用于带式运输机的展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器

1、课程设计 目录1、课程设计书及设计要求-12、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算-23、传动零件的设计计算（确定齿轮传动的主要参数）-54、滚动轴承的设计计算-145、联轴器的选择-176、轴的结构设计-177、轴的校核-218、箱体设计及说明-229、键联接的选择和计算-2510、润滑和密封的选择-2711、减速器附件的选择及说明-2712、设计总结-2813、参考资料-291、课程设计书及设计要求一、设计题目设计用于带式运输机的展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器二、原始数据(题号H11)运输带工作拉力F = 1750N运输带工作速度 v = 1.30 m/s卷筒直径 D= 270 mm三

2、、工作条件和要求连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为8年，小批量生产，单班制工作，运输带速度允许误差为±5%。启动载荷为名义载荷的1.5倍。四、设计工作量1、减速器装配图一张（A1号图纸）；2、零件工作图2张（A3号图纸，轴一张，齿轮一张）；3、只对中间轴进行校核计算；4、设计说明书一份，50006000字。五、设计时间和地点 2012年12月3日2012年12月16日；安徽科技学院，求知楼B402。六、主要内容 1、进行传动方案的设计（任务书中已规定）； 2、电动机功率及传动比的分配； 3、主要传动零部件的参数设计（带轮、轴、齿轮）； 4、标准件的选择及校核计算； 5、减速器

3、结构、箱体各部分尺寸确定、结构工艺性设计； 6、绘制装配草图； 7、完成总状图和零件图的绘制； 8、整理和编写设计说明书。2、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算1.电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算； （1）选择电动机的类型 按工作要求和条件，选用三项笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。 （2）选择电动机的容量电动机所需工作功率为：P=kw (1)工作机需要的工作功率： P=kw (2) 将（2）式代入（1）式得； P=传动装置的总效率为： 取滚动轴承的传动效率为 ； 闭式齿轮的传动效率为； 联轴器的效率为 ； 传动滚筒的效率为 ；带效率 所以，电动机所需功率 P

4、=2.84kw 因载荷工作时有轻微振动，电动机额定功率略大于P即可。 （3）确定电动机的转速 卷筒轴工作转速为：n=92r/min取二级圆柱斜齿轮减速器的传动比i=8-40,故电动机转速的可选范围为： n=in=(8-40)92=(736-3680)r/minY系列电机常用型号对照表型 号额定功率额定电流满载转速效率功率因数堵转转矩堵转电流最大转矩噪声振动速度重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skg同步转速 3000r/min 2 级Y90L-22.24.8284080.50.862.27.02.370751.825Y100L-236.42880

5、82.00.872.27.02.374791.834Y112M-248.2289085.50.872.27.02.374791.845 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格减速器的传动比，由上表，选定型号为Y100L-2的三相异步电动机，额定功率为3kw，额定电流6.4A，满载转速2880 r/min，同步转速3000r/min 2.确定传动装置的总传动比和分配传动比（1）总传动比由选定的电动机满载转速n和工作机(卷筒轴)主动轴转速n，可得传动装置总传动比为n/n2880/92=31.30（2）各级传动装置传动比 由课程设计指导书P得：高速级传动比为 6.70则低速级传动比 i/i=4.

6、673.计算传动装置的运动和动力参数电机轴： Pd=2.84 KW n=2880r/min T=9.42n高速轴： P1= P* n01=2.84*0.99=2.81KW n1= n0=2880r/min T1=9.32 n中间轴： P2=P1* n12=2.81*0.97*0.95=2.59 KW n2=2880/6.70=429.85 r/min T2=57.54N低速轴：P=P2*n =2.59*0.97*0.95=2.39 KW n= = 429.85/4.67=92.04r/min T3= =247.98 N 滚筒轴： P4=P* n =2.39*0.95*0.9

