二级展开式斜齿轮减速器设计计算说明书

1、机械设计课程设计 设计计算说明书 设计题目：带式运输机传动装置 班 级：2011 级 2 班 设计者：Iovetaotao34 指导教师：史延枫 完成日期：2013年11月22日 成都学院工业制造学院 【机械设计】课程设计任务书 设计 题目 带式输送机传动装置 设计者 车辆 姓名: 2011级2班 Iovetaotao34 题目 数据 工作机输入功率(kW) 2.8 工作机输入转速 (rpm) 90 1 电动机2联轴器3 咸速器4 带式输送机(工作机) 工 作 条 件 1、连续单向运转； 2、载荷较平稳； 3、两班制； 4、结构紧凑； 5、工作寿命5年。 设计内容 1、减速器装配图1张 (0号

2、图); 2、零件图2-3张； 3、设计计算说明书1份。 设计期限 自2013年11月4日至2013年11 月22日 答辩日期 指导教师 史延枫 设计成绩 目录 一、选择电动机的类型及功率 - 1 - 1、计算电动机的功率 - 1 - 2、确定电动机转速 - 1 - 3、计算传动装置的总传动比?并?分配传动比 - 1 - 4、计算传动装置各轴的运动和动力参数 - 1 - 二、齿轮的选择 - 2 - 1、计算第I级齿轮参数计算-2 - 2、 计算第n级齿轮参数计算 -5 - 传动零件设计计算数据表 - 8 - 三、装配草图设计 - 8 - 1 、初选轴及联轴器 - 8 - 2、初选轴承 - 9 -

3、 3、润滑及密封 - 9 - 4、箱体尺寸初步设计与计算 - 9 - 四、中间轴的计算及校核 - 10 - 1 、按扭转强度条件计算 - 10 - 2、按弯扭合成强度计算 - 10 - 中间轴轴承的校核 - 12 - 中间轴键的校核 - 12 - 五、减速器附件的选择 - 13 - 1 、附件的选择 - 13 - 2、附件说明 - 13 - 结论 - 13 - 参考文献 - 14 - 机械设计课程设计计算说明书 亠、选择电动机的类型及功率 1、计算电动机的功率 查表9.1得：联轴器的传动效率：?= 0.99 ;轴承的传动效率：？= 0.98 ;齿轮传动的 效率：?= 0.97 ;卷筒的传动效率

4、：?= 0.96。故有： 2? = 0.992 X0.984 X 0.972 X 0.96 = 0.817 所以电动机所需的工作功率为 ? 2.8? ?= = ? ：0.817 = 3.43? 2、确定电动机转速 按表9.1推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比?= 840 ,而工作机卷 筒轴的转速为nw=90r/min。所以电机转速可选范围为 ?= ?= (840 ) X 90 = (7203600 )r/min 符合这一范围的同步转速有 750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min四种。综合考 虑电机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动转置结

5、构紧凑，决定选用同步转速 为1500r/min的电动机。 根据电动机类型、容量和转速，由表 14.1选定电动机型号为 Y112M-4。主要性能如下表： 电机型号 额定功率/kW 满载转速 (r/min) 启动转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 Y112M-4 4 1440 2.2 2.2 3、计算传动装置的总传动比 ？并分配传动比 1、总传动比为: ?= -? = 1440 = 16 ?90 2、分配传动比：?= ?n 考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取？?= 1.4? I故 ?= v1.4? = V 1.4X16 = 4.73 ?16 ?= ?|= 473= 3.38 4、计算传动装置

6、各轴的运动和动力参数 1、各轴的转速 I轴：ni=n m=1440r/min n轴: ?=?= 1440 ?4.73 304.44 r/min -18 - ?304.44 川轴：？ 1= ?= 90.07 r/min 卷筒轴：nw=n m=90r/min 2、各轴的输入功率 I 轴：?= ?= 3.43 X 0.99?= 3.40? H 轴：？ = ? = 3.40 X 0.98 X0.97kW = 3.23kW 川轴：？ i=i ? = 3.23 X 0.98 X 0.97?= 3.07? 卷筒轴：？卷=?= 3.07 X0.98 X 0.99?= 2.98? 3、轴的输入转矩 电动机轴的输

