螺旋输送机的一级圆柱齿轮减速器3教材.docx

1、齐齐哈尔大学普通高等教育机械设计基础课程设计题目题号：学院：专业班级：学生姓名：指导教师：成绩：年月日1目录一、机械设计课程设计任务书02二、传动方案拟定02三、电动机的选择03四、计算总传动比及分配各级的传动比04五、运动参数及动力参数04六、齿轮的设计计算06七、轴的设计计算14八、滚动轴承的选择及校核计算21九、键联接的选择及计算22十、联轴器的选择23十一、箱体的设计24十二、润滑方法和密封形式25十三、设计小结26十四、参考资料目录271计算与说明主要结果一、机械设计课程设计任务书1、题目：设计用于螺旋输送机的一级圆柱齿轮减速器2、传动见图1电动机2联轴器3一级圆柱齿轮减速器4开式圆

2、锥齿轮传动5输送螺旋已知：运输机工作轴转矩T/(N.m)=780;T/(N.m)=780运输机工作轴转轴n/(r/min)=140;n/(r/min)=13、工作条件：连续单项运转，工作时有轻微振动，使用期限8 年，生产 1040台，两班制工作，运输机工作转速允许误差5%.4、设计工作量如下。（1）减速器装配图一张（2）零件工作图 2 张（3）设计计算说明书一份二、传动方案拟定设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器（ 1）连续单项运转，工作时有轻微振动，使用期限8 年，生产 10 台，两班制工作，连续单向传动。（ 2）原始数据运输机工作轴转矩T/(N.m):780;运输机工作轴转轴n/(r/m

3、in)=140;2计算与说明主要结果三、电动机的选择1、电动机类型的选择：选择Y 系列三相异步电动机，此系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。2、电机容量的选择：电动机所需功率为：PdTn / 9550总/ （ kw）由电动机至输送机的传动总效率为： 总1 234 5根据机械设计课程设计 表 7 表 2-4、式中：1 2 345分别为联轴器1、滚动轴承（四对）、圆柱齿轮传动、联轴器2 和圆锥齿轮传动的传动效率。取0.990.990.97 0.9950.931234总1 234540.97 0.99 0.93 0.85 T=

4、780N/m0.99 0.99T=780N/m n=140r/min总 =0.85n=140r/min所以：电机所需的工作功率总 =0.85PdTn /(9550总 )( 780 140) /(9550 0.85)13.5kw电机额定功率 Pcd =15 kw 由机械设计课程设计得 Pcd =15 kw3、确定电动机转速Pcd =15 kw输送转速为w(1 5%) (15 %)140 r / min133 147 r / min根据机械设计课程设计P5表 2-2 得推荐传动比的合适范围取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I1,3 5，取开式圆锥齿轮传动比为 I 2,2 3 则总传动比理论范围 I

5、 a,I1,I 2,6 15故电动机转速可选范围为Na,Ia ,w(6 15) (133 147) (798 2205)r/min符合这一范围的的同步转速有1000 和 1500r/min根据容量和转3计算与说明主要结果速，机械设计课程设计表 2-4 得到三种电动机的型号：电动机转速电动传动装置传动比电动机额定圆锥方机质总传型号功率同步满载齿轮减速器案量动比转速转速传动1Y160L-151500146014211.6833.8942Y180L-1510009701957.7673.886综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和圆锥齿轮传动、减速器传动比，可见第一方案比较合适，因此选定电动机

6、型号为Y160L-4, 其主要性能：额定功率为15KW，满载转速为 1460r/min ，额定转矩 2.2 ，质量 142kg.四、计算总传动比及分配各级的传动比1、确定传动装置的总传动比和各级传动比的分配1.1、传动装置总传动比由选定的电动机满载转速nm 和工作机主动轴转速n可得传动装置总传动比为：ia = nm /nw = 1640/140=11.71总传动比等于各传动比的乘积：ia =i 0 i式中 i 0、i 分别为开式圆锥齿轮传动和减速器的传动比i 0=21.2、分配各级传动装置传动比：i a =11.71根据指导书，取i 0=2（圆锥齿轮传动i=2 3）i 5.855因为：ia i

7、 0 i所以：i ia i 0 11.71/2 5.855五、运动参数及动力参数将传动装置各轴由高速至低速依次定为电机轴、轴、轴、轴、轴i 0,i 1，.为相邻两轴间的传动比4计算与说明 01， 12，.为相邻两轴的传动效率P ，P， .为各轴的输入功率（KW）T ，T ， .为各轴的输入转矩（Nm）n ,n ,.为各轴的输入转矩（r/min ）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数5.1 、运动参数及动力参数的计算（1）计算各轴的转速：轴： n= nm =1460 r/min轴： n= n / i=1460/5.855=249.4 r/minIII轴： n= n 螺旋输

