两级共轴式圆柱斜齿轮减速器课程设计.docVIP

课 程 设 计 说 明 书设计题目 两级共轴式圆柱斜齿轮减速器 目录一、 设计任务书1二、 传动方案的拟定及说明2三、 电动机的选择计算3四、 传动装置的运动和动力参数4五、 传动零件的设计计算6六、 轴的设计计算14七、 键连接的选择及计算20八、 滚动轴承的选择及计算21九、 联轴器的选择23十、 润滑和密封24十一、 箱体和附件25十二、 设计小结27十三、 参考文献27 一设计任务书设计题目：设计搅拌机传动装置中的两级共轴式圆柱齿轮减速器。设计数据：搅拌轴转矩，搅拌轴转速传动比误差：n-55工作环境：有灰尘；载荷特性：载荷变化较大；工作年限：10年，每年300天，1班制二传动方案的拟定及说明2.1.根据设计任务设计传动方案草图图1 带式运输机传动装置简图2.2选择传动机构类型采用两级共轴式圆柱齿轮减速器。2.3多级传动的合理布局闭式齿轮传动 采用圆柱齿轮传动 高速区采用角接触球轴承，低速区采用圆锥滚子轴承。考虑其载荷变化较大，选用弹性联轴器，有利于减震。2.4方案的比较 圆柱齿轮分为圆柱直齿轮和圆柱斜齿轮。方案a采用圆柱直齿轮；方案b采用圆柱斜齿轮。分析比较方案结构尺寸传动效率平稳性工作寿命成本环境适应性方案a简单较高较低中等较低较强方案b较复杂高高中等较高强三电动机的选择3.1电动机的类型与结构型式的选择 卧式封闭型Y(IP44)系列电动机。3.2计算搅拌机工作所需功率3.3计算电动机的输入功率为传动装置的传动效率。功率主要的损失分为：弹性联轴器，滚动轴承，齿轮副，搅拌筒。查机械设计手册表2-4取=0.99，=0.98，=0.97，=0.97，则 则 3.4选择电动机的功率查机械设计手册表2-5，选用电动机的额定功率为2.2kw。验算电动机的功率是否满足要求。则则 转速误差所以所选电动机合格。3.5选择电动机转速估算电动机转速查机械设计手册，得单级圆柱齿轮的传动比i=3-6,则两级圆柱齿轮传动的传动比i=9-36，即电动机转速：9，即一般选择中间转速，所以选择电动机同步转速为1000r/min和1500r/min两种。确定电动机型号由上选择的两种电动机，进行对比：方案号型号额定功率（w）同步转速（r/min)满载转速（r/min）总传动比i质量（kg）1Y100L-42.2100094024.08342Y112M-62.21500146015.9445表中总传动比i=由表中数据可知，两种方案均可，但方案2的传动比较小，结构尺寸小，所以选择方案2,选择电动机型号为Y112M-6。四计算传动装置的运动和动力参数4.1双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为4.2低速级的传动比为4.3运动及动力参数计算(1)各轴的转速计算：(2)各轴的输入功率计算：(3)各轴的输入转矩计算：将上述计算结果列于表2中，以供查用。表2 各轴的运动及动力参数轴号转速n/(r/min)功率P/kW转矩T/(Nm)传动比i940 2.17822.1284 235 2.07 84.121458.75 1.968 319.905五传动零件的设计计5.1减速器齿轮副1齿轮的设计计算、高速级齿轮传动(1)选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力选择齿轮材料、热处理方式按使用条件，属中速、中载，重要性和可靠性一般的齿轮传动，可选用软齿面齿轮。具体选用：小齿轮：45号钢，调质处理，硬度为229286HBS大齿轮：45号钢，调质处理，硬度为169256HBS确定许用应力a. 确定极限应力和齿面硬度：小齿轮按280HBS，大齿轮按240HBS。查文献【2】，得=600MPa，=550MPa.查文献【2】，得=500MPa，=380MPa.b.计算应力循环次数N，确定寿命系数、，由文献【1】： 查文献【2】，查文献【2】得，,c.计算许用应力由文献【2】取=1，=1.4。(2)确定齿轮的基本参数和主要尺寸选择类型根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮传动选择齿轮精度等级按估计圆周速度6m/s，由文献【2】，初选7级精度。初选参数初选：=14，=24，=1初步计算齿轮的主要尺寸因电动机驱动，工作机有冲击，查文献【1】，得=1；因齿轮速度不高，取；因非对称布置，轴的刚性较小，取=1.414，=1.4，。由文献【1】，查得=2.433；查文献【2】，得；取，。初步计算出齿轮的分度圆直径、等主要参数和几何尺寸：传动比。由文献【1】得：按文献【2】，取标准模数=2mm则圆整后取：a=139mm。修改螺旋角：与估计值相符。，取，。验算轮齿弯曲强度条件按文献【2】验算轮齿的弯曲强度条件。