机械设计课程设计-展开式二级直齿圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计姓名： 班级： 学号： 指导教师： 成 绩： 目录1. 设计目的32. 设计方案及要求32.1系统简图32.2工作条件32.3原始数据43. 电机选择43.1类型选择43.2功率选择43.3电动机转速选择53.4电动机型号的选择64. 装置运动动力参数计算64.1、传动装置的总传动比64.2、二级圆柱齿轮减速器分配到各级传动比64.3、计算传动装置各轴的运动和动力参数75. 传动零件设计（齿轮）85.1、高速级齿轮传动设计85.2、低速级齿轮传动设计115.3、传动齿轮主要参数表136.轴类零件设计146.1高速轴1的设计146.1.1、选择材料及热处理方式146.1.2、初估轴径146.1.3、选择联轴器146.1.4、初选轴承146.1.5、高速轴1的结构设计156.1.6、轴的受力分析166.1.7、判断危险截面176.1.8、轴的弯扭合成强度校核186.2 中间轴2的设计186.2.1、选择材料及热处理方式186.2.2、初估轴径186.2.3、初选轴承186.2.4、中间轴2的结构设计196.3低速轴3的设计206.3.1、选择材料及热处理方式206.3.2、初估轴径206.3.3、选择联轴器216.3.4、初选轴承216.3.5、低速轴3的结构设计217.滚动轴承校核237.1、求比值237.2、计算当量动载荷P237.3、验算轴承的寿命248.连接设计248.1、选择键连接的类型和尺寸248.2、校核键联接的强度249.减速器润滑及密封259.1、齿轮的润滑259.2、滚动轴承的润滑259.3、减速器的密封2510.箱体及其附件结构设计2510.1箱体的结构设计2510.1.1、确定箱体的尺寸与形状2610.1.2、合理设计肋板；2610.1.3、合理选择材料；2610.1.4、由2表6-5设计减速器的具体结构尺寸见下页表格。2610.2附件的结构设计2610.2.1、检查孔和视孔盖2610.2.2、放油螺塞2610.2.3、油标2710.2.4、通气器2710.2.5、起吊装置2710.2.6、起盖螺钉2710.2.7、定位销2711.设计总结2911.1、分析方案优缺点2911.2、个人心得3012 参考资料311. 设计目的机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是：(1)通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。 (2)学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。(3)通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件工作能力，确定尺寸和掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。(4)学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算，绘图，查阅设计资料和手册，运用标准和规范等。2. 设计方案及要求2.1系统简图2.2工作条件设计一用于带式运输机上的展开式二级直齿圆柱齿轮减速器，工作有轻震，经常满载、空载启动，单向运转，单班制工作。运输带允许的速度误差为5%，减速器小批量生产，使用期限为5年，每年300日。2.3原始数据原始数据题号-1-2-3-4-5-6-7-8-9运输带拉力F（kN）21.82.42.21.62.12.622.3卷筒直径D（mm）300350300300400350300350400运输带速度（m/s）0.91.11.20.911.2110.92.4传动方案的分析带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经联轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用直齿圆柱齿轮传动。3. 电机选择 3.1类型选择电动机的类型根据动力源和工作条件,选用Y系列封闭式三相异步电动机。