减速箱课程设计---两级斜齿圆柱齿轮减速器.doc

机械零件课程设计说明书 题 目：两级斜齿圆柱齿轮减速器 院 别： 机电学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 实训日期: 2011年12月19日2011年12月30日 目录 1机械设计课程设计任务书22传动方案的分析33电动机选择，传动系统运动和动力参数计算4一、电动机的选择4二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配4三、运动参数和动力参数计算54传动零件的设计计算6一、v带传动设计6二、渐开线斜齿圆柱齿轮设计9（一）高速级斜齿圆柱齿轮设计计算表9（二）低速级斜齿圆柱齿轮设计计算表15（三）斜齿轮设计参数表205轴的设计计算20一、轴的结构设计21二、轴的结构设计26二、校核轴的强度286轴承的选择和校核337键联接的选择和校核35一、轴大齿轮键的选择34二轴大齿轮键的校核358联轴器的选择359减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择35一、传动零件的润滑35二、减速器密封3510减速器箱体设计及附件的选择和说明36一、箱体主要设计尺寸36二、附属零件设计3911设计小结4212参考资料431机械设计课程设计任务书一、题目：链板式运输机由电机驱动。电机转动，经传动装置带动链板式运输机的驱动链轮转动，拖动输送链移动，运送原料或产品。该机也可用于加工线或装配线上运送零件。整机结构要求，电机轴与运输机的驱动链轮主轴平行布置，使用寿命为5年，每日两班制工作，每年工作300天，连续运转，工作时不逆转，载荷平稳。允许输送链速度偏差为5%，工作机效率为0.95。该机按单件生产设计。二、原始数据：学号1-910-1818-2728-3637-45输送链拉力f（n）33004400360040003800输送链速度v（m/s）1.10.80.90.71.0驱动链轮直径d（mm）400350410380370三、设计内容：1 设计传动方案；2 减速器部件装配图一张(0号图幅)；3 绘制轴或齿轮零件图一张；4 编写设计计算说明书一份。2传动方案的分析 机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中采用原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器。二级斜齿圆柱齿轮减速器的传动比一般为8-40，结构简单，应用广泛，展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大的刚度。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，斜齿轮传动的平稳性较直齿好，是现代机器中应用最广泛的机构之一。所以本设计采用的是双级斜齿齿轮传动。3电动机选择，传动系统运动和动力参数计算一、电动机的选择1.确定电动机类型 按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。2.确定电动机的容量（1）工作机卷筒上所需功率pwpw = fv/1000 =4400x0.8/1000=3.52kw(2)电动机所需的输出功率为了计算电动机的所需的输出功率pd，先要确定从电动机到工作机之间的总功率总。设1、2、3、4、5分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为7级）、滚动轴承、v形带传动、工作机的效率，由2表2-2查得1 = 0.99，2 = 0.98，3 = 0.99，4 = 0.95，5 = 0.95，则传动装置的总效率为 总=1223345 = 0.99 x 0.982 x 0.993 x 0.95 x 0.95 =0.8326=4.23kw3.选择电动机转速由2表2-3推荐的传动副传动比合理范围 普通v带传动 i带=24 圆柱齿轮传动 i齿=35则传动装置总传动比的合理范围为 i总=i带i齿1i齿2 i总=（24）（35）（35）=（18100）电动机转速的可选范围为nd=i总nw=（18100）nw=18nw1000nw=786.174367.61根据电动机所需功率和同步转速，查2表16-1，符合这一范围的常用同步加速有1500、1000。选用同步转速为1500r/min选定电动机型号为y132s-4二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配1.传动装置总传动比 i总= nm / nw=1440/43.68=32.98式中nm-电动机满载转速，1440 r/min; nw-工作机的转速，43.68 r/min。2.分配传动装置各级传动比 i总=i带i齿1i齿2 分配原则： （1）i带i齿 （2）i带=24 i齿=35 i齿1=（1.31.4）i齿2 根据2表2-3，v形带的传动比取i带 =2.3 ，则减速器的总传动比为 i = i总 / i带=32.98/2.3=14.34双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为 i齿1 = = = 4.32低速级的传动比 i齿2 = i/i齿1 = 14.34/4.32=3.32三、运动参数和动力参数计算 1.