7、6=2.18 KW n4= n /1 =92.04/1=92.04 r/min T4= 226.20 N3、传动零件的设计计算（确定齿轮传动的主要参数）A低速齿轮的计算1选精度等级、材料及齿数（1）材料及热处理；选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（2）精度等级选用7级精度；（3）试选小齿轮齿数z124，大齿轮齿数z2z1*i=24*6.70=160.8；取整数z2=160；选螺旋角，初选螺旋角=142 按齿面接触强度设计 （1）确定公式内的各计算数值1）试选Kt1.62）选取尺宽系数d13）材料的区

8、域系数Z2.4354） 则5 5）小齿轮传递的转矩为： T=57.54n6)材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa7）小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa 大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa8）计算应力值环数N=60nj =60×429.85×1×（1×8×365×8）=6.02×10hN=6.02×10/4.67=1.29×10h 9）查得：K=1.03 K=1.0810）齿轮的接触疲劳需用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,=1.03×600=618=1.08

9、5;550=594 许用接触应力（2）设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模数计算齿宽b b=62.87mm 模数 =计算齿宽与高之比 h=2.25 mt=2.25*2.56=5.76mm = =10.91计算纵向重合度=0.318=1.903计算载荷系数K使用系数=1.25根据,7级精度, 查课本由P表10-8得动载系数K=1.18查课本由表10-4得K=1.32查课本由P表10-13得K=1.25查课本由表10-3 得: K=1.2故载荷系数:KK K K K =1.25*1.18*1.2*1.32=2.34按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径:d=d=62.87

10、5;=71.36计算模数:=(3). 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式:1) 确定公式内各计算数值 计算载荷系数KKK K K K=1.25*1.18*1.2*1.25=2.21  轴向重合度= 1.903 螺旋角影响系数Y =0.88  计算当量齿数zz/cos24/ cos1426.27  zz/cos160/ cos14175.82查取齿形系数 Y2.592 Y2.211 应力校正系数YY1.596  Y1.775 弯曲疲劳寿命系数:K=0.86 K=0.93    弯曲

11、疲劳应力= 计算大小齿轮的 大齿轮的数值大.选用.2）设计计算 计算模数按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.5mm z=27.86, 取z=28 那么z=28 =130.76 取 z=130。   3 几何尺寸计算（1）计算中心距 a=202.37将中心距圆整为202（2）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos 因值改变不多,故参数,等不必修正.（3）计算大、小齿轮的分度圆直径d=72.16d=335.05（4）计算齿轮宽度B=圆整的 B=75mm ； B=80mm 。B高速齿轮的计算1选精度等级、材料及齿数（1）材料及热处理；选择小齿轮材料为40Cr（

12、调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（2）精度等级选用7级精度；（3）试选小齿轮齿数z124，大齿轮齿数z224=160.8 ,取z=161；2 按齿面接触强度设计因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算。 （1）确定公式内的各计算数值1）试选Kt1.62）选取尺宽系数d13）材料的区域系数ZH2.4354） 则 5）小齿轮传递的转矩为9.32N.m6)材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa7）小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa 大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa8）计算应力值环数

13、N=60nj =60×2880×1×（1×8×365×8）=40.36×10hN=40.32×10/6.7=6.02×10h 9）查得：K=1.03 K=1.0810）齿轮的接触疲劳需用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,=1.03×600=618=1.08×550=594 许用接触应力（2）设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模数计算齿宽b b=42.81mm计算摸数m 初选螺旋角=14=计算齿宽与高之比 h=2.25 mt=2.25*1.73=3.90mm =

14、=10.98计算纵向重合度=0.318=1.903计算载荷系数K使用系数=1.25根据,7级精度, 查课本由P表10-8得动载系数K=1.28查课本由表10-4得K=1.298查课本由P表10-13得K=1.25查课本由表10-3 得: K=1.2故载荷系数:KK K K K =1.25*1.28*1.2*1.298=2.49按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=42.81×=49.61计算模数=(3). 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式1) 确定公式内各计算数值 计算载荷系数KKK K K K=1.25*1.28*1.2*1.25=2.40  轴向

