机械设计课程设计展开式二级圆柱齿轮减速器1.doc

二级减速器课程设计说明书 设计课题：展开式二级圆柱齿轮减速器 姓 名： 学 号： 3120611041学 院： 机电与能源工程学院班 级： 机制122班 指导老师： 日 期： 2015年5月 目录一、设计任务书 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2二、传动方案的分析与拟订 - - - - - - - - - - - - - - - 2 三、设计内容 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3（一）、传动装置的运动和动力参数计算 - - - - - - - - - - - - - 3 1. 电动机的选择 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 2. 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 - - - - - - - - - - 4 3. 计算传动装置的运动和动力参数 - - - - - - - - - - - - - - 4 4. 将以上数据列表 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5（二）、齿轮的设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1. 高速齿轮的设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 2. 低速齿轮的设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9（三）轴的设计与各轴轴径计算 - - - - - - - - - - - - - - - - 12 1. 轴的选择与结构设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12 2.轴的校核 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17（四）、轴承的校核 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22（五）、键连接强度校核 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 24（六）、箱体主要结构尺寸 - - - - - - - - - - - - - - - - - 24（七）、减速器附件及说明 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25（八）减速器的密封和润滑 - - - - - - - - - - - - - - - - - 29四、设计小结 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30五、参考文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30机械课程设计任务书及传动方案的拟订一、设计任务书设计题目:二级展开式直齿圆柱齿轮减速器工作条件及生产条件: 该减速器用于带式运输机的传动装置。输送机两班制连续单向运载，载荷平稳，空载起动，室内工作，有粉尘；使用期限为10年（每年300天），大修期3年。该机动力来源为三相交流电，在中等规模机械厂小批生产。运输带速度允许误差为±5%。直尺圆柱齿轮I01减速器设计基础数据输送带工作拉力F(N) 1700运输带速度v(m/s) 1卷筒直径 D(mm） 400二、传动方案的分析与拟订图1-1带式输送机传动装置运动简图带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经连轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用二级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用直齿圆柱齿轮传动。三、设计内容设计内容计算及说明结果1. 电动机的选择(1). 选择电动机类型(2). 确定电动机功率（3）. 确定电动机转速（一）、传动装置的运动和动力参数计算按已知条件和工作要求选用系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。，式中，电动机的输出功率按如下公式计算式中，为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率。由公式计算式中，为电动机和I轴之间联轴器的效率；为一对滚动轴承的效率；为一对齿轮的效率；为轴和工作轴之间联轴器的效率，由118页表2-4得，。 故 因载荷平稳，电动机额定功率只需略大于即可。按1327页中表8-184Y系列闭式三相异步电动机技术数据，选电动机的额定功率为卷筒轴作为工作轴，其转速为：2. 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比（1）. 