圆柱锥齿轮二级减速器5-b机械设计说明说西工大.docx

机械设计课程设计计算说明书设计题目：设计一链板式输送机传动装置（5b）班 级：05010902 设 计 者：*学 号：2009301223指导教师：袁茹，王三民，李建华完成时间：2012年7月11日机械设计课程设计计算说明书目录一、传动简图的拟定. 3二、电动机的选择. 3三、传动比的分配. 5四、传动零件的设计计算. 7五、轴的设计及校核计算. .18六、轴承的选择和计算.33七、键连接的校核计算.36八、减速箱的设计. 38九、减速器的润滑及密封选择. 39十、减速器的附件选择及说明. 40十一、设计小结.43十二、参考文献.44 计算过程及计算说明一、 传动简图的拟定设计一链板式输送机传动装置工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期10年（每年300个工作日），小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速允许误差为5%。链板式输送机的传动效率为0.95。（5b）原始数据：输送链的牵引力；输送链的速度；输送链链轮节圆直径。二、 电动机类型和结构型式的选择1、电动机类型的选择：根据用途选择y系列一般用途的全封闭自冷式三相异步电动机。2、功率的确定：工作机所需功率：因为；，把数据带入式子中，所以传动装置的总效率：联轴器效率=0.99，滚动球轴承效率=0.99，锥齿轮效率=0.97，圆柱齿轮效率（8级精度）=0.97，滚子链效率=0.96。所需电动机的功率：电动机额定功率：按选取电动机型号。故选的电动机3、电动机转速的确定：计算工作机轴工作转速： 按表3-2(p14)推荐的传动比范围，取锥齿轮、圆柱齿轮和链传动的一级减速器传动比范围分别为23、35和25，则总传动比范围为i=1275。故电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有750、1000和1500r/min。4、电动机型号的确定由上可见，电动机同步转速可选750、1000和1500r/min，额定功率为4kw。因为1000r/min的电动机最常用，因此查表17-7(p178)选择电动机型号为y132m1-6。电动机的主要参数见下表型号额定功率/kw满载转速(r/min)y132m1-649602.02.0三、传动比的分配计算总传动比及分配各级的传动比1、 总传动比：2、 分配各级传动比:设减速器的传动比为，高速级锥齿轮传动比为，低速级圆柱齿轮传动比为，链传动传动比为。按表3-2(p14)推荐的传动比范围，取锥齿轮、圆柱齿轮和链传动的一级减速器传动比范围分别为23、35和25。经验公式。为使大锥齿轮不至于过大，。故，取=4，则有锥齿轮啮合的传动比：，故。圆柱齿轮啮合的传动比：i2=/ i1=4.0111，。链传动的传动比：=4.011。3、 各轴的转速n（r/min） 电机轴的转速: 高速轴的转速： 中速轴的转速： 低速轴的转速：工作轴的转速：4、 各轴的输入功率p（kw）电机轴的输入功率:高速轴的输入功率:中速轴的输入功率:低速轴的输入功率:工作轴的转速：5、 各轴的输入扭矩t（nm）电机轴的输入功率:高速轴的输入转矩:中速轴的输入转矩:低速轴的输入转矩:工作轴的输入转矩:、依次为电动机轴，高速轴，低速轴，链轮轴和工作机轴的输入转矩。参数 轴名电动机轴轴轴轴工作机轴功率p/kw43.963.80283.68953.5065转矩t/nm39.791739.494.573671399转速r/min9609603849623.934传动比12.544.011效率0.990.96030.97020.95046、 验证带速误差为，合适四、 传动零件的设计计算1.圆锥齿轮的设计计算已知输入功率，齿数比为2.5，小齿轮的转速为960r/min，由电动机驱动，使用期为10年（每年工作300天），两班制，输送机连续单向运转，工作时有轻微震动，空载启动。