15、重合度 =1.903 螺旋角影响系数Y=0.88  计算当量齿数zz/cos24/ cos1426.27  zz/cos161/ cos14173.22查取齿形系数 Y2.592 Y2.195 应力校正系数YY1.596  Y1.775 弯曲疲劳寿命系数:K=0.82 K=0.84    弯曲疲劳应力= 计算大小齿轮的 大齿轮的数值大.选用.2）设计计算 计算模数按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=1mm ； z=49.61 取整数z=50 那么z=50=335 取整数z=335&

16、#160; 3 几何尺寸计算（1）计算中心距 a=198.45将中心距圆整为198mm。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正.（3）计算大、小齿轮的分度圆直径d=51.44d=344.65（4）计算齿轮宽度B=圆整的 mm, mm。4、滚动轴承的设计计算1、轴1（高速轴）轴承的设计和选择：初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调制处理。根据表15-3，取=112，于是得d=112=112=22.7mm对于齿轮1F=375.73NF= Ftan=357.73=89.66NF= F=140.98N1）求比值 =0.74>0.68 2） 当量动载荷

17、P，根据式（13-8a） P=f(XF+YF) 按照表13-6，f=1.0-1.2, 取f=1.2 。 按照表13-5，X=0.41 , Y=0.87 则 P=1.2（0.41227.11+0.87156.27）=274.88N3）根据式13-6，求轴承基本额定动载荷C=P=274.88=4376.72N（ 根据寿命要求选择C=14.5kN,7006AC型角接触轴承；则轴上安装轴的直径为40mm；2、轴2（中间轴）齿轮的设计和选择：选取轴的材料为45钢，调制处理。根据表15-3，取=112，于是得 d112mm=20.75mm对于齿轮2F=333.90N= Ftan=333.90=80.72N

18、= F=125.03N 对于齿轮3 F=1.59KNF= Ftan=1.59=384.87NF= F=595.38N1）求比值 =0.72>0.68 2） 当量动载荷P，根据式（13-8a） P=f(XF+YF) 按照表13-6，f=1.0-1.2, 取f=1.2 。 按照表13-5，X=0.41 , Y=0.87 则 P=1.2（0.41757.55+0.87538.90）=935.33N3）根据式13-6，求轴承基本额定动载荷C=P=935.33=7899.72N（根据寿命要求选择C=19.5kN,7007AC型角接触轴承；则轴上安装轴的直径为35mm；3、轴3（低速轴）齿轮的设计和

19、设计：选取轴的材料为45钢，调制处理。根据表15-3，取=112，于是得d112mm=33.16mm对于齿轮4F=1.48KNF= Ftan=1.48=370.93NF= F=555.34N1）求比值 =0.70>0.682） 当量动载荷P，根据式（13-8a） P=f(XF+YF) 按照表13-6，f=1.0-1.2, 取f=1.2 。 按照表13-5，X=0.41 , Y=0.87 则 P=1.2（0.41702.68+0.87494.77）=862.26N3）根据式13-6，求轴承基本额定动载荷C=P=862.26=4356.84N（ 根据寿命要求选择C=37.2kN,7011AC

20、型角接触球轴承；则轴上安装轴的直径为55；5、联轴器的选择（1）高速级由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为T=K=1.259.32=11.65N查手册选用GYH5型凸缘联轴器,其公称转矩为400Nm，轴孔直径为40mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度L=84mm（2）对于低速轴联轴器的选择：工况系数，计算转矩T=K=1.25247.98=309.98N查手册选用GY7型凸缘联轴器,其公称转矩为1600Nm,轴孔直径为55mm， 半联轴器与轴配合的毂孔长度L=84mm.6、轴的结构设计1、高速轴的设计1）、确定各段的直径A1段: d =35mm, 与轴承（角接触球轴承7

