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机械设计综合实践报告机械设计综合实践报告二级圆柱齿轮减速器姓名： 陈健学号： 02007314指导老师：王鸿翔东南大学机械工程学院2010年1月 16 日摘要摘要内容：根据具体任务，完成了输送系统的减速器设计。设计内容包括传动系统总体方案的确定，传动系统的设计，重要零件的设计计算，以及箱体的结构设计和一些辅助零件的设计。使自己对机械设计课程内容有了更深刻的认识。初步掌握了机械设计的一般过程，训练了制图能力，培养了对机械设计的感觉。关键词：机械设计，减速器，传动系统AbstractThe abstract contents:According to the concrete task, completed the designing of deceleration machine of transporting system.Designing contents include to settle down the total method of transporting system, design of transporting system, calculation of important spare parts, and the structure design of the box body and the design of some assistance spare parts. make myself to get a deeper understanding to the mechanical design course. Principiumly master general process of mechanical design, trained drawing ability, foster the felling of designing to the machine. Keyword:Mechanical design deceleration machine transmission system目 录摘要 2第一章 绪论 1.1 引言41.2 目的4第二章 设计项目2.1 设计任务42.2 传动方案的选择5 2.3 电动机的选择5 2.4 传动比的计算与分配6 2.5 传动参数的计算6 2.6 各级传动零件的设计计算7 2.7 轴的尺寸设计按许用应力计算16 2.8 联轴器的选择20 2.9 键的选择按轴颈选择20 2.10 滚动轴承的选择20 2.11 链及链轮的设计22 2.12 箱体及减速器附件说明23 2.13 滚动轴承的外部密封装置24第三章装配图设计24第四章零件图设计25第五章 参考文献27 第一章 绪论1.1 引言机械设计综合课程实践是对我们一个学年内学习状况的考察，也是锻炼同学自主创新、设计及思考的一项课题。本次我的机械设计课程设计的主题为“二级展开式圆柱齿轮减速器”，在设计过程中涉及到了很多在过去的一年中我们所学到的知识，例如齿轮、轴和与它们相关的知识。这次是我们第一次接触实际进行设计，相信无论对于我们知识的强化还是创新能力、思考能力都是一次锻炼和挑战。1.2 目的综合运用机械设计基础、机械制造基础的知识和绘图技能，完成传动装置的测绘与分析，通过这一过程全面了解一个机械产品所涉及的结构、强度、制造、装配以及表达等方面的知识，培养综合分析、实际解决工程问题的能力。第二章 设计项目2.1 设计任务（粘贴）一、设计题目 带式输送机传动装置。二、工作条件及设计要求带式输送机工作装置，主要完成由输送带运送机器零部件的工作。该机室内工作，单向运转，工作有轻微震动，两班制。要求使用期限十年，大修期三年。输送带速度允许误差5%。在中小型机械厂小批量生产。三、原始数据第四题， 第六组。输送带工作拉力F=3250 N， 输送带速度v= 1 m/s， 卷筒直径D= 400mm。2.2 传动方案设计传动方案：电动机通过联轴器输入到二级圆柱齿轮减速器，采用圆柱斜齿轮。然后低速级再通过链传动减速输送到滚筒上。2.3 电动机的选择（1） 类型选择：由于生产单位普遍使用三相交流电源，所以一般多选用三相交流异步电动机；此外，还应该根据电动机的防护要求，选择电动机的机构形式；根据电动机的安装要求，选择其安装形式。（2） 定功率选择：工作机所需功率为P=Pw/= k Fv/1000 (载荷平稳时k=1)由电动机至工作机之间的总效率为：=1422345式中1，1 =0.92链传动效率2 =0.99每对滚动轴承的效率3 =0.975齿轮啮合效率4 =0.99高速级弹性联轴器效率5 =0.96卷筒效率 =0.920.9940.97520.990.96=0.820所以， Pd=kFv/1000=3.96kw（3）确定电机转速 卷筒轴工作转速为47.746 r/min。