3.2功率选择 (1)工作机主轴所需功率 式中，代入上式得： ；(2)电动机所需功率电动机所需功率为：从电动机至卷筒主动轴之间的传动装置的总效率为查2表1-5：联轴器传动效率（2个）轴承传动效率 （4对），齿轮传动效率（8级2对），滚筒传动效率（1个），则：，；(3)电动机额定功率选取电动机额定功率，使，查2表12-1应取.3.3电动机转速选择根据已知条件计算出工作机卷筒的转速为： 查2推荐二级圆柱齿轮减速器传动比为：；故电动机转速为：3.4电动机型号的选择符合这一范围的转速有：、三种,综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减速器的传动比，选用同步转速为的电动机作为原动机。 根据电动机类型、容量和转速，查表12-1，选定电动机型号为Y112M-6的电动机。主要性能如下表：型号额定功率kW满载时额定转速质量转速电流A(380V)效率功率因数Y112M-62.29405.680.50.742.0454. 装置运动动力参数计算4.1、传动装置的总传动比：根据电动机的满载转速和滚筒转速可算出传动装置总传动比为：；4.2、二级圆柱齿轮减速器分配到各级传动比：(齿轮的传动比在之间)(1)高速级的传动比为：（2）低速级的传动比为：4.3、计算传动装置各轴的运动和动力参数： （1）各轴的转速：1轴 2轴 3轴 卷筒轴 （2）各轴的输出功率：1轴 ，2轴 ，3轴 ，卷筒 ；(3) 各轴转矩0轴 1轴 ，2轴 ，3轴 ，卷筒 ；由以上数据得各轴运动及动力参数表：轴名功率转矩转速电机轴1.9619.99401轴1.9419.79402轴1.8498.217943轴1.75349.148卷筒轴1.70338.7485. 传动零件设计（齿轮）5.1、高速级齿轮传动设计（1）选择材料及确定许用应力 因为传递功率不大，转速不高，大小齿轮都采用45钢。大齿轮常化处理，小齿轮调质处理，均用软齿面。小齿轮45钢调质，齿面硬度217255HBS,，。大齿轮45钢常化处理，齿面硬度162217HBS，。由1表10-2可得使用系数取, (2)按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造 (10-9)确定公式中的各计算数值：1)查1表10-2，选择载荷系数；2)小齿轮的转矩：；3)查1表10-4，选择齿宽系数；4)齿数比；5)由1表10-6，选择弹性系数；6)对于标准齿轮，区域系数；小齿轮分度圆直径： 齿数取, 则 设计模数 (3)验算轮齿弯曲强度查1有轮齿弯曲强度验算公式（10-5）： ；小齿轮分度圆直径： 齿数取, 则 设计模数确定公式中的各计算数值1) 查1表10-5，取齿形系数；2) 查1表10-5，取应力集中系数；3) 查3表11-5，取安全系数，则：(4)决定模数综合按齿面接触强度设计与按轮齿弯曲强度设计结果的比较，以相对大者为基准，并按2表10-6取标准模数。(5)几何尺寸计算1)分度圆直径：，；2)齿轮齿宽：，取，；3)中心距：（6）齿轮的圆周速度 5.2、低速级齿轮传动设计（1）选择材料及确定许用应力因为传递功率不大，转速不高，大小齿轮都采用45钢。大齿轮常化处理，小齿轮调质处理，均用软齿面。小齿轮45钢调质，齿面硬度217255HBS,，。大齿轮45钢正火处理，齿面硬度162217HBS， 由1表10-2，取, (2)按齿面接触强度设计查1公式（10-9）有小齿轮最小设计依据： 确定公式中的各计算数值：1) 查3表11-3，选择载荷系数；2) 小齿轮的转矩：；3) 查1表10-4，选择齿宽系数；4) 齿数比；5) 查1表10-6，选择弹性系数；6) 对于标准齿轮，区域系数；小齿轮分度圆直径：齿数取,则设计模数：(3)按轮齿弯曲强度设计查1有轮齿弯曲强度验算公式（11-6）：确定公式中的各计算数值：1) 查1图10-5，取齿形系数；2) 查1图10-5，取应力集中系数；计算：4)决定模数综合按齿面接触强度设计与按轮齿弯曲强度设计结果的比较，以相对大者为基准，并按3表4-1取标准模数。(5)几何尺寸计算1)分度圆直径：，；2)齿轮齿宽：，取，；3)中心距：；（6）齿轮的圆周速度 对照1表11-2可知选用8级精度是合宜的。5.3、传动齿轮主要参数表高速级低速级齿数z3216832120中心距a(mm)200228模数m(mm)23齿宽b(mm)60558580分度圆直径d(mm)64336963606.轴类零件设计6.1高速轴1的设计6.1.1、选择材料及热处理方式选取轴的材料为45号钢，调质处理。6.1.2、初估轴径按扭转强度法估算高速轴的直径，由1表14-2，取常数，由1公式(14-2)，轴的最小直径满足：；该段轴上有一键槽将计算值加大3%，取此轴的最小直径即安装在联轴器处轴的最小直径，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的型号。