21、006AC）配合。B1段：d =42mm，与齿轮相配合。C1段：d =52mm, 定位轴肩。D1段：d =40mm,定位右边轴承。 E1段：d =35mm，与轴承（角接触球轴承7006AC）配合。F1段：d=32mm，安装轴承端盖，对右边轴承起定位作用。G1段：d=28mm，最小直径处，与联轴器相配合。2）、然后确定各段距离：A1段： L=43mm, 考虑轴承（角接触球轴承7006AC）宽度B=13mm，轴承与箱体内壁距离S=15，箱体内壁与齿轮的距离a=520（取a=18）及齿轮轮毂与装配轴段的长度差（ 此处取3）等尺寸决定B1段：L =52mm, 根据齿轮轮毂宽B=55mm减去3mm（为了

22、安装固定）。C1段：L =20mm, 定位轴肩。D1段：L =103mm,右端定位轴承，左端过渡为轴肩。E1段：L =15mm, 与轴承相配合。F1段：L=50，轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离为30mm。G1段：L=82mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故A1段长度略小一些，取L=82mm。3）、轴上零件的周向定位 齿轮、轴的周向定位均采用平键连接，由表6-1，B1段查得平键截面bhl=1240， G1段也采用平键截面bh=870。 2、中间轴的设计

23、图如下：1）、确定各段的直径A2段: d =35mm,与轴承（角接触球轴承7007AC）配合B2段：d =42mmC2段：d =55mm, 定位轴肩D2段：d =45mm, E2段：d =35mm，与轴承（角接触球轴承7007AC）配合2）、然后确定各段距离：A2段： L=44mm, 考虑轴承（角接触球轴承7007AC）宽度B=14mm，轴承与箱体内壁距离S=15，箱体内壁与齿轮的距离a=520（取a=18）及齿轮轮毂与装配轴段的长度差（ 此处取3）等尺寸决定B2段：L =77mm, 根据由齿轮轮毂宽度决定，为使齿轮轴向定位，L略小于齿轮轮毂B =80mm宽度，取L=77mm 。C2段：L =

24、20mm, 轴环宽度一般不小于轴肩高度的1.4倍，取L =20mmD2段：L =48mm, 根据齿轮轮毂宽B=50mm减去2mm（为了安装固定）E2段：L =44mm, 考虑轴承（角接触球轴承7007AC）宽度B=14mm，轴承与箱体内壁距离S=15，箱体内壁与齿轮的距离a=520（取a=18）及齿轮轮毂与装配轴段的长度差（ 此处取3）等尺寸决定3）、轴上零件的周向定位 齿轮、轴的周向定位均采用平键连接，由表6-1，B2段查得平键截面bh=12，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm，为保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合代号，同样，D2段也采用平键截面bh=14，毂与轴的键槽用

25、键槽铣刀加工，长为36mm，为保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选齿轮轮其配合代号，滚动轴承与轴的周向定位是靠过盈配合来保证的，此处选择。3、低速轴的设计1）、确定各段的直径A3段: d =42mm,最小直径处，与联轴器相配合。B3段：d =50mm，安装轴承端盖，对左边轴承起定位作用。C3段：d =55mm, 与轴承（角接触球轴承7711AC）配合D3段：d =67mm,定位左边轴承。 E3段：d =72mm，定位轴肩。F3段：d=65mm，与齿轮相配合。G3段：d=55mm，与轴承（角接触球轴承7711AC）配合。2）、然后确定各段距离：A3段： L=82mm, 半联轴器与轴配合的毂孔长

26、度为84mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故A3段长度略小一些，取L=82mm。B3段：L =50mm,轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离为30mm。 C3段：L =18mm,与轴承相配合。D3段：L =74mm,左端定位轴承，右端过渡为轴肩。E3段：L =20mm, 定位轴肩。F3段：L=73，根据齿轮轮毂宽B=75mm减去2mm（为了安装固定）。G3段：L=48mm，考虑轴承（角接触球轴承7711AC）宽度B=18mm，轴承与箱体内壁距离S=15，箱体内壁与齿轮的距离a=520（取a=1

