机械设计课程设计-二级圆柱齿轮减速器设计.docx

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书学生课程设计（论文）题 目： 机械设计课程设计 学生姓名： 学 号： 17 所在院(系)： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 指 导 教 师： 二一二 年 五 月目 录任务书-2摘要-6第一部分 传动装置的总体设计-7第二部分 传动零件的设计计算-9第三部分 轴的设计-18第四部分 润滑油及润滑方式的选择-36第五部分 密封及密封的选择-36第六部分 主要尺寸及数据-36总结-38参考文献-38 任务书一、传动方案简图注：上图中的带传动和链传动请根据自己的原始数据计算后合理取舍，变速器亦有多种方案（单级直齿轮、单级斜齿轮、双级直齿轮、双级斜齿轮、圆锥-圆柱齿轮、蜗杆传动等）供选择。二、已知条件：1、带式输送机的有关原始数据： 输送带工作拉力：f= 2.1 kn； 输送带工作速度：v= 1.3 m/s； 滚筒直径：d= 280 mm.2、滚筒效率：w =0.96（包括滚筒与轴承的效率损失）；3、工作情况：使用期限12年，两班制（每年按300天计算），单向运转，转速误差不得超过5%，载荷有轻微振动；4、工作环境：运送砂、石等，室内常温，灰尘较大；5、检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；6、制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产；7、动力来源：电力，三相交流，电压380220v。三、设计任务：1、设计计算内容1) 传动方案设计； 2) 运动参数的计算，电动机的选择；3) v带传动的设计计算； 4) 齿轮传动的设计计算；5) 轴的设计与强度计算； 6) 滚动轴承的选择与校核；7) 键的选择与强度校核； 8）联轴器的选择。2、设计绘图：1）减速器装配图一张（a0或a1图纸）；2）零件工作图2张（低速级齿轮、低速轴，a3或a4图纸）；3）设计计算说明书1份（6000字）。摘 要机械设计课程设计是在完成机械设计课程学习后，一次重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第一次较全面的设计能力训练，也是对机械设计课程的全面复习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关选修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。本次设计的题目是带式运输机的减速传动装置设计。根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的工作：决定传动装置的总体设计方案，选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数，传动零件以及轴的设计计算，轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择及校验计算， 机体结构及其附件的设计和参数的确定，绘制装配图及零件图，编写计算说明书。关键词：减速器 带式运输机 机械设计 疲劳强度 计算及说明结果第一部分 传动装置的总体设计一、 传动方案1、设计要求：卷筒直径d=280mm，牵引力f=2100n,线速度v=1.3m/s，连续单向运转，载荷有轻微震动，空载启动，使用年限12年，小批量生产，两班制工作，运输带的速度误差允许5%。2、电动机与带轮连接，减速器由联轴器与卷筒连接3、减速器采用二级圆柱齿轮减速器4、方案简图如下：二、电动机的选择1、选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380v，y型2、选择电动机的容量由电动机至运输带的传动总效率为： （ 分别是v带、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率）分别取=0.95、=0.98、=0.97、=0.99、=0.96所以 3、 确定电动机的转速:卷筒轴的工作转速为查二级圆柱齿轮减速器的传动比，带传动比，故电动机转速的可选范围，符合这一范围的同步转速有1500r/min.根据容量和转速，由指导书p145 取电动机型号：y112m-4三、确定传动装置的总传动比和分配传动比电动机型号为y112m-4 1、 总传动比 2、 分配传动装置传动比由公式 令=2.05、求得、四、计算传动装置的运动和动力参数1、计算各轴转速轴1 轴2 712.20轴3 轴4 2、 计算各轴输入功率轴1 轴2 轴3 轴4 卷筒轴 3、 计算各轴输入转矩电动机输出转矩 1-3轴的输入转矩轴1 轴2 轴3 卷筒轴输入转矩第二部分 传动零件的设计计算一、v带设计1、确定计算功率，查得工作情况系数=1.2 根据课本图13-15查出此坐标点位于a型区，故选a型v带。2、求大、小带轮基准直径。 根据课本表13-9得应不小于75，现取 根据课本表13-9取3、验算带速 带速在范围内，因此合适。4、求v带基准长度和中心距 初步选取中心距 =450符合 由课本公式得带长 据课本查表13-2，对a型带选用，再由公式 计算实际中心距 5、验算小带轮包角 由公式得 所以包角合适。6、求v带根数 由公式得 ，查表12-3得 由，查表13-5得 由，查表13-7得 ,查表13-2得、 由此得 取7、求作用在带轮轴上的压力 据查表13-1得，故由公式得单根v带的初拉力 作用在轴上的压力 8、带轮结构设计 小带轮基准直径，采用实心式结构；大带轮基准直径，采用腹板式结构。二、高速级减速齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用直齿圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机器，速度不高，由课本表11-2知，选用8级精度。3)材料选择：有课本表11-1选择小齿轮材料为40cr钢（调质），硬度为217286hbs，；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为197240hbs，。由表11-5，取，。 