机械设计课程设计带式运输机所用的圆柱齿轮减速器.doc

目 录一、课程设计任书 2二、电动机的选择 4三、传动装置的运动和动力参数计算 5四、V带传动设计 6五、减速器高速级齿轮设计 8六、减速器低速级齿轮设计 12七、轴的设计计算 （输入轴） 17八、轴的设计计算及强度校核 （中间轴） 18九、轴的设计计算 （输出轴） 24十、滚动轴承的选择及计算 24十一、键连接的选择及校核计算 25十二、润滑与密封 26十三、连轴器的选择 27十四、减速器附件的选择 27十五、参考资料 28十六、心得体会 28 一 课题设计任务书一、 目的及要求：机械设计课题的设计主要是培养学生的机械设计的综合能力。通过自己动手，可以体会和巩固先修课程的理论和实际知识，同时还能学习如何运用标准、规范、手册等有关国家标准及技术手册，更重要的是可以提高学生从机器功能的要求、尺寸、工艺、经济和安全等诸多方面综合考虑如何设计的能力，从而树立正确的设计思想。课程结束每个学生必须完成：1 一张减速器装配图（用A1或A0图纸绘制）；2 齿轮和轴的零件图各一张；3 设计说明书一份（约60008000字）。二、 设计题目: 设计运送原料的带式运输机所用的圆柱齿轮减速器，具体内容是：1 设计方案论述。2 选择电动机。3 减速器外部传动零件设计。4 减速器设计。1) 设计减速器的传动零件；2) 对各轴进行结构设计，按弯扭合成强度条件验算个轴的强度；3) 按疲劳强度条件计算输出轴上轴承的强度；4) 选择各对轴承，计算输出轴上轴承的寿命；5) 选择各键，验算输出轴上键连接的强度；6) 选择各配合尺寸处的公差与配合；7) 决定润滑方式，选择润滑剂；5. 绘制减速器的装配图和部分零件工作图；6. 编写设计说明书。三、 已知条件1. 展开式二级齿轮减速器产品。2. 动力来源 ：电力，三相交流，电压380/220V。3. 输送带工作拉力T=410N·m。4. 输送带工作速度=0.8m/s。5. 滚筒直径D=340mm。6. 滚筒效率=0.96（包括轴承与滚筒的效率损失）。7. 工作情况：两班制，连续单向运行，载荷较平稳。四、分析减速器的结构1、传动系统的作用：作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调二者的转速和转矩。2、传动方案的特点：特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。3、电机和工作机的安装位置：电机安装在远离高速轴齿轮的一端；工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。4、画传动系统简图： 二 电动机的选择计算及说明结果选择电动机类型 按工作要求：连续单向运转，载荷平稳；选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。稳定运转下运送带滚筒所需功率： 运送带滚筒转速为：由P5表1-7查得1（联轴器）=0.99，2（球轴承）=0.99，3（齿轮传动8级精度）=0.97，4（V带）=0.96。电动机至运送带滚筒之间的总效率为： =所以电动机所需功率为 由表12-1查出符合设计要求并综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等选定电动机型号为Y100L2-4，则所选取电动机：额定功率为 满载转速为 P=1.929KW型号为Y100L24n=1430r/minP=3KW 三 传动装置的运动和动力参数计算计算及说明结果总传动比 选用等浸油深度原则，查表1-8得 =2.9（带轮）；=3.8；=2.9名级效率： 第一级效率： 第二级效率： 第三级效率：计算各轴的转速功率和转矩：1、转速：轴I： 轴II：轴III：n2、 输出功率：轴I： 轴II： 轴III：3、 输出转矩：轴I：轴II： 轴III： 参数轴名输出功率P（KW）转速n(r/min)输出转矩T（N.M）传动比i效率轴I 2.85493.155.23.80.960轴II2.737129.76201.62.90951轴III2.60344.7556四 V带传动设计计算及说明结果1确定计算功率 由表8-6查得工作情况系数，故 2选取窄V带带型 根据和转速，由图8-11确定 选用A型。3. 确定带轮基准直径 由表8-8初选主动轮基准直径。根据式（8-15），从动轮基准直径。根据表8-8， 即为基准系列。 所以带的速度合适。4. 确定窄V带的基准长度和传动中心距 根据，初步确定中心距。计算带所需的基准长度由表8-2选带基准长度。计算实际中心距a 5. 验算主动轴上的包角 由式（8-6）得 所以主动轮上的包角合适。6. 计算窄V带的根数z由式（8-22）知由，查表8-4a和表8-4b得 查表8-5，得 ，查表8-2，得 ，则 取。7. 计算预紧力 查表8-3，得 ，故 8. 计算作用在轴上的压轴力 9查表8-10，带轮宽度B=（z-1）e+2f=(3-1)15+29=48mm10带轮结构设计 材料选用HT200.V带A型B=48mm五、减速器高速级齿轮设计计算及说明结果1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用斜齿圆柱齿轮传动如上图所示，有利于保障传动的平稳性；2）设备为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。3）材料选择。由表10-1选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮，故选。5）初选螺旋角14°2按齿面接触强度设计齿面接触强度计算公式为：1）确定公式内的各计算数值 试选Kt=1.6。 由图10-30<区域系数ZH>选取区域系数。 由图标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得=0.775，=0.87，则=1.645。 由表10-7选取齿宽系数。 由表10-6查得材料的弹性影响系数。 由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。 由式10-13计算应力循环次数 由图10-19 查得接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数s=1，由式得 2）计算 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 计算圆周速度 计算齿宽b及模数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 取，根据，8级精度，由图10-8查得动载系数；由 表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得 计算模数3按齿根弯曲强度设计 由式（10-17） 1）确定计算参数 计算载荷系数 根据纵向重合度，从图<螺旋角影响系数>查得螺旋角影响系数。 