《机械设计》课程设计-二级减速器的设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除目 录一、设计任务书1二、电动机的选择2 1、电动机类型的选择2 2、电动机功率的选择2 3、电动机转速的选择2 4、电动机型号的确定3三、传动比的分配4 1、带传动机构的转速4 2、传动比的分配4四、传动装置的运动和动力参数计算5 1、各轴转速的计算5 2、各轴输入功率的计算5 3、各轴的输入转矩计算5五、高速级齿轮的传动设计7 1、选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数7 2、按齿面接触疲劳强度设计7 3、按齿根弯曲疲劳强度校核9 4、齿轮的结构设计10六、低速级齿轮的传动设计12 1、选定低速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数12 2、按齿面接触疲劳强度设计12 3、按齿根弯曲疲劳强度校核14 4、齿轮的结构设计15七、轴的设计17 1、轴的材料选择和最小直径估算17 2、轴的结构设计17八、轴的校核21 1、轴的力学模型的建立21 2、计算轴上的作用力21 3、计算支反力21 4、绘转矩、弯矩图23 5、弯矩合成强度校核25九、键的选择与校核26十、滚动轴承的选择与校核27 1、滚动轴承的选择27 2、滚动轴承的校核27十一、联轴器的选择29十二、箱体及其附件设计30十三、润滑、密封的设计32一、设计任务书：1、课程设计的目：机械设计课程设计是机械设计课程一个重要环节。其目的是：1）、进一步巩固和加深学生所学的理论知识，通过本环节把机械设计及其他有关先修课程（如机械制图、理论力学、材料力学、工程材料及机械制造基础等）中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，使理论知识和生产实践密切地结合起来。2）、机械设计课程设计是高校工科相关专业学生首次进行完整综合的机械设计，通过设计实践，树立正确的设计思想；初步培养学生对机械工程设计的独立工作能力；使学生具有初步的结构选型与组合和确定传动方案的能力；使学生借助于计算机掌握机械运动、动力分析和设计的基本方法和步骤，为今后的设计工作打下良好的基础；培养团结合作、相互配合的工作作风。3）、通过设计实践，提高学生的计算、制图能力；使学生能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范；熟悉有关的国家标准和行业标准（如GB、JB等），以完成一个工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基本技能训练。2、设计题目：带式输机的传动装置，两班置工作，连续单向传动，有轻微振动，小批量生产。3、原始数据：输送带的拉力，输送带的线速度，驱动滚轮直径。4、工作条件：工作年限：5年。5、传动方案：如图所示：二、电动机的选择1、电动机类型的选择: 根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。2、电动机功率的选择工作机所需要的有效功率为：为了计算电动机所需功率,需确定传动装置总效率。设各效率分别为：-弹性联轴器效率-闭式齿轮传动效率-滚动轴承效率-传动带机构效率由表3-4（席伟光等，机械设计课程设计）查得：，传动装置的总效率为电动机所需功率为：3、电动机转速的选择：由P188表16.1，电机的额定功率选3KW，符合这一范围的电机同步转速有750，1000，1500，3000r/min。选用常用同步转速和两种作对比。工作机转速总传动比，其中为电动机的满载转速。现将两种电动机的有关数据列于表1中比较。由表1可知方案总传动比过大，为了合理的分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案。表1 两种电动机的数据比较方案电动机型号额定功率同步转速满载转速Y132S-63kW1000960Y100L2-43kW150014204、电动机型号的确定：根据电动机功率和同步转速，选定电动机型号为Y132S-6。