传动装置总传动比（2）. 分配传动装置各传动比3. 计算传动装置的运动和动力参数（1）. 各轴转速的计算（2）. 各轴输入功率的计算（3）. 各轴输入转矩的计算传动装置总传动比：按111页中表2-3推荐的各传动机构传动比的范围：两级展开式圆柱齿轮减速器传动比范围为，可见电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有、，为减少电动机的重量和价格，由1328页中表8-184选常用的同步转速为的Y系列电动机，其满载转速为。总传动比：对于两级展开式圆柱齿轮减速器，一般按齿轮浸油润滑要求，即各级大齿轮直径相近的条件分配传动比，因此，速器高速级和低速级的传动比分别取，。由120页式（2-6）计算，得：由121页中式（2-7）计算，得：由121页中式（2-8）计算，得：4. 将以上数据列表（二）、齿轮的设计1. 高速齿轮的设计1）. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数2）. 按齿面接触强度计算：轴名参数电动机轴I轴II轴III轴工作轴转速n（r/min）94094018847.747.7功率P（KW）2.21.991.911.831.78转矩T（N·m）21.4920.06101.09318.73371.30传动比i15.003.941效率0.980.9600.9600.975（二）、齿轮的设计a. 选用直齿圆柱齿轮传动。b. 大、小齿轮都选用软齿面。由2188页查表9-2选大小齿轮的材料均为45钢，小齿轮调质，齿面硬度为230HBS，大齿轮常化，齿面硬度为190HBS。c. 选取精度等级。带式输送机为一般工作机器，速度不高，故选用八级精度。d. 选小齿轮齿数，大齿轮齿数，圆整后取为125。根据如下设计计算公式进行试算，即（1）. 确定公式内的各计算数值（2）. 计算并确定齿轮参数 试选载荷系数。 计算小齿轮传递的转矩由2201页中表9-12，由于两支承相对于小齿轮作不对称布置，故选取齿宽系数。 由2200页中表9-11查得材料的弹性影响系数。 由2206页中图9-23（d）按齿面硬度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。 按如下公式计算应力循环次数式中，为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；为齿轮的工作寿命（单位为，一年工作300天）。 由2203页中图9-21取接触疲劳寿命系数，。 接触疲劳许用应力计算，取失效概率为1%，安全系数S=1，得：取较小值 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 计算圆周速度3）. 几何尺寸计算（1）. 分度圆直径（2）. 中心距（3）. 齿宽 计算齿宽 计算齿宽和齿高之比 计算载荷系数，根据，八级精度，由2194页中图9-13查得动载荷系数；由2195页表9-6查得；由2193页中表9-5查得使用系数；由2196页表9-7查得；由2197页中图9-17查得；载荷系数为。 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由如下公式计算得 计算模数的大小。由2198页表9-9查标准模数系列，取。 取，则。4）. 按齿根弯曲疲劳强度校核（1）. 确定公式中的各参数（2）. 校核计算 载荷系数；由2194页图9-13查得，有 圆周力 齿形系数和应力校正系数 由2198页表9-10查得，；用线性差值求，有 许用弯曲应力由2202页图9-20得，由2204页图9-22得，；取安全系数，则大小齿轮齿根弯曲疲劳强度均满足。2. 低速齿轮的设计1）. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数2）. 按齿面接触强度计算（1）. 确定公式内的各计算数值a. 选用直齿圆柱齿轮传动。b. 大、小齿轮都选用软齿面。由2188页查表9-2选大小齿轮的材料均为45钢，小齿轮调质，齿面硬度为230HBS，大齿轮常化，齿面硬度为190HBS。c. 选取精度等级。带式输送机为一般工作机器，速度不高，故选用八级精度。d. 选小齿轮齿数，大齿轮齿数，圆整后取为104。根据如下设计计算公式进行试算，即 试选载荷系数。 计算小齿轮传递的转矩由2201页中表9-12，由于两支承相对于小齿轮作不对称布置，故选取齿宽系数。 由2200页中表9-11查得材料的弹性影响系数。 由2206页中图9-23（d）按齿面硬度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。 按如下公式计算应力循环次数式中，为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；为齿轮的工作寿命（单位为，一年工作300天）。 由2203页中图9-21取接触疲劳寿命系数，。 接触疲劳许用应力计算，取失效概率为1%，安全系数S=1，得：取较小值 （2）. 计算并确定齿轮参数3）. 几何尺寸计算（1）. 分度圆直径（2）. 