机械设计课程设计两级圆柱齿轮减速器.doc

南华大学 机械设计课程设计课程名称 机械设计 题目名称_两级圆柱齿轮减速器_学生学院 机械工程学院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 2013 年 1月 17日目录一、机械设计基础课程设计任1二、传动方案的拟定及说明1三、电动机的选择2四、计算传动装置的运动和动力参数3五、传动件的设计计算4六、齿轮传动设计7 七、轴的设计计算17八、滚动轴承的选择及计算28九、键联接的选择及校核计算31十、联轴器的选择32十一、铸件减速器机体结构尺寸计算表及附件的选择32十二、润滑与密封方式的选择34十三、设计小结35参考资料目录前言机械设计课程是一门实践性,设计性很强的技术基础课程。本课程设计以机械设计课程为基本要求,在科学总结教学经验的基础上进行学习、设计的,实验教学是培养学生创新精神和实践能力的重要教学环节,不紧对增强学生的感性认识,深化课堂内容,培养学生实事求是的科学态度和严谨务实的工作作风具有重要的意义同时对学生分析问题和解决问题的能力也大有作用。减速器是位于原动机和工作机之间的传动装置,也是一种常见的传动装置,它结构紧凑,制造简单,维修方便,价格便宜,所以在很多场合都应用到它,常用的减速器已经标准化规格化。本课程设计是对一个非标准的减速器进行设计说明的,是一个二级圆柱齿轮减速器。设计内容设计计算过程设计结果一、课程设计的任务二、传动方案的拟定及说明三、电动机选择3.1电动机类型的选择3.2电动机功率的选择3.3电动机转速和型号的选择3.4计算传动装置的总传动比并分配传动比四、计算传动装置的运动和动力参数4.1各轴转速4.2各轴输入功率4.3各轴输入转矩T(Nm)5、 传动件的设计计算5.1设计带传动的主要参数5.1.1计算功率5.1.2选择V带型5.1.3确定带轮的基准直径并验算带速v5.1.4确定V带的中心距a和基准长度5.1.5验算小带轮包角5.1.6计算带的根数1)设计一用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器。工作有轻振，空载起动，单向运转，单班制工作。运输带容许速度误差为5%。减速器小批生产，使用期限为8年，每年按300天计。 2)原始数据 运输带所需扭矩 运输带速度v=0.7m/s 卷筒直径D=300mm3)课程设计应完成的工作 1减速器装配图1张； 2零件工作图 2张（轴、齿轮各1张）； 3设计说明书 1份。 传动方案给定为三级减速器（包含带轮减速和两级圆柱齿轮传动减速），说明如下：为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速，即一般常选用同步转速为的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为16-160。根据总传动比数值，可采用任务书所提供的传动方案就是以带轮传动加二级圆柱齿轮传动。1)根据电动机的工作条件、电源种类、工作时间的长短、载荷条件及过载情况等条件来选择。一般情况下，多采用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相交流异步电动机。1)输送带所需功率 2) 电动机输出功率d 传动装置的总效率 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。由参考书1表2-4查得：V形带；圆柱齿轮传动；滚子轴承；传动弹性联轴器；工作机。则故 3）电动机额定功率由2附表6-1选取电动机额定功率 为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由任务书中推荐普通圆柱齿轮减速装置传动比范围3至5，则电动机转速可选范围为选用常用同步转速为1500r/min的电动机，选定电动机的型号为Y100L2-4。主要性能如下表：电机型号额定功率满载转速起运转矩最大转矩Y100L2-4 3KW1430r/min1）总传动比（符合16120 包角满足条件。1）单根V带所能传达的功率 根据=1430r/min 和=100mm 1表8-4a用插值法求得=1.306kw，单根v带的传递功率的增量查表8-4b得。 已知A型v带，小带轮转速=1430r/min 转动比 i=/=2.5 2）计算v带的根数查表8-5得包角修正系数=0.984,表8-2得带长修正系数=0.93 故取3根。