6.1.3、选择联轴器根据传动装置的工作条件拟选用HL型弹性柱销联轴器。查1表14-1，取,则计算转矩：；按照及电动机轴尺寸等限制条件，查2表8-5，选用LT3型弹性柱销联轴器。其公称转矩，半联轴器的孔径，(可满足电动机的轴径()要求.)最后确定减速器高速轴外伸直径，查表得L=52或L=38，根据实际情况应选。6.1.4、初选轴承考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许一定的内外圈轴线偏斜量，大量生产价格最低等因素，根据1表13-1选用深沟球轴承。又根据设计尺寸，由2表6-1选用轴承型号为6005，其基本尺寸为，安装尺寸为，。6.1.5、高速轴1的结构设计(1)拟定轴的结构方案如图（采用齿轮轴设计）初步设计图：(2)各轴段直径与长度的确定1)由所选半联轴器的孔径，取高速轴最小直径；半联轴器与轴配合的毂孔长度为，VIII-IX断的长度应比略短一些，现取；2）为满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端要求制出一轴肩，故取VII-VIII段的直径；轴承端盖的总宽度为15mm（由减速器和轴承端盖的机构设计而定），根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面与联轴器的距离为15mm。故取。3)根据所选轴承尺寸确定，；4)为满足轴承的轴向定位要求，取，综合中间轴设计取；5)因为齿轮的齿宽分别为高速组55mm和60mm、低速组80mm和85mm，所以轴的，长度，；至此已初步确定各轴段的直径与长度。(3) 轴上零件的周向固定1)半联轴器与轴的周向定位采用平键联接，配合选H7/k6。按，由1表10-9查得平键的截面，根据该轴段长度，取。2）滚动轴承与轴的周向定位，是借过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。(4)轴上倒角与圆角根据1表15-2，取轴端倒角C1.2，各轴肩处的圆角半径见齿轮轴零件图。6.1.6、轴的受力分析首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。确定轴的支点位置，对与轴承6207，由于它的对中性好所以它的支点在轴承的正中位置。因此作为简支梁的轴的支撑跨距为266.5mm。计算轴齿轮上的圆周力：，径向力：根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。6.1.7、判断危险截面从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出C截面是危险截面。现将C截面处的MH、MV及M的值列于下表：载荷水平面H垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩6.1.8、轴的弯扭合成强度校核进行校核时通常只校核承受最大弯矩核最大扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据1公式15-5及1表15-4中轴的抗弯截面系数的计算公式，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力：；之前已选定轴的材料为45号调制钢，由1表15-1查得许用弯曲应力。因此，故安全。6.2 中间轴2的设计6.2.1、选择材料及热处理方式选取轴的材料为45号钢，调质处理。6.2.2、初估轴径按扭转强度法估算高速轴的直径，由1表14-2，取常数，由1公式(14-2)，轴的最小直径满足：；6.2.3、初选轴承考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许一定的内外圈轴线偏斜量，大量生产价格最低等因素，根据1表13-1选用深沟球轴承。又根据设计尺寸取，由2表6-1选用轴承型号为6206，其，。6.2.4、中间轴2的结构设计(1)拟定轴的结构方案如图：(2)各轴段直径与长度的确定1)根据所选轴承的直径，取中间轴最小直径；综合壁厚及箱体尺寸等因素，现取；2)为满足齿轮的轴向定位要求，轴段右端及轴段左端要求制出一轴肩，故取。根据高速级大齿轮及低速级小齿轮的齿宽，分别取，；3)为满足齿轮的轴向定位要求，取。根据齿轮间间隙推荐值，取；至此已初步确定各轴段的直径与长度。