中心距 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 计算圆周速度 计算齿宽 计算齿宽和齿高之比 计算载荷系数，根据，八级精度，由2194页中图9-13查得动载荷系数；由2195页表9-6查得；由2193页中表9-5查得使用系数；由2196页表9-7查得；由2197页中图9-17查得； 载荷系数为。 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由如下公式计算得 计算模数的大小。由2198页表9-9查标准模数系列，取。（3）. 齿宽4）. 按齿根弯曲疲劳强度校核（1）. 确定公式中的各参数（2）. 校核计算；取，则。 载荷系数；由2194页图9-13查得，有 圆周力 齿形系数和应力校正系数由2198页表9-10查得，；用线性差值求，有， 许用弯曲应力 由2202页图9-20得， 由2204页图9-22得，；取安全系数，则大小齿轮齿根弯曲疲劳强度均满足。1. 轴的选择与结构设计（1）.初步确定各轴的最小直径（2）.联轴器的尺寸选取（三）轴的设计与各轴轴径计算轴是组成机械的主要零件，它支撑其他回转件并传递转矩，同时它又通过轴承和机架连接。所有轴上零件都围绕轴心做回转运动，形成一个以轴为基准的组合体轴系部件。先按2370页式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45#钢，调质处理。 输入轴：取， 中间轴：取， 输出轴：取，l 输入轴端联轴器选取输入轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的输入轴直径与联轴器1的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查2346页表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准1317页GB/T 5014-2003，选用GY4型凸缘联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。l 输出轴端联轴器选取输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的输入轴直径与联轴器2的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查2346页表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准1318页GB/T 5014-2003，（3）.确定轴的结构与尺寸选用GY7型凸缘联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。输入轴结构设计v 轴的选取及计算 因为输入轴通过联轴器与电动机的轴径相联，查联轴器标准，选联轴器为凸缘联轴器。标准型号GY4，与联轴器相联的轴径选取为。即I-II轴段直径取。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴段挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故取。 轴I-II段右端需制出一轴肩，故取轴II-III段的直径,取。 轴III-IV段放置轴承，取，。 轴IV-V段为中间轴上大齿轮1余留装配空间，取，。 轴V-VI段放置小齿轮1，因根据之前计算得，直接将输入轴制作为齿轮轴。取，已知小齿轮1宽度为，故取。 轴VI-VII段为轴承端挡圈定位，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，由1292页表8-155深沟球轴承（GB/T276-1994）产品目录中选取代号为6207系列轴承,其尺寸为于是取，取。 轴段VII-VIII放置轴承，取，取。输入轴示意图v 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按1217页表8-61查得轴段半联轴器与轴的连接，选用平键为，长为，半联轴器与轴的配合为。深沟球轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。v 确定轴上圆角和倒角尺寸参考2364页表15-2各轴肩处的圆角半径见输入轴示意图。中间轴结构设计根据前述所算的中间轴最小的轴径为。v 轴的选取及计算 轴VI-VII段为轴承端定位，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承。由1292页表8-155深沟球轴承（GB/T276-1994）产品目录中选取代号为6208系列轴承,其尺寸为，取轴段，长。由于轴承宽度比VI-VII轴长度小，因此需要装一轴套以便于齿轮定位，轴段轴承定位，取。 轴V-IV段为装配小齿轮3，直接将中间轴制作为齿轮轴，根据上述计算小齿轮3，。 轴III-IV段右端需制出一轴肩，取，。 轴III-II段放置大齿轮2，因根据之前计算得，。 轴I-II段取，。