机械设计课程设计-展开式二级圆柱斜齿轮减速器.doc

机械设计二级减速器/机械设计课程设计计算说明书 设计题目 展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器车辆工程 专业 * 班 设计者 *指导教师 *2012 年 12 月 14 日（*大学） 目录一、课程设计书及设计要求-3二、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算-4三、传动零件的设计计算（确定齿轮传动的主要参数）-8四、联轴器的选择-19五、轴的结构设计及轴承选择校核 -20六、轴的校核-24七、箱体设计及说明-26八、键联接的选择和计算-28九、润滑和密封的选择-29十、减速器附件的选择及说明-29十一、设计总结-30十二、参考资料-31一、课程设计书及设计要求1、设计题目设计用于带式运输机的展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器2、原始数据(题号H09)运输带工作拉力F = 1750N运输带工作速度 v = 1.30 m/s卷筒直径 D= 270 mm3、工作条件和要求连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为8年，每年按300天计，小批量生产，单班制工作，运输带速度允许误差为5%。启动载荷为名义载荷的1.5倍。4、设计工作量1、减速器装配图一张（A1号图纸）；2、零件工作图2张（A3号图纸，轴一张，齿轮一张）；3、只对中间轴进行校核计算；4、设计说明书一份，50006000字。5、设计时间和地点 2012年12月3日2012年12月16日；安徽科技学院，求知楼B402。6、主要内容 1、进行传动方案的设计（任务书中已规定）； 2、电动机功率及传动比的分配； 3、主要传动零部件的参数设计（带轮、轴、齿轮）； 4、标准件的选择及校核计算； 5、减速器结构、箱体各部分尺寸确定、结构工艺性设计； 6、绘制装配草图； 7、完成总状图和零件图的绘制； 8、整理和编写设计说明书。二、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算1.电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算； （1）选择电动机的类型 按工作要求和条件，选用三项笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。 （2）选择电动机的容量电动机所需工作功率为： (1)工作机需要的工作功率： P=kw (2) 将（2）式代入（1）式得； P=传动装置的总效率为： 取卷筒轴承的传动效率为 ； 卷筒的传动效率为； 低速级联轴器的效率为 ；轴轴承的效率为 ；低速级齿轮啮合效率 ; 轴轴承的效率；高速级齿轮啮合效率；轴承效率；高速级联轴器效率所以，电动机所需功率P =2.279kw 因载荷工作时有轻微振动，电动机额定功率略大于P即可。由表16-1，Y系列电动机技术数据，选动机的额定功率为3kw。 （3）确定电动机的转速 卷筒轴工作转速为： =91.72r/min取二级圆柱斜齿轮减速器的传动比i=8-40,故电动机转速的可选范围为： n=in=(8-40)91.72=(733.8-3660.8)r/minY系列电机常用型号对照表 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格减速器的传动比，由上表，选定型号为Y100L-4的三相异步电动机，额定功率为3kw，额定电流6.4A，满载转速1430 r/min，同步转速1500r/min,轴中心高度100mm，电动机轴径28mm。 2.确定传动装置的总传动比和分配传动比（1）总传动比由选定的电动机满载转速n和工作机(卷筒轴)主动轴转速n，可得传动装置总传动比为n/nw1430/91.8=15.59（2）各级传动装置传动比 由课程设计指导书P展开式分布型得：高速级传动比为 4.9则低速级传动比 i总/i低=3.183.计算传动装置的运动和动力参数(1)各个轴的转速轴的转速n=nm=2880r/min ;轴的转速n=291.84r/min轴的转速n=91.77r/min(2)各个轴的输入功率电动机轴=2.279kW轴的功率=2.256kW轴的功率=2.145kW轴的功率 = 2.039kW 卷筒轴功率=1.978kW(3)各个轴扭矩T电动机轴轴的扭矩轴的功率轴的扭矩卷筒输入轴转矩三、传动零件的设计计算（确定齿轮传动的主要参数）A高速齿轮的计算1选精度等级、材料及齿数（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z124，大齿轮齿数z2z1*i=20*4.9=98；选螺旋角，初选螺旋角=142 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。 （1）确定公式内的各计算数值1）试选Kt1.62）选取尺宽系数d13）材料的区域系数Z2.4334） 则 5）小齿轮传递的转矩为： T=6)材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa7）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Hlim2550MPa8）计算应力值环数N=60nj =6014301（183008）=8.23710hN=1.68110h 9）查得：K=1.04 K=1.1210）齿轮的接触疲劳需用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,=1.04600=624=1.12550=616 许用接触应力（2）设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模数 计算齿宽b =27.07mm 模数 =计算齿宽与高之比 h=2.25 =2.955mm = =9.16mm计算纵向重合度=0.318=1.586计算载荷系数K使用系数=1根据,7级精度, 查课本由P表10-8得动载系数K=1.08查课本由表10-4得K=1.41查课本由P表10-13得K=1.34查课本由表10-3 得: K=1.4故载荷系数:KK K K K =1*1.08*1.42*1.4=2.147按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径:d=d=27.07=29.858计算模数:=(3). 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式:1) 确定公式内各计算数值 计算载荷系数KKK K K K=1*1.08*1.35*1.4=2.04纵向重合度= 1.586 螺旋角影响系数Y =0.88计算当量齿数/cos20/ cos1421.894 /cos98/ cos14107.279查取齿形系数 Y2.736 ， Y2.173应力校正系数YY1.567， Y1.792查图10-20c得到 ， 弯曲疲劳寿命系数:K=0.87 K=0.89 弯曲疲劳许用应力(S=1.4)=计算大小齿轮的 大齿轮的数值大,则选用大齿轮的数据2）设计计算 计算模数按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=1.5mm ，取接触疲劳计算得到的分度圆直径于是z=19.3, 取z=20 那么z=20 =98 ，取 z=98。 3 几何尺寸计算（1）计算中心距 a=91.21将中心距圆整为91.5（2）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos 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d=31.02d=151.99（4）计算齿轮宽度B=圆整的 B=35mm ； B=40mm 。B低速齿轮的计算1选精度等级、材料及齿数（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z130，大齿轮齿数z230=95.4 ,取z=95；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。 （1）确定公式内的各计算数值1）试选Kt1.62）选取尺宽系数d1，=14。3）材料的区域系数ZH2.4334） 则 5）小齿轮传递的转矩为6)材料的弹性影响系数ZE189.87）小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim3600MPa 大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim4550MPa8）计算应力值环数N=60nj =60291.841（183008）=3.3610hN= 9）查得：K=1.03 K=1.0810）齿轮的接触疲劳需用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,=1.08600=648=1.14550=627 许用接触应力（2）设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b3和模数计算齿宽b3 b3=45.45mm计算摸数m 初选螺旋角=14=计算齿宽与高之比 h=2.25 =3.31mm = =13.74计算纵向重合度=0.318=2.38计算载荷系数K使用系数=1根据,7级精度, 查课本由P表10-8得动载系数K=1.05查课本由表10-4得K=1.42查课本由P表10-13得K=1.36查课本由表10-3 得: K=1.4故载荷系数:KK K K K =2.084按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=45.45=49.636计算模数=(3). 