计算当量齿数 查取齿形系数 由表<齿形系数及应力校正系数>查得； 查取应力校正系数 由表<齿形系数及应力校正系数>查得； 查取弯曲疲劳强度极限 由图10-20c 查得小齿轮 ，大齿轮 查取弯曲疲劳寿命系数 由图10-18 查得 ， 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式（10-12），得 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取=2mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径，由，取，则,取。4.几何尺寸计算 1）计算中心距 将中心距圆整为124。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 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4）计算齿轮宽度 圆整后取；。5.结构设计 小齿轮齿顶圆直径<16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e<2,故小齿轮为齿轮轴结构。因大齿轮齿顶圆直径>16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图<腹板式结构的齿轮>荐用的结构尺寸设计齿根圆直径为 51.52*(1+0.25)*2=46.5mm 齿顶圆直径为 14°Kt=1.6=1.645 =2mm=46.5mm(六)低速级齿轮设计计算及说明结果1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用斜齿圆柱齿轮传动2）设备为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。3）材料选择。在同一减速器各级小齿轮(或大齿轮)的材料，没有特殊情况，应选用相同牌号，以减少材料品种和工艺要求,选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮，故选。5）初选螺旋角14°2按齿面接触强度设计齿面接触强度计算公式为：1）确定公式内的各计算数值 试选Kt=1.6。 由图10-30<区域系数ZH>选取区域系数。 由图标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得=0.79，=0.86，则=1.65。 由表10-7选取齿宽系数。 由表10-6查得材料的弹性影响系数。 由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。 由式10-13计算应力循环次数 由图10-19 查得接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数s=1，由式得 2）计算 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 计算圆周速度 计算齿宽b及模数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 取，根据，8级精度，由图10-8查得动载系数；由 表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得 计算模数3按齿根弯曲强度设计 由式（10-17） 1）确定计算参数 计算载荷系数 根据纵向重合度，从图<螺旋角影响系数>查得螺旋角影响系数。 计算当量齿数 查取齿形系数 由表<齿形系数及应力校正系数>查得； 查取应力校正系数 由表<齿形系数及应力校正系数>查得； 查取弯曲疲劳强度极限 由图10-20c 查得小齿轮 ，大齿轮 查取弯曲疲劳寿命系数 由图10-18 查得 ， 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式（10-12），得 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取=2mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径，由，取，则,取。4.几何尺寸计算 1）计算中心距 将中心距圆整为152.5。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 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4）计算齿轮宽度 圆整后取；。5.结构设计 小齿轮齿顶圆直径<16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e<2,故小齿轮为齿轮轴结构。因大齿轮齿顶圆直径>16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图<腹板式结构的齿轮>荐用的结构尺寸设计齿根圆直径为 782*(1+0.25)*2=73mm 齿顶圆直径为 14°Kt=1.6=1.65 =2mm=73mm(七)减速器机体结构尺寸名称符号计算公式结果箱座厚度10箱盖厚度8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度 25地脚螺钉直径M20地脚螺钉数目查手册4轴承旁联结螺栓直径M16盖与座联结螺栓直径=（0.5 0.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8视孔盖螺钉直径=（0.30.4）6定位销直径=（0.70.8）8，至外箱壁的距离查手册表112262216，至凸缘边缘距离查手册表1122414外箱壁至轴承端面距离=+（510）47.4大齿轮顶圆与内箱壁距离>1.215齿轮端面与内箱 壁距离>13箱盖，箱座肋厚78.5轴承端盖外径+（55.5）120（1轴）120（2轴）160（3轴）轴承旁联结螺栓距离120（1轴）120（2轴）180（3轴）(八)轴的结构设计按机械设计中式（152）初步计算轴的最小直径，选取轴的材料为40Cr钢,调质处理。根据资料1表15-3，取，于是得三根轴的最小直径确定: （一）中间轴设计(1)选用7307AC的轴承,s=9.5,由箱体条件可知, 挡油圈长度取为9.5+13=22.5mm, (2) 齿轮宽为,左侧有2mm定位，故取 ,右侧有一轴肩,取h=3.5,L>1.4h,故取L=6，d=45（3）齿宽，故取，d=38（4），d=35mm。