根据传动比的合理范围1,取链传动的传动比i1，=24， 二级齿轮减速器传动比i2，=840，则总传动比合理范围ia，=16160，故电机转速可选范围为nd，= ia，n=（16160）47.746=7647640符合这一范围的电机优先选用1500r/min的电机。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、链传动与减速器传动比，可以选定电机Y112M-4所以得到 P额=4kw满载转速n=1440r/min伸出端直径D=28mm 伸出端长度E=60mm中心高H=112mm键槽宽度F=8mm2.4 传动比的计算与分配（1） 计算总传动比 电机满载转速nm=1440r/min 卷筒转速 n=47.746r/min 总传动比i= n m/ n=1440/47.746=30.16（2） 分配传动比 （取i链=3） 齿轮减速器传动比i=i/i链=30.16/3=10.05 由二级圆柱齿轮减速器传动比分配表2查得减速器高速级齿轮传动的传动比ih=3.65，因此低速级齿轮传动的传动比il=10.05/3.65=2.752.5 传动参数的计算从高速轴到低速轴分别为轴，轴和轴，卷筒轴为轴。（1） 各轴转速：轴 n1=1440r/min轴 n2= n1/ ih=1440/3.65=394.52r/min轴 n3= n2/il=394.52/2.75=143.46r/min（2） 各轴输入功率：轴 p1=Pd4=3.960.99=3.92kw轴 p2=P13=3.880.975=3.78kw轴 p3 =P23=3.750.975=3.65kw轴 p4 =1=3.620.92=3.33kw各轴输出功率: 轴 P1= p12=3.920.99=3.88kw轴 P2= p22=3.780.99=3.75kw 轴 = p32=3.650.99=3.62kw轴 = p425=3.330.990.96=3.16kw（3） 各轴输入转矩:电机输出转矩 =95503.961440=26.25 Nm 轴 T1=Td4=26.250.99=25.99 Nm轴 T2=T12i2h，3=25.990.993.650.975=91.57 Nm轴 T3=T22i2l，3=91.570.992.750.975=243.06 Nm轴 T4=T32i1，1=243.060.9930.92=664.13 Nm轴名效率P/kw转矩/Nm转速n/r/min传动比i效率输入输出输入输出电动机轴3.9626.25144010.99轴 3.923.8825.9925.7314403.650.965轴3.783.7591.5790.65394.522.750.965轴 3.653.62243.06240.63143.4630.92轴3.333.16664.13657.4947.822.6 传动零件的设计计算 高速级大小齿轮均选用硬齿面渐开线斜齿轮 低速级大小齿轮均选用硬齿面渐开线斜齿轮一 高速级齿轮的设计计算3（1） 齿轮材料、热处理及精度小齿轮材料用45钢，调质+表面淬火，硬度为241260HBS，平均硬度250HBS，大齿轮选用45钢，调质+表面淬火，硬度为241260HBS，平均硬度250HBS。因为为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。根据图9.55和图9.58， 齿面最终成形工艺为磨齿。齿轮精度按GB/T10095，6级，齿面粗糙度1.6um,齿根喷丸强化。装配后 齿面接触率为70%。（2） 计算小齿轮传递的转矩T1=25.73Nm（3） 确定齿数z取Z1=24 Z2= ihZ1=3.6524=87.6（取 Z2=87）传动比误差ih= Z2/ Z1=87/24=3.625=(3.625-3.65)/3.65 100%=0.685%5% 允许（5） 初选齿宽系数d由非对称布置，查表9.143得d =0.6（6） 初选螺旋角=10（7） 载荷系数K使用系数KA可由表9.11查得KA=1.1 动载荷系数KV 假设齿轮圆周速度v=3.0m/s查图9.44得 KV=1.03 齿向载荷分布系数KF 预估齿宽b=40mm，查表9.13得KH=1.170 初取b/h=12，再由图9.46查得KF=1.071。 齿间载荷分配系数KF 由表9.12得KH= KF=1.1。 载荷系数K K=KAKVKFKF=1.11.031.11.071=1.335（8） 齿形系数YFa和应力修正系数Ysa 当量齿数Zv1=Z1/cos=24/cos10=25.13 Zv2=Z2/cos=87/cos110=91.09 查图9.53得YFa1=2.71，YFa2=2.20 由图9.54得Ysa1=1.58，Ysa2=1.78。