中间轴示意图v 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按1217页表8-61查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，长为，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，此处选轴的直径尺寸公差为。按1217页表8-61查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，长为，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，此处选轴的直径尺寸公差为。v 确定轴上圆角和倒角尺寸参考2364页表15-2各轴肩处的圆角半径见中间轴示意图。输出轴结构设计v 轴的选取及计算 因为输出轴通过联轴器与卷筒以及输送带相联，查联轴器标准，选联轴器为凸缘联轴器。标准型号GY7，与联轴器相联的轴径选取为。即I-II轴段直径取。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴段挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故取。 轴I-II段右端需制出一轴肩，故取轴II-III段的直径,取，。 轴III-IV段放置轴承，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，由1292页表8-155深沟球轴承（GB/T276-1994）产品目录中选取代号为6209系列轴承,其尺寸为取，。 轴IV-V段为轴承端定位，并且为输出轴上大齿轮2余留装配空间，取，。 轴IV-V段右端需制出一轴肩用于大齿轮2的定位，而对于轴V-VI段，当轴肩作为齿轮定位时，可适当增大轴肩段的直径，因此，取，。 轴VI-VII段安装大齿轮2，取，。 轴段VII-VIII放置轴承，并通过轴承和套筒来定位大齿轮2，取，取。输出轴示意图v 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按1217页表8-61查得与半联轴器相连轴上的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，长为，故选择联轴器轮毂与轴的配合为，深沟球轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为；而与齿轮相连轴上的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，长为63mm，故选择齿轮轮毂与轴的配合为。v 确定轴上圆角和倒角尺寸参考2364页表15-2各轴肩处的圆角半径见输出轴示意图。2.轴的校核(1). 高速轴的校核按弯扭合成进行轴的强度校核：(1) .画轴的受力简图，如下图所示(2).计算轴的受力；（3）.计算总弯矩 垂直面：，；，；解得，水平面：(2). 中间轴的校核，；，；解得，总弯矩选用45号钢的安全。按弯扭合成进行轴的强度校核：（1）.画轴的受力简图，如下图所示（2）.计算轴的受力；（3）.计算总弯矩 垂直面：，；，；解得，水平面：，；，；解得，总弯矩(3). 低速轴的校核选用45号钢的安全。按弯扭合成进行轴的强度校核：（1）.画轴的受力简图，如下图所示(2).计算轴的受力；（3）.计算总弯矩 垂直面：，；，；解得，水平面：，；，；解得，总弯矩选用45号钢的安全。（1）. 高速轴的轴承寿命校核(四)、轴承的校核 轴承是支承轴的零件，其功用有两个：支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；减轻转轴与支承之间的摩擦和磨损。 与滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小、效率高、润滑简便及易于互换等优点，所以应用广泛。它的缺点是抗冲击能力差，高速时有噪声，工作寿命也不及液体摩擦滑动轴承。 由于转速较高，轴向力又比较小，故选用深沟球轴承。具体结构图如下。初步确定当量动载荷P，根据公式按照2317页表13-4，取X=1，Y=0。318页表13-6，取。确定轴承应有的基本额定动载荷值C，根据公式对于球轴承，。根据1292页，取深沟球轴承6207基本动载荷。所以选择一对6207轴承合适，并且可查得，D=72mm，d=35mm，B=17mm。（2）. 中间轴的轴承寿命校核（3）. 低速轴的轴承寿命校核初步确定当量动载荷P，根据公式按照2317页表13-4，取X=1，Y=0。318页表13-6，取。确定轴承应有的基本额定动载荷值C，根据公式对于球轴承，。根据1292页，取深沟球轴承6208基本动载荷。所以选择一对6208轴承合适，并且可查得，D=80mm，d=40mm，B=18mm。初步确定当量动载荷P，根据公式按照2317页表13-4，取X=1，Y=0。318页表13-6，取。确定轴承应有的基本额定动载荷值C，根据公式对于球轴承，。根据1292页，取深沟球轴承6209基本动载荷。所以选择一对6209轴承合适，并且可查得，D=85mm，d=45mm，B=19mm（五）键连接强度校核键连接强度校核普通平键连接的强度条件为公式中：为传递转矩；为键与轮毂键槽的接触高度，为键的高度；为键的工作长度；为轴的直径，为键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压力，见2107页表5-1。