Y系列全封闭自扇冷式笼型三相交流异步电动机A型带V带取3根。5.1.7计算单根V带的初拉力和最小值5.1.8计算带传动的压轴力5.2带轮的设计结构6、 齿轮传动设计6.1设计高速级齿轮传动6.1.1选择材料热处理方式6.1.2齿轮传动参数的选择6.1.3按齿面接触疲劳强度设计6.1.4按齿根弯曲强度设计6.2设计低速级齿轮传动6.2.1选择材料热处理方式6.2.2齿轮传动参数的选择6.2.3按齿面接触疲劳强度设计6.2.4按齿根弯曲强度设计7、 轴的设计计算和校核计算7.1齿轮轴的设计7.1.1确定各段直径7.1.2确定轴各段的长度7.2中速轴的设计7.2.1确定各段直径7.2.2确定轴各段的长度7.3低速轴的设计7.3.1确定各段直径7.3.2确定轴各段的长度7.4齿轮轴的校核计算垂直平面支反力：垂直平面弯矩图：水平平面支反力：水平平面弯矩图：7.5齿轮轴的疲劳强度校核7.5.1判断危险截面7.5.2截面右端面7.5.3截面左端面校核7.6中速轴的校核计算垂直平面支反力：垂直平面弯矩图：水平平面支反力：水平平面弯矩图：7.7低速轴的校核计算八、滚动轴承的选择及计算8.1齿轮轴轴承8.2中速轴轴承8.3低速轴轴承九、键联接的选择及校核计算9.1齿轮轴与带轮相联处键的校核9.2中速轴大齿轮处键9.3中速轴小齿轮处键9.4低速轴大齿轮处键9.4低速轴联轴器处键十、联轴器的选择十一、铸件减速器机体结构尺寸计算表及附件的选择11.1减速器附件的选择十二、润滑与密封方式的选择十三、设计小结对于新安装的V带,初拉力为:对于运转后的V带,初拉力为:A.带轮的材料为:HT200B.V带轮的结构形式为:腹板式 选择标准斜齿圆柱齿轮。 根据工作条件与已知条件知减速器采用闭式软齿面计算说明(HB=350HBS),8级精度,查1表10-1得小齿轮：调质处理，,取 大齿轮：45钢调质处理，,取1）压力角2）齿数Z为避免根切，对于标准斜齿圆柱齿轮。闭式齿轮传动中，通常可取,初选 ，,取大齿轮齿数。齿数比则，故满足要求。3）螺旋角 按经验 ，初选 4）齿宽系数 两支承相对于小齿轮做不对称布置 。1)因为齿轮分布非对称，载荷比较平稳综合选择2)由图10-30选取区域系数3)由图10-26查得, ,则4)计算小齿轮的转矩:确定需用接触应力。5)由表10-6查得材料的弹性影响系数。6)由图10-2查得小齿轮的接触疲劳强度极限 因软齿面闭式传动常因点蚀而失效,故先按齿面接触强度设计公式确定传动的尺寸,然后验算轮齿的弯曲强度,查表9-5得齿轮接触应力；大齿轮的为。7)由式10-13计算应力循环次数8)由图10-19取接触疲劳寿命系数 ，。取失效概率为1%，安全系数，；。 所以9）计算圆周速度:10)计算齿宽B及模数 11)计算纵向重合度12)计算载荷系数 由1表10-2查得：使用系数；根据、8级精度，由1图10-8查得：动载系数；由1表10-3查得：（假设）；由1表10-4查得8级精度、调质小齿轮相对支承非对称布置时。根据，由1图10-13查得：。故载荷系数：。13)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由1式1010a 得 14)计算模数1)计算载荷系数:2)根据纵向重合度,从图10-28查得螺旋角影响系数。3)计算当量齿数齿形系数 ，4）由1图10-5查得由1表10-5 查得由图10-20C但得，。由图10-18取弯曲疲劳极限,。计算弯曲疲劳应力:取安全系数S=1.3,由10-12得:5）计算大小齿轮的，并比较 且，故应将代入1式（11-15）计算。6）计算法向模数对比计算结果,为同时满足接触疲劳强度,则需按分度圆直径来计算应有的数,于是有:取；7)则，故取。 ，取。8）计算中心距 取。9）确定螺旋角 10）计算大小齿轮分度圆直径:11）确定齿宽 取。 选择标准斜齿圆柱齿轮。 根据工作条件与已知条件知减速器采用闭式软齿面计算说明(HB=350HBS),8级精度,查1表10-1得小齿轮：调质处理，,取 大齿轮：45钢调质处理，,取1）压力角2）齿数Z为避免根切，对于标准斜齿圆柱齿轮。闭式齿轮传动中，通常可取,初选 ，,取大齿轮齿数。齿数比则，故满足要求。3）螺旋角 按经验 ，初选 4）齿宽系数 两支承相对于小齿轮做不对称布置 。