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1、机械设计课程设计计算说明书设计题目： 设计用于带式运输机的两级圆柱齿轮减速器 机械工程学院 机械设计制造及其自动化 专业 班级西南交通大学机械设计教研室目录一、总体设计11.1传动方案的分析与拟定11.2电动机的选择、传动装置的运动和动力参数的计算1二、V带设计42.1箱外传动零件设计4三、高速级齿轮设计53.1高速级齿轮的设计及校核：6四、低速级齿轮设计94.1低速级齿轮设计及校核94.2齿轮传动比误差计算及检验13五、高速轴的设计及校核135.1高速轴的设计135.2带轮结构设计145.3键连接的选择与校核145.4滚动轴承的选择与校核155.5联轴器的选择与校核155.6润滑和密封的选择
2、165.7高速轴校核计算16六、中间轴的结构设计206.1中间轴的设计206.2键连接的选择21七、低速轴结构设计217.1低速轴的设计217.2键连接的选择227.3密封的选择237.4联轴器的选择23八、齿轮结构设计238.1中间轴大齿轮的设计238.2低速轴大齿轮的设计24九、箱体与附属部分设计249.1箱体尺寸设计249.2减速器附件设计25总结30参考文献31一、 总体设计1.1传动方案的分析与拟定一般工作机器通常由原动机、传动装置和工作装置三个基本职能部分组成。传动装置传送原动机的动力、变换其运动，以实现工作装置预定的工作要求，它是机器的主要组成部分实践证明，传动装置的重量和成本通
3、常在整台机器中占有很大的比重；机器的工作性能和运转费用在很大程度上也取决于传动装置的性能、质量及设计布局的合理性。由此可见，在机械设计中合理拟定传动方案具有重要意义。本文采用下图所示传动方案。从整体布局来讲，该方案结构比较简单、尺寸紧凑。长期连续运转的条件下，工作可靠且功率损失较低、传动效率高。大部分零件采用标准件制造较为方便、成本低廉。输入采用带传动能发挥过载保护作用的优点，使用安全、维护方便。1.2电动机的选择、传动装置的运动和动力参数的计算原动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、汽轮机、液动机等。电动机构造简单、工作可靠、控制简便、维护容易，一般生产
4、机械上大多数均采用电动机驱动。1.2.1选择电动机类型和结构生产单位一般用三相交流电源，通常都采用三相交流异步电动机。由于要能适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。1.2.2确定电动机功率电动机的容量(功率)选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或使电动机因长期过载而过早损坏，容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运行，其效率和功率因数都较低，造成浪费。所以，我们要根据实际工作参数来确定电动机功率。a) 工作装置所需功
5、率由于采用的是双级圆柱的形式，所以工作装置所需功率按下式计算其中，运输机卷筒的有效扭矩：（）运输机卷筒的转速：（）运输机卷筒的效率（工作装置效率）（不再计轴承效率）分别代入上面数值可得：b) 电动机所需输出功率电动机所需输出功率：式中，为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率。；由表2-4，取V带传动效率，8级精度齿轮传动（稀油润滑）效率，滚动轴承效率，弹性联轴器效率，则故,c) 电动机额定功率：选择用于长期连续运转、载荷不变或很少变化的、在常温下工作的电动机的容量，只需使电动机的负载不超过其额定值，电动机便不会过热。这样可按电动机的额定功率等于或略大于电动机所需的输出功率，即，从手册中选择相应的电
6、动机型号，而不必再作发热计算。通常按选择，电动机功率裕度的大小应视工作装置可能的过载情况而定。1.2.3确定电动机转速功率相同的同类电机有不同的转速：额定功率相同的同类型电动机有若干种转速可供设计选用。电动机转速越高，则磁极越少，尺寸及重量越小，一般说价格也越低；但是由于所选用的电动机转速越高，当工作机械低速时，减速传动所需传动装置的总传动比必然增大，传动级数增多，尺寸及重量增大，从而使传动装置的成本增加。因此确定电动机转速时，同时兼顾电动机及传动装置两者加以综合分析后，本设计采用同步转速为1500.由表8-184确定满载转速1440.1.2.4选定电动机因为载荷平稳，电动机额定功率略大于即可
