带式运输机二级斜齿圆柱齿轮减速器设计书.doc

带式运输机二级斜齿圆柱齿轮减速器设计书第 1 章 机械设计课程设计任务书 备注1.1. 设计题目 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，每天工作15h，使用寿命为10年，每年工作300天，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1.2. 设计数据表 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)2600 1.10 3201.3. 设计要求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 1.4. 设计说明书的主要内容 备注封面 (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1.5. 课程设计日程安排表 2课程设计日程安排表序号内 容日程1准备阶段第一周周一2传动装置的总体设计第一周周二3传动零件的设计计算第一周周三4减速器箱体关键尺寸的确定第一周周四5装配草图第一阶段（装配图的关键阶段）第一周周五、六第二周周一6装配草图第二阶段第二周周二7装配草图第三阶段第二周周三8誊抄装配图第二周周四9完成减速器装配图第二周周五、六第三周周一10零件工作图第三周周二、三11编写计算说明书第三周周四12答辩第三周周五第 2 章 传动装置的总体设计 备注 2.1. 传动方案拟定 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有很大的影响。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。按设计要求及工作条件选用Y系列三相异步电动机，卧式封闭结构，电压380V。2.2.电动机的选择根据已知条件由计算得知工作机所需工作功率为 kW 参考文献【1】查得 表14-7 v带轮的传动效率 滚动轴承的传动效率 齿轮的传动效率 联轴器的传动效率滚筒的传动效率 查得，可选额定功率为4kW的电动机 卷筒轴工作转速为 表22-1 经查表推荐的传动比合理范围，v带传动比，二级圆柱齿轮减 表14-8速器的传动比，则总的传动比合理范围为，电动机同步转速可见，电动机同步转速可选1500r/min和3000r/min两种。根据相同容量的三种转速，查机械设计课程设计书查出两个电动机型号，再将总传动比合理 表22-1分配给V带传动和减速器，就得到两种传动比方案，如表3所示。 表3 两种不同的传动比方案 备注 方案电动机型号额定功率电动机转速（r/min）电动机重量（kg）参考价格（元）传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带减速器1Y112M-44150014404323021.932.58.7722Y112M-24300028904563044.02314.67 综合考虑多方面因素，选择第1种方案，即选用电动机的型号为Y112M-4， 额定功率 为4KW,同步转速为了15002.3.计算总传动比及分配各级的传动比总传动比分配传动装置的传动比为使v带传动外廓尺寸不致过大，初取，则减速器的传动比 分配减速器的传动比按展开式,由则 2.4.运动参数及动力参数计算为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩(或功率)，如将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴轴轴以及 备注则可按电动机轴至工作运动路线推算，得各轴的运动和动力参数 根据公式 计算各轴转速 2-8、2-9 2-10 计算各轴输入功率、输出功率 公式2-11各轴输入功率 2-12 2-13各轴输出功率为输入功率乘轴承效率0.98，分别为 公式2-14(3)各轴的输入、输出转矩 2-15 2-16输入转矩 备注输出转矩 运动和动力参数计算结果整理后填入表4。 表4 运动和动力参数计算结果轴名功率（）转矩（）转速（）传动比i效率输入输出输入输出电动机轴3.622414402.53.52.510.960.950.950.97轴3.483.4157.7056.55576轴3,313.24192.08188.24164.57轴3.153.09456.97447.8365.83卷筒轴3.063.00443.92435.0465.83第 3 章 传动零件的设计计算一.V带的设计 参考文献【2】确定设计功率。查得工作情况系数,则 表8-8 选取带的型号。根据查取，选A型带 图8-11确定带轮的基准直径并验算带速v初选小带轮的基准直径 表8-7根据推荐用最小直径，可选小带轮直径为 8-9验算带的速度 备注 计算大带轮的基准直径 查表，圆整得 表 8-9 确定v带的中心距和基准长度根据初步确定中心距根据公式计算v带所需的基准长度 式12-2查表选v带基准长度 表8-2计算实际中心距 中心距的变动范围 验算小带轮上的包角所以合格。