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式1) 确定公式内各计算数值 计算载荷系数KKK K K K=轴向重合度 =2.38 螺旋角影响系数Y=0.89计算当量齿数查取齿形系数 2.49， 2.17应力校正系数Y1.64， 1.80弯曲疲劳寿命系数:K=0.91 K=0.91 弯曲疲劳应力（取S=1.4）=计算大小齿轮的 大齿轮的数值大.选用大齿轮的数据2）设计计算 计算模数按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.0mm ； z=29.11 取整数z=29 那么z=293.18=92.22 取整数z=92 3 几何尺寸计算（1）计算中心距 a=124.7将中心距圆整为124.5mm。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos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d=59.7d=189.3（4）计算齿轮宽度B=圆整后 mm, mm。4、计算齿轮的齿顶直径和齿高直径（，）对齿轮1和齿轮2-齿顶高 ：齿根高 ：则对齿轮1： 则对齿轮2：对齿轮3和齿轮4-齿高齿根高则对齿轮3 ： 则对齿轮4 ： 5、验算传动比 ; ; ; 实际的传动比理论传动比与实际传动比之差为相对误差为故设计的传动装置满足要求。5、两级传动大齿轮浸油深度验算如图所示低齿轮浸油示意图，可知浸油深度d=22.53mm故满足浸油要求。四、联轴器的选择1、对轴：计算转矩（KA=1.3）查表取LT3联轴器，其参数如下：公称转矩 31.5Nm；许用转速6300r/min；内孔半径20mm；右半边长度50mm。2对轴：计算转矩（KA=1.3）查表取LT7联轴器，其参数如下：公称转矩 500Nm；许用转速6300r/min；内孔半径40mm；右半边长度112mm。五、轴的结构设计及轴承选择一、轴的计算选取所有轴的材料为45钢，调制处理。根据表15-3，取。1、已知输入到轴简易装配图如下：轴简易装配图功率为 ， 其转速为 ， 则由以上计算，将轴做成齿轮轴，取直径； 对于齿轮1，用圆锥滚子轴承。 F= Ftan=971.5=255.1N1）求比值 =0.700.37 2） 当量动载荷P，根据式（13-8a）， P=f(XF+YF) 按照表13-6，f=1.0-1.2, 取f=1.2 。 按照表13-5，X=0.41 , Y=1.6 则 P=1.2（0.41365.58+1.6255.1）=699.7N3）根据式13-6，求轴承基本额定动载荷C=P=699.7=6455.8N 根据寿命要求选择C=32.2kN,30205型轴承；则轴上安装轴的直径为25mm；轴简易装配图轴的功率为 其转速为 将轴做成阶梯轴，取最小直径 。计算4齿轮上的力作用在4齿轮上的力则1）求比值 =0.650.372） 当量动载荷P，根据式（13-8a） P=f(XF+YF) 按照表13-6，f=1.0-1.2, 取f=1.2 。 按照表13-5，X=0.4 , Y=1.6 则 P=1.2（0.4839.5+1.6543.5）=1446.5N3）根据式13-6，求轴承基本额定动载荷C=P=1446.5=5855.5N 根据寿命要求选择C=63kN,30209型轴承；则轴上安装轴的直径为45mm；2、设计轴1）求作用在齿轮上的力作用在2齿轮上的力则则计算3齿轮上的力作用在3齿轮上的力则2）初步确定最小直径取轴的最小直径为35mm。4）轴的结构设计拟定轴上的零件装配方案（轴承为正装的）轴的简易零件装配图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和和长度初步选择滚动轴承为30207。倒角参考表15-2，取轴端倒角为2*45。各个轴肩圆角半径见上图所示。六、轴的校核根据轴的结构做出轴的计算简图，。在确定轴承的支点位置时，应该从手册中查得a=18.5。将轴看做简支梁，跨距为现在画出轴的弯矩和扭矩图如下： 6）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核是，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面即图中第三条虚线所示的截面根据式（15-5）及上图数据，以及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取=0.6，轴的计算应力：查表得到轴的许用应力。因此，可知该轴合格。