机械设计课程设计展开式圆柱直齿轮二级减速器设计说明书.doc

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1、 展开式圆柱直齿轮二级减速器设计说明书学 院： 机电学院 系 别： 机械系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名: wzy 学号：0612090227 起迄日期: 2011年12月12日2010年12月23日 指导教师: 目录一、机械设计课程设计任务书21. 课程设计的目的22.课程设计的题目23. 课程设计的内容2二、设计原理要求31. 带式运输机的工作原理示意图32. 工作情况43. 原始数据4二、动力机选择41. 电动机容量的选择42. 电动机转速的选择5三、计算传动装置的运动和动力参数51.计算总传动比52. 合理分配各级传动比53. 各轴转速、输入功率、输入转矩、转速的计算6四

2、、高速级齿轮设计计算71. 选精度等级、材料及齿数72. 按齿面接触强度设计73.设计计算84. 齿根弯曲疲劳强度设计9五、低速级齿轮设计计算101. 选精度等级、材料及齿数102. 按齿面接触强度设计103.设计计算114. 齿根弯曲疲劳强度设计12六、减速器机体结构尺寸设计131.确定箱体的尺寸与形状142.合理设计肋板143.合理选择材料144. 减速器附件的结构设计145. 铸铁减速器机体结构尺寸15七、轴的设计161.相关数据总结162.高速轴的设计163.中间轴设计184. 低速轴的设计18八、轴的校核201. 各轴受力分析202. 轴的校核20九、键的设计231. I轴的设计23

3、2. II轴的设计243. III轴的设计24十、轴承寿命校核241. I轴选用的轴承242. II轴选用的轴承243. III轴选用的轴承25十一、课程设计总结25十二、参考资料26一、机械设计课程设计任务书1. 课程设计的目的进一步巩固和加深所学基本知识，使学生能综合运用已学的有关课程的基本知识。通过简单的机械传动设计，培养学生独立设计能力，掌握基本的设计方法，学会查阅技术资料，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。2.课程设计的题目课程设计的题目应能满足教学要求，符合生产实际，建议采用能包括课程大部分内容的部件，如减速器或简单机械传动装置。本次设计题目为：第一组：设计一用于带式运输机上的展

4、开式二级直齿圆柱齿轮减速器，工作有轻震，经常满载、空载启动，单向运转，单班制工作。运输带允许的速度误差为5%，减速器小批量生产，使用期限为5年，每年300日。 表1原始数据题号-1-2-3-4-5-6-7运输带拉力F（N）21031.81032.41032.21031.61032.11032.6103卷筒直径D（mm）300350300300400350300运输带速度（m/s）0.91.11.20.911.213. 课程设计的内容课程设计的内容应包括传动装置的全部设计计算和结构设计，具体要求如下：1）设计准备阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过对减速器的装拆了解设计对象；

5、阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定设计计划。2）传动装置的总体设计根据任务书中所给参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率；画传动装置方案简图。3）.各级传动零件的设计计算通过设计计算，确定各传动零件的主要参数和尺寸，一般包括带传动、联轴器、齿轮传动（或蜗杆蜗轮传动）等。一般应先计算箱外传动件（如带、联轴器），后计算箱内传动件。4）减速器装配工作图的结构设计及绘制分析和选定减速器的结构方案，以轻线给轴系结构及箱内、外与其有关部分；选择减速器中受力较复杂的一轴及其轴上零件，校核轴的强度及滚动轴承寿命

6、（轴的校核按弯扭合成强度计算）；进行轴系、箱体及其附件的结构设计，箱体附件一般应包括窥视窗、油标、排油孔及其螺塞、起吊装置等。底图完成后，应进行检查并修改。标注必要的尺寸和公差配合，写出减速器特性、技术要求和零件序号，编写零件明细表及标题栏。 5）零件工作图的设计和绘制零件工作图一般选轴或齿轮，尺寸和公差标注及技术要求应完整，绘制齿轮零件工作图应有齿轮公差表。6）加深和完成减速器装配图7）.整理、编写设计说明书说明书应包括文字叙述、设计计算和必要的简图，在说明书每页的右侧应单独写明有关计算结果和简短结论（如：“ m3”、“满足强度要求”等等）8）设计总结和答辩课程设计集中在两周内完成。设计完成