根据公式，得键1：键2：键3：键4：键5：根据2107页表5-1，取100-120MPa所以四个键均满足要求。（六）、箱体主要结构尺寸由180页，表4-6得 箱座（体）壁厚：，取。 箱盖壁厚：，取。（1）. 轴承端盖的设计说明 箱座、箱盖、箱座底凸缘厚度： 地脚螺栓直径及数目：，取；，取。 轴承旁连接螺栓直径：， 箱盖、箱座连接螺栓直径：，取。 轴承端盖螺钉直径：取，螺钉数目为4个。 检查孔盖螺钉直径：取。 定位销直径：。（七）、减速器附件及说明高速轴端盖：,取62mm。，取68mm。中间轴端盖:，取70mm。，取76mm。低速轴端盖：，取75mm。，取82mm。（2）. 游标的设计说明（3）. 排油孔螺栓的设计由游标上面的油痕来判断油面的高度是否合适。游标的尺寸：使用M12 的螺纹为避免浸油润滑的搅油功耗太大和保证轮齿啮合区的充分润滑，传动体浸入油中的深度不宜太深或太浅，一般浸油深度以浸油齿轮的一个齿高为适度，速度高的还可浅些（约为0.7倍齿高左右），但不应少于10mm,又因为下箱内壁底与大齿轮顶圆的间距应不小于3050mm,取大齿轮顶圆到下箱内壁距离为50mm，大齿轮的一个全齿高为，故取液面高度为50mm。（4）.其他 附件及说明为了保证减速器正常工作和具备完善的性能，如检查传动件的啮合情况、注油、排油、通气和便于安装、吊运等。减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附件。 视孔盖和窥视孔：在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固。 油螺塞： 放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。 起盖螺钉：减速器在安装时，为了加强密封效果，防止润滑油从箱体剖分面处渗漏，通常在剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因粘接较紧而不易分开。为了便于开启箱盖，设置起盖螺钉，只要拧动此螺钉，就可顶起箱盖。 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆柱定位销，以提高定位精度。 吊耳：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体。（八）减速器的密封和润滑 齿轮的润滑低速级大齿轮的圆周速度为V=0.844m/s<12m/s 所以采用浸油润滑，应没过中间大齿轮齿顶，满足使大齿轮浸没超过一个齿高h=4.5mm的要求。 轴承的润滑采用油脂润滑，为了防止油液进入轴承，在箱体内设置封油环。对于中间的轴承座， 由于结构要求紧凑，油脂不容易添加，采用了刮油润滑。因此，在内箱壁上用螺栓固定一刮油润滑采用刮油板，从齿轮上刮下的油可以通过刮油板下方的导油槽流到中间轴承座上的注油孔，然后流入轴润滑承座。轴伸出端的密封：高速轴：密封处轴径的圆周速度低速轴：密封处轴径的圆周速度由于圆周速度较小所以都采用毡圈式密封。四、 设计小结机械设计课程设计是机制专业的主要课程之一，它要求学生能结合课本的学习，综合运用所学的基础和技术知识，联系生产实际和机器的具体工作条件，去设计合用的零部件及简单的机械，起到从基础课程到专业课程承先启后的桥梁作用，有对机械设计工作者进行基础素质培养的启蒙作用。 机械设计课程设计的过程是艰辛而又充满乐趣的，在这短暂的设计时间里，我们不仅对机械设计的基本过程有了一个初步的认识和了解，即初步接触到了一个真机器的计算和结构的设计，也通过查阅大量的书籍，对有关于机械设计的各种标准有了一定的认识，也加强了对课本的学习和认识。通过这次的设计，我认识到一些问题是我们以后必须注意的。第一，设计过程决非只是计算过程，当然计算是很重要，但只是为结构设计提供一个基础，而零件、部件、和机器的最后尺寸和形状，通常都是由结构设计取定的，计算所得的数字，最后往往会被结构设计所修改。结构设计在设计工作中一般占较大的比重。第二，我们不能死套教材，教材中给出的一些例题或设计结果，通常只是为表明如何运用基础知识和经验资料去解决一个实际问题的范例，而不是唯一正确的答案。所以我们必须要学会查阅各种书籍和手册，利用现有的资源再加上自己的构想和创新，才能真正完成一个具有既有前景和使用价值又能普遍推广，价格低廉的新产品。因此，全力追索不断增殖的设计能力才是学习机械设计的中心思想。第三，创新是一个民族的灵魂，是我们国家兴旺发达的不竭动力。创新在机械设计过程当中体现的更是淋漓尽致，我们所设计出来的东西必须得超过以前的才具有社会实用价值，因此我们首先要有敢于突破束缚、突破惯例和大胆否定现有的一些东西，同时也要有宽广而坚实的基础知识和创新思维与细心观察的能力。虽然在这次的设计过程当中大部分都是参照教材所设计，只有小部分是通过自己创新所形成，但在选用各种零部件时是个人根据标准选定的，以使各种零部件组装成最好的一个减速器。因此也体现了创新的思想。五、参考文献1 陈秀宁，施高义. 机械设计课程设计（第四版）.杭州：浙江大学出版社，2012.72 沈萌红. 机械设计. 武汉：华中科技大学出版社，2012.9