课程设计二级同轴式圆柱齿轮减速器装置设计论文

大学工学院课程设计说明书课程名称：机 械 设 计题目名称：二级同轴式圆柱齿轮减速器装置设计目录一、设计任务书2二、系统总体方案设计2三、设计步骤21、原动机选择22. 确定传动装置的总传动比和分配传动比33. 计算传动装置的运动和动力参数34. 齿轮的设计45、从动轴与轴上零件的设计106、箱体结构的设计167.润滑密封设计17四设计小结18五参考资料18一、设计任务书要求设计一带式运输机传动装置1、式运输机工作原理带式运输机传动示意图如图1-1所示。2、已知条件： 1）工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室工作，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）制造条件与生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。3、设计数据运输带工作拉力F=2200N，运输带工作速度v=1.1m/s，卷筒直径D=240mm。（注：运输带与卷筒之间与卷筒轴承的摩擦影响已经在F中考虑）4、传动方案二级同轴式圆柱齿轮减速器5、设计任务减速器装配图一；零件工作图四(齿轮、轴、箱体、箱盖)；设计说明书一份。二、系统总体方案设计总体设计方案见图如图1-2所示图1-1 图1-2三、设计步骤1、原动机选择总效率 0.990.98其中为齿轮的效率,为滚动轴承的效率，为联轴器（齿轮为7级）的效率。输出功率 Pw=FV=22001.1=2.42KW电动机所需工作功率为： PdPw/a2.42/0.982.47kW, 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y100L14的三相异步电动机，额定功率为3KW满载转速1430 r/min。2、确定传动装置的总传动比和分配传动比 （1） 总传动比由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为nm/n1430/87,5816.3（2） 分配传动装置传动比式中分别为高低速齿轮的传动比。在同轴式二级圆柱齿轮减速器中初步取4，则减速器传动比为16.3/44.075根据各原则， =4 ， = 4.075 。3、计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴转速1430r/min1430/4357.5r/min/357.5/4.075=87.58 r/min=87.58r/min（2）各轴输入功率30.992.97kW22.970.980.982.85kW22。850.980.982.74kW则各轴的输出功率：0.98=2.91 kW0.98=2.79 kW0.98=2.685kW（3） 各轴输入转矩=Nm电动机轴的输出转矩=9550=95503/1430=20.03 Nm所以: =19.83 Nm=19.8340.980.98=76.13Nm=76.134.0750.980.98=300.11Nm输出转矩：0.98=19.43Nm0.98=74.60 Nm0.98=294.11Nm运动和动力参数结果如下表：轴名功率P KW转矩T Nm转速r/min输入输出输入输出电动机轴320.0314301轴2.972.9119.8319.4314302轴2.852.7976.1374.60357.53轴2.742.69300.11294.1187.584轴87.584、齿轮的设计(使用寿命Lh=360168=46080h)1） 高速级齿轮传动的设计计算根据设计要求，选用直齿圆柱齿轮传动。由于减速器的结构是同轴式二级减速器，所以两级齿轮在齿数和模数应相等。在初步设计时考虑模数在24mm。而小齿轮的分度圆直径不是很大，考虑他的强度要求，把小齿轮同轴放在一起加工，做成齿轮轴的形式。根据前面算出的轴的转速、传递功率、扭矩与传动比，用机械设计手册软件进行辅助设计 材料选择：高速级小齿轮选用45调质后表面淬火，硬度取值围为217255 HBS，齿面硬度为250 HBS；取小齿齿数=24，高速级大齿轮选用45调质处理，硬度取值围为217255 HBS，齿面硬度为220HBS，Z=iZ=4.07524=97.8取Z=98 齿轮精度输送机为一般工作机器，速度不高，故按GB/T100951998，选择7级精度。2、初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计 确定各参数的值: 初选=1.3； 由教材表10-7选取齿宽系数.0； 由教材表10-6查得材料的弹性影响系数； 由教材图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限； 计算应力循环次数 N=60nj =6014301（163608）=4.42108h； N= h查教材图10-19得：K=0.90 K=0.96齿轮的疲劳强度极限 取失效概率为1%,安全系数S=1,得: = =3、设计计算试算小齿轮的分度圆直径d，代入中较小的值。 =计算圆周速度计算齿宽bb=计算齿宽与高之比。模数 齿高 计算载荷系数根据,7级精度, 由教材图10-8查得动载系数K=1.15；直齿轮，；由教材表10-2查得使用系数；由教材表10-4用插值法得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，；由，查教材图10-13的故载荷系数:KKKK =11.1511.312=1.5088按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=56.7=59.59计算模数=根据设计所得取，则d1=2.524=60mm4、齿根弯曲疲劳强度设计弯曲强度的设计公式 （1）确定公式各计算数值由教材图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限由教材图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；计算弯曲疲劳需用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4=计算载荷系数KKKKK =11.1511.381.587查取齿形系数和应力校正系数查教材表10-5得 齿形系数2.65 2.17查取应力校正系数1.581.78计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。