机械设计课程设计-二级展开式圆柱齿轮减速器设计说明书.doc

第一章 设计任务书设计题目2：设计带式运输机传动装置传动简图原始数据：数据编号运输带工作拉力F（N）运输带工作速度v/(m/s)卷筒直径D/mm120002.3330承担设计任务由指导教师指定，标明数据编号。工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，空载起动，使用期限为8年，小批量生产，单班制工作，运输带允许误差为5。设计工作量：1.减速器装配图1张；2零件工作图23张；3设计说明书1份。第二章 传动方案的说明展开式二级圆柱齿轮减速器传动路线如下：电动机联轴器减速器联轴器带式运输机采用二级圆柱齿轮设计，其效率高，工作耐久，且维修简便。高，低速级均采用斜齿齿轮，传动较平稳，动载荷也较小，可以胜任工作要求。但其齿轮相对于支承位置不对称，当轴产生弯扭变形时，载荷在齿宽上分布不均匀，因此在设计时应将轴设计的具有较大的刚度。同时由于减速传动，使输出端扭矩较大，在选择轴和轴承的时候要特别注意。设计计算及说明主要结果第三章 电动机的设计（一）电动机类型的选择按工作要求和工作条件，选用一般用途的卧式封闭型系列三相异步电动机。（二）电动机容量 1、工作机所需功率 ，=0.962、电动机的输出功率传动装置总效率=0.96查参考文献1表12-8得：圆锥滚子轴承传动效率=0.98弹性连轴器传动效率0.993，斜齿圆柱齿轮选用7级精度的齿轮传动效率=0.9853、电动机的额定功率由参考文献1表20-1选取Y132M-4型号电动机额定功率(三)电动机的转速 1、工作机主轴转速 2、各级传动比可选范围 查参考文献1表2-2得两级展开式圆柱齿轮减速器的传动比范围为8-40 3、电动级转速的确定 电动机可选转速范围=8,40 133.11=1064.88,5324.4从参考文献1 表19-1查得：同步转速为1500r/min满载转速为1440r/min电动机额定功率。制表如下：电动机型号额定功率（kw）电动机转速（r/min）同步满载Y132M-47.5150014404、电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸 由参考文献1表19-3得到电动机型号为Y132M-4，主要技术数据如下：型号额定功率（kW）满载转速（r/min）Y132M-47.514402.2BCEL2.21788980515第四章 传动装置的动力参数（一）传动装置的总传动比及其分配1、总传动比2、分配各级传动比（系数取1.4）取高速级斜齿轮传动比取低速级斜齿轮传动比取, 3、各轴转速n（r/min）电动机轴为0号轴，高速到低速各轴依次为1、2、3号轴4、各轴输入功率P（kW）5、各轴扭矩T（Nm） 最终数据如下：项目电动机轴123转速（r/min37133.32功率（kw）5.55.46155.32585.1410转矩（N.mm）36475.6936220.36137325.89368260.95传动比13.8882.778效率0.9930.96530.9653第五章 齿轮的设计(一)高速级斜齿圆柱齿轮传动设计1、选定齿轮类型、旋向、精度等级、材料及齿数（1）按照给定的设计方案可知齿轮类型为斜齿圆柱齿轮；（2）为尽量减少中间轴上的轴向力，选小斜齿轮为右旋，大斜齿轮为左旋（3）电动机为一般工作机，速度不高，选择7级精度；（4）材料选择选取：小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS；（5）选小齿轮的齿数为大齿轮的齿数为 取（6）初选螺旋角: 142、按齿面接触强度设计： （1）确定公式内的各计算数值：1）初选2）根据参考文献2 图10-30由螺旋角选取区域系数3）端面重合度：由参考文献2图10-26，则 4）计算小齿轮传递的转矩 5）由参考文献2 表10-6查取材料弹性影响系数：6）根据参考文献2 表10-7 取7）由参考文献2 图10-21 （d）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： 8）计算应力循环次数：9）由参考文献2 图10-19由循环次数查得，接触疲劳寿命系数： ，10）接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数 S1，得：11)许用接触应力的计算 （2）计算1)试算小齿轮分度圆直径2）计算圆周速度3）计算齿宽及模数4）计算纵向重合度5）计算载荷系数使用系数，动载系数由参考文献2表10-4 ，图10-13表10-3故载荷系数为6）按实际载荷系数校正所得分度圆直径7）计算模数3、按齿根弯曲强度设计（1）确定计算参数1）计算载荷系数2）根据纵向重合度，由文献2图10-28得螺旋角影响系数3）计算当量齿数4）查取齿形系数由文献2表10-55）查取应力校正系数由文献2表10-56）由文献2图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限由图10-18取弯曲疲劳寿命系数7)计算弯曲疲劳强度许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 8）计算大、小齿轮的并比较大齿轮数值大（2）计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数。因此，取已可满足弯曲强度的要求，需按齿面接触疲劳强度所得的分度圆直径来计算齿数。取圆整取774、相关几何尺寸的计算（1）中心距圆整为（2）按圆整后的中心距修正螺旋角因 值改变不多，故 、 不必修正（3）计算大、小齿轮的分度圆直径（4）计算齿轮宽度圆整后（二）低速级斜齿圆柱齿轮传动设计1、选定齿轮类型、旋向、精度等级、材料及齿数（1）按照给定的设计方案可知齿轮类型为斜齿圆柱齿轮；（2）为尽量减少中间轴上的轴向力，选小斜齿轮为左旋，大斜齿轮为右旋（3）电动机为一般工作机，速度不高，选择7级精度；（4）材料选择选取：小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS；（5）选小齿轮的齿数为大齿轮的齿数为 取（6）初选螺旋角: 142、按齿面接触强度设计： （1）确定公式内的各计算数值：1）初选2）根据参考文献2 图10-30由螺旋角选取区域系数3）端面重合度：由参考文献2图10-26，则 4）计算小齿轮传递的转矩 5）由参考文献2 表10-6查取材料弹性影响系数：6）根据参考文献2 表10-7 取7）由参考文献2 图10-21 （d）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： 8）计算应力循环次数： 9）由参考文献2 图10-19由循环次数查得，接触疲劳寿命系数： ，10）接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数 