各轴转速计算 1440r/min n= nm / i带 = 1440/2.3=626.09r/min n= n / i齿1 = 629.09/4.32=145.62r/minn= n / i齿2 = 145.62/3.32=43.86r/min2.各轴输入功率 p0= pd=4.23kwp= pd4 =4.23x0.95=4.02kw p= p23 =4.02x0.98x0.99=3.90kwp= p23 =3.90x0.98x0.99=3.78kw3.各轴输入转矩t0 = 9550pd/n0 =9550x4.23/1440=28.05nmt = 9550p/n =9550x4.02/629.09=61.03nm t = 9550p/n = 9550x3.90/145.62=255.77nmt = 9550p/n = 9550x3.78/43.86=823.05nm表1 传动装置各轴运动参数和动力参数表 项目轴号功率转速转矩传动比 0轴4.23144028.052.3 轴4.02629.0961.034.32 轴3.90145.62255.773.32轴3.7843.86823.05 4传动零件的设计计算一、v带传动设计1.设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果(1)确定计算功率pcapca=d查1表8-7pca =1.24.23=5.08kw5.08(2)选择带的型号aa(3)选择小带轮直径95mm查1 表8-6及8-895(4)确定大带轮直径=2.395=218.5mm224(5)验算传动比误差=-2.52%合理(6)验算带速=7.16合理(7)初定中心距=（0.72） （95+224）=223.3638mm 500(8)初算带长 1551.7(9)确定带的基准长度查1表8-21600(10)计算实际中心距离（取整）524(11)安装时所需最小中心距（取整）=524-0.0151600=500mm 500(12)张紧或补偿伸长量所需最大中心距=524+0.0151600=548mm548(13)验算小带轮包角度165.217合理(14) 单根v带的基本额定功率查1表8-4a插值法p0(90)=0.93+(1.07-0.93)(1440-1220)/(1450-1200)=1.064knp0(100)=1.14+(1.32-1.14)(1440-1220)/(1450-1200)=1.313knp0(95)=1.064+(1.313-1.064)(95-90)/(100-90)=1.1885kn 1.189(15) 单根v带额定功率的增量查1表8-4b插值法 0.15+(0.17-0.15)(1440-1200)/(1450-1200)=0.1692kw0.169(16) 长度系数查1表8-20.99(17)包角系数查1表8-5插值法0.96(18)单位带长质量查1表8-30.10 0.10(19)确定v带根数=3.9324(20)计算初拉力查1表8-3得q= 0.10147.155(21)计算带对轴的压力 1166.212.带型选用参数表带型a 952247.16524165.21741166.21 633带轮结构相关尺寸项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果(1)带轮基准宽bd查表8-10=11.0mm11.0(2)带轮槽宽b查表8-10b=mm12.89(3)基准宽处至齿顶距离ha查表8-10mm2.8(4)基准宽处至槽底距离hf查表8-10mm9(5)两v槽间距查表8-10e=150.3mm15(6)槽中至轮端距离查表8-10f=9mm9.5(7)轮槽楔角查表8-10度38(8)轮缘顶径mm229.6(9)槽底直径mm206(10)轮缘底径d1mm212(11)板孔中心直径d0 mm130(12)板孔直径d0mm 36(13)大带轮孔径d由装带轮的轴决定见=25mm25(14)轮毂外径d1mm48(15)轮毂长lmm48(16)辐板厚smm14(17)孔板孔数查表12-1-128个8二、渐开线斜齿圆柱齿轮设计（一）高速级斜齿圆柱齿轮设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查1表10-11传输机为一般工作机器，速度不高，等级选7级级72材料选择小齿轮40cr（调质）硬度为280hbs大齿轮45钢（调质）硬度为240hbshbs小齿轮40cr大齿轮45钢3选择齿数z=23个=23=994选取螺旋角初选螺旋角14度度145按齿面接触强度设计（1）试选kt斜齿轮1.42.0初选为1.61.6（2）区域系数zh由1图2.433（3）a由1图6查得a1=0.78a2= 0.870.78+0.87=1.651.65(4)计算小齿轮传递的转矩t1=61030nmm50140(5)齿宽系数d由1表d = 11(6)材料的弹性影响系数ze由1表ze=189.8mpa1/2189.8(7) 