（二）高速轴设计 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度(1),选用7307AC的轴承,s=9.5,挡油圈长度取为9.5+10.5=20mm, (2) 齿轮宽为,故取 ,右侧L3由结构确定（3）与相似，故取，d=35（4） ，d=35mm。（5）大带轮与轴，d=26.（三）低速轴设计5、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度（1）为了满足半联轴器安装的轴向定位要求，L1轴段右端需制出一轴肩，故段的直径。 （2）查手册，选用型弹性套柱销联轴器（3）初选滚动轴承7312AC，则其尺寸为故左边轴承安装处有挡油环,挡油圈长度取为9.5+13=22.5mm，则挡油环右侧用轴肩定位，故可取,L4由尺寸确定,右侧的轴肩d=75,齿轮部分L6=B-2=78-2=76mmL7段与L3相似进行强度校核,按弯扭组合进行校核.将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系图1图2图3其中图二中, 通过另加弯矩而平移到指向轴线图三中 通过另加转矩而平移到作用轴线上对于型轴承，轴承的派生轴向力算得所以 求轴承的当量动载荷和对于轴承1对于轴承2查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承1，对于轴承2， 9、求该轴承应具有的额定载荷值因为则有故符合要求。弯矩图的计算铅直面：。AB段：M=FNV2*x 即M=3239.1xBC段:CD段： 水平面: AB段BC段：CD段：截面处的、及的值列于下表 表4载荷水平面垂直面支持力弯矩总弯矩扭矩力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得，故安全。 5精确校核轴的疲劳强度判断危险截面分析各个截面上的弯矩与扭矩可知，N-P段所承受的应力最大，考虑到D.E段轴的直径足够大，应力的集中不大。而对于E-F截面，由于F段轴的直径比较小，致使E-F截面应力过于集中，所以判断为危险截面，应予校核。截面E-F左侧抗弯截面系数抗扭截面系数 截面E-F左侧的弯矩M为 截面上的扭转切应力为材料45钢，调质处理，。（2P362表15-1）a) 综合系数的计算由，经直线插值，知道因轴肩而形成的理论应力集中为，（2P40附表3-2经直线插入）轴的材料敏感系数为，（2P41附图3-1）故有效应力集中系数为查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，（2P42附图3-2）（2P43附图3-3）轴采用磨削加工，表面质量系数为，（2P44附图3-4）轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为b) 碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为，c) 安全系数的计算轴的疲劳安全系数为故安全。 截面E-F右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面E-F右侧的弯矩M为 截面上的扭转切应力为 材料45钢，调质处理，。（2P362表15-1）过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取=0.8，=2.54，=0.8=轴采用磨削加工，表面质量系数为，（2P44附图3-4）轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为碳钢系数的确定碳钢的特性系数取为，安全系数的计算轴的疲劳安全系数为右侧也是安全的故轴的选用安全。12、键的选择和校核一般的8级以上精度的齿轮有空心精度要求，应选用平键连接，由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（A型）取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003选用圆头普通平键（A型）取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-200313、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处圆角半径见365页高速轴的设计计算1、由总体设计知：2、求作用在齿轮上的力因已知高速级小齿轮的分度圆直径为而5、求两轴承所受的径向载荷和 求两轴承的计算轴向力和对于型轴承，轴承的派生轴向力 求轴承的当量动载荷和，。查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承1， ，对于轴承2 X2=1,Y2=0因轴承运转载荷平稳，按表13-6，取.求该轴承应具有的额定载荷值.因为则有预期寿命 故合格键的校核取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003三、低速轴的设计1、求作用在齿轮上的力2、选取材料可选轴的材料为40Cr钢，调质处理。3、计算轴的最小直径，查表可取轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相配合，且对于直径的轴有1个键槽时，应增大5%-7%，然后将轴径圆整，故取。并选取所需的联轴器型号.为减轻减速器输出端的冲击和振动，选择弹性套柱销联轴器，代号为LY。联轴器的计算转矩，查表可得，考虑到转矩变化小，故取其公称转矩为。半联轴器的孔径，长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度4、6、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普通平键型连接。轴与齿轮连接采用平键，L=70，齿轮轮毂与轴的配合为。同样半联轴器与轴连接，采用键。半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为。7、轴上齿轮所受切向力，径向力，轴向力，。8、求两轴承所受的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系求两轴承的计算轴向力和对于轴承，轴承的派生轴向力 求轴承的当量动载荷和，。查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承1 ，对于轴承2 ，因轴承运转载荷平稳，按表13-6，取。求该轴承应具有的额定载荷值.因为则有预期寿命 故合格键的校核取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003 键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度则，故合适。所以选用：键 GB/T 1096-2003