双级三轴线闭式圆柱齿轮减速器设计.doc

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1、苏州市职业大学课 程 设 计 报 告题 目 双级三轴线闭式圆柱齿轮减速器设计 课程名称 机械设计课程设计 专 业 机械制造与自动化 班 级 姓 名 学 号 设计地点 指导教师 目 录一课程设计任务书3 二传动方案的拟定及说明5三电动机的选择6四.分配传动比 8五计算传动装置的运动和动力参数9六齿轮的设计计算 11七、轴的设计计算和强度校核26八滚动轴承的选择及计算41九箱体内键联接的选择及校核计算43十联轴器的选择44十一、减速器附件的选择46十二、润滑与密封46十三、参考资料49一、课程设计任务书1、题目：设计一用于带式运输机传动装置中的展开式双级三轴线圆柱齿轮减速器。2、传动简图：3、设计

2、原始数据 题号 参数6输送带鼓轮圆周力（N）6500输送带鼓轮速度（m/s）5%0.60输送带鼓轮直径（mm）300减速器设计寿命（年）/3655工作情况两班工作制，连续工作，中级震动4、设计要求1.减速器装配图一张(A0/A1)一张。2相配合零件图二张(A3)。3.设计说明书一份。5、设计步骤1. 传动装置总体设计方案2. 电动机的选择3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数5. 齿轮的设计6. 滚动轴承和传动轴的设计7. 联轴器设计8. 键联接设计9. 箱体结构设计10. 润滑密封设计6、设计进度第一阶段：总体计算和传动件参数计算.第二阶段：轴与轴系零件的

3、设计.第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制.第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写.二传动方案的拟定及说明由题目所知传动机构类型为：展开式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴承受载荷大、刚度差，中间轴承润滑较困难。 三、电动机的选择，电动机类型选择根据电源及工作及工作条件，选用卧式封闭型Y（IP44）系列三相交流异步电动机。，选择电动机容量1) 工作机所需功率2) 传动装置总效率式中，为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由表24查得：联轴器 ；滚动

4、轴承传动，闭式齿轮；开式齿轮，则 3) 所需电动机功率4) 确定电动机额定功率 根据，由手册167页表12-1选取电动机额定功率，计算电动机转速可选范围并选择电动机型号为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速可选范围。由手册5页表1-8查得：选取合理的传动比范围，V带传动的传动比i1=25,圆柱齿轮传动的传动比i2=48,则二级圆柱齿轮传动比范围i=840可见同步转速为720，960和1440的电动机均符合。进行比较选择，如下表：方案电动机型号额定功率（kw）电动机转速（r/min）电动机质量(kg)总传动比同步满载1Y160M2-85.5750720119202Y132M2-65.51000

5、9608425.33Y132S-45.5150014406838由表中数据可知三个方案均可行，但方案2传动比比较小，传动装置结构尺寸较小，而且质量合理。因此，可采用方案2，选定电动机型号为Y132M2-6。， 电动机的技术数据和外形，安装尺寸。由手册172页表12-9查出Y132M2-6型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸。尺寸D=38mm，中心高度H=132mm，轴伸长E=80mm。四、传动比分配，传动装置的总传动比，分配各级传动比因为是展开式二级齿轮传动，i总=i低i高i开齿故，现取低速级的传动比i=3,高速级的传动比i=4，则开式齿轮i=25.3/(34)=2.1五、传动装置的运动参数

6、，各轴的转速n（r/min）减速器高速轴为I轴，中速轴为II轴，低速轴为III轴， ，各轴的输入功率按电动机额定功率计算各轴输入功率，即； ； ； ， 各轴的输入转矩T（N）和输出转矩T(kW)汇总如下表：项目电动机轴1轴2轴3轴 4轴 5轴转速（r/min）960960240808038功率（kW）5.54.594.414.234.153.91转矩（N）46.5645.66175.48504.96495.41982.64传动比14132.11效率0.990.980940,9040.890.84 六、轴传动齿轮的设计计算（一）高速组齿轮的设计与校核选定齿轮类型、精度、材料及齿数按图所示传动方案

7、，选用直齿圆柱齿轮运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)材料：查书本选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。两者材料硬度差40HBS。初选小齿轮齿数：大齿轮齿数按齿面接触强度设计确定公式内各计算数值a) 由课本101页表8-10选取。b) 查得=20度，标准直齿轮c) 由书本106页表8-13选取齿宽系数d) 由书本103页表8-11查得材料弹性影响系数e) 由课本100页表8-9齿面硬度查得小齿轮的齿面硬度为270300HBS，大齿轮齿面硬度为200230HBS，由课本109页图832查得小齿轮接触

