机械设计课程设计-两级斜齿圆柱齿轮减速器F=6.0V=0.4D=300.doc

Hefei University 课课程程设设计计 COURSE PROJECT 题目： 两级斜齿圆柱齿轮减速器 系别： 机械工程系 专业： 机械设计制造及自动化 学制： 四 年 姓名： 学号： 导师： 2012 年 12 月 31日 目目录录 第第 1 1 章章机机械械设设计计课课程程设设计计任任务务书书.1 1.1.设计题目 .1 1.2.设计要求 .1 1.3.设计说明书的主要内容 .2 1.4.课程设计日程安排 .2 第第 2 2 章章传传动动装装置置的的总总体体设设计计 .3 2.1.传动方案拟定 .3 2.2.电动机的选择 .3 2.3.计算总传动比及分配各级的传动比.3 2.4.运动参数及动力参数计算.3 第第 3 3 章章传传动动零零件件的的设设计计计计算算 .5 第第 4 4 章章轴轴的的设设计计计计算算 .6 第第 5 5 章章滚滚动动轴轴承承的的选选择择及及校校核核计计算算 .7 第第 6 6 章章键键联联接接的的选选择择及及计计算算 .8 第第 7 7 章章连连轴轴器器的的选选择择与与计计算算 .9 设设计计小小结结 .10 参参考考文文献献 .11 第第 1 1 章章 机机械械设设计计课课程程设设计计任任务务书书 1 1. .1 1. .设设计计题题目目 设计用于带式运输机的两级斜齿圆柱齿轮减速器，图示如示。连续单向运转，载荷 平稳，两班制工作，使用寿命为5 年，作业场尘土飞扬，运输带速度允许误差为 5%。 图 1带式运输机 1 1. .2 2. .设设计计数数据据 表 1设计数据 运输带工作拉力 F（N） 运输带工作速度 V(m/s) 卷筒直径 D(mm) 60000.4300 1 1. .3 3. .设设计计要要求求 1.减速器装配图 A0 一张 2.零件图 2 张 3.设计说明书一份约 60008000 字 机械设计课程设计 - 4 - 1 1. .4 4. .设设计计说说明明书书的的主主要要内内容容 封面 (标题及班级、姓名、学号、指导老师、完成日期) 目录（包括页次） 设计任务书 传动方案的分析与拟定 (简单说明并附传动简图 ) 电动机的选择计算 传动装置的运动及动力参数的选择和计算 传动零件的设计计算 轴的设计计算 滚动轴承的选择和计算 键联接选择和计算 联轴器的选择 设计小结 (体会、优缺点、改进意见 ) 参考文献 1 1. .5 5. .课课程程设设计计日日程程安安排排 表 2课程设计日程安排表 1 1) ) 准备阶段12 月 14 日12 月 14 日1 天 2 2) ) 传动装置总体设计阶段12 月 15 日12 月 15 日1 天 3 3) ) 传动装置设计计算阶段12 月 16 日12 月 18 日3 天 4 4) ) 减速器装配图设计阶段12 月 21 日12 月 25 日5 天 5 5) ) 零件工作图绘制阶段12 月 28 日12 月 29 日2 天 6 6) ) 设计计算说明书编写阶段12 月 30 日12 月 30 日1 天 7 7) ) 设计总结和答辩12 月 31 日1 天 第第 2 2 章章 传传动动装装置置的的总总体体设设计计 2 2. .1 1. .传传动动方方案案拟拟定定 由题目所知传动机构类型为：展开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。高速级齿轮布置在远离转矩输 入端，可使轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯矩变形部分的抵 消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。但此结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、 刚度差，中间轴承润滑较困难。 在多级传动中，各类传动机构的布置顺序不仅影响传动的平稳行和传动效率，而且 对整个传动装置的结构尺寸也油很大的影响。因此，应根据各类传动机的机构特点合理 布置，使各类机构得以发挥其特点。 带传动承载能力较低，但传动平稳，缓冲吸振能力强，故布置在高速级。斜齿轮传 动比较平稳，常布置在高速级。低速级也采用圆柱斜齿轮传动。 2 2. .2 2. .