（2）设计计算计算模数 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于模数m的大小主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，仅与齿轮直径有关，可去由弯曲强度算得的模数1.81，经圆整后再考虑其他的影响因素，可取m=2.5mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=59.59来计算应有的齿数得：圆整后取z=24；z=4.07524=97.8 圆整后取z=98几何尺寸计算计算大、小齿轮的分度圆直径 计算中心距 计算齿轮宽度 取 ，低速级齿轮的基本参数与高速级的齿轮要一样，只是再取材上由所不同，以此来满足传动的强度要求，用机械设计手册软件版3.0进行辅助设计得到设计数据，整理如下表：高速级齿轮低速级齿轮小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮齿轮基本参数传递功率 P/kw2.852.74传递转矩 T/ Nm76.13300.11转速 n/r/min1430357.5357.587.19传动比 i44.075齿面啮合类型软硬齿面软硬齿面材料与热处理45表面淬火45调质45表面淬火37SiMn2MoV调质模数/mm2.5齿数Z24982498齿宽系数d1.000.2221.000.222中心距a/mm152.5152.5齿数比4.1254.125重合度1.726651.72665分度圆直径d/mm6024560245齿根圆直径 df/mm53.7241.2553.7241.25齿顶圆直径 da/mm65252.565252.5齿顶高 ha/mm2.52.52.52.5齿根高 hf/mm3.1253.1253.1253.125齿顶压力角a/29.8422.9129.8422.91分度圆弦齿厚 /mm3.923.933.923.93分度圆弦齿高/mm2.562.522.562.52固定弦齿厚/mm3.473.473.473.47固定弦齿高/mm1.871.871.871.87公法线跨齿数 K312312公法线长度 Wk19.2988.3419.2988.34齿顶高系数 ha*1.00顶隙系数 c*0.25压力角/20检测项目齿距累积公差 Fp0.043460.079000.043460.07900齿圈径向跳动公差 Fr0.035680.051330.035680.05133公法线长度变动公差 Fw0.028850.038590.028850.03859齿距极限偏差 fpt()0.015190.016990.015190.01699齿向公差 F0.015980.006300.015980.00630中心距极限偏差 fa()0.02953强度校核数据接触强度极限应力 Hlim/MPa960450960546.3抗弯疲劳基本值 FE/MPa480320480443.8接触疲劳强度许用值 H/MPa1339627.71325.1754.1弯曲疲劳强度许用值 F/MPa611.1407.4611.1565接触强度计算应力 H/MPa546719.1弯曲疲劳强度计算应力 F109.1101.5170.5158.7强度校核相关系数载荷类型 静强度圆周力 Ft/N1914.3337651.667齿轮线速度 V4.5871.113使用系数 Ka1.00动载系数 Kv1.845齿向载荷分布系数 KH1.000齿间载荷分布系数 KH1.318应力校正系数 Ysa1.578321.78953复合齿形系数 Yfs4.24543.950875、从动轴与轴上零件的设计 （1）低速轴和轴上滚动轴承以与键连接的设计由前面计算可得=300.11Nm=2.74kw =87.19r/min、求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为 =245圆周力 Ft=7651.667(N)所以F= F= F Fn=F=0N圆周力F，径向力F如图示:、初步确定轴的最小直径按课本15-3初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr,调质处理。由于轴的转速较低，根据教材取，大齿轮用平键安装，所以在计算时应在原来的数值上，轴径增大5%7%，所以最小直径应乘以1.05，则轴的最小直径、联轴器的选择输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器合理连接,故需同时选取联轴器的型号。查教材表14-1,选取计算转矩应小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册选取LX4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为2500,联轴器的孔径选取50mm，轴孔长度L=84mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=112mm。、低速轴联轴器上键的选择和计算选取平头平键，材料取45号钢，按静载荷计算取=140MPa。据装联轴器处d=50mm，可取键宽b=14，键高h=9。取L=64mm。键的工作长度l=L=64mm，接触高度k=0.5h=4.5mm。故合适。标记为：GB/T 1096 键B14964 、根据轴向定位的要求确定低速轴的各段直径和长度由上知d1-2=50mm为了满足联轴器的要求的轴向定位要求,轴12段右端需要制出一轴肩,故取直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=112mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故12段的长度应比L1略短一些，现取l1-2= L1=84mm。、滚动轴承的选择。因轴只受到径向力和圆周力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据,在机械设计手册中初步选取6211型轴承，其尺寸为。故d2-3=d6-7=55mm。轴承采用套筒和端盖进行轴向定位。其尺寸根据箱体确定，这里取。取套筒宽度为14.5mm，为了使齿轮可靠地压紧套筒端面，此轴段应略高于套筒的高度，取二者的高度差为2mm，则。取安装齿轮处的轴段d4-5=64mm，已知齿轮的齿宽为55mm,为了保证键的连接强度,取轮毂宽度为60mm，所以l4-5=58mm。 齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高h0.07d=4.48，取h=6mm,则轴环处的直径d5-6=76mm。