动机轴为轴Ⅰ，高速级轴为轴Ⅱ、中速级轴为轴Ⅲ、低速级轴为轴Ⅳ，卷筒轴为轴Ⅴ则

nⅠ=nⅡ=nm=970r/min

nⅢ=nⅡ/i1=970/3.65=265.8r/min

nⅣ=nⅤ=nⅢ/i2=265.8/2.6=102.2r/min

（3）各轴的输入功率

PⅠ=Pd=5.88Kw

PⅡ=PⅠ·n1=5.88·0.99=5.82Kw

PⅢ=PⅡ·n2·n3=5.82·0.98·0.97=5.33Kw

PⅣ=PⅢ·n2·n3=5.53·0.98·0.97=5.26Kw

PⅤ=PⅣ·n2·n1=5.26·0.98·0.99=5.1Kw

（4）各轴输入转矩

TⅠ=9550·PⅠ/nⅠ=9550·5.88/970=57.89N·m

TⅡ=9550·PⅡ/nⅡ=9550·5.82/970=57.3N·m

TⅢ=9550·PⅢ/nⅢ=9550·5.53/265.8=198.69N·m

TⅣ=9550·PⅣ/nⅣ=9550·5.26/102.2=491.52N·m

TⅤ=9550·PⅤ/nⅤ=9550·5.1/102.2=476.57N·m

项目

电动机轴Ⅰ

高速级轴Ⅱ

中速级轴Ⅲ

低速级轴Ⅳ

卷筒轴Ⅴ

转速r/min

970

970

265.8

102.2

102.2

功率/Kw

5.88

5.82

5.53

5.26

5.1

转矩N·m

57.89

57.3

198.69

491.52

476.57

传动比

1

3.65

2.6

1

效率η

0.99

0.95

0.95

0.97

齿轮传动的设计计算

选择齿轮材料及精度等级和齿数

  考虑减速器传递功率不大，按课本P142表10-8及10-9选，以齿轮采用软齿面。

小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为217~286HBS。

；大齿轮选用45钢，正火，齿面硬度156~217HBS，根据表选8级精度。

齿面精糙度Ra≤6μm。

1、高速级轴

转矩：

TⅡ=5.73N·m，转速n=970r/min，传动比=3.65

小齿轮σHlim1=710MpaσHlim2=590Mpa

[σH1]=σHlim1/SH=710/1.0Mpa=710Mpa 

[σH2]=σHlim2/SH=590/1.0Mpa=590Mpa

[σF1]=600/1.25=480Mpa

[σF2]=450/1.25=360Mpa

设齿轮用8级精度制造。

取载荷数K=1.5，齿宽系数φd=0.8，取ZE=188

d1≥【2kT1·（u+1）·（ZE·ZH）/φd·u·（[σH]）2】1/3

=[2·1.5·15.73·104·4.65·（188·2.5）2/（0.8·3.65·4502]1/3

=66.8mm

小齿轮取Z1=30，则Z2=3.65·30=109.5≈110，故实际传动比为Z2/Z1=3.67

模数m=d1/Z1=66.8/30=2.2mm

齿宽b=φd`d1=0.8·66.8=53.44mm

          B2=55mmB1=60mm

查表4-1，取m=2.5，实际的d1=Z1·m=30·2.5=75mmd2=275mm

中心距a=（d1+d2）/2=175mm

验算齿轮弯曲强度

齿形系数查图11-8、11-9得YFa1=2.6 YFa2=2.23

Ysa1=1.63 Ysa2=1.83

[σF1]=2KT1YFa1Ysa1/（bm2Z1）=Mpa=70.64Mpa≤480Mpa 

则[σF2]=σF1·YFa2·Ysa2/（YFa1·Ysa1）=71Mpa≤480Mpa

齿轮的圆周速度

v=πd1n1/60·1000=3.14·75·970/60000=3.80m/s

对照表11-2可知选8级精度是适合的

2、同理，低速级轴

转矩：

TⅡ=198.69N·m，转速n=265.8r/min，传动比=2.6，功率η=5.53Kw

小齿轮σHlim1=710MpaσHlim2=590Mpa

[σH1]=σHlim1/SH=710/1.0Mpa=710Mpa 

[σH2]=σHlim2/SH=590/1.0Mpa=590Mpa

[σF1]=600/1.25=480Mpa

[σF2]=450/1.25=360Mpa

设齿轮用8级精度制造。

