机械设计课程设计二级直齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书.doc

目 录第一部分： 传动方案的拟定设计题目：设计两级直齿圆柱齿轮减速器.第二部分：电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算一 、电机的选择二、传动比的分配三、传动参数的计算四、V带传动的设计计算.第三部分 传动零件的设计计算一、高速级齿轮传动的设计计算.二、低速级齿轮传动的设计计算 三、轴的设计计算（一）中速轴的设计计算： (二)、高速轴的设计（三）、低速轴的设计四、减速器箱体结构尺寸及其附件五、速器的润滑及密封形式选择六、联轴器的选择计算七、参考文献二级直齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书计算及说明结果 第一部分： 传动方案的拟定 一 设计题目：设计两级直齿圆柱齿轮减速器1、 说明：此减速器用于热处理车间零件清洗传送带的减速2、 工作条件：两班制工作，工作期限10年，户内使用。鼓轮直径（mm）传送带的运行速度（m/s）传送带从动轴所需扭矩(N·m)3800.81050二、总体设计：1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。 其传动方案如下： 第二部分：电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算 一 、电机的选择 1、 传送带的转速： nw=r/min=40.23r/min 传送带所需功率： =kw=4.42kw传动系数的总效率： =0.95×=0.82电机所需功率： 其中： ：传送带的转速； ：鼓轮直径； ：传送带所需的功率； : 传送带从动轴所需扭矩： ：V带传送效率，取 0.95； ：滚动轴承的效率,取 0.98； ：闭式齿轮（八级精度）传动效率，取 0.97； ：弹性联轴器的效率，取 0.99。根据动力源和工作条件，电动机的类型选用Y系列三相异步电动机，电动机的转速选择常用两种同步转速：1500r/min和1000r/min以便选择。根据电动机的所需功率和同步转速，通过查机械设计课程设计（第二版）表8-53确定电动机型号为：Y132S-4或Y132M2-6。传动系统的总传动比： 式中： ：电动机满载转速； ：传送带的转速。根据电动机型号由机械设计课程设计（第二版）表8-54确定轴的外伸轴径、外伸轴长度、中心高等参数并将计算数据和查表数据列表如下：方案电动机型号额定功率/(kw)同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比外伸轴径/(mm)外伸轴长度/(mm)中心高/(mm) 1Y132S-45.51500144035.7938801322 Y132M2-65.5100096023.863880132由表可知：方案1 转速高，电动机价格低，总传动比虽然大些，但完全可以通过带传动和二级齿轮传动来实现，所以选用方案1。二、传动比的分配总传动比为 带传动的传动比取，则减速器的总传动比为 则二级直齿圆柱齿轮减速器高速级的传动比为 低速级传动比 三、传动参数的计算1、各轴转速的计算：2、各轴输入功率的计算： 3、各轴扭矩的计算： 由上述计算结果知，各轴的运动参数如下表：轴类转速n/(r/min)功率P（kw）扭矩T(N·m)高速轴 14805.12101.87中速轴 2 121.824.87381.78低速轴 3 40.234.631099.09四、V带传动的设计计算：1、选择V带的型号:V带的工作情况系数取 根据，由机械设计基础（第五版）图13-15得V带类型选用普通A型V带。2、选取带轮的基准直径：由机械设计基础（第五版）表13-9知带轮的基准直径应不小于75mm。