7、后进行总结、验收，必要时应单独考核并评定成绩。4. 学生设计工作量每个学生应完成减速器装配图一张（0号图纸），零件工作图2张（按1：1比例绘制），设计说明书一份。二、设计原理要求1. 带式运输机的工作原理示意图图1（二级展开式圆柱直齿减速器带式运输机的传动示意图）2. 工作情况 工作条件：设计一用于带式运输机上的展开式二级直齿圆柱齿轮减速器，工作有轻震，经常满载、空载启动，单向运转，单班制工作。运输带允许的速度误差为5%，减速器小批量生产，使用期限为5年，每年300日。3. 原始数据表2题号参数一组3号运输带工作拉力F/N2.4103卷筒直径D/mm300运输带工作速度v/(m/s)1.2 二

8、、动力机选择因为动力来源：电力，三相交流电，电压380/220V；所以选用常用的封闭式系列的交流电动机。1. 电动机容量的选择1） 工作机所需功率Pw 由题中条件，查询工作情况系数由 1表8-6，查得=1.0设计方案的总效率本设计中的弹性联轴器的传动效率（2个），轴承的传动效率 （4对）， 齿轮的传动效率（2对）本次设计中有8级传动效率，其中：=0.99（两对联轴器的效率取相等） =0.97（123为减速器的3对轴承） =0.98（4为卷筒的一对轴承） =0.99（两对齿轮的效率取相等）故有：= = .电动机的输出功率 有P02.94/0.85=3.46KW2. 电动机转速的选择由卷筒工作转速

9、为nw=76.43r/min经查表按推荐的传动比合理范围，二级圆柱斜齿轮减速器传动比i840，则电动机转速的可选范围为in611.43057.2r/min。3. 电动机型号的确定由2表12-1查出电动机型号为Y132M1-6，其额定功率为4kW，满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求。三、计算传动装置的运动和动力参数传动装置的总传动比及其分配1.计算总传动比 由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为：nm/nw ， nw76.43r/min ，nm=960r/min ，12.562. 合理分配各级传动比由于减速箱是展开式布置，所以i1（1.3-1.5

10、）i2。因为12.56，估测选取 i1=4.04， i2=3.103. 各轴转速、输入功率、输入转矩、转速的计算 （1）各轴转速 高速轴I n1=960 r/min 中间轴II n2=237.62r/min 低速轴III n3= =76.65r/min 卷筒 n4=76.65r/min（2） 各轴输入功率 P0=4Kw 高速I 中间轴II 低速轴III 卷筒 （3） 各轴转矩 电动机转轴 T0=2.0N高速I T1= =38.2N.m 中间轴II T2= =146.7 N.m 低速轴III T3= =432.3 N.m 卷筒 T4=419.9 N.m将上述计算结果汇总于下表，以备查用表3项 目

11、电动机轴高速轴I中间轴II低速轴III卷筒转速（r/min）960960237.62 76.6576.65功率（kW）43.843.653.473.37转矩（Nm）2.038.2146.7432.3 419.9传动比114.043.101效率10.960.950.950.97四、高速级齿轮设计计算1. 选精度等级、材料及齿数1）材料及热处理；2）精度等级选用7级精度；3) 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。4）试选小齿轮齿数z120，大齿轮齿数z2204.01=80.8，取z281；2. 按齿面接触强度设计确

12、定各参数的值:1）试选=1.32）计算小齿轮传递的转矩3）由1表10-7得：4）1表10-6得：材料弹性影响系数5)由1图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的疲劳强度极限。6)由1公式10-13计算应力值环数7) 查取接触疲劳寿命系数得： 8) 齿轮的疲劳强度许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,应用得:=0.90600=540 =0.95500=522.5 3.设计计算1) 小齿轮的分度圆直径d= 2) 计算圆周速度 3) 计算齿宽b b=46.74mm4) 计算齿宽与高之比计算摸数m= 齿高 = =8.895) 计算载荷系数K 由1表102根据v=2.35m/s