确定v带根数z计算单根V带的额定功率由和，查表，取单根v带所能传递的功率为 表8-4由表查得 表8-5查得， 表8-6、查得，于是 表 8-2 计算V带的根数z ，故取5根计算单根V带的初拉力由表查得A型带的单位长度质量 表8-3计算压轴力二、高速级斜齿圆柱齿轮传动设计 备注1 选择齿轮材料、热处理方式、精度等级及齿数 参考文献【2】选择小齿轮材料均选为用40Cr，采用中硬齿面，即调质处理，齿面硬度 表10-1280HBS，大齿轮45钢，采用中硬齿面，即调质处理，齿面硬度240HBS。选用8级精度。选小齿轮齿数，大齿轮齿数初选螺旋角，压力角2. 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。小齿轮分度圆直径 小齿轮传递的转矩 设计时，因值未知，不能确定，故可初选载荷系数=1.11.8，本题初选 参考文献【2】取齿宽系数 表10-7查得区域系数 图10-20材料的弹性影响系数 表10-5（4） 计算接触疲劳强度用重合度系数（5）许用接触应力由式算得，查得小齿轮和大齿轮接触疲劳 参考文献【2】极限应力。 图10-25d应力循环次数 备注 查得接触疲劳寿命系数 图10-23 取安全系数故取 （6） 调整小齿轮分度圆直径圆周速度齿宽 计算实际载荷系数查得使用系数 表10-2动载系数 图10-8齿轮的圆周力查表得齿间载荷分配系数 表10-3、10-4 所以，载荷系数按实际载荷系数算得的分度圆直径 相应的齿轮模数 从标准中就近取 取 3 .计算几何尺寸（1） 计算中心距 将中心距圆整为125mm,即a=125mm（2） 确定螺旋角：(3)计算小大齿轮的分度圆直径 备注 (4)计算齿宽 取又取b1=60mm4.校核齿根弯曲疲劳强度 (1)算得。查得弯曲疲劳极限应力， 图10-24c查得弯曲疲劳寿命系数查得安全系数=1.4，故 (2)弯曲疲劳强度的重合度系数弯曲疲劳强度的螺旋角系数当量齿数查得齿形系数 图10-17查得应力修正系数 图10-18实际载荷系数圆周速度 齿宽b=55.26mm齿高 宽高比查得动载系数 图10-8由齿轮的圆周力 备注查表得齿间载荷分配系数 表10-3查表得 结合b/h查图得 表10-4载荷系数 图10-13满足齿根弯曲疲劳强度三、低速级斜齿圆柱齿轮传动设计2 选择齿轮材料、热处理方式、精度等级及齿数 参考文献【2】选择小齿轮材料均选为用40Cr，采用中硬齿面，即调质处理，齿面硬度 表10-1280HBS，大齿轮45钢，采用中硬齿面，即调质处理，齿面硬度240HBS。选用8级精度。选小齿轮齿数，大齿轮齿数初选螺旋角，压力角3. 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。小齿轮分度圆直径 小齿轮传递的转矩 设计时，因值未知，不能确定，故可初选载荷系数=1.11.8，本题初选 参考文献【2】取齿宽系数 表10-7查得区域系数 图10-20材料的弹性影响系数 表10-5（5） 计算接触疲劳强度用重合度系数 备注因为 （7） 调整小齿轮分度圆直径圆周速度齿宽 计算实际载荷系数查得使用系数 表10-2动载系数 图10-8齿轮的圆周力查表得齿间载荷分配系数 表10-3、10-4 所以，载荷系数按实际载荷系数算得的分度圆直径 相应的齿轮模数 从标准中就近取 取 4 .计算几何尺寸（3） 计算中心距 将中心距圆整为135mm,即a=135mm（4） 确定螺旋角：(3)计算小大齿轮的分度圆直径 备注 (4)计算齿宽 取又取b1=80mm4.校核齿根弯曲疲劳强度 弯曲疲劳强度的重合度系数弯曲疲劳强度的螺旋角系数当量齿数查得齿形系数 图10-17查得应力修正系数 图10-18实际载荷系数圆周速度 齿宽b=76.24mm齿高 宽高比查得动载系数 图10-8由齿轮的圆周力 查表得齿间载荷分配系数 表10-3查表得 结合b/h查图得 表10-4载荷系数 图10-13满足齿根弯曲疲劳强度 表5 圆柱齿轮传动参数表 备注名称代号单位高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮中心距amm125135传动比i3.52.5模数mm2.53螺旋角181142191117端面压力角20574721434啮合角20574721434分度圆分离系数y00总变位系数00齿顶高变动系数00变位系数0000齿数z21742461分度圆直径dmm55.26194.7476.24193.76节圆直径mm54.91 193.5275.71192.4齿顶圆直径mm60.26199.7482.24199.76齿根圆直径mm49.01188.4974.74186.26齿宽bmm60558075螺旋角方向左旋右旋右旋左旋材料及齿面硬度40Cr，280HBS45钢，240HBS40Cr，280HBS45钢，240HBS第 4 章 轴的设计计算（一）轴的材料选择和最小直径估算根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理，按扭矩强度法进行最小直径估算，即初算轴径时，若最小直径段开有键槽，还要考虑槽对轴强度的影响，当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%，两个键槽时增大10%-15%，值由表可查得，取高速轴.