机械设计课程设计-二级同轴式圆柱齿轮减速器设计F=1500,V=1.1,D=220.doc

目录一 设计任务书.2二 设计方案的拟定及说明.3第一章 电动机的选择和参数计算.4第二章 传动零件的设计计算.5第三章 轴的设计与校核.11第四章 联轴器的选择及校核.20第五章 轴承的选择与校核.21第六章 键的选择校核.22第七章 密封与润滑.24第八章 减速器附件及说明.24第九章 设计小结.25参考资料.25全套图纸加扣3012250582 一、设计任务书一、 设计内容：设计一用于带式运输机的二级同轴式圆柱齿轮减速器二、 设计参数：输送带工作拉力 F:1500 N输送带工作速度：1.1m/s输送带卷筒直径 D： 220mm三、 备注：工作条件:一班制，连续单向运转，载荷平稳，室内工作，有粉尘；使用期：10年；检修间隔期：三年一次大修 ；动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；运输带速度允许误差：5%；制造条件及生产批量:中等规模机械厂，可加工7-8级精度齿轮及蜗杆。四、设计工作量：减速器装配图一张(A0图纸)、零件工作图2张（A3图纸）、设计说明书一份。 二、设计方案的拟定及说明1、 简要说明： 根据设计参数以及工作条件可知，此减速器功率、效率较低，且带式运输机的速度不高。据此拟定电动机和减速器，减速器和带式运输机之间均采用联轴器连接，减速器采用同轴式二级圆柱齿轮减速器。本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，沿齿宽载荷分布不均，高速轴的承载能力难于充分利用，且中间轴承润滑较困难。二、运动方案简图：1电动机；2联轴器；3齿轮减速器；4带式运输机；5卷筒；6联轴器第1章 电动机的选择和参数计算 电动机是标准部件，设计时要根据工作机的工作特性，工作环境和工作载荷等条件，选择电动机的类型、结构容量和转速。1、 选择电动机类型和结构形式 由于生产单位一般多采用三相交流电源，因此无特殊要求时应选三相交流电动机，又有三相异步电动机应用最广泛，所以选用三相异步电动机。2、 选择电动机的容量（功率） 由于减速器工作载荷较稳定，长期连续运行，所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的工作功率Pd即PedPd，电动机就能安全工作。(1) 卷筒的输出功率(2) 电动机输出功率Pd传动装置的总效率由机械设计课程设计手册表1-7查得：滚动轴承=0.993；弹性柱销联轴器=0.99；圆柱齿轮传动=0.97；卷筒传动效率=0.99；则故 (3) 电动机额定功率 由机械设计课程设计手册表12-1选取电动机额定功率3、 电动机的转速： 由于卷筒转速： 推算电动机转速的可选范围，由机械设计表13-2查得圆柱齿轮的传动比范围，二级传动比i=925。所以电机转速nd=859.412387.25 r/min选择同步转速为1500 r/min的电动机，如下表：电动机型号额定功率（kw）满载转速（r/min)质量（kg）中心高Y112M-441440431124、 计算总传动比和分配各级传动比：（1） 各轴转速： 轴 轴 轴 卷筒轴 （由（n理论-n实际）/n理论=（95.49-94.67）/95.49=0.0090.05，故在运输带允许误差内，满足条件）（2） 各轴的输入功率轴 轴 轴 卷筒轴 （3） 各轴的输入转矩电动机的输出转矩Td为：轴 轴 轴 卷筒轴 第2章 传动零件的设计计算 1.选精度等级、材料及齿数 (低速级齿轮计算）1）材料及热处理；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。2）精度等级选用7级精度； 3）试选小齿轮齿数z323，大齿轮齿数z4Z4*i2=23*3.9=89.7 所以Z4取90；2.按齿面接触强度设计因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算按式（109a）试算，即 1） 确定公式内的各计算数值（1） 试选载荷系数Kt1.3（2） 计算小齿轮传递的转矩（3） 由表107选取齿宽系数（4） 由表106查得材料的弹性影响系数（5）由图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa； （6）由式1013计算应力循环次数 (7)由图1019取疲劳寿命系数; (8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数S1，由式（1012）得 2） 计算（1） 试算小轮分度圆直径d1t（2）v=3.14*49.37*369.23/（60*1000）=0.95m/s（3）计算齿宽b（4） 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 （5） 计算载荷系数根据v=0.95m/s，7级精度，由图108查得动载系数；直齿轮，由表102查得使用系数由表104用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，。由，查图1013得；故载荷系数 （6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（1010a）得 d3=51.69（7） 计算模数m3、 按齿根弯曲强度设计由式105 1）确定公式内的各计算参数（1） 由图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳极限；大齿轮的弯曲疲劳极限（2） 由图1018取弯曲疲劳寿命系数;（3） 计算弯曲疲劳应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式1012得（4） 计算载荷系数K（5） 查取齿形系数 由表105查得 ；（6） 查取应力校正系数 由表105查得 ;（7） 计算大小齿轮的并加以比较 取两者数值大的2） 设计计算取m=2；分度圆直径dt=51.69mm 则小轮齿数为 大齿轮齿数 4、 几何尺寸计算1） 计算分度圆直径 2） 计算中心距 3） 计算齿轮宽度 取B4=52mm；B3=57mm5、 结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以 选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。