機械設計基礎課程設計--單級圓柱直齒齒輪減速機

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1 </b></p><p><b>　　一．機構介紹2</b></p><p><b>　　1.課題要求2</b></p><p><b>　　2.傳動示意圖2

2、</b></p><p><b>　　3.傳動過程2</b></p><p><b>　　二．電機的選擇3</b></p><p>　　1.工作機的功率 Pw3</p><p>　　2.電機所需輸出功率 Pd3</p><p>　　3.確定電機計算轉速 n

3、3</p><p>　　4.確定電機選型3</p><p>　　5.傳動比的分配4</p><p>　　三．計算傳動裝置的運動和動力參數4</p><p>　　1.皮帶輸入高速軸4</p><p>　　2.Ⅰ軸減速器高速軸4</p><p>　　3.Ⅱ軸減速器高速軸5</p&

4、gt;<p>　　4.Ⅲ軸傳動滾筒軸5</p><p><b>　　四．帶傳動設計5</b></p><p>　　1.確定計算功率 Pc5</p><p>　　2.選取普通 V 帶型號5</p><p>　　3.確定帶輪基準直徑 d1.d2 6</p><p>　　4.驗算

5、帶速 V6</p><p>　　5.確定中心距 a0 和膠帶長 Ld6</p><p>　　6.計算實際中心距 a7</p><p>　　7.演算小帶輪包角α17</p><p>　　8.確定V帶根數 Z7</p><p>　　9.求初拉力 F0 及帶輪軸上的壓力 Fa8</p><p&

6、gt;　　10.帶輪的結構設計8</p><p><b>　　11.設計結果8</b></p><p><b>　　五．齒輪設計9</b></p><p>　　1.選擇齒輪材料及精度等級9</p><p>　　2.齒面接觸疲勞強度計算9</p><p>　　六．軸承

7、選擇及實際使用壽命計算13</p><p>　　1.軸承類型的選擇13</p><p>　　2.計算實際壽命13</p><p>　　七．潤滑密封設計15</p><p>　　1.軸承和傳動齒輪的潤滑15</p><p>　　2.潤滑油的選用15</p><p><b>　

8、　3.密封形式15</b></p><p>　　八．聯(lián)軸器的設計15</p><p><b>　　九．設計心得16</b></p><p><b>　　十．致謝16</b></p><p>　　十一．參考文獻17</p><p><b>　　引

9、言</b></p><p>　　機械設計課程設計是機械設計課程的重要實踐環(huán)節(jié)。通過課程設計，可綜合運用機械設計課程和其它先修課程的理論和實際知識，培養(yǎng)解決實際問題的能力，掌握機械設計的一般規(guī)律，樹立正確的設計思想。通過課程設計，可學習運用標準，規(guī)范，手冊，圖冊和查閱科技文獻資料及計算機應用等，培養(yǎng)機械設計的基本技能和獲得相關信息的能力。</p><p>　　齒輪變速器廣泛應用于

10、機械，冶金，化工，建筑，運輸。船舶等領域，是一個典型的動力傳動機構，它是一種利用齒輪角速度的變化，將電機的回轉轉速減速到所要求的回轉速度，并得到較大轉矩的裝置，具有承載能力強，壽命長，體積小，效率高，重量輕等優(yōu)點。通過齒輪變速器的課程設計，可逐步學會從機器功能的要求出發(fā)，合理選擇執(zhí)行機構和傳動機構的類型，制定傳動方案，合理選擇標準部件的類型和型號，正確計算零件的工作能力，確定其尺寸、形狀、結構及材料，并考慮制造工藝、使用、維護、經濟和安

11、全等問題，培養(yǎng)機械設計能力。</p><p><b>　　一．機構介紹</b></p><p><b>　　1.課題要求</b></p><p>　　運輸帶工作速度V=1.5m/s，運輸帶工作拉力F=1100N，卷筒直徑D=250mm。工作條件：連續(xù)單項 運轉，載荷平穩(wěn)，空載啟動，使用年限為10年，小批量生產，兩班制工作

12、，運輸帶速度允許誤差-5%~5%。</p><p><b>　　2.機構傳動示意圖</b></p><p><b>　?。▓D1-1）</b></p><p><b>　　3.機構傳動過程</b></p><p>　　電機 ??? 帶傳動 ??? 高速級齒輪 ??? 低速級齒輪