8、送机： nIV = n /i 0=249.4/2=124.7 r/min （2）计算各轴的输入功率：轴： P =Pd 01 =Pd 1=13.5 0.99=13.365 KW轴： P = P 12= P 2 3=13.365 0.99 0.97=12.83 KW轴： P = P 23= P 2 4=12.83 0.99 0.99=12.57 KW螺旋输送机轴： PIV = P 2 5=12.39 0.93 0.99=11.57 KW（3）计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为：主要结果n = nm =1460r/minn=n=249.4 r/minnIV=124.7r/minP=13.36 K

9、W P=12.83 KW P=12.57 KW PIV=11.57 KW5计算与说明Tdd=9550 P / nm =955013.5/1460=88.3 N m轴： T= T d 01= T d 1=88.3 0.99=87.4 N m轴： T= T i 12= T i 2 3=87.4 5.855 0.99 0.97=491.4 N m轴：T =T=491.4 0.99 0.99=481.62 N m24螺旋输送机轴：TIV = T i 0 2 5=481.62 20.99 0.93=855.7N m计算结果汇总表轴名功效率 P转矩 T转速 n传动比 i效率（ KW）（ N m）r/min

10、电动机轴88.3146010.99轴13.3787.414600.995.855轴12.83491.1249.40.971轴12.57481.6249.40.98输送机轴11.57855.7124.720.93主要结果Td=88.3 N mT=87.4 NmT=491.4NmT=481.62N mTIV =855.7 Nm六、齿轮的设计计算6.1齿轮参数计算1 、选精度等级、材料及齿数 运输机为一般工作机器， 速度不高，故选用 7 级精度（GB10095-88）。 通过查表选择小圆柱齿轮 40C r（调质热处理）硬度 280HBS ，大齿=20轮 45 钢（调质热处理）硬度 240HBS，二者

11、硬度差值为 40HBS；1Z =24Z2=141。 选择初选螺旋角 =20，取小齿轮齿数 Z1 =24，大齿轮齿数 Z2=Z1i= 245.855 = 140.52 取 Z2=141。2 、按齿面接触强度设计按式（ 10-21）试算，即6计算与说明主要结果d2t 32 k tT1i 1( zH zE ) 2d iH （1）确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数 kt=1.6。2)小齿轮传递的转矩 T1=(95.5105 P1)/n 1=0.87 10 5 N?mm3)查阅减速器和变速器设计与选用手册图10-30查得，选取H区域系数 Z =2.435。4)查阅减速器和变速器设计与选用手册图10

12、-26查得，1 =0.705,2 =0.805, 则： = 1 + 1 =1.515)查阅减速器和变速器设计与选用手册P201 表 10-6 可得，材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa 1/2 齿轮材料为锻钢6) 查阅减速器和变速器设计与选用手册表 10-7 可得，选取持宽系数 d =17) 查阅减速器和变速器设计与选用手册 10-13 可得，计算应力循环次数 N=60njLhj 为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；n 为齿轮转速； Lh为齿轮的工作寿命。N1 60 n1 jL h 60 1460 （2 8 300 8） 3.36109N2=3.36 109 / 5.855=5.7310

13、8N1=3.36 1098N2=5.73 108) 查减速器和变速器设计与选用手册可得，接触疲劳寿命系数 kHN1=0.9，kHN2=0.959) 查减速器和变速器设计与选用手册可得，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 H 1m1 =600Mpa，大齿轮的接触疲劳强度极限H 1m2 =550Mpa10) 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1，安全系数 s=1机械零件设计手册7计算与说明主要结果H 1 = k HN 1H lim 1 =0.9 600540 MPa s 550522.5 MPaH 2= kHN 2 H lim 2 =0.95sH=(540+522.5)/2=531.25Mp

14、a（2）计算1) 试算小齿轮分度圆直径 d1t，由计算公式d1t 32 ktT2i 1( zH zE ) 2 得diHd1t 321.61300005.8551（189.82.435211.515.855531.25） 62.49mm2) 计算圆周速度d1t n1=3.14 51.27 16403) v=60=4.4 m/s60 100010004) 计算齿宽 b 及模数 mnt.b=dd1t=1 62.49=62.49mmmnt=d1t cos62.49 cos200=24=2.45mmz1h=2.25mnt=2.25 2.45=5.51mmb =62.49/5.51=11.34h5) 计算