取载荷数K=1.5，齿宽系数φd=0.8，取ZE=188

d1≥【2kT1·（u+1）·（ZE·ZH）/φd·u·（[σH]）2】1/3

=[2·1.5·1.99·105·3.6·（188·2.5）2/（0.8·2.6·4502]1/3

=104.07mm

小齿轮取Z1=30，则Z2=2.6·30=78

模数m=d1/Z1=104.07/30=3.469mm

齿宽b=φd`d1=0.8·104.07=83.256mm

  则        B2=85mmB1=90mm

查表4-1，取m=4，实际的d1=Z1·m=30·4=120mmd2=312mm

中心距a=（d1+d2）/2=216mm

验算齿轮弯曲强度

齿形系数查图11-8、11-9得YFa1=2.6 YFa2=2.23

Ysa1=1.63 Ysa2=1.83

[σF1]=2KT1YFa1Ysa1/（bm2Z1）=62Mpa≤480Mpa 

则[σF2]=σF1·YFa2·Ysa2/（YFa1·Ysa1）=60Mpa≤480Mpa

齿轮的圆周速度

v=πd1n1/60·1000=3.14·120·265.8/60000=1.670m/s

对照表11-2可知选8级精度是适合的

项目

高速级

低速级

齿数

Z1=30Z2=110

Z1=30Z2=78

模数

2.5

4

齿顶圆

da1=80mmda2=280mm

da1=128mmda2=320mm

齿跟高

df1=68.75mmdf2=268.75mm

df1=110mmdf2=302mm

分度圆直径

齿高

5.6

9

中心距

175

216

轴的设计计算

高速级轴

圆周力：

Ft=2T11/d1=2·57.3/0.075=1528N

径向力：

Fr=Fttanα=Fttan20=556N

垂直面的支承反力：

F1v=Fr·（L/2）/L=556/2=278N

F2v=Fr-F1v=278N

水平面支承反力

F1H=F2H=Ft/2=1528/2=764N

绘制垂直面弯矩图：

Mav=F1V·L/2=278·227/2=31.553≈32N·m

Mav’=Mav=32N·m

绘制水平面弯矩图MaH=F1H·L/2=764·0.277/2=173.428≈173N·m

求合成弯矩图：

Ma=【（Mav）2+（MaH）2】1/2=176N

Ma’=【（Mav’）2+（MaH）2】1/2=176N

转矩T=57.3N·m,取折合系数α=0.6

按弯扭合成进行强度计算Me=【Ma2+（αT）2】1/2=179N·m

计算危险截面处轴的直径

轴的材料选择45钢，由表14-1，差得σB=650Mpa，有表14-3查得

[σ-1b]=60Mpa

d≥【Me/0.1[σ-1b]】1/3=26.3mm

考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故

d=26.3·1.05=27.615mm取d=30mm

验算：

fP=1.5ft=1Lh=24000hn=970r/min

P=X0·Fr=0.6·556=333.6N

Cr=fPP/ft·（60nLh/106）1/3=5594N

因此满足要求

中速级轴

圆周力：

Ft2=2T11/d1=1445N

Ft3=2T11/d1=3312N

径向力：

Fr2=Fttanα=526N

Fr3=Fttanα=1205N

L1=50mmL2=90mmL3=65mm

垂直面的支承反力：

F1v=【Fr2（L1+L3）+Fr3·L3】/L总=780N

F2v=【Fr2·L1+Fr3（L1+lL2）】/L总=951N

水平面支承反力

F1H=【Ft2（L1+L3）+Ft3·L3】/L总=2143N

F2H=【Ft2·L1+Ft3（L1+lL2）】/L总=2614N

垂直弯矩图

Mav=F2v·L3=62N·m

Mav’=F1v·L1=39N·m

水平弯矩图

Mah=F2h·L3=170N·m

Mah’=F1h·L1=107N·m

合成弯矩图

Ma=【（Mav）2+（MaH）2】1/2=181N·m

Ma’=【（Mav’）2+（M’aH）2】1/2=114N·m

T=T2=T3=198.69,α=0.3

按弯扭合成进行强度计算Me=【Ma2+（αT）2】1/2=190.6N·m

