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机械课程设计说明书设计说明书0001x

时间:2021-02-02 08:16:05 来源:爱作文网  爱作文网手机站

单级直齿圆柱齿轮减速器

默认分类 2009-12-31 18:49:07阅读543评论0 字号:大中小 订阅

焦作大学机电工程学院

机械设计基础课程设计说明书

设计题目:单级直齿圆柱齿轮减速器

专 业:机械制造与自动化 目录

TOC \o "1-5" \h \z 1设计任务书 4~5

2设计说明书 5~6

2.1齿轮的设计与校核 6~8

2.2轴的设计与校核 8~14

2.3键的选择与校核 14~16

2.4轴承的选择 16~18

2.5减速器箱体的设计 18~19

3设计小结 20~22

参考书目 22 1设计任务书

、工作简图

二、 原始数据

滚筒直径D=500mm ;

减速器传递功率(P/kW): 7.5

主动轴转速n1(r/min) : 600

箱体材料:

5年;最高工作温度

5年;最高工作温度 60 C。

每日工作时速24h,连续单向运转,载荷平稳,室内工作;工作年限

四、 设计工作量:

⑴减速器总装图1张(A2);

⑵ 从动轴、从动齿轮、主动齿轮(含轴)零件图 3张(A3);

⑶设计说明书1份。

2设计说明书

设计项

计算及说明

结果

计算传动装置的 远动和动力参数

计算各轴的转速:

主动轴:n =600r/min

从动轴:n = =150r/mi n

计算各轴的功率:

主动轴:P =7.5kw

从动轴:P =7.35kw

计算各轴的转矩:

主动轴:T =9500 =119.375n/m

从动轴:T =9500 =424.975n/m 传动参数表

轴号

功率 P

(kw)

转 矩

T(N*m)

转 速

n(r/mi n)

传动比i

效率

主动轴

7.5

119.375

600

4

0.98

从动轮

7.35

424.975

150

一、齿轮的设计

直齿圆齿轮的 传动设计

按齿面接触面 疲劳强度设计

选载荷系数

选齿厚系数 计算转矩 确定许用应 力

按齿面接触 强度设计中心距a

校核轮齿变曲 疲劳强度

选择齿形系 数Y Y,和齿根 应力集中系数Y

计算齿宽b

确定许用弯

由于没用特殊要求的传动,选择一般的材料,查教材表17.8.2 选取,小齿轮45号钢调质,齿面强度 HBS =220,大齿轮45 号钢正火,齿面强度HBS <=350又是闭合传动应按齿面接触 强度设计尺寸,按齿根弯曲强度校核。

a>-48.5(i+1)因为载何度不大,且齿轮不对称布置,查教材

17.9.1 选 k=1.2

查标准圆柱齿轮减速器,

T =9.55 W =71.54N/m

由图 17.10.4 查取 =570Mpa

=380Mpa 有教材 17.10.2 取 s =H

]-=518Map [ ] - =345Map 选择两者之间较

小值带入解除疲劳强度公式计算设计

即:[]=345Mpa

a>=48.5(i+1) =171.46mm 拟中心距 a=180mm

=Y Y

由查教材17.10.1,查得:

丫 =2.38 ; Y =1.67 ;

丫 =1.34 ; Y =1.83;

b= a=0.4*180=72mm

由教材表17.10.2查得:

[]-=157Mpa

小齿轮选 45 号钢调质,齿 面 硬 度

HBS=220 大 齿轮选45号 钢,正火,齿 面硬度 HBS

=190

K=1.2

T =71.54N/m

a=180mm

曲应力【】

[]==114Mpa

=57Mpa<[]

=11Mpa<[]

V= =1.49m/s

查教材表17.6.3,可选用9级精度

4.校核轮齿弯曲 疲劳强度

计算齿轮圆周 速度

计算齿轮的主 要尺寸

分度圆直径

d

齿顶圆直径

d

齿根圆直径

d

齿宽b

二、轴的结构设计

1)低速轴的设计

选择轴的材 料

轴的结构设 计

d =mz =2*36=72mm

d =mz =2*144=288mm

d =m(z +2)=76mm

d =m(z +2)=192mm

d =m(z -2.5)=67mm

d =m(z -2.5)=192mm

b = a=72mm

b =b + (5~10)