8、疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限f) 应力循环次数：g) 由课本110页图8-35查得接触疲劳寿命系数h) 接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）许用接触应力为计算a) 试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得b) 计算圆周速度c) 齿宽b及模数d)e) 计算模数按齿根弯曲强度设计确定计算参数a) 查取齿形系数：由书本105页表8-12查得查取应力校核系数：由表8-12查得e) 由书本110页图8-36查得弯曲疲劳寿命系数f) 由课本108页 图8-32查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限g) 由课本108页表8-14选取弯曲疲劳安全系数S=1

9、.6，得h) 计算大、小齿轮的，并加以比较大齿轮的数值大设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取模数，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由取，则。，几何尺寸计算计算大、小齿轮的分度圆直径 计算中心距计算齿轮齿宽圆整后取大小齿轮的齿顶圆，齿根圆计算结构设计大齿轮因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。小齿轮可采用实心式，做成齿轮轴。 （二）低速组齿轮的设计与校核选定齿轮类型、精度、材料及齿数按图所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮运输机为一般工作机

10、器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)材料：选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。两者材料硬度差40HBS。初选小齿轮齿数：大齿轮齿数按齿面接触强度设计 确定公式内各计算数值a) 由课本101页表8-10选取b) 查得=20度，标准直齿轮2.5c) 由书本106页表8-13选取齿宽系数d) 由书本103页表8-11查得材料弹性影响系数e) 由课本100页表8-9齿面硬度查得小齿轮的齿面硬度为270300HBS，大齿轮齿面硬度为200230HBS，由课本109页图832查得小齿轮接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极

11、限f) 应力循环次数：由课本110页图8-35查得接触疲劳寿命系数g) 接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）许用接触应力为计算a) 试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得b) 计算圆周速度c) 齿宽b及模数d)e) 计算模数按齿根弯曲强度设计确定计算参数a) 查取齿形系数：由书本105页表8-12查得查取应力校核系数：由表8-12查得e) 由课本110页图8-36查得弯曲疲劳寿命系数f) 由课本108页图8-32b查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限g) 由课本108页表8-14，取弯曲疲劳安全系数S=1.6得h) 计算大、小齿轮的，并加以比较大

12、齿轮的数值大设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取模数，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由取，则。，几何尺寸计算计算大、小齿轮的分度圆直径计算中心距计算齿轮齿宽圆整后取大小齿轮的齿顶圆，齿根圆计算结构设计大齿轮因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。小齿轮可采用实心式，做成齿轮轴。（三）开式齿轮的设计与校核（传动比2.1）1、选精度等级、材料及齿数：1）材料及热处理；选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45

13、钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。2）带式输送机属于一般机械，且转速不高，故精度等级选用8级精度初选小齿轮齿数：大齿轮齿数按齿面接触强度设计确定公式内各计算数值a) 由课本101页表8-10选取。b) 查得=20度，标准直齿轮2.5c) 由书本106页表8-13选取齿宽系数d) 由书本103页表8-11查得材料弹性影响系数e) 由课本100页表8-9齿面硬度查得小齿轮的齿面硬度为270300HBS，大齿轮齿面硬度为200230HBS，由课本109页图832查得小齿轮接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限f) 应力循环次数：g) 由课本110页图8-35查得接触疲劳

14、寿命系数h) 接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）许用接触应力为计算a) 试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得b) 计算圆周速度c) 齿宽b及模数d) e) 计算模数按齿根弯曲强度设计确定计算参数a) 查取齿形系数：由书本105页表8-12查得查取应力校核系数：由表8-12查得e) 由书本110页图8-36查得弯曲疲劳寿命系数f) 由课本108页 图8-32查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限g) 由课本108页表8-14选取弯曲疲劳安全系数S=1.6，得h) 计算大、小齿轮的，并加以比较大齿轮的数值大设计计算对比计算结果，由齿根弯曲疲劳强度计

15、算的法面模数大于由齿面接触疲劳强度计算的法面模数，取模数，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由取，则。，几何尺寸计算计算大、小齿轮的分度圆直径计算齿轮齿宽圆整后取大小齿轮的齿顶圆，齿根圆计算结构设计大齿轮因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。小齿轮可采用实心式，做成齿轮轴。七、轴的设计与校核(一)结构设计1. 初选轴的最小直径：选取轴的材料为45号钢调质处理，由课本158页表11-3选取Ao=112，=3040MPa1轴，考虑到联轴器、键槽的影响，取2轴，取3轴， 取2. 初选轴承：1轴高速

16、轴选轴承为7206C2轴中间轴选轴承为7208C3轴低速轴选轴承为7211C各轴承参数见下表：轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定/kNdDBdaDa动载荷Cr静载荷Cor7206C306216365623157208C408018477336.825.87211C5510021649152.840.53. 确定轴上零件的位置和定位方式：1轴：由于高速轴转速高，传动载荷不大时，为保证传动平稳，提高传动效率，将高速轴取为齿轮轴，使用角接触球轴承承载，一轴端连接电动机，采用刚性联轴器，对中性好。2轴：低速啮合、高速啮合均用锻造齿轮，低速啮合齿轮左端用甩油环定位，右端用轴肩定位，高速啮合齿轮