（1）选定齿轮类型、精度等级，材料及齿数1）选用闭式直齿圆锥齿轮传动，按齿形制齿形角，顶隙系数，齿顶高系数，螺旋角，轴夹角，不变位，齿高用等顶隙收缩齿。2）该减速器为通用减速器，速度不高故选用7级精度。3）因传递功率不大转速不高，由表10-1选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为250hbs，大齿轮为45钢（调质），硬度为220hbs，二者材料硬度差为30hbs4）选小齿轮齿数，大齿轮，取（2）按齿面接触疲劳强度进行设计计算由设计公式进行计算，即1）小齿轮转矩2）试取载荷系数3）选取齿宽系数4）由表10-6查得材料弹性影响系数5）由图10-21d按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限6）计算应力循环次数7）由图10-19查得接触疲劳寿命系数 8）计算接触疲劳许用应力9）试算小齿轮分度圆直径代入中的较小值得10）计算圆周速度v11）计算载荷系数齿轮工作时有轻微振动，查表10-2得由图10-8查得动载系数由表10-3查得齿间载荷分配系数由大齿轮两端支承，小齿轮悬臂布置，查表10-9得轴承系数由则接触强度载荷系数12）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径取标准值13）计算齿轮的相关参数14）确定并圆整齿宽圆整取， (3)校核齿根弯曲疲劳强度1）确定弯曲强度载荷系数2）计算当量齿数3）查表10-5得,，4）计算弯曲疲劳许用应力由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.82，=0.85取安全系数由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 按脉动循环变应力确定许用弯曲应力5）校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式 满足齿根弯曲强度要求，所选参数合适。2.斜齿圆柱齿轮的设计计算已知输入功率，齿数比为4，小齿轮的转速为384r/min，由电动机驱动，使用期为10年（每年工作300天），两班制，输送机连续单向运转，工作时有轻微震动，空载启动。（1）选定齿轮类型、精度等级，材料及齿数1）选用闭式斜齿圆柱齿轮传动。2）该减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度。3）因传递功率不大转速不高，由表10-1选择小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hbs，大齿轮为45钢（调质），硬度为240hbs，二者材料硬度差为40hbs。4）选小齿轮齿数，大齿轮5）选取螺旋角。初选螺旋角（2）按齿面接触疲劳强度进行设计计算由设计公式进行计算，即1）小齿轮转矩2）试取载荷系数3）由图10-30选取区域系数4) 由表10-6查得材料弹性影响系数5）由表10-7选取齿宽系数6）由图10-26查得，则7) 由图10-21d按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限8）计算应力循环次数9）由图10-19查得接触疲劳寿命系数 10）计算接触疲劳许用应力则11）试算小齿轮分度圆直径12）计算圆周速度v13）计算齿宽及模数14）计算纵向重合度 15）计算载荷系数齿轮工作时有轻微振动，查表10-2得由图10-8查得动载系数由表10-3查得齿间载荷分配系数由表10-9得轴承系数则接触强度载荷系数16）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径（3）按齿根弯曲疲劳强度设计1）确定弯曲强度载荷系数2）根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数3）计算当量齿数4）查表10-5得,，5）计算弯曲疲劳许用应力由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.89，=0.9取安全系数由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 按脉动循环变应力确定许用弯曲应力6）计算大小齿轮的并加以比较小齿轮的数值大7）模数对比计算结果，取，已满足齿根弯曲疲劳强度。