机械设计课程设计-设计两级斜齿圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计说明书姓名： 系别： 机械工程学院 班级： 学号： 指导老师： 机械设计课程设计题目题目名称：设计两级斜齿圆柱齿轮减速器说 明： 此减速器用于热处理车间零件清洗传送带的减速。此设备两班制工作，工作期限十年，户内使用。传送简图如下：已 知 条 件数 据 号12345678鼓轮直径（mm）3 00330350350380300360320传送带运行速度（m/s）0.630.750.850.80.80.70.840.75传送带从动轴所需扭矩（Nm）7006706509501050900660900技术参数机械设计课程设计任务书一、本任务书发给 班学生 二、请按计划书指定数据组号 第1组 的第3 个数据进行设计(见附页)。三、本任务规定的设计计算包括下列各项：1、 传动装置总体设计计算；2、 各传动零件的设计计算；3、 一根轴设计计算；4、 一对轴承的设计计算；5、 各标准零件的选择；四、本任务书要求在答辩前完成1、 主要部件的总装配图一张（A1）；2、 典型零件图2张（A3）；3、 20页左右的设计设计说明一份； 五、答辩时间 年 月 日到 月 日程设计计算说机械设计课明书目录一、 传动方案分析5二、电动机类型和结构型式的选择5三、传动比的分配7四、V带传动的设计计算9五、斜齿圆柱齿轮的设计计算12六、装配草图的初步绘制24七、轴的设计及校核计算25八、轴承的选择与计算32九、键的选择及计算校核34十、箱体设计35十一、减速器的润滑及密封选择37十二、减速器的附件选择及说明37十三、设计总结40十四、参考资料42设计一带输送机传动装置工作条件：连续单向运转，使用期10年（每年300个工作日），小批量生产，两班制工作，输送机的传动效率为1。（第7组数据）原始数据：输送带从动轴所需扭矩T=650N.m；输送带的运行速度v=0.85m/s；输送带鼓轮直径D=350mm。1、 传动方案分析 为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，可先由已知条件计算其驱动传送带主动轴鼓轮的转速（工作机转速）二、电动机类型和结构型式的选择1、 电动机类型的选择：根据用途选择Y系列一般用途的全封闭自冷式三相异步电动机。2、功率的确定：工作机所需功率：因为；把数据带入式子中，所以传动装置的总效率：V带传动效率，滚动球轴承效率，斜齿圆柱齿轮效率（8级精度），联轴器效率。所需电动机的功率：电动机额定功率：按选取电动机型号。故选的电动机3、电动机转速的确定：计算工作机轴工作转速： 按机械设计课程设计手册（高等教育出版社，该书以下简称设计手册）的表14-2(P196)推荐的传动比范围，取V带传动比范围为24、斜齿圆柱齿轮的传动比范围为35，展开式二级圆柱齿轮减速器 则总传动比范围为i=23150。故电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有1500 r/min和3000r/min。4、电动机型号的确定由上可见，电动机同步转速可选1500 r/min和3000r/min，额定功率为4kW。因为1500r/min的电动机较常用，且较符合工况要求，因此查机械设计课程设计手册表12-1(P173)选择电动机型号为Y112M-4。电动机的主要参数见下表型号额定功率/kW满载转速(r/min)Y112M-4414402.22.3三、传动比的分配计算总传动比及分配各级的传动比1、 总传动比：2、 分配各级传动比:设V带的传动比为，高速级斜齿轮传动比为，低速级斜齿轮传动比为。按课程设计手册的表14-2(P196)推荐的传动比范围， 取V带传动比范围为24、斜齿圆柱齿轮的传动比范围为35，展开式二级圆柱齿轮减速器。 取V带传动比，则两级减速箱的传动比为：，由上述各式可解得： ， 3、 各轴的转速n（r/min） 电机轴的转速: 高速轴的转速： 中速轴的转速： 低速轴的转速： 4、 各轴的输入功率P（kW）电机轴的输入功率： 高速轴的输入功率： 中速轴的输入功率：低速轴的输入功率:5、 各轴的输入扭矩T（Nm）电机轴的输入功率:高速轴的输入转矩:中速轴的输入转矩：低速轴的输入转矩:、依次为电动机轴，高速轴，中速轴，低速轴的输入转矩。参数 轴名电动机轴轴轴轴功率P/kW3.643.493.353.22转矩T/N.m24.1455.62218.98662.411转速r/min1440600146.3446.46四、V带传动的设计计算1, 确定计算功率Pca Pca=KAP由表8-7（P156,机械设计第八版 高等教育出版社,该书以下简称课本）可知：KA=1.2由电动机选型可知: P=4 kw 2, 选择V带的带型根据传动的形式，选用普通V带；再根据Pca、n1，由课本p.157图8-11知：确定选用A型V带。3, 确定带轮的基准直径dd并验算带速v。(1)初选小带轮的基准直径dd1。由课本p.155157表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1=90mm。(2)验算带速v。 按课本p.150式8-13验算带的速度因为 ，所以所选的带速合适。(3) 确定大带轮的基准直径。 根据课本p.150式8-15a，计算大带轮的基准直径dd2。 