1)因为齿轮分布非对称，载荷比较平稳综合选择2)由1图10-30选取区域系数3)由1图10-26查得, ,则4)计算小齿轮的转矩:确定需用接触应力。5)由1表10-6查得材料的弹性影响系数。6)由1图10-2查得小齿轮的接触疲劳强度极限 因软齿面闭式传动常因点蚀而失效,故先按齿面接触强度设计公式确定传动的尺寸,然后验算轮齿的弯曲强度,查表9-5得齿轮接触应力；大齿轮的为。7)由1式10-13计算应力循环次数8)由1图10-19取接触疲劳寿命系数 ，。 取失效概率为1%，安全系数，；。 所以9）计算圆周速度:10)计算齿宽B及模数 11）计算纵向重合度12）计算载荷系数由1表10-2查得：使用系数；根据、8级精度，由1图10-8查得：动载系数；由课本表10-3查得：（假设）；由1表10-4查得8级精度、调质小齿轮相对支承非对称布置时。根据，由1图10-13查得：。故载荷系数：。13）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式1010a 得 14）计算模数1)计算载荷系数:2)根据纵向重合度,从1图10-28查得螺旋角影响系数。3)计算当量齿数齿形系数 ，4）由1图10-5查得由表10-5 查得由图10-20C但得，。由图10-18取弯曲疲劳极限,。计算弯曲疲劳应力:取安全系数S=1.3,由10-12得:5）计算大小齿轮的，并比较 且，故应将代入1式（11-15）计算。6）计算法向模数对比计算结果,为同时满足接触疲劳强度,则需按分度圆直径来计算应有的数,于是有:取；7）则，故取。 ，取。8）计算中心距 取。9）确定螺旋角 10）计算大小齿轮分度圆直径:11）确定齿宽 取。1）按齿轮轴设计，轴的材料取与高速级小齿轮材料相同，40Cr，调质处理，查表15-3，取2）初算轴的最小直径高速轴为输入轴，最小直径处跟V带轮轴孔直径。因为带轮轴上有键槽，故最小直径加大3%5%，。由3表22-1-17查得带轮轴孔有20，22，24，25，28,30等规格，故取。高速轴工作简图如图(a)所示A段：，由最小直径算出。B段：=26mm，在确定此轴段时，应考虑带轮的轴向固定及密封圈的尺寸，带轮用轴肩定位，轴肩高度为。C段：，与轴承（角接触球轴承7206C）配合，取轴承内径，采用脂润滑。D段：。E段：=49.15mm，将高速级小齿轮设计为齿轮轴，考虑依据2。G段： 。F段：, 取轴承型号7206C。A段：,取带轮宽度，轴段长度略小于轮毂长度。B段：。C段：, 与轴承（角接触球轴承7206C）配合,加上挡油环长度。D段：, 考虑各齿轮齿宽及其间隙距离，箱体内壁宽度减去箱体内已定长度。E段：；F段：；G段：, 与轴承（角接触球轴承7206C）配合,加上挡油环长度（参考2减速器装配草图设计）。1）轴的材料：45钢，调质处理，查表15-31，取。2）初算轴的最小直径因为带轮轴上有键槽，故最小直径加大5%，取根据减速器的结构，轴的最小直径应该设计在与轴承配合部分，初选角接触球轴承7207C。轴的设计图如下：A段:=35mm,与轴承（角接触球轴承7207C）配合。B段：=42mm，该段为中间轴上的齿轮提供定位，其轴肩范围为，取其高度为5mm。C段：=52mm, 非定位轴肩，与齿轮配合，略大于。D段：=42mm； E段：=35mm；A段：=45mm, 考虑轴承（角接触球轴承7207C）宽度与挡油盘的长度。B段：=73mm,根据轴齿轮到内壁的距离及其厚度C段：=13mm；D段：=43mm；E段：=47mm,轴长比轮毂长略短。 轴的材料选用45钢（调质），可由表15-3查得=112。轴的直径: 。因为轴上有一个键槽，故最小直径加大5%，得，。轴设计图 如下：A段: =45mm；B段: =51mm；C段: =55mm,与轴承（角接触球轴承7211C）配合D段: =64mm；E段: =74mm；F段: =64mm；G段: =55mm,与轴承（角接触球轴承7211C）配合。A段: =112mm,由联轴器长度、3、2、挡油盘尺寸确定。B段: =60mm，与零件、轴承座、轴承端盖有关。C段: =43mm, 轴环宽度并根据轴承（角接触球轴承7211C）宽度需要。D段: =53mm,为轴承提供定位和固定作用。E段: =10mm；F段: =68mm, 比轮毂略短。G段: =47mm, 考虑轴承盖及其螺钉长度，圆整得到。轴上载荷：设该齿轮轴齿向是左旋，受力如右图：扭矩图：由材料力学知识可求得水平支反力: 合成弯矩由图可知,危险截面在C右边W=0.1轴材料选用40Cr，查手册，因，故强度足够。