机械设计课程设计-同轴式二级圆柱齿轮减速器的设计F1400,V1.55,D350【全套图纸】.doc

机械设计课程设计题目：设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器一 传动装置总体设计：二全套图纸，加1538937061. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。 其传动方案如下： 1电动机；2联轴器；3齿轮减速器；4带式运输机；5卷筒；6联轴器一 工作情况：1，正反向转动2，断续工作，有轻微震动3，启动载荷为公称载荷的1.4倍4，每天工作12小时，寿命8年，大修期3年，每年按照260个工作日计算二 原始数据钢丝绳拉力（N）：1400卷筒直径D（mm）：350卷绳速度V（m/s）：1.55带速允许偏差（）：5三 设计任务减速器总装配图一张齿轮、轴零件图各一张设计说明书一份四 设计内容电动机的选择1 电动机类型和结构的选择因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。2 电动机容量的选择 KW工作机所需功率Pw KWPw2.2kW2 电动机的输出功率所以 KW由电动机到运输带的传动总功率为0.904Pd2.4kW3 电动机转速的选择nd（i1i2in）nw初选为同步转速为1000r/min的电动机方案电动机型号额定功率KW同步转速r/min额定转速r/min重量N总传动比1Y112M-2 415001440470125.652Y132M1-6 4100096073083.773Y160M1-8 4750720118062.834电动机型号的确定由(机械设计基础课程设计指导书p119)查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW，满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求。其参数如下：传动件设计计算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z120，大齿轮齿数z2100的；4） 选取螺旋角。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按式（1021）试算，即 dt1） 确定公式内的各计算数值试选Kt1.6（1） 选取区域系数ZH2.433（2） 选取尺宽系数d1（3） 查得10.75，20.87，则121.62（4） 查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa（5） 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） 计算应力循环次数N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64107（7） 查得接触疲劳寿命系数KHN10.95；KHN20.98（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 H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa2） 计算（1） 试算小齿轮分度圆直径d1td1t=67.85（2） 计算圆周速度v=0.68m/s（3） 计算齿宽b及模数mntb=dd1t=167.85mm=67.85mmmnt=3.39h=2.25mnt=2.253.39mm=7.63mmb/h=67.85/7.63=8.89(4)计算纵向重合度=0.3181tan14=1.59(5)计算载荷系数K 取KA=1根据v=0.68m/s,7级精度，由图108查得动载系数KV=1.11；由表104查的KH的计算公式和直齿轮的相同，故 KH=1.12+0.18(1+0.61)11+0.231067.85=1.42查得KF=1.36查得KH=KH=1.4。故载荷系数 K=KAKVKHKH=11.031.41.42=2.05(6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（1010a）得 d1=mm=73.6mm(7)计算模数mn mn =mm=3.743 按齿根弯曲强度设计由式(1017) mn1） 确定计算参数（1） 计算载荷系数K=KAKVKFKF=11.031.41.36=1.96（2） 根据纵向重合度=0.318dz1tan=1.59，从图1028查得螺旋角影响系数 Y0。88（3） 计算当量齿数z1=z1/cos=20/cos14=21.89 z2=z2/cos=100/cos14=109.47（4） 查取齿型系数由表105查得YFa1=2.724；Yfa2=2.172（5） 查取应力校正系数由表105查得Ysa1=1.569；Ysa2=1.798（6） 计算FF1=500MpaF2=380MPaKFN1=0.95KFN2=0.98F1=339.29MpaF2=266MPa（7） 计算大、小齿轮的并加以比较=0.0126=0.01468 大齿轮的数值大。2） 设计计算mn=2.4mn=2.54 几何尺寸计算1） 计算中心距z1=32.9，取z1=33z2=165a=255.07mma圆整后取255mm2） 按圆整后的中心距修正螺旋角=arcos=135550”3） 计算大、小齿轮的分度圆直径d1=85.00mmd2=425mm4） 计算齿轮宽度 b=dd1b=85mmB1=90mm，B2=85mm5） 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。减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果机座厚度9机盖厚度8机盖凸缘厚度12机座凸缘厚度14机座底凸缘厚度23地脚螺钉直径M24地脚螺钉数目6轴承旁联结螺栓直径M14盖与座联结螺栓直径=（0.5 0.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）10视孔盖螺钉直径=（0.30.4）8定位销直径=（0.70.8）8，至外箱壁的距离查手册表112342218，至凸缘边缘距离查手册表1122816外箱壁至轴承端面距离=+（510）50大齿轮顶圆与内箱壁距离1.215齿轮端面与内箱壁距离10箱盖，箱座肋厚89轴承端盖外径轴承孔直径+（55.5）120（I 轴）112（II 轴）175（III轴）轴承旁联结螺栓距离120（I 轴）112（II 轴）175（III轴）轴的设计计算拟定输入轴齿轮为右旋II轴：1 初步确定轴的最小直径d=34.2mm2 求作用在齿轮上的受力Ft1=899NFr1=Ft=337NFa1=Fttan=223N；Ft2=4494NFr2=1685NFa2=1115N3 轴的结构设计1） 拟定轴上零件的装配方案 i. I-II段轴用于安装轴承30307，故取直径为35mm。