查表16.2（林怡青等。机械设计基础课程设计指导书）知电动机的机座中心高为132mm，外伸轴径为38mm，外伸轴长度为80mm。三、传动比的分配1、带传动机构的转速：2、传动比的分配：总传动比五、高速级齿轮的传动设计1、选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选定齿轮类型：按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。2）选定齿轮精度等级：输送机为一般工作机械，速度不高，又因有轻微振动，故选用8级精度。3）齿轮材料的选择：为防止小齿轮过早失效，采用软、硬齿面组合较为合理，其失效形式以齿面点蚀为主。由所引用表5-6（彭文生等，机械设计），选择小齿轮材料为45号钢，调质处理，齿面硬度为HBS。大齿轮材料为45号钢，正火，硬度为HBS。4）齿轮的齿数选择：选小齿轮齿数，。齿数比。5）初选螺旋角：初选螺旋角2、按齿面接触疲劳强度设计1）确定公式内的各项数值载荷系数K：“载荷系数，单通常可近似的取。当原动机为电动机等，工作机载荷平稳，且齿轮支撑对称布置时应取小值。”（彭文生等，机械设计），试选载荷系数。弹性系数：由表5-7（彭文生等，机械设计）选取材料的弹性影响系数（大小齿轮均采用锻造）。转矩： 经前面计算的齿宽系数：“当为软齿面时，齿轮相对于轴承对称布置时，”（彭文生等，机械设计），试选齿宽系数。齿面许用接触应力：式中：齿轮的接触疲劳极限。查图5-33（彭文生等，机械设计），。接触强度的最小安全系数。“一般传动取”（彭文生等，机械设计），取。接触疲劳强的计算的寿命系数，“一般”（彭文生等，机械设计）。工作硬化系数，“大齿轮的由图5-36查取，小齿轮的应略去”（彭文生等，机械设计），得。齿数比u：2）计算几何尺寸：计算小齿轮分度圆直径：计算模：，取标准模数。计算中心距a：为便于箱体加工和校验，取。按标准模数和中心距校正分度圆直径d：计算齿宽b：，取，取。3、按齿根弯曲疲劳进行校核：1）确定公式内的各项数值：载荷系数K：载荷系数。转矩：转矩，齿宽b：齿宽，。标准模数：法面模数。齿数z：齿数，。齿形系数：查图5-38（彭文生等，机械设计）得，。许用弯曲应力：式中：齿轮齿根的弯曲疲劳极限。查图5-32（彭文生等，机械设计），。弯曲强度的最小安全系数。“一般传动取”（彭文生等，机械设计），取。弯曲疲劳强的计算的寿命系数，“一般”（彭文生等，机械设计）。2）按齿根弯曲疲劳进行校核：所以弯曲疲劳强度合格。 4、齿轮的结构设计： 图3 大齿轮结构草图1）小齿轮1由于直径小，采用齿轮轴结构；齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按经验公式和后续设计的中间轴配合段直径计算，见表4；大齿轮2结构草图如图3。高速级齿轮传动的尺寸归于表5。表4 大齿轮结构设计名称结构尺寸经验计算公式结果/mm毂孔直径d由中间轴设计而定30轮毂直径48轮毂宽度L52（取为与齿宽相等）腹板最大直径板孔分布圆直径板孔直径腹板厚度C13表5 高速级齿轮传动尺寸名称计算公式结果/mm法面模数齿数传动比分度圆直径齿顶圆直径55.763212.237中心距齿宽六、低速级齿轮的传动设计1、选定低速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选定齿轮类型：按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。2）选定齿轮精度等级：输送机为一般工作机械，速度不高，又因有轻微振动，故选用8级精度。3）齿轮材料的选择：为防止小齿轮过早失效，采用软、硬齿面组合较为合理，其失效形式以齿面点蚀为主。由所引用表5-6（彭文生等，机械设计），选择小齿轮材料为45号钢，调质处理，齿面硬度为HBS。大齿轮材料为45号钢，正火，硬度为HBS。4）齿轮的齿数选择：选小齿轮齿数，取。齿数比。5）初选螺旋角：初选螺旋角2、按齿面接触疲劳强度设计1）确定公式内的各项数值载荷系数K：“载荷系数，单通常可近似的取。当原动机为电动机等，工作机载荷平稳，且齿轮支撑对称布置时应取小值。”（彭文生等，机械设计），试选载荷系数。