机械设计基础课程设计报告书

南通职业大学机械设计基础设计 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 目录 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 由表11-7查得： 普通V带的传动效率        =0.96 一对滚动轴承的效率        =0.99（球轴承，稀油润滑） 闭式圆柱齿轮的传动效率    =0.97（8级） 弹性联轴器的效率          =0.99 滚筒效率 =0.96 故传动装置的总效率 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 =5.5kw, =960 r/min, 所选电动机主要参数列于表10-1 表10-1 电动机主要参数 名称 符号 参数值 额定功率 5.5kw 满载转速 960r/min 伸出端直径 D mm 伸出端安装长度 E 80mm 安装基础地脚螺栓距离         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  r/min 总传动比          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      =3.4 齿轮传动比          =4.5 滚筒的实际转速    r/min 传送带线速度    滚筒的线速度误差 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 =5.5kw =960 r/min 2、高速轴Ⅰ的参数 3、低速轴Ⅱ的参数 4、滚筒轴的参数 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 轴名称 转速n/（r/min） 功率p/kw 转矩T/（ ） 电动机轴 960 5.5 54.7 高速轴Ⅰ 174.5 5.28 288.96 低速轴Ⅱ 38.78 5.07 1248.5 滚筒轴 38.78 4.82 186.98         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  ② 齿轮疲劳强度最小安全系数  由表19-5 可得  ⑷ 按齿面接触强度设计齿轮传动 ① 作用在轴上的扭矩  ② 载荷系数K  由表18-18 可得  K=1.1 ③ 齿宽系数 ④ 齿轮材料弹性系数   由表18-19 可知  ⑤ 节点区域系数     因为是斜齿圆柱齿轮传动，所以 ⑥ 初选齿数和齿数比 齿数比      ⑦ 选齿轮分度圆柱螺旋角β  β= 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  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  按齿面接触疲劳强度设计 =69.25mm ⑩ 确定传动的主要参数 确定模数 （5）、确定中心距 ① ② 其他主要尺寸 （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 ② 齿根弯曲疲劳强度最小安全系数 由表19-15 可得  ③ 齿根弯曲疲劳强度寿命系数 由图18-8 可得  ④ 弯曲疲劳强度尺寸系数 由图18-9 可得  ⑤ 许用弯曲疲劳应力 ⑥ 齿形系数 查表18-20（用插入法）  ⑦ 应力修正系数 查表18-21（用插入法）  ⑧ 齿根弯曲疲劳强度重合度系数 查图18-12 可得    ⑨ 齿根弯曲疲劳强度螺旋角系数 查图18-14 可得    ⑩ 校核齿根弯曲疲劳强度 （7）、齿轮参数和几何尺寸 表10-3 齿轮参数及几何尺寸 参数或几何尺寸 符号 小齿轮 大齿轮 法面模数 3 3 法面压力角 法面齿顶高系数 1 1 法面顶隙系数 0.25 0.25 分度圆柱螺旋角 β 齿数 Z 22 75 齿顶高 2 2 齿根高 2.5 2.5 分度圆直径 d 66.8 309.8 齿顶圆直径 70.8 313.8 齿根圆直径 61.8 305.8 齿宽 b 60 55 传动中心距 a 196.4         （8）、确定齿轮的精度等级 齿轮圆周速度  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 （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 （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。 由于其截面上开有一个键槽，故将轴径增大5％。 由于A型普通V带带轮轴孔直径为30mm,故取 （4）、设计轴的结构并绘制轴的结构草图 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 。 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 ，与滚动轴承相配合为 ，定位轴肩直径为 3.与左端轴承端盖相关的轴段尺寸 轴承端盖厚度为 ，带轮端面与轴承端盖螺钉头的距离 ，该轴段直径为 。 4.确定各轴段的长度    尺寸如下： 5.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 齿轮1所受的径向力 齿轮1所受的轴向力 带传动压轴力（属于径向力） (3).计算作用于轴上的支座反力 水平平面内： 即： 即： 校核 则 无误。 垂直面平面内 即: 即 校核 无误。 （4），绘制水平平面弯矩图（图10-3d） （5），绘制垂直平面弯矩图（图10-3e） (6),绘制合成弯矩图（图10-3f） (7),绘制扭矩图（图10-3g） (8),绘制当量弯矩图（图10-3h） (9)确定轴的危险截面并校核轴的强度。