7、，按表8-186中Y系列电动机技术数据，选用电动机的额定功率为5.5KW。最终选定电动机的型号为：Y132S-4 中心高：132mm1.2.5计算传动专职的总传动比及分配各级传动比a) 传动装置总传动比电动机选定后，根据电动机的满载转速及工作轴的转速即可确定传动装置的总传动比：b) 分配传动装置各级传动比首先，各级传动比应该在推荐范围内。其次，不能太大，以免大带轮半径超过减速器箱座中心高，造成安装困难，可取偏小些的值。然后，各传动件相互之间不能干涉，且有利于润滑：整数。并且双级圆柱齿轮减速器：。又由于，为了使V带传动的外廓尺寸不至于过大，取传动，则齿轮传动比。本文取由于，代入上面公式，；1.2
8、.6计算传动装置的运动和动力参数1) 各轴转速轴：轴：轴：工作轴：2) 各轴输入功率轴：轴： 轴：工作轴：3) 各轴输入转矩轴：轴：轴：工作轴：二、V带设计传动装置包括各种类型的零件、部件，其中决定其工作特性、结构位置和尺寸大小的主要是传动零件，如V带传动、链传动和开式齿轮传动等，在进行箱传动零件设计。2.1箱外传动零件设计V带传动：要求计算出V带传动的型号、长度、根数、中心距、初拉力、对轴的作用力；确定带轮直径、，材料、张紧装置、带轮结构尺寸等。计算项目计算内容及结果工作情况系数由表11.5查得计算功率选带型号由图11.15，可选A型小带轮直径由表11.6，取大带轮直径（设）则选取大带轮转速
9、计算带长的计算初取中心距则不妨假设带长基准长度由图11.4求中心距和包角中心距小轮包角求带根数带速传动比带根数由表11.8 ；由表 11.7 由表11.12 ；由表 11.10 求轴上载荷张紧力 由表11.4得轴上载荷带轮结构略三、高速级齿轮设计3.1高速级齿轮的设计及校核：计算项目计算内容及结果齿轮材料的选择因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用40cr，调制处理，硬度在,平均取为，大齿轮用45钢，调制处理，硬度，平均取为。齿面接触强度计算1.初步计算转矩 齿宽系数由表12.13，取接触疲劳极限由图12.17c，初步计算的需用接触应力由表12.16，估计，取初步计算的小齿轮直径取初步齿轮
10、宽度初取齿数、模数和螺旋角取求模数 求中心距取圆整a=154mm反算计算、求齿宽、 2.校核计算圆周速度使用系数由表12.9得：使用系数由图12.9得：齿间载荷分配系数由表12.10求：由此可得齿向载荷分布系数由表12.11，载荷系数弹性系数由表12.12得：节点区域系数由图12.16得：重合度系数螺旋角系数接触最小安全系数由表12.14得：总工作时间应力循环次数由表12.15，估计，则预估计应力循环次数正确接触寿命系数由图12.18得：需用接触应力验算计算结果表明，接触疲劳强度合适尺寸无需调整。齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数由图12.21，得应力修正系数由图12.22得：重合度系数螺旋角系数齿
11、间载荷分配系数由表12.10，齿向载荷分布系数由图12.14得： 载荷系数弯曲疲劳极限由图12.23c得：弯曲最小安全系数由表12.14得：弯曲寿命系数由图12.24得：尺寸系数由图12.25得：许用弯曲应力验算四、低速级齿轮设计4.1低速级齿轮设计及校核计算项目计算内容及结果齿轮材料的选择因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用40cr，调制处理，硬度在,平均取为，大齿轮用45钢，调制处理，硬度，平均取为。齿面接触强度计算1.初步计算转矩齿宽系数由表12.13，取接触疲劳极限由图12.17c，初步计算的需用接触应力初步计算的小齿轮直径取初步齿轮宽度初取齿数、模数和螺旋角取求模数 求中心距反