取 b =80mm

设计之初,一般仅考虑轴的扭转强度计算,确定出一个轴的 最小直径,而后进行轴的结构设计,轴设计的最小直径往往 是轴外伸端直径,轴的结构既要满足强度的要求,有必须满 足轴上零件的定位要求,,还要能够方便安装和拆卸轴上的零 件,即具有良好的工艺性,一般设计为阶梯轴,阶梯轴的结 构包括轴向和径向两方面的尺寸。

因轴的材料为无特殊的要求,故选用 45钢,正火处理。

b=72mm

S =1.4

[]=157Mpa []=114Mpa

强度足够

九级精度合 适

d =72mm

d =88mm

d =76mm

d =192mm

d =67mm

d =192mm

b =72mm

b =80mm

轴上零件的布置

对于单级减速器,低速轴上安装一个齿轮、一个联轴器, 齿轮安装在箱体的中间位置;两个轴承安装在箱体的轴承座 孔内,相对于齿轮对称布置; 联轴器安装在箱体的外面一侧。

为保证齿轮的轴向位置,还应在齿轮和轴承之间加一个套筒。

零件的拆装顺序

轴上的主要零件是齿轮,齿轮的安装可以从左侧装拆,也 可以从右侧装拆。从方便加工的角度选轴上的零件从轴上的 右侧装拆,齿轮、套筒、轴承、轴承盖、联轴器依次从轴的 右侧装入,左端的轴承从左端装入。

轴的结构设计

为了便于轴上零件的安装,把轴设计为阶梯轴,后段的轴

的直径大于前段轴的直径,轴的设计如下:

轴段1安装联轴器,用键轴向固定;

轴段2高于轴段1形成轴肩,用来定位联轴器;

轴段3咼于轴段2,方便安装齿轮;齿轮在轴段 4上用键轴

向固定。

轴段5咼于轴段4形成轴环,用来定位齿轮。

初选轴外伸段直径 d.

由公式 d 查有关表可得 45#钢,A=126~103; d =

(126~103) Xmm

=45.77~37.41mm

考虑该轴段上有一个键槽,故应将直径增大 5%,即

d=(37.41~45.77)mm (!+0.05)=39~48mm .查附表 3.4,按联轴 器标准直径系列,取 d仁42mm

确定轴的各段尺寸。 附图。

1>,(1)轴段的直径已有前面的计算确定 d仁42mm.

(2)轴段的直径d2应在di的基础上加上两倍的轴肩咼度, 这

里的轴的疋位轴肩【(疋位轴肩的咼度应应大于被疋位零件的 倒角,一般可取为0.07~0.1d )】。这里h12=40mm ,取 h12=4mm,即 d2=d1+2h12=40+2 X=48mm ,,考虑该轴段安 装密圈,故直径 d2不应符合密封圈标准,取 d2=50mm。

(3)轴段的直径d3应在d2的基础上增加两倍的轴肩咼度, 此处为非定位轴肩,一般,非定位轴肩可取 h=1.5~2mm。因

该轴移要安装滚动轴承,故其直径要与流动轴承处的内径相 符合。滚动轴承内径在 20~495mm范围内均为5的倍数,这 里取d3=55mm轴段4安装齿轮,取d4=58mm。轴段4大于 轴段3只是为了安装齿轮方便,不是定位轴肩,应按非定位