（9） 重合度系数Y 端面重合度近似为 则重合度系数为 （10）螺旋角系数Y轴向重合度 （11）许用弯曲应力 安全系数查表9.15得 SF=1.25（按1%实效概率考虑） 小齿轮应力循环次数 大齿轮应力循环次数 查图9.59得寿命系数，实验齿轮应力修正系数 预取尺寸系数 许用弯曲应力 = =比较与，取=0.01535（12）计算模数 按表9.3取mn=2.0mm（13）计算主要尺寸 初算中心距 取=113mm 修正螺旋角 分度圆直径 齿宽 取 b2=30mm, b1=30+5=35mm齿宽系数 （14）验证载荷系数K 圆周速度 由图9.44查得Kv=1.03，不变。 按，由表9.13差值得又因为：b/h=由图9.46查得，又和不变，则K=1.427，变化不大，而取模数时已经把模数放大了故无需校核大小齿轮齿根弯曲疲劳强度。（15）确定载荷系数K 其中，=1.1，=1.06，=1.169K=（16）确定各系数 材料弹性系数ZE，由表9.14查得ZE =189.8 节点区域系数ZH，由图9.48查得ZH=2.46 重合度系数， 由图9.49查得Z=0.775 螺旋角系数， （17）许用接触能力 试验齿轮的齿面接触疲劳极限 寿命系数，由图9.56查得，工作硬化系数尺寸系数，由图9.57查得 安全系数，由表9.15查得则许用接触应力取（18）校核齿面接触强度 满足齿面接触强度（19）计算几何尺寸 分度圆直径d1=mZ1/cos=48.86mm d2=m Z2/cos=177.14mm 标准中心距a=(d1+d2)/2=113mm啮合角齿顶高齿根高齿顶圆直径181.22mm齿根圆直径二 低速斜齿轮设计计算3l 选定齿轮材料、热处理及精度：（1） 已知输出功率P2=3.75kw，小齿轮转速394.52r/min。传动比i2l=2.75，由高速级驱动，因传动比尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用45钢，调质，表面淬火，齿面硬度270HBS300HBS；大齿轮用45钢，调质，表面淬火，齿面硬度270HBS300HBS。因为为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。根据图9.55和图9.58， 齿面最终成形工艺为磨齿。（2） 齿轮精度按GB/T10095，6级，齿面粗糙度1.6um,齿根喷丸强化。装配后齿面接触率为70%。l 初步设计齿轮传动的主要尺寸：（3） 计算小齿轮传递的转矩：（4） 确定齿数传动比误差允许，（5） 齿宽系数d：非对称布置，由表9.16查得=0.6（6） 初选螺旋角=10（7） 载荷系数K 使用系数 由表9.11查得=1.1动载荷系数 估计齿轮圆周速度v=2.5m/s，由图9.44查得=1.03齿向载荷分布系数 预估齿宽b=40mm，由表9.13查得=1.170， 初取b/h=6，再由图9.46查得=1.14齿间载荷分配系数，由表9.12查得=1.1载荷系数KK=（8） 齿形系数YFa和应力修正系数Ysa 当量齿数Zv1=Z1/cos=22/cos10=23.03 Zv2=Z2/cos=61/cos110=63.87 查图9.53得YFa1=2.75，YFa2=2.26 由图9.54得Ysa1=1.57，Ysa2=1.74。（9） 重合度系数Y 端面重合度近似为 则重合度系数为 （10）螺旋角系数Y轴向重合度 （11）许用弯曲应力 安全系数查表9.15得 SF=1.25（按1%实效概率考虑） 小齿轮应力循环次数 大齿轮应力循环次数 查图9.59得寿命系数，实验齿轮应力修正系数 预取尺寸系数 许用弯曲应力 = =比较与，取=0.014430（12）计算模数 按表9.3取mn=3.0mm（13）计算主要尺寸 初算中心距 取=127mm 修正螺旋角 分度圆直径 齿宽 取 b2=41mm, b1=41+5=46mm齿宽系数 （14）验证载荷系数K 圆周速度 由图9.44查得Kv=1.03，不变。 按，由表9.13差值得又因为：b/h=由图9.46查得，又和不变，则K=1.42，变化不大，而取模数时已经把模数放大了故无需校核大小齿轮齿根弯曲疲劳强度。（15）确定载荷系数K 其中，=1.1，=1.10，=1.170K=（16）确定各系数 材料弹性系数ZE，由表9.14查得ZE =189.8 节点区域系数ZH，由图9.48查得ZH=2.47 重合度系数， 由图9.49查得=0.82 螺旋角系数， （17）许用接触能力 试验齿轮的齿面接触疲劳极限 寿命系数，由图9.56查得，工作硬化系数尺寸系数，由图9.57查得 安全系数，由表9.15查得则许用接触应力取（18）校核齿面接触强度 满足齿面接触强度（19）计算几何尺寸 分度圆直径d1=mZ1/cos=67.325mm d2=m Z2/cos=186.675mm 标准中心距a=(d1+d2)/2=127mm啮合角齿顶圆直径192.675mm齿根圆直径2.7 轴的尺寸设计按许用应力计算l 轴的设计4：（1） 选材选择轴材料为45钢、调质处理，硬度为217255HBS。