S1，得：11)许用接触应力的计算 （2）计算1)试算小齿轮分度圆直径2）计算圆周速度3）计算齿宽及模数4）计算纵向重合度5）计算载荷系数使用系数，动载系数由参考文献2表10-4 ，图10-13表10-3故载荷系数为6）按实际载荷系数校正所得分度圆直径7）计算模数3、按齿根弯曲强度设计（1）确定计算参数1）计算载荷系数2）根据纵向重合度，由文献2图10-28得螺旋角影响系数3）计算当量齿数4）查取齿形系数由文献2表10-55）查取应力校正系数由文献2表10-56）由文献2图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限由图10-18取弯曲疲劳寿命系数7)计算弯曲疲劳强度许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 8）计算大、小齿轮的并比较大齿轮数值大（2）计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数。因此，取已可满足弯曲强度的要求，需按齿面接触疲劳强度所得的分度圆直径来计算齿数。取圆整取834、相关几何尺寸的计算（1）中心距圆整为（2）按圆整后的中心距修正螺旋角因 值改变不多，故 、 不必修正（3）计算大、小齿轮的分度圆直径（4）计算齿轮宽度圆整后齿轮参数如下：高速级 大158.7627710042小41.242047低速级大170.4528311560小59.552965第六章 轴的设计（一）低速轴的设计1、低速轴的运动参数功率转速转矩2、作用在齿轮上的力 低速级大齿轮的分度圆直径为3、初步确定轴的最小直径输出轴的最小直径是安装联轴器处的直径。选取轴的材料为45钢调质处理。为使所选轴的直径 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器计算转矩由文献1表14-1，考虑到转矩变化很小，取转矩 应小于联轴器公称转矩，选用HL3型弹性柱销联轴器，其 ，半联轴器孔径 ，故取 ，半联轴器长度 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度。4、轴的结构设计（1）拟定方案如下图所示（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求,1轴段右端需制出一轴肩，故取2段的直径，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=64mm。半联轴器与轴配合的彀孔长度为84mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故取1段的长度应比配合长度略短一些，取。2）初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用圆锥滚子轴承参照工作要求并根据,由轴承产品目录初步选取0组基本游隙组，标准精度等级的圆锥滚子轴承30210其尺寸为，故；而。右端圆锥滚子轴承采用轴肩进行轴向定位。由文献1上查得30210型轴承的，因此。3）取安装齿轮处的轴径；齿轮的左端于左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮廓的宽度为60mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮轮廓宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，则轴环处的直径， 。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 (3) 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位采用平键联接。按和由文献1查得平键，配合为H7/r6。按和由文献1查得平键，配合为H7/r6。(4) 确定轴上圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为圆角半径为1mm（5）求轴上载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图(如下图)。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值，对于30210型圆锥滚子轴承，由手册中查取a=20 。因此,作为简支梁的轴的支承跨距为43.9mm+99.4=143.3mm 。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。1）确定力点与支反力与求轴上作用力2）齿轮上作用力做出轴的弯矩图和扭矩图 从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图可以看出危险截面。现将计算出危险截面处的力矩值列于下表载 荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩 扭矩T（6） 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据式15-5及上表中的数值，并取,轴的计算应力选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。因此,故安全。（7）精确校核轴的疲劳强度1) 判断危险截面截面A,B只受扭矩作用，虽然键槽及过渡配合引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按照扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面A,B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的相近，但截面不受扭矩作用，故不必作强度校核。截面C上的应力虽然最大，但应力集中不大，故截面C也不必校核。因而该轴只需校核截面左右两侧即可。2) 截面的左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为截面上的扭矩为 截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢,调质处理。由表15-1查得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按表3-2查取。