机械设计课程设计-带式运输机的展开式二级直齿圆柱齿轮减速器.doc

课程设计书明书 姓 名： 专 业：车辆工程 班 级：2010级2班 学 号： 目录1设计前言.32设计前提.43电动机选择，传动系统运动和动力参数计算.54 v带和v带轮的设计.95 齿轮的设计.126轴的设计.217滚动轴承选择与校核.318润滑和密封形式的选择. 329箱体结构及附件的设计.339参考文献.37机械设计课程设计任务书1设计前言一、课程设计的目的机械设计课程设计是机械设计基础课程最后一个重要的实践性教学环节，课程设计的目的为：1、综合运用机械设计课程及其它先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。2、在课程设计实践中学习和掌握通用机械零部件、机械传动及一般机械设计的基本方法与步骤，培养学生工程设计能力，分析问题、解决问题的能力以及创新能力。3、提高学生在计算、制图、运用设计资料、进行经验估算、考虑技术决策等机械设计方面的基本技能。二、课程设计的内容与题目课程设计的内容包括：电动机的选择；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和连接件的选择及校核计算；箱体结构及附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。在规定的学时数内，要求每个学生在设计中完成以下工作：减速器装配图一张（a1号图纸）；零件工作图2张（a3号图纸，轴一张、齿轮一张）；只对中间轴进行校核计算；设计说明书1份，50006000字。2设计前提一、设计题目用于带式运输机的展开式二级直齿圆柱齿轮减速器二、工作条件连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限10年，小批量生产，两班制工作，运输带工作速度允许误差为5%。三、原始数据：（题号f9）班级序号12131415161718192021题号f1f2f3f4f5f6f7f8f9f10运输带工作拉力f/n1500160017001800190020002110210021201850运输带工作速度v (m/s)1.101.151.201.251.301.351.201.301.401.35卷筒直径d(mm)220230240250260250240235250245四、传动方案 设计方案简图五、传动方案说明一个好的传动方案，除了首先满足机器的功能要求外，还应当工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、成本低廉以及维护方便。要完全满足这些要求是很困难的。在拟订传动方案和对多种传动方案进行比较时，应根据机器的具体情况综合考虑，选择能保证主要要求的较合理的传动方案。展开式二级圆柱齿轮传动工作可靠、传动效率高、维护方便、环境适应行好，但也有一缺点，就是宽度较大。其中选用直齿圆柱齿轮，因为直齿圆柱齿轮兼有传动平稳和成本低的特点，同时选用展开式可以有效地减小横向尺寸。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.确定电动机类型和结构型式 按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380v。2.确定电动机的容量电动机工作机所需功率带传动效率为；轴承效率为；齿轮传动效率为；联轴器效率为；卷筒效率为。总传动效率为所以3.确定电动机的转速卷筒的工作转速为取v带传动比,二级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围。电动机转速的可选范围4.选择电动机根据容量和转速，由机械设计车程设计手册表12-1查出应选电动机型号为y112m-2.电动机型号额定功率满载转速额定转矩质量y112m-24 28902.3452、 确定传动装置的总传动比和分配传动比1.总传动比 2.分配传动装置传动比 为使v带传动外廓尺寸不致过大，初步区； 则减速器传动比为 2.分配减速器的各级传动比 按展开式布置，考虑润滑条件，为使二级大齿轮直径相近，可有机械设计课程设计指导书图12展开式曲线查的，则。 三、计算传动装置的运动和运动参数1.各轴转速 2.各轴输入功率 各轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.983.电机输出转矩4.各轴的转矩 各轴的输出转矩则分别为输入转矩乘轴承效率0.98。由以上数据得各轴运动及动力参数表：轴名输入功率输出功率输入转矩输出转矩转速电机轴3.812.5628901轴3.653.5833.7633.081032.142轴3.473.40115.53113.22 286.713轴3.30 3.23294.33288.44106.98卷筒轴3.203.14285.56279.85106.984 v带和v带轮的设计1、 v带设计1. v带的基本参数1.1确定计算功率已知：；由机械设计表8-7得工况系数：；则： 1.2选取v带型号依据计算功率和小带轮的转速由机械设计图8-11可选用z型v带1.3确定大、小带轮的基准直径（1）初选小带轮的基准直径（2）计算大带轮基准直径 1.4验算带速由于12.10m/s属于5到25m/s范围所以带的速度合适。1.5确定中心距，选择v带的基准长度（1）中心距初选中心距取中心距 。 （2）基准长度带的基准长度根据由机械设计表8-2选得（3）实际中心距中心距变动范围1.6验算小带轮上的包角由小带轮上的包角合适。1.7计算v带的根数z（1）由， 查机械设计表8-4a得（2），查机械设计表8-4b得：（3）由 查机械设计表8-5得，包角修正系数（4）由，与v带型号z型查表得：综上数据，得取 合适。1.8计算预紧力（初拉力）根据带型z型查机械设计表8-3得： 对于新安装的v带，初拉力应为,对于运转后的v带，初拉力应为1.9计算作用在轴上的压轴力其中为小带轮的包角。2、v带轮的设计2.1带轮的材料带轮常用材料为铸铁ht150或ht200。2.2 v带轮的结构类型由于小带轮基准直径为80mm,大带轮基准直径为224mm，符合孔板式带轮2.3 v带轮的轮槽v带轮的轮槽与所选择的v带型号相对应，由机械设计表8-10得5 齿轮的设计一、 高速啮合齿轮的设计1.材料，精度等级及齿数选择 运输机为一般工作机器，速度不高，故精度等级选用7级精度(gb 10095-88) 选择小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hbs，大齿轮材料为 45钢（调质），硬度为240hbs，二者材料硬度差为40hbs。 