13、??? 聯(lián)軸器 ??? 滾筒</p><p><b>　　???運輸帶</b></p><p><b>　　二. 電機的選擇</b></p><p>　　1. 工作機的功率Pw</p><p>　　根據工作阻力和速度來確定Pw即：</p><p>　　Pw =

14、 ………………………………………………… （式2.1）</p><p>　　F — 運輸帶工作拉力 V — 運輸帶工作速度</p><p>　　Pw = = = 1.65KW</p><p>　　2. 電機所需輸出功率Pd</p><p>　　Pd = ……………

15、……………………………………… （式2.2）</p><p>　　傳動裝置的總效率η總=η1η22η3η4η5</p><p>　　η1 — V形帶傳動效 η1=0.96 </p><p>　　η2 — 滾動軸承傳動效率η2=0.99</p><p>　　η3 — 閉式帶輪傳動效率η3=0.97

16、</p><p>　　η4 — 聯(lián)軸器效率η4=0.99</p><p>　　η5 — 傳動滾筒效率η5=0.96 </p><p>　　η總=η1η22η3η4η5=0.96×0.992×0.97×0.99×0.96＝0.87</p><p>　　Pd = = = 1.883 KW ≈ 1.9 KW

17、</p><p>　　因載荷平穩(wěn)電機額定功率Ped略大于Pd即可。</p><p>　　3. 確定電機計算轉速n</p><p>　　n = …………………………………………… （式2.3）</p><p>　　n = = 114.59 r/min ≈ 115 r/min</p><p>&

18、lt;b>　　4. 確定電機型號</b></p><p>　　V形帶傳動的傳動比通常采用i=2∽4；一級圓柱齒輪減速器傳動比通常采用i=3∽5；</p><p>　　所以本系統(tǒng)的傳動比：i總=i1i2=（2∽4）×（3∽5）=6∽20</p><p>　　n電=i總 ×n=(6∽20)×115=（690∽2300

19、） r/min</p><p>　　查表選T112M-6電機 額定功率Ped = 2.2KW 轉速n電 = 940 r/min</p><p><b>　　5. 傳動比的分配</b></p><p>　　i總= …………………………………………………………… （式2.4）</p><p><b>

20、;　　i總= =8.2</b></p><p><b>　　i1=iV帶=2 </b></p><p><b>　　i2=i齒=4.1</b></p><p>　　三．計算傳動裝置的運動和動力參數</p><p>　　1. 皮帶輸入高速軸</p><p>　　P0

21、=Pd=1.9kw </p><p>　　n0=940r/min</p><p>　　T帶=9.55 x ……………………………………………………… （式3.1）</p><p>　　T帶=9.55 =18.9 N·m</p><p>　　2. Ⅰ軸減速器高速軸</p><p>　　P1=P0

22、η1 …………………………………………………………… （式3.2）</p><p>　　P1=1.9×0.96=1.824kw</p><p>　　n1= …………………………………………………… （式3.3）</p><p>　　n1= = 470 r/min</p><p>　　

23、T1=9.55 × = 9.55× = 36.3 N·m</p><p>　　3. Ⅱ軸減速器高速軸</p><p>　　P2=P1η22η3 ………………………………………………………… （式3.4）</p><p>　　P2=1.824kw×0.992×0.97=1.735kw</p>

24、<p>　　n2= = =115 r/min</p><p>　　T2=9.55× =9.55× =143.7 N·m</p><p>　　4. Ⅲ軸傳動滾筒軸</p><p>　　P3=P2η4η5 …………………………………………………………… （式3.5）</p><p>　

25、　P3=1.735kw × 0.99×0.96 = 1.645kw</p><p>　　n3=n2=115 r/min</p><p>　　T3=9.55 × = 9.55 × = 136.6 N·</p><p><b>　　四．帶傳動設計</b></p><p>　　

26、1.確定計算功率Pc </p><p>　　Pc=KA×P ………………………………………………………… （式4.1）</p><p>　　KA —工作情況系數：由表查得KA=1.2</p><p>　　Pc = KA×P = 1.2×1.9 = 2.28 kw</p><p&g