（3）轴上零件的周向固定1) 齿轮与轴的周向定位采用平键联接。段平键，按，由1表10-9查得平键的截面，由该轴段长度取。段平键，按，由1表10-9查得平键的截面，由该轴段长度取。同时为了保证齿轮与轴配合得有良好得对中性，固选择齿轮轮毂与轴得配合选H7/n6。2)滚动轴承与轴的周向定位，是借过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。(4)轴上倒角与圆角根据1表15-2，取轴端倒角C1，各轴肩处的圆角半径见中间轴零件图。6.3低速轴3的设计6.3.1、选择材料及热处理方式选取轴的材料为40Cr，调质处理。6.3.2、初估轴径按扭转强度法估算高速轴的直径，由1表15-3，取常数，由1式(15-3)，轴的最小直径满足：；此轴的最小直径即安装在联轴器处轴的最小直径，为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应，所以需要同时选取联轴器的型号。6.3.3、选择联轴器查1表14-1，取,则计算转矩：； 按照及电动机轴尺寸等限制条件，查2表8-7，选用LX2型弹性柱销联轴器。其公称转矩，半联轴器的孔径，故取低速轴3最小直径，。6.3.4、初选轴承考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许一定的内外圈轴线偏斜量，大量生产价格最低等因素，根据1表13-1选用深沟球轴承。又根据设计尺寸，由2表6-1选用轴承型号为6209，其，。6.3.5、低速轴3的结构设计(1)拟定轴的结构方案如图：(2)各轴段直径与长度的确定1)由所选半联轴器的孔径，取低速轴最小直径；半联轴器与轴配合的毂孔长度为，断的长度应比略短一些，现取；2)为满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端要求制出一轴肩，故取段的直径；轴承端盖的总宽度为15mm（由减速器和轴承端盖的机构设计而定），根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面与联轴器的距离为25mm。故取。3)根据所选轴承直径尺寸确定，取，；4)为满足轴承的轴向定位要求，取，综合中间轴设计取；5)为满足齿轮的轴向定位要求，取该段直径，长度；6)根据齿轮几何尺寸，段直径，长度取；至此已初步确定各轴段的直径与长度。(4) 轴上零件的周向固定1) 齿轮，半联轴器与轴的周向定位都采用平键联接。按，由2表4-1查得平键的截面，根据该轴段长度，取。同理按，由2表4-1查得平键的截面，根据该轴段长度，取。同时为了保证齿轮与轴配合得有良好得对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合选H7/n6。2)半联轴器与轴得配合选H7/k6。3）滚动轴承与轴的周向定位，是借过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。(4)轴上倒角与圆角根据1表15-2，取轴端倒角C1.6，各轴肩处的圆角半径见低速轴零件图。7.滚动轴承校核根据要求对所选的在高速轴1上的两滚动轴承进行校核，深沟球轴承型号均为6207，其基本额定动载荷，基本额定静载荷。前面求得的两个轴承所受的载荷分别为：，；由上可知轴承2所受的载荷大于轴承1，所以只需对轴承2进行校核，如果轴承2满足要求，轴承1也必满足要求。7.1、求比值对于深沟球轴承所受径向力： 所受的轴向力 ：，根据1表13-5，深沟球轴承的最小e值为0.22，故此时。7.2、计算当量动载荷P根据1式(13-8a)，按照1表13-5，X=1，Y=0，按照1表13-6，取。则：7.3、验算轴承的寿命按要求轴承的最短寿命为：；所选轴承6207基本额定寿命根据1式(13-5a)有：；（当基本额定寿命为时，）则，故所选的轴承6207满足要求。8.连接设计（本次设计中为减轻设计负担，只进行高速轴上键的校核）8.1、选择键连接的类型和尺寸本设计半联轴器与高速轴的周向定位采用圆头普通平键(A型)联接。按，由2表4-1查得平键的截面尺寸，由该轴段长度取。8.2、校核键联接的强度由1式(6-1)有平键连接的挤压强度条件： （k=0.5h）；1)键、轴和联轴器的材料都是钢，承受轻微冲击，由1表10-10查得许用挤压应力，取；2)键的工作长度，则由上式得：；故所选的平键满足强度要求。键的标记为：键10870GB/T 1069-1979。9.