电电动动机机的的选选择择 2 2. .3 3. .计计算算总总传传动动比比及及分分配配各各级级的的传传动动比比 2 2. .4 4. .运运动动参参数数及及动动力力参参数数计计算算 计算过程及计算说明 一、 传动方案拟定 2 3 5 4 1 I II III IV Pd Pw 带拉力： F=6000N F=6000N v=0.4m/s D=300mm 机械设计课程设计 - 6 - 带速度： v=0.4m/s 滚筒直径： D=300mm 运输带的效率 :要求连续单向运转，载荷平稳 ,齿轮使用寿命为 5 年，二班工作制。 二、电动机选择 （1）选择电动机类型： 选用 Y 系列三相异步电动机 （2）选择电动机功率 运输机主轴上所需要的功率： Pw=KW Fv 24 1000 4 . 06000 1000 传动装置的总效率： 54 4 3 2 21 ， 分别是： V 带传动，齿轮传动（闭式，精 1 2 3 4 5 度等级为 8），滚动轴承（角接触球轴承4 对），联轴器（弹性 柱销联轴器），运输带的效率。查 课程设计 表 2-3， 取：1=0.96 ,2=0.98 ,3= 0.97 ,4= 0.99 ,5=0.96 所以： =0.960.9840.9720.990.96=0.792 电动机所需功率： Pd=查课程设计 表取kW Pw 031 . 3 792 . 0 7 . 2 电动机的额定功率 P=4.0kW （3）确定电动机转速 因为 V 带的 传动比=2-4 0 i 二级圆柱齿轮减速器传动比408 2 i 故总传动比 i=16-160,那么电动机转速范围为 wd nTn 又工作机转速min/465.25 100060 r D V nw 故，有min/465.25min/66.515rrnd 750r/min,1000r/min,1500r/min,3000r/min 4 种类型，这里选用 Y132S-6,具体数据如下： 方案电动机型号电动机额定功 率(KW) 同步转速 (r/min) 1Y132M1-64.0960 满载转速 (r/min) 总传动比 i V 带转速传 动比 减速器传 动比 96037.702.614.50 （注：表中传动比按照下面传动比分配的计算方法而得） 综合考虑 v 带传动，减速器和总传动比，可见方案1 最佳。即选 用型号为 Y132M1-6 的电动机，查表知电动机的机座中心高为 132mm，外伸轴径为 38mm，外伸轴长为 80mm。 三传动比的分配 Y132M-6: i=14.50,查表取 V 带传动比6 . 2i Pw=2.4kw 1=0.96 2=0.97 3= 0.98 4= 0.99 5=0.96 =0.792 P=4.0kw 机械设计课程设计 - 7 - 减速器传动比为（减速器高速传动比，减速器低速传动 3 3 . 1 iif 2 i 3 i 比） 392 . 3 3 . 1 ,275 . 4 3 . 1 2 32 i iii f 四传动装置的运动和动力参数计算 min/46.25 min/46.25 min/37.86 min/23.369 min/960 34 2 2 3 1 1 2 0 1 rnnn r i n n r i n n r i n n rn w m m 低速轴： 中间轴： 高速轴： 电动机： 2. 各轴输入功率计算： kwpp kwpp kwpp kwpp kwp d d 55 . 2 * 63 . 2 * 77. 2* 91. 2* 031. 3 4334 3223 3212 11 减速器低速轴： 减速器中间轴： 减速器高速轴： 电动机轴： 3.各轴输入转矩 : mNnPT mNnPT mNnPT mNnPT mNnpT mdd *91.919/9550 *16.948/9550 *08.294/9550 *92.70/9550 *15.30/9550 444 333 222 111 低速轴： 中间轴： 高速轴： 电动机： 各轴的运动和动力参数如下表所示 选用型号为 Y132M1-6 的电动 机 275 . 4 1 i 392 . 3 2 i min/960rnm min/23.369 1 rn 机械设计课程设计 - 8 - 四、传动零件的设计计算 注：本计算示例采用哈工大编 机械设计 （第三版）讲述的计算 方法，有关设计计算公式，图表数据引自此书。 