轴环宽度b1.4h，取。最右端取轴承宽度，即。轴的结构与装配图如下所示对于输入轴和中间轴，其设计方法类似。、大齿轮上键的选择和计算选取平头平键，材料取45号钢，按静载荷取=140MPa。据d=64mm，可取键宽b=18，键高h=11。取L=52mm。键的工作长度l=L=52mm，接触高度k=0.5h=5.5mm。校核其强度符合强度要求，故合适。标记为：GB/T 1096 键B181152。、轴上的载荷分析 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时,查机械设计手册，对于深沟球轴承,支点取轴承的中心。从结构图以与弯矩合扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的C处的、与的值列于下表中：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T、按弯曲扭转合成应力校核轴的强度根据上表中的数据，以与轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力=轴材料为40Cr，调质处理，其=70MP26.3MPa，所以此轴安全。、精确校核轴的疲劳强度、判断危险截面截面1,A,2只受扭矩作用。所以1，A，2无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面B和D处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看,截面C上的应力最大。截面B的应力集中的影响和截面D的相近,不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且这里轴的直径最大,故C截面也不必做强度校核,截面5、6、7显然更加不必要做强度校核。由第3章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需校核截面4左右两侧即可。、截面4左侧。抗弯系数 W=0.1=抗扭系数 =0.2=0.2截面4左侧的弯矩M为 截面4左侧的扭矩为 =300110截面上的弯曲应力截面上的扭转应力=轴的材料为40Cr，调质处理。查表15-1得：因查教材表，经插值后得2.0 =1.31又查教材图得轴的材料的敏性系数为，=0.87；故有效应力集中系数为尺寸系数，扭转尺寸系数轴按磨削加工，则表面质量系数为综合系数 K=K=合金钢的特性系数 ，取0.2，取0.1安全系数S=S=S=2.5 故它是安全的（3）、截面4右侧抗弯系数 W=0.1=0.1=26214抗扭系数 =0.2=0.2=52429截面4的右侧的弯矩M为截面7的下侧的扭矩为 =300110截面上的弯曲应力截面上的扭转应力=因此处为过盈配合，查表用差值法得取又由上知综合系数 K=K=安全系数S=S=S=2.5 故该轴在截面4右侧的强度也是足够的。6、箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT150）制成。1、机体有足够的刚度在机体凸起的地方加肋，增强了轴承座刚度2、考虑到机体零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用浸油润油。为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为要高。3、机体结构有良好的工艺性。铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便。4、对附件设计油标：油标位置应在便于观察减速器油面与油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，密封性要好，以防油从游标中溢出。由于机器工作在工地上,而且用来搅拌水泥,所以不需要视孔;对于放油孔也是不需要的,因为底座上装的有螺丝用来方便拆卸的,因此也可以用做放油孔,节省了材料和减少加工的麻烦.类似的吊环之类的附件也不需要,没有实际的意义,因为传动装置是固定在支架上了,不需要单独的移动,所以省略掉吊环装置.减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式计算结果取值箱座壁厚6.84mm10mm箱盖壁厚6.08mm10mm箱盖凸缘厚度15mm15mm箱座凸缘厚度15mm15mm箱座底凸缘厚度25mm25mm地脚螺钉直径17.54mm18mm地脚螺钉数目4轴承旁连接螺栓直径13.15mm16mm机盖与机座联接螺栓直径9mm10mm轴承端盖螺钉直径8mm8mm定位销直径8mm8mm连接螺栓的间距200mm视孔盖螺钉直径7.2mm8mm，至外机壁距离查机械课程设计指导书24mm，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书22mm外箱壁至轴承座端面距离=+（812）436.5mm大齿轮顶圆与箱壁距离112mm齿轮端面与箱壁距离110mm箱盖、箱座肋厚8.5mmM12.75mm7、润滑密封设计对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于闭式的，且传速较低，v12m/s，所以采用浸油润滑。润滑油选用L-AN15，装至规定高度。H=30mm =10mm所以油的深度为H+=30+10=40mm密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为。密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。四、设计小结机械设计课程设计是培养学生机械设计能力的技术基础课，本次机械设计的课程设计主要有以下收获：通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握了机械设计的一般规律，树立了正确的设计思想。学会从机器功能的要求出发，合理选择执行机构和传动机构的类型，制定传动方案，合理选择标准部件的类型和型号，正确计算部件的工作能力，确定其尺寸，形状，结构以与材料，并考虑制造工艺，使用和维护，经济和安全问题，培养机械设计能力，过课程设计，学习运用标准，规，手册，图册和查阅科技文献资料以与计算机应用能力，培养机械设计的基本技能和获取相关信息的能力。五 参考文献1吴宗，泽罗圣国.机械设计课程设计手册M.2版.：高等教育，20062濮良贵，纪名刚.机械设计M7版.高等教育.20083吴宗泽.机械零件设计手册M.机械工业.20044淑清.几何精度规学M.理工大学.200319 / 19