现取=90mm，=通过查找相关资料知=265mm(虽然略有减少，但其误差小于5%，故允许)。3、验算带速是否在525m/s范围内：带速在525m/s范围内，合适。4、确定中心距a和带的基准长度：初步选取中心距：+）=1.5×（90+265）mm=532.5mm取550mm符合0.7（+）<<2(+)带长由机械设计基础（第五版）表13-2知，对A型V带选用=1800mm带的实际中心距 5、验算小带轮包角 ，合适。 6、确定代的根数z: 令由机械设计基础（第五版）表13-3知，由表13-2和表13-7知 则 取带数z=67、确定初拉力,由机械设计基础（第五版）表13-1知,q=0.1kg/m,故单根V带的初拉力8、计算轴上压力： 9、带轮结构设计：带轮的材料采用铸铁小带轮轮基准直径=90mm，故采用或实心式，大带轮基准直径=265mm，采用腹板式，又查机械设计课程设计（第二版）表5-2得：轮毂长度L： 小：50mm 大：85mm孔径d0： 小：42mm 大：110mm 第三部分 传动零件的设计计算 一、高速级齿轮传动的设计计算： 1、小齿轮用40MnB调质。齿面硬度为241286HBS， ；大齿轮用ZG35SiMn调质，齿面硬度为241269HBS,，。由机械设计基础（第五版）表11-5知：,2、根据齿轮的工作情况，齿轮采用软齿面，按照八级精度制造。由机械设计基础（第五版）表11-3、表11-6知载荷系数K=1.5，齿面系数高速级齿轮传动的传动比为： 小齿轮上的转矩：由机械设计基础（第五版）表11-4取，对于标准齿轮高速级齿轮的传动比i=3.94。 则 齿数，则故实际传动比，模数齿宽，取，由机械设计基础（第五版）表4-1取，实际的， 中心距3、校核齿轮齿根弯曲疲劳强度：由机械设计基础（第五版）图11-8图11-9知：齿形系数, 安全。4、计算齿轮的圆周速度 v:根据机械设计基础（第五版）表11-2知选用八级精度制造适宜。根据机械设计课程设计（第二版）表4-1知齿轮的润滑选用油润滑。5、齿轮径向力、圆周力、法向力的计算圆周力：径向力：法向力：6、齿轮几何尺寸的计算： 齿顶高 齿根高 全齿高主动轮：齿顶圆直径 齿根圆直径 从动轮：齿顶圆直径 齿根圆直径 由于高速级齿轮直径与轴的直径相差不大，故高速级主动轮采用齿轮轴 设计。从动轮采用腹板式设计材料为铸钢;轮毂长度为l=60mm, 轮毂直径二、低速级齿轮传动的设计计算1、小齿轮用40MnB调质。齿面硬度为241286HBS， ；大齿轮用ZG35SiMn调质，齿面硬度为241269HBS,，。由机械设计基础（第五版）表11-5知：,2、根据齿轮的工作情况，齿轮采用软齿面，按照九级精度制造。由机械设计基础（第五版）表11-3、表11-6知载荷系数K=1.5，齿面系数低速级齿轮传动的传动比为：,对于标准齿轮小齿轮上的转矩：由机械设计基础（第五版）表11-4取。 则 齿数，则故实际传动比，模数齿宽，取，由机械设计基础（第五版）表4-1取，实际的， 中心距3、校核齿轮齿根弯曲疲劳强度：由机械设计基础（第五版）图11-8图11-9知：齿形系数, 安全。4、计算齿轮的圆周速度 v:根据机械设计基础（第五版）表11-2知选用八级精度制造适宜。根据机械设计课程设计（第二版）表4-1知齿轮的润滑选用油润滑。5、齿轮径向力、圆周力、法向力的计算圆周力：径向力：法向力：6、齿轮几何尺寸的计算： 齿顶高 齿根高 全齿高主动轮：齿顶圆直径 齿根圆直径 从动轮：齿顶圆直径 齿根圆直径 主动轮采用锻造实体圆柱齿轮，从动轮采用锻造腹板式圆柱齿轮。主动轮：轮毂长度l=95mm,孔径大小：从动轮：轮毂长度l=90mm,孔径大小：综上，列表有：项目高速齿轮低速齿轮类型主动轮从动轮主动轮从动轮齿数321262884齿面宽b/mm65609590分度圆直径d/mm80315112336齿顶高ha/mm2.54齿根高hf/mm3.1255全齿高h/mm5.6259齿顶圆直径da/mm85 320 120334齿根圆直径df/mm75310104328中心距a/mm229224模数m2.54三、轴的设计计算1. 