7、出转矩 Td为 ?= 9.55 X106 X逹=9.55 X 106 X = 4.01 X 104? ?0.817 I 轴：？= ?= 4.01 X 104 X 0.99 = 3.97 X 104? n 轴:? = ?= 3.97 X 104 X 0.98 X 0.97 X4.73 = 1.80 X 105? 川轴：? i=i ? = 1.80 X105 X 0.98 X 0.97 X 3.38 = 5.78 X 105?mm 卷筒轴：？卷=?= 5.78 X 105 X0.98 X 0.99 = 5.62 X 105? 将上述计算结果汇入下表: 轴名 功率P/kW 转矩 T/(N.mm) 电

8、机轴 3.43 4.01 X104 I轴 3.40 3.97 X104 n轴 3.23 1.80X105 川轴 3.07 5.78X105 卷筒轴 2.98 5.62 X105 转速 n/(r/mi n) 传动比i 效率n 1440 1 0.99 4.73 0.95 304.44 3.38 0.95 90 1 0.97 90 1、齿轮的选择 1、计算第I级齿轮参数计算 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 1） 选用斜齿圆柱齿轮传动，7级精度。 2） 材料选择。选小齿轮材料为 40Cr （调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度差 40H

9、BS。 3）选小齿轮齿数 Z1=24 , Z2=4.73 X 24=113.52，取 Z2=114。 4）初选螺旋角3= 14 2、按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算， ？?逬笔？等（需$ 2 （1）确定公式内的各值 1）初选祝？ 1.6。 2）计算小齿轮传递的转矩。 95.5 X 10 5?95.5 X 10 5 X 3.404 ? = 2.2548 X 104? ?1440 3）由图10-30选取区域系数 Zh=2.433。 4） 由表 10-26 杳得 a1=0.78 , a2=0.87，则 a= a1+ a2=1.65。 5）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限

10、b Hiim1 =600MPa ;大齿轮 的接触疲劳强度极限bHiim2 =550MPa。 6）算应力循环次数。 ? = 60?=60 X 1440X 1 X （2X 8X 300X 5）=2.0736 X 109 2.0736 X 108 ?=预 =4.74508 X 108 7） 由图10-19取接触疲劳寿命系数 Khn=0.88;K hn2=0.94。 1 8）由表10-6杳得材料的弹性影响系数 ？?= 189.8? 9） 疲劳许用应力。取失效概率为1%安全系数S=1,由公式得： ?1?1 b h1= ?= 0.88 X 600MPa = 528MPa ?2?2 h2= ?=0.94 X

11、 550MPa = 517MPa ?|1 + ?|2 2 528 +517 2 =522.5Mpa （2 ）计算参数 1）计算小齿轮分度圆直径d1t。 ? 3 2 X 1.6 X2.2548 X 1045.732.433 X 189.8 2 二X453 X （“ C） 1 X 1.65 522.5 =34.59? 2）计算圆周速度 ? _ 60X 1000 = ? X 34.59 X 60X 1000 Z?/?=2.61m/s 3）计算齿宽b。 b = ?= 1 X 34.59?= 34.59? ? 4）齿宽与齿高之比？。 模数： ?34 59 X ?14 ?=?=24= 1.398? 齿高：

12、h=2.25mt=2.25 X1.398=3.146 ? b 34.59 -=10.99 h 3.146 5）计算纵向重合度?。 ?= 0.318? ?0.318 X 1 X 24 Xtan14 1.903 6）计算载荷系数。 根据u =2.61m/s , 7级精度，由图10-8查得动载荷系数 Ku =1.06 ;查表10-4得 Khb =1.42 ;由图 10-13 查得 Kfb =1.35 ;表 10-3 查得 Kh“ =KF =1.2。 X1.06 X 1.2 X 1.42 = 1.81 7) 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由10-10a得 36.02 3 ? 2 X 1.81

13、X2.2548 X104 * * * X0.88 X （?）|引 1.81 ? = ?= 349 X F 8)计算模数mn。 3、按齿根弯曲强度设计 ?= ?36.02 ?= X ?14 24= 1.46mm (1)确定计算参数 1） 计算载荷系数。K= ?= 1 X1.06 X 1.2 X 1.42 = 1.81 2） 根据纵向重合度?= 1.903，从图10-28查得螺旋角影响系数?= 0.88。 3）计算当量齿数。 ?24 ?1= ?= ?4 = 26.27 ?2 = ? ? 114 ?4 =124.79 4) 查取齿形系数。由表10-5 查得 YFa1=2.62 ; YFa2=2.16