弹性系数：由表5-7（彭文生等，机械设计）选取材料的弹性影响系数（大小齿轮均采用锻造）。转矩： 经前面计算的齿宽系数：“当为软齿面时，齿轮相对于轴承对称布置时，”（彭文生等，机械设计），试选齿宽系数。齿面许用接触应力：式中：齿轮的接触疲劳极限。查图5-33（彭文生等，机械设计），。接触强度的最小安全系数。“一般传动取”（彭文生等，机械设计），取。接触疲劳强的计算的寿命系数，“一般”（彭文生等，机械设计）。工作硬化系数，“大齿轮的由图5-36查取，小齿轮的应略去”（彭文生等，机械设计），得。齿数比u：2）计算几何尺寸：计算小齿轮分度圆直径：计算模：，取标准模数。计算中心距a：为便于箱体加工和校验，取。按标准模数和中心距校正分度圆直径d：计算齿宽b：，取，取。3、按齿根弯曲疲劳进行校核：1）确定公式内的各项数值：载荷系数K：载荷系数。转矩：转矩， 齿宽b：齿宽，。标准模数：法面模数。齿数z：齿数，。齿形系数：查图5-38（彭文生等，机械设计）得，。许用弯曲应力：式中：齿轮齿根的弯曲疲劳极限。查图5-32（彭文生等，机械设计），。弯曲强度的最小安全系数。“一般传动取”（彭文生等，机械设计），取。弯曲疲劳强的计算的寿命系数，“一般”（彭文生等，机械设计）。2）按齿根弯曲疲劳进行校核：所以弯曲疲劳强度合格。4、齿轮的结构设计： 1）小齿轮3由于直径小，采用齿轮轴结构；低速级齿轮传动的尺寸归于表6。表6 低速级齿轮传动尺寸名称计算公式结果法面模数法面压力角螺旋角齿数24传动比分度圆直径齿顶圆直径78.540237.540中心距齿宽七、轴的设计1、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号钢，调制处理。按扭转强度法进行最小直径估算，即。初算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大，两个键槽时，d增大。C值由所引用表12-4（彭文生等，机械设计）：高速轴，中间轴，低速轴。高速轴：,因高速轴最小直径处安装联轴器，设有一个键槽，则：。中间轴：，因中间轴最小直径处安装滚动轴承，取为标准值。低速轴：,因低速轴最小直径处安装联轴器，设有一个键槽，则：,参见9-4联轴器的选择（席伟光等，机械设计课程设计），取为联轴器的孔径，。2、轴的结构设计: 1）、高速轴的结构设计:各轴段直径的确定:：最小直径处。参见9-4联轴器的选择（席伟光等，机械设计课程设计），取为联轴器的孔径，取。联轴器选取YL7型。:密封处轴段。根据联轴器的轴向定位要求，定位高度,以及密封圈的标准（拟采用毡圈密封），,取。：滚动轴承处轴段。参见9-3滚动轴承（席伟光等，机械设计课程设计），取,滚动轴承选取30206，其尺寸为。：过渡轴段。根据高速小齿轮的轴向定位要求，定位高度，并考虑挡油盘的轴向定位要求，取。：高速级小齿轮轴段。根据轴承的轴向定位要求，取。：滚动轴承处轴段。各轴段长度的确定：由联轴器的轴孔长度确定，。：有箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定，。：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定，。：由装配关系、箱体结构等确定，。：由高速级小齿轮宽度确定，。：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定，。细部结构设计略，参见中间轴。2）、中间轴的结构设计：各轴段直径的确定:：最小直径处, 滚动轴承处轴段。参见9-3滚动轴承（席伟光等，机械设计课程设计），取,滚动轴承选取30205，其尺寸为。：低速级小齿轮轴段。根据轴承的轴向定位要求，取：轴环。根据齿轮的轴向定位要求，取。：高速级大齿轮轴段。：滚动轴承处轴段。各轴段长度的确定：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定，。：由低速级小齿轮宽度确定，。：轴环宽度。：由高速级大齿轮宽度确定，。：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定，。