27、t;　　2.選取普通V帶型號</p><p>　　按Pc = 2.28 KW ，n1 = 940 r/min</p><p>　　根據V帶選型圖選用A型普通V帶</p><p>　　3.確定帶輪基準直徑d1，d2</p><p>　　查表選取小帶輪基準直徑d1 = 125mm.</p><p>　　大帶輪基準直徑d2

28、= iV帶xd1 ……………………………………… （式4.2）</p><p>　　∵ iV帶=2 </p><p>　　∴ d2=2x125=250mm</p><p>　　n2= = = 470 r/min </p><p

29、><b>　　4.驗算帶速 V</b></p><p>　　V = ………………………………………………… （式4.3）</p><p>　　V = =6.149≈6.15 m/s</p><p>　　此帶速在5∽25m/s 范圍內，符合要求</p><p>　　5.確定中心距a和膠帶長Ld&l

30、t;/p><p>　　1） 初步確定中心距a0</p><p>　　0.7 x（d1+ d2）≤ a0 ≤ 2 x（d1+ d2） …………………………… （式4.4）</p><p>　　0.7 x (125+250) ≤ a0 ≤ 2 x (125+250)</p><p>　　263mm ≤ a0 ≤ 750mm ∴

31、 取a0 =500 mm</p><p>　　2） 初選a0后，可根據下式計算帶的初選長度Ld0</p><p>　　Ld0 = 2a0+ + ……………………… （式4.5）</p><p>　　Ld0= 2×500 + + =1596.8</p><p>　　3） 查表選取與Ld0相近的標準帶近似長度Ld=1600mm&

32、lt;/p><p>　　6.計算實際中心距a</p><p>　　a = a0+ ………………………………………… （式4.6）</p><p>　　a= 500+ = 501.6mm≈502mm</p><p><b>　　中心距的變動范圍為</b></p><p>　　a

33、- 0.015Ld=amin=501.6 - 0.015×1600 = 477.6mm</p><p>　　a + 0.03Ld=amax=501.6 + 0.03×1600 = 549.6mm</p><p>　　∴ 478mm ≤ a ≤ 550mm</p><p>　　7.驗算小帶輪包角α1</p><p>　　α

34、1=180 - × 57.3 ………………………………………… （式4.7）</p><p>　　α1=180 - × 57.3 = 179.75 ＞120 </p><p><b>　　8.確定V帶根數Z</b></p><p>　　Z ≥ ……………………………………………

35、 （式4.8）</p><p>　　Ka — 包角系數： 由表查得Ka=0.97</p><p>　　KL— 長度修正系數： 由表查得KL=0.99</p><p>　　根據 d1=125mm. n1=940 r/min </p><p>　　P0=F1（1 - …………………………………………… （式4.9）&

36、lt;/p><p>　　也可以查表按插入法得</p><p>　　P0=0.45+ ×（980-940） = 0.47KW</p><p>　　單根普通V帶額定功率增量 = Kbn1（1 - ） …………………… （式4.10）</p><p>　　Kb — 彎曲影響系數：由表查得Kb = </p><p>

37、;　　Ki — 彎曲影響系數： 由表查得Ki =1.1202</p><p>　　= x 940 x (1 - ) = 0.107KW</p><p>　　得普通V帶根數：Z= = = 4.136</p><p><b>　　∴ 取Z=5根</b></p><p>　　9.求初拉力F0及帶輪軸上的壓力Fa

38、</p><p>　　由表查得A型普通V帶的每米質量q = 0.10 kg/m，根據式求單根V帶的初拉力</p><p>　　F0 = + qV2 ………… （式4.11）</p><p>　　F0 = + 0.10×6.152 = 62.26 N</p><p>　　作用在軸上的壓力Fa</p

39、><p>　　Fa = 2F0 × Z × ……………………………… （式4.12）</p><p>　　Fa = 2 × 62.26 × 5 × = 311.3 N</p><p>　　10.帶輪的結構設計</p><p><b>　　圖4-1</b&g

40、t;</p><p><b>　　11.設計結果</b></p><p>　　選用5根A系列1600/Ld GB 11544-89帶</p><p>　　中心距 a = 502m </p><p>　　帶輪直徑d1 = 125mm , d2 = 250mm </p><p>　　

