机械设计课程设计带轮二级斜齿圆柱齿轮减速器设计说明书.doc

目 录第一章 机械设计目内容与计的的课程设1 一课程设计的目的1 二课程设计的内容和任务1 三课程设计的步骤1 四课程设计的有关注意事项2第二章 传动装置的总体设计.3 一分析和拟定传动方案3 二选择电动机型号4 三计算总传动比和合理分配传动比6 四计算传动装置的运动和动力参数6第三章 传动零件的设计7 一选择联轴器的类型和型号7 二设计减速器外传动零件7 三设计减速器内传动零件8第四章 减速器箱体的设计23第五章 润滑方式和密封类型的选择24个人总结.26一、机械设计课程设计的目的与内容1 ）课程设计的目的机械设计课程是使学生接受较全面的设计训练课程，也是相当重要的一个教学环节，其目的是：（1）培养综合运用已学的有关理论知识去分析和解决实际问题的能力，形成理论联系实际的正确设计方法。（2）学习并掌握通用机械零部件，机械传动及一般机械设计的基本方法和步骤。（3）提高学生在机械设计方面的能力，如技算、制图，运用设计资料的能力及数据处理 能力。2）课程设计内容：（1）选择电动机（2）分配传动比（3）传动装置运动和动力参数的计算（4）传动件(如齿轮传动、带传动)的设计计算（5）齿轮的结构设计（6）轴的设计（6）轴承及其组合部件设计（7）键联接和联轴器的选择与校核（8）润滑设计（9）箱体、机架及附件的设计（10）确定机械传动中哪些零件需要做强度计算，并进行计算（11）装配图和零件图的设计与绘（12）设计计算说明书的编写3）设计准备 (1)阅读和研究设计任务书,明确设计内容和要求；分析设计题目,了解原始数据和工 作条件 (2)通过参观（模型、实物、生产现场)、看电影录像、参阅设计资料以及必要的调研等途径了解设计对象； （3）阅读本书有关内容，明确并拟定设计过程和进度计划。4）传动装置的总体设计 （1）分析和拟定传动装置的运动简图； （2）选择电动机；（3）计算传动装置的总传动比和分配各级传动比；(4）计算各轴的转速、功率和转矩。5）各级传动的主体设计计算    （1）设计计算齿轮传动、蜗杆传动、带传动和链传动等的主要参数和尺寸。    （2）计算各传动件上的作用力6）装配草图的设计和绘制   （1）装配草图设计准备工作：主要分析和选择传动装置的结构方案； （2）初绘装配草图及轴和轴承的计算：作轴、轴上零件和轴承部件的结构设计； 校核轴的强度、滚动轴承的寿命和键、联轴器的强度； （3）完成装配草图，并进行检查和修正。7）装配工作图的绘制和总成    （1）绘制装配图； （2）标注尺寸、配合及零件序号； （3）编写零件明细栏、标题栏、技术特性及技术要求等。  8）零件工作图的设计和绘制  （1）齿轮类零件的各种图； （2）轴类零件的工作图； （3）箱体、机架类零件的工作图。具体内容由设计知道教师指定。9)设计计算说明书的编写 （1）内容包括所有的计算，并附有必要的简图； （2）设计总结。10)设计总结一、 电动机的选择1.选择电动机类型和结构形式： 减速器在常温下连续工作，载荷平稳，对启动无特殊要求，但工作环境灰尘较多，故选用Y型全封闭自扇式型三相异步电动机，电源电压为380V。结构形式为卧式电动机。2.确定电动机的功率： 工作机所需功率 电动机的工作效率电动机到运输送带的总效率为由表127查得：V带传动效率=0.96;滚子轴承效率=0.98（两对齿轮轴承和一对卷筒轴轴承）;，齿轮副效率；齿轮联轴器效率=0.99；卷筒效率=0.96，代入得查表13-1，选电动机额定功率为4kW 3.确定电动机的功率 卷筒轴工作转速为按表12-6推荐的转动比合理范围，取V带传动带传动比；由表2-1知，一级圆柱齿轮减速器传动比，总传动比范围,电动机转速的可选范围为 符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min三种可查得三种方案， 如下表：方案电动机型号额定功率/kW电动机转速/同步转速满载转速1Y112M-441500r/min1440r/min2Y132M1-641000r/min960r/min3Y160M1-84750r/min720r/min 综合考虑减轻电动机及传动系统的质量和节约资金，选用第一方案。