12、算计算、求齿宽、 2.校核计算圆周速度使用系数由表12.9得：使用系数由图12.9得：齿间载荷分配系数由表12.10求：由此可得齿向载荷分布系数由表12.11，载荷系数弹性系数由表12.12得：节点区域系数由图12.16得：重合度系数螺旋角系数 接触最小安全系数由表12.14得：总工作时间应力循环次数由表12.15，估计，则指数预估计应力循环次数正确接触寿命系数由图12.18得：需用接触应力验算计算结果表明，接触疲劳强度合适尺寸无需调整。齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数由图12.21，得应力修正系数由图12.22得：重合度系数螺旋角系数齿间载荷分配系数由表12.10， 齿向载荷分布系数由图12.1
13、4得：载荷系数弯曲疲劳极限由图12.23c得：弯曲最小安全系数由表12.14得：弯曲寿命系数由图12.24得：尺寸系数由图12.25得：许用弯曲应力验算传动无严重过载，故不作静强度校核4.2齿轮传动比误差计算及检验传动装置的精确传动比与传动件的参数(如齿数、带轮直径等)有关，故传动件的参数确定以后，应验算工作轴的实际转速是否在允许误差范围以内。如不能满足要求，应重新调整传动比。若所设计的机器未规定转速允差范围，则通常可取土(35)%。理论传动比：；实际传动比：；误差：经检验，所选传动比符合要求，可以使用。五、高速轴的设计及校核5.1高速轴的设计5.1.1高速轴的已知运动参数由前面计算得，输入轴
14、上的功率，转速和转矩5.1.2确定轴的最小直径选取轴的材料为45#钢，调质处理，由表16.2得，于是：考虑到平键连接对轴的削弱作用，则轴的最小尺寸为：5.1.3轴的结构设计 为了与带轮配合由表8-3取，由表3.5可取带轮长，考虑过定位问题，则。 同时考虑毡圈，需在1-2段的右端制一轴肩，由表8-173取，。考虑到轴承端盖的安装及拆卸要求，预选轴承外径，由表4-6可知轴承端盖螺钉直径，数目为4.由于低速级中心距，箱座厚度，则要取.向外壁至轴承座端面距离为：。又轴承端盖螺栓直径。则轴承盖尺寸。再选取综上， 选择滚动轴承。因在该传动系中轴承同时受轴向力和径向力，故选用圆锥滚子轴承，参照工作要求，及，
15、查设计手册选择0基本游隙标准精度级的轴承30307，其尺寸参数为：再考虑封油环得安装 由于封油环需要轴向定位，需要在封油环的右边制一轴肩，又因为齿轮的齿根半径则齿轮处应该做成齿轮轴。所以， 同轴段3-4的设计，该处。5.2带轮结构设计由于，由P40，表3-5可得；转速5.3键连接的选择与校核由上面计算知该轴为齿轮轴，则只有与带轮的配合处需要用平键连接，又因为,查课本P217表8-61，其平键尺寸为。 采用A型普通键，其校核为：，综合考虑取所以，所选键为：5.4滚动轴承的选择与校核5.4.1滚动轴承的选择选择滚动轴承。因在该传动系中轴承同时受轴向力和径向力，故选用圆锥滚子轴承，参照工作要求，及，
16、查设计手册选择0基本游隙标准精度级的轴承30307，其尺寸参数为：5.4.2滚动轴承的校核：由于工作条件规定，每日两班制，工作期限为八年。则轴承寿命至少要在38400小时。在高速轴上我们选用的是圆锥滚子轴承，型号为30307.校核如下：寿命计算轴承径向力参数选择附加轴向力轴承轴向力由于Y值冲击载荷系数考虑中等冲击，查表18.8当量动载荷轴承寿命因为所选轴承合格5.5联轴器的选择与校核由于高速轴直接与带轮配合，没有联轴器。不用选择与校核5.6润滑和密封的选择5.6.1轴承润滑及密封方式在高速轴上，由于圆周速度，所以在轴承处选用脂润滑，密封时利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用，
17、获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室的密封效果。并在轴承另一端安装封油环。由于该段轴的直径为30mm，选择毡圈型号为： 毡圈5.6.2齿轮的润滑由于圆周速度，可采用浸油润滑。即将齿轮浸入油中，当齿轮回转时黏在其上的油液被带到啮合区进行润滑，同时有助于散热。为避免浸油润滑的搅油功耗太大及保证轮齿啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度以浸油齿轮的一个齿高。综合考虑取油面高度为83mm。5.7高速轴校核计算计算齿轮受力1.初步计算转矩圆周力径向力轴向力计算支承反力水平面反力垂直面反力水平面受力图见图5.4.1垂直面受力图见图5.4.1画轴弯矩图水平面弯矩图见图5.4.2垂直面弯矩图见图5.