计算当量齿数：查文献【2】图3-14，得，查图3-15，得，。取，。由文献【1】计算弯曲应力： 齿轮强度能够满足要求。设计结论,模数m=2mm，压力角，螺旋角，无变位，中心距a=139mm，齿宽。小齿轮材料为40Gr（调质），大齿轮选用45钢（调质），7级精度设计。结构设计小齿轮做成实心式齿轮（左旋），大齿轮做成腹板式齿轮（右旋）。小齿轮（左旋）大齿轮（右旋）、低速级齿轮传动(1)选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力选择齿轮材料、热处理方式按使用条件，属中速、中载，重要性和可靠性一般的齿轮传动，可选用软齿面齿轮。具体选用：小齿轮：45号钢，调质处理，硬度为229286HBS大齿轮：45号钢，调质处理，硬度为169256HBS确定许用应力b. 确定极限应力和齿面硬度：小齿轮按280HBS，大齿轮按240HBS。查文献【2】，得=600MPa，=550MPa.查文献【2】，得=500MPa，=380MPa.b.计算应力循环次数N，确定寿命系数、，由文献【1】： 查文献【2】得，查文献【2】得，,c.计算许用应力由文献【2】取=1，=1.4。(2)确定齿轮的基本参数和主要尺寸选择类型根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮传动选择齿轮精度等级按估计圆周速度6m/s，由文献【2】，初选7级精度。初选参数初选：=14，=24，=1初步计算齿轮的主要尺寸因电动机驱动，工作机有冲击，查文献【1】，得=1；因齿轮速度不高，取；因非对称布置，轴的刚性较小，取=1.418，=1.4，。由文献【1】，查得=2.433；查文献【1】，得；取，。初步计算出齿轮的分度圆直径、等主要参数和几何尺寸：传动比。按文献【2】，取标准模数=2mm则圆整后取：a=139mm。修改螺旋角：与估计值相符。，取，。验算轮齿弯曲强度条件按文献【1】验算轮齿的弯曲强度条件。计算当量齿数：查文献【2】，得，查图3-15，得，。取，。计算弯曲应力： 齿轮强度能够满足要求。设计结论 ,模数m=2mm，压力角，螺旋角，无变位，中心距a=139mm，齿宽。小齿轮材料为40Gr（调质），大齿轮选用45钢（调质），7级精度设计。结构设计小齿轮做成齿轮轴（右旋），大齿轮做成腹板式齿轮（左旋）。小齿轮轴（右旋）大齿轮（左旋）六轴的设计计算6.1选择轴的材料 选择轴的材料为45号钢，经调质处理，其机械性能由文献【2】查得：，；查文献【2】，得。6.2初步计算轴径选C=112高速级：考虑到轴端装联轴器需开键槽，将其轴径增加4%5%，故取轴的直径为25mm。中间级：无键槽影响，取最小轴径为50mm。低速级：考虑到轴端装联轴器需开键槽，将其轴径增加4%5%，故取轴的直径为38mm。6.3低速轴的结构设计按工作要求，轴上所支撑的零件主要有齿轮、轴端联轴器以及滚动轴承。根据轴上零件的定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设的基本要求，可确定轴的各段长度。综合考虑各种因素，故初步选定轴的结构尺寸如图所示。设计的轴如图所示：图低速轴结构图按弯扭合成校核画受力简图画轴空间受力简图a，把轴上作用力分解为垂直面受力图b和水平面受力图c，分别求出垂直面上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可当做集中力作用于轴上零件的宽度中点。图 轴上受力简图轴上受力分析轴传递的转矩:齿轮的圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：计算作用于轴上的支反力水平面支反力垂直面支反力计算轴的弯矩，并画弯、转矩图（如图3所示）分别作出垂直面和水平面上的弯矩图(d)、(e)，并按进行弯矩合成。画转矩图(f)。计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，取=0.6，则按计算(6)按弯扭强度校核轴的强度强度校核：考虑键槽的影响，查文献【2】附表6-8计算，故安全。按安全系数校核判断危险截面仍以4截面进行安全系数校核疲劳强度校核4截面上的应力弯曲应力幅：扭转应力幅：弯曲平均应力：扭转平均应力：材料的疲劳极限根据，查文献【2】表6-1得，4截面应力集中系数：查文献【2】附表6-1得，表面状态系数及尺寸系数：查文献【2】附表6-4、附表6-5得，分别考虑弯矩或转矩作用时的安全系数：故安全6.4中速轴的结构设计按工作要求，轴上所支撑的零件主要有齿轮、轴端联轴器以及滚动轴承。根据轴上零件的定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设的基本要求，可确定轴的各段长度。