故带入相关数据得：高速轴，因高速轴最小直径处安装大带轮，设有一键槽，取，中间轴 备注，设有两键槽，故，因中间轴最小直径处安装滚动轴承，取标准值。低速轴，因低速轴最小直径处安装联轴器，且轴上设有两键槽，参见联轴器选择，取。（二）轴的设计 1. 高速轴的设计。 轴的结构图如上图一所示：（1）各段轴直径的确定L6最小直径，安装大带轮的外伸出段L5轴肩定位，L4滚动轴承段轴， L3由轴肩决定L2是齿轮L1由滚动轴承决定各段轴长L6由大带轮的毂孔宽度，取为62mmL5:由箱体结构，轴承端盖，配位关系等确定L5=50mmL4：由滚动轴承确定L4=13mmL3:由装配关系，箱体结构等确定L3=95mmL2:由高速级小齿轮宽度确定，取60mmL1:由滚动轴承，挡油盘及装配关系得取22mm2.中间轴结构设计，结构图(1)各轴段直径确定 备注L1：最小直径，滚动轴承段轴段，D1=35mmL2:低速级小齿轮轴段，取d2=48mmL3;根据齿轮的轴向定位要求取为56mmL4:高级大齿轮段，取为d4=48mmL5:滚动轴承处轴段取为d5=35mm(2)各轴段长度的确定：由滚动轴承，挡油盘及装配关系取为26mm:由低速级小齿轮的毂孔宽度确定取为76mm：由定位关系，取为10mm：由高速级大齿轮的毂孔宽度确定取为51mm:由滚动轴承，挡油盘及装配关系取为29mm3.低速轴的设计。结构图如下图三所示（1）各轴段直径确定L1、L5：滚动轴承处轴段。滚动轴承选取角接触球轴承7011AC，其尺寸为d=55mm L2:低速大齿轮轴段，d2=65mmL3:按照结构要求取为d3=75mmL4：密封处轴段，根据联轴器定位要求及密封圈（采用毡圈密封）取为d4=63mmL6：轴肩定位，d6=53mmL7：安装联轴器，为使轴与联轴器吻合。故同时选取联轴器型号，查表，取k=1.3,，因为计算转矩小于联轴器公称转矩条件，查取机械表，选用TL8型弹性套柱销联轴器,故适合。故d7=45mm（2）各段轴长度的确定L1:由滚动轴承，挡油盘及装配器关系确定，取为32mmL2:由低速级大齿轮的毂孔宽确定，取为72mmL3:按照结构设计要求取为9mmL4:由装配关系，箱体结构等确定，L4=69mmL5:由滚动轴承确定L5=18mmL6：挡油盘及装配器关系确定,取为50mmL7:由联轴器的毂孔宽确定取为82mm. 备注(三)低速轴强度的校核. 判断危险截面截面A,B只受扭矩作用。所以A B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,但是截面不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核.截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且这里的直径最大,故C截面也不必做强度校核,截面和显然更加不必要做强度校核.由第3章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需胶合截面左右两侧需验证即可.（2） 抗弯系数 W=0.1=0.1=16637.5mm已知低速级大齿轮的分度圆直径为=193.76 而 做弯矩图如下 备注 截面处的、及的值列于下表 备注载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩（3）.校核轴的强度A剖面的左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的引力集中，故A剖面的左侧为危险剖面。由附表10.1，抗弯截面系数 弯曲应力扭剪应力对于调制处理的40Cr，由表10-1查得由表10-1注得材料的等效系数键槽引起的应力集中系数，由附表10.4查得绝对尺寸系数，由附图10.1查得轴磨削加工时的表面质量系数由附图10.2查得 安全系数 备注 由表10.5得许用安全系数因故a-a面安全、取折合系数，则当量应力前已选轴材料为40Cr，调质处理。查表10-4得因，故此轴合理安全27第 5 章 滚动轴承的选择及校核计算 备注1. 低速轴传动轴承的设计初步选择滚动轴承. 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用角接触球轴承. 求输出轴上的功率P，转速，转矩P=3.15KW, =65.83r/min=456.97Nm. 求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为=193.76而 低速轴选取的轴承：型号为7011AC型角接触球轴承Cr=35.2kN, C0r =29.2kN,F=1642N 参考文献【1】查课程设计表e=0.43 表17-5计算载荷：径向载荷轴承B：轴承D： 轴承的内部轴向力分别为：由圆周力可判断与同向，则（+）/N= 2448.44显然，+ ，因此轴有左移趋势，但由轴承部件的结构图分析可知轴承D将使轴保持平衡，故两轴承的轴向力分别为： B轴承： D轴承： 比较两轴承的受力,因，故只需校核轴承B。 