细部结构设计：由表9-14（席伟光等，机械设计课程设计）查得，低速级小齿轮处键（，）；高速级大齿轮处键（，）；齿轮轮毂与轴的配合选为；滚动轴承与轴的配合采用过渡配合，此轴段的直径公差选为。3）、低速轴的结构设计：各轴段直径的确定:：滚动轴承处轴段。参见9-3滚动轴承（席伟光等，机械设计课程设计），滚动轴承选取30210，其尺寸为。：低速级大齿轮轴段。：轴环。根据齿轮的轴向定位要求，：过渡轴段。考虑挡油盘的轴向定位，。：滚动轴承处轴段。取。：密封处轴段。根据联轴器的轴向定位要求，以及密封圈的标准（拟采用毡圈密封），去。：最小直径处, 安装联轴器的外伸轴段。各轴段长度的确定：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定，。：由低速级大齿轮宽度确定，。：轴环宽度。：由装配关系、箱体结构等确定，。：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定，。：由箱体结构、轴承端盖、装配关系确定，。：有联轴器的毂孔宽。图7 轴设计草图八、轴的校核这里是以中间轴为例。 1、轴的力学模型的建立：1）、轴上力的作用点位置和支点跨距的确定：齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的中点，因此可决定中间轴上两齿轮力的作用点位置。轴上安装的30205轴承，从表9-16（席伟光等，机械设计课程设计）可知，取故可计算出支点跨距和轴上各力作用点相互位置尺寸。支点跨距；低速级小齿轮的力作用点C到左支点A的距离（实际57.5mm）；两齿轮的力作用点之间的距离（实际73.5mm）；高速级大齿轮的力作用点D到右支点B的距离。2）、绘制轴的力学模型：初步选定高速级小齿轮为右旋，高速级大齿轮为左旋；根据中间轴所受轴向力最小的要求，低速级小齿轮为左旋，低速级大齿轮为右旋。根据要求的船东速度方向，绘制的轴力学模型见图8-a。2、计算轴上的作用力：齿轮2： 齿轮3： 3、计算支反力：1）、垂直面支反力（XZ）平面，参看图8-b。由绕支点B的力矩和=0，得：九、键的选择与校核：这里只以中间轴上的键为例。由于中间轴的细部结构设计，选定：1、高速级大齿轮处键，（，），标记：键：。2、低速级小齿轮处键（，），标记：键：。3、由于是同一根轴上的键，传递的转矩相同，所以只需校核短的键1即可。齿轮轴段；键的工作长度；键的接触高度；传递的转矩；按所引用教材表6-2查处键静连接时的积压许用应力。，键连接强度足够。十、滚动轴承的选择与校核：这里只以中间轴上的滚动轴承为例。1、滚动轴承的选择：根据载荷及速度情况，拟定选用圆锥滚子轴承。由中间轴的机构设计，根据，选取30205。其基本参数查表12-4，。2、滚动轴承的校核：轴承的受力图如图9所示。1）、纵向载荷：根据轴的分析，可知：A点总支反力，B点总支反力。 图9 轴承受力图2）、轴向载荷： 外部轴向力，从最不利受力情况考虑，指向A处1轴承（方向向左）；轴承派生轴向力由圆锥滚子轴承的计算公式求出：（方向向右）；（方向向左）。因为，所以A处1轴承被压紧，B处2轴承放松。故：N，。3）当量动载荷P：根据工况（无冲击或轻微冲击），由所引教材表15-1（彭文生等，机械设计）查出载荷系数。1轴承：因，由表15-10（彭文生等，机械设计），。2轴承：因，由表15-10（彭文生等，机械设计），。4）、验算轴承寿命：因，故只需验算1轴承。轴承预期寿命与整机寿命相同为。十一、联轴器的选择与校核 1、选择联轴器的类型 由于减速器功率不大，速度不高，运转平稳，没有特殊要求，考虑装拆方便及经济性问题，选用弹性套柱销联轴器。 2、计算转矩 取工作情况系数 则选择联轴器型号根据、，查附表选用公称尺寸转矩，采用Y型轴孔，A型键，轴孔直径，轴孔长度。HL4型弹性套柱销联轴器有关参数如表7：表7：HL4型弹性套柱销联轴器有关参数型号LH4公称转矩T/（Nm）1250许用转数n/(r/min)2800轴孔直径d/mm40轴孔长度L/mm112外径D/mm195材料HT200轴孔类型Y型键槽类型A型十二、箱体的设计 箱体主要结构尺寸：参考彭宇辉主编的教材P35 箱座壁厚，（齿轮中心距） 因为需要，故取 箱盖厚度 同样需要，故取