机械设计综合课程设计展开式二级圆柱齿轮减速器的设计.doc

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1、课程设计说明书课题名称：二级展开式圆柱齿轮减速器学 院：兰州交通大学博文学院专 业：金属材料工程专业班 级：09材料班学 号：学 生: 指导教师： 2011年6月30日 目录前 言4第一章 设计说明书5 设计题目5 工作条件5原始技术数据（表1）5 设计工作量5第二章机械装置的总体设计方案6 电动机选择6选择电动机类型6选择电动机容量6确定电动机转速6 传动比分配7总传动比7分配传动装置各级传动比考虑到传动装置的外部空间尺寸取V7 运动和动力参数计算7 0轴（电动机轴）：7 1轴（高速轴）：7 2轴（中间轴）：8 3轴（低速轴）：8 4轴（卷筒轴）：8第三章 主要零部件的设计计算8 展开式二级

2、圆柱齿轮减速器齿轮传动设计9 高速级齿轮传动设计9 低速级齿轮传动设计12第四章 轴系结构设计.15 高速轴的轴系结构设计16 中间轴的轴系结构设计18低速轴的轴系结构设计21第五章键的设计计算31第六章箱体结构的设计34第七章设计小结37参考文献38 前 言机械设计综合课程设计在机械工程学科中占有重要地位，它是理论应用于实际的重要实践环节。本课程设计培养了我们机械设计中的总体设计能力，将机械设计系列课程设计中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合进行综合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。此外，它还培养了我们机

3、械系统创新设计的能力，增强了机械构思设计和创新设计。本课程设计的设计任务是展开式二级圆柱齿轮减速器的设计。减速器是一种将由电动机输出的高转速降至要求的转速比较典型的机械装置，可以广泛地应用于矿山、冶金、石油、化工、起重运输、纺织印染、制药、造船、机械、环保及食品轻工等领域。本次设计综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；提高我们在计算、制图、运用设计资料（手册、 图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能，同时给了我们

4、练习电脑绘图的机会。 最后借此机会，对本次课程设计的各位指导老师以及参与校对、帮助的同学表示衷心的感谢。由于缺乏经验、水平有限，设计中难免有不妥之处，恳请各位老师及同学提出宝贵意见。 第一章 设计说明书 设计题目用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简图如下图1所示。 图 1 已知条件1. 工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35；2. 使用折旧期：8年；3. 检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；4. 动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；5. 运输带速度允许误差：5%；6. 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批

5、量生产。原始技术数据（表1）表1 展开式二级圆柱齿轮减速器设计原始技术数据 题号参数12345678910运输带工作拉力F/N1500220023002500260028003300400045004800运输带工作速度v/(m/s)1.11.11.11.11.11.41.21.61.81.25卷筒直径D/mm220240300400220350350400400500本组设计数据： 第6组数据：运输带工作拉力F/N 2800 运输带工作速度v/(m/s) 1.4 卷筒直径D/mm 350 设计工作量（1）减速器装配图一张；（零号图纸）（2）零件工作图二张（大齿轮，输入轴，3号图纸）；（3）设

6、计说明书一份。第二章 机械装置的总体设计方案 电动机选择选择电动机类型按工作要求选用Y系列（IP44）全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。该电动机的工作条件为：环境温度-15- +40，相对湿度不超过90%，电压380V，频率50HZ。选择电动机容量电动机所需工作功率（kW）为 工作机所需功率（kW）为 =28001.4=3920 W传动装置的总效率为 按机械课程设计手册表2-4确定各部分效率为:联轴器效率为，闭式齿轮传动效率，滚动轴承，卷筒效率，代入得所需电动机功率为因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。由机械课程设计手册表20-1，Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为5.5kW。确定电

7、动机转速 卷筒轴工作转速通常，二级圆柱齿轮减速器为，故电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有750 r/min,1500r/min和3000r/min,其中减速器以1500和1000r/min的优先，所以现以这两种方案进行比较。由机械课程设计手册第十二章相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表2：表2 额定功率为时电动机选择对总体方案的影响方案电动机型号额定功率/kW同步转速/满载转速/(r/min)电动机质量/kg1Y132S-45.51500/1440682Y132M2-65.51000/96084表2中，方案1与方案2相比较，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及总传动比