根据转矩估算各轴直径轴选用45刚、调质，根据机械设计基础（第五版）P245表14-2得:45刚取C=112考虑到带轮，深沟球轴承及联轴器尺寸相关标准现取各轴最小尺寸：d130mm,d2=40mm,d3=55mm2.传动零件中心线、轮廓线及箱体内壁线的确定为避免齿轮与箱体内壁干涉,齿轮与箱体的内壁应留有一定的距离,大齿轮齿顶圆与内壁的距离：11.2为箱体壁厚，取10mm，则取115mm；齿轮端面与箱体内壁：2，取215mm；轴承端面至箱体内壁的距离：35mm；两齿轮间的轴向距离：415mm；齿轮顶圆至轴表面的距离：515mm；小齿轮齿顶圆与箱体内壁的距离暂不能确定,待完成主视图中箱体结构的设计后才能确定.此外，输入轴与输出轴上的齿距应该布置在远离外伸轴端的位置以减轻轴承所受弯矩。4. 箱体轴承座及轴承的位置确定轴承座孔的长度L为： (其中为箱体壁厚，C1、C2为轴承旁螺栓所需的扳手空间。又查机械设计课程设计，（第二版）表5-17得：地脚螺钉直径df24mm，即M24，数目6个。由此可算得轴承旁连接螺栓的直径：d10.75df0.75×2418mm，取M20，C126mm，C224mm，10mm，故算L=66mm。（一）中速轴的设计计算：1、考虑到中速轴的综合力学性能方面，中速轴选用45刚，调质处理。由机械设计课程设计（第五版）表14-1知其硬度为217255HBS,强度极限，屈服极限，弯曲极限。由机械设计基础（第五版）表14-2得：许用扭转应力,C=110，由表14-3知。2、由前面知，中速轴的转速，输入功率，扭矩。作用在中速轴上的低速级小齿轮的受力：,.作用在中速轴上高速级从动轮的受力：，。3、初步确定轴最小直径： 考虑到轴与轴承的配合，轴承为标准件。故轴的最小直径取4、轴的结构设计：1）、拟定轴上零件的装配方案如图： 2）、各段轴径的确定：因为轴的最小轴与轴承配合，所以先确定轴承的型号然后最确定轴的最小直径。由初步确定轴的最小直径为38.29mm,由机械设计课程设计表8-32，选则轴承型号为6308，其尺寸为d×D×B=40×90×23.所以d12=d56=40mm,轴肩的高度h=0.07×40mm=2.8，则23段d23=46mm,34段d34=54mm.3)、各段轴长度的确定;由于23段安装低速级小齿轮，45段安装高速级从动轮，为了使装拆方便，L23， L45均要比齿轮的齿面宽略小，则L23=93mm,L45=58mm。12断和56段均与滚动轴承相配合安装，滚动轴承的端面离箱体内壁的距离为35mm，齿轮端面离箱体内壁的距离为215mm，则L12=2+3+B+2=46mm,56段长度L56= L12=2+3+B+2=45mm.5、轴上零件的定位齿轮上轴向定位均采用普通平键连接，根据d23=46,L23=93mm,d45=46mm,L45=58mm。由机械设计课程设计表8-28知：23段键的尺寸为b×h×L=14×9×80，45段键的尺寸为b×h×L=14×9×50.滚动轴承与轴采用过度配合来保证选用直径尺寸公差为m6，轴上轴承定位采用端盖和凸缘式可通端盖定位，齿轮由轴套和轴肩定位。轴上各轴肩出圆角半径为r=1mm，轴端倒角均采用1.5×45°。6、求轴上载荷：由前面知由前面知，,.， 1）、求垂直面上的支承反力 2)、求水平面上的支承反力 3)、绘制垂直面的弯矩图： 4)、绘水平面的弯矩图:5）、计算危险截面： 危险截面B： 危险截面C:绘制轴的受力和弯矩图如下：6）、计算危险截面处的直径：由于中速轴选用45刚，调质处理。由机械设计课程设计（第五版）表14-1知其硬度为217255HBS,强度极限，屈服极限，弯曲极限。由机械设计基础表14-3知，则 考虑到键槽对轴的削弱作用，将d值增大5%，故 由于安装齿轮d=46mm>26.313mm,故中速轴设计合格。 