但是为了同时满足齿面接触疲劳强度，需按接触强度算得的分度圆直径，来计算应有的齿数故取，则8）计算中心距将中心距圆整为9）按圆整后的中心距修正螺旋角10）计算大、小齿轮的分度圆直径11）计算齿轮宽度取；12）计算齿顶高、齿根高、齿全高、顶隙： 13）计算齿顶圆直径、齿根圆直径： 14）齿轮旋向：小圆柱斜齿轮左旋，大圆柱斜齿轮右旋。（4）大齿轮结构设计因为齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。有关尺寸按图10-39推荐用的结构尺寸设计。，故，具体参照大齿轮零件图。3.链传动的设计计算已知输入功率，传动比为4.011，小链轮的转速为96r/min，由电动机驱动，使用期为10年（每年工作300天），两班制，输送机连续单向运转，工作时有轻微震动，空载启动。1）选择链轮齿数取小链轮齿数大链轮的齿数2）确定计算功率查表9-6得，查图9-13得，双排链，则3）选择链条型号和节距根据和主动链轮转速，由图9-11得链条型号为16a，由表9-1查得节距。4）计算链节数和中心距初选中心距取中心距为1000mm，相应的链长节数为故取链长节数由，查表9-7得，则链传动的最大中心距为5）计算链速v，确定润滑方式又因为链号16a，查图9-14得润滑方式为：滴油润滑6）计算压轴力有效圆周力：链轮水平布置时的压轴力系数则7）计算链轮主要几何尺寸8）链轮材料的选择与处理根据系统的工作情况来看，链轮的工作状况采取两班制，工作时有轻微振动。每年300个工作日，齿数不多，根据表9-5得链轮材料选用40号钢，淬火 、回火，处理后的硬度为4050hrc。9）大链轮结构设计：大链轮齿顶圆直径： 小链轮结构设计：小链轮齿顶圆直径： 齿全宽： 轮毂宽度：五、轴的设计及校核计算输入轴的设计计算1已知：,2选择材料并按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度217255hbs， ，根据课本p235（10-2）式，并查表10-2，取。考虑到最小直径处要连接联轴器要有键槽，将直径增大5%，则d=18.44(1+5%)mm=21.2mm3.初步选择联轴器要使轴径d12与联轴器轴孔相适应故选择连轴器型号，查课本p297,查， 。查机械设计课程设计p298，取lt4弹性套柱销联轴器，其额定转矩63nm，半联轴器的孔径,故取，轴孔长度l=52mm，联轴器的轴配长度l1 =38mm。4.轴的结构设计（1）拟定轴的装配方案如下图：（2）轴上零件的定位的各段长度，直径，及定位为了定位半联轴器，1-2轴右端有一轴肩，取d2-3=30mm选滚动轴承：因轴承同时承受有径向力和轴向力且受力不大，故选用系列角接触球轴承。参考d2-3=30mm。查机械设计课程设计p153，表15-3 。选取标准精度约为03，尺寸系列7307ac。尺寸：故d3-4= d5-6=35mm，而l3-4=21mm 。此两对轴承均系采用轴肩定位，查表15-3，7307ac轴承轴肩定位高度h=9mm因此取d4-5=56mm。取安装齿轮处的直径d6-7=30mm，使套筒可靠的压在轴承上，故l560.07d,取h=2.5mm,则此处轴环的直径d34=40mm.已知圆锥直齿轮的齿宽为b1=65mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮端面，此处轴长l45lh，取 =62mm。以箱体大圆锥齿轮中心线为对称轴，取， ，。(3) 轴上零件的周向定位：大锥齿轮与轴、小圆柱斜齿轮与轴采用平键连接，即过盈配合。由设计手册，并考虑便于加工，取大锥齿轮与轴、小圆柱斜齿轮与轴处的键剖面尺寸，齿轮键长l=b-（510）=56mm。