15、纵向重合度0.318 Z tan=0.318 1 24tan20 =2.78d16) 计算载荷系数 k查阅资料可得使用系数kA=1，根据 v=4.29m/s，7 级精度，d1t62.49mmV=4.4 m/sb=62.49mmmnt=2.45mm=2.78查减速器和变速器设计与选用手册可得动载荷系数kv=1.11，查减速器和变速器设计与选用手册可得，k H=1.42，查减速器和变速器设计与选用手册可得，K F =1.358计算与说明主要结果查减速器和变速器设计与选用手册可得，k H k F1.47) 计算动载荷系数KK A ? K V ? K H? K H 1 1.11 1.41.422.21

16、8)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由试（10-10a）得， d =d tkt=62.492.21= 69.59mm1.61 13k39) 计算模数 mnnd1cos 57cos2002.67mmm =20z1按齿根弯曲强度设计2kT1Ycos2 YFa Ysamn 32dz1F3、确定计算参数1)由减速器和变速器设计与选用手册查的小齿轮的弯曲疲劳强度 =500Mpa，大齿轮的弯曲疲劳极限=380MpaFE1FE 22)由减速器和变速器设计与选用手册取弯曲疲劳寿命系数，KFN1=0.82， KFN2=0.863)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s1.3，k500 =315.38

17、MPa F1=FN1 FE1 = 0.82s1.3 F2= kFN 2 FE 2 = 0.86380 =251.38 MPas1.34)计算载荷系数 k。KK A K v K HK F11.11 1.4 1.35 2.105)根据纵向重合度 1.704 ，减速器和变速器设计与选用手册得，螺旋角影响系数Y=0.875 。6) 计算当量齿数。9计算与说明主要结果z1=24=25.54z v120cos 3 cos3z2=141=150.05z v 220cos3 cos37)查取齿形系数。由减速器和变速器设计与选用手册得：YFa1=2.80，YFa2=2.2188)查取应力校正系数。由减速器和变速

18、器设计与选用手册得：Ysa2=1.55，Ysa2=1.7719) 计算大、小齿轮的 Y Fa Ysa 并加以比较Ffa1sa1F 12.80 1.550.013761YY / 315.38fa2 Ysa2/F 22.2181.7710.015633Y251.38比较后得大齿轮的数值大。4、设计计算mn 3 2 1.9 531000.88 cos2 140.01147 =1.86mm12421.65对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn 大于齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，则取mn 2mm，已满足弯曲疲劳强度。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 d1=56.

19、19 mm 来计算应有的齿数。于是由Z1=d1 cos57 cos20=26.8mmmn2取 z1=27，则 z2=i z1=5.855 27=158。5、几何尺寸计算中心矩(z1z2 )mn=( 27158) 2a=2=196.87 mmcos202 cos圆整中心矩a=196mm10计算与说明主要结果按圆整中心矩修正螺旋角(z1z 2 )m n= arccos(27158) 2=19.18=arccos2a2196因值改变不多，故参数、 k 、zH 等不必修正。计算大、小齿轮的分度圆直径d1= z1mn =272=57mmcos cos19.18d2= z2 mn =158 2 =335m

20、mcos cos19.18计算齿轮宽度b=d d1 =1 57=57mm圆整后取 B 1 =56mm，B2=60mm斜齿轮传动参数表名称符号计算公式高速齿轮数值低速齿轮数值螺旋角19.18法面模数m n2端面模数m tm tm n2.08cos法面压力角n20端面压力角tan attann20.73tcos法面顶高系数h*an1法面顶系数c*n0.2511分度圆直径ddmn z57195cos基圆直径d b53.56183齿顶高h ah a = mn*22h an齿跟高h fh f = mn（ h an+c n）2.52.5*齿顶圆直径dad ad2h a61199齿根圆直径dfdfd2h f

21、52190标准中心距aad1d2mt ( z1z2 ) mn (z1z2 ) =196222 cos6.2锥齿轮设计1 、选择材料及确定许用应力小齿轮用 20CrMnTi 渗碳淬火，齿面硬度为 5662HRC,H lim 1 =1500Mpa,FE 1 =850Mpa; 大齿轮用 20Cr 渗碳淬火，齿面硬度为5662HRC，H lim 1 =1500Mpa,FE =850Mpa机械设计基础表 111。取 SF =1.25 ， SH=1 ，机械设计基础表 115；取 Z H =2.5 ， ZE =189.8 机械设计基础表114;F 1H1=0.7FE1 =476MpaF 2SF=H2=H l