17、左端用轴肩，右端用甩油环定位，两端使用角接触球轴承承载。3轴：采用锻造齿轮，齿轮左端用甩油环定位，右端用轴肩定位，为减轻轴的重量采用中轴颈，使用角接触球轴承承载，右端连接单排滚子链。（一）高速轴的结构设计：1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：a) 由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为20mm。b) 考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2.5mm，所以该段直径选为25。c) 该段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有2mm的圆角，由手册65页选用轴承7206C型，即该段直径定为30mm。d) 该段轴为齿轮，考虑到轴肩要有2mm的

18、圆角，经标准化，定为36mm。e) 为了齿轮轴向定位可靠，定位轴肩高度应达5mm，所以该段直径选为42mm。f) 轴肩固定轴承，直径为38mm。g) 该段轴要安装轴承，直径定为30mm。2)各段长度的确定：各段长度的确定从左到右分述如下：h) 该段轴连接联轴器，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm，该段长度定为34mm。i) 该段取32mm。j) 该段安装轴承，参照工作要求长度至少16mm，考虑间隙取该段为22mm。k) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离、轴承与箱体内壁距离（采用油润滑），还有二级齿轮的宽度，定该段长度为90mm。 l) 该段考虑齿轮的宽度，根据齿轮校核，选定该段45mm。m)

19、 该段轴肩选定长度4mm。n) 该段与c段相同取22mm。o) 轴右端面与端盖的距离为10mm。（二） 中间轴的结构设计：1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径：a) I段轴用于安装轴承7208，故取直径为40mm。b) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有2mm的圆角，经强度计算，直径定为46mm。c) III段为轴肩，相比较比II段取直径为58mm。d) IV段安装大齿轮直径与II段相同，直径为46mm。e) V段安装轴承，与I段相同直径为40mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度：a) I段轴承安装轴承和挡油环，轴承7208C宽度B=18，该段长度选为28mm。b) II段轴

20、考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为70mm。c) III段为定位轴肩，长度略小8mm。d) IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为40mm。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为28mm。（三）低速轴的结构设计：1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径a) I段轴用于安装轴承7211C，故取直径为55mm。b) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有2.5mm的圆角，经强度计算，直径定为60mm。c) III段为定位轴肩，取72mm。d) IV段安装大齿轮直径与II段相同，直径为60mm。e) V段安装轴承，与I段相同直径为55mm。f) VI段直径53mmg) VII段直径与弹性注销选

21、择有关，取LX3，直径为46mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度a) I段轴承安装轴承和挡油环，7211C宽度B=21，该段长度选为30mm。b) II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为65mm。c) III段为定位轴肩，长度略小8mm。d) IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为50mm。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为28mm。f) VI长度为24mm。g) VII长度与联轴器有关，取40mm。第二部分 强度校核I高速轴的校核：对于角接触球轴承7206C从手册中可以查得a=14.2mm校核该轴和轴承：=82.8mm =117.5mm =28.3mm轴的最小直径：，

22、轴的抗弯截面系数： 作用在齿轮上的力：按弯扭合成应力校核轴的强度：轴的受力简图为：水平面受力图水平面弯矩图 =422N =-=1752N得=117.5=50Nm；又由=153.5N=-=637.5N得=117.5=18Nm；所以：总弯矩：=53.14 Nm扭矩: =45.66 Nm45钢的强度极限为，又由于轴受的为脉动循环载荷，所以。以选定轴的材料为45号钢，调质处理，由课本查得45钢的强度极限为, 值远小于它所以该轴是安全的，满足使用要求。II中间轴1、对于角接触球轴承7206C从手册中可以查得a=17mm校核该轴和轴承：=48mm =65mm =35mm轴的最小直径: =30mm小齿轮分度

23、圆直径：=42mm，=60mm轴的抗弯截面系数：0.1=27002、作用在2、3齿轮上的圆周力：=2=1087N =2=5849N径向力：=tan20=1087tan20=395N=tan20=5489tan20=1976N求垂直面的支反力：=1242N=-=1976-1242-395=339N计算垂直弯矩：=124248=60 Nm=（+）- =1242（48+65）-197665 =12N求水平面的支承力：=3966N=+-=1087+5489-3966=2610N计算、绘制水平面弯矩图：=396648=125 Nm=-(+)+=-3966(48+65)+548965=-91 Nm求合成弯