根据课本p.157表8-8，圆整为(4)确定V带的中心距a和基准长度Ld。1)根据课本p.152式8-20，得故得， 初步定中心距为：2)由课本p.158式8-22计算带所需的基准长度。 由课本p.146表8-2选带的基准长度Ld=1250mm。3)按课本p.158式8-23计算实际中心距a 。 根据课本p.158式8-24可得中心距的可变化范围为： 所以中心距的变化范围为：354mm411mm。(5)验算小带轮上的包角1 (6)计算带的根数Z1)计算单根V带的额定功率Pr 由dd1=90mm和nd1=1440r/min，查课本p.152表8-4a得 根据，和A型带，查课本p.153表8-4b得，查课本p.155表8-5可以得 ，查课本p.146表8-2得，于是得，2)计算V带的根数Z ，所以Z取5根。(7)计算单根V带的初拉力的最小值(F0)min由课本p.149表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m所以由课本p.158式8-27得， 应使带的实际初拉力(8)计算压轴力Fp由课本p.159式8-28可得压轴力的最小值为： 五、斜齿圆柱齿轮的设计计算 1、高速级已知输入功率，齿数比为，小齿轮的转速为600r/min，由电动机驱动，使用期为10年（每年工作300天），两班制，输送机连续单向运转。（1）选定齿轮类型、精度等级，材料及齿数1）选用闭式斜齿圆柱齿轮传动。2）该减速器为通用减速器，速度不高，故选用8级精度。3）因传递功率不大转速不高，由课本p191表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮，取。5）选取螺旋角。初选螺旋角（2）按齿面接触疲劳强度进行设计计算由设计公式进行计算，即1）小齿轮转矩2）试取载荷系数3）由课本p217图10-30选取区域系数4) 由课本p201表10-6查得材料弹性影响系数5）由课本p205表10-7选取齿宽系数6）由课本p215图10-26查得，则7) 由课本p209图10-21d按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限8）计算应力循环次数9）由课本p207图10-19查得接触疲劳寿命系数 10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，则则11）试算小齿轮分度圆直径12）计算圆周速度v13）计算齿宽及模数14）计算纵向重合度 15）计算载荷系数根据齿轮工况，查课本p193表10-2得，根据v=1.46m/s,8级精度，由课本p194图10-8查得动载系数由课本p195表10-3查得齿间载荷分配系数由课本p197表10-4得接触疲劳计算的齿向载荷分布系数由课本p198图10-13得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数则接触强度载荷系数16）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径（3）按齿根弯曲疲劳强度设计1）确定弯曲强度载荷系数2）根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数3）计算当量齿数4）查课本p200表10-5得,，5）计算弯曲疲劳许用应力由课本p206图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.87，=0.9取安全系数由课本p208图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 按脉动循环变应力确定许用弯曲应力6）计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大7）模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数与由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数相差不大，取标准值，已满足齿根弯曲疲劳强度。但是为了同时满足齿面接触疲劳强度，需按接触强度算得的分度圆直径，来计算应有的齿数故取，则，取。8）计算中心距将中心距圆整为9）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。10）计算大、小齿轮的分度圆直径11）计算齿轮宽度圆整后取；12）计算齿顶高、齿根高、齿全高、顶隙： 13）计算齿顶圆直径、齿根圆直径： 14）齿轮旋向：小圆柱斜齿轮左旋，大圆柱斜齿轮右旋。（4）大齿轮结构设计因为齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。有关尺寸按课本p231图10-39推荐用的结构尺寸设计。，故，具体参照大齿轮零件图。2、低速级已知输入功率，齿数比为u=，小齿轮的转速为146.34r/min，由电动机驱动，使用期为10年（每年工作300天），两班制，输送机连续单向运转。（1）选定齿轮类型、精度等级，材料及齿数1）选用闭式斜齿圆柱齿轮传动。2）该减速器为通用减速器，速度不高，故选用8级精度。