轴肩计算,取 h45=1.5mm。轴段5的直径d5=d4+2h45 , h45 是定位轴环的高度,取 h45= ( 0.07~0.1 ) d4=5mm ,即 d5=58+10=68mm,轴段6的直径d6应根据所用的轴承类型 及型号查轴承标准取得,预选该轴段用6311轴承(深沟球轴

d1=42mm d2=50mm。

d3=55mm

d4=58mm

d5=68mm

d6=65mm

d7=55mm

承)查得d6=65mm。

2>,各轴段的长度。

为下箱壁厚,应查表知这里取 -8mm ;为轴承轴段

4因安装有齿轮,故该轴段长度L4与齿轮宽有关,为了方便 套筒能顶紧齿轮,应使 L4略小于齿轮轮毂的长度,一般情

况下,b 齿轮一L4-2~3mm, b 齿轮-94.4mm,取 L4-92mm, 轴段3的长度包括三部分,再加上 L4小于齿轮轮毂宽的数

值(b 齿-L4)=94.4-92mm=2.4mm 即 L3-B+ 2+ 3+2.4.B 为滚动 轴承的宽度,查表可知 6311轴承的B-29mm。

 2为齿轮端

面至箱体内壁的距离,查表 4.2.1知,通常取 2-10~15mm ;

3为滚动轴承内端面至减速器内壁的距离。这里选取润滑方 式为油润滑。查表 4.2.1可取3-3~5mm,本例取 2-15mm , 3-5mm , L3-B+ 2+ 3+2.4-29+15+5+2.4-51.4-52mm ;轴段 2

的长度应包括三部分; L2-L1+e+m,其中L1部分为联轴器

的内壁面至轴承端盖的距离,查表4.2.1 ( 6311轴承 D-120mm , d3-10mm ) ,e-1.2d3-12mm ;要知道 m 的尺寸, 必须要先知道轴承座孔的宽度, L座孔-~10mm,座旁连接

螺栓到箱体外壁及箱边的尺寸,这里假设轴承座旁连接螺栓 d仁16mm ,查表得c仁24mm, c2-20mm ;为加工轴承孔座端 面方便,轴承座孔的端面应咼于箱体的外表面。一般可取两 者的差值为 5~10mm ;故最终得 L 座孔 -8mm+24mm+20mm+6mm-58mm 。

 反算 m-L 座孑L -

3-B-58mm-5mm-29mm-24mm 。 所

以 L2-L1+e+m-15mm+12mm+24mm-51mm 。轴段 1 安装联 轴器,其长度L1与联轴器有关,因此先选 定联轴器的类型

及型号,才能确定 L1长度。假设选用 TL7弹性套柱销联轴 器,查得L联轴器-84mm,考虑到联轴器的连接和固定的需 要,使得L1略小于L联轴器,取L仁82mm。轴段5的长度

L5即轴环的宽度 b (一般b-1.4h45),取L5-7mm。轴段6 的长度 L6由2 , 3的尺寸减去 L5来确定,L6- 2+ 3-L5-15mm+5mm-7mm-13mm。轮段7的长度L7应等于或 大于滚动轴承的宽度 B, B-29mm,取L7-31mm。轴的总长 度等于各轴段的长度之和;L 总长 - L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7-328mm 。段轴 6, 7 之间的砂

轮越程樔包含在段轴 7的长度之内。

选用弹性套 柱销联轴器

TL7

L1-82mm

L2-51mm

L3-52mm

L4-92mm

L5-7mm

L6-13mm

L7-31mm L总长- 328mm

结果 J

按扭转和弯曲组合进行强度校核。

1)绘制轴的计算简图,为计算轴的强度,应将载荷简化处 理直齿圆柱齿轮,其受力分解为圆周力 Ft,径向力Fr。两端

轴承可简化为一端活动铰链, 如下面附图所示。为计算方便,

选择两个危险截面 1-1,11-11,1-1危险截面选择安装齿轮的轴段

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

12)

13)

2主动轴的设计

14)

的中心位置,位于两个支点的中间,轴的支撑间距。

 L=52+92+7+13=164mm 距 B 之座的距离为 16/2=8mm ,11 危 险截面选择在段轴 4和段轴3的截面处,距B支座的距离为 29/2+20+2=36.5mm。

2)计算轴上的作用力。

从动轮的转矩 T=458000N?mm。齿轮分度圆直径

d2=376mm 齿轮圆原力 Ft= = N?mm=2436N?mm 齿轮的径向 力 Fv=Fttan 2436tan N?mm=887N?mm

2)计算支力及弯矩。

(1 )计算平面内的支反力及弯矩,

求支反力;对称布置,只受一个力,故

FAv=FBv=Fr/2=87/2=43.5N.

