机械设计课程设计-二级斜齿圆柱齿轮减速器的设计F=1400V=1.75D=280.doc

原始数据：数据编号运输带的有效拉力F/(N)1400运输机带速度V/(m/s)1.75卷筒直径D/mm280工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，空载走动，使用期限为10年，小批量生产，两班制工作。运输允许误差。1 课程设计内容1）传动装置的总体设计。2）传动件及支承的设计计算。3）减速器装配图及零件工作图。4）设计计算说明书编写。 需要完成：1） 装配图一张（A1）。2） 零件工作图四张（A3）3） 设计说明书一份。已给方案：外传动机构为V带传动。 减速器为两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器。一、 传动方案的拟定与说明1） 外传动为V带传动。2） 减速器为两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器。3） 方案简图如下：该布置的特点： 该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。 计算与说明结果三、电动机选择（Y系列三相交流异步电动机）（1）选择电动机类型 按工作要求和条件，选择用三相笼型异步电动机，封闭结构，电压380V，Y型。（2）选择电动机的容量电动机所需工作机功率按式：且因此： 传动装置总效率：式分别代表：带传动，轴承，齿轮传动。联轴器和卷筒的传动效率。 电动机的输出功率： Kw 确定电动机转速为： 按课程设计指导书表一推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比i24，二级圆柱斜齿轮减速器传动比i840，则总传动比合理范围为i16160，电动机转速的可选范围为nin（16160）119.37191019099r/min。 综合考虑，查机械手册所选发动机如下表： 电动机型号额定功率(kw)满载时堵转电流/额定电流堵转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩转速(r/min)电流A效率%功率因数Y112M-2428908.1785.50.877.02.22.3电动机主要外形和安装尺寸：中心高度外形尺寸LxAC/2+AD）xHD底脚安装尺寸AxB地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸DxE装键部位FxG112400x310x265190x1401220x608x24三，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和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为n/n2890/119.37=24.21（2） 分配传动装置传动比式中分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取2.8，则减速器传动比为24.21/2.88.65根据各原则，查图得高速级传动比为3.50，则2.74四.计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴转速 2890/2.81032.1r/min1032.14/3.5294.90r/min/294.90/2.47=119.39r/min=119.39r/min（2）各轴输入功率3.100.962.98kW22.980.980.972.83kW22.830.980.972.69kW24=2.690.980.992.61kW则各轴的输出功率：0.98=2.92 kW0.98=2.77 kW0.98=2.64kW0.98=2.56 kW（3） 各轴输入转矩 = Nm电动机轴的输出转矩=9550 =95503.10/2890=10.24 N所以: =10.242.80.96=27.54 Nm=27.543.500.980.97=91.610 Nm=91.6102.470.980.97=215.11Nm=215.110.980.99=208.70 Nm输出转矩：0.98=26.99 Nm0.98=89.78 Nm0.98=210.81Nm0.98=204.53 Nm运动和动力参数结果如下表轴名功率P KW转矩T Nm转速r/min输入输出输入输出电动机轴3.1010.2428901轴2.982.9227.5426.991032.142轴2.832.7791.6189.78294.903轴2.692.64215.11210.81119.39卷筒轴2.612.56204.53204053119.39五.传动零件的设计计算.带传动1确定计算功率查课本表8-7得：,式中为工作情况系数， 为传递的额定功率,既电机的额定功率.2选择带型号根据，,查课本表8-10和选用带型为Z型带3选取带轮基准直径1）查课本表8-6和表8-8得小带轮基准直径，则大带轮基准直径,式中为带传动的滑动率，通常取（1%2%），查课本表8-8后取。2）验算带速v 在525m/s范围内，带充分发挥。4确定中心距a和带的基准长度由于,所以初步选取中心距a：，初定中心距，所以带长,=.查课本表8-2选取基准长度得实际中心距中心矩的变化范围为381-438mm5验算小带轮包角，包角合适。6确定v带根数z因，带速，传动比,查课本表8-4a得.查课本表8-2得=1.11.查课本表8-5,并由内插值法得=0.955由公式得故选Z=8根带。7计算预紧力查课本表8-3可得,故:单根普通带张紧后的初拉力为8计算作用在轴上的压轴力利用可得:.斜齿圆柱齿轮标传动（A）高速级齿轮传动的设计计算 齿轮材料，热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮（1）齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=iZ=3.524=84 取Z=84. 齿轮精度按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。