22、im 1 / SH =1500Mpa2 、按齿面接触强度设计d 34kt T2( zH zE ) 2R u (1 0.5 ) H R（ 1）确定公式内的各计算数值1）查机械设计基础，表 11-3 ，试选载荷系数kt =1.12 ） u= u1 , 对一级直齿锥齿轮传动，取u 5，取 u=2u212计算与说明主要结果3）小齿轮传递的转矩T=(9550P)/n=356N ?m=3.4510 5 N?mm4）选取区域系数ZH=2.55）一般取=0.25 0.3 ，选取=0.25RR6）查机械设计基础表 11-4 可得，材料的弹性影响系数 Z E=188.9 MPa 齿轮材料为锻钢所以 d 77mm由

23、 Tan=2, 得=63.43 度ZZv=44.44cos查机械设计基础表118，,11 9 得 Y Fa 2.4,Y Sa1.67 代入公式m 324 KT22Y Fa Y Sa3.16H RZ (10.5R)u1查机械设计基础表4 1，取 m=4所以取 Z1 =23， Z2 =46d1mZ186mm d2184mmb10m40mm强度的校核圆周力 F= F2T18023Nd1接触强度校核公式如下2HZEZHKFu1bd1 (10.5 R)u将数据代入公式得MPaMPaH991.725H1500弯曲疲劳强度校核公式如下FKF YFa YSabm(10.5 )RZ1=51.11 查机械设计基础

24、表118，,11 9 得ZVcos13计算与说明主要结果Y Fa2.37,YSa1.68FKF YFa YSa=192.552=476Mpabm(10.5)FR直齿圆锥齿轮的基本参数传动比 u=2分度圆锥角1=63.43 度，2 =26.57 度分度圆直径 d1 =d2184mm齿顶高 ham4mm齿根高 h f1 .2 m4.8mmd1 mZ1全齿高 h=2.2m=8.8mm86mm顶隙 c=0.2m=0.8mm齿顶圆直径 d a1d1 2m cos189.6mm da 2191.2mm齿宽 b=10m=40mm七、轴的设计计算7.1 减速器输入轴（ I 轴）7.1.1初步确定轴的最小直径选

25、用 40C r 调质，硬度 280HBS轴的输入功率为IP=13.3 KW转速为 nI =970r/mindeC 3P115 313.16727.4mm （c 取 115）n970查机械设计基础课程设计表15-9 得连接联轴器，有一根键，则dm=de 1.05=27.4 1.05=28.8mm初选弹性柱销联轴器 TL5(T=125Nm,L=62mm),则最小轴径 dm取 30mm 7.1.2 轴的结构设计由于齿根圆直径df 3dm所以高速轴采用齿轮轴设计。1 ）零件装备如下图：14计算与说明主要结果2）确定轴各段直径和长度左起第一段与 TL5(T=125N m,L=82mm)弹性柱销联轴器连接

26、，轴径 d1 =30mm轴长 L1=60mm;左起第二段，轴向定位弹性柱销联轴器，d2=d1 +2(2-3)=34 36mm因 d2必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取d2 =34mm。箱体结构未知， L2 待定；齿轮采用对称安装，则有 L4=B1=57mm,d4=da =61mm,圆整，取值 d4=61mm; 旋转构件应距离箱体 15mm，则齿轮距箱体 15mm，距离轴承20mm,L 5=4mm。轴承初选 7207AC（ d D B=30 7217 mm），则L 3=L6=32mm,d=35mm,d=40mm效果如下图所示：15计算与说明主要结果7.1.3校核轴的强度按弯矩、转矩合成强度计

27、算轴的计算简图如图所示图中 b=c=43.5mm a=196mm(初取 L2) T=86.31 N m(1) 确定作用在轴上的载荷：圆周力 F t =2T2117.84133Nd57 0.001径向力 F r =Fttga4133tg 20 1564 Ncoscos15.88轴向力F a= F t tg =4133 tg15.88 =11757.7 N(2) 确定支点反作用力及弯曲力矩水平面中的计算简图如图 6.1a 所示。支承反力FRBH =FRCH=0.5Ft =0.5 4133=2067.5 N截面 - 的弯曲力矩MIH=FRBHb=2067.5041=84767N mm垂直面中的计算简