1. 普通 V 带传动的设计计算 确定计算功率 C P P=3.031KW,由表 7.6 查得工作情况系数 KA 1.21 则:PcKA *P1.213.413.67KW 根据计算功率 Pc 与小带轮的转速nm，查引用教材 7.11 图 得，选择 A 型 V 带。 确定带轮的基准直径 12 , dd dd 取小带轮直径 dd1100mm ，大带轮的直径 dd2dd12.6100=260mm 带 i ,查引用教材 7.3 表的 dd2250mm 其传动比误差 故可05 . 0 0385 . 0 6 . 2/ )4 . 2100/250(i 用。 验证带速 V=5.03m/s 在 100060 1 md nd 100060 96010014 . 3 之间。故带的速度合适。 5/ 25/m sm s 确定 V 带的基准直径和传动中心距 0 a 初选传动中心距范围为： 0.7(dd1+ dd2)a02(dd1+ dd2)，取 a0=400mm 总体设计设计结果: 功率 P（kW）转矩 Tm转速传动比 轴名 输入输出输入输出 n(r/min )i 电动机 轴 3.03 33.92 960.00 2.600 I 轴 2.912.8572.3770.92369.23 4.275 II 轴 2.772.71294.08288.2086.37 3.392 III 轴 2.632.58948.16929.2025.46 卷筒轴 2.552.50919.91901.5125.46 min/37.86 2 rn min/46.25 3 rn min/46.25 4 rn kwpd031. 3 mNT mNT mNT mNT mNT kwp kwp kwp kwp d *91.919 *16.948 *08.294 *37.72 *15.30 55 . 2 63 . 2 77 . 2 91 . 2 4 3 2 1 4 3 2 1 KA 1.21 PC 3.67KW 选择 A 型 V 带 0.03850.05i 符合要求。 V=5.03m/s25m/s 故速度合适。 取 a0=400mm 机械设计课程设计 - 9 - V 带的基准长度： L0=2a0+ 0 2 12 21 4 )( )( 2a dd dd dd dd =1363.84m 4004 )100250( )250100( 2 400*2 2 查表 7.2，选取带的基准直径长度 Ld=1400mm 实际中心距 a=a0+=400+=418.08mm 2 0 LLd 2 84.13631400 验算主动轮的最小包角 1=180o=180o=159.44o120o 012 3 .57 a dd dd0 3 .57 08.418 100260 故主动轮上的包角合适。 计算 V 带的根数 z 00 C aL P z PP K K 查表 7.3 查取单根 V 带能传递的功率为 P0=0.96kw 由公式 7.19 计算功率增量 0 p 查表 7.4 得=0.7725* b k 3 10 查表 7.5 得14 . 1 i k 故kwknkp iwb 09. 0)/11 ( *0 查表 7.8，得=0.94，查表 7.2，得=0.96(差值法)Ka L K 故 z=3.87, 所以取 z=4 根。 96 . 0 94 . 0 )09 . 0 96 . 0 ( 67. 3 计算 V 带的合适初拉力 0 F 2 0 *) 1 5 . 2 ( * 500 vm KVZ P F a C 查机械设计基础 表，取 m=0.10kg/m,得 : F0=153.89N 2 03. 510. 0) 1 95. 0 5 . 2 ( 03 . 5 4 67 . 3 500 计算作用在轴上的载荷 FQ=2z F0sin=25136.45sin=1211.33N 2 1 a 2 44.159 V 带的主要参数归于表中 五、带轮的结构设计 : （单位） mm Ld=1400mm 1=159.44o =0.7725* b k 3 10 14 . 