14、 ; Ysa1=1.595 ; Ysa2=1.81。 由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限？?尸500MPa ;大齿轮的弯曲疲劳强度 极限？?尸 380?由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ？?1= 0.85 , ?2= 0.88。 5) 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由公式10-12得 ?1 ?1 ? 0.85 X 500 =303.57MPa ?2 ?2 ?- 0.88 X 380 =238.86MPa 6) 计算大、小齿轮的 鬻并加以比较。 ?1 ?1 2.62 X 1.595 303.57 =0.01377 ?2?2 ?刃2 2.16 X 1.81 23

15、8.86 =0.01637 ? ? ? 36.02 X ?14 1.5= 23.3则取 Z1=23, Z2=iZ 1=4.73 X23=109。 大齿轮的数值大。 (2 )设计计算 4、几何计算中心距 (1)计算中心距 (?+?)? a = ? (23+109 ) X 1.5 2?14 =102.03mm 取 a=102。 (2) 修正螺旋角 (? + ?)?(23 + 109) X 1.5 3 = arccos= ?= 13 55 50 2 2?2 X102 因3值改变不大，故参数? ? ?等不必修正。 (3) 计算大、小齿轮分度圆直径 ?23 X 1.5 1?13 55 50 ?109 X

16、 1.5 ?= ?13 5= 16851? (4) 计算齿轮宽度 b = ? = 1 X 35.56? = 35.56? 圆整后取 B2=40mm ; B1=45mm。 2、计算第级齿轮参数计算 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 1） 选用斜齿圆柱齿轮传动，7级精度。 2） 材料选择。选小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差 40HBS。 3）选小齿轮齿数 Z仁24 , Z2=3.38 X 24=81.12，取 Z2=8181。 4）初选螺旋角3= 14 2、按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算, （1

17、）确定公式内的各值 ?煜?专1篙 1) 初选?= 1.6。 2) 计算小齿轮传递的转矩。 95.5 X 105?95.5 X105 X3.235 ?= 1.01322 X 105? ?304.44 3) 由图10-30选取区域系数 Zh=2.433。 4) 由表 10-26 查得 a1=0.78 , a2=0.87，则 a= a1+ a2=1.65。 5) 图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限c Hlim1 =600MPa ;大齿轮的 接触疲劳强度极限b Hlim2 =550MPa。 6) 算应力循环次数。 ? = 60?=60 X 304.44 X 1 X (2 X 8X 3

18、00X 5)=4.383936 X 108 4.383936 X 108 ? =1.297022 X 108 23.38 7) 由图10-19取接触疲劳寿命系数Khn=0.93;K hn=0.96。 1 8) 由表10-6查得材料的弹性影响系数 ？?= 189.8? 9）疲劳许用应力。取失效概率为1%安全系数S=1,由公式得: ?1?1 ? = 0.93 X 600MPa = 558MPa ?羽= ?側1 + ?初2 2 d h2= ?= 0.96 x 550MPa = 528MPa 558 + 528 =543MPa 2 （2 ）计算参数 1）计算小齿轮分度圆直径dit。 ? X 1.6 x

19、 1.06027 x 105 4.38 1 X 1.65 X、- 3.38 x（ 2.433 X 189.8 543 =56.89? 2）计算圆周速度 3）计算齿宽b。 ? V = 60 X 1000 ?X 56.89 X 304.44 ?/?= 0.91?/? 60 X 1000 b = ?= 56.89? = 56.89? 4）齿宽与齿高之比？。 模数： cc?1?56.89 X ?14 ?=?=24= 2.30? 齿高：h=2.25mt=2.25 X2.30=5.175 ? b 56.89 -=10.99 h 5.175 5) 计算纵向重合度? ?= 0.318? ?刃1?0.318 X

20、 1 X 24 Xtan14 1.903 6) 计算载荷系数。 根据u =0.91m/s , 7级精度，由图10-8查得动载荷系数Ku =1.02 ;查表10-4得 Kh, =1.42 ;由图 10-13 查得 阳=1.35 ; 表 10-3 查得 Kh“ =大齿轮的弯曲疲劳强度极限 ?-= 380?由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ？?尸 0.85，?2= 0.88。 5)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式10-12得 ?1 ?1 ? 0.85 X 500 = 303.57MPa ?2 ? 0.88 X 380 =238.86MPa 1.4 6)计算大、小齿轮的

21、?用并加以比较。 ? ?1 ?1 = 2.60 X 1.595 303.57 =0.01366 ?2?2 ?羽2 2.21 X 1.78 =0.01646 238.86 大齿轮的数值大。 (2 )设计计算 3 2 X1.74 X 1.01322 X 105 X 0.88 X (?)l4 ? = 1 X 242 X1.65 X 0.01646 = 1.72mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m n大于由齿根弯曲强度计算的 法面模数，取mn=2.0mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触 疲劳强度算得的分度圆直径d 1=58.51来计算应有的齿数。于是由? =