28、图如图6.1b 所示。支承反力dFa 2Fr c1175.7 57/21564 43.5FRBVc43.51161.Nb43.516计算与说明主要结果Fr bFad1564 43.5 - 117557/2FRCV2397.Nc43.543.5b截面 - 的弯曲力矩M IH =FRBV b=116143.5=50503NmmMIH= FRCV c=39743.5=11273N mm合成弯矩（图 1c）MWI =222286253N mmM IV8476750503M IHMWI=222285513 NmmM IV8476711273M IH轴上的扭矩T=117800 N mm画出轴的当量弯矩图，

29、如图 6.1e所示。从图中可以判断截面 -弯矩值最大，而截面- 承受纯扭，所以对这两个危险截面进行计算。（3）计算截面 - 、截面 - 的直径已知轴的材料为 40C r（调质热处理） ,其 B=750MPa；-1b=70MPa， 0b=120MPa。则1b70/120=0.580 b 截面 - 处的当量弯矩M M2(T)222N mm1WI86253 (0.58 117800) 139811截面 - 处的当量弯矩M 2(T ) 2T 0 . 58 1178006 8324 N mm故轴截面 - 处的直径d 13M13981127 . 1 mm 满足设计30.1- 1b 0.170要求；轴截面

30、- 处的直径17计算与说明主要结果M 68324d = 3321 .3 mm0.1 -1b 0 .1 70有一个键槽，则增大5%得22.365mm，也满足设计要求。图 6.17.2减速器输出轴（轴）7.2.1初步确定轴的最小直径选用 45 调质钢，硬度 217-255HBS轴的输入功率为PI =12.77 KW转速为 nI =284r/mind C 3P d115 3 12.7740.83mm （ c 取 115）n284拟定轴上零件的装配方案如下图所示：18计算与说明主要结果7.2.2确定轴各段直径和长度右起第一段，从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取 42

31、mm，根据计算转矩 TC=KAT =1.3 284=369.2N m，查标准 GB/T 4323 2002，选用 TL7 型弹性套柱销联轴器，半联轴器长度为 l 1=112mm,轴段长 L1=110mm；右起第二段，考虑密封要求，d2 取 45mm，L2 待定；右起第三段， 初选 7210AC(dDB=5090 20),d 3=50mm,L3=43.5mm 右起第四段，安装齿轮， d4 =55mm,L4=B2-2=50-2=48mm 右起第五段，定位齿轮的轴肩， d5 =60mm,L5=7.5mm 右起第六段， d6=d3=50,L 6=347.2.3按弯矩、转矩合成强度计算轴的计算根据上例高

32、速轴的分析，低速轴的受力情况跟高速轴的一样，只是里的大小有所变化，所以还是用高速轴的模型进行设计计算。受力简图还是一样，如下图所示：上图中 b=c=41.2mm a=120mm(初取 L2 ) T=425 N m(1) 确定作用在轴上的载荷：大齿轮分度圆直径d2 =210mm圆周力 F t = 2T23873969 Nd195x10 -319计算与说明主要结果径向力F r =Fttga3969tg 20 1502Ncoscos15.88轴向力F a= F t tg =3969tg15.88 =1129N确定支点反作用力及弯曲力矩水平面中的计算简图如图6.2a 所示。支承反力FRBH=FRCHt

33、=0.53969=1989.5N=0.5F截面 - （安装大齿轮）的弯曲力矩MIH =FRBHb=1989.5 41=81569Nmm垂直面中的计算简图如图6.2b 所示。dRBVFa 2Fr c1129 195/2150241.22086N支承反力： F =bc41.241.2RCVFr b Fad1502 41.2 -1129x195/2-584F2=bc41.241.2截面 - 的弯曲力矩M IH =FRBVb=2086 41.2=85943 N mmMIH= FRCVc=-584 41.2=-24060 N mm合成弯矩（图 1c）M WI=2222M IV8156985943 118489NmmM IHM WI=M2281569224060285043N mmIVM IH轴上的扭矩： T=387000 Nmm画出轴的当量弯矩图， 如图 6.2e 所示。从图中可以判断截面 - 弯矩值最大，而截面 - ( 安装联轴器 ) 承受纯扭，所以对这两个危险截面进行计算。（4）计算截面 - 、截面 - 的直径已知轴的材料为45（调质热处理） ,其 B=650MPa； -1b=60MPa，20计算与说明主要结果0b=102.5MPa。则1b60/102.5=0.6 0b 截面 - 处的当量弯矩2)21184892(0.6387000)2260684MM (TNmmWI截面 - 处的