8、，为使传动装置结构紧凑，兼顾考虑电动机的重量和价格，选择方案2，即所选电动机型号为Y132M2-6。 传动比分配总传动比分配传动装置各级传动比 减速器的传动比 为12.9,对于两级卧式展开式圆柱齿轮减速器的，为了分配均匀取，计算得两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比，低速级的传动比。 运动和动力参数计算 0轴（电动机轴）： 1轴（高速轴）： 2轴（中间轴）： 3轴（低速轴）： 4轴（卷筒轴）： 运动和动力参数的计算结果加以汇总，列出表3如下： 项目电动机轴高速轴中间轴低速轴卷筒轴转速（r/min）960960244.27574.4774.47功率(kW)5.55.4455.1234.824.68转

9、矩(N*m)54.1754.17200.28618.11600.16传动比13.933.281效率0.990.940.940.98第三章 主要零部件的设计计算 展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计 高速级齿轮传动设计1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。3) 材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为240HBS,280HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮的齿数，大

10、齿轮的齿数为，取。2 按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 (1) 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数2) 由以上计算得小齿轮的转矩3) 查表及其图选取齿宽系数，材料的弹性影响系数，按齿面硬度的小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。4)计算应力循环次数 5) 按接触疲劳寿命系数 6) 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1，安全系数S=1 由 得（2） 计算： 1) 带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为2) 圆周速度： 3) 计算齿宽： 4) 计算齿宽与齿高比： 模数: 齿高: 5) 计算载荷系数： 根据 ,7级精度，查10-8得 动载系数 对于直齿轮 查10

11、-2得使用系数 由表10-4用插值法查得7级精度小齿轮非对称布置时， 由， 可查10-13得 故载荷系数 6) 按实际载荷系数校正分度圆直径： 7） 计算模数： 3按齿根弯曲强度计算：弯曲强度设计公式为 (1) 确定公式内的各计算数值1) 查图10-20c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;2) 查10-18图取弯曲疲劳寿命系数3) 计算弯曲疲劳许用应力.取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得 4) 计算载荷系数K. 5) 查取齿形系数. 查10-5表得 6) 查取应力校正系数.查10-5表得 7) 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

12、接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的成积)有关,可取弯曲强度算得的模数1.874，并接近圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数 ， 大齿轮齿数 ，取. 这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.4. 几何尺寸计算（1） 分度圆直径： （2）中心距： （3）齿轮宽度： 取 低速级齿轮传动设计1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工

13、作，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。3) 材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为240HBS,280HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取。2 按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 2) 确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数2） 由以上计算得小齿轮的转矩3） 查表及其图选取齿宽系数，材料的弹性影响系数，按齿面硬度的小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。4） 计算应力循环次数 5) 按接触疲劳寿命系数 6)计算接

14、触疲劳许用应力，取失效概率为1，安全系数S=1 由 得（2） 计算： 1) 带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为2) 圆周速度： 3) 计算齿宽： 4) 计算齿宽与齿高比： 模数: 齿高: 5) 计算载荷系数： 查10-8得 动载系数 对于直齿轮 查10-2得使用系数 用10-4插值法查得7级精度小齿轮非对称布置时， 由， 可查得 故载荷系数 6) 按实际载荷系数校正分度圆直径： 7） 计算模数： 3按齿根弯曲强度计算：弯曲强度设计公式为 (3) 确定公式内的各计算数值查10-20c图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;查10-18图取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用

15、应力.取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得 计算载荷系数K. 8) 查取齿形系数. 查10-5表得 9) 查取应力校正系数.查表得 10) 计算大、小齿轮的并加以比较. 大齿轮的数值大.(4) 设计计算 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的成积)有关,可取弯曲强度算得的模数1.35，并接近圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径105,算出小齿轮齿 ， 大齿轮齿数 ，取. 这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,

