機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)_一級(jí)圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)
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- 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)_一級(jí)圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)一、傳動(dòng)方案擬定…………….……………………………….5
二、電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………….…….5
三、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比……………….…….6
四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算………………………….…….6
五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………….….7
六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………….....11
七、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算………………………….…13
八、鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算………..……………………………14
九、聯(lián)軸器的選擇及計(jì)算………..……………………………14
十、減速器的潤(rùn)滑………..……………………………………14
十一、設(shè)計(jì)總結(jié)………..…………………………………………15
學(xué) 號(hào) 帶拉力 F(N) 帶速度 V(m/s) 滾筒直徑D(mm)
3 3400 1.25 310
計(jì)算過程及計(jì)算說(shuō)明
一、傳動(dòng)方案擬定
第三組：設(shè)計(jì)單級(jí)圓柱齒輪減速器和一級(jí)帶傳動(dòng)
工作條件：使用年限8年，工作為二班工作制，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔。
原始數(shù)據(jù)：滾筒圓周力F=3400N；帶速V=1.25m/s；
滾筒直徑D=310mm；
二、電動(dòng)機(jī)選擇
1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇： Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)
2、電動(dòng)機(jī)功率選擇：
（1）傳動(dòng)裝置的總功率：
η總=η帶×η2軸承×η齒輪×η聯(lián)軸器×η滾筒
=0.95×0.992×0.97×0.99×0.94
=0.840
（2） 運(yùn)輸機(jī)主軸上所需要的功率：
電機(jī)所需的工作功率：
3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：
計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速：
按手冊(cè)P7表1推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)一級(jí)減速器傳動(dòng)比范圍I’a=3~6。取V帶傳動(dòng)比I’1=2~4，則總傳動(dòng)比理時(shí)范圍為I’a=6~24。
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊(cè)查出有三種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：因此有三種傳支比方案：如指導(dǎo)書P15頁(yè)第一表。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，則選n=1500r/min 。
4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)
根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S-4。
其主要性能：額定功率：5.5KW，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.2。
三、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比
1、總傳動(dòng)比：
2、分配各級(jí)傳動(dòng)比
據(jù)指導(dǎo)書P7表1，取齒輪i齒輪=5.2（單級(jí)減速器i=3~6合理）
所以
四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
計(jì)算各軸得輸入功率
電動(dòng)機(jī)軸：
軸Ⅰ（減速器高速軸）
軸Ⅱ（減速器低速軸）
計(jì)算各軸得轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)軸
軸Ⅰ
軸Ⅱ
（3）計(jì)算各軸得轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)軸
軸Ⅰ
軸Ⅱ
參數(shù) 輸入功率（kw） 轉(zhuǎn)速（r/min） 扭矩 (N·m) 傳動(dòng)比
電動(dòng)機(jī) 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(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
普通V帶傳動(dòng)得設(shè)計(jì)計(jì)算
① 確定計(jì)算功率
則： ，式中，工作情況系數(shù)�。�1.2
② 根據(jù)計(jì)算功率與小帶輪的轉(zhuǎn)速，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖10-10普通V帶型號(hào)選擇線圖，選擇A型V帶。
③ 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
因?yàn)?br />
取小帶輪直徑 ，
大帶輪的直徑
④ 驗(yàn)證帶速 在之間。故帶的速度合適。
⑤確定V帶的基準(zhǔn)直徑和傳動(dòng)中心距
初選傳動(dòng)中心距范圍為：，
即
取
V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表10-2，選取帶的基準(zhǔn)直徑長(zhǎng)度
實(shí)際中心距：
有48mm的調(diào)整量
⑥ 驗(yàn)算主動(dòng)輪的最小包角
故主動(dòng)輪上的包角合適。
⑦ 計(jì)算V帶的根數(shù)z
由，，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》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(jì)算V帶的合適初拉力
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表10-1，取
得
⑨ 計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（單位）mm
帶輪
尺寸
小帶輪
大帶輪
槽型 A A
基準(zhǔn)寬度 11 11
基準(zhǔn)線上槽深 2.75 2.75
基準(zhǔn)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(nèi)徑 40 40
帶輪寬度
帶輪結(jié)構(gòu) 實(shí)心式 腹板式
齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）擇齒輪類型，材料，精度，及參數(shù)