22、? ?= ? 58.51 X ?14 卄卄 =28.38 则取 Z1=28 , Z2=iZ 1=3.38 X28=94.64。取 Z2=95。 4、几何计算中心距 (1)计算中心距 (?+?)?(28+95 )X2 a = 2?2?14 = 126.77mm 取 a=127。 (2) 修正螺旋角 十os(?+ ?)? (3) 2? 因B值改变不大，故参数? ? 计算大、小齿轮分度圆直径 ?+?95) X 2 =14 25，5 2 X 127 ?等不必修正。 28 X2 (4) 计算齿轮宽度 ?=竺?= = 57 71? ?14 255 ?95 X 2 ?=习?？?14 刃叫? b = ?= 1

23、 X 57.71?= 57.71? 圆整后取 B2=60mm ; B1=65mm。 传动零件设计计算数据表 类型 模数 中心距 材料 齿数 齿宽 分度圆直径1 第 I 级 齿 轮 小 齿 轮 斜齿圆 柱齿轮 1.5 102 40Cr 23 45 35.56 大 齿 轮 45 109 40 168.51 第 n 级 齿 轮 小 齿 轮 斜齿圆 柱齿轮 2 127 40Cr 28 65 57.71 大 齿 轮 45 95 60 195.82 三、装配草图设计 1、初选轴及联轴器 根据电动机型号 Y112M-4查表14.2得电动机的最小直径 d电机=28mm。 3 ? ?如?沪 C V?= 1）、按

24、扭矩强度初定该轴的最小直径dmin 3 / 3.23 X V= 24.17? 304.44 同理确定低速轴的最小直径选取轴的材料为 45刚调质处理。？=110。 3 ? ? ?S m= ? V?= 100 * * * * * * * * * 110 3 07 ?Iii =?V? = 110 X V9 = 35.67? / ?90 此处要按放键将轴放大 3%有：？?iii =?（?1+3%） 35.67mm=36.74mm。 2、初选轴承 第I级齿轮传动是斜齿轮传动，高速轴同时承受径向力和轴向力作用，故采用圆锥滚子 轴承，由于d=20mm,考虑到轴向定位和轴承装拆方便，应将轴承内径放大两次，查表

25、12.4 初选0基本游隙组、标准精度级的圆柱滚子轴承30205,基本尺寸为：d=25mm , D=52mm。 同理选择中间轴、低速轴轴承分别为：30205，基本尺寸为：d=25mm，D=52mm ； 30208， 基本尺寸为：d=40mm， D=80mm。 轴承类型 轴承型号 d D 高速轴 圆锥滚子轴承 30205 25mm 52mm 中间轴 30206 30mm 62mm 低速轴 30208 40mm 80mm 3、润滑及密封 轴承采用脂润滑，并设置挡油环；齿轮采用油池润滑；在伸出与轴承端盖之间采用毡圈 密封。 4、箱体尺寸初步设计与计算 名称 符号 计算公式 结果 机座壁厚 0.025a

26、+3 仝 8 8 机盖壁厚 ? 0.02a+3 仝 8 8 机座凸缘厚度 b i.5 S i2 机盖凸缘厚度 bi i.5 S i2 机座底凸缘厚度 P 2.5 S 20 地脚螺钉直径 df 0.036a+i2 i6.56 地脚螺钉数目 n a= 250mm 4 轴承旁链接螺栓直径 di 0.75df i2.42 机盖与机座连接螺栓直径 d2 (0.50.6) df 8.289.94=9 连接螺栓d2的间距 l i50200mm i80mm 轴承端盖螺钉直径 d3 (0.40.5) df 6.638028=8 窥视孔盖螺钉直径 d4 (0.30.4) df 4.976.63=6=i2 定位销直

27、径 d (0.70.8) df ii.59i3.25=i2 df、di、d2至外机壁距离 ci 查表 22 di、d2至凸缘边缘距离 c2 查表 20 轴承旁凸台半径 Ri C2 20 凸台高度 h (0.8i) b, b=8 9 外机壁至轴承端面距离 li Ci+C2+ (58) 4750=48 内机壁至轴承断面距离 I2 S+ci +C2+ (58) 5558=56 大齿轮顶圆与内机壁距离 i 仝 i.2 S 9.6=i0 齿轮端面与内机壁距离 2 仝S 8=i0 机盖、机座肋厚 mi、m2 mi=0.85?; 2=0.85 S mi=6.8, m2=6.8 轴承端盖外径 D2 ?轴承孔