16、并做到结构紧凑,避免浪费.4. 几何尺寸计算（1） 分度圆直径： （2）中心距： （3）齿轮宽度： 取 , 第四部分 轴的设计1. 选择轴的材料及热处理。由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，故选择常用材料45钢调质处理。2. 初估轴径。按扭矩初估轴的直径。查表15-3（课本） 取C=110=19.73 mm=30.3 mm=44.1 mm3. 初选轴承（深沟球轴承）。查表6-1（手册）轴承型号轴600840 6815轴6007356214轴60105080164. 结构设计1） 轴结构设计a.草图 b.各轴段直径及联轴器的确定初估轴经后，即可按轴上零件的安装顺序开始确定轴径，

17、该轴1段安装轴承6005，故该段直径为40mm,2段装齿轮，为了便于安装，取2段为44mm，取3段为53mm，5段装轴承，直径和1段一样为40mm，4段不装任何零件，但考虑到轴承的轴向定位及轴承安装，取4段为42mm。第6段36mm由电动机D=42mm，转矩T=108.3Nm，转速n=960r/min查表8-5（手册）选LT6型弹性套柱销联轴器，公称转矩为250 Nm，半联轴器的孔径=28mm，故取该轴7段直径32mm,半联轴器长度L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为=84mm.2） 轴结构设计a. 草图 3 2 4 1 5b. 各轴段直径的确定从左端开始确定直径，该轴1段安装轴承60

18、07，故该段直径为45mm，2段安装齿轮，为了便于安装，取2段为49mm，齿轮右端用轴肩固定轴肩高度为5mm，取3段为59mm，5段装轴承，直径和1段一样为45mm，4段安装齿轮，为了便于安装，取4段为49mm .3） 轴结构设计a. 轴草图 b.各轴段直径及联轴器的选择 从左段开始确定直径，该轴轴1段安装轴承6010，故该段直径为50mm，2段装齿轮，为了便于安装，取2段为54mm，齿轮右端用轴肩固定，轴肩高度为5mm，取3段为64mm，5段装轴承，轴径和1段一样为50mm，4段不装任何零件，但考虑到轴承的轴向定位及轴承的安装，取4段为60mm。第6段为42mm 由轴转矩T=618.11 N

19、m，转速n=74.7r/min查表8-5（手册）选LT10型弹性套柱销联轴器，公称转矩为2000Nm，半联轴器的孔径=50mm，故取该轴7段直径35mm,半联轴器长度L=142mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为=107mm.5. 各轴段长度的确定 2 啮合线 啮合线 2 齿 轮1 轴 齿 轮3 齿 轮2 轴 齿 轮4 轴 18 10 7 10 18 综上1段2段3段4段5段6段7段DLDLDLDLDLDLDL轴4032447353642109401536613290轴4530499859749504535轴508054406430606750642793576. 轴上零件的周向固定为了保证良好

20、的对中性，齿轮与轴选用过盈配合，与轴承内圈配合轴径选用k6。7. 轴上的倒角与圆角为保证轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据手册推荐，取轴肩圆角半径为1mm，其他轴肩圆角半径均为2mm，轴的左右端倒角均为145。8. 轴的校核轴的受力分析圆周力径向力法向力水平面支反力垂直面支反力画水平面弯矩图画垂直面弯矩图画合成弯矩图画轴转矩图许用应力许用应力值应力校正系数画当量弯矩图=54.17225=4337N=tan20=43370.3639=1578N=4337N/0.9397=N=923024337N=1321.2N=-=4337N-1321.2N=3015.8N=923021578N=480.7N

21、=-=1578N-480.7N=1057.3N=1321.2210=277452=3015.892=277453.6=480.7210=100947=1057.392=97271.6 =183792 =183795.9=104.0轴材料选用45钢调质处理=650Mpa =360 Mpa用插入法由表16.3（课本）查得=102.5 Mpa=65Mpa=0.634当量转矩=0.634104.0=65936当量弯矩（在小齿轮中间截面处）=195261.5=4337N=1578N=4615.3N=1321.2N=3015.8N=480.7N=1057.3N=277452=277453.6=100947

22、=97271.6=183792=183795.9=104.0=102.5 Mpa=65Mpa=0.634=65936=195261.5 210 92 T 校核轴径齿根圆直径= =（26-21-20.5）2 =47mm轴径 =31.1mm47mm故此轴合理9. 轴的校核轴的受力分析圆周力径向力法向力水平面支反力垂直面支反力画水平面弯矩图画垂直面弯矩图画合成弯矩图画轴转矩图许用应力许用应力值应力校正系数画当量弯矩图=2200.2835=1144N=8915.6N=tan20=3479.50.3639=1364.4N=tan20=8915.60.3639=3244.4N=3749.5N/0.9397