齿轮接触疲劳强度极限由1图600mpa550mpa600550（8）应力循环次数n由1式n1 = 60n1jlh n2 = n1/ i齿1 =n1=n2 = （9）接触疲劳强度寿命系数khn由1图khn1 =0.95 khn2 = 0.97khn1 =0.95 khn2 = 0.97（10）计算接触疲劳强度许用应力h取失效概率为，安全系数为s=1，由1式得h1= = h2= = h= = = 551 .75 h1=570 h2=533.5 h=552（11）试算小齿轮分度圆直径按1式（1021）试算mm47.04（12）计算圆周速度vm/s1.55（13）计算齿宽bb = dd1tb1=55b2=50mmb1=55b2=50（14）模数h=2.25mnt =b/h =度（15）计算纵向重合度= 0.318dz1tan1.824（16）计算载荷系数k由1表10-2查得使用系数根据v=1.44m/s，级精度，由1图查得动载荷系数1.07由1表查得kh=1.12+0.18(1+0.6d2) d2+0.2310-3b =由1图查得kf=1.36假定，由1表查得1.5故载荷系数k=kakvkhkh=（17）按实际的载荷系数校正分度圆直径由1式d1=d1t= 52.93（18）计算模数mm2.236按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数kk=kakvkfkfk= 2.18（2）螺旋角影响系数根据纵向重合度=1.903，从1图10-280.8760.88（3）计算当量齿数zv（4）齿形系数yfa由1表yfa1=2.62+ (25.18-25)(2.60-2.62)/(26-25)=2.616yfa2=2.18+(108.37-100)(2.14-2.18)/(150-100)=2.187（5）应力校正系数ysa由1表ysa1 =ysa2=（6）齿轮的弯曲疲劳强度极限由1图500380500380（7）弯曲疲劳强度寿命系数由1图0.850.880.850.88（8）计算弯曲疲劳许用应力f取弯曲疲劳安全系数s1.3，由式得f1= = f2= = （9）计算大小齿轮的并加以比较=结论：大齿轮数值大（10）齿根弯曲强度设计计算由1式 取=2结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2.0mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=49.54mm来计算应有的齿数。于是由= = 25.68 取26，则z2 = z1i齿1 = 取z2 =1123几何尺寸计算（1）计算中心距a将中心距圆整为142mm142（2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。度13.63（3）计算齿轮的分度圆直径dmm（4）计算齿轮的齿根圆直径dfmm（5）计算齿轮宽度bb = dd1圆整后取：b1 =60b2 = 55mmb1=60b2=55（6）验算= n = 2280n= n/mm = 38n/mm100n/mm合适（二）低速级斜齿圆柱齿轮设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查1表10-11传输机为一般工作机器，速度不高，等级选7级级72材料选择小齿轮40cr（调质）硬度为280hbs大齿轮45钢（调质）硬度为240hbs小齿轮40cr大齿轮45钢3选择齿数z个4选取螺旋角取度145按齿面接触强度设计（1）试选kt初选为1.61.6（2）区域系数zh由1图2.433（3）a由1图6查得a3=0.79a4= 0.85 0.79+0.85=1.641.64(4)计算小齿轮传递的转矩tnmm(5)齿宽系数d由1表1(6)材料的弹性影响系数ze由1表mpa1/2189.8(7) 齿轮接触疲劳强度极限由1图600mpa550mpa600550（8）应力循环次数n由1式n3 = 60n3jlhn4 = n3/ i齿2 =（9）接触疲劳强度寿命系数khn由1图khn3 =0.95 khn4 =0.97khn3 =0.95 khn4 =0.97（10）计算接触疲劳强度许用应力h取失效概率为，安全系数为s=1，由1式得h3= = h4= h= = h3=570h4=533.5h=552（11）试算小齿轮分度圆直径按1式（1021）试算mm75.99（12）计算圆周速度vm/s0.58（13）计算齿宽bb = dd3tb3=85b4=80mmb3=85b4=80（14）模数h = 2.25mnt =b/h =度h =b/h =（15）计算纵向重合度= 0.318dz3tan2.38（16）计算载荷系数k由1表10-2查得使用系数根据v=0.58m/s，级精度，由1图查得动载荷系数1.01由1表查得kh=1.12+0.18(1+0.6d2) d2+0.2310-3b= 由1图查得kf=1.38假定，由1表查得1.5故载荷系数k=kakvkhkh=（17）按实际的载荷系数校正分度圆直径d3由1式d3=d3t=83.98（18）计算模数mm2.726按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数kk=kakvkfkfk=2.09（2）螺旋角影响系数根据纵向重合度=2.38 ，从1图0.880.88（3）计算当量齿数zv（4）齿形系数yfa由1表yfa3=2.52+（32.84-30）（2.45-2.52）/（35-30）=2.48yfa4=2.18+（109.47-100）（2.14-2.18）/（150-100）=2.17（5）应力校正系数ysa由1表ysa3=1.625+（32.84-30）（1.65-1.625）/（35-30）=1.64ysa4=1.79+（109.47-100）（1.83-1.79）/（150-100）=1.798（6）齿轮的弯曲疲劳强度极限由1图500mpa380mpa500380（7）弯曲疲劳强度寿命系数由1图0.920.95（8）计算弯曲疲劳许用应力f取弯曲疲劳安全系数s1.3，由式得f3= = f4= = f3=357.85（9）计算大小齿轮的并加以比较结论：大齿轮的数值大（10）齿根弯曲强度设计计算由1式结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2.5mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d3=83.98mm来计算应有的齿数。于是由= = 32.59 取33 ，则z4 = z3i齿2 = 取z4 = 1103几何尺寸计算（1）计算中心距a将中心距圆整为184mm184（2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。度13.72（3）计算齿轮的分度圆直径dmm（4）计算齿轮的齿根圆直径dfmm（5）计算齿轮宽度bb = dd3圆整后取：b3 = 90 b4 =85mmb3 =90 b4 =85（6）验算= n =6038n=n/mm =71.27n/mm100n/mm 合适（三）斜齿轮设计参数表传动类型模数齿数中心距齿宽螺旋角高速级斜齿圆柱齿轮2.0z1=26z2=112142b1=60b2=55低速级斜齿圆柱齿轮2.5z3=33z4=110184b3=90b4=855轴的设计计算减速器轴的结构草图一、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为40cr(调质)；根据齿轮直径，热处理方法为正火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表15-3， 考虑键：齿轮直径小于100mm，有一键时，轴径增大5%7%，则（19.1123.38）（1+6%）mm=20.2624.783确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果用键与v带轮连接，带有键槽 =25mm25 mm考虑毡圈，取=30mm30因为处装轴承，所以只要即可。选取7类轴承，选取7207ac，故取=35mm35考虑轴承的安装高度=42mm42查表4-1，毂的深度=3.3e=e2所以该轴为齿轮轴=48.51mm48.51考虑轴承安装高度42轴承配对使用令=354选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2，滚动轴承的速度低，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果箱体壁厚查 2表11-1 8地脚螺栓直径及数目n查 2表11-1n=4=20n=4轴承旁联接螺栓直径查 2表11-1查手册3-9得联接螺栓m1616轴承旁联接螺栓扳手空间、查 2表11-1查表11-2，m16的轴承盖联接螺钉直径查 2表11-1查表11-10 7207ac：=87208ac：=87015ac：=10轴承盖厚度查 2表11-10取凸缘式轴承盖 7207ac：=9.67208ac：=9.67015ac：=12小齿轮端面距箱体内壁距离查 2 10轴承内端面至箱体内壁距离查 2采用脂润滑轴承=812mm,取=10mm10轴承支点距轴承宽边端面距离a根据轴承型号7007ac查表得215.计算各轴段长度。名称计算公式单位计算结果=-(23)=48-(23)=4546mm46l-3-b+e=56-10-17+25+9.6=63.6mm 63.63+3+2+2=17+10+3+2+2=34mm34=2-2-3+b+8-(b-b)=100.5mm100.560-(23)=78mm82+3+b+2-=20+17+2-8=3131l（总长）348.5（支点距离）187.5二、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表15-3， 考虑键：最小直径处没有装键，故不考虑键的影响3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果初选角接触球轴承7208ac，查手册 =4040此段不起配合作用，查表1-16得=5245定位轴肩49安装齿轮，令=4545选用轴承7208ac=40404选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2 =40145.62=5.810，查表1-16，=77，考虑键（1+6%）77=81.62，取=82mm82=75754选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2 小于210mmr/min，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a根据轴承型号7015ac查表6-6得32.25.