求垂直平面弯矩。

- I 截面;MIv=443.5 82=36367N.mm

I- 截面;Mllv=443.5 36.5=16188N.mm.

(2)计算水平平面内的支反力及弯矩。

a .求支反力;对称布置,只受一个力,故

FAH=FBH=Ft/2=2436/2=1218N.

b.求水平平面的弯矩。

截面;MIH=1218 X82=99876N.mm

截面;MIIH=1218 >36.5=4457N.mm

(3 )求各截面的合成弯矩。

MI= = =106291N.mm

截面;MII= = =47321N,mm

计算转矩 T=458000N.mm

确定危险截面及校核强度, 按弯扭组合计算时, 矩按脉

动变化考虑,取 。按两个危险截面校核。I-I截面的应力;

==MPa=15.10MPa

I截面的应力;

===16.75MPa 查表得【G-1】=55MPa。,均小于【G-1】, 故轴的强度满足要求。

1.选择轴的材料 因轴的材料无特殊要求,故选用 45钢,

调质处理:

d仁 28mm d2=35mm d3=40mm d4=43mm d5=51mm d6=49mm d7=40mm

L1=45mm

L2=57mm

L3=40mm

L4=98mm

L5=5.6mm

L6=14.4mm

L7=25mm

L 总 长

项目

Pl/kw

N1(r/mi n)

参数

3.84kw

302

2.初选轴外伸段直径 d

由公式d1> A 查有关表得:45钢:A=126~103

d1 > A =(126~103) +29.40~24.04

考虑该轴段上有一个键槽,故应将直径增大 5%即

d仁(24.04~29.40) mmK (1+0.05) =25.24~30.87,

取d仁28mm

高速轴的设计主要是设计各轴段的直径,为设计俯视图做准 备。有些轴段的长度可以根据轴上零件来确定。

① 经设计,高速轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。为

使零件定位和固定,高速轴也和低速轴一样设计为七段。

d仁 28mm ; d2=35mm ; d3=40mm;

d4=43mm ;d5=51mm ;d6=49mm

=280mmd7=40mm (轴承型号 6308)

=280mm

②设计备轴段长 因为轴段上装带轮,所以轴段①的长度

L1=( 1.5~2)d1=42~56, 所以取 L仁45mm,

第二段轴的长度取和低速轴的第二段轴长一样的对应关系, 但考虑该轴上的轴承(6308的B=23mm),故

取该轴段的 L2=57mm L3=40mm

L4=b齿轮—L4=2~3mm,因使L4略小于齿轮毂的宽度,

b 齿轮=100mm 取 L4=98.0mm

轴段⑤长度L5即轴环的宽度b (一般b=104h45 )取

L5=1.4 X=5.6mm

L6= △ 2+ △35=15mm+5mm-5.6mm=14.4mm

轴段⑦的长度应等于或略大于滚动轴承的宽度 B

B=23mm , 取 L7=25mm ,

- 总 长

=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=45+57+40+98+5.6+14.4+25

=280mm

高速轴的校核

计算转矩 T=121000N?mm

确定危险截面及校核其强度

L=L3-6=158mm

将载荷简化处理,直齿圆柱齿轮,其受力可分解为圆周力

Ft,径向力Fr,为计算方便,选择一个危险截面 1-1。选择

为带齿轮的中心位置,距 B支座的距离为158/2mm=79mm

⑵计算轴上的作用力 T=121000Nmm

齿轮分度圆直径 d仁96mm

齿轮的圆周力 Ft=2T/d=2 X121000-96N?mm=2520Nmm

齿轮的径向力 Fr=Fttan a =2520tan20oNmm=917N?mm

⑶计算支反力及弯矩

求支反力对称布置,只受一个力,故

=917/2N=458N

b:l-l 截面:M =458 X79=36182N?mm

计算水平面内的支反力及弯矩

a) 求支反力,对称布置,只受一个力,故

=2520/2=1260N?mm

b) 求水平面的弯矩

-I 截面:M =1260 X79=95274Nmm

M = =101913N?mm

按弯扭组合计算时,取 z=0.6,危险截面的校核:

