大学毕业设计-二级减压器课程设计.doc

目 录一、 设计题目-1二、 传动方案的分析和拟定-1三、 电动机的选择-2四、 总传动比的计算和各级传动比的分配-4五、 传动装置运动及动力参数计算-3六、 传动零件的设计计算-5七、 轴的计算设计及联轴器、键连接的选择-13八、 滚动轴承的选择和计算-27九、 键连接的校核计算-30十、 润滑和密封选择-31十一、参考资料-32十二、减速器相关图-33一 设计题目设计带式输送机传动装置：一、已知条件1）运输带工作拉力：40002）运输带工作速度：V0.7m/s3）卷筒直径：400mm4）工作条件：两班制，连续单向运转，载荷平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35C；5）使用折旧期：9年；6）检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；7）动力来源：电力，三相交流，电压380/2208）运输带速度允许误差：5；9）制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。二、设计内容1、减速器装配图1张2、零件工作图3张3、设计说明书1份二 传动方案的拟定带式输送机传动装置传动方案 二级展开式圆柱齿轮传动图带式输送机由电动机驱动。电动机1 通过联轴器 2将动力传入减速器3，再经联轴器4 将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6 工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对于轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级为斜齿圆柱齿轮传动，低速级为直齿圆柱齿轮传动。三 电动机的选择(1) 工作机所需功率： 式中，F为工作机的阻力，为工作的线速度，为工作机的效率。(2) 计算总效率从设计手册表，查得0.99， 0.99，0.99，0.96，由设计要求可知，需要3对轴承，2对联轴器，2对齿轮传动，所以电动机至工作机之间传动的总效率为0.990.990.990.960.8764(3) 电动机所需功率：4、工作机的转速：5、电动机的转速范围：由于设计的是二级展开式圆柱齿轮减速器，按照工作机转速要求和传动机构的合理传动比范围，可以推算电动机的转速的可选范围=3533.44=300.96836r/min式中，为电动机转速的可选范围，为圆柱齿轮传动比范围。(6) 电动机型号的选择输送机滚筒的转速r/min电动机转速的可选范围(r/min)上式中，为圆柱齿轮传动比范围，为电动机转速的可选范围。故，电动机的同步转速应选取r/min根据工作条件：每日两班制工作，传动不可逆，有轻微冲击,电动机所需功率kw，电动机同步转速r/min,应选用Y系列三项异步电动机，型号为Y132S-8，其主要性能数据如下：电动机额定功率kw电动机满载转速r/min电动机满载电流A四 计算总传动比及分配各级传动比传动装置的总传动比二级传动中，总传动比应为，为使各传动件尺寸协调，结构匀称合理，避免干涉碰撞，两级的大齿轮直径尽量相近，以利于浸油润滑，同时传动装置结构尺寸较小，重量较轻，对于展于式二级圆柱齿轮减速器，选用推荐值，考虑到各级传动机构的传动比应尽量在推荐范围内选取，所以 4.5 3.4五 计算传动装置的运动和动力参数1)各轴转速： 式中，电动机满载转速，；，分别为1，2，3轴的转速，;1轴为高速轴，3轴为低速轴， ，依次为由电动机轴至1轴，1、2轴，2、3轴间的传动比。 2）各轴功率：式中,为电动机输出功率，；，分别为1，2，3轴的输入功率，;,依次为电动机轴与1轴，1、2轴，2、3轴间的传动效率。3）各轴转矩：电动机输出转矩：式中，为电动机输出功率，；电动机满载转速，；式中，分别为1，2，3轴的输入转矩，k。六 传动零件的设计及计算齿轮部分：一、高速级齿轮：.1、选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用斜齿圆柱齿轮传动2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度3）材料选择。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40 HBS。4）初选小齿轮齿数24，大齿轮齿数5）选取螺旋角。初选螺旋角2、按齿面接触强度设计1）确定许用应力按齿面材料硬度查得，小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。计算应力循环次数查得接触疲劳寿命系数，取失效概率为1，安全系数，2)由以上可知，小齿轮传递的转矩3）初步计算小齿轮直径由相关表查得，齿轮对称布置，则mm =50.78 mm,取5）计算模数6）按齿面接触疲劳强度设计：由相关表查得由于齿轮精度为7级，由相关表查得，由相关表查得，1.575）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径6）计算齿面接触应力查手册选取区域系数查得材料的弹性影响系数cos=1.717取，=3、齿根弯曲强度设计（1）确定各计算参数1）计算载荷系数。2）根据纵向重合度，查得螺旋角影响系数。3）计算当量齿数4）查得齿型系数；5）查得应力校正系数；6）查得小齿轮弯曲疲劳强度极限大齿轮弯曲疲劳强度极限7）查得弯曲疲劳寿命系数；8）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，9）计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。