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果=82=-3-b+l+e=56-10-20+25+12=6969b+3+3+2+2=20+10+3+2+2=37mm37=2.5+8+b+2.5+2-2-3=63631.4(-)=9.1取=1010=b-3=85-3=8282=2+2.5+2+3+b+2=4.5+20+20+2=46.546.5l（总长）389.5（支点距离）170.1二、校核轴的强度齿轮的受力分析：齿轮2上的圆周力齿轮2上的径向力齿轮2上的轴向力齿轮3上的圆周力齿轮3上的径向力齿轮3上的轴向力1求支反力、绘弯矩、扭矩图（1）垂直平面支反力（2）垂直平面弯矩图（3）水平平面支反力 （4）水平平面弯矩图（5）合成弯矩图（6）扭矩图2按弯扭合成校核轴的强度（1）确定轴的危险截面 根据轴的结构尺寸和弯矩图可知：危险截面是d截面（2） 按弯矩组合强度校核轴危险截面强度w=查1表15-1得 70 ,因此,故安全。6轴承的选择和校核一、轴承的选择和校核1轴轴承的选择选择轴轴承的一对 7208ac 轴承，校核轴承，轴承使用寿命为5年，每年按300天计算。2根据滚动轴承型号，查出和。3校核轴轴承是否满足工作要求（1）画轴的受力简图。（2）求轴承径向支反力、（a）垂直平面支反力、（b）水平面支反力、（c）合成支反力、（3）求两端面轴承的派生轴向力、（4） 确定轴承的轴向载荷、f=f-f=1474-553=921n轴承1是紧端:轴承2端是松端:（5）计算轴承的当量载荷、查1 表13-5、13-6 ：根据1 表13-5查表或插值计算径向载荷系数和轴向载荷系数，对轴承1： 对轴承2：轴承1危险（6）校核所选轴承由于两支承用相同的轴承，故按当量动载荷较大的轴承2计算，滚子轴承的0.68 ，查1表13-6取冲击载荷系数 1.1 ，查1表13-4取温度系数1.00 ，计算轴承工作寿命：结论： 即设计的轴承满足寿命要求7键联接的选择和校核一、轴大齿轮键1键的选择选用普通圆头平键a型,轴径 45 ,查1表6-1得 键宽键高2键的校核键长度小于轮毂长度，前面算得大齿轮宽度55 ,根据键的长度系列选键长 。查1表16-2得所以所选用的平键强度足够。8联轴器的选择查1表14-1得减速器输出轴相连运输机，转矩变化不大，工作情况系数为k=1.5查2表8-5，选用弹性套柱销联轴器:，即选用lt9联轴器tx49减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择一、传动零件的润滑1齿轮传动润滑因为齿轮圆周速度，故选择浸油润滑。2 滚动轴承的润滑由前面设计可知，所有滚动轴承的线速度（，d为轴承的内径，n为转速）较低，故均是选用脂润滑。二、减速器密封1.轴外伸端密封用凸缘式端盖，毡圈密封2.轴承靠箱体内侧的密封由前面设计可知，所有滚动轴承的线速度（，d为轴承的内径，n为转速）较低，故均是选用脂润滑。3.箱体结合面的密封为保证密封，箱体剖分面连接凸缘应有足够宽度，并要经过精刨或刮研，连接螺栓间距也不应过大（小于150-200mm），以保证跢的压紧力。在结合面涂上密封胶或水玻璃以达到密封效果。或为提高密封性，可在剖分面上制出回油沟，使渗出的油可沿回油沟的斜槽流回箱内。10减速器箱体设计及附件的选择和说明一、箱体主要设计尺寸名称计算依据计算过程计算结果箱座壁厚取=8mm 8箱盖壁厚8箱座凸缘厚度12箱盖凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺栓直径查表11-1,取20地脚螺钉数目a=184260时n=66轴承旁联接螺栓直径取16箱盖与箱座联接螺栓直径 取10联接螺栓的间距查表11-11取160轴承端盖螺钉直径 取8定位销直径 取=88、至外箱壁距离查表11-2、m20、m16、m12、至凸缘边缘距离查2表5-1、m20、m12、轴承旁凸台半径查表11-1=20凸台高度40.15轴承座宽度b=8+20+22+6=5656铸造过渡尺寸查表1-38x=20y=4大齿轮顶圆与内箱壁距离，取=1515齿轮端面与内箱壁距离1015取=1010箱盖、箱昨筋厚、，取=7，取=7=7=7轴承端盖外径=114=122=157轴承旁联接螺栓距离=114=122=157=114=122=157二、附属零件设计1窥视孔和窥视孔盖查2表11-4得，设计的减速器为双级传动，选择的窥视盖尺寸如下，其中盖厚。2.通气塞和通气器查2表11-5得采用通气帽3.油标、油尺查2表7-10得采用有通孔的杆式油标4.油塞、封油垫为了排掉油污，更