综合考虑各种因素，故初步选定轴的结构尺寸如图所示。设计的轴如图所示：图中速轴结构图按弯扭合成校核画受力简图画轴空间受力简图a，把轴上作用力分解为垂直面受力图b和水平面受力图c，分别求出垂直面上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可当做集中力作用于轴上零件的宽度中点。 图轴上受力简图轴上受力分析轴传递的转矩:齿轮的圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：计算作用于轴上的支反力水平面支反力垂直面支反力计算轴的弯矩，并画弯、转矩图（如图3所示）分别作出垂直面和水平面上的弯矩图(d)、(e)，并按进行弯矩合成。画转矩图(f)。计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，取=0.6，则按计算(6)按弯扭强度校核轴的强度强度校核：考虑键槽的影响，查文献【2】附表6-8计算，故安全。按安全系数校核判断危险截面仍以3截面进行安全系数校核疲劳强度校核3截面上的应力弯曲应力幅：扭转应力幅：弯曲平均应力：扭转平均应力：材料的疲劳极限根据，查文献【2】表6-1得，3截面应力集中系数：查文献【2】附表6-1得，表面状态系数及尺寸系数：查文献【2】附表6-4、附表6-5得，分别考虑弯矩或转矩作用时的安全系数：故安全6.5高速轴的结构设计按工作要求，轴上所支撑的零件主要有齿轮、轴端联轴器以及滚动轴承。根据轴上零件的定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设的基本要求，可确定轴的各段长度。综合考虑各种因素，故初步选定轴的结构尺寸如图所示。设计的轴如图所示：图高速轴结构图按弯扭合成校核画受力简图画轴空间受力简图a，把轴上作用力分解为垂直面受力图b和水平面受力图c，分别求出垂直面上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可当做集中力作用于轴上零件的宽度中点。 图轴上受力简图轴上受力分析轴传递的转矩:齿轮的圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：计算作用于轴上的支反力水平面支反力垂直面支反力计算轴的弯矩，并画弯、转矩图（如图3所示）分别作出垂直面和水平面上的弯矩图(d)、(e)，并按进行弯矩合成。画转矩图(f)。计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，取=0.6，则按计算(6)按弯扭强度校核轴的强度强度校核：考虑键槽的影响，查文献【2】附表6-8计算，故安全。按安全系数校核判断危险截面仍以3截面进行安全系数校核疲劳强度校核3截面上的应力弯曲应力幅：扭转应力幅：弯曲平均应力：扭转平均应力：材料的疲劳极限根据，查文献【2】表6-1得，3截面应力集中系数：查文献【2】附表6-1得，表面状态系数及尺寸系数：查文献【2】附表6-4、附表6-5得，分别考虑弯矩或转矩作用时的安全系数：故安全。七键连接的选择及计算7.1键连接的选择键规格查文献【3】根据轴颈和轴段长度选取。高速轴伸出段，d=25mm，选用键C40 GB/T 1096-2003；高速轴与齿轮配合段，d=30mm，选用键C40 GB/T 1096-2003；中间轴大齿轮处，d=54mm，选用键A GB/T 1096-2003；低速轴齿轮处，d=54mm，选用键AGB/T 1096-2003；低速轴伸出段，d=38mm，选用键CGB/T 1096-2003；7.2键连接的校核计算校核低速轴上的连接键。键连接类型为静连接齿轮处键尺寸为，L=45mm，l=L-b=45-16=29mm,h=10mm，d=54mm伸出段键尺寸为，L=50mm，l=L-0.5b=50-5=45mm,h=8mm,d=38mm故都安全。八滚动轴承的选择及计算8.1滚动轴承的选择高速和中速区考虑载荷中等，转速较高，有冲击，选择角接触球轴承；低速区选用圆锥滚子轴承。高速轴选用角接触轴承7206C GB/T 292-2007中间轴选用角接触轴承7010C GB/T 292-2007低速轴选用圆锥滚子轴承32910CGB/T 292-19948.2低速轴滚动轴承的校核计算查文献【3】表12-6，得,由文献【3】表8-8查得（轴承受冲击载荷）计算派生轴向力由文献【2】查得32910系列圆锥滚子轴承的派生轴向力为：，则可求得轴承I、II的派生轴向力分别为: 计算轴承所受的轴向载荷图4 轴向力示意图因，并由图4分析知，轴承2被压紧，轴承1被放松。故，。