因，经插值后可查得又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数按式(附3-4)为由附图3-2得尺寸系数 由附图3-3得扭转尺寸系数 轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为 轴未经表面强化处理,即,则按式3-12及式3-12a得综合系数值为又由3-1节和3-2节得碳钢的特性系数计算安全系数 故可知其安全.3) 截面右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧的弯矩M为 截面上的扭矩为 截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力过盈配合处的 值,由附表3-8用插入法求出,并取,于是得 轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为 轴未经表面强化处理,即,则按式3-12及式3-12a得综合系数值为于是,计算安全系数故该轴在截面右侧的强度也是足够的（二）高速轴的设计1、高速轴的运动参数功率转速转矩2、作用在齿轮上的力 高速级大齿轮的分度圆直径为3、初步确定轴的最小直径输出轴的最小直径是安装联轴器处的直径。由于设计为齿轮轴，选取轴的材料为40Cr调质处理。为使所选轴的直径 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器计算转矩由文献1表14-1，考虑到转矩变化很小，取转矩 应小于联轴器公称转矩，选用TL4型弹性套柱销联轴器，其 ，半联轴器孔径 ，故取 ，半联轴器长度 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度。4、轴的结构设计（1） 拟定方案如下图所示（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度轴承同时承受轴向力、径向力，选用圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据,初选圆锥滚子轴承30206 （3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位采用平键联接。按和由文献1查得 ,长为 ，配合 ；（4）确定轴上的圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为圆角半径为1mm（三）中间轴的设计1、中间轴轴2上的运动参数功率转速转矩2、初步确定轴的最小直径采用齿轮轴故选取轴材料40Cr，调质处理3、轴的结构设计（1）方案如下图所示（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度轴承同时承受轴向力、径向力，选用圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，初选圆锥滚子轴承30206 （3）轴上零件的周向定位大齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。，配合选用平键， ；（4）确定轴上的圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为圆角半径为1mm第七章 滚动轴承的设计（一）低速轴上的轴承1、轴承的选择轴承同时承受轴向力、径向力，选用圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，初选圆锥滚子轴承30210其尺寸为 。 2、校核由第六章中可知轴上齿轮受力轴转速 ，运转中有轻微冲击，要求寿命 ，查圆锥滚子轴承样本可知30210圆锥滚子轴承的基本额定载荷 基本额定静载荷（1）齿轮受到的径向载荷 和 轴承正装其中所以（2）两轴承的计算轴向力 和 对于圆锥滚子轴承，按文献1表15-1， 故（3）求当量动载荷 和 因为 由文献2表13-5得因轴承在运转过程中有为轻微冲击，由文献2表13-6， ，取则（4）验算轴承寿命因为 ，所以按照轴承1受力大小验算故所选轴承满足工作要求，安全。（二） 高速轴上的轴承1、轴承的选择由轴的设计中已选定的轴承型号为圆锥滚子轴承。参照工作要求，初选圆锥滚子轴承30206其尺寸为 。 （三）中间轴上的轴承1、轴承的选择由轴的设计中已选定的轴承型号为圆锥滚子轴承。参照工作要求，初选圆锥滚子轴承30206 其尺寸为 。 第八章 键联接的设计（一）低速轴上的键1、键的选择由轴的设计可知，低速轴上左端的键尺寸为右端的键的尺寸为 2、连接强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由文献2表6-2查得许用挤压应力 ，取 左端的键：工作长度键与轮毂键槽的接触高度 由文献2式（6-1）可得故键足够安全键的标记为：键 1650GB/T 1096-2003右端的键：工作长度键与轮毂键槽的接触高度 由文献2一式（6-1）可得故键足够安全键的标记为：键 1270 GB/T 1096-2003（二）高速轴上的键1、键的选择由轴的设计可知， 高速轴上左端的键的尺寸为（三）中间轴上的键1、键的选择由轴的设计可知，中间轴上左端的键尺第九章 减速器箱体与附件的设计减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目a250,n=44轴承旁联接螺栓直径M12箱盖与箱座联接螺栓直径=（0.50.6）M8轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M8视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M6定位销直径=（0.70.8）A6，至外机壁距离查参考文献1表4-2221813，,至凸缘边缘距离查参考文献1表4-2201611外机壁至轴承座端面距离=+（812）48大齿轮顶圆与内机壁距离8齿轮端面与内机壁距离8机盖，机座肋厚6.8 6.8轴承端盖外径+（55.5）130轴承旁联结螺栓距离130通气简易式通气器选用M201.5 油尺选用M16 第十章 润滑与密封（一）传动件的润滑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，齿轮圆周速度小于等于12m/s,所以采用浸油润滑，将传动件的一部分浸入油中，传动件回转时，粘在其上的润滑油被带到啮合区进行润滑。同时，有吃中的油被甩到箱壁上，可以散热。 （二）滚动轴承的润滑 所以滚动轴承采用油润滑 轴承内侧端面与箱体内壁留出23mm（三）密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精装，其表面粗度应为 密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。第十一章 设计小结将近两周的机械设计课程设计不仅是一个磨练专业技能