3）因传递功率不大转速不高，由课本p191表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮，取。5）选取螺旋角。初选螺旋角（2）按齿面接触疲劳强度进行设计计算由设计公式进行计算，即1）小齿轮转矩2）试取载荷系数3）由课本p217图10-30选取区域系数4) 由课本p201表10-6查得材料弹性影响系数5）由课本p205表10-7选取齿宽系数6）由课本p215图10-26查得，则7) 由课本p209图10-21d按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限8）计算应力循环次数9）由课本p207图10-19查得接触疲劳寿命系数 10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，则则11）试算小齿轮分度圆直径12）计算圆周速度v13）计算齿宽及模数14）计算纵向重合度 15）计算载荷系数根据齿轮工况，查课本p193表10-2得，根据v=0.56m/s,8级精度，由课本p194图10-8查得动载系数由课本p195表10-3查得齿间载荷分配系数由课本p197表10-4得接触疲劳计算的齿向载荷分布系数由课本p198图10-13得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数则接触强度载荷系数16）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径（3）按齿根弯曲疲劳强度设计1）确定弯曲强度载荷系数2）根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数3）计算当量齿数4）查课本p200表10-5得,，5）计算弯曲疲劳许用应力由课本p206图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.85取安全系数由课本p208图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 按脉动循环变应力确定许用弯曲应力6）计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大7）模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数与由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数相差不大，取标准值，已满足齿根弯曲疲劳强度。但是为了同时满足齿面接触疲劳强度，需按接触强度算得的分度圆直径，来计算应有的齿数故取，则，取。8）计算中心距将中心距圆整为9）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。10）计算大、小齿轮的分度圆直径， 故取， 故取11）计算齿轮宽度圆整后取；12）计算齿顶高、齿根高、齿全高、顶隙： 13）计算齿顶圆直径、齿根圆直径： 14）齿轮旋向：小圆柱斜齿轮左旋，大圆柱斜齿轮右旋。（4）大齿轮结构设计因为齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。有关尺寸按课本p231图10-39推荐用的结构尺寸设计。，具体参照大齿轮零件图。 六、装配草图的初步绘制1）传动零件中心线、轮廓线及箱体内壁线的确定a.估算减速器的外轮廓尺寸 二级圆柱斜齿轮减速器 A=4a, B=2a, C=2a 高速级 低速级 b.画传动零件和外部轮廓c.确定箱体内壁线：为避免齿轮与箱体内壁干涉，齿轮与箱体的内壁应留有一定的距离，大齿轮齿顶圆与箱体内壁距离（），取箱体壁厚，则，小齿轮端面与箱体内壁（），取，两级齿轮端面间距c要大于2m(m为齿轮的模数)，并不大于8mm，则取，对于箱体底部的内壁位置，由于考虑齿轮润滑及冷却需要一定的装油量，并使油中脏物能沉淀，箱体底部内壁与最大齿轮顶圆的距离取，则箱底至箱底内壁间距。减速器中心高，最大齿顶圆的半径。d.箱体轴承座及轴承的位置确定：对于剖分式齿轮减速器：外箱壁至轴承座端面距离为：。及为扳手空间所决定的的尺寸，为箱体壁厚。（地脚螺栓直径mm，取，轴承旁连接螺栓直径，取M16，），所以L=48mm,轴承内端面至箱体内壁的距离为8mm，箱体壁厚。七、轴的设计及校核计算1、初算轴径高速轴的设计计算1）已知：,2）选择材料并按扭矩初算轴径选用调质，硬度280HBS， ，根据课本P370（15-2）式，并查课本p370表15-3，考虑到最小直径处要连接带轮要有键槽，将直径增大6%，则d=18.34(1+6%)mm=19.44mm。则取。 大带轮的定位轴肩高度取h=2mm;则;因为轴同时承受径向力，故选用角接触型轴承，7005AC，查手册表6-6（77/ p）可知：,所以，与齿轮相配合的轴段直径，则齿轮定位轴肩取h=2mm,故3）轴上零件的轴向尺寸及其位置： 轴承宽度B=12mm，齿轮宽度，大带轮的宽度=,取 =35mm，轴承端盖宽度为30mm,齿轮端面与内箱壁间距，两齿轮间距 c=8mm,箱体内侧与轴承端面间隙 s=8mm，则 4） 高速轴的结构设计简图 中间轴的设计计算1）. 已知：,2）选择材料并按扭矩初算轴径选用钢调质，硬度280HBS， ，根据课本P370（15-2）式，并查课本p370表15-3，取。