① 選用閉式斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)（外嚙合）
② 選擇齒輪材料；小齒輪材料都取為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)，；大齒輪材料取為：45號(hào)鋼,正火處理，
③選取齒輪為8級(jí)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(shù)；大齒輪的齒數(shù)
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
①中心距
式中：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖7-26 式中：；查表7-5 ：
查表7-4 ：；齒寬系數(shù)取：
②計(jì)算模數(shù)
查表7-1取模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值
計(jì)算中心距，
圓整中心距，取
④修正螺旋角：
⑤計(jì)算兩齒輪分度圓直徑
小齒輪
大齒輪
⑥計(jì)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(qiáng)度
①校核 其中
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表7-4：；查圖7-23：；查圖7-24：；查表7-5：。這里使用當(dāng)量齒數(shù)。
，故滿足。
② 齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸，制表如下：(詳細(xì)見零件圖)
名稱
代號(hào)
計(jì)算公式 結(jié)果
小齒輪 大齒輪
中心距 240
傳動(dòng)比 5.2
法面模數(shù) 設(shè)計(jì)和校核得出 3
端面模數(shù) 3.07
法面壓力角
螺旋角 一般為
齒數(shù) 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(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。
查《設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表3-1經(jīng)驗(yàn)公式，及結(jié)果列于下表。
名稱 結(jié)果（mm） 名稱 結(jié)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(qiáng)筋厚度 8 箱體內(nèi)壁與齒輪距離 12
底蓋加強(qiáng)筋厚度 7 箱體內(nèi)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(shù)目 6 外箱壁至軸承端面距離 47
軸承座聯(lián)接螺栓直徑 12 視孔蓋固定螺釘直徑 6
箱座與箱蓋聯(lián)接螺栓直徑 10
六：軸的設(shè)計(jì)
高速軸的設(shè)計(jì)。
① 選擇軸的材料：選取45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)，HBS＝230 240
② 初步估算軸的最小直徑
根據(jù)教材公式，取，則
③ 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮帶輪的機(jī)構(gòu)要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑，根據(jù)密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為
兩軸承支點(diǎn)間的距離：，
式中： ―――――小齒輪齒寬，
―――――― 箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙，
――――――― 箱體內(nèi)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(duì)稱線到軸承支點(diǎn)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(yīng)力校核軸的強(qiáng)度。
①計(jì)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(jì)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(zhuǎn)矩圖
當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)變力時(shí)，取系數(shù)，
則：
⑤ 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
軸的材料是45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，其拉伸強(qiáng)度極限，對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用應(yīng)力。
由彎矩圖可以知道，A剖面的計(jì)算彎矩最大 ，該處的計(jì)算應(yīng)力為：
(安全)
D 剖面的軸徑最小，該處的計(jì)算應(yīng)力為：
（安全）
⑥軸的結(jié)構(gòu)圖見零件圖所示
低速軸的設(shè)計(jì)。
① 選擇軸的材料：選取45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)，HBS＝230 240
② 初步估算軸的最小直徑
根據(jù)教材公式，取，則
③ 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮帶輪的機(jī)構(gòu)要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑，根據(jù)密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為
兩軸承支點(diǎn)間的距離：，
式中： ―――――小齒輪齒寬，
―――――― 箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙，
――――――― 箱體內(nèi)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(yīng)力校核軸的強(qiáng)度。
①計(jì)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(jì)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(zhuǎn)矩圖
當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)變力時(shí)，取系數(shù)，
則：
⑤ 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
軸的材料是45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，其拉伸強(qiáng)度極限，對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用應(yīng)力。
有彎矩圖可知，C處彎矩最大，假設(shè)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(jié)構(gòu)圖見零件圖所示
七 滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算
1.高速軸選取滾動(dòng)軸承
① 選取的軸承：型號(hào)為6308深溝球軸承（每根軸上安裝一對(duì)）
查《課程設(shè)計(jì)》表13-3和查《機(jī)械基礎(chǔ)》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(yīng)該驗(yàn)算軸承A.