因此选用电动机型号为Y112M-4，其主要性能表如下：电动机型号额定功率同步转速满载转速Y112M-44150014402.22.2 Y112M-4电动机主要外形和安装尺寸见下表：中心高H外形尺寸安装尺寸轴伸尺寸平键尺寸112190 二、 计算传动系统的总传动比和分配各级传动比1.传动系统的总传动比2.分配传动系统传动比式中、带传动和减速器的传动比。 为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取=3，则减速器传动比所得减速器传动比值符合一般单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。三、 机械传动系统运动和动力参数的计算1.各轴的输入功率 电动机轴 I轴 = II轴 卷筒轴 2. 各轴的转速I轴 II轴 卷筒轴 3. 各轴的转矩电动机轴 I轴 II轴 卷筒轴 将机械传动系统运动和动力参数的计算数值列表中如下：计算项目电动机轴高速轴I低速轴II卷筒轴功率/kW43.843.653.54转速/(r/min)1440480104.35104.35转矩/(Nm)26.5376.4334.04323.98传动比34.31效率0.960.950.97四、V带传动的设计 设计一个由电动机驱动的带式运输机的普通V带传动。电动机型号Y112-4，额定功率P=4kW，转速1440r/min ,运输机转速480r/min ，每天工作16小时。V带传动设计步骤如下表：设计项目设计内容和依据计算结果1.设计功率查表912查得工况系数 2.选择带型根据和，由图910选A型普通V带选A型普通V带3.带轮基准直径参考表94、96、910，取大带轮基准直径由表94去4.验算传动比误差则从传动比误差在允许±5%范围内在允许范围内5.验算带速在525m/s范围内，带速合适带速在允许范围内6.确定中心距a及带的基准长度（1）初定中心距： 因此取（2）初算长度（3）确定带基准长度由表92取（4） 确定实际中心距 安装时所需最小中心距=紧张或补伸长偿所需最大中心距=7.验算小带轮包角 = =包角合适8.单根V带额定功率根据，由表97查得A型带9.额定功率增量由表99查得=10.确定V带的根数Z由表911查得由表92查得 =3.79根取Z=4根Z=4根11.确定带的初拉力由表91查得A型带 =12.计算带对轴的压力 = =13.带轮结构尺寸及零件工作图略五、 斜齿轮传动的设计 设计一个由电动机驱动的带式运输机的普通V带传动。电动机型号Y112-4，输入功率P=4kW，转速1440r/min，传动比，已知带式运输机连续单向运转，原动机为电动机，减速器使用期限为10年，每年300天，每天工作16小时。斜齿轮设计计算步骤如下：计算项目 设计计算与说明计算结果1. 选择齿轮材料、热处、理齿面硬度、精度等级及齿轮（1）选择精度等级（2）选取齿轮材料、热处理方法及齿面硬度 （3） 选择齿数2. 按齿面接触疲劳强度设计（1） 选载荷系数（2） 初选螺旋角（3） 小齿轮转矩（4） 选取齿宽系数（5） 弹性系数（6） 节点区域系数（7）端面重合度（8）轴面重合度（9）重合度系数（10）螺旋角系数（11）接触疲劳强度极限、（12）接触应力循环次数、（13） 接触疲劳强度寿命系数、(14)接触疲劳强度安全系数(15)计算许用接触应力、 （16） 计算分度圆直径（17） 计算圆周速度（18）（18) 确定载荷系数K(19) 修正小齿轮分度圆直径3. 确定齿轮传动主要参数和几乎尺寸(1)确定法面模数（2）计算分度圆直径、（3）计算传动中心距（4） 计算齿宽、(5) 确定螺旋角4. 校黑齿根弯曲疲劳强度（1）当量齿数、(2)齿轮系数、（3）应力修正系数、(4) 弯曲疲劳强度极限、（5）弯曲疲劳强度寿命系数、（6）弯曲疲劳强度安全系数（7）计算许用弯曲应力、（8） 重合度系数（9） 螺旋角系数(10)校核齿根弯曲疲劳强度选用8级精度应传递功率较小，选用软齿面齿轮传动。