设计计算对比计算结果，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，可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由25.02故取，则，为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，取4、几何尺寸计算1）计算中心距将中心距圆整为。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。3）计算大、小齿轮的分度圆直径圆整后取，。4）计算齿轮宽度 5）计算齿顶圆、齿根圆直径5、验算6、结构计算小齿轮：因为小齿轮齿顶圆的直径过小，所以直接做齿轮轴。大齿轮：大齿轮齿圆的直径大于，而小于故选用腹板式结构的齿轮。二、低级速齿轮：1、选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用斜齿圆柱齿轮传动2）运输机为一般工作机器，速度不高，帮选用7级精度3）材料选择。选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（正火），硬度为240HBS；二者材料硬度差为40 HBS。4）初选小齿轮齿数24，大齿轮齿数5）选取螺旋角。初选螺旋角2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算（1）确定公式内的各计算数值1）试选=1.62）从上可知，小齿轮传递的转矩3）查手册选取区域系数4）查得材料的弹性影响系数5）选取齿宽系数6）查得，则7）按齿面材料硬度查得，小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。8）计算应力循环次数9）查得接触疲劳寿命系数，10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数，（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，得 2）计算圆周速度3）计算齿宽b及模数4）计算纵向重合度。5）计算载荷系数K。已知使用系数，根据，7级精度，查得动载系数；查得小齿轮相对支承非对称布置时，代入数据，得查得查得所以载荷系数1.766）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径7）计算模数3、齿根弯曲强度设计（1）确定各计算参数1）计算载荷系数。2）根据纵向重合度，查得螺旋角影响系数。3）计算当量齿数4）查得齿型系数；5）查得应力校正系数；6）查得小齿轮弯曲疲劳强度极限大齿轮弯曲疲劳强度极限7）查得弯曲疲劳寿命系数；8）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，9）计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。设计计算对比计算结果，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，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由故取，则。4、几何尺寸计算1）计算中心距将中心距圆整为。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。3）计算大、小齿轮的分度圆直径4）计算齿轮宽度圆整后取，。5）计算齿顶圆、齿根圆直径5、验算6、结构计算小齿轮：因为小齿轮齿顶圆的直径小于，所以做成齿轮轴。大齿轮：大齿轮齿圆的直径大于，而小于故选用腹板式结构的齿轮。七 轴的设计计算及联轴器与键连接的选择轴1：1、求作用在齿轮上的力已知：轴的转速功率转矩因高速级小齿轮的分度圆的直径为，所以齿轮的圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：2、初步轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调处理。取，于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，需开键槽，故将最小轴径增加5%，变为19.63。查机械设计手册，取直径为20mm。3、选择联轴器所选的轴直径要与联轴器的孔径相适应，选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩就小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用HL3弹性套柱销联轴器，其公称转矩为。，半联轴器长度，半联轴器的孔径半联轴器与轴配合的毂孔长度。4、初选轴承由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。根据工作要求及输入轴的最小直径，因为轴承处直径为30mm，由轴承产品目录中初步选取0组游隙、0级公差的单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸为。5、轴的结构设计1）拟定轴的装配方案，如下图1所示,该结构装拆简单方便。 轴的零件图 1 2）确定轴的各段直径右端用轴端挡圈定位，右端用轴肩定位。故轴段6的直径即为相配合的半联轴器的直径，取为30mm。联轴器是靠轴段5的轴肩来进行轴向定位的，为了保证定位可靠，轴段5要比轴段6的直径大510mm，取轴段5的直径为28mm。轴段1和轴段4均是放置滚动轴承的，所以直径与滚动轴承内圈直径一样，为30mm。轴段3的直径要考虑拆御，只要比轴段4的直径大1-2mm就行了，这里取32mm。