配合均用h7/k6，滚动轴承采用轴肩及套筒定位。轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴尺寸公差为k6。(4) 轴圆角：245度 4. 轴强度的计算及校核（1） 小斜齿轮受力：小斜齿轮分度圆直径：已知，则圆周力：径向力：轴向力：（2） 锥齿轮受力： 由于大锥齿轮受力与校核轴1时小锥齿轮的受力互为作用力与反作用力，则圆周力：径向力：轴向力：（3） 绘制轴受力简图（如下图）（4） 轴承支反力：水平面上的支反力：解得：,垂直面上的支反力：解得：，（5） 求弯矩，绘制弯矩图（如下图）（6）合成弯矩：（7）求扭矩：（8）判断危险截面并验算强度 剖面c弯矩最大，而直径相对较小，故剖面c为危险截面。因为轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力：前面已选轴的材料为钢，调质。查表得：=60mpa因为，所以其强度足够。输出轴设计（轴） 已知：输出轴功率为，转速为,转矩为,大圆柱齿轮的分度圆直径为，齿轮宽度。 1.选择轴的材料 选取轴的材料为45钢（调质），。 2. 按扭矩初算联轴器处的最小直径 先据表12-2，按45钢（调质）取，则：，考虑到输出轴与链轮相连有一个键槽，与圆柱斜齿轮相连有一个键槽，轴径应当增大。，将直径增大5%，则d=38.8(1+5%)mm=40mm，取轴端最细处直径为。 3. 轴的结构设计 （1）拟定轴的装配方案如下图：（2）轴上零件的定位的各段长度，直径，及定位按零件的安装顺序，从最小轴径处开始设计： 轮轮毂与轴段：该轴段安装链轮轮毂，此轴段设计与链轮轮毂同步设计。该处轴径取，链轮轮毂宽度为60mm，轴的长度略小于轮毂孔的宽度，取。 封圈与轴段： 在确定轴段的轴径时，应当考虑链轮的轴向定位以及密封圈的尺寸。链轮用轴肩定位，轴肩高度。轴段的轴径为，最终由密封圈确定，该处轴的圆周速度小于，可选用毡圈密封，查表16-9选毡圈,则。轴承端盖外缘到链轮距离为，取。（） 轴承与轴段及轴段的设计： 轴段及轴段上安装轴承，其轴径应满足轴承内径系列。有径向力存在，采用角接触球轴承，由轴段到轴段需要有安装轴肩，轴肩高度为，取，则轴段及轴段的轴径为，查表15-1选取角接触球轴承。轴承内径为，轴承外径为,宽度为。轴承采用脂润滑，故需要甩油环，甩油环宽度定为,则轴段的长度为。根据轴承外径确定轴承端盖：查图6-27，选取铸铁制造的透盖，另一端选用铸铁制造的闷盖。主要尺寸：,。轴承螺钉选用m8，用六个螺钉固定。因为轴承均为配对使用，故轴段轴径，轴承端盖用闷盖，尺寸与上同；长度。轴段的长度。轴上的周向定位大圆柱斜齿轮与轴用键连接查机械设计课程设计取，l=b-(510)=56mm 。同时保证齿轮与轴有良好对中性，选择齿轮轮毂与轴合为h7/m6,滚动轴承宇宙的轴向定位有过渡配合来保证，轴尺寸公差为m6。链轮与轴用键连接查机械设计课程设计取，l=b-(510)=56mm 。同时保证齿轮与轴有良好对中性，选择齿轮轮毂与轴合为h7/m6,滚动轴承宇宙的轴向定位有过渡配合来保证，轴尺寸公差为m6。确定轴的倒角尺寸：2。4.轴的强度校核（1） 弯扭校核1） 大斜齿轮上的作用力的大小由于大斜齿轮受力与校核轴2时小斜齿轮的受力互为作用力与反作用力，则圆周力：径向力：轴向力：2） 链轮对轴的作用力链轮对轴只作用一个水平的压轴力，则压轴力：3） 绘制轴受力简图（如下图）4） 轴承支反力：水平面上的支反力：解得：,垂直面上的支反力：解得：，5） 求弯矩，绘制弯矩图（如下图）6） 合成弯矩：7） 求扭矩：8） 判断危险截面并验算强度剖面b弯矩最大，而直径相对较小，故剖面b为危险截面。因为轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力：前面已选轴的材料为钢，调质。查表得：=60mpa因为，所以其强度足够。（2） 疲劳强度校核1） 判断危险截面因为截面i处相对弯矩较大，而且轴肩处倒角也会增加其应力集中，所以截面i为危险截面。