参考文献【1】 计算当量动载荷 表17-5 查表13-3得到：，得：e=0.46 参考文献【2】 ，查表得： X=0.41, Y=0.87 表13-5 径向当量动载荷备注(3)、校核轴承寿命 参考文献【2】轴承在100，查表得 表13-4轴承B的寿命 已知减速器使用10年，每天15h，则预期寿命显然,故轴承寿命很充裕。机械设计课程设计第 6 章 键联接的选择及计算 备注1.高速轴 （1）、高速轴与V带轮用键联接，选用普通平键（A型） 参考文献【1】按轴径d=22mm，及带轮宽B=62mm，查表选择66-56（GB/T 1096-2003） 表16-28 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=48mm及齿轮宽b2=55mm, 查表选键A149-45（GB/T 1096-2003）（2） 与低速级小齿轮连接选用圆头普通平键（A) 轴径d=48mm及齿轮宽b1=80mm，查表选键A149-70（GB/T 1096-2003）3.低速轴（1）与低速级大齿轮用键联接选用圆头普通平键（A型）轴径d=65mm及齿轮宽b3=75mm, 查表选键A1811-63（GB/T 1096-2003） 强度校核键材料选用45钢，齿轮材料为45钢调质，查表得许用应力键得工作长度Lc=L-b=63-18=45mm , k=h/2=11/2=5.5mm ,齿轮处键连接的挤压应力：显然，。（2）与联轴器用键联接 选用圆头普通平键（C型）轴径d=45mm,轴段长82mm，查表选键A149-70（GB/T 1096-2003） 强度校核键材料选用45钢，齿轮材料为40钢调质，查表得许用应力键得工作长度l=L-0.5b=70-7=63mm , k=h/2=9/2=4.5mm ,联轴器处键连接的挤压应力：显然，。（故安全） 第7章 联轴器的选择与计算由前面计算知：选取TL8型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为710Nm。孔径d=45mm，许用转速为3000r/min，故适用。 第8章 润滑密封设计 备注齿轮传动的圆周速度 参考文献【1】因为：，所以采用浸油润滑；由表选用LAN68全损耗系统用油 表18-1（GB443-1989）,大齿轮浸入油中的深度大约1-2个齿，单不应少于10mm。对轴承的润滑，因为：，采用脂润滑，由表选用钙基润滑酯 表18-2LXAAMHA2(GB491-1987)只需要填充轴承空间的1/21/3.并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能浸入轴承稀释润滑酯。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，联接表面应精创，其表面粗糙度应为6.3，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9章 减速器铸造箱体的设计减速器的箱体采用铸造（HT150）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合.1.机体有足够的刚度 在机体外加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2.考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离。为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为6.3.3.机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为上箱体8mm，底座20mm。机体外型简单，拔模方便.4.对附件设计A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出. 备注D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶 部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 启盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 定位销： 为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G 吊钩： 在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体. 减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计:名称符号计算公式结果箱座壁厚88箱盖壁厚88箱盖凸缘厚度取为12箱座凸缘厚度取为12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目a1.228齿轮端面与内机壁距离12机盖，机座肋厚设计小结 通过这次课程设计，我受益匪浅。不仅回顾了以往学过的知识，而且独立地运用它们完成了这次的设计任务，当然在这段时间内使自己深刻