ii. II-III段轴肩用于固定轴承，查手册得到直径为44mm。iii. III-IV段为小齿轮，外径90mm。iv. IV-V段分隔两齿轮，直径为55mm。v. V-VI段安装大齿轮，直径为40mm。vi. VI-VIII段安装套筒和轴承，直径为35mm。2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1. I-II段轴承宽度为22.75mm，所以长度为22.75mm。2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm，轴承和箱体的间隙4mm，所以长度为16mm。3. III-IV段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度90mm。4. IV-V段用于隔开两个齿轮，长度为120mm。5. V-VI段用于安装大齿轮，长度略小于齿轮的宽度，为83mm。6. VI-VIII长度为44mm。4 求轴上的载荷 66 207.5 63.5 Fr1=1418.5NFr2=603.5N查得轴承30307的Y值为1.6Fd1=443NFd2=189N因为两个齿轮旋向都是左旋。故：Fa1=638N Fa2=189N5 精确校核轴的疲劳强度1） 判断危险截面 由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面2） 截面IV右侧的 截面上的转切应力为由于轴选用40cr，调质处理，所以，。综合系数的计算由经直线插入，知道因轴肩而形成的理论应力集中为，轴的材料敏感系数为，故有效应力集中系数为查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，轴采用磨削加工，表面质量系数为，轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为a) 碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为，b) 安全系数的计算轴的疲劳安全系数为故轴的选用安全。I轴：1 作用在齿轮上的力FH1=FH2=337/2=168.5Fv1=Fv2=889/2=444.52 初步确定轴的最小直径3 轴的结构设计1） 确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a) 由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为25mm。b) 考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2.5mm，所以该段直径选为30。c) 该段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有2mm的圆角，则轴承选用30207型，即该段直径定为35mm。d) 该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有2mm的圆角，经标准化，定为40mm。e) 为了齿轮轴向定位可靠，定位轴肩高度应达5mm，所以该段直径选为46mm。f) 轴肩固定轴承，直径为42mm。g) 该段轴要安装轴承，直径定为35mm。h) 各段长度的确定各段长度的确定从左到右分述如下：a) 该段轴安装轴承和挡油盘，轴承宽18.25mm，该段长度定为18.25mm。b) 该段为轴环，宽度不小于7mm，定为11mm。c) 该段安装齿轮，要求长度要比轮毂短2mm，齿轮宽为90mm，定为88mm。d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm（采用油润滑），轴承宽18.25mm，定为41.25mm。e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸，定为57mm。f) 该段由联轴器孔长决定为42mm4 按弯扭合成应力校核轴的强度W=62748N.mmT=39400N.mm45钢的强度极限为，又由于轴受的载荷为脉动的，所以。III轴1 作用在齿轮上的力FH1=FH2=4494/2=2247NFv1=Fv2=1685/2=842.5N2 初步确定轴的最小直径3 轴的结构设计1） 轴上零件的装配方案2） 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度I-IIII-IVIV-VV-VIVI-VIIVII-VIII直径607075877970长度105113.758399.533.255 求轴上的载荷Mm=316767N.mmT=925200N.mm6. 弯扭校合滚动轴承的选择及计算I轴：1 求两轴承受到的径向载荷2 轴承30206的校核2） 径向力3） 派生力，4） 轴向力由于，所以轴向力为，5） 当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为6） 轴承寿命的校核II轴：2、 轴承30307的校核1） 径向力2） 派生力，3） 轴向力由于，所以轴向力为，4） 当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为5） 轴承寿命的校核III轴：3、 轴承32214的校核1） 径向力2） 派生力，3） 轴向力由于，所以轴向力为，4） 当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为5） 轴承寿命的校核键连接的选择及校核计算代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴8760（单头）25353.539.826.012880（单头）4068439.87.32中间轴12870（单头）4058419141.2低速轴201280（单头）75606925.268.51811110（单头）601075.5925.252.4由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，根据挤压强度条件，键的校核，上述键皆安全。