机械设计课程设计设计一带式运输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器（外传动件为开式齿轮）.doc

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1、课程设计说明书1455000.4500多尘10年双班少批轻振方案2设计题目：双级圆柱齿轮减速器院 系：能源与动力工程学院班 级：热动0614班学 生：学 号：012005016817指导老师：饶芳完成日期：2007年11月30日目 录设计任务书3传动方案的拟定及说明4电动机的选择5计算传动装置的运动和动力参数6传动零件的设计计算7初算轴径及初选联轴器和滚动轴承14轴的设计计算及键连接的选择16轴、滚动轴承和键的校核计算19箱体基本参数23减速器附件的选择24润滑与密封24设计小结25参考资料目录25计算与说明主要结果一、设计任务书题目：设计一带式运输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器（外传动件为

2、开式齿轮）一设计数据及工作条件：F=11000NV=0.71m/sD=520mm；生产规模：小批量；工作环境：有灰尘；载荷特性：有冲击；工作年限：5年，2班制。二设计任务1 减速器总装配图一张2 齿轮、轴零件图各一张3 设计说明书一份三设计进度1、 第一阶段：总体计算和传动件参数计算2、 第二阶段：轴与轴系零件的设计3、 第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制4、 第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写计算与说明主要结果二、传动方案的拟定及说明一传动方案滚筒转速选用同步转速为1500r/min的电动机，则总传动比约为60。外传动为开式齿轮传动，由于润滑条件较差和工作环境恶劣，

3、磨损快、寿命短，故将其布置在低速级。由于无特殊要求，双级圆柱齿轮减速器内部采用展开式，结构简单实用，节约成本。传动方案简图如下：计算与说明主要结果三、电动机的选择1电动机类型和结构的选择 因为本传动的工作状况是：载荷有冲击、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y系列三相异步电机。2电动机功率的选择1） 工作机所需有效功率Pw 为计算电动机的所需功率Pd，先要确定从电动机到工作机之间的总效率。设1、2、3、4、5分别为弹性联轴器、闭式圆柱齿轮传动（设齿轮精度为8级）、滚动轴承、开式圆柱齿轮、滚筒的效率，由【1】表2-2查得，1=0.99、2=0.97、3=0.98、4=0.94、5=0.96. 电动机

4、的输出功率 取电动机额定功率为11KW3电动机转速的选择初选为同步转速为1500r/min的电动机4电动机型号的确定由【1】表16-1查出电动机型号为Y160M-4,其额定功率为11kW，满载转速=1460r/min,轴中心高H=160mm，轴外伸轴径D=42mm,轴外伸长度E=110mm。基本符合题目所需的要求。Pw=7.81kw=0.7522Pd=10.383kw计算与说明主要结果 四、计算传动装置的运动和动力参数传动装置的总传动比及其分1 计算总传动比内外传动总传动比i=/=1440/26.1=55.94 取开式圆柱齿轮传动比i3=4.7则减速器总传动比i=i/i3=55.949/4.7

5、=11.9022 合理分配各级传动比双级圆柱齿轮减速器高速级传动比取。低速级i2=i/i1=11.902/3.934=3.0253. 传动装置的运动和动力参数计算 （1）各轴的转速计算： =1460r/min =(1460/3.934)r/min=371.1r/min =(371.1/3.025)r/min=122.7r/min =122.7r/min (2)各轴的输入功率： =（10.3830.99）kw=10.279kw =(10.2790. 980. 97)kw=9.771kw=(9.8710. 980. 97)kw=9.289kw=(9.2890. 980. 99)kw=9.011kw

6、（3）各轴的输入转矩： =(954910.279/1460)Nm=67.229 Nm =(95499.771/371.1)Nm=251.424 Nm =(95499.289/122.7)Nm=722.829 Nm =(95499.011/122.7)Nm=701.272 Nm 系统总传动比i=55.94计算与说明主要结果初算各轴的运动及动力参数轴号转速n/(r/min)功率P/kw转矩T/( Nm)传动比iI146010.27967.2293.934II371.19.771251.4243.025III122.79.289722.8291IV122.79.011701.272五、传动零件的设计

7、计算一、 开式齿轮设计1. 齿轮材料和热处理由于开式齿轮磨损较严重且处于多灰尘环境，加上有冲击载荷，故选用QT500-5作为材料，并正火处理。2. 确定弯曲许用应力查【2】图3-8得弯曲疲劳极限=140MPa，=140MPa应力循环次数N1=60at=601122.7530016=1.8 N2=60at=60126.1530016=3.8查【2】图3-9，表3-2得 =1,=1.6由【2】式3-2得许用应力 =（14021/1.6）MPa=175MPa3. 初步确定齿轮参数小齿轮名义转矩=701349Nmm估计齿轮周速度v(520/2+50)mm故小齿轮的轴与滚筒不会发生干涉。传动比 i3=z