23、=3990.1N=8915.6N/0.9397=9487.7N=6760.1N=5140.8N=2460.0N= = =2148N=6760.178=527287.8=5140.859=303307.2=2460.078=191880=2148.859=126779.2=3244.483=269285.2=1364.483=113245.2 =561115.3 =328737.3=401.2轴材料选用45钢调质处理=650Mpa =360 Mpa用插入法由表16.3（课本）查得=102.5 Mpa=65Mpa=0.634当量转矩=0.634401.2=254360.8当量弯矩（在大齿轮中间截面

24、处在小齿轮中间截面处）=616076.1=415653.3=1144N=8915.6 N=1364.4N=3244.4N=3990.1N=9487.7N=6760.1N=5140.8N=2460.0N=2148N=527287.8303307.2=191880=126779.2=269285.2=113245.2=561115.3=328737.3=401.2=102.5 Mpa=65Mpa=0.634=254360.8=616076.1415653.3 78 83 59 T 校核轴径齿根圆直径= =（107-21-20.5）2 =209mm = =（36-21-20.5）2.5 =83.75

25、mm轴径 =45.6mm83.75mm故此轴合理8. 轴的校核轴的受力分析圆周力径向力法向力水平面支反力垂直面支反力画水平面弯矩图画垂直面弯矩图画合成弯矩图画轴转矩图许用应力许用应力值应力校正系数画当量弯矩图=8360.7N=tan20=8360.70.3639=3042.5N=8360.7N/0.9397=8897.2N=N=5396.5N=-=8360.7N-5396.5N=2927.3N=N=1963.8N=-=3042.5N-1963.8N=1078.7N=5396.578=420927=2964.2142=420916.5=1963.878=153176.4=1078.7142=15

26、3175.4 =447931.4 =447921.2=1170.5轴材料选用45钢调质处理=650Mpa =360 Mpa用插入法由表16.3（课本）查得=102.5 Mpa=65Mpa=0.634当量转矩=0.6341170.5=742097当量弯矩（在大齿轮中间截面处）=866804.8=8360.7N=3042.5N=8897.2N=5396.5N =2927.3N=1963.8N =1078.7N=420927=420916.5=153176.4=153175.4=447931.4=447921.2=1170.5=102.5 Mpa=65Mpa=0.634=742097=866804.

27、8 T 校核轴径齿根圆直径= =（112-21-20.5）2.5 =273.75mm轴径 =51.1mme=311.6/1065.5=0.3e查表18.7（课本）得=0.56 =1.45=0.56 =1.45考虑到轻微冲击查表18.81（课本）=1.2=496.8N=1355.3N因为,所以只计算轴承2寿命=158774h 46720h故轴轴承寿合适=114.2N=311.6N=0.56 =1.45=0.56 =1.45=1.2=496.8N=1355.3N2.轴轴承寿命计算转速n=236.59r/min 支反力=3460.0N =2148.8N轴承选用6007型深沟球轴承，查表6-1（手册）

28、得=21N =14.8N =8000r/min(脂润滑)由=913/14.8=0.06 取e=0.26 Y=1.71附加轴向力轴承轴向力X Y值冲击载荷系数当量动载荷轴承寿命由=0=1011.7N=628.3N=1011.7/3460.0=0.29e=628.3/2148.8=0.29e查表18.7（课本）得=0.56 =1.71=0.56 =1.71考虑到轻微冲击查表18.81（课本）=1.2=4401N=2733N因为,所以只计算轴承1寿命=76549.6h 46720h故轴轴承寿合适=1011.7N=628.3N=0.56 =1.71=0.56 =1.71=1.2=4401N=2733N3.轴轴承寿命计算转速n=76.3r/min 支反力=1963.8N =1078.7N轴承选用6010型深沟球轴承，查表6-1（手册）得=32N =24.8N =5600r/min(脂润滑)由=913/24.8=0.037 取e=0.26 Y=1.7