参考书上表56小齿轮:45钢（调质），硬度为250 HBS大齿轮：45钢（正火），硬度为200 HBS为增加传动的平稳性，选，在误差范围内。因选用闭式软齿面传动，故按齿面接触疲劳强度设计，然后校核弯曲疲劳强度。按式（535），设计公式为试选载荷系数=1.5初选螺旋角 由表514，选齿宽系数由表512，查取弹性系数由图540， = =由图524查得，由式（528） =由图526差得接触疲劳强度寿命系数：、取失效概率为1%，接触强度最小安全系数取由表510查取使用系数根据，由图528，动载系数根据，由图529，齿间载荷系数分配系数由表511，齿间载荷分配系数故载荷系数 由表51，圆整为标准值圆整为取、按式（551），校核公式为由表513、由表513,由图525查得，由图527查得,去弯曲强度最小系数 由式（529)由图541， 8级精度小齿轮:45钢，250 HBS大齿轮：45钢，200 HBS=1.5=0.592=0.99= =25.9=111.2 、=故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够小齿轮序号名称符号计算公式及准确值1齿顶高haha=1.252齿根高hfhf=(ha*+c*)·=1.25=1.563齿高hh= ha + hf=2.25=2.815分度圆直径dd=306齿顶圆直径7齿顶圆直径8中心距aa=()/=81大齿轮序号名称符号计算公式及准确值1齿顶高haha=1.252齿根高hfhf=(ha*+c*)·=1.25=1.563齿高hh= ha + hf=2.25=2.815分度圆直径dd=1336齿顶圆直径7齿顶圆直径8中心距aa=()/=81六、 齿轮的结构设计齿顶高 齿顶圆直径 则，可以做成实心结构的齿轮；，可做成辐版式结构齿轮。辐板式结构图：七、高速轴的设计设计带式运输机一级斜齿轮减速器的高速轴，已知电动机的功能 ，转速，传动零件（齿轮）的主要参数及尺寸为：法面参数，传动比，小齿轮齿数，大齿轮齿数，分度圆上的螺旋角=，小齿轮分度圆直径，大轮分度圆直径,中心距，小齿轮的轮榖宽度，大齿轮的轮毂宽度。 1.选择轴的材料该轴屋特殊要求，因而选用调质处理的45钢，由机械设计基础书中表101知，、。 2.初步估算轴径 按扭转强度估算输出端联轴器处的最小轴径。现据机械设计基础书中表1017,按45钢，取C=110，输出的功率=(为联轴器的效率，去0.99；为滚动轴承效率，去0.96；为齿轮啮合效率，去0.98）；输出轴的转速 根据机械设计基础书中公式(1032)得： 由于安装联轴器有一个键槽，轴径应增加5%；为使所选轴径与联轴器孔径相适应，须同时选取联轴器。从手册上查得，选用HL2弹性柱销联轴器。故去轴与联轴器连接的轴径30mm。3.轴的结构设计根据齿轮减速器的简图确定的轴上主要零件的布置图和轴的初步估算定出的轴径，进行轴的结构设计。（1） 轴上零件的轴向定位。齿轮的一端靠轴肩定位，另一端靠套筒定位，装拆、传力均较方便；两端轴承常用同一尺寸，一边与购买、加工、安装和维修；为便于装拆轴承，轴承处轴肩不宜太高（其高度的最大值可以从轴承标准中查去），故左边轴承与齿轮间设置两个轴肩，轴上零件的装配方案如下： （2） 轴上零件的周向定位。齿轮与轴、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。根据设计手册，并考虑便于加工，取在齿轮、半联轴器处的键剖面尺寸，配合均用，滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴尺寸公差为 （3）确定各段轴径和长度 轴径:从联轴器左端开始 轴长：取决于轴上零件的宽度及他们的相对位置。