8、2/z1=80/17=4.706圆周速度 3m/s齿宽 b2=b=d1=0.4136=54.4mm55mm b1=b2+(510)mm=60mm二、 减速器内传动设计(1) 高速级已定参数：n1=1460r/min, n2=371.1r/min, T1=67229Nmm，i=3.9341. 齿轮材料和热处理选用软齿面齿轮，材料为45钢。小齿轮：调质处理，硬度为217255HBS，取为230HBS大齿轮：正火处理，硬度为169217HBS，取为200HBS2. 确定许用应力查【2】图3-6和3-8得=580MPa，=550MPa=220MPa，=210MPa应力循环次数N1=60at=60114

9、60530016=2.1 N2=60at=601371.1530016=5.3查【2】图3-7和3-9得=1，=1取=1.1，=1.4，由【2】式3-1得=5801/1.1=527MPa=5501/1.1=500MPa由【2】式3-2得=22021/1.4=314MPa=21021/1.4=300MPaa=388mmi3=4.706计算与说明主要结果3. 初步确定齿轮参数小齿轮名义转矩=67229Nmm估计齿轮周速度v5m/s，采用斜齿圆柱齿轮，8级精度。初选参数：=14,z1=27,z2=z1i1=273.934=106,x1=x2=0。取=0.9，u=106/273.9,K=1.4查【2】

10、图3-15得=2.45，查【2】表3-5得，取=0.8，=500MPa。由【2】式3-14得 取标准值=2mm，则 圆整后取a=140mm 调整 分度圆直径 圆周速度5m/s齿宽 b2=b=d1=0.956.842mm52mm b1=b2+(510)mm=58mm高速级齿轮参数=2mma=140mmv=4.34m/sb1=58mmb2=52mm计算与说明主要结果 高速级传动比4. 校核弯曲疲劳强度当量齿数：查【2】图3-18和图3-19得，取由【2】3-15式验算弯曲应力：故以上所算得参数和尺寸满足功能要求和强度要求。(2) 低速级已定参数：n1=371.1r/min, n2=122.7r/m

11、in, T1=251424Nmm，为减少传动误差，低速级齿轮传动比应重新计算1. 齿轮材料和热处理选用软齿面齿轮，材料为45钢。小齿轮：调质处理，硬度为217255HBS，取为230HBS大齿轮：正火处理，硬度为169217HBS，取为200HBS2. 确定许用应力查【2】图3-6和3-8得准确传动比i1=3.926计算与说明主要结果=580MPa，=550MPa=220MPa，=210MPa应力循环次数N1=60at=601371.1530016=5.4 N2=60at=601122.7530016=1.7查【2】图3-7和3-9得=1，=1取=1.1，=1.4，由【2】式3-1得=5801

12、/1.1=527MPa=5501/1.1=500MPa由【2】式3-2得=22021/1.4=314MPa=21021/1.4=300MPa3. 初步确定齿轮参数小齿轮名义转矩=251424Nmm估计齿轮周速度v4m/s，采用斜齿圆柱齿轮，9级精度。初选参数：=14,z1=31,z2=z1i2=313.032=94,x1=x2=0。取=1，u=94/313,K=1.4查【2】图3-15得=2.45，查【2】表3-5得，取=0.8，=500MPa。由【2】式3-14得 计算与说明主要结果 取标准值=2.5mm，则 圆整后取a=165mm 调整 分度圆直径 圆周速度4m/s齿宽 b2=b=d1=1

13、81.84mm82mm b1=b2+(510)mm=88mm 低速级传动比4. 校核弯曲疲劳强度当量齿数：查【2】图3-18和图3-19得，取由【2】3-15式验算弯曲应力：低速级齿轮=2.5mma=165mmv=1.59m/sb1=82mmb2=88mm准确传动比i2=3.032计算与说明主要结果故以上所算得参数和尺寸满足功能要求和强度要求。得到修正后的动力参数轴号转速n/(r/min)功率P/kw转矩T/( Nm)传动比iI146010.27967.2293.926II371.99.771250.8833.032III122.79.289722.9071IV122.79.011701.27