轴段2是一轴环，右侧用来定位齿轮，左侧用来定位滚动轴承，查滚动轴承应用手册，可得该型号的滚动轴承内圏安装尺寸最小为36mm，同时轴环的直径还要满足比轴段3的直径大5-10mm的要求，故这段直径最终取为42mm。3）确定轴的各段长度轴段6的长度比半联轴器的毂孔长度要短2-3mm，这样可以保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故该段轴长度为58mm。同理，轴段3的长度要比齿轮的轮毂宽度（52mm）短2-3mm，故该段轴长取为50mm。轴段1的长度即为滚动轴承的宽度，查手册为18mm。轴环宽度取为15mm。轴承端盖的总宽度为30mm。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左端面间的距离l=10mm，故取轴段5的长度为40mm。取齿轮距箱体内壁之间距离为，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内一段距离，取s=5mm。轴段4的长度取110，套筒的直径也应为35mm。4）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。对于齿轮，由手册查得平键的截面尺寸=，倒圆角r=0.5mm，键槽用键槽铣刀加工，长为28mm，同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为H7/r6。半联轴器与轴的连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过盈配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。5）确定轴上圆角和倒角的尺寸查表得，取轴端倒角为，各轴肩的圆角半径均取。5、求轴上的受力1）画受力图，如图2所示为轴的受力分析简图，将轴空间受力分解为垂直面上受力和水平面受力。分别求出垂直面的支反力和水平面上的支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩（因轴上零件如齿轮、联轴器等均有宽度）可当作集中力作用于轴上零件的宽度中点。对于支反力的位置，随轴承类型和布置方式不同而异，在近似计算中近似认为支反力位于轴承宽度的中点。2）计算作用于轴上的支反力 水平面内支反力：垂直面内支反力：3)计算轴的弯矩，并画弯转矩图 分别作出垂直面和水平面上的弯矩图如图3所示。水平面弯矩 垂直面弯矩 求合成弯矩：,作合成弯矩图a- a截面（左）：=a- a左面（右）=4）作转矩图 5）计算当量弯矩，并画当量弯矩图 求当量弯矩：，作当量弯矩图。为应力折算系数，按脉动循环处理，即 a- a截面（左）处当量弯矩：a- a截面（右）处当量弯矩：B点右以后的当量弯矩： 受力分析 图2 水平面和竖直面的弯矩图 3 轩矩图、合成弯矩图、弯矩图 6）按弯扭合成应力校合轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（危险截面a）的强度。根据公式，可得：式中，W为轴的抗弯截面系数。前已选定轴的材料为45钢，正火处理，查得。因为，故安全。轴2：1、求作用在齿轮上的力已知：轴的转速功率转矩1）大齿轮上的受力情况因高速级大齿轮的分度圆的直径为，所以2）小齿轮上的受力情况2、初步轴的最小直径选取轴的材料为40cr，调质处理。取，于是得轴的最小直径为安装轴承处轴的直径，为了使轴的最小直径与所选取联轴器的孔径相适应，同时选取轴承型号。因轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故初步选取单列圆锥滚子轴承。参照工作要求，根据，初步选取单列圆锥滚子轴承30206型，其尺寸，故轴的最小直径3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案如下图（大齿轮未画 轴2的装配简图（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）根据所选择的轴承，确定。2）取安装小齿轮轴段3-4的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒进行定位。已知小齿轮的宽度为，为了使套筒面可以压紧齿轮，因此轴段应略短于齿轮宽度，取。小齿轮的右端和大齿轮的左端采用轴肩定位，取，两个齿轮之间的距离。3）取安装大齿轮轴56段的直径，齿轮的右端与右轴承之间也采用套筒进行定位。已知在大齿轮的宽度，为了使套筒的端面可以压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮的宽度，故取。4）取套筒处直径。由上面可知齿轮距箱体内壁之距离，滚动轴承距离箱体内壁的距离，所以至此，已初步了轴2的各段直径和长度。2）轴上零件的周向定位两个齿轮与轴的周向定位均采用平键联接。按的尺寸由手册查得平键截面，键槽用键槽铣刀来加工，取标准长度；按的尺寸由手册查得平键截面键槽用键槽铣刀来加工，取标准长度；齿轮与的配合均采用6/n6。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，这里选取轴的直径尺寸公差为m6。3）确定轴上圆角和倒角的尺寸查表得，取轴端倒角为，各轴肩的圆角半径均取。4、求轴上的受力根据轴的结构图，做出轴的计算简图，其受力分析图如下： 受力分析图1)竖直面内的受力分析支反力： 弯矩： 竖直面内的受力分析图与弯矩图如下： 竖直面内的受力分析图与弯矩图2）水平面内的受力分析 支反力： 弯矩： 水平面内的弯矩图与受力分析图如下图： 3）求合成弯矩： 其合成弯矩图如下图： 合成弯矩图4）画转矩图 如下图: 转矩图5)求当量弯矩其当量弯矩如下图： 当量弯矩图5、按弯扭合成应力校合轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（危险截面B）的强度。