2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即(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)由表11-6选取齿宽系数 4)由表11-4查得材料的弹性影响系数 5)(2）计算1)试算小齿轮分度圆直径，代入数值： = 2)取齿数，则 故实际传动比，传动比误差：，模数。3)计算尺宽b与实际分度圆直径。，取， 据课本表4-1取，中心距3、验算齿轮弯曲强度1)查取齿形系数由图11-8查得 2)查取应力较正系数由图11-9查得 4)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s=1.4,由式（10-12）得4、齿轮的圆周速度 对照表11-2可知选用8级精度是合宜的。二、低速级减速齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用直齿圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机器，速度不高，由课本表11-2知，选用8级精度。3)材料选择：有课本表11-1选择小齿轮材料为40cr钢（调质），硬度为217286hbs，；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为197240hbs，。由表11-5，取，。 2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即(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)由表11-6选取齿宽系数 4)由表11-4查得材料的弹性影响系数 5)(2）计算1)试算小齿轮分度圆直径，代入数值： = 2)取齿数，则 故实际传动比，传动比误差：，模数。3)计算尺宽b与实际分度圆直径。，取， 据课本表4-1取，中心距3、验算齿轮弯曲强度1)查取齿形系数由图11-8查得 2)查取应力较正系数由图11-9查得 4)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s=1.4,由式（10-12）得4、齿轮的圆周速度 对照表11-2可知选用9级精度是合宜的。第三部分 轴的设计一 高速轴的设计1、 选择轴的材料由于减速器传递的功率不大，其重量无特殊要求故选择45钢,调质处理。2、 初步计算轴的最小直径用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式： ，选用45调质钢，查课本表14-2，得在第一部分中已经选用的电机y112m-4,d=28。故。3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案：（2）、各轴的直径和长度1）、带轮采用轴肩定位，带轮宽度，为了保证轴肩对带轮的可靠定位，故选择2）、初步确定滚动轴承8因齿轮为斜齿轮则轴承受径向力和轴向力作用，高速级转速较高，载荷一般，故选用深沟球轴承6008，故， 为了避免润滑油的泄漏，各轴承旁加一个挡油圈，故。3）、当直径变化处的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力时，则相邻直径变化要大些，故，。4）、当轴径变化仅为了装配方便或区别加工表面时，不承受轴向力也不固定轴上零件的，则相邻直径变化较小，即 ：。（3）、轴上零件的周向定位带轮与轴的周向定位采用普通c型平键连接，查课程设计书表14-26选用键为，带轮与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位采用过度配合保证，选轴的直径尺寸公差r6。（4）、确定轴向圆角和倒角尺寸取轴端倒角，各轴肩出圆角半径见轴的零件图（5）、求轴上的载荷小齿轮分度圆直径 首先根据轴的结构图作出以下受力分析图，在确定轴承的支撑点位置时，对于6008型深沟球轴承，直接以轴承的正中间作为支撑点，因此，作为简支梁的轴的支承跨距为，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，从轴的结构图以及弯矩图可以看出齿轮中心截面受弯矩较大，计算该截面出的力与矩：载荷水平面h垂直面v支持力f弯矩m总弯矩扭矩（6）、按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据公式（14-5）及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取=0.6,轴的计算应力其中前面以选定轴的材料为45钢（调质），查课本表14-1，得：，查表14-3，经插值运算得：，因此，故安全。（8）、轴承寿命的校核1)已知轴承的预计寿命 l=21230012=86400h由所选轴承系列6008，查课本附表1知额定动载荷c=17kn2)求两轴承受到的径向载荷3)当量动载荷p因为深沟球轴承，加上是直尺圆柱齿轮传动 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表16-9取，则：4)验算轴承寿命因 ，所以按轴承2的受力大小来验算，则：所以所选轴承寿命符合要求，确定深沟球轴承6008。（9）、键的校核联轴器与轴：1)选用键的系列 2)键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式，所以合适。二 中速轴的设计3、 选择轴的材料由于减速器传递的功率不大，其重量无特殊要求故选择45钢,调质处理。4、 初步计算轴的最小直径用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式： ，选用45调质钢，查课本表14-2，得选定。