与滚动轴承相连的轴段是最小直径，选用角接触型轴承，7007AC型轴承，查手册可知故；齿轮右端采用定位轴肩，轴肩的高度故取，则轴环处的直径3） 轴上零件的轴向尺寸及其位置 轴承宽度B=14mm,轴承端盖宽度30mm,齿轮宽度，则 箱体内壁线的间距4） 中间轴的结构设计简图 低速轴的设计计算1）. 已知：,2）选择材料并按扭矩初算轴径选用调质，硬度280HBS， ，根据课本P370（15-2）式，并查课本p370表15-3，取。输出轴的最小直径是安装联轴器处轴直径，为了使所选的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。联轴器的计算转矩，选用GICL型鼓形齿式联轴器。半联轴器孔径，故半联轴器长度L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度3） 确定各段轴的直径 半联轴器右段需定制一轴肩：故；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径初步选择滚动轴承。选用角接触球轴承，参照工作要求并由，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的7012AC，其尺寸为，故右端滚动轴承采用轴肩进行定位，定位轴肩高度，因此，取左端齿轮轴肩高度故，则轴环处直径4） 确定轴的各段长度.轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定），根据轴承端盖的装拆要求，取端盖的外端面与带轮端面见的距离,故取,则 5） 低速轴的结构设计简图 输出轴的强度校核 输出轴分三个支点A,B,C：B, 画输出轴的受力简图，如图（a）所示。 画水平平面的弯矩图，如图（b）所示。通过列水平平面的受力平衡方程，可求得： 则 画竖直平面的弯矩图，如图（c）所示。通过列竖直平面的受力平衡方程，可求得：则 画合成弯矩图，如图（d）所示。 画转矩图，如图（e）所示。 画出当量弯矩图，如图（f）所示。转矩按脉动循环，取，则由当量弯矩图可知C截面为危险截面，当量弯矩最大值为。 验算轴的直径因为C截面有一键槽，所以需要将直径加大5%，则，而C截面的设计直径为,所以强度足够。八、轴承的选择与计算 输出轴轴承7012AC角接触球轴承输出轴分三个支点，大齿轮（分度圆直径）所受的各力切向力径向力轴向力对于70000AC型轴承，查表可知：基本额定动载荷和静载荷分别为：求两轴承所承受的径向载荷两轴承的内部轴向力：计算当量动载荷：，故：，故： 查表可知：轴承1：轴承2：校核寿命：因，故仅需要校核轴承1。查表可知：。则故轴承寿命足够。九、键的选择及计算校核1）高速轴键的选择 齿轮与轴采用平键连接，带轮轴段采用平键连接，2）中间轴键的选择 大齿轮与轴采用平键连接， 小齿轮与轴采用平键连接， 3）输出轴键的周向定位及校核 半联轴器、齿轮、带轮与轴采用平键连接，即过盈配合，静连接，材料为钢，承受轻微载荷，普通平键连接的强度条件为。由课本p106表6-1查得，并考虑便于加工，根据半联轴器与轴连接的轴直径，查表取低速轴半联轴器处的键剖面尺寸，键槽用键槽铣刀加工，键长=70mm; 根据齿轮（），查表取。由，d为轴直径：，故故所选键合适。 十、箱体设计箱体采用水平刨分式，刨分面与轴线平面重合，将箱体分为箱盖和箱座两部分。材料选为HT150。箱体设计主要是在满足强度，钢度的前提下，同时考虑结构紧凑，制造方便，重量轻及使用等方面要求进行设计。名称代号尺寸/mm高速级锥距117低速级中心距173箱座壁厚8箱盖壁厚8地脚螺栓直径18mm，M18地脚螺栓数目6地脚螺栓通孔直径20地脚螺栓沉头孔直径33箱座凸缘厚度12箱盖凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20轴承旁连接螺栓直径14mm，M14箱座与箱盖连接螺栓直径10mm，M10连接螺栓的间距150200轴承盖螺钉直径M8视孔盖螺钉直径M6定位销直径8mm轴承旁凸台半径20mm凸台高度结构确定外箱壁至轴承座端面距离48mm大齿轮齿顶圆与内箱壁的距离12mm齿轮端面与内箱壁的距离15mm箱盖肋板厚度7mm箱座肋板厚度7mm轴承盖外径由轴承确定轴承旁连接螺栓距离 十一、减速器的润滑及密封选择1、 传动零件的润滑因为减速器的齿轮圆周速度，所以选用浸油润滑。油面高度 。2、 滚动轴承的润滑因为浸油齿轮的圆周速度，所以滚动轴承均采用脂润滑。3、 轴承的密封因为轴承采用的是脂润滑且接触面速度，所以采用毡圈密封。十二、减速器的附件选择及说明1、 视孔和视孔盖确定检查孔尺寸为 ，螺钉数4 ， ， 2、 通气器的选用选择简易式通气器3、 油标的选用选用圆形油标，尺寸为：4、 油塞的选用六角螺塞及封油圈尺寸：5、 吊钩吊耳的选用吊钩尺寸为：吊耳尺寸为:6、 定位销尺寸确定定位销直径可取（为凸缘上螺栓的直径）长度应大于分箱面凸缘的总厚度。7、 起盖螺钉的确定为便于开启箱盖，在箱盖侧边的凸缘上装一个启盖螺钉。取的螺钉，材料为。十三、设计总结理论知识是在生产实践过程中总结出的一般规律，而学习理论知识的最终目的，则是更好地指导生产实践。基于这样的中心思想在本次的课程设计中，我组的组员们在大学期间的首次有机会将课本上学习的知识，结合机械设计题目的要求，完整地体现出来，是学校、学院与老师提供给我们的一次非常宝