根据公式，可得：式中，W为轴的抗弯截面系数。前已选定轴的材料为40cr，正火处理，查得。因为，故安全。轴3：1、求作用在齿轮上的力已知：轴的转速功率转矩因低速级大齿轮的分度圆的直径为，所以2、初步轴的最小直径选取轴的材料为40cr，调质处理。取，于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩就小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，如下图所示： 轴3的装配简图 （2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，12轴段左端需制出一轴肩，故23段的直径；右端用轴端挡圈定位，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12段的长度应比略短一此，现取。2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0组游隙、0级公差的单列圆锥滚子轴承30210，其尺寸为，故；而。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由表查得30210型轴承的安装尺寸，因此取。 3）取安装大齿轮轴段67的直径，取大齿轮的左端与轴承之间采用套筒进行定位，已知大齿轮的宽度，为了使套筒的端面可以压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮宽度，故取，大齿轮的右端采用轴肩进行定位，轴肩高度，取，所以，宽度，故取。3）根据减速箱体及轴承端盖的结构，取轴承端盖的总宽度为。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。4）取齿轮距箱体内壁的距离，轴3上两齿轮间的距离。考虑到箱体的加工误差，取滚动轴承距离箱体内壁的距离，已知轴2上小齿轮的宽度，考虑到高速级齿轮宽度，则至此，已初步了轴3的各段直径和长度。2）轴上零件的周向定位半联轴器、齿轮与轴的周向定位均采用平键联接。按的尺寸由手册查得平键截面，键槽用键槽铣刀来加工，取标准长度，半联轴器与轴的配合为H7/k6。按的尺寸由手册查得平键截面，键槽用键槽铣刀来加工，取标准长度，半联轴器与轴的配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，这里选取轴的直径尺寸公差为m6。3）确定轴上圆角和倒角的尺寸查表得，取轴端倒角为，各轴肩的圆角半径均取。4、求轴上的受力根据轴的结构图，做出轴的计算简图，如下图所示： 轴的受力分析图在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取的值，对于30210型圆锥滚子轴承，查得。因此，作为简支梁的轴的支承跨距。根据轴的计算简图做出轴的弯矩和扭矩图。（如下图） 水平面弯矩图 竖直面弯矩图 扭矩图 合成弯矩图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。以下是计算出的截面处、及的值。载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩5、按弯扭合成应力校合轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（危险截面B）的强度。根据公式，可得：式中，W为轴的抗弯截面系数。前已选定轴的材料为40cr，调质处理，查得。因为，故安全。八 滚动轴承的选择和计算轴1上的轴承：1、 求两轴承受到的径向载荷和根据轴的结构设计，已初步选取轴1上的轴承为单列圆锥滚子轴承30206型。查表得，。轴上高速级小齿轮受到的切向力、径向力和轴向力已在上面算出，分度直径。根据力学分析可算出轴承受到的径向载荷，。2、 求两轴承的计算轴向力和对于圆锥滚子轴承30206型，其派生轴向力，查表得。于是由公式可得3、求轴承的当量动载和由表查得系数，而可查得对于两轴承，。取，则3、 验算轴承寿命因为，所以按进行验算，对于圆锥滚子轴承，取，则9年故所选轴承可以满足寿命要求。轴2上的轴承：1、求两轴承受到的径向载荷和根据轴的结构设计，已初步选取轴1上的轴承为单列圆锥滚子轴承30206型。查表得，。轴上高速级小齿轮受到的切向力、径向力和轴向力已在上面算出，分度直径。根据力学分析可算出轴承受到的径向载荷，。2、求两轴承的计算轴向力和对于圆锥滚子轴承30206型，其派生轴向力，查表得。于是由公式可得3、求轴承的当量动载和由表查得系数，而可查得对于两轴承，。取，则4、 验算轴承寿命因为，所以按进行验算，对于圆锥滚子轴承，取，则9年故所选轴承可以满足寿命要求。轴3上的轴承：1、求两轴承受到的径向载荷和根据轴的结构设计，已初步选取轴1上的轴承为单列圆锥滚子轴承30210型。查表得，。轴上高速级小齿轮受到的切向力、径向力和轴向力已在上面算出。根据力学分析可算出轴承受到的径向载荷，。2、求两轴承的计算轴向力和对于圆锥滚子轴承30210型，其派生轴向力，查表得。于是由公式可得3、求轴承的当量动载和由表查得系数，而可查得对于两轴承，。取，则5、 验算轴承寿命因为，所以按进行验算，对于圆锥滚子轴承，取，则8年故所选轴承可以满足寿命要求。九 键联接的校核计算设计轴的结构时已经选出了各个键联接。下面进行键的强度校核。查表得钢材键连接许用挤压应力为轴1：对于轴1上的联接键截面，由于是在轴端，故选用型圆头普通平键，。键的工作长度，键与联轴器上键槽的接触高度。由普通平键连接的强度条件，可得：符合强度要求。轴2：对于轴2上的连接键，由于不在轴端，故选用型圆头普