计算当量动载荷轴承1：轴承2：则所以轴承寿命计算因，故按轴承2计算轴承的寿命：，所选轴承合格。九联轴器的选择9.1高速轴 转速高，为减小启动载荷，缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器。又轴与电机轴的直径相差较大，为了满足条件，选用弹性套柱销联轴器。电机轴轴径d=28mm，高速轴轴径d=25mm故选取联轴器型号为LT4型联轴器 GB/T4323-20029.2低速轴 同样选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，选用弹性柱销联轴器。选取联轴器型号为LX3型联轴器 GB/T 5014-1995十润滑和密封10.1润滑(1)齿轮的润滑第一对齿轮圆周速度,第二对齿轮圆周速度。由于两大齿轮的直径相差不大，满足油池浸油润滑的条件，所以润滑方式选择为油池浸油润滑。查文献【2】在50时润滑油黏度推荐值为82，查文献【2】选用中负荷工业齿轮油L-CKC150 GB/T 5903-1995(2)滚动轴承的润滑因为，所以轴承采用脂润滑。同时为了达到良好的润滑在减速器箱体内部开有导油槽以便达到良好的润滑。10.2密封工作环境为有灰尘，故采用J型油封，以防外界杂质侵入为主，油封唇边对箱体外。轴1密封处直径为30mm采用J型油封301002HG 4-3382003轴2密封处直径为80mm 采用J型油封801002HG 4-3382003轴3密封处直径为72mm 采用J型油封721002HG 4-3382003十一箱体和附件11.1采用铸造箱体，结构尺寸按文献【2】计算得出，列于表3中表3 减速器铸造箱体结构尺寸名称符号结构尺寸/mm箱座（体）壁厚8箱盖壁厚18箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度b,b1,b2 b=b1=12,b2=30箱座、箱盖上的肋厚m,m1m=m1=7轴承旁凸台的高度和半径h,R1h=40,R1=50轴承盖（即轴承座）的外径D2100地脚螺钉直径与数目,n=18,n=4通孔直径18沉头座直径D032底座凸缘尺寸c1min,c2minc1min=20,c2min=22连接螺栓轴承旁连接螺栓直径d1d1=14d2=10箱座、箱盖连接螺栓直径d2通孔直径d1611沉头座直径D凸缘尺寸c1min,c2min15,1715,17定位销直径d6（共轴架），8（箱座）轴承盖螺钉直径d310视孔盖螺钉直径d46箱体外壁至轴承座端面的距离h10大齿轮顶圆与箱体内壁的距离齿轮端面与箱体内壁的距离减速器箱座附图：箱盖附图：11.2附件结构设计及选择（1）轴承盖：由轴承外径可确定轴承盖外径都为1000mm,其余各参数由文献【2】表14-1查得。注意安装时用调整垫片调整间隙。（2） 窥视孔及视孔盖：根据文献【2】，因为，所以选择L1=139mm，L1=139mm，b1=8mm，b2=4mm。（3） 游标尺：根据文献【1】表14-8，选用M11。其上刻有最高油面和最低油面的标线。游标尺在箱体安放部位应保证可以自由取出，倾斜角度选定为40。（4） 通气器：由于工作环境有轻微灰尘，故选择有过滤灰尘作用的通气罩，根据文献【1】表14-10，选用A型通气罩M206吊耳和吊钩：根据文献【2】吊钩：B=40mm,H=22mm,h=65mm,R=20mm（6） 螺塞及封油垫：根据文献【1】表14-14，选用M16，封油圈2816。由于圆柱螺纹螺塞自身不能防止漏油，因此在螺塞的下面放置一石棉橡胶纸板封油垫片。完整装配图：十二设计小结 经过三周的课程设计，我基本上完成了减速器这一简单而又完整的机械产品的设计。通过此次的课程设计，我深刻地理解了理论与实践相互结合的重要性。理论是为实践服务的，而反过来时间又促使我们去创新理论。一份好的设计离不开辛勤的努力更离不开扎实的基础，这也提醒了我应该更加努力地学习，丰富自己的设计知识，同还要多去实践，这样自己才能有所收获。最后感谢我的设计老师不厌其烦地为我指导。十三参考文献【1】机械设计，第九版，西北工业大学出版社【2】机械设计手册1-6卷【3】杨家军主编.机械原理【M】.武汉：华中科技大学出版社，2009Y112M-6=27=108 校核合格=27=108a=139mm=27=2mm校核合格=27a=139mm校核合格校核合格校核合格校核合格校核合格校核合格C40 GB/T 1096-2003A GB/T 1096-2003AGB/T 1096-2003CGB/T 1096-2003校核合格7206C GB/T 292-20077010C GB/T 292-200732910CGB/T 292-1994毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利