2） 截面i右侧抗弯截面系数：抗扭截面系数：截面i右侧的弯矩：截面i上的扭矩：截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力：轴的材料为钢，调质处理。查表可知：。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，查表可知：轴材料的敏性系数故有效应力集中系数为：查表可知：尺寸系数，扭转尺寸系数轴按磨削加工，查表可知：表面质量系数轴未经表面强化处理，即综合系数：碳钢的特性系数：，取，取于是，计算安全系数：故可知其安全。 六、轴承的选择与计算1.输入轴的轴承：7307ac角接触球轴承两个轴承分别受到的总的径向力为：查表可知：轴承内部轴向力：计算当量动载荷：，故：，故：查表可知：轴承1：轴承2：校核寿命：因，故仅需要校核轴承2。查表可知：。则故轴承寿命足够。2.中间轴轴承7306ac角接触球轴承两个轴承分别受到的总的径向力为：查表可知：轴承内部轴向力：计算当量动载荷：，故：，故：查表可知：轴承1：轴承2：校核寿命：因，故仅需要校核轴承2。查表可知：。则故轴承寿命足够。3.输出轴轴承7310ac角接触球轴承两个轴承分别受到的总的径向力为：查表可知：轴承内部轴向力：计算当量动载荷：，故：，故： 查表可知：轴承1：轴承2：校核寿命：因，故仅需要校核轴承1。查表可知：。则故轴承寿命足够。七、键的计算校核1.输入轴上的键联轴器处：轴径，满足强度要求。小锥齿轮处：轴径，满足强度要求。2.中间轴的键的校核计算：大锥齿轮处：轴径，满足强度要求。小斜齿轮处：轴径，满足强度要求。3.输出轴键的校核：链轮处：轴径，满足强度要求。大圆柱斜齿轮处键的校核：轴径，满足强度要求。八、减速箱的设计箱体采用水平刨分式，刨分面与轴线平面重合，将箱体分为箱盖和箱座两部分。材料选为ht150。箱体设计主要是在满足强度，钢度的前提下，同时考虑结构紧凑，制造方便，重量轻及使用等方面要求进行设计。名称代号尺寸/mm高速级锥距117低速级中心距150箱座壁厚8箱盖壁厚8地脚螺栓直径12mm，m12地脚螺栓数目6地脚螺栓通孔直径13地脚螺栓沉头孔直径26箱座凸缘厚度12箱盖凸缘厚度12箱座底凸缘50箱座底凸缘厚度20轴承旁连接螺栓直径9mm，m10箱座与箱盖连接螺栓直径7.2mm，m8连接螺栓的间距150200轴承盖螺钉直径m8视孔盖螺钉直径m6定位销直径6mm轴承旁凸台半径14凸台高度结构确定外箱壁至轴承座端面距离42大齿轮齿顶圆与内箱壁的距离8齿轮端面与内箱壁的距离8箱盖肋板厚度7箱座肋板厚度7轴承盖外径由轴承确定轴承旁连接螺栓距离 九、减速器的润滑及密封选择1、 传动零件的润滑因为减速器的齿轮圆周速度，所以选用浸油润滑。油面高度 。2、 滚动轴承的润滑因为浸油齿轮的圆周速度，所以滚动轴承均采用脂润滑。3、 轴承的密封因为轴承采用的是脂润滑且接触面速度，所以采用毡圈密封。十、减速器的附件选择及说明1、 视孔和视孔盖确定检查孔尺寸为 ，螺钉数4 ， ， 2、 通气器的选用选择简易式通气器3、 油标的选用选用圆形油标，尺寸为：4、 油塞的选用六角螺塞及封油圈尺寸：5、 吊钩吊耳的选用吊钩尺寸为：吊耳尺寸为:6、 定位销尺寸确定定位销直径可取（为凸缘上螺栓的直径）长度应大于分箱面凸缘的总厚度。7、 起盖螺钉的确定为便于开启箱盖，在箱盖侧边的凸缘上装一个启盖螺钉。取的螺钉，材料为。 十一、设计总结理论知识是在生产实践过程中总结出的一般规律，而学习理论知识的最终目的，则是更好地指导生产实践。基于这样的中心思想在本次的课程设计中，我组的组员们在大学期间的首次有机会将课本上学习的知识，结合机械设计题目的要求，完整地体现出来，是学校、学院与老师提供给我们的一次非常宝贵的经历，使我们从事职业工作前一个必不可少的过程。通过三周的机械设计课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。 由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现问题，如：在选择计算标准间是可能会出现误差，如果是联系紧密或者