41、軸上壓力 Fa = 311.3N</p><p>　　皮帶截面圖如下所示：</p><p><b>　　圖4-2</b></p><p><b>　　五. 齒輪設計</b></p><p>　　1選擇齒輪材料及精度等級</p><p>　　小齒輪選用45#鋼調質處理，硬度為

42、220-250HBS</p><p>　　大齒輪運用45#鋼正火處理，硬度為170-210HBS</p><p>　　由表查得選8級精度齒面粗糙度為Ra≤3.2-6.3</p><p>　　2齒面接觸疲勞強度計算</p><p>　　因兩齒輪均為鋼質齒輪，應用公式求出d1值確定有關系數和參數</p><p><b

43、>　　1） 轉矩 T1</b></p><p>　　T1 = ………………………………………… （式5.1）</p><p>　　T1 = = N·mm</p><p>　　2） 載荷系數 K </p><p><b>　　查表取 K=1.1</b></p>&l

44、t;p>　　3） 齒數 Z 和齒寬系數 φd</p><p>　　小齒輪的齒數Z1取25，則大齒輪齒數Z2=104 </p><p>　　因單級齒輪傳動為對稱布置，而齒輪齒面為軟齒輪，由表選取 φd = 1</p><p>　　4） 許用接觸應力 [σH]</p><p>　　[σH] = …………………………………………

45、… （式5.2）</p><p>　　σH min — 接觸疲勞強度極限值</p><p>　　由圖查得小齒輪接觸疲勞強度極限值 σH min1 = 560MPa，</p><p>　　由圖查得大齒輪接觸疲勞強度極限值 σH min2=530MPa </p><p>　　SH — 最小安全系數：由表查得 SH= 1</p>

46、<p>　　N — 應力循環(huán)次數</p><p>　　N1=60 x njLn …………………………………………… （式5.3）</p><p>　　N1=60×470×1×(10×52×40×2）=1.2×109 </p><p>　　N2=

47、 …………………………………………………… （式5.4）</p><p>　　N2 = = 2.9×108</p><p>　　ZNT — 齒輪接觸疲勞壽命系數</p><p>　　查圖得 ZNT1 = 1， ZNT2 = 1.06</p><p>　　[σH]1 = = 560MPa</p><

48、;p>　　[σH]2 = = = 562MPa</p><p>　　∴ d1 ≥76.73 x …………………………… （式5.5）</p><p>　　φd — 齒寬系數 φd = 1 </p><p>　　K — 載荷系數 K=1.1</p><p>　　U — 齒數比 U =

49、Z2 / Z1 = 104 / 25 = 4.16 </p><p>　　[σH]1 — 小齒輪許用接觸應力 [σH]1=560MPa</p><p>　　d1 ≥ 76.73 x =41.4m</p><p>　　m = = = 1.66</p><p>　　由表取標準模數 m = 2</p>&l

50、t;p>　　5） 確定齒輪主要尺寸</p><p>　　d1 = m × Z1= 2×25 = 50mm</p><p>　　d2 = m × Z2= 2×104 = 208mm</p><p>　　b2 = φd × d1 =1×50 = 50mm </p><p>　　b1

51、 = b2 + 5 = 55mm</p><p>　　a = m × (Z1+Z2) …………………………………… （式5.6）</p><p>　　a = × 2 × (25+104) = 129mm</p><p>　　6） 齒根彎曲疲勞強度校核</p><p>　　由公式得σF，如

52、σF≤[σF] 則校核合格，確定有關系數和參數</p><p>　　σF = xYFxYS …………………………… （式5.7）</p><p><b>　　確定有關系數和參數</b></p><p>　　YF — 齒形參數 </p><p>　　查表得： YF1=2.65 ， Y

53、F2=2.18</p><p>　　Ys — 應力修正系數 </p><p>　　查表得： Ys1=1.59 ， Ys2=1.8</p><p>　　K — 載荷系數 </p><p>　　查表?。?K=1.1</p><p>　　m — 齒輪模數 m = 2 </p

54、><p>　　Z — 齒數 </p><p>　　Z1 = 25，Z2 = 104</p><p>　　b — 齒輪寬度 b=50</p><p><b>　　T — 轉矩</b></p><p>　　齒輪1彎曲疲勞強度 σF1= x2.65x1.59 = 66.4 MPa</p&g