13、,7级精度，由1图108查得动载系数=1.05；由1表104查得7级精度小齿轮相对支撑非对称布置时，得K=1.419查1表10-13得: K=1.35查1表10-3 得: K=1故载荷系数: =11.0511.419=1.4906）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=46.74=48.91 7）计算模数= 4. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式(1) 确定各参数的值:1) 查由1图10-21c查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限;2) 由1图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.88； KFN2=0.92；3) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1

14、.4，由参考资料2式（10-12）得=4）载荷系数KK=11.0511.351.4185） 查1表10-5取齿形系数Y和应力校正系数Y查由得:齿形系数YFa12.80 ；YFa22.22 应力校正系数Ysa11.55； Ysa21.776) 计算大、小齿轮下面的值，并加以比较。大齿轮的数值大, 选用. 设计计算1) 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=49.91 ，来计算应有的齿数.于是由:z= =24.46 取z=

15、25那么 z=4.0425=101 2) 几何尺寸计算计算中心距 a= 计算大.小齿轮的分度圆直径d= d= 计算齿轮宽度圆整后 五、低速级齿轮设计计算1. 选精度等级、材料及齿数1）材料及热处理；2）精度等级选用7级精度；3) 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。4）试选小齿轮齿数z124，大齿轮齿数z2203.10=75，取z275；2. 按齿面接触强度设计确定各参数的值:1）试选=1.32）计算小齿轮传递的转矩3）由1表10-7得：4）1表10-6得：材料弹性影响系数5)由1图10-21d按齿面硬度查得小

16、齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的疲劳强度极限。6)由1公式10-13计算应力值环数7) 查取接触疲劳寿命系数得： 8) 齿轮的疲劳强度许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,应用得:=0.95600=570 =0.98550=539 3.设计计算1) 小齿轮的分度圆直径d= 2) 计算圆周速度 3) 计算齿宽b b=173.10=73.10mm4) 计算齿宽与高之比计算摸数m= 齿高 = =10.675) 计算载荷系数K 由1表102根据v=2.35m/s,7级精度，由1图108查得动载系数=1.05；由1表104查得7级精度小齿轮相对支撑非对称布置时，得K=1.424查1表10-13得:

17、K=1.54查1表10-3 得: K=1故载荷系数: =11.0511.424=1.4956）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=73.10=76.5867）计算模数= 4. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式(1) 确定各参数的值:1) 查由1图10-21c查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限;2) 由1图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.95； KFN2=0.96；3) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由参考资料2式（10-12）得=4）载荷系数KK=11.0411.541.6025） 查1表10-5取齿形系数和应力校正系数查由得:

18、齿形系数YFa12.65 ；YFa22.23 应力校正系数Ysa11.58； Ysa21.766) 计算大、小齿轮下面的值，并加以比较。大齿轮的数值大, 选用. 设计计算1) 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.5mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=76.586 ，来计算应有的齿数.于是由:z= =30.6 取z=31 那么 z=3.1031=95 2) 几何尺寸计算计算中心距 a= 计算大.小齿轮的分度圆直径d= d= 计算齿轮宽度取 六、减速器机

19、体结构尺寸设计 本设计减速器机体采用铸造机体，由铸铁HT150制成，铸铁具有较好的吸振性，容易切削且承压性能好。减速器机体才哟个割分式结构，其剖分面与传动件平面重合。减速器机体是用以支持和固定轴系零件并保证传动件的啮合精度和良好的润滑及轴系可靠密封的重要零件。 箱体采用剖分式结构，剖分面通过轴心。下面对箱体进行具体设计：1.确定箱体的尺寸与形状箱体的尺寸直接影响它的刚度。首先要确定合理的箱体壁厚。根据经验公式：（T为低速轴转矩，Nm）可取。为了保证结合面连接处的局部刚度与接触刚度，箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘，箱座底面凸缘厚度设计得更厚些。2.合理设计肋板在轴承座孔与箱底接合面处设置加