24、矩图，按最不利情况考虑：= 139Nm=166Nm求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）=196 Nm=174 Nm计算危险截面处轴的直径： m-m截面: = =82 n-n截面:=75所以该轴是安全的，满足使用要求。III低速轴1、对于角接触球轴承7211C从手册中可以查得a=20.9m校核该轴和轴承：=47mm =104mm =102mm轴的最小直径: =45mm小齿轮分度圆直径：=60mm轴的抗弯截面系数：0.1=9112.52、作用在齿轮上的圆周力：=2=8416N径向力：=tan20=8416tan20=3030N3、按弯扭合成应力校核

25、轴的强度：由=2285N=-=6131N得=104=238Nm；又由=943N=-=2087N得=104=98Nm；所以：总弯矩：=262 Nm扭矩: =504.96Nm4、45钢的强度极限为，又由于轴受的为脉动循环载荷，所以。=44MPa所以该轴是安全的，满足使用要求。八滚动轴承的选择及计算I高速轴： 轴承7206C的校核，即轴承寿命校核： 轴承寿命可由式=进行校核，轴承只承受径向载荷的作用，由于工作温度不高且冲击不大，取基本额定动负荷为C=23N=449N=1864N=30000h， 该轴承的寿命满足使用5年要求。II中间轴：轴承7208C的校核，即轴承寿命校核：轴承寿命可由式=进行校核，

26、轴承只承受径向载荷的作用，由于工作温度不高且冲击不大，取基本额定动负荷为C=36.8N=4156N=2632N=189336h， 该轴承的寿命满足使用5年要求。III低速轴：轴承72011C的校核，即轴承寿命校核：轴承寿命可由式=进行校核，轴承只承受径向载荷的作用，由于工作温度不高且冲击不大，取基本额定动负荷为C=42.8N=2472N=6476N=59792h， 该轴承的寿命满足使用5年要求。九箱体内键联接的选择及校核计算1. 传递转矩已知；2. 键的工作长度l=L-b b为键的宽度；3. 键的工作高度k=0.5h h为键的高度；4. 普通平键的强度条件为代号直径（mm）工作长度（mm）工作

27、高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴181170（圆头）22523.5586.868.4中间轴14936（圆头）46224.5141.46214970 (圆头)46564.5141.424.4低速轴181170（圆头）60525.5586.868.4由于键采用静联接，材料钢，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。十联轴器的选择由于刚性联轴器价格便宜、构造简单、可传递较大转矩、对中性较好 ，所以优先考虑选用它。1. 高速轴用联轴器的设计计算：由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为=1.542.08=63.12 Nm所以考虑选用刚性凸缘联轴器GYS

28、3（GB5843-2003），其主要参数如下：材料HT200公称转矩=112 Nm轴孔直径，轴孔长=52mm，=38mm装配尺寸半联轴器厚=30mm （P94表8-2）2. 连接开式齿轮的联轴器的设计计算：由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为=1.5349.1=523.65Nm所以选用弹性销柱联轴器LX3（GB5014-2003），其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径 轴孔长， 半联轴器厚（P99表8-7）（GB5014-2003）十一、减速器附件的选择1. 通气器：由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M181.5。2. 油面指示器：选用游标尺M1

29、6。3. 起吊装置：采用箱盖吊耳、箱座吊耳。4. 放油螺塞：选用外六角油塞及垫片M161.5。十二、润滑与密封：1. 齿轮的润滑：根据表5-4浸油深度推荐值，选取二级圆柱式齿轮减速器类型：由于低速级周向速度小于12m/s，采用浸油润滑，II级大齿轮浸油高度约为0.7个齿高但不少于10mm，该大齿轮齿高=2.510mm，所以II级大齿轮浸油高度取=11mm。III级大齿轮浸油高度大于一个齿高小于1/6半径（3.12556.7mm），由于III级大齿轮和二级大齿轮的半径差为39mm。所以大齿轮的浸油深度选为=50mm。大齿轮齿顶圆到油池低面的距离为3050mm，所以选取的油池深度为80mm2. 滚

30、动轴承的润滑：由于轴承周向速度为0.99小于2m/s，所以采脂润滑，为防止轴承室内的润滑脂流入箱体而造成油脂混合，在箱体轴承座箱内一侧装设甩油环。3. 润滑油的选择：齿轮润滑油，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。轴承润滑脂，选用通用锂基润滑脂ZL1，普遍应用在各种机械部位。4. 密封方法的选取：选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。十三、参考资料1机械设计，化学工业出版社，李育锡主曹萍编，2008年6月第1版；2机械设计课程设计手册，高等教育出版社，吴宗泽主编，2010年11月第15版；3机械设计课程设计图册，哈尔滨高等教育出版社，龚桂义主编，2010年11月第39版；4工程力学，北京交通大学出版社，赵海燕主编，2011年12月第1版；