合=/0.1d =19.55Mpa

查教材得[合1]=60Mpa ,即卩S小于[筝],故该轴的强度满足 要求。

高速轴选深沟球轴承,型号为 6308.

低速轴选深沟球轴承,型号 6311

轴承寿命的计算

高速轴:高速轴的外端安装有带轮, 中间安装于齿轮,要

计算轴承寿命,就要先求出轴承支座支反,进一步求出轴承 的当里动载何,然后计算轴承的寿命。

带轮女装在轴山的轮毂款 L- ( 1.5~2)d ,d为女装带轮

处.的轴径 L1- (1.5 ~2) 疋8-42 ~56 取 L仁45mm ,

第二段轴的长度取和低速轴的第二段轴长一样的对应关

系,

但考虑该轴段上的轴承宽度 (6308的B-23mm ),故取该

轴段长L2-57mm,带轮中心到轴承 A点的距离

L3-45/2mm+57mm+23/2mm-91mm.

高速轴鲁两轴承之间的支点距离为原低速轴的两支点的 距离减去两轴承宽度之差,应为 164-6-158mm

因对称布置,故 L2-L1-158/2mm-79mm

咼速轴上齿轮的受力和低速轴的力大小相等 ,方向相 反,即卩FM-887N ?mm F6仁2436N ?mm,注:高速轴上安 装有带轮,带对轴的压力 F -1281N作用在高速轴上。

因齿轮相对于轴承对称布置, A , B支座的支反力数值一样,

故知计算一边即可,求轴承 A出支反力:

水平平面:

垂直平面:

求和力:

考虑带的压力对轴承支反力的影响,因方向不定,以最不利 因素考虑:;

轴承受到的最大力为 -1296+2424-3720N

正常使用情况,查表得:,e -3查表知轴承6308的基本额 定动载荷,代公式:

低速轴:正常使用情况,查教材得: ,e -3查表轴承6311

的基本额定动载荷 Cr-55.2Kw

因齿轮相对于轴承为对称布置,轴承的受力一样,可只算一

处,计算A处: 当量动载荷 P- 代入公式

从计算结果看,高速轴承使用时间较短。按最短时间计算, 如果按两班制工作,每年按 300天计算,约使用四年,这只

是理论计算,实际情况比较复杂,应根据使用情况,注意检 查,发现损坏时及时更换。低速轴承因转速太低,使用时间 太长,实际应用中会有多种影响,要助于观察,发现损坏及 时更换。

从动轴轴段④上选择 A型普通平键中的 GB/T.1096键16X10 X84.从动轴段①上安装联轴器,选择 A型普通平键中的

GB/T1906 键 12 X3 X70。,查表知键材料为45#钢时,

t ]-60Mpa,[ S ]-100MPa

解:(1)计算键受到的作用力 F

F1- - -15793(N)

F2- - -21809(N)

(2)校核抗剪强度

三、 选择轴承和计 算轴承的寿命

四、 键的选择

五、 箱体的设计

①计算剪切力 FQ: FQ1=15793(N) ; FQ2=21809(N)

② 计 算 剪 切 面 积 :

Aj1=16 >48=1344(mm);Aj2=12 70=840(mm) ; j1= =

=11.75MPa<[ t ]=60MPa ,Tj2= = =25.96MPa< [ t ]=强0度

符合要求。

(3)核挤压强度

计算挤压作用力: Fjy1=F=15793(N); Fjy2=21809(N)