20、强肋，减少了侧壁的弯曲变形。3.合理选择材料因为铸铁易切削，抗压性能好，并具有一定的吸振性，且减速器的受载不大，所以箱体可用灰铸铁制成。4. 减速器附件的结构设计（1）检查孔和视孔盖检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，检查要开在便于观察传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖用铸铁制成，它和箱体之间加密封垫。（2）放油螺塞放油孔设在箱座底面最低处，其附近留有足够的空间，以便于放容器，箱体底面向放油孔方向倾斜一点，并在其附近形成凹坑，以便于油污的汇集和排放。放油螺塞为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处加封油圈密封。（3）油标油标用

21、来指示油面高度，将它设置在便于检查及油面较稳定之处。（4）通气器通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转时箱内温度升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。将通气器设置在检查孔上，其里面还有过滤网可减少灰尘进入。（5）起吊装置起吊装置用于拆卸及搬运减速器。减速器箱盖上设有吊孔，箱座凸缘下面设有吊耳，它们就组成了起吊装置。（6）起盖螺钉为便于起盖，在箱盖凸缘上装设2个起盖螺钉。拆卸箱盖时，可先拧动此螺钉顶起箱盖。（7）定位销在箱体连接凸缘上相距较远处安置两个圆锥销，保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度5. 铸铁减速器机体结构尺寸查有关手册（其中） 表4名称计算公式计算结果机座壁厚机盖壁厚机

22、座凸缘厚度机盖凸缘厚度机座底凸缘厚度地脚螺钉直径地脚螺钉数目轴承旁联接螺栓直径机盖与机座联接螺栓直径联接螺栓d2的间距150200轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径定位销直径至外机壁距离查手册至凸缘边缘距离查手册轴承旁凸台半径查手册凸台高度便于扳手操作为准外机壁距轴承座端面距离大齿轮顶缘与内机壁距离齿轮端面与内机壁距离机盖、机座肋厚轴承端盖外径轴承座孔直径轴承端盖凸缘厚度轴承旁联接螺栓距离其他机体结构尺寸以使机体结构更加紧凑、造型更加美观为标准设计计算取值,此二级减速器中，取低速级中心距 。七、轴的设计1.相关数据总结已知：齿轮减速器第一级输入功率，输出功率；第二级输入功率，输出功率。第一级小齿

23、轮转速，大齿轮转速；小齿轮转矩，大齿轮转矩。第二级小齿轮转速，大齿轮转速； 小齿轮转矩，大齿轮转矩。轴材料采用45钢，调质处理，2.高速轴的设计1）初步计算轴径：（按纯扭转并降低许用扭转切应力确定轴径d）I轴： 查表10-2 取A=110 =17.8 mm由于轴上有键槽故将轴加大7%得：d=19.0mm 2）联轴器的选择：Tca=KAT1由表114-1得KA=1.5; Tca=1.538.2=57.3 查标准Gb/T5014-1985，选用联轴器GY2.d=20 mm L=52 mm3）高速轴简图如图所示图24）首先确定各段轴的直径A段：（由最小直径算出）B段：（根据油封标准，选择毡圈孔直径为

24、25mm的）C段：，与轴承（深沟球轴承60206）配合，取轴径内径D段：，设计非定位轴肩高a=2mmE段：，设计定位轴肩高a=4mmF段：，设计非定位轴肩高a=2mmG段：，与轴承（深沟球轴承6206）配合，取轴径内径5）确定各段轴的长度A段：=65 mm（根据带轮宽度）B段：=66 mm,(考虑轴承端盖与其螺钉长度然后圆整)C段：=38 mm，与轴承（深沟球轴承60206）配合，加上挡油盘长度D段：=30 mm，齿轮的齿宽B=32 mmE段：=6 mm，定位轴肩长度=1.4aF段：=50 mm，根据结构需要G段：=40 mm，与轴承（深沟球轴承6206）配合，加上挡油盘长度3.中间轴设计1）