55、t;<p>　　齒輪2彎曲疲勞強度 σF2 =σF1 X =66.4× = 61.8 MPa</p><p>　　[σF]= ……………………………………… （式5.8 ）</p><p>　　σFlim — 許用彎曲應力 </p><p>　　查圖得： σFlim1=210MPa，σFlim2=190MPa<

56、;/p><p>　　SF — 最小安全系數 查表得： SF=1.3</p><p>　　YNT — 彎曲疲勞壽命系數 </p><p>　　查圖得： YNT1=YNT2=1</p><p>　　[σF]1= =162MPa </p><p>　　[σF]2= = =146MPa</p&

57、gt;<p>　　校核齒根彎曲疲勞強度</p><p>　　σF1=66.4 MPa＜[σF]1=162MPa</p><p>　　σF2= 61.8 MPa＜[σF]2=146MPa</p><p>　　綜合上述齒根彎曲強度校核合格</p><p>　　7） 驗證齒輪的圓周速度V</p><p>　　V

58、= …………………………………………………… （式5.9）</p><p>　　V= =1.256m/s</p><p>　　由表可知8級速度是適合的。</p><p>　　六．軸承選擇及實際使用壽命計算</p><p><b>　　1軸承類型的選擇</b></p><p>　

59、　由二軸承受力情況：主要承受徑向力及部分軸向載荷，所以采用深溝球軸承，該軸承主要</p><p>　　受徑向載荷，同時也承受一定的軸向載荷</p><p>　　1） Ⅰ軸（高速級）6309 2） Ⅱ軸（低速級）6308</p><p><b>　　2計算實際壽命</b></p><p>　　1）

60、需要軸承工作壽命LH</p><p>　　LH=10×8×2×365 = 58400 h</p><p>　　2）軸承的預期壽命Lh</p><p>　　Lh = ……………………………………… （式6.1）</p><p>　　P -- 當量動載荷</p><p>　　∵ 輸入

61、徑向拉力 — 311.3N </p><p>　　∴ P1=311.3N （Ⅰ軸當量動載荷）</p><p>　　∵ 輸出徑向拉力 — 1100N </p><p>　　∴ P2=1100N （Ⅱ軸當量動載荷）</p><p>　　Cr – 基本額定動載荷 查表得:</p><p>

62、　　軸承6309 Cr1=17 KN （Ⅰ軸） </p><p>　　軸承6308 Cr2=21 KN （Ⅱ軸）</p><p>　　n – 軸的轉速 根據前面的計算結果有：</p><p>　　n1 = 470 r/m﹒in （Ⅰ軸） n2 = 115 r/min （Ⅱ軸）</p><p>　　ε – 壽命指數

63、 查表得 ε = 3</p><p>　　ft – 溫度系數 查表得 ft = 1</p><p>　　fp – 載荷系數 查表得 fp = 1</p><p>　　則Ⅰ軸（高速軸）軸承預期壽命</p><p>　　Lh 1 = = 5775110 > LH = 58400</p>

64、<p>　　則Ⅱ軸（ 低速軸）軸承預期壽命</p><p>　　Lh 2 = =1008395 > LH = 58400</p><p>　　綜合上述：所選軸承預期壽命遠大于軸承實際需要工作壽命，</p><p>　　所以所選軸承符合設計要求。</p><p><b>　　七．潤滑密封設計</b>&

65、lt;/p><p>　　1軸承和傳動齒輪的潤滑</p><p>　　軸承和傳動齒輪的潤滑一般采用浸油潤滑。浸油潤滑摩擦阻力小并能散熱，適合有一定溫度的工況，油面高度一般不超過最低滾動體中心，以免過大的攪油損耗和熱量，考慮嚙合齒輪油耗，潤滑油面還應略低于低速輪的底面大約三到四個齒高，全部采用齒輪飛濺潤滑。</p><p><b>　　2潤滑油的選用</b&

66、gt;</p><p>　　潤滑油選用耗損油潤滑。潤滑油標準號為：GB443-89；代號L-AN68，在40 時，粘度為61.2-74.8。 </p><p>　　潤滑油粘度選用的原則：溫度高，粘度高；溫度低，粘度低。</p><p><b>　　3密封形式</b></p><p>　　1）箱蓋與箱座凸緣結合面的密封采