3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案：（2）各轴的直径和长度1)根据，选用深沟球轴承6008，尺寸得，为了使齿轮2便于安装，故取，轴承第三段起轴向定位作用，故，第四段装齿轮3，直径2)第二段和第四段是装齿轮的，为了便于安装，l2和l4都要比齿轮三和齿轮二的齿宽略小所以，由指导书得 ， ，（3）轴上零件的周向定位齿轮的周向定位都采用普通平键连接，根据，查课程设计书14-26选取，同理可得第四段键的尺寸为，滚动轴承与轴采用过渡配合来保证，选用直径尺寸公差k6（4）轴上零件的轴向定位轴上轴承轴向定位采用凸缘式端盖与挡油环定位，齿轮采用挡油环与轴肩定位；（5）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角，各轴肩出圆角半径为1mm（6）求轴上的载荷1）求轴上的力已知首先根据轴的结构图作出以下受力分析图，在确定轴承的支撑点位置时，对于6008型深沟球轴承，直接以轴承的正中间作为支撑点，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，从轴的结构图以及弯矩图可以看出两齿轮中心截面受弯矩较大，分别计算两截面处的力与矩：载荷水平面h垂直面v支持力f弯矩m总弯矩扭矩（6）、按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据公式14-5及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取=0.6,轴的计算应力其中前面以选定轴的材料为45钢（调质），查课本表14-1，得：，查表14-3，经插值运算得：，因此，故安全。（8）、轴承寿命的校核1)已知轴承的预计寿命 l=2123004=28800h由所选轴承系列6008，查指导书附表知额定动载荷c=17kn2)求两轴承受到的径向载荷4)当量动载荷p因为深沟球轴承，加上是直尺圆柱齿轮传动 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表16-9取，则：4)验算轴承寿命因 ，所以按轴承2的受力大小来验算，则：所以所选轴承寿命符合要求，确定深沟球轴承6008。（9）、键的校核小齿轮：1)选用键的系列 2)键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式得：，所以合适大齿轮：1)选用键的系列 2)键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力，取，键的工作长度，键的接触高度，由式得：，所以此处应采用双键进行轴向定位。即：，显然、采用双键时可以。三 低速轴的设计1、选择轴的材料由于减速器传递的功率不大，其重量无特殊要求故选择45钢,调质处理。2、 初步计算轴的最小直径用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式： ，选用45调质钢，查课本表14-2，得故。3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案：（2）各轴的直径和长度1)根据，选用深沟球轴承60012，尺寸得轴颈，为了使齿轮4便于安装，故取，为了轴承的装配与联轴器的定位取 、。2)第二段是装齿轮4的，所以取，参照上两轴的设计，取 ，。3）轴上零件的周向定位齿轮的周向定位采用普通a型平键连接，根据，选择轴上的键为，凸缘联轴器的周向定位采用普通c型平键连接，根据选择轴上键为，滚动轴承与轴采用过渡配合来保证，直径公差k6；4）轴上零件的轴向定位轴承采用凸缘式端盖和挡油环来定位，齿轮轴向定位则采用轴肩与挡油环定位5）确定轴向圆角和倒角尺寸去轴端倒角，各轴肩处圆角半径为1mm。（6）求轴上的载荷1）求轴上的力已知首先根据轴的结构图作出以下受力分析图，在确定轴承的支撑点位置时，对于60012型深沟球轴承，直接以轴承的正中间作为支撑点，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，从轴的结构图以及弯矩图可以看出齿轮中心截面受弯矩较大，分别计算两截面处的力与矩：载荷水平面h垂直面v支持力f弯矩m总弯矩扭矩（6）按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，根据公式14-5及表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取=0.6,轴的计算应力其中前面以选定轴的材料为45钢（调质），查课本表14-1，得：，查表14-3，经插值运算得：，因此，故安全。（7）轴承寿命的计算1)已知轴承的预计寿命 l=21230012=86400h由所选轴承系列60012，查指导书附表知额定动载荷c=31.5kn2)求两轴承受到的径向载荷3)当量动载荷p因为深沟球轴承，加上是直尺圆柱齿轮传动 因轴承运转中有轻微冲击载荷，故按表16-9取，则：4)验算轴承寿命因 ，所以按轴承2的受力大小来验算，则：所以所选轴承寿命符合要求，确定深沟球轴承60012。（8）键的校核齿轮与轴：1）选用键的系列 2）键、轴和轮毂的材料都是钢，由教材查得许用应力，取，键的工作长度，键与轮毂、键槽的接触高度，则有：，所以此处应采用双键轴向定位。即：，显然、双键可以。轴与联轴器相连的键3）选用键的系列4）键的工作长度，键与轮毂、槽的接触高度，则有：，所以合适。第四部分 润滑油及润滑方式的选择传动件的润滑：对于此二级直齿圆柱齿轮减速器，由传动零件设计部分可知传动件的圆周速度远远小于12m/s，所以采用浸油润滑，为此箱体内需有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时沉渣泛起，齿顶到油池底面的距离不小于3050mm,此减速器为40mm。选用标准号为sh0357-92的普通工业齿轮油润滑，装至高速级大齿轮齿根圆以上、低速级大齿轮三分之一半径r以下。轴承的润滑：由前面传动件设计部分知道齿轮圆周速度小于2m/s,故对轴承采用润滑脂润滑，为此在轴承旁装有挡油环以防止润滑脂流失。采用牌号为2的钙基润滑脂（gb491-87）。第五部分 密封及密封的选择轴承端盖于轴间的密封：由于传动件的圆周速度小于3m/s,故可由指导书p58选择密封形式为粗羊毛毡封油圈密封。机盖与机座联接处的密封：为了保证机盖与机座联接处密封的可靠性，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精刨，其表面粗糙度应不大于6.3。第六部分 主要尺寸及数据箱体尺寸:机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 机盖与机座连接螺栓直径 轴承端盖螺钉直径 窥视孔盖螺钉直径 定位销直径 大齿轮