27、8）及齿轮轮毂与装配轴段的长度差（ 此处取3）等尺寸决定3）、轴上零件的周向定位 齿轮、轴的周向定位均采用平键连接，由表6-1，A3段查得平键截面bhl=1270， F3段也采用平键截面bh=1863。 7、轴的校核对轴2（中间轴）按弯扭组合强度校核：对齿轮2进行受力分析：对于齿轮2F=333.90N= Ftan=333.90tan13.59=72.38N= F=111.04N 对于齿轮3 F=1.59KNF= Ftan=1.59tan14.07=357.24NF= F=519.18N 根据轴的载荷分析图分别计算轴的扭矩和水平面内及铅垂面内的弯矩并画出扭矩图和弯矩图。1） 扭矩的计算 T=F=

28、333.90*344.65/2=57.54Nm扭矩图如下2） 水平内弯矩图的计算F+F=F+F FL1+F(L1+L2)-F(L1+L2+L3)=0 解得： F=663.90N ， F=1.26Kn弯矩的计算： L1段：M= F=663.9*77=51.12 Nm L3段：M= F*L3=1.26*62=78.12Nm3） 铅垂面内的弯矩的计算 F+F+F F 解得： F=74.98 N F=333.16N弯矩的计算:L1段： M=FL1+Fd=74.98*77+72.38*344.65=30.72NmL3段： M=FL3-Fd=333.16*62-357.24*72.16=-5.12Nm做弯

29、矩图如下4)轴的强度校核M= M=由，W=， W= =11.77<=60Mpa,故安全。 8、箱体设计及说明减速器机体结构尺寸设计(低速级中心距a=204mm）名称符号计算公式结果(mm)箱座厚度8箱盖厚度8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度18地脚螺钉直径M18地脚螺钉数目查手册4轴承旁联结螺栓直径M14盖与座联结螺栓直径=（0.5 0.6）M10视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M6定位销直径=（0.70.8）M8，至外箱壁的距离查手册表112221816，,至凸缘边缘距离查手册表1122014外箱壁至轴承端面距离=+（510）47大齿轮顶圆与内箱壁距离>1.220齿

30、轮端面与内箱壁距离>25箱盖，箱座肋厚8.58.5轴承端盖外径+（55.5）82（1轴）87（2轴）108（3轴）轴承旁联结螺栓距离82（1轴）87（2轴）108（3轴）9、键联接的选择和计算（1）a,低速级的校核两键均采用圆头普通平键与齿轮联接处的键为b=18查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa，键工作长度L=L-b=36-18=18mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=5.5mm, 得=77.07Mpa<=110Mpa (合格)b,低速级与联轴器联接处键为b=12查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa，键工作

31、长度，键与轮毂键槽的接触高度=4mm,得=50.90 Mpa<=110Mpa (合格)（2）中间轴键校核：两键均采用圆头普通平键a、与宽齿轮联接处键为: b=12查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa，键工作长度，L=L-b=36-12=14mm,键与轮毂键槽的接触高度=4mm,得=48.93 Mpa<=110Mpa (合格)b、与细齿轮联接处键为b=14查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa。键工作长度，L=L-b=20-14=6mm,键与轮毂键槽的接触高度, =4.5mm, 得=94.72 Mpa<=110M

32、pa (合格)(3)轴1（高速轴）与联轴器配合的键b=10查表得6-2查得,许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa。键工作长度，L=l-b=70-10=60mm,键与轮毂键槽的接触高度, =4mm,得，=2.43 Mpa<=110Mpa (合格)轴1（高速轴）与齿轮配合的键b=14查表得6-2查得,许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa。键工作长度，L=l-b=25-14=11mm,键与轮毂键槽的接触高度, =4.5mm,得， =7.53 Mpa<=110Mpa (合格)10、润滑和密封的选择 对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度很小，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.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。 11、减速器附件的选择及说明（1）窥视孔窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能伸进箱体进行检查操作为宜。窥视孔处