67、用在結合面涂密封漆或墊片。</p><p>　　2）觀察孔與油孔處結合面的密封：觀察孔用橡膠或墊片密封。</p><p>　　3）軸承蓋的密封：蓋與殼體用金剛紙或墊片密封；防漏蓋與軸頸間的密封，蓋的內徑大于軸 徑，間隙0.5mm，在蓋的內徑開V型槽，用羊毛氈鑲嵌密封，并注意軸的轉動輕重，避免產生過大的摩擦阻力。</p><p><b>　　八．聯(lián)軸器的設

68、計</b></p><p>　　由于減速輸出軸轉速低且平穩(wěn)，為考慮拆裝方便及經濟，并補充安裝時精度誤差，減小沖擊振 動，所以采用彈性套柱銷聯(lián)軸器。</p><p>　　型號TL9型（GB12458-1990）彈性套柱銷聯(lián)軸器。工程轉矩Tn—1000N﹒M</p><p>　　Tc<Tn 采用Y型軸孔A型鍵，軸徑d=50mm，軸孔長度L=80m<

69、;/p><p><b>　　九．設計心得</b></p><p>　　本次課程設計的內容為單級圓柱直齒齒輪減速機，通過此次的課程設計，讓我對單級圓柱直齒齒輪減速機的結構有了更進一步的了解，同時也鞏固了機械設計基礎課程中的相關知識，學習了解了機械設計的一般流程，鍛煉了我綜合運用了機械設計基礎課程和其他相關的課程并結合生產實踐過程中的有關經驗去分析和解決在機械設計問題的能力。

70、</p><p>　　在整個設計過程中，從電機的選型，傳動裝置的運動和動力參數的計算，帶傳動的設計，齒輪的設計，軸承的設計到潤滑密封設計，聯(lián)軸器的設計及AutoCAD 繪制組裝圖及部分零件圖，讓我所學的一些基礎知識得到進一步的理解及鞏固。在計算過程中，對于一些參數，系數的選取，讓我學習了如何查表和查圖，選取合理的數值。同時也初步掌握了如何在設計過程找一些相關的資料，查閱機械設計手冊等。</p>&l

71、t;p>　　同時我也深深感覺到自己所掌握的知識與實際需要存在很大的差距。單級圓柱直齒齒輪減速機在機械設計領域是一個相對比較簡單的機構，但設計一開始還是讓我無法下手，如過沒有老師的指導，不知從哪里開始計算。在計算過程中，如何選取合理的參數，系數，既要考慮經濟性又要考慮安全性；如何考慮一些邊界條件對參數，系數選值的影響，這方面的經驗還很欠缺。這次的課程設計只是一個起步，需要學習的東西還很多，通過學習和實踐，逐步培養(yǎng)設計習慣和思維，從而

72、提高自己的設計實踐操作能力。 總之，此次的課程設計讓我很有收獲，但要做到理論與實際相結合，今后的路還很長。</p><p><b>　　十．致謝</b></p><p>　　本次課程設計是在**老師的悉心指導下完成的。在整個課程設計過程中，**老師給予了我耐心、細致的指導，他多次詢問設計過程,畫圖進展，精心點撥，幫助我開拓思路。他嚴謹的治學態(tài)度，務實的工作作風，廣博深

73、厚的理論知識，以及平易近人的態(tài)度都深深地感染了我，使我受益非淺。在此對**老師對我的幫助和指導表示由衷的感謝。</p><p><b>　　十一參考文獻</b></p><p>　　楊可楨，程光蘊，李仲生 主編 «機械設計基礎» 第5 版 北京：高等教育出版社 2006.</p><p>　　吳宗澤，羅圣國 主編 «

74、;機械設計課程設計設計手冊» 第3 版 北京：高等教育出版社 2006.</p><p>　　楊培中，呂文波 主編 «工程設計圖學基礎» 第3 版 上海：上海交大出版社 2006.</p><p>　　張定華 主編 «工程力學» 第3 版 北京：高等教育出版社2006.</p><p>　　洪有倫，唐麗君 主編 &