7）、求轴上传递的扭矩：8）、按弯矩合成应力校核轴的强度：轴的扭切应力看作是脉动循环变应力，根据机械设计基础P241例题14-1知，取折合系数。则 其中 故轴安全。 7、轴承的寿命计算： 1）已知轴承的预计寿命 L=2×8×300×5=24000 由所选轴承系列6308，可查表知额定动载荷C=29.5 2)当量动载荷P根据机械设计基础表16-9知轴承的载荷系数 3）演算轴承寿命 所以该轴承寿命符合要求，确定深沟球轴承63088、键的校核低速级小齿轮上的键 1）选用键的系列 2）键、轴和轮毂的材料都是钢，轴和轮毂的材料是钢，由机械设计基础表10-10得许用应力，取=110MPa，键的工作长度L1=L-b=66mm，键与轮毂、键槽的接触高度K1=9 有式 ，所以合适高速级从动大齿轮上的键3）选用键的系列 4）键、轴和轮毂的材料都是钢，轴和轮毂的材料是钢，由教材查得许用应力，取=110MPa，键的工作长度L2=L-b=58mm，键与轮毂、键槽的接触高度K2=9有式 ，所以合适 (二)、高速轴的设计：1、选择轴的材料由于高速轴为一根齿轮轴，而高速及小齿轮的材料为40MnB调质刚，故高速轴选择的材料为40MnB调质刚。 2、初步确定轴最小直径按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴的最小直径d，由机械设计基础（第五版）表14-2得：C=10798，取C=100由于轴的最小直径为外伸端与带轮连接的轴径，考虑到轴与其他标准间的配合，轴的最小直径取3、轴的结构设计 1）、各段轴直径的确定12段轴为外伸轴且与带轮连接，为轴的最小直径，故d12=30mm.23段与56段均与轴承配合，轴承选用深沟球轴承，型号为6308，尺寸为d×D×B=40×90×23，故d23=d56=40mm34段d34=2×0.07×40+4046mm45段为齿轮轴，故45段的直径即为高速及小齿轮齿顶圆的直径，则d45=85mm2）、确定轴的各段长度L45为小齿轮的齿面宽则L45=65mmL56段长度L56=2+3+B=43mmL23段长度L23=23+B+10=43mm根据中速轴的尺寸长度确定34段轴的尺寸长度为L34=115mm12段轴为外伸端与带轮连接部分，带轮离箱体轴承座孔的距离为20mm，大带轮的轮毂长度为85mm，故L12=100mm。3）、去轴端倒角为1.2×45°，各轴肩出圆角半径为r=1mm。（三）、低速轴的设计1、轴材料的选择考虑到中速轴的综合力学性能方面，低速轴选用45刚，调质处理。由机械设计课程设计（第五版）表14-1知其硬度为217255HBS,强度极限，屈服极限，弯曲极限。由表14-3知。 2、初步确定轴最小直径由前面知低速轴的最小直径为d=55mm,且为轴的外伸端与联轴器相连。故初步选用轴承为深沟球轴承，型号为6212 d×D×B=60×110×22。3、轴的结构设计 1）、各段轴的直径确定12段：由于12段与56段均与轴承相配合，且轴承的型号为6212，故d12=d56=60mm.23段：取d23=70mm34段：45段：45段的直径与23段直径相等，故d45=70mm 67段：67段为与联轴器相连接的外伸轴，故d67=55mm. 2)、各段轴长度的确定23段：23段与齿轮相配合,故L23=88mm12段：L12=2+3+B+3=45mm34段：34段为轴肩部分，取L34=10mm56段：L56=22+B+15=47mm67段：67段与联轴器连接半联轴器与轴的配合的毂孔长度L=112mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴上，故L82mm45段：由中速轴的长度确定L45=80mm四、减速器箱体结构尺寸及其附件1.箱体材料的选择与毛坯种类的确定根据减速器的工作环境,可选箱体材料为灰铸铁HT200.