由表19.1查得对称循环弯曲许用应力。（2） 初步计算轴径据式19.3取，由表19.3选参数A=115，得：。因为轴端开键槽，会削弱轴的强度，故将轴径增加4%5%，又因为要与联轴器配合，故取轴的直径为25mm（3） 轴的结构设计由于轴直径与齿轮齿根圆直径相差不大，所以做成齿轮轴。具体方案见装配图。l 轴的设计：（1） 选材选择轴的材料为45钢，查机械设计手册有：，其硬度为5060HRC。（2） 初步设计轴径据式19.3取，由表19.3选参数A=115，得：因为轴端开键槽，会削弱轴的强度，故将轴径增加4%5%，又考虑到轴承的选用，取轴的直径为35mm（3） 轴的结构设计由于小齿轮齿根圆直径与轴直径相比也不是很大，所以也做成齿轮轴，大齿轮采用键连接。具体方案见装配图。l 轴的设计：（1） 选材选择轴材料为45钢、调质处理，硬度为217255HBS。由表19.1查得对称循环弯曲许用应力。（2） 初步计算轴径据式19.3取，由表19.3选参数A=105，得：。因为轴端开键槽，会削弱轴的强度，故将轴径增加4%5%，取轴的直径为33mm（3） 轴的结构设计根据轴上的齿轮、轴承、轴承盖、圆盘等零件的装配方向、顺序和相互关系，轴上零件的布置方案如下：根据轴的受力，选取7208C滚动轴承，按弯扭合成校核轴的强度（4） 按照弯扭合成校核轴的强度 画轴空间受力图，将轴作用力分解为垂直面受力和水平面受力，取集中力作用于齿轮和轴承宽度的中点。 轴上受力分析齿轮圆周力：齿轮径向力：齿轮轴向力： 计算作用于轴上的支反力其中，水平面内的支反力垂直面内的支反力计算轴的弯矩、并画弯矩图计算截面C处的弯矩分别画出垂直面和水平面的弯矩图(图c，e)， 求和成弯矩并画其弯矩图(图f)画扭矩图(g) 校核轴的强度其中取故安全。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)2.8 联轴器的选择电机与高速轴（轴）需要联轴器，因为转速高，所以选用弹性联轴器，可以补偿同轴线偏差。由表18.1得5，联轴器工作情况系数为k=1.3，T1=25.99Nm，故Tc=kT1=1.325.99=33.79 Nm查机械设计手册，选择LX2型联轴器，J型轴孔，其公称转矩T=560 Nm，孔径d1=28mm,d2=25mm,与轴配合为H7/m6。2.9 键的选择按轴颈选择所有的键均采用45钢，p=130MPal 轴：按轴径=25选用A型平键，截面尺寸为bh=87mm，键长57mm，选用一般键联接，轴m6，毂H7。l 轴：按轴径=38选用A型平键，截面尺寸为bh=108mm，键长32mm，选用一般键联接，轴js9，毂H9。l 轴：（1）、与齿轮配合的键按轴径=42选用A型平键，截面尺寸为bh=128mm，键长40mm50mm，选用一般键联接，轴n6，毂H7。强度校核：，故合格。（2）、与链轮配合的键按轴径=33选用A型平键，截面尺寸为bh=108mm，键长50mm55mm，选用一般键联接，轴m6，毂H7。强度校核：，故合格。2.10 滚动轴承的选择l 轴上的轴承：根据工况，初选轴承角接触球轴承7206C。查机械课程设计指导书，得：。再由表17.8得：（轴承所受载荷平稳）l 轴上的轴承：根据工况,初选轴承角接触球轴承7207C。查机械课程设计指导书得：，再由表17.8得：（轴承所受载荷平稳）l 轴上的轴承6：根据工况，初选轴承7208C（=150）。查机械设计手册，得：，dDB=408018mm。再由表17.8得：（轴承所受载荷平稳），n=143.46r/min ,Fa=525N, Ft=2604N, Fr=967N,计算轴承径向力：要注意这里的=150，所以轴承的支点并非正中间。N， N(1) 、计算附加轴向力(2) 、计算轴承所受轴向载荷因为，分析得知，轴承1被“压紧”，轴承2被“放松。由此可得：(3) 、计算当量动载荷 轴承1：由表17.7，用线性插值法可求得：0.407，故再由线性插入法，可得：由此可得： 轴承2：由表17.7，用线性插值法可求得：，故再由线性插入法，可得：由此可得：(4) 、轴承寿命计算因，故按轴承1计算轴承寿命：，故所选轴承7208C（=150）合格。2.11链及链轮的设计71.齿数 由表12.8选z1=23 ，z2=69 ，与实际传动比相等。2.链条节数 初定中心距 a0=40p 130链接数为偶数，所以Lp=1303.链条节距 取工作情况系数KA=1.0 ，齿数系数Kz=1.2，采用双排链，Km=1.75故 当n=143.46r/min时，查的12A链条能传递需要的功率，其节距p=19.050mm。