18、4.2合成弯矩图见图5.4.3画轴转矩图转矩图见图5.4.4许用应力许用应力值由应力校正系数当量弯矩图当量转矩当量弯矩在危险截面处于6-7段和3-4段当量弯矩图见图5.4.5校正轴直径轴直径图5.4.1 水平面及垂直面受力图图5.4.2 水平面及垂直面弯矩图图5.4.3 合成弯矩图图5.4.4 转矩图图5.4.5 当量弯矩图安全系数法校核判断危险截面由上面计算可知危险截面可能出现在轴端3-4右侧面对称循环疲劳极限轴材料选用45钢调制，有表3.2所列公式可球的疲劳极限：脉动循环疲劳极限等效系数危险截面上的应力计算弯矩弯曲应力幅弯曲平均应力扭转切应力扭转切应力幅和平均切应力应力集中系数有效应力集中
19、系数因在此截面处，有轴径变化，过渡圆角半径，由，和，从附录表1中查出表面状态系数由附录表5查得尺寸系数由附录表6查得安全系数弯曲安全系数设为无限寿命，由式16.5得扭转安全系数复合安全系数六、中间轴的结构设计6.1中间轴的设计6.1.1中间轴的已知运动参数由前面的计算可得功率，转速和转矩6.1.2齿轮的受力分析6.1.3确定轴的最小直径选取轴的材料为45#钢，调质处理，由表16.2得，于是：考虑到平键连接对轴的消弱作用，则轴的最小尺寸为：6.1.4中间轴的结构设计 轴段1-2处，为了与轴承配合，选择滚动轴承。因在该传动系中轴承同时受轴向力和径向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求，及，查设
20、计手册选择0基本游隙标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308，其尺寸参数为：考虑封油环和定位的问题，所以可取 由于是在2-3段安装齿轮，并且为了防止过定位轴段长度略小于齿轮宽度，所以 ， 在轴段3-4，需要在齿轮右端设计一个轴肩方便齿轮定位，所以，可取，长度。 由于是在,4-5段安装齿轮，且为了防止过定位，轴段长度应略小于齿轮宽度，所以， 在5-6段，需要安装套筒和轴承，。6.2键连接的选择由上面计算知该轴有两处轴与齿轮的配合需要用平键连接.a) 因为,查课本P217表8-61，其平键尺寸为。采用A型普通键，综合考虑取所以，所选键为：b) 因为,查课本P217表8-61，其平键尺寸为。采用A型普
21、通键，综合考虑取所以，所选键为：七、低速轴结构设计7.1低速轴的设计7.1.1低速轴的已知运动参数由前面算得低速轴上的功率，转速和转矩7.1.2齿轮的受力分析7.1.3确定轴的最小直径选取轴的材料为45#钢，调质处理，由表16.2得，于是：考虑到平键连接对轴的消弱作用，则轴的最小尺寸为：7.1.4低速轴的结构设计 为了与轴承配合，选择滚动轴承。因在该传动系中轴承同时受轴向力和径向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求，及，查设计手册选择0基本游隙标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313，其尺寸参数为：考虑过定位问题以及封油环的安装，所以可取 由于在2-3处安装齿轮，可取， 为方便齿轮定位，需要
22、在齿轮右端设计一个轴肩，所以，可取，长度。 由于是在4-5段无需安装东西，所以可取， 在5-6段，需要安装轴承以及封油环，并依靠上一个轴端的轴肩定位，则可取。 在设计轴段6-7时，同时考虑毡圈，由表8-3可以取， 轴段7-8与联轴器配合，选用弹性柱销联轴器HL4，长度为85mm，考虑定位后，可取，7.2键连接的选择由上面计算知该轴有一处轴与齿轮的配合和一处联轴器与轴的配合需要用平键连接.a) 因为在轴段2-3处，,查课本P217表8-61，其平键尺寸为。采用A型普通键，综合考虑取所以，所选键为：b) 在轴段7-8处，由于要和联轴器配合，该处，所以该处可考虑取平键尺寸为。采用A型普通键，综合考虑
23、取所以，所选键为：7.3密封的选择在轴承处选用脂润滑，密封时利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用，获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室的密封效果。并在轴承另一端安装封油环。由于该段轴的直径为60mm，选择毡圈型号为：毡圈7.4联轴器的选择由前面算得低速轴上的功率，转速和转矩所以，由表8-179可选，联轴器的类型为弹性柱销联轴器，型号为LX4。公称转矩，许用转速，轴孔直径，长度联轴器型号：八、齿轮结构设计8.1中间轴大齿轮的设计因为采用腹板式结构。其结构尺寸如下：代号结构尺寸和计算公式结果轮毂处直径72轮毂轴向长度56腹板最大直径224.138板孔直径148齿端直径3