由于铸造箱体刚性好,得到的外形美观,灰铸铁铸造的箱体还易于切削、吸收振动和消除噪音等优点,可采用铸造工艺获得毛坯.2. 箱体主要结构尺寸计算，列表如下：（参照第二版机械设计课程设计§5-2减速器结构设计）名称符号结构尺寸/mm的计算公式及取值箱座厚度（0.025+0.03）a8，取10箱盖壁厚1，取10箱座凸缘厚b1b11.5=15箱盖凸缘厚b2b21.51=15箱座底凸缘厚度b3b32.5=25地脚螺钉直径df,故取M24地脚螺钉数目n6轴承旁联结螺栓直径d10.75df=18，M18箱盖与箱座联结螺栓直径d2（0.50.6）df，取M 12（螺栓间距为150）轴承端盖螺钉直径d3（0.40.5）df，取M10视孔盖螺钉直径d4（0.30.4）df，取M10定位销直径d（0.70.8）d2，取8底座凸缘尺寸C1,C2C1取16，C2取14箱盖箱座上的肋厚 取m1=10,m2=10外箱壁至轴承端面距离L1C1+C2+(58 ) 取35大齿轮顶圆与内箱壁距离111.2，取15齿轮端面与内箱壁距离22，取15轴承端面与内箱壁距离33=35，取5旋转零件间的轴向距离44=1015，取15大齿轮齿轮顶圆与箱底内壁的距离553050，取35箱底至箱底内壁的距离6取20箱体内壁轴向距离L2取200箱体轴承座孔端面间的距离L3取2803.减速器的附件 窥视孔为检查传动件的啮合情况、接触斑点、侧隙和向箱体内倾注润滑油,在传动啮合区上方的箱盖上开设窥视孔。通气器减速器工作时,箱体温度升高,气体膨胀,压力增大,对减速器各接缝面的密封很不利,故常在箱盖顶或检查孔盖上装有通气器。油塞为了换油及清洗箱体时排出油污,在箱体底部最低位置设有排油孔,通常设置一个排油孔,平时用油塞及封油圈堵住。定位销为了保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度,需在箱体长度方向两侧各安装一个圆锥定位销。油标尺（油面指示器）检查油箱内的油面高低。P78中的尺寸位置：尽量高（以免漏油）， 但要方便取出浸油深度一个齿高或不小于10mm （ 表33）起吊装置可选用吊环螺钉（见P81尺寸）箱盖上安装吊环螺钉处，且应设有凸台，使螺钉有足够的深度。五、速器的润滑及密封形式选择1、箱体内齿轮的润滑 由前面知，减速器的轴1、轴2、轴3的转速分别为： 四个齿轮的分度圆直径分别为：故四个齿轮的分度圆速度分别为：由于齿轮运动的圆周速度均小于12m/s，且高速级齿轮采用八级精度制造，低速级采用九级精度制造，根据机械设计基础§11-11齿轮传动的润滑和机械设计课程设计表4-4知高速级齿轮和低速级齿轮均采用油润滑。2.轴承润滑密封由于三对轴承的速度均较低，故采用脂润滑。三对轴承选用代号为ZGN69-2的滚动轴承脂进行润滑。滚动轴承的密封形式用毡圈密封形式进行密封。六、轴器的选择计算1、低速轴与工作机鼓轮轴用联轴器连接，由于弹性柱销联轴器结构简单，更换柱销方便，故选用弹性柱销联轴器减缓冲击、吸收振动。2、求计算转矩 由前知低速轴的转矩为： 由机械设计基础（第五版）表17-1查得工作机为输送机时，工作情况系数，故计算得转矩为： 3、确定型号 由机械设计课程设计表8-35查得符合轴直径为55mm,联轴器型号为L×4弹性柱销联轴器，其公称转矩为2500N.m，轴材料为钢时，许用转速为38700r/min，允许的轴孔直径在4056mm之间，故能满足工作机与减速器联接工作需要，从而确定联轴器型号为L×4联轴器GB5014-2003 七、参考文献 1.机械设计课程设计（第二版）杨光、席伟光等主编。2.机械设计基础（第七版）课本杨可桢 程光蕴 主编。确定了传动方案，减速器的类型为二级闭式直齿圆柱齿轮减速器 nw=40.23r/min=4.42kw=0.82确定电动机选用型号为：Y132S-4=264.6mmV=6.78m/sa=621mm=1800mm z=6 V2=0.71m/sFt2=6821.43NFr2=2482.80NFn2=7259321N