4. 实际中心距5.润滑方式 ，按12A链，v=0.976m/s,由图12.17查得采用滴油润滑（2区）6.作用在轴上的压力FQ=1.20F， F=1000P/v=3709N。 FQ=1.2 F=4450N7.链轮的设计 选用45钢，调质，表面淬火，表面硬度40HRC50HRC，轮齿表面粗糙度3.2m，采用GB 124485 ，小链轮，大链轮 2.12 箱体及减速器附件说明 箱体说明：箱壳是安装轴系组件和所有附件的基座，它需具有足够的强度、刚度和良好的工艺性。箱壳多数用HT150或HT200灰铸铁铸造而成，易得道美观的外表，还易于切削。为了保证箱壳有足够的刚度，常在轴承凸台上下做出刚性加固筋。轴承采用润滑脂润滑，也可在接合面上开出油槽，以防润滑油从结合面流出箱外。 箱体底部应铸出凹入部分，以减少加工面并使支撑凸缘与地量好接触。 减速器附件说明：1)视孔和视孔盖箱盖上一般开有视孔，用来检查啮合，润滑和齿轮损坏情况，并用来加注润滑油。为了防止污物落入和油滴飞出，视孔须用视孔盖、垫片和螺钉封死。视孔和视孔盖的位置和尺寸由查表得到。2)油标 采用油池润滑传动件的减速器，不论是在加油还是在工作时，均续观察箱内油面高度，以保证箱内油量适当，为此，需在箱体上便于观察和油面较稳定的地方，装上油标油标已标准化。3)油塞 在箱体最底部开有放油孔，以排除油污和清洗减速器。放油孔平时用油塞和封油圈封死。油塞用细牙螺纹，材料为Q235钢。封油圈可用工业用革、石棉橡胶纸或耐油橡胶制成。4)吊钩、吊耳和吊环螺钉 为了便于搬运减速器，常在箱体上铸出吊钩、吊耳或在箱盖上安装吊环螺钉。起调整个减速器时，一般应使用箱体上的吊钩。对重量不大的中小型减速器，如箱盖上的吊钩、吊耳和吊环螺钉的尺寸根据减速器总重决定，才允许用来起调整个减速器，否则只用来起吊箱盖。5)定位销 为了加工时精确地镗制减速器的轴承座孔，安装时保证箱盖与箱体的相互位置，再分箱面凸缘两端装置两个圆锥销，以便定位。圆锥销的位置不应该对称并尽量远离。直径可大致取凸缘连接螺栓直径的一半，长度应大于凸缘的总厚度，使销钉两端略伸凸缘以利装拆。2.13 滚动轴承的外部密封装置为了防止外界灰尘，水分等进入轴承，并防止轴承润滑油的泄漏，在透盖上需加密封装置。在此，我们用的是毡圈式密封。因为毡圈式密封适用于轴承润滑脂润滑，摩擦面速度不超过m/s的场合。第三章 装配图设计（一）装配图的作用作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。（二）、减速器装配图的绘制1、装备图的总体规划：（1）、视图布局：、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。布置视图时应注意：a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。（2）、尺寸的标注：、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。（3）、标题栏、序号和明细表：、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。（4）、技术特性表和技术要求：、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表，布置在装配图右下方空白处。、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。2、绘制过程：（1）、画三视图：、绘制装配图时注意问题： a先画中心线，然后由中心向外依次画出轴、传动零件、轴承、箱体及其附件。b、先画轮廓，后画细节，先用淡线最后加深。c、3个视图中以俯视图作基本视图为主。d、剖视图的剖面线间距应与零件的大小相协调，相邻零件剖面线尽可能取不同。e、对零件剖面宽度的剖视图，剖面允许涂黑表示。f、同一零件在各视图上的剖面线方向和间距要一致。、轴系的固定：a、轴向固定：滚动轴承采用轴肩和闷盖或透盖，轴套作轴向固定；齿轮同样。b、周向固定：滚动轴承采用内圈与轴的过渡配合，齿轮与轴除采用过盈配合还采用圆头普通平键。（2）、润滑与密封、润滑： 齿轮采用浸油润滑。当齿轮圆周速度时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的，采用稠度较小润滑脂。、密封：防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。3、完成装配图：（1）、标注尺寸：标注尺寸反映其的特性、配合、外形、安装尺寸。（2）、零件编号（序号）：由重要零件，按顺时针方向依次编号，并对齐。（3）、技术要求：（4）、审图（