14、2修正后的动力参数计算与说明主要结果六、初算轴径及初选联轴器和滚动轴承 所有轴初选材料为45钢，调质处理。轴I轴I转速较高，查【2】表6-3取C=117，由【2】式6-2得轴I最小直径假设最小轴径在外伸段，假设有一个键槽，增大5%，则=23.5mm由此选择联轴器，型号为故轴I外伸段轴径=25mm估计轴承处直径为35mm，故选用30207轴承轴II查【2】表6-3取C=113，由【2】式6-2得轴II最小直径考虑到该轴受力复杂，根据轴承内径型号取=40mm轴承选用30208轴III查【2】表6-3取C=109，由【2】式6-2得轴III最小直径假设最小轴径在外伸段，假设有一个键槽，增大5%，则=

15、47.9mm由此选择联轴器，型号为=25mm=40mm=48mm计算与说明主要结果故轴I外伸段轴径=48mm估计轴承处直径为55mm，故选用30211轴承轴IV=48mm估计轴承内径为55mm，选取轴承6211轴V查【2】表6-3取C=106，由【2】式6-2得轴V最小直径假设最小轴径在外伸段，假设有一个键槽，增大5%，则=75.9mm取=80mm估计轴承内径为90mm，选取轴承6218=48mm=80mm计算与说明主要结果七、轴的设计计算及键连接的选择轴I1.轴尺寸由联轴器尺寸可定d1=25mm ,L1=50 - 2=48mm轴段1、2之间有4mm的定位轴肩故d2=33mm轴段2、3之间有1

16、mm的非定位轴肩且由轴承内径可定d3=35mm，L3=17mm轴段1、2之间有3.5mm的定位轴肩故d4=42mmd6=d4，d7=d32.齿轮轴的讨论若将该轴上齿轮与轴分开制造，则因齿轮分度圆直径为56.842mm，法向模数=2mm,齿底圆半径为25.921mm。假设齿轮所在轴段直径为37mm，查得齿轮上需开3.3mm的键槽，槽顶离轴心21.8mm。则齿底圆距离槽顶4.121mm2.5。故小齿轮可与轴分开制造。3键的选择由轴段4轴径、长度及齿轮宽度可选该处键为高速级大齿轮：键1245GB/T1096-2003低速级小齿轮：键1280GB/T1096-2003轴III1.轴尺寸由联轴器尺寸可定

17、计算与说明主要结果d7=48mm ,L1=112 - 2=110mm轴段6、7之间有2.5mm的定位轴肩故d6=53mm轴段5、6之间有1mm的非定位轴肩且由轴承内径可定d5=55mm，L3=21mm轴段4、5之间有4.5mm的定位轴肩故d4=64mmd1=d5轴段1、2之间有2mm的非定位轴肩，故d2=59mm轴段2、3之间有4.5mm的定位轴肩，故d2=68mm，轴段3为轴环，宽度为L3=8mm2键的选择由轴段2轴径及长度可选该处键为键1870GB/T1096-2003由轴段7轴径及长度可选该处键为键C1490GB/T1096-2003计算与说明主要结果八、轴、滚动轴承和键的校核计算轴II

18、I1. 计算齿轮受力齿轮的分度圆直径：d=248.160mm倾斜角：=184435”输入转矩：T=722907Nmm圆周力：径向力：轴向力：轴向力引起的弯矩：=5826N=2239N=1978N计算与说明主要结果2. 计算支反力V平面内支反力：H平面内支反力：2. 按弯扭合成强度校核画出弯矩图如上页图所示，可见剖面a-a左截面为危险截面。V平面：H平面：合成弯矩：由【2】式6-5,取=0.6,得当量弯矩因a-a处有键槽，由【2】表6-2得抗弯模量公式其中轴径d1=59mm,槽宽b=18mm,槽深t=7mm故W=17953查【2】表6-1得=60MPa由【2】式6-5故轴满足强度要求。=2620

19、N= -138N=3806N=2020N计算与说明主要结果轴III上的轴承30211轴承径向力查【1】表12-3得e=0.4 Y=1.5 X=0.4 =90800N A端为压紧端，B端为放松端。取，得当量动载荷计算与说明主要结果 故用A端轴承计算寿命，取约为工作110年，故所选轴承合用轴III上的键 输入扭矩T=722907Nmm1. 键1870GB/T1096-2003b=18mm, h=11mm, l=L-b=52mm, d=59mm查【2】表5-1得许用挤压应力=90MPa由【2】式5-1得故该键合用。2. 键C1490GB/T1096-2003b=14mm, h=9mm, l=L-b/