选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取，压力角为标准压力角。2、按齿面接触强度设计由参考资料公式进行试算，即2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数。（2）计算小齿轮传递的转矩。m（3）由参考资料选取齿宽系数。（4）由参考资料查得材料的弹性影响系数。（5）由参考资料按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。（6）计算应力循环次数。（7）由参考资料取接触疲劳寿命系数；。（8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，安全系数，则 2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。（2）计算圆周速度。（3）计算齿宽。（4）计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 （5）计算载荷系数。根据，7级精度，由参考资料查得动载系数；直齿轮:；由参考资料查得使用系数；故载荷系数(6)校正分度圆直径。（7）计算模数。3、按齿根弯曲强度设计由参考资料得弯曲强度的设计公式为3.1确定公式内的各值（1）由参考资料查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；弯曲疲劳寿命系数, 。（2）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，则 (3)计算载荷系数。（4）查取齿形系数。由参考资料查得 ；。（5）查取应力校正系数。由参考资料查得 ；。（6）计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。3.2设计计算对比计算结果，选择模数，则小齿轮齿数大齿轮齿数 4、几何尺寸计算4.1计算分度圆直径 4.2计算中心距4.3计算齿轮宽度取；.二 低速级齿轮的设计 运输机为一般工作机器，速度不高，故精度等级选用7级精度(gb 10095-88) 选择小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hbs，大齿轮材料为 45钢（调质），硬度为240hbs，二者材料硬度差为40hbs。 选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取，压力角为标准压力角。1、材料，精度等级及齿数选择2、按齿面接触强度设计由参考资料公式进行试算，即2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数。（2）计算小齿轮传递的转矩。（3）由参考资料选取齿宽系数。（4）由参考资料查得材料的弹性影响系数。（5）由参考资料按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极。（6）计算应力循环次数。（7）由参考资料取接触疲劳寿命系数；。（8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，安全系数，则 2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。（2）计算圆周速度。（3）计算齿宽。（4）计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 （5）计算载荷系数。根据，7级精度，由参考资料查得动载系数；直齿轮:；由参考资料查得使用系数；故载荷系数(6)校正分度圆直径。（7）计算模数。3、按齿根弯曲强度设计由参考资料得弯曲强度的设计公式为3.1确定公式内的各值（1）由参考资料查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；弯曲疲劳寿命系数, 。（2）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，则 (3)计算载荷系数。（4）查取齿形系数。由参考资料查得 ；。（5）查取应力校正系数。由参考资料查得 ；。（6）计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。3.2设计计算对比计算结果，选择模数，则小齿轮齿数大齿轮齿数 4、几何尺寸计算4.1计算分度圆直径4.2计算中心距4.3计算齿轮宽度取；. 6轴的设计一、 输入轴设计1、初步确定轴的最小直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理。硬度为217-255hbs查表取a0=112。根据公式计算轴的最小直径，并加大3%以考虑键槽的影响。2、轴的结构设计2.1确定轴的结构方案该轴（输入轴）的轴承分别从两端装轴段1主要用于安装联轴器，其直径应于联轴器的孔径相配合，因此要先选择联轴器。联轴器的计算转矩为，考虑到转矩变化很小，根据工作情况选取，则：。 按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，选用gys2,轴孔长度为y型弹性柱销联轴器，其公称转矩。半联轴器的孔径 ，故取。半联轴器长度。2.2轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1. 轴向定位要求1轴段右端要求制出一轴肩,故取2段的直径左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故的长度应该比略短一点，现取。2. 初步选择滚动轴承。参照工作要求并根据，初选型号6007轴承，其尺寸为，所以，而。 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册查表得 3.取安装齿轮处的轴段4的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮的齿宽为，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应该略短于齿宽，所以取，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴颈处的直径。轴环宽度，取。4.