按齿面接触强度设计确定各参数的值:试选=1.6查课本图10-30 选取区域系数 Z=2.433 由课本图10-26 则查课本由表10-6得： =189.8MP 由表10-7得: =1T=95.510=95.5104/1032=3.97910N.m由课本公式计算应力值环数N=60nj =6010321（2830010）=2.97210hN=8.4910h 查课本10-19图得：K=0.92 K=1.02齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式10-12得:=0.92600=552 =1.02550=561 许用接触应力 3.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 b=40.66mm计算摸数m 初选螺旋角=14=计算齿宽与高之比齿高h=2.25 =2.251.64=3.69 = =11.02计算纵向重合度=0.318=1.903计算载荷系数K使用系数=1根据,7级精度, 查课本由表10-8得动载系数K=1.09,查课本由表10-4得K的计算公式:K= +0.2310b=1.417查课本由表10-13得: K=1.35查课本由表10-3 得: K=1.4故载荷系数:KK K K K =11.091.21.417=2.16按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=40.66=44.94计算模数=4. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式 确定公式内各计算数值 载荷系数KKK K K K=11.091.41.352.06 螺旋角系数Y轴向重合度 1.903查表10-28得Y10.78计算当量齿数zz/cos24/ cos1426.27 zz/cos84/ cos1491.95查课本由表10-20c得到弯曲疲劳强度极限小齿轮 大齿轮查课本由表10-18得弯曲疲劳寿命系数:K=0.85 K=0.88 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4=计算大小齿轮的并比较大小 大齿轮的数值大 设计计算 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=1.5mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=44.94来计算应有的齿数.于是由:z=29.07 取z=29那么z=3.529=102 4 几何尺寸计算 计算中心距 a=101.26将中心距圆整为101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.计算大.小齿轮的分度圆直径d=44.70d=157.28计算齿轮宽度B=圆整的 （B） 低速级齿轮传动的设计计算 材料：低速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=28速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS z=2.4728=69 圆整取z=69. 齿轮精度按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。 按齿面接触强度设计1计算小齿轮转矩 T=95.510=95.5104/294.90=12.9510N.m2. 应力循环次数N=60njL=60294.91(2830010)=8.4910 N=3.4410由课本图10-19查得接触疲劳寿命系数K=0.98 K= 0.99 3计算接触疲劳许用应力查课本由图10-21d按齿面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取失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力=544.5566.32计算1）算小齿轮分度圆直径 =61.682）.计算圆周速度 0.953） 计算齿宽，模数，与齿高之比b=d=161.68=61.68 模数 m= 齿高 h=2.25m=2.252.14=4.815 =61.68/4.815=12.805. 计算纵向重合度4. 计算载荷系数KK=1.12+0.18(1+0.6+0.2310b =1.12+0.18(1+0.6)+ 0.231061.68=1.421使用系数K=1 同高速齿轮的设计,查表选取各数值=1.02 K=1.35 K=K=1.4故载荷系数K=11.021.41.421=2.035. 按实际载荷系数校正所算的分度圆直径d=d=61.68计算模数3. 按齿根弯曲强度设计m确定公式内各计算数值（1）载荷系数KKK K K K=11.021.41.351.93（2）由于 查得（3）当量齿数 zz/cos28/ cos1430.65 zz/cos69/ cos1475.53 （4）查齿形系数，应力校正系数由课本表10-5查得齿形系数Y和应力修正系数Y （5） 螺旋角系数Y轴向重合度 2.03Y10.797（5） 计算大小齿轮的 计算大小齿轮的,并加以比较 大齿轮的数值大,选用大齿轮的尺寸设计计算（8）设计计算 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=66.71来计算应有的齿数.z=32.39 取z=32z=2.4732=79 取z=794 计算几何尺寸（1）计算中心距 a=114.40将中心距圆整为114 （2）修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正（3）分度圆直径 d=d=（4）计算齿轮宽度圆整后取 六，轴的设计计算（一）高速轴1. 求输出轴上的功率P，转速，转矩P=2.98KW =1032.14 r/min=27.54Nm2 求作用在齿轮上的力已知低速级小齿轮的分度圆直径为 =44.70 而 F= F= F F= Ftan=462.22tan=115.24N3 初步确定轴的最小直径先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本取4计算转矩查课本,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册选取YL5型凸缘联轴器其公称转矩为63Nm,半联轴器的孔径5 轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案 （2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）-轴段由于联轴器一端连接带轮，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到带轮限制，取直径为22mm 孔长定为56mm。