1 i k =0.96 L K Z=4 m=0.10kg/m F0=153.89N FQ=1211.33N 机械设计课程设计 - 10 - 六齿轮的设计 （一）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，故大小齿轮都选用斜 齿轮 （1）齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用 45 钢，采用软齿面，调质， 齿面硬度为小齿轮 230HBW 取小齿齿数 Z1=23， 高速级大齿轮选用 45 钢，采用软齿面，调质，齿面硬度为大齿 轮 220HBW ，则 Z =iZ1=4.27525=98.325 取 Z2=100. 2 齿轮精度 按 GB/T100951998，选择 8 级 初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿面接触强度设计 2 1 3 1 ) ( 12 H HE d t t ZZZZ u uTK d 确定各参数的值 : （1）计算圆周速度 100060 11 nd v t sm/88. 0 100060 23.36940.4414. 3 （2）计算载荷系数 KA 使用系数=1.00 A K 带轮 尺寸小带轮大带轮 槽型 AA 基准宽度 d b 1111 基准线上槽深 mina h 2.752.75 基准线下槽深 minf h 9.259.25 槽间距 e 150.3 150.3 槽边距 min f 99 轮缘厚 min 66 带轮宽度 3 B =78 ezf) 1(2 3 =78ezf) 1(2 3 带轮结构实心式腹板式 高速级小齿轮 选用 45 钢， 采用软齿面， 调质，齿面 硬度为小轮 230HBW,取小 齿轮齿数 =23 1 Z 高速级大齿轮选 用 45 钢，采用 软齿面，正火， 齿面硬度为大齿 轮 220HBW,Z2 =100 齿轮精度选择 8 级 v=0.88m/s 机械设计课程设计 - 11 - 根据,8 级精度, 查课本表 8.7 得smv/88 . 0 动载系数 Kv=1.20, 查课本 8.11 得: 12 . 1 k 查课本表 8.4 得: 20 . 1 a k 故载荷系数 : KKA*Kv* =1.0*1.20*1.12*1.20=1.6128 k a k 查课本 P136,图 8.14 选取区域系数 Z=2.47 H （3）计算应力值循环次数 N1=60n1a =60369.231（282505） h L =4.431*（注：每年工作日按 250 天算） 8 10 N2= =10.19* 21/i N 7 10 （4）由 P144,表 8.6 取齿宽系数10. 1 d （5）由 P136,表 8.5 查得弹性系数MPaZE8 .189 （6）小齿轮转矩=73754.51N*mm 1 T （7）由公式 8.1 得端面重合度 68 . 1 cos)/1/1 (2 . 388. 1 ( 21 zz a 由公式得轴面重合度 tan=1.42 1 *318. 0zd 由 P136,图 8.15 得78 . 0 Z （8）由 P142,图 8.24 查得： 99. 0 z （9）许用接触应力由公式 8.26 =算得 H H HN S z lim 由 P146,图 8.28（e）取接触疲劳极限应力，MPa H 590 1lim MPa H 550 2lim 由 P147,表 8.7 取安全系数 0 . 1 H s 故 =1.08 *590=637.20 H 1 H HN S z 1lim1 MPa =1.14*550=627.00 H 2 H HN S Z 2lim2 MPa 故取许用接触应力 MPa HH 00.627 2 1.68 a 1.42 =1.0 A K K =1.20 V 12.1 k 20.1 a k K=1.6128 10. 1 d MPaZE 8 . 189 T1=73754.51N*mm 78 . 0 Z 99 . 0 z MPa H 590 1lim MPa H 550 2lim 0 . 1 H s MPa HH 00.627 2 机械设计课程设计 - 12 - 3.