轴承端盖的总高度为，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离，所以取。5.取齿轮距箱体内壁之距离，齿轮与圆柱齿轮间的距离。考虑到箱体的铸造误差，在确定轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取，已知滚动轴承宽度，齿轮的齿宽为50mm，取二、中间轴的设计1.初步确定轴的直径 选取轴的材料为45号钢，调质处理。查表得 所以最小直径，并加大3%以考虑键槽的影响。即滚动轴承的最小孔径为25.71查手册选取6006型号轴承，其ddb=的轴承2.轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度3.各轴段直径的确定初估轴径后,可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径.和输入轴确定方法相同=30mm,=35mm,=40mm,=35mm,=30mm。各段轴的长度确定=16mm，=65mm, =5mm，=43mm，=42mm。三、输出轴的设计1.初步确定轴的直径 选取轴的材料为45号钢，调质处理。查表得 所以最小直径，并加大3%以考虑键槽的影响。轴段1主要用于安装联轴器，其直径应于联轴器的孔径相配合，因此要先选择联轴器。联轴器的计算转矩为，考虑到转矩变化很小，根据工作情况选取，则：。 按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，选用lt7,轴孔长度为y型弹性柱销联轴器，其公称转矩。半联轴器的孔径 。半联轴器长度。即滚动轴承的最小孔径为35.13查手册选取6008型号轴承，其ddb=的轴承.2.轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度3. 各轴段直径的确定初估轴径后,可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径.=40mm,=44mm,=50mm,=55mm,=63mm,=55mm，=50各段轴的长度确定=84mm，=40mm, =18mm，=60mm，=6mm，=72，=15。四、中间轴轴的校核计算1.空间受力分析如图齿轮2是高速级齿轮的从动齿轮齿轮3是低速级齿轮的主动齿轮校核该轴：l1=50mm l2=58mm l3=63mm.作用在2、3齿轮上的圆周力：径向力：求垂直面的支反力：计算垂直弯矩：求水平面的支反力： 计算水平面弯矩：求合成弯矩，按最不利情况考虑：求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m，n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数） 水平面弯矩图，垂直面弯矩图，合成弯矩图如图。轴的应力计算与校核： n-n截面:m-m截面:由于，所以该轴是安全的。2.精确校核轴的疲劳强度2.1判断危险截面由弯矩和扭矩图可以看出齿轮中点处的应力最大，从应力集中对轴的影响来看，齿轮两端处过盈配合引起的应力集中最为严重，且影响程度相当。但是左截面不受扭矩作用故不用校核。中点处虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径比较大，故也不要校核。其他截面显然不要校核，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核齿轮右端处的截面。2.2截面右侧校核抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧弯矩 截面上的扭矩=82260n.mm 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经查值后查得 由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为 故有效应力集中系数为 由机械设计（第八版）附图3-2的尺寸系数， 扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢的特性系数为 计算安全系数值 故可知安全。7滚动轴承选择与校核一、滚动轴承的选择 由于轮齿为直齿，承受径向载荷，选用深沟球轴承。 三轴所用轴承型号及尺寸列表如下：轴号轴承型号ddb轴6007356414轴6008406815轴6011559018二、轴承所受的径向支反力 四、求当量动载荷和由于fa=0 查表得 x1=1，y1=0，取载荷系数查表得 x2=1，y2=0，取载荷系数五、轴承寿命 由式 计算轴承寿命，取 查表6008深沟球轴承的基本额定动载荷 满足寿命要求。8润滑和密封形式的选择一、传动零件的润滑1齿轮传动润滑因为齿轮圆周速度，并且传动装置属于轻型的，且传速较低，所以采用油润滑，箱体内选用sh0357-92中的50号油润滑，装至规定高度。圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离30-60mm。2滚动轴承的润滑轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的，采用稠度较小润滑脂。二、减速器密封为防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。1.轴外伸端密封毛毡圈油封。2.轴承靠箱体内侧的密封挡油环3.箱体结合面的密封箱体结合面的密封性要求是指在箱体剖分面、各接触面及密封处均不允许出现漏油和渗油现象，剖分面上不允许加入任何垫片或填料。为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度应为6.3,密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，不大于。9箱体结构及附件的设计一、箱体设计减速器的箱体材料选择铸铁ht200，箱体采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量。箱体是加速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱。机体结构尺寸，主要根据地脚螺栓的尺寸，再通过地板固定，而地脚螺尺寸又要根据两齿轮的中心距a来确定。减速器的具体结构尺寸如下表：代号名称设计计算结果箱座壁厚箱盖壁厚箱座凸缘厚度箱盖凸缘厚度箱座底凸缘厚度地脚螺钉直径=轴承旁连接螺栓直径盖与座连