③計(jì)算軸承A 的徑向當(dāng)量動(dòng)載荷, 其中,
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
則其徑向當(dāng)量動(dòng)載荷
因兩端選擇同樣尺寸的軸承，故選軸承A的徑向當(dāng)量動(dòng)載荷為計(jì)算依據(jù)。工作溫度正常，查《機(jī)械基礎(chǔ)》表18-8得；按中等沖擊載荷，查表18-9得，按設(shè)計(jì)要求，軸承得壽命為：
則：
由查《課程設(shè)計(jì)》表13-3,6309深溝球軸承得額定動(dòng)載荷,所以選取得軸承合適。
2.低速軸選取滾動(dòng)軸承
① 選取的軸承：型號(hào)為6312深溝球軸承（每根軸上安裝一對(duì)）
查《課程設(shè)計(jì)》表13-3和查《機(jī)械基礎(chǔ)》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(yīng)該驗(yàn)算軸承A.
③計(jì)算軸承A 的徑向當(dāng)量動(dòng)載荷, 其中,
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
則其徑向當(dāng)量動(dòng)載荷
因兩端選擇同樣尺寸的軸承，故選軸承A的徑向當(dāng)量動(dòng)載荷為計(jì)算依據(jù)。工作溫度正常，查《機(jī)械基礎(chǔ)》表18-8得；按中等沖擊載荷，查表18-9得，按設(shè)計(jì)要求，軸承得壽命為：
則：
由查《課程設(shè)計(jì)》表13-3,6312深溝球軸承得額定動(dòng)載荷,所以選取得軸承合適。
八：鍵聯(lián)接得選擇和強(qiáng)度校核。
高速軸與V帶輪用鍵聯(lián)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(qiáng)度校核
鍵得材料選為45號(hào)鋼，V帶輪材料為鑄鐵，查表得鍵聯(lián)接得許用應(yīng)力鍵得工作長(zhǎng)度，，擠壓應(yīng)力
（安全）
低速軸與齒輪用鍵聯(lián)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(qiáng)度校核
鍵材料選用45號(hào)鋼，齒輪材料為鑄鋼，查表得許用應(yīng)力
鍵得工作長(zhǎng)度；，擠壓應(yīng)力：
（安全）
聯(lián)軸器鍵聯(lián)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(qiáng)度校核
鍵材料選用45號(hào)鋼，齒輪材料為鑄鋼，查表得許用應(yīng)力
鍵得工作長(zhǎng)度；，擠壓應(yīng)力：
（安全）
九．聯(lián)軸器得選擇和計(jì)算
聯(lián)軸器得計(jì)算轉(zhuǎn)矩，因在前面已經(jīng)考慮功率備用系數(shù)1.2，故
式中：查表取工作系數(shù)
根據(jù)工作條件，選用十字滑塊聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩
許用轉(zhuǎn)速；配合軸徑，配合長(zhǎng)度。
十．減速器的潤(rùn)滑
齒輪傳動(dòng)的圓周速度
因?yàn)椋�，所以采用浸油�?rùn)滑；由表14-1，選用L－AN32全損耗系統(tǒng)用油（GB443-1989）,大齒輪浸入油中的深度大約1-2個(gè)齒，單不應(yīng)少于10mm。對(duì)軸承的潤(rùn)滑， 因 為：，采用脂潤(rùn)滑，由表14-2選用鈣基潤(rùn)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(nèi)側(cè)設(shè)擋油環(huán)
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(dòng)機(jī)型號(hào)
Y132S-4
i總=18.70
據(jù)手冊(cè)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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