选用7008C轴承，其宽度为15mm齿轮端面至箱壁间的距离；考虑到箱体的铸造误差，装配图留有余地，去滚动轴承与箱体内边距离s=5mm；轴承处箱体凸缘宽度，应按箱盖与箱座连接螺栓尺寸及结构要求确定，暂取宽度=轴宽度+,取30mm,轴承盖厚度取为20mm，轴承盖与联轴器间距离取为15mm;已知半联轴器与轴配合长度为44mm；为使压板压住半联轴器，取其相应轴长为42mm；齿轮轮毂宽，为使套筒压住齿轮段面，取相应轴长57mm。根据以上考虑可确定每段轴长，并可算处出轴承与齿轮，联轴器间的宽度 （4）轴的结构工艺性。考虑轴的结构工艺性，在轴的左端与右端均制成倒角，左端支承的轴颈为了磨销到位，留有砂轮越程超槽。4、轴的强度校核先作出轴的受力计算简图（即力学模型）所示，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点。 （1）求齿轮上作用力的大小、方向 齿轮上作用力的大小：转矩 圆周力 径向力 轴向力 的方向如下图a:(2) 球轴承的支反力：水平面上支反力 垂直面上支反力 (3) 画弯矩如下图b、c、d：截面C处的弯矩：水平面上的弯矩 垂直面上的弯矩 合成弯矩 （4）画转矩如下图e: （5）画当量弯矩图如下f。因单向回转，按脉动循环剪应力处理，则 截面C处的当量弯矩： 截面C左侧(转矩为零) 截面C右侧（转矩不为零） （6）判断危险截面并验算强度。截面C当量弯矩最大，故截面C为危险截面。已知，故 所以该轴的强度足够。八、低速轴的设计设计带式运输机一级斜齿轮减速器的低速轴，已知电动机的功能 ，转速，传动零件（齿轮）的主要参数及尺寸为：法面参数，传动比，小齿轮齿数，大齿轮齿数，分度圆上的螺旋角=，小齿轮分度圆直径，大轮分度圆直径,中心距，小齿轮的轮榖宽度，大齿轮的轮毂宽度。 1.选择轴的材料该轴屋特殊要求，因而选用调质处理的45钢，由机械设计基础书中表101知，、。 2.初步估算轴径 按扭转强度估算输出端联轴器处的最小轴径。现据机械设计基础书中表1017,按45钢，取C=110，输出的功率=(为联轴器的效率，去0.99；为滚动轴承效率，去0.96；为齿轮啮合效率，去0.98）；输出轴的转速 根据机械设计基础书中公式(1032)得： 由于安装联轴器有一个键槽，轴径应增加5%；为使所选轴径与联轴器孔径相适应，须同时选取联轴器。从手册上查得，选用HL4弹性柱销联轴器。故去轴与联轴器连接的轴径50mm。3.轴的结构设计根据齿轮减速器的简图确定的轴上主要零件的布置图和轴的初步估算定出的轴径，进行轴的结构设计。（3） 轴上零件的轴向定位。齿轮的一端靠轴肩定位，另一端靠套筒定位，装拆、传力均较方便；两端轴承常用同一尺寸，一边与购买、加工、安装和维修；为便于装拆轴承，轴承处轴肩不宜太高（其高度的最大值可以从轴承标准中查去），故左边轴承与齿轮间设置两个轴肩，轴上零件的装配方案如下： （4） 轴上零件的周向定位。齿轮与轴、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。根据设计手册，并考虑便于加工，取在齿轮、半联轴器处的键剖面尺寸，配合均用，滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴尺寸公差为 （3）确定各段轴径和长度 轴径:从联轴器左端开始 轴长：取决于轴上零件的宽度及他们的相对位置。选用7212C轴承，其宽度为22mm齿轮端面至箱壁间的距离；考虑到箱体的铸造误差，装配图留有余地，去滚动轴承与箱体内边距离s=5mm；轴承处箱体凸缘宽度，应按箱盖与箱座连接螺栓尺寸及结构要求确定，暂取宽度=轴宽度+,取30mm,轴承盖厚度取为20mm，轴承盖与联轴器间距离取为15mm;已知半联轴器与轴配合长度为84mm；为使压板压住半联轴器，取其相应轴长为82mm；齿轮轮毂宽，为使套筒压住齿轮段面，取相应轴长78mm。根据以上考虑可确定每段轴长，并可算处出轴承与齿轮，联轴器间的宽度 （4）轴的结构工艺性。考虑轴的结构工艺性，在轴的左端与右端均制成倒角，左端支承的轴颈为了磨销到位，留有砂轮越程超槽。