联轴器的选择由于弹性联轴器优点：高刚性。 良好的柔性。 同步运转，无齿隙。 高强度铝合金，低惯量。 保养容易，无需润滑油及其它维修服务。 两种紧固方法：夹紧和螺钉紧固所以考虑选用它。二、 高速轴用联轴器的设计计算由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4（GB4323-84），但由于联轴器一端与电动机相连，其孔径受电动机外伸轴径限制，所以选用TL5（GB4323-84）其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径，轴孔长，装配尺寸半联轴器厚（GB4323-84）三、 第二个联轴器的设计计算由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为所以选用弹性柱销联轴器TL10（GB4323-84）其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径 轴孔长， 装配尺寸半联轴器厚（GB4323-84）减速器附件的设计十一. 减速器的各部位附属零件的设计.窥视孔盖与窥视孔：在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔, 大小只要够手伸进操作可以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙,了解啮合情况.润滑油也由此注入机体内.放油螺塞放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封，选用外六角油塞及垫片M161.5。油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量.因此要安装于便于观察油面及油面稳定之处即低速级传动件附近；用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。可选用游标尺M16。通气器 减速器运转时，由于摩擦发热,机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏,所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由逸处，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带空螺钉制成. 由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M181.5启盖螺钉为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖；螺钉上的长度要大于凸缘厚度，钉杆端部要做成圆柱形伙半圆形，以免顶坏螺纹；螺钉直径与凸缘连接螺栓相同。在轴承端盖上也可以安装取盖螺钉,便于拆卸端盖.对于需作轴向调整的套环,装上二个螺钉,便于调整.定位销为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定位精度。如机体是对称的,销孔位置不应对称布置.环首螺钉、吊环和吊钩 为了拆卸及搬运，应在机盖上装有环首螺钉或铸出吊钩、吊环，并在机座上铸出吊钩。调整垫片 用于调整轴承间隙,有的起到调整传动零件轴向位置的作用.密封装置在伸出轴与端盖之间有间隙,必须安装密封件,以防止漏油和污物进入机体内.润滑与密封一、 齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。齿轮油的选择 齿轮油用于润滑齿轮传动装置，由于齿轮传动装置的类型，工作条件不同，对齿轮油有不同的要求。齿轮油通常可分为车辆齿轮油和工业齿轮油两大类，车辆齿轮油主要用于各种车辆的变速箱、驱动桥传动齿轮的润滑；工业齿轮油主要用于冶金、矿山、水泥和化肥等厂矿机械中具有一般冲击、中等负荷以上的 正、斜齿轮的润滑。因减速器是闭式斜齿轮传动，所以减速器润滑剂类型应为工业齿轮油。1 工业齿轮油的选择原则2 工业齿轮油一般分为普通工业齿轮油、中负荷工业齿轮油和重负荷工业齿轮油三类。工业齿轮油的选择原则一是根据齿面接触应力、齿轮状况和使用工况选择工业齿轮油类型。（见表1；二是根据齿轮分度圆圆周速度选择齿轮油黏度，见表2，根据查得黏度再去确定齿轮油的牌号。） 表1 低速重载齿轮选油表（闭式齿轮）齿轮种类 润滑方法 齿面应力MPa 推荐用油类型 使用工况 圆柱齿轮与圆锥齿轮 油浴润滑与循环润滑传动齿轮，低于350 机械油 普通工业齿轮油 中负荷工业齿轮油 中负荷工业齿轮油 重负荷工业齿轮油 一般传动齿轮 一般齿轮 有冲击高温的齿轮 矿井提升，露天采掘高温有冲击的齿轮，船舶海港机械等。 冶金、轧钢、井下采煤、高温有冲击、有水部位的齿轮 动力齿轮 低负荷350500 中负荷5001100 重负荷高于1100 表2 齿轮油黏度荐用值齿轮材料 强度极限MPa 圆周速度(m/s) 0.5以下 0.51 12.5 2.55 512.5 12.525 大于25 50运动黏度(cst) 塑料、铸铁、青铜 176 117 80 58 43 32 钢4701000 266 177 118 82 59 44 32 10001250 266 266 177 118 82 59 44 渗碳或表面淬火钢 12501580 444 266 266 177 118 82 59 二、 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、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，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。密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。设计小结课程设计是培养我们综合运用所学知识 ,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新月异。让我们从理论到实践，在这段日子里，可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在这个过程中我去查了很多图书资料，自然在无奈的情况下走了很多弯路，还通过网络资源找了很多东西，特别是查询材料方面得到了锻炼，同时word和cad也得到了一定提高。通过这次设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题