24、8孔径厚度17轮轴厚度18倒角58.2低速轴大齿轮的设计因采用腹板式结构，其结构尺寸如下：代号结构尺寸和计算公式结果轮毂处直径120轮毂轴向长度90腹板最大直径255.832板孔直径188齿端直径34孔径厚度27轮轴厚度25倒角5九、箱体与附属部分设计9.1箱体尺寸设计根据表4-6得：名称符号计算公式结果机座壁厚8机盖壁厚8机座凸缘厚度12机盖凸缘厚度12机座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目a 250时，n = 44轴承旁联接螺栓直径M12机盖与机座联接螺栓直径M10轴承端盖螺钉直径高速中间轴M10低速轴M12检查孔盖螺钉直径M8 /至外机壁距离查指导书P27 表4M16时M12时
25、 M10时 /到凸边缘距离查指导书P27 表4M16时 M10时 轴承座外径高速轴中间轴低速轴轴承旁联接螺栓距离同上轴承旁凸台半径20轴承旁凸台高度h根据低速级轴承座外径确定待定机盖/机座肋厚7外壁至轴承座端面距离42大齿轮顶圆与内机壁的距离10齿轮端面与内壁距离109.2减速器附件设计9.2.1轴承盖轴承盖是用来封闭减速器箱体上的轴承座孔，以及固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷。本文轴承盖选用螺钉连接式。材料为HT150。螺钉连接式轴承盖的结构尺寸（高速轴）螺钉连接式轴承盖的结构尺寸（中间轴）螺钉连接式轴承盖的结构尺寸（低速轴）9.2.2油标油标的作用在于检查减速器箱体油面的高度，使其经济
26、保持适当的油量。油标一般设置在箱体便于观察且油面较稳定的部位。本文选用杆式油标。尺寸如下表：螺钉连接式轴承盖的结构尺寸（中间轴）9.2.3排油孔螺塞为排放污油和便于清洗减速器箱体内部，在箱座油池的最低处设置放油孔，油池底面做成斜面，向放油孔方向倾斜15，平时用放油螺塞将放油孔堵住，入油螺塞采用细牙螺纹。在放油螺塞头和箱体凸台端面间应加防漏用的封油垫，以保证良好的密封。排油孔螺塞材料为Q235，封油垫材料为防油橡胶。尺寸如下表：螺钉连接式轴承盖的结构尺寸（中间轴）9.2.4检查孔盖板为检查传动零件的啮合、润滑及轮齿损坏情况，并向减速器箱体内注入润滑油，应在箱盖顶部的适当位置设置检查孔，由检查孔可
27、直接观察到齿轮啮合部位，允许手伸入箱体内检查齿面磨损情况。平时检查孔用孔盖盖住，孔盖通过螺钉固定在箱盖上。9.2.5通气器减速器工作时，由于箱体内温度升高，气体膨胀，使压力增大，箱体内外压力不等。为使箱体内受热膨胀的气体自由排出，以保持箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件处向外渗漏，箱体顶部应装有通气器。9.2.6起吊装置吊耳部分尺寸：吊钩部分尺寸:9.2.7定位销采用圆锥定位销，其公称直径为：。又由于圆锥定位销为标准件，有表8-67可选用:销9.2.8启箱螺钉由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此，常在箱盖凸缘的适当位
28、置加工出12个螺孔，装入启箱用的圆柱端螺钉或平端螺钉，旋动启箱螺钉便可将箱盖顶起。启箱螺钉的大小可与凸缘联接螺栓相同。对于小型减速器也可不设启箱螺钉，拆卸减速器时用螺丝刀直接撬开箱盖。本文选用的螺钉，作为启箱螺钉。总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾此次减速器课程设计，至今我仍感慨颇多。从V带设计到轴系校核，从理论到实践，在两
29、三个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说轴系的设计时，不懂得考虑加工精度等。对静力学方面的知识也掌握得不是很好通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新学习。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多设计问题，最后在罗大兵老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在罗老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！参考文献1 陈秀宁，施高义，机械设计课程设计（第二版），浙江大学出版社，20042 邱宣怀，机械设计，高等教育出版社，1997。3 盐城工学院，http:/www.china-4 杨坤怡，制造技术，国防工业出版社，北京，20075 谢进，万朝燕，机械原理，北京：高等教育出版社，2010.1。