二、 对于高速级，为了节约材料，将齿宽减小，具体参数如下： Z1=26 d1=52mm B1=45mm Z2=102 d2=204mm B2=40mm a=152mm 对其进行安全性校核计算，满足强度要求即可。1） 齿根接触强度校核 由，7级精度，查表108得；直齿轮 ；求： 由表104，； 由；查图1013得小齿轮：由表105查得；大齿轮：由表105查得所以，按齿根弯曲强度校核，高速轴安全。2） 齿面接触强度校核 由Ft=2T/d可得：由标准直齿轮，由表106查得材料的弹性影响系数所以，所以小齿轮安全。又因为：由于，所以大齿轮也安全。故按齿面接触疲劳强度校核高速轴齿轮也安全。第3章 轴的设计与校核1、 输入轴设计1、求输入轴上的功率p1、转速n1和转矩T1 P1=1.92KW n=1440 r/min；T1=12733.3N/m2、求作用在齿轮上的力d1=52mm；3、 初步确定轴的最小直径 先按式152初步估算轴的最小直径。选取材料为45钢、调制处理。根据表153，取，于是得 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，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，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，同时考虑点击轴外伸直径D=28mm，选LT4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为63000，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为38mm。4、 轴的结构设计初步设计轴的结构：名称依据d12d12与LT4联轴器配合可知 d12=20mmd23由于轴肩定位 d23=d12+2*(0.070.1)d12=22.824 故d23取23d34初步选择轴承 应为只受径向力，所以选用深沟球轴承，其代号为6006，基本尺寸d*D*B=30*55*13所以d34=d67=30 mmd45由于轴肩定位 d34=d34+2*(0.070.1)d34=34.236d45=35mmd56由于轴肩定位 d56=d45+2*(0.070.1)d45=39.942 d56=40mm L12配合时 联轴器应超出轴12mm 所以L12=38-2=36mmL23取轴端盖总宽度为12mm,为了便于拆装和润滑，轴端盖与联轴器的距离为30mm所以L23=12+30=42mmL34取齿轮距离箱体内壁距离a=10mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定轴承位置时，应距内壁一段距离s=10mm。L45齿轮轮毂宽度为45mm，L56齿轮右端采用轴间定位，轴间高度，故取h=3mm，轴环宽度，取。L67考虑到内部轴承的定位，需加套筒，取5mm长套筒，故取。初选Z3=23Z4=90 V=0.95 m/sd3=51.69mmm=2B3=67mmB4=62mmZ1=26 d1=52mm B1=45mmZ2=102 d2=204mm B2=40mma=152mmError! No bookmark name given.同时LT4型弹性柱销联轴器d12=20mmd23=23mmd34=30mmd45=35mm d56=40mm d67=30 mmL12=36mmL23= 42mm首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。根据轴的计算简图做出轴的水平面上的弯矩图、垂直面上的弯矩图、总弯矩图和扭矩图。若下图：从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。其中L1=13/2+12+30=48.5mm L2=45/2+10+10+13/2=49mm L3=13/2+5+6+45/2=40mm在危险面处My=FrL2L3/(L2+L3)=178.25*40*49/89=3925.5N.mmMz=FtL2L3/(L2+L3)=489.74*40*49/89=10785.3N.mmT=12733.3N.mm根据教材P373公式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力,W=3890.6=3.55MPa已选定轴的材料为45钢，调制处理，由表15-1查得。因此，故安全。（3） 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，按由表6-1查得与齿轮配合处平键截面，键槽用铣刀加工，长为36mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选齿轮轮毂与轴的配合为，同样,半联轴器与轴的连接选用平键为，配合，深沟球轴承与轴的周向定位由过渡配合保证，选轴直径公差为m6。（4） 确定轴上圆角和倒角尺寸（见零件图）（二）输出轴 求输出轴上的功率p3、转速n3和转矩T3；2、求作用在齿轮上的力d4=204mm；5、 初步确定轴的最小直径 先按式152初步估算轴的最小直径。选取材料为45钢、调制处理。根据表153，取，于是得 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，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，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，选LT6弹性套柱销联轴器，其公称转矩为250 000，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为55mm。