（图见图10-3） 截面B： 截面C: 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 （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。 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%。 故取标准直径 (3)设计轴的结构并绘制轴的结构草图 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 ,许用转速 ，Y型轴孔（圆柱型），孔直径 ，轴孔长度 ，总长度L=112mm。联轴器与轴的连接选用普平键，A型， (GB/T 1096—2003),槽深t=5.5mm,长L=70mm；轴段直径为 ，长为80mm，定位轴肩为 。与轴承配合的轴颈直径为 ，需磨削，故应设计砂轮越程槽 齿轮与轴配合的轴头直径为 ，配合为k6，定位轴肩直径为 ，宽度b=15mm；齿轮与轴之间用普通平键连接，A型， (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 ，与滚动轴承相配合的轴颈为 ，配合为k6,定位轴肩直径为 。 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 ，该轴段直径为 。 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  齿轮2所受的径向力  齿轮2所受的轴向力  。 ③ 计算作用于轴上的支座反力 水平平面内 校核      无误 垂直面平面内 校核    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 ⑤ 绘制垂直平面弯矩图（10-7e） ⑥ 绘制合成弯矩图（图10-7f） ⑦ 绘制弯矩图（图10-3g） ⑧ 绘制当量弯矩图（图10-3h） 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。 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 (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。 (3) 计算轴承的当量动载荷 轴承A 因为 轴承B 因为 (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 （工作温度低于100℃），轴承工作寿命按2年计算，则 表10-5  动载荷系数 载荷性质 无冲击或轻微冲击 中等冲击 强烈冲击 动载荷系数 1.0～1.2 1.2～1.8 1.8～3.0         表10-6  温度系数 。 轴承工作温度/℃ ≤100 125 150 175 200 225 250 300 350 温度系数 1 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.60 0.50                     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 (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。 (3) 计算轴承的当量动载荷 轴承A 因为 轴承B 因为 (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 （工作温度低于100℃），轴承工作寿命按2年计算，则 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 键的工作长度  带轮材料为铸铁，可求得键连接的挤压应力 。 键连接工作面的挤压应力 (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 键的工作长度  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 。 键连接工作面的挤压应力 (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 键的工作长度  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 。 键连接工作面的挤压应力 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    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 ，许用转矩 ，Y型轴孔（圆柱型），孔直径d=50mm,轴孔长度 ，总长度L=112mm。 十、 减速器的润滑 1、齿轮传动的润滑 由于齿轮圆周速度 因此，齿轮传动油浴润滑，选用工业闭式齿轮轴L-CK68（GB/T5903-1995）。 齿轮浸油深度以低速级齿轮2的1/6半径为宜(高速级齿轮1大约浸油1个齿高)。 2、滚动轴承的润滑 高速轴        低速轴 故高速轴及低速轴的轴承均采用润滑脂润滑，参考附表选用钠基润滑脂3号(L-XACMGA3)(GT/T492-1989)。 十一、减速器箱体尺寸计算 查表4-1，计算确定的减速器箱体主要尺寸见表10-7。 表10-7  减速器箱体的主要尺寸 符号 名称 尺寸 箱座壁厚 箱盖壁厚 箱座凸缘厚度 箱盖凸缘厚度 箱底座凸缘厚度 ， 地脚螺栓的直径和数目 轴承旁连接螺栓的直径 箱盖与箱座连接的螺栓直径 轴承端盖固定螺钉的直径 n’ 轴承端盖固定螺钉的数目 m 箱座加强筋的厚度 箱盖加强筋的厚度 检视孔盖螺钉的直径 箱体外壁至螺栓中线的距离