齿轮轴结构如下： 在A-B轴段内只受到扭矩的作用，又因为e2m 高速轴是齿轮轴，轴的最小直径是按照扭转强度较为宽裕是确定的，所以A-B内均无需疲劳强度校核。 从应力集中疲劳强度的影响来看，E段左截面和E段右截面为齿轮轴啮合区域，引起的应力集中最为严重，E端右截面不受扭矩，E端左截面上的应力最大。所以只需校核E段左端面左右端面即可。抗弯截面系数抗扭截面系数左截面上的弯矩M为左截面上的扭矩T1为截面上的弯曲应力截面上的扭转应力轴的材料40Cr,调质处理。由表15-1查得：截面上理论应力系数按附表3-2查取。因经查之为：；又由附图3-1可查取轴的材料敏性系数；故有效应力集中系数按式（附表3-4）为：经过表面硬化处理，即，则按1式（3-12）及（3-12a）得到综合系数为：；有1附图3-2的尺寸系数由附图3-3的扭转尺寸系数为轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为：；又由3-1及3-2得到40Cr的特性系数则界面安全系数：故可知道其右端面安全；同理可知：抗弯截面系数抗扭截面系数左截面上的弯矩M为左截面上的扭矩T1为截面上的弯曲应力截面上的扭转应力由附图3-1可查取轴的材料敏性系数；有附表3-8用插值法查得：轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为：；又由3-1及3-2得到40Cr的特性系数则界面安全系数：故E段左端截面的左端面安全。轴上载荷：设该齿轮轴齿向两个都是右旋，受力如下图：扭矩图：由材料力学知识可求得水平支反力: 垂直支反力: 合成弯矩：由图可知,危险截面在C右边W=0.1轴材料选用45钢，查手册，因，故强度足够。设该齿轮齿向是左旋，则其受力图如下：扭矩图：水平平面支反力：垂直平面支反力：垂直平面弯矩图：水平平面弯矩图：由材料力学知识可求得水平支反力: 垂直支反力: 合成弯矩：由图可知,危险截面在C右边W=0.1轴材料选用45钢，查手册，因，故强度足够。齿轮轴型号为7206C角接触球轴承；中速轴型号为7207C角接触球轴承；低速轴型号为7211C角接触球轴承。1）计算轴承的径向载荷：2）计算轴承的轴向载荷(查指导书p125)7206C轴承的基本额定动载荷Cr=23000N,基本额定静载荷Cor=15000N。两轴承派生轴向力为：因为轴右移，右端轴承压紧，左端轴承放松2）计算轴承1、2的当量载荷,取载荷系数因为因为 所以取3）校核轴承寿命按一年300个工作日,每天单班制.寿命8年。预期寿命：，故所选轴承适用。1）计算轴承的径向载荷：2）计算轴承的轴向载荷(查指导书p125)7207C轴承的基本额定动载荷C=30500N,基本额定静载荷Cor=20000N。两轴承派生轴向力为：因为轴左移，右端轴承放松，左端轴承压紧2）计算轴承1、2的当量载荷,取载荷系数因为因为 N所以取3）校核轴承寿命 按一年300个工作日,每天单班制，寿命8年。故所选轴承适用。1）计算轴承的径向载荷：2）计算轴承的轴向载荷 (查指导书p125) 7211C轴承的基本额定动载荷C=52800N,基本额定静载荷Co=40500N.两轴承派生轴向力为：因为轴左移，右端轴承放松，左端轴承压紧2） 计算轴承1、2的当量载荷,取载荷系数因为因为： 所以取。3）校核轴承寿命故所选轴承适用。键联接的组成零件均为钢，=125MPa。键A640；bhL=6640；单键。满足设计要求。键 A1236；bhL=12836；单键。满足设计要求。键 A1263；bhL=12863；单键。满足设计要求。采用A型键A1856； 单键。满足设计要求。采用键A14100；bhL=149100；单键。满足设计要求。根据工作要求，为了缓和冲击，保证减速器的正常工作，输出轴选用弹性柱销联轴器。转矩变化很小，取，。按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件查2，选用HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为，孔径，故适用。标记：HL4联轴器GB/T 50142003。