4、 轴的结构设计（1）拟定配合方案：名称依据由于选择的联轴器，所以=32mm为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩d23=d12+2*(0.070.1)d12=36.4838.4mm,故取=38初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力，故选用深沟球轴承，型号6009，基本尺寸d*D*B=45*75*16参照工作要求可得运用轴肩定位原则d45=d34+2*(0.070.1)d34=51.354mm,故取=52运用轴肩定位原则d56=d45+2*(0.070.1)d45=59.2362.4mm,故取=60由于结构工艺性，轴应比联轴器缩进12mm，所以=55-2=53mm轴端盖总宽度为12mm，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距离为L=30mm，故。取齿轮距离箱体内壁距离a=12mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定轴承位置时，应距内壁一段距离s=8mm。轴承宽为16mm，所以=12+8+16+2=38mm齿轮左端与左端轴承之间用套筒定位，齿轮轮毂宽度为52mm，为使套筒断面可靠地压在齿轮上，所以轴宽应比齿宽小12mm即=52-2=50齿轮右端采用轴间定位，轴间高度，故取h=4mm，则轴简处直径，轴环宽度，取考虑到内部轴承的定位，需加套筒，取套筒长为5mm,故取。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度（3）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，按由表6-1查得平键截面，键槽用铣刀加工，长为45mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选齿轮轮毂与轴的配合为，同样,半联轴器与轴的连接选用平键为，配合，深沟球轴承与轴的周向定位由过渡配合保证，选轴直径公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸（见零件图）然后根据轴的结构图做出轴的计算简图。并根据轴的计算简图做出轴的水平面上的弯矩图、垂直面上的弯矩图、总弯矩图和扭矩图。如下图从已知可得：L1=16/2+12+30=50mm; L2=52/2+10+10+16/2=54mm; L3=16/2+5+10+50/2=49mm.My=FrL2L3/(L2+L3)=637.1*49*54/103=16366.7N.mmMz=FtL2L3/(L2+L3)=1750.5*49*54/103=44969.2N.mmT=178551.8N.mm根据教材P373公式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力,W=12361.6=9.49MPa已选定轴的材料为45钢，调制处理，由表15-1查得。因此，故安全。T=12733.3N.mm=3.55MPa=32mm=38=52=60=53mm=38mm=50mm(三）中间轴 1、求中间轴上的功率p2、转速n2和转矩T2；2、求作用在齿轮上的力d2=204mm；d3=52mm2、初步确定轴的最小直径 先按式152初步估算轴的最小直径。选取材料为45钢、调制处理。根据表153，取，于是得 3、轴的结构设计（1）拟定配合方案：名称依据初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表6-1中初步选取3基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6305，其尺寸为，。由于轴肩定位 d23=d12+2*(0.070.1)d12=28.530mm取d23=d45=30mm齿轮右端采用轴间定位，轴间高度，故取h=3mm，则轴简处直径，取齿轮距离箱体内壁距离a=10mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定轴承位置时，应距内壁一段距离s=10mm。轴承宽为17mm,所以L12=10+10+17+2=39mm齿宽B3=57mm,所以L23=57-2=55mm考虑与输入轴和输出轴的配合，以及取其中间缝隙为10mm,右边=6+18=24mm，左边=10+21=31mm所以总长为65mm。齿宽B2=40 ，所以L45=B2-2=38mm取齿轮距离箱体内壁距离a=12mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定轴承位置时，应距内壁一段距离s=8mm，轴承宽为17，所以L56=12+8+17+2=39mm。（3）轴上零件的周向定位大齿轮、小齿轮与轴的周向定位均采用平键连接，由表6-1查得大齿轮平键截面，键槽用铣刀加工，长为45mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选齿轮轮毂与轴的配合为，同样,小齿轮与轴的连接选用平键为，配合，深沟球轴承与轴的周向定位由过渡配合保证，选轴直径公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸（见零件图）然后根据轴的结构图做出轴的计算简图。并根据轴的计算简图做出轴的水平面上的弯矩图、垂直面上的弯矩图、总弯矩图和扭矩图.其中L1=57/2+10+10+12/2=58mm; L2=57/2+40/2+65=113.5mmL3=40/2+10+10+17/2=48.5mmFNHI=1324.03N;FNH2=39.38N;FNV1=491.0N;FNV2=5.384N由图可知，在齿轮3处为危险截面，My=FNHI*L1=76793.74N.mmMz=FNV1*L1=25041N.mm;T=47590.9N.mm*根据教材P373公式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力,W=2372.3=36.11MPa已选定轴的材料为45钢，调制处理，由表15-1查得。