设计计算 （1）小齿轮的分度圆直径 dt1 =44.40mm 21 3 1 ) ( 12 H HE d t t ZZZZ u uTK d 符合要求 则 小齿轮 合适mmmm zm d n 40.4475.46 cos 1 1 大齿轮 mm zm d n 25.203 cos 2 2 （2）计算齿宽 b 和齿高 h 齿宽 b2=51.42mm 取 b2=52mm 1 d d b1= b2+(5-10)mm=58mm 齿高 h=2*=22=4 nt mmm （3）校核齿根弯曲疲劳强度 FSF n p YYYY dbm kT 2 式内各参数： （1）K,T, 同前 n m （2）齿宽 b= b2=52mm （3）齿形系数 确定齿数和应力修正系数 F Y S Y （4）计算当量齿数 Zv1 23/ cos 10.26 24.14 3 Zv2 / cos 10.26 104.96 3 由图 8.19 查得 齿形系数 20 . 2 62 . 2 2 1 F F Y Y 应力校正系数 83. 1 56 . 1 2 1 S S Y Y （5）由图 8.21 查得 重合度系数=0.72 Y （6）由图 8.26 查得 螺旋角系数92 . 0 Y （7）许用弯曲应力可由公式 8.29算得 F N F s Y lim =2 n m 取 a=125mm 26.10 d1=46.75mm d2=203.25mm 取 b2=52mm b1=58mm 齿高 h=4mm ZV1=24.14 ZV2=104.96 齿形系数: 20 . 2 62 . 2 2 1 F F Y Y 应力校正系数 : 83 . 1 56 . 1 2 1 S S Y Y =0.72 Y 92 . 0 Y 3 1/cos z 3 2/cos z 机械设计课程设计 - 13 - 由图 8.28（f）查得弯曲疲劳极限应力 MPa MPa F F 170 210 2lim 1lim 由图 8.30 查得寿命系数 0 . 1 21 NN YY 安全系数由表查得 SF1.25 故 MPa s Y F N F 16825 . 1 /210*0 . 1 1lim1 1 MPa s Y F N F 13625 . 1 /170*0 . 1 2lim2 2 111 1 1 1 10.139 2 FSF n F MPaYYYY dbm kT 222 2 2 2 51.31 2 FSF n F MPaYYYY dbm kT （二）低速级齿轮传动的设计计算 1. 齿轮材料，热处理及精度 大小齿轮都选用斜齿轮 （1）齿轮材料及热处理 材料：低速级小齿轮选用 40Cr，采用软齿面，调质 -表面 淬火，齿面硬度为小齿轮 48HRC 取小齿齿数28 1 z 低速级大齿轮选用 40Cr 采用软齿面，调质 表面淬火，齿面 硬度为大齿轮 55HRC. （2）齿轮精度 按 GB/T100951998，选择 8 级 初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿根弯曲疲劳强度设计： FZ SF YYTK Mn d t 1 2 2 cos2 3 3 确定各参数的值 : (1)小齿轮传递的转矩： mmNnPT*70.299724/*10*55 . 9 13 6 3 (2)选小齿轮齿数Z3=28，则=i*26=94.98，取 Z4=95. 4 Z 传动比误差0.03%17444.4N,所以选取得轴承合适。 八、键联接的选择及低速轴键的校核计算 1. 高速轴与 V 带轮用键联接 选用普通平键（ A 型） 按轴径 d=23mm，及带轮宽 B=40mm，查表 4-1 选择 A8 7- 36（GB/T 1096-2003） 2.中间轴 （1）与高速级大齿轮连接 选用圆头普通平键（ A 型） 轴径 d=45mm 及齿轮宽 b2=52mm, 查表选键 A14 9-50（GB/T 1096-2003） （2）与低速级小齿轮连接 选用圆头普通平键（ A 型） 轴径 d=43mm 及齿轮宽 b3=60mm, 查表选键 A12 8-56（GB/T 1096-2003） 3.低速轴 Ft=6461.1N Fr=2421.7N Fa=595.7N FNH1=1988.0N FNH2=4473.0N FNV1=1296.3N FNV2=4473.0N MH=218282.4N MV1=14233.74N MV2=218282.4N M1=252888.1N M2=299505.3N =20.23MPa2207 8N,所以选取得 轴承合适。 高速轴与 V 带 轮用键联接 选用普通平键 （A 型） 中间轴 （1）与高速级 大齿轮连接选用 圆头普通平键 （A 型） （2）与低速级 小齿轮连接选用 圆头普通平键 A 型 低速轴: （1）与齿轮用