20、2=83mm, d=48mm查【2】表5-1得许用挤压应力=90MPa由【2】式5-1得故该键合用。530486h计算与说明主要结果九、减速器铸造箱体结构尺寸由【1】表5-1得箱座壁厚 =8mm箱盖壁厚 1=8mm箱座、箱盖凸缘的厚度 b=1.5=12mm箱底座凸缘的厚度 b2=2.5=20mm箱座上的肋厚 m=7mm箱盖上的肋厚 m1=7mm轴承旁凸台的高度和半径 h=51mm,，R1=16mm轴承盖外径D=D+5d3，取d3=10mm，故=72+510=122mm=80+510=130mm=100+510=150mm地脚螺钉直径=16mm，数目6轴承旁连接螺栓直径d1=12mm箱座、箱盖的

21、连接螺栓直径 d2=8mm轴承盖螺钉直径d3=10mm定位销直径d=6mm视孔盖螺钉直径 d4=6mm箱体外壁至轴承座端面的距离 =42mm大齿轮顶圆与箱体内壁的距离 =10mm齿轮端面与箱体内壁的距离=15mm装配前箱体内壁应涂耐油油漆，装配时剖分面涂密封胶或水玻璃，外表面涂灰色油漆。计算与说明主要结果十、减速器附件的选择1. 无特殊情况，轴承盖选用凸缘式2. 窥视孔位置开在齿轮啮合区的上方，视孔盖尺寸查【1】表14-4确定，规格为1401253. 因工作环境灰尘较多，通气器选用【1】表14-10所示的A型通气罩，规格为M271.54.起吊装置采用吊耳和吊耳环，如【1】表14-12所示，吊耳

22、环直径d=18mm5.采用【1】表14-8所示的游标尺，规格为M126.箱底布置一外六角螺塞M141.5JB/ZQ 4450-1986,加油封垫片7.启盖螺钉为M1235，数量为2十一、润滑与密封一、 轴承润滑因减速器中高速级圆周速度v3m/s，采用飞溅润滑。箱体上须设计输油沟，用圆柱铣刀加工，由【1】图4-11可确定油沟参数，a=4mm，b=8mmc=4mm.同时轴承盖上应加工出缺口，参照【1】14-1可得h=4mm,b=4mm.二、 齿轮润滑由【1】30页所示方法可确定油面位置，最低和最高油面为57mm和65mm，正常油面为63mm。由【1】表15-1查得润滑油黏度荐用值为82，由【1】表

23、15-3选用全损耗系统用油AN100 GB443-1989取V=6L，则储油量V=V三、 轴外伸端的密封应工作环境有灰尘，应采用橡胶密封圈，由【1】表15-11选用内包骨架旋转轴唇形密封圈。开口方向向外，以防尘为主。计算与说明主要结果十二、设计小结课程设计这3周里，我还要忙其他事，原来比较充裕的时间一下变得紧凑。但是我始终把课程设计发在这段时期的第一位，除了赶进度以外，我还觉得这次设计减速器确实学到了很多很多知识。比如说以后工作用到的AutoCAD软件，我利用课程设计的机会，现在已经用得好好了。课程设计要综合用到机械设计的所有知识，因此我都把自己有关机械的书都翻旧了，还想到了许多问题，并向老师

24、请教。另外，很重要的一点，我已亲身感受到工程设计人员的工作状态和辛苦，翻阅海量的资料、手册，画图找不完的错误纠正，还有繁复的数据计算和重复设计。这次我挑选的设计题目比较简单，因为我觉得作为设计新手，应该从最简单最基础的事做起。但后来确实还是有些后悔，因为这个设计的几乎所有问题在书上都能找得到，不须走太多回头路。但是我还是很认真地把它完成了，并尽量有所创新，尽管是小修小补，如中间轴的设计，我觉得我的设计可以提高工艺性。对于整个设计有点遗憾的是，对于很多长度或直径尺寸没有像我一开始的目标那样选择标准尺寸。最后发表一下我对课程设计的意见。主要就是没有提供发挥设计创造性和思考的时间。因为整个设计创新的关键就在总体设计的时候，然而那时我们一接到题目就要赶着计算，根本无暇思考为何要这样设计和如何更好的设计。虽然我也没有更好的提议，因为3周时间其实很短，反正我觉得这样不太好吧。十三、参考资料【1】唐增宝，常建娥主编。机械设计课程设计（第3版）。武汉：华中科技大学出版社。2006.【2】张卫国，饶芳主编.机械设计基础篇.武汉：华中科技大学出版社.2006.【3】杨家军主编.机械原理基础篇.武汉：华中科技大学出版社.2005.