4、轴的强度校核先作出轴的受力计算简图（即力学模型）所示，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点。 （1）求齿轮上作用力的大小、方向 齿轮上作用力的大小：转矩 圆周力 径向力 轴向力 的方向如下图a:(4) 球轴承的支反力：水平面上支反力 垂直面上支反力 (5) 画弯矩如下图b、c、d：截面C处的弯矩：水平面上的弯矩 垂直面上的弯矩 合成弯矩 （4）画转矩如下图e: （5）画当量弯矩图如下f。因单向回转，按脉动循环剪应力处理，则 截面C处的当量弯矩： 截面C左侧(转矩为零) 截面C右侧（转矩不为零） （6）判断危险截面并验算强度。截面C当量弯矩最大，故截面C为危险截面。已知，故 所以该轴的强度足够。九、 减速器箱体的设计1、结构设计采用铸造的方法制造。考虑到安装方便，采用剖分式结构，使剖分面通过轴心线。箱体要有足够的刚度。首先保证足够的壁厚，取为保证箱体的支撑刚度，轴承座应有足够的厚度，并设置加强肋，选用外肋结构。 另外，箱座底凸缘宽度应超过箱体的内壁应超过箱体内壁为提高轴承座处的联接刚度，座孔两侧的连接螺栓应尽量靠近轴承，为此轴承座附近做出凸台，有一定高度以留出足够的扳手空间，但不超过轴承座外圆。2、 箱体结构要有良好的工艺性 采用铸造箱体，所以注意铸造的工艺要求，例如注意力求壁厚均匀、过渡平缓，外形简单，以便拔模方便等。 设计箱体结构形状时，应尽量减小机械加工面积，减少工件和刀锯的的调整次数。例如同一轴心线上的两轴承座孔的直径应尽量一致，以便镗孔并保证镗孔精度。箱体的加工面与非加工面必须严格分开，加工处做出凸台()。螺栓头部或螺母接触处做出沉头座坑。箱体形状力求均匀、美观。3、附件的结构设计 要设计启盖螺钉，其上的螺纹长度要大于箱盖联接凸缘的厚度，钉杆端部要做成圆柱形，加工成半圆形，以免顶坏螺纹。为了保证剖分式箱体轴承座孔的加工与装配精度，在箱体联接凸缘的长度方向两端各设一圆锥定位销。两销间的距离尽量远，以提高定位精度。定位销直径一般取，取，长度应大于箱盖和箱座联接凸缘的总厚度，以利于装拆。 为了拆卸及搬运减速器，在箱盖上装有吊环，直接在箱盖上铸出；在箱座两端凸缘下面直接铸出吊钩，用于调运整台减速器。 根据机械设计课程设计书中表4-1计算得铸铁减速器箱体的主要结构 铸铁减速器箱体结构尺寸、名称、符号、减速器型式及尺寸关系：名称符号减速器型式、尺寸/mm箱座壁厚4箱盖壁厚13箱盖凸缘厚度b15箱座凸缘厚度b6箱座底凸缘厚度b210地脚螺钉直径 df16地脚螺钉数量n4轴承旁连接螺栓直径d112盖与座连接螺栓直径d29连接螺栓的间距1 110轴承端盖螺钉直径 d38检查孔盖螺钉直径d46定位销直径d7至外箱壁距离 C116 个人总结 这次课程设计是我第一次独立的进行比较完整的设计。通过课程设计，把原先获得的一些理论知识很好的结合起来，诸如：机械制图、工程力学、金属工艺学、公差与配合等，在设计过程中综合并加以应用，使它们得到了重温。尽管其中可能含有诸多不足之处，但通过这次机械设计课程设计大作业，使我理解了许多在学习过程中自己没办法理解的调侃，懂得了机械装备及其中的零件搭配要领，认识到参考资料的重要作用。经过这次的机械设计，我从中学到了很多，这对于我以后参加工作增加了许多的宝贵经验。作为一名机电班的学生来讲，这是一项必须掌握的技能，这为我以后的工作提供了一定的基础。在这次设计中我遇到了很多的困难，有很多的设计需要查阅资料，所以在设计过程中我翻阅了大量的资料，从中采用了标准数据。在翻阅资料的同时又从中掌握了的数据选取的基本方法，数据的处理等问题，从而使设计更合理。在设计的过程中，我遇到了许多难以想象的问题，但是经过一番努力之后，最终完成了任务。参考资料1、 陈立德 . 机械设计基础（第二版） . 高等教育出版社 . 2、 陈立德 .主编.牛玉丽.副主编 机械设计课程设计指导书（第二版）. 高等教育出版社 . 3、 杨黎明 . 机械零件设计手册 . 北京 . 国防工业出版社 . 19864、 濮良贵 . 机械设计书 . 高等教育出版社 . 1996