铸件减速器机体结构尺寸计算表名称符号减速器及其形式关系机座壁厚8mm机盖壁厚18mm机座凸缘厚度b12mm机盖凸缘厚度b112mm机座底凸缘厚度p20mm地脚螺钉直径df16mm地脚螺钉数目nn=6轴承旁连接螺栓直径d112mm机盖与机座连接螺栓直径d28mm连接螺栓d2的间距l150mm轴承端盖螺钉直径d3M8窥视孔盖螺钉直径d4M6定位销直径dM6df、d2、d3至外机壁距离c122mm、18mm、14mmd1、d2至凸缘边缘距离c216mm、12mm轴承旁凸台半径R120mm凸台高度h43mm外机壁至轴承座端面距离L141mm内机壁至轴承座端面距离L249mm大齿轮顶圆与内机壁距离111mm齿轮端面与内机壁距离2取8-12mm机盖、机座肋厚m1,m 7mm轴承端盖外径D2102mm、112mm、140mm轴承端盖凸缘厚度e 9mm轴承旁连接螺栓距离ssD2（102mm、112mm、140mm）1视孔盖和窥视孔：在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固。2油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。3油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。4通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。5螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。6定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。7吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体。 对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以滚动轴承采用脂润滑， 传动零件采用浸油润滑，装至规定高度。 密封性是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，连接表面应精创，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。 一个月的课程设计，让我收获颇多。首先，它让我对以前学的专业知识重新进行了一次比较全面的温习。其次，我进一步了解到自己在哪些方面的欠缺和不足，以便在今后的学习中进行弥补。本次课程设计在王剑彬老师的指导下终于圆满完成。这次关于带式运输机上的两级展开式圆柱斜齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过三星期的设计，使我对机械设计有了更多的了解和认识。我们以后的工作打下了坚实的基础。 机械设计是机械工业的基础，是一门综合性相当强的技术课程，它融合了机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、公差与配合、CAD实用软件、机械工程材料等于一体。 这次的课程设计，对于培养我们理论联系实际的设计思想；训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论，结合生产实际关系和解决工程实际问题的能力；巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。 在这次的课程设计过程中，综合运用先修课程中所学的有关知识与技能，结合各个教学实践环节进行机械课程的设计，一方面，逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力，特别是提高了分析问题和解决问题的能力，为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。参考资料目录：1 濮良贵,纪名刚主编. 机械设计M. 北京：高等教育出版社，2006年5月第8版2 赵友红，周知进主编. 机械设计（基础）课程设计指导M中南大学出版社，2012年7月第1版选择标准斜齿圆柱齿轮。选择标准斜齿圆柱齿轮。=35mm=42mm=52mm=42mm=35mm=45mm=73mm=13mm=43mm=47mm=45mm=51mm=55mm=64mm=74mm=64mm=55mm=112mm=60mm=43mm=53mm=10mm=68mm=47mm=34.28MPaHL4联轴器GB/T 50142003