按弯扭合成进行强度计算Me’=【Ma’2+（αT）2】1/2=118.4N·m

因为Me＞Me’，因此计算d用Me=190.6计算

d≥【Me/0.1[σ-1b]】1/3=31.67mm

考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故

d=31.67·1.05=33.25mm取d=35mm

验算：

fP=1.5ft=1Lh=24000hn=265.8r/min

P=X0·Fr=0.6·526=315.6N

Cr=fPP/ft·（60nLh/106）1/3=3437N

因此满足要求

低速级轴

圆周力：

Ft=2T11/d1=2·491.52/0.312=3151N

径向力：

Fr=Fttanα=Fttan20=1147N

垂直面的支承反力：

F1v=Fr·（L/2）/L=573.5N

F2v=Fr-F1v=573.5N

水平面支承反力

F1H=F2H=Ft/2=1575.5N

绘制垂直面弯矩图：

Mav=66.8N·m

Mav’=Mav=66.8N·m

绘制水平面弯矩图MaH=F1H·L/2=183.5N·m

求合成弯矩图：

Ma=【（Mav）2+（MaH）2】1/2=195.3N

Ma’=【（M’av）2+（MaH）2】1/2=195.3N

转矩T=491.52N·m,取折合系数α=0.6

按弯扭合成进行强度计算Me=【Ma2+（αT）2】1/2=353.72N·m

计算危险截面处轴的直径

轴的材料选择45钢，由表14-1，差得σB=650Mpa，有表14-3查得

[σ-1b]=60Mpa

d≥【Me/0.1[σ-1b]】1/3=38.93mm

考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故

d=38.93·1.05=40.87mm取d=44mm

验算：

fP=1.5ft=1Lh=24000hn=102.2r/min

P=X0·Fr=0.6·1147=688.2N

Cr=fPP/ft·（60nLh/106）1/3=5450N

因此满足要求

减速器铸造机体结构尺寸计算结果表

名称

符号

结构尺寸/mm

机座壁厚

δ

（0.025~0.03）a+△≥8

13

机盖壁厚

δ1

（0.8~0.85）

≥8

10.4

机座、机盖、机底座凸缘的厚度

b、b1、b2

b=1.5

b1=1.5

1b2=2.5

b1=19.5b2=15.6

b3=32.5

机座、机盖上的肋厚

m,m1

m≥0.85δ

m1≥0.85δ1

m=11.05

m1=8.84

轴承旁凸台的高度和半径

R1、h

R1=C2

h由结构图要求确定

轴承盖

D1、D2、D3

D+（5-5.5）d3

D1=67D2=59

D3=73

地脚螺钉直径和数目

df、n

df=20、n=6

地脚螺钉

通孔直径

df’

15

沉头座直径

D0

32

底座凸缘尺寸

C1min

22

C2min

20

链接螺栓

链接螺栓

轴承旁连接螺栓直径

d1

0.75df

15

机座、机盖连接螺栓直径

d2

l=150~200

（0.5~0.6）df：

螺栓的间距

d2=10

连接螺栓直径

d

6

通孔座直径

d’

7

沉头座直径

D

13

凸缘尺寸

C1min

12

C2min

10

定位销直径

d

（0.7~0.8）d2

8

轴承盖螺钉直径

d3

（0.4~0.5）df

8

窥视孔盖螺钉直径

d4

（0.3~0.4）df

6

机体外壁至轴承座断面的距离

l

c1+c2+（5~8）

30

大齿轮顶圆与机体内壁的距离

△1

≥1.2δ

13

齿轮断面与机体内壁的距离

△2

≥δ（取值10~15或更大）

15

设计小结

这次机械设计课程设计让我们对机械设计方面有了更深入了解，同时让我们加深了解对课本知识的更深入认识，经过这次设计带式运输机的二级圆柱减速器，为我自己的将来打下了扎实的基础，同时也是考验我自己对课本知识的认识和运用。

这次的机械设计培养了我自己的动手能力，还培养了班集体的团结，我深深明白到，机械设计并不是一门那么容易学到的，为此我对自己加大了压力，让自己更有动力去学习