计算挤压面积: Ajy1= X84=420 ;

Ajy2= 70=280

计算挤压工作主力:Gjy仁==37.60< [ S ] =100MPa

Gjy2= = =78.10< [ S ]=100MP以以上所选键强度足够。

主动轴上键的选择:

轴段①选择 A型普通平键中的 GB/T1096中的键8^X25.轴 段④上选择 A型普通平键中的 GB/T1096中的键12X8X90. 校核键:

计算键受到的作用 F: F1= = =8642N

F2= = =5627N

校核抗剪强度

计算剪切力:FQ仁F仁8642N ; FQ2=F2=5627N

计算剪切面积: Aj仁b XL=8X 25=200();

Aj2=12 >90=1180()

Tj仁==43MPa<[ t ]=60Mpa;

Tj2= = =4.76MPa<[ t ]=620M强度符合。

校核挤压强度

计算挤压力作用 Fjy1=8642N ; Fjy2=5627N

计算挤压面积:Ajy1= ^25=87.5();

Ajy2= >0=360()

Gjy1= = =98.7 MPa< [ S ]=100 Mpa

Gjy2= = =15.6 MPa< [ S ]=100符合强度要求。

<1>箱体的选择,一般使用情况下,为制造和加工方便,采 用铸造箱体,材料为铸铁。箱体结构采用部分式,部分线选 择在轴线所在的水平面。

箱座壁厚

取 6 =8mm

箱盖壁厚:

箱盖凸缘厚度

箱座凸缘厚度:

箱座底凸缘厚度为: 。

地脚螺栓直径:

轴承旁联接螺栓直径:

箱盖、箱座凸缘联接螺栓直径:

箱体的中心高度 H=da2/2+ (50~70) mm

Pa

=384/2+(50~70)

=242~262

取中心高度H=250mm,取箱体厚度 =8mm。

<2>选择轴承端盖,选用凸缘式轴承端盖, 根据轴承型号设 计轴承盖的尺寸;

高速轴;D=90mm, =8, , , n (螺钉数)=4.

低速轴;D=120mm, =10mm, , , n (螺钉数)=6.

<3>确定检查孔和孔盖;根据减速器中心距 a=236mm查表

得;检查

孔尺寸;L=120mm, b=70mm。

检查孔盖尺寸; ,,,,。

<4>通气器;选用通气器,选 M16X1.5.

<5>油标装置,选用 M12.

<6>螺塞,选用M16X1.5

<7>定位销,定位销选用圆柱销。销钉公称直径 d=8mm。

<8>起吊装置;按中心距查表得,箱体重 350Kg,选用吊环 螺钉M24

3设计小结

设计是一门需要耐心和精力的学科,要有认真谨慎的态度才能做好。在老师的指导和小组成员的努力下,我们 顺利完成了上大学以来的第一次设计。听到要做课程设计的时候,我们既高兴又害怕。高兴的是我们终于可以 有一份属于自己的作品,害怕的是学识尚浅的我们是否能做出一份优秀的设计。坦白的说,这样的作品在工厂 里是肯定不实用的,正像古人说的那样:不积跬步,无以至千里。只要我们一步一步的走下去,一点一滴的积 累,终有一天我们一定可以拿出属于自己的完美作品。

我们心里都明白这次的设计都是些按部就班的东西, 机设指导书上都把课程设计计算说明的编写叙述得很详细,

而我们所需做的只是简单的数据计算、绘图及数据输入。在我们分配好自己的工作,开始设计时,看似简单的 这一切忽然变得棘手起来。减速器装配图及零件工作图的尺寸标注需要从计算中得出,而数据的计算需要查阅 很多资料,有时还需要我们自己定夺哪一个数据更加适合,比如说齿数的选取、轴长度的选取等等。通过本次 设计训练,我们受益匪浅。不但使我们把课本内容联系了起来,还提高了我们对知识的整体理解。本次设计还 展现了团体精神的重要性,锻炼了自己分工合作的能力和人际协调能力等。

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