因此，故安全。故轴的设计都符合要求。第四章 联轴器的选择及校核1、电动机与输入轴之间： 为了减小启动转矩，减小转动惯量和良好的减震性能，采用弹性套柱销联轴器。输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，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，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，同时考虑点击轴外伸直径D=28mm，选LT4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为63000，半联轴器的孔径，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。2、 输出轴与卷筒轴之间： 为了具有良好的补偿唯一偏差性能，采用滑块联轴器。输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，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，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，选LT6弹性套柱销联轴器，其公称转矩为250 000，半联轴器的孔径，半联轴器长度，与轴配合的毂孔长度为55mm。第五章 轴承的选择与校核1、 轴承的使用寿命 Lh=1*8*300*10=24000h2、 输入轴轴承因轴承只承受径向力，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表6-1中初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6006，其尺寸为。FNHMAX=Ft*L3/(L2+L3)=220.1N;FNVMAX=Fr*L3/(L2+L3)=80.1N;F=234.2N;查表可得，给轴承的基本额定载荷Cr=13.2KN转速n=1440r/min,球轴承的寿命系数=3故：Lh=1.2*1000000Lh所以满足要求。3、 中间轴轴承 选用深沟球轴承，参照工作要求，由机械设计（机械设计基础）课程设计表6-1中初步选取3基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6305，其尺寸为FNHMAX=1324.03N;FNVMAX=491.0N;F=1412.1N;查表可得，给轴承的基本额定载荷Cr=22.2KN转速n=369.23r/min,球轴承的寿命系数=3故：Lh=102000Lh所以满足要求。4、 输出轴轴承 选用深沟球轴承，参照工作要求，由机械设计（机械设计基础）课程设计表6-1中初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6009，其尺寸为FNHMAX=917.7N;FNVMAX=334.0N;F=976.6N;查表可得，给轴承的基本额定载荷Cr=21.0KN转速n=94.67r/min,球轴承的寿命系数=3故：Lh=640000Lh轴承设计满足要求。第六章 键的选择校核 键已经在轴的设计中进行了选择，这里只进行校核，根据工作状况有轻微冲击，在，这里取中间值100MPa。1、 高速轴键的校核1） 高速轴外伸键 键： ；故满足要求2） 齿轮处键键：；故满足要求2、 中间轴键的校核1） 大齿轮处键：；故满足要求2） 小齿轮处键：；故满足要求3、 输出轴1） 轴外伸处键：；故满足要求。2） 齿轮处 键：； 故满足要求 第七章 密封与润滑 一、齿轮的润滑d2为齿轮2分度圆直径，d2=204mm，n2为齿轮2的转速,n2=369.23r/min。 由于减速器内的大齿轮传动的圆周速度：所以齿轮采用浸油润滑由机械设计（机械设计基础）课程设计表16-1查得选用N220中负荷工业齿轮油（GB5903-86）。可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承，并通过油槽润滑其他轴上的轴承，且有散热作用，效果较好。密封防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。二、滚动轴承的润滑开设油沟、飞溅润滑。三、润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。四、密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用轴承端盖的毡圈密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为（1）输入轴所在轴径为30mm，所以选择D*d1*B=45*29*7，（2）中间轴所在轴径为25mm，D*d1*B=39*24*7，（3）输出轴所在轴径为45mm，所以选择D*d1*B=61*44*8，轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 第八章减速器附件及说明由机械设计（机械设计基础）课程设计选定通气帽，油标选用M12杆式油标，外六角油塞及封油垫,箱座吊耳，吊环螺钉M12（GB825-88），启盖螺钉M8。箱体结构的基本尺寸如下表：名称符号依据选取值机座壁厚考虑铸造工艺，所有壁厚都应不小于8mm10mm机盖壁厚1也是考虑铸造工艺10机座凸缘厚度bb=1.515机盖凸缘厚度b1b1=1.5115机座底凸缘厚度b2b2=2.525地脚螺钉直径df0.036a+12M20地脚螺钉数目n因为a250，所以n=44轴承旁联接螺栓直径d