25、初步计算轴径：（按纯扭转并降低许用扭转切应力确定轴径d）II轴： 查表10-2 A=112 由于轴上有键槽故将轴加大7%得：d=29.79mm2）轴简图如图所示图33）首先确定各段轴的直径A段： 由最小直径算出且与轴承（深沟球轴承6206）配合B段：，（与齿轮配合）C段：，设计定位轴肩高a=4mmD段：，与齿轮配合E段：，与轴承（深沟球轴承6206）配合，取轴径内径4）确定各段轴的长度A段：=4 mm，与轴承（深沟球轴承6206）配合， B段：=48 mm, 高速轴大齿轮的齿宽B=50 mmC段：=10 mm，考虑个齿轮齿宽及其间隙距离，箱体内壁宽度减去箱体内已定长度后圆整D段：=81 mm，

26、低速轴小齿轮的齿宽B=83 mmE段：=40 mm，与轴承（深沟球轴承6206）配合，加上挡油盘长度4. 低速轴的设计1）初步计算轴径：（按纯扭转并降低许用扭转切应力确定轴径d）III轴：查表10-2 A=112 由于轴上有键槽故将轴加大7%得：d=42.7mm2）联轴器的选择：由表114-1得=1.5; Tca=1.5432.2=查标准Gb/T5014-1985，选用联轴器GY6. L=84 mm3）低速轴简图如图所示图44）首先确定各段轴的直径A段：（由最小直径算出）B段：（根据油封标准，选择毡圈孔直径为48mm的）C段：，与轴承（深沟球轴承60210）配合，取轴径内径D段：，与齿轮配合E

27、段：，设计定位轴肩高a=4mmF段：，设计非定位轴肩高a=2mmG段：，与轴承（深沟球轴承6210）配合，取轴径内径5）确定各段轴的长度A段：=84 mm（根据联轴器长度）B段：=64 mm,(考虑轴承端盖与其螺钉长度然后圆整)C段：=45 mm，与轴承（深沟球轴承60210）配合，加上挡油盘长度D段：=76 mm，低速轴大齿轮的齿宽B=78 mmE段：=8 mm，定位轴肩长度=1.4aF段：=43mm，根据结构需要G段：=45 mm，与轴承（深沟球轴承6210）配合，加上挡油盘长度八、轴的校核 1. 各轴受力分析I轴 ：圆周力：径向力：II轴：圆周力： 径向力：III轴：圆周力：径向力：2.

28、 轴的校核选I轴（高速轴）校核轴受力图如下：图51）水平方向： 因为 所以 2）垂直方向： 因为 所以 故3）水平受力和弯矩图：图64）垂直受力和弯矩图：图75）合成弯矩图：图86）转矩图：图97）当量弯矩：由于扭转切应力为脉动循环变应力取则： 查表得：45号钢 查表得: （插入法）则: 故轴的强度足够。九、键的设计1. I轴的设计 联轴器的键 选用A型普通键长度第一级小齿轮做成齿轮轴，故没有键2. II轴的设计 第一级大齿轮 选用A型普通键长度第二级小齿轮做成齿轮轴，故没有键3. III轴的设计 第二级大齿轮： 选用A型普通键长度联轴器： 选用A型普通键长度十、轴承寿命校核1. I轴选用的轴

29、承：深沟球轴承 6206 查2表6-1 基本额定动载荷： L=85年满足使用要求。2. II轴选用的轴承：深沟球轴承 6206查手册 基本额定动载荷： L=402年 满足使用要求。3. III轴选用的轴承： 深沟球轴承 6210 查手册 基本额定动载荷： L=457年 满足使用要求。十一、课程设计总结1. 这次关于带式运输机上的展开式直齿两级减速器的课程设计，我获益颇丰。通过两个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础，同时我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。2. 这次的课程设计,对于培

30、养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。3. 在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。4. 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。5. 本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持，在此表示衷心的感谢十二、参考资料1机械设计（第八版）濮良贵，纪名刚主编北京：高等教育出版社，2006。2机械设计课程设计手册（第3版）吴宗泽，罗盛国主编北京：高等教育出版社，2006。3互换性与技术测量（第四版），中国计量出版社，廖念钊，古莹庵，莫雨松，李硕根，杨兴骏编，2001年1月第四版。