2、轴轴承的校核取轴承30207，轴承的预期寿命；按照表13-7，派生轴向力查手册得到e=0.37，Y=1.6，Y0=0.9因此派生轴向力则由 ，则 由 ，则 ，寿命验算，因为P1P2,按轴承1验算。则轴承合格。七、箱体设计及说明减速器机体结构尺寸设计(低速级中心距a=124.5mm）名称符号计算公式结果(mm)箱座厚度7箱盖厚度6箱盖凸缘厚度9箱座凸缘厚度9箱座底凸缘厚度17.5轴承旁联结螺栓直径M13盖与座联结螺栓直径=（0.5 0.6）M9视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M5，至外箱壁的距离查手册表112221816，,至凸缘边缘距离查手册表1122014外箱壁至轴承端面距离=+（510）10大齿轮顶圆与内箱壁距离1.2201齿轮端面与内箱壁距离13.5箱盖，箱座肋厚66轴承端盖外径+（55.5）55（1轴）67（2轴）77（3轴）八、键联接的选择和计算（1）高速级与联轴器联接处键为采用圆头普通平键键为查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa，键工作长度L=L-b=40-6=34mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=3mm,得=24.87 Mpa=110Mpa (合格)(2)中间轴键校核：a、在轴段上的键初步选择为现在校核该键其中k键与轮毂槽的长度，k=0.5h；l键的工作长度；d轴的直径；材料的许用挤压应力。由上可知，键1的强度合格！b、在轴段上的键初步选择为现在校核该键由此可知，键2也是合格的!(3)低速轴与联轴器配合的键b=查表得6-2查得,许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa。键工作长度，L=l-b=100-10=90mm,键与轮毂键槽的接触高度, =4mm,得，=30Mpa=110Mpa (合格)(4)低速轴与齿轮配合的键b=14查表得6-2查得,许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa。键工作长度，L=l-b=45-14=31mm,键与轮毂键槽的接触高度, k=4.5mm,得，=60Mpa=110Mpa (合格)九、润滑和密封的选择 对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度很小，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.为避免油池中稀油溅入轴承座，在齿轮与轴承之间放置挡油环。输入轴与输出轴处用毡圈密封。 十、减速器附件的选择及说明（1）窥视孔窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能伸进箱体进行检查操作为宜。窥视孔处应设计凸台以便于加工。 （2）通气器通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部制成一定曲路，并设置金属网。考虑到环境因素选用了防尘性能好的二次过滤通气器。（3）油面指示器用油标尺，其结构简单、在低速轴中常用。油标尺上有表示最高及最低油面的刻线。油标尺的安装位置不能太低，以避免有溢出油标尺座 孔。（4）放油孔放油孔应设置在油池的最低处，平时用螺塞堵住。采用圆柱螺塞时，箱座上装螺塞处应设有凸台，并加封油垫片。放油孔不能高于油池底面，以免排油不净。（5）定位销常采用圆锥销做定位销。两定位销间的距离越远越可靠，因此，通常将其设置在箱体联接凸缘的对角处，并做非对称布置。（6）起盖螺钉起盖螺钉螺纹有效长度应大于箱盖凸缘厚度。起盖螺钉直径可与凸缘联接螺钉直径相同。十一、设计总结 课程设计为期两个星期，在这两个星期里，我从减速器的每一个零件开始设计，认真选择材料，设计形状和大小，校核零件的强度，等等。在设计过程中，我经历了许多的挫折，经常算错数字，有时出现矛盾的地方，不过，我每次都仔细检查错误，并且改正，以严谨的态度对待带这次的课程设计。遇见有不懂得地方，我就查阅手头的资料，如果找不到，我就查阅更多的工具书，绝不以敷衍了事的态度完成任务。同时，在完成工作的时候，我没有闭门造车，而是和同学讨论有关的结构和细节问题，相互交流，取长补短，争取做到更好，更优秀。在绘图方面，我既手绘图，也用cad绘图。Cad是一个很好的软件，在我们这个专业来说，如果学会它，能给我们省下很多的精力和时间。它是一个工具，应该掌握的工具。这次的课程设计给了我很好的自我锻炼的机会，提高了我独自完成设计的能力，为将来毕业设计做了一个预热。同时，这次的课程设计也让我认识到自身所存在的不足之处，比如说速度比较慢，细节方面有待提高等等。我会努力提升自己，改正这些不足之处！十二、参考资料：1、濮良贵、纪名刚主编.机械设计.第八版.北京：高等教育出版社，20062、高志、李威主编.机械设计课程设计手册.第四版.北京：高等教育出版社，20123、龚溎义主编