减速器润滑及密封9.1、齿轮的润滑由于两对啮合齿轮中的大齿轮直径径相差不大，计算它们的速度：，；，所以齿轮传动可采用7404号齿轮润滑脂，查2表7-2，选用全损耗系统用油（SH/T 0469-1994）。9.2、滚动轴承的润滑由于滚动轴承的速度较低，所以可用脂润滑。查2表7-2，选用钙基润滑脂（GB/T 491-1989），代号为L-XAMHA2。9.3、 减速器的密封为避免油池中稀油溅入轴承座，在齿轮与轴承之间放置挡油环。输入轴与输出轴处用毡圈密封。10.箱体及其附件结构设计10.1箱体的结构设计箱体采用剖分式结构，剖分面通过轴心。下面对箱体进行具体设计。10.1.1、确定箱体的尺寸与形状箱体的尺寸直接影响它的刚度，首先确定合理的箱体壁厚。为了保证结合面连接处的局部刚度与接触刚度，箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘，箱座底面凸缘厚度设计得更厚些。10.1.2、合理设计肋板；在轴承座孔与箱底接合面处设置加强肋，减少了侧壁的弯曲变形。10.1.3、合理选择材料；因为铸铁易切削，抗压性能好，并具有一定的吸振性，且减速器的受载不大，所以箱体可用灰铸铁制成。10.1.4、由2表6-5设计减速器的具体结构尺寸见下页表格。10.2附件的结构设计10.2.1、检查孔和视孔盖检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，检查要开在便于观察传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖用铸铁制成，它和箱体之间加密封垫。10.2.2、放油螺塞放油孔设在箱座底面最低处，其附近留有足够的空间，以便于放容器，箱体底面向放油孔方向倾斜一点，并在其附近形成凹坑，以便于油污的汇集和排放。放油螺塞为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处加封油圈密封。10.2.3、油标油标用来指示油面高度，将它设置在便于检查及油面较稳定之处。10.2.4、通气器通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转时箱内温度升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。将通气器设置在检查孔上，其里面还有过滤网可减少灰尘进入。10.2.5、起吊装置起吊装置用于拆卸及搬运减速器。减速器箱盖上设有吊孔，箱座凸缘下面设有吊耳，它们就组成了起吊装置。10.2.6、起盖螺钉为便于起盖，在箱盖凸缘上装设2个起盖螺钉。拆卸箱盖时，可先拧动此螺钉顶起箱盖。10.2.7、定位销在箱体连接凸缘上相距较远处安置两个圆锥销，保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度。减速器铸造箱体的结构尺寸名称公式数值(mm)箱座壁厚=0.025a+3810箱盖壁厚1=0.02a+388箱体凸缘厚度箱座b=1.515箱盖b1=1.512箱座底b2=2.525加强肋厚箱座m0.858.5箱盖m10.858.5地脚螺钉直径和数目df=0.036a+12M20n=4轴承旁联接螺栓直径d1=0.72 dfM16箱盖和箱座联接螺栓直径d2=0.6 dfM12轴承盖螺钉直径和数目高速轴d3 =0.4-0.5 dfM8n=4中间轴M8低速轴M10轴承盖外径D2高速轴D2=D+5d3122中间轴112低速轴135观察孔盖螺钉直径d4=0.4 dfM8df、d1、d2至箱外壁距离dfC126d122d218df、d1、d2至凸缘边缘的距离dfC224d120d216大齿轮齿顶圆与内壁距离11.214齿轮端面与内壁距离212外壁至轴承座端面的距离l1=C2+C1+(510)50 11.设计总结11.1、分析方案优缺点1)能满足所需的传动比；齿轮传动能实现稳定的传动比，该减速器为满足设计要求而设计了116的总传动比。2)选用的齿轮满足强度刚度要求；由于系统所受的载荷不大，在设计中齿轮采用了腹板式齿轮不仅能够满足强度及刚度要求，而且节省材料，降低了加工的成本。3)轴具有足够的强度及刚度；由于二级展开式齿轮减速器的齿轮相对轴承位置不对称，当其产生弯扭变形时，载荷在齿宽分布不均匀，因此，对轴的设计要求最高，通过了对轴长时间的精心设计，设计的轴具有较大的刚度，保证传动的稳定性。4)箱体设计的得体；设计减速器的具有较大尺寸的底面积及箱体轮毂，可以增加抗弯扭的惯性，有利于提高箱体的整体刚性。5)加工工艺性