28、+ (55.5)?3 92, 102, 120 轴承端盖凸缘厚度 e (11.2) d3 9 轴承旁连接螺栓距离 s S=D2 四、中间轴的计算及校核 1、按扭转强度条件计算 3?_ ? 9550 X 1033 ?3 3 23 由公式?=?=0.2?3 ? V?= 110 匕爾=24.17?(查 表 15-3 得？=110)。d=30mm 成立。 2、按弯扭合成强度计算 中间轴的受力分析 1）、齿轮受力分析 第二轴小齿轮受力分析 周向力： ?1 径向力： ?1 轴向力： ?1 2?2X 1.8 X 10 ?= 6238.09N 57.71 ? 6238 09 X ?20 2339.98? ?

29、?14 ? 6238.09 ?20 ?11.66? 第二轴大齿轮受力分析 m .2?2X 1.8 X 10 周向力：?2= ?=168.51= 2136.37N 径向力： ?2= = = 801 38? ?2?14 轴向力： ?22136.37小小 ?2 = ?20 ?=?13.08- 2）、做弯扭矩图 以轴左端为原点，经简化后各段长度分别为h=70mm, b=61mm , b=61mm。 h2 Ft! ?+ ?2 ?+ ? + ?2?+ ?2?+ ? = 0 水平方向： ?+ ?l+ ?2+ ?2= 0 ?什？?i+ ?2+ ?2= 0;?+ ?2?+ ? + ?2?+ ?+ ?3? = 0

30、 解得：？?尸 2032? ?2= 1107? 弯矩图： 载荷 水平力 垂直力 支反力 ?= -4654N ?2= 3720N ?1= -2032N ; ?2= 1107N 弯矩 MH=26665N.m Mv=63377N.m 总弯矩 M = V26665 2 + 63377 2 = 68758? ? 扭矩 T = 1.8 X 105? 扭距图: V?+ (?V687582 + (0.6 X 1.8 X 105)2 ?=3= 47.42? ?0.1 X 303 再由轴材料40Cr调质处理，查机械设计表15-1得?= 70? ?因此轴安全。 中间轴轴承的校核 两轴承受到的径向载荷 ?= -465

31、4N ； ?1= -2032N ?牙 3720N ； ?2= 1107N ?1 = V #?1+ ?%?尸 V4654 2 + 2032 2 = 5078? ?2= V 勸?2+ ?2= V3720 2 + 1107 2 = 3881? 对于圆锥滚子轴承，查表 13-7得派生轴向力 ? ?= 2?由 Fae=2343N。 ?15078?23881 ?1=云=2X16= 1587.88?；?2=云=2XT6= 1212.82? 因 为 ？?+ ?2 ?1 ； ?1= ?2 + ?= 1212.82 + 1587.88 = 2800.69?; ?2= ?2 = 1212.82N 再由 警=諾=0.

32、46 ?= 0.37;故 X1=0.4; Y1=1.6。 ?15078 ?2 ?2 2343 _ 3881 = 0.60 ? 0.37 ;故 X 1=0.4 ; Y 1=1.6。 ? = ?(?+ ?夕= ? = ?(?+ ?夕= 106 ? ?=( )=- 60? ?7 I 1.2 X (0.4 X 5078 1.2 X (0.4 X 3881 1061 X 43300 60 X304 (7813 1.6 X 2800)= 1.6 X 1212)= 10 )=165244? 7813? 4190? ? 故轴承满足寿命要求。 中间轴键的校核 40mm,键长取 L=36mm 2?x 1032 x 101 x 103 键选择圆头平键，轴径d=40查表应选键的截面尺寸为b x h = 8 x 7,此段轴长为 ?= = = 40.07? ? = 120? ?3.5 x 36 X40 2?x 1032 xi01 x 103 P = = = 40 07? ? = 50? ?3.5 x 36 x 40 故键满足条件。 五、减速器附件的选择 1、附件的选择 (1 )视孔盖与通气器 视孔盖：I 1 =180mm l 2=165mm b1 =140mm b2 =125mm d=7mm 孔数=8, S =4mm R=5mm 通气器：M30 x2视孔盖上钻孔。 (2 )放油螺塞 M24x2 (3