2）-段用于安装轴承端盖考虑端盖直径26mm 宽度为35mm3) -段因为要承载径向力和轴向力因此初选为圆锥滚子轴承30206直径30mm 宽度为35mm4) -段取轴径为35mm 宽度为48mm5）-段轴肩定位于小齿轮左端，直径定为30mm,宽度为10mm6) -段为小齿轮轴，取安装齿轮段轴径为35mm 已知齿轮宽为50mm 故取宽度为48mm7) -段用于安装轴承，定直径为30mm 宽度定为22mm .6 绘制轴的弯矩图和扭矩图： （1）求反力 H水平面 N NV垂直面 N N （2）求齿宽中点出的弯矩H水平面 NmmV垂直面Nmm合成弯矩M扭矩T Nmm当量弯矩弯矩图和扭矩图：6.校核轴的强度：查表得 N/mm,材料的许用应力即 N/mm,轴的计算应力为：（二） 中间轴的结构设计：1. 求轴上的功率，转速，转矩P=2.83KW =294.90 r/min=91.61N.m2 大小齿轮的分度圆直径 =65.96 d=157.28mm 3 初步确定轴的最小直径4 大齿轮上受到的力与小齿轮上的力护卫相反力，则： 轴向力： N 径向力： N圆周力： N 径向力： N5. 轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案 （2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）-轴段为支撑轴颈，预选轴承型号为30205圆锥滚子轴承。其内圈直径25mm，宽度16mm。所以，确定轴段直径为mm，长度为52mm。2）-段直径31mm 宽度为112mm3) -段轴肩定位于小齿轮左端，直径30mm 宽度为35mm4) -段取轴径为35mm 宽度为48mm5）-段，直径定为26mm,宽度为36mm6) -段，轴径为22mm 宽度为36mm6. 绘制轴的弯矩图和扭矩图：（1）求反力 H水平面 N NV垂直面 NN （2）求齿宽中点出的弯矩H水平面 NmmNmm V垂直面NmmNmm合成弯矩M=162303.20Nmm=18524.70Nmm扭矩T Nmm当量弯矩=171358.08Nmm=58003.56Nmm弯矩图和扭矩图 5.校核轴的强度：查表得 N/mm,材料的许用应力即 N/mm,轴的计算应力为：（三） 输出轴的结构设计：1.计算作用在齿轮上的力： 转矩：圆周力：N 径向力： N2 .初步估算轴的直径： 选取45号钢作为轴的材料，调质处理 根据公式计算轴的最小直径，并加大3%以考虑键槽的影响。 查表取A=105则：3. 轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案 （2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）-轴段用于安装联轴器，在联轴器上配合的长度为80mm，取直径为22mm 2）-段用于安装轴承端盖考虑端盖直径44mm 宽度为60mm3) -段因为要承载径向力和轴向力因此初选为圆锥滚子轴承30210直径55mm 宽度为20mm4) -段取轴径为62mm 宽度为85mm5）-段轴肩定位于小齿轮左端，直径定为72mm,宽度为10mm6) -段为大齿轮轴，取安装齿轮段轴径为58mm 故取宽度为63mm7) -段用于安装轴承，定直径为48mm 宽度定为40mm4.绘制轴的弯矩图和扭矩图： （1）求反力 H水平面 N NV垂直面 N N （2）求齿宽中点出的弯矩H水平面 NmmV垂直面Nmm合成弯矩M=155058.30Nm扭矩T Nmm当量弯矩=201745.16Nmm弯矩图和扭矩图：5.校核轴的强度：查表得 N/mm,材料的许用应力即 N/mm,轴的计算应力为：七、轴承的设校核1.输入轴轴承型号30206的寿命校核计算： 1）.支反力： 2）.轴承寿命： 按公式，求得，查表取，已知轴承的额定动载荷 N h 满足设备中修的要求，寿命足够！ h 满足设备中修的要求，寿命足够！ 2.中间轴轴承型号30205的寿命校核计算： 1）.支反力： 2）.轴承寿命： 按公式，求得，查表取，已知轴承的额定动载荷 N h 满足设备中修的要求，寿命足够！ h 满足设备中修的要求，寿命足够！3.输出轴轴承型号30210的寿命校核计算： 1）.支反力： 2）.轴承寿命： 按公式，求得，查表取，已知轴承的额定动载荷 N h 满足设备中修的要求，寿命足够！ =265269.50h 满足设备中修的要求，寿命足够！八、平键的强度校核：已知：N/mm, 1. 输入轴： mm mm Nm键 GB 1096-1979: N/mm2.中间轴： mm mm Nm键 GB 1096-1979: N/mm3.输出轴： mm ，mm， mm，mm Nmm键 GB 1096-1979: N/mm键 GB 1096-1979: N/mm九联轴器设计低速轴轴伸安装联轴器，根据工作环境和工作情况（载荷较平稳等）,选用弹性柱销联轴器。由n和转矩T联轴器的计算转矩Tca=KAT3,考虑到转矩变化很小，经查表得，KA=1.3，则 Tca=KAT3=1.3215110 N.mm=279643 N.mm按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-2003，选用LX2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为560000 N.mm。 十. 润滑密封设计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，所以其速度远远小于，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.根据轴径选择高速轴的毡圈尺寸为：D=26mm;d1=20mm;B1=7mm根据轴径选择低速轴的毡圈尺寸为：D=44mm;d1=32mm;B1=7mm十一