二级减速器齿轮传动设计

机械设计课程设计说明书姓名： 系别： 机电系 班级： 机电一体化二班 学号： 指导老师： 目 录一、 传动方案分析5二、 选择电动机6三、 计算总传动比及分配各级的传动比 9四、 计算传动装置的运动和动力参数9五、 直齿圆柱齿轮传动设计计算.11六、滚动轴承的选择及校核计算 17七、轴的结构设计计算 20 八、联轴器的选择计算 26 九、 减速器箱体的设计27 十、润滑与密封28 十一、设计小结30 十二、参考文献30设计计算及说明结果第一章 概 述一节、机械设计课程设计的目的与内容1.1 课程设计的目的机械设计课程是使学生接受较全面的设计训练课程，也是相当重要的一个教学环节，其目的是：1、培养综合运用已学的有关理论知识去分析和解决实际问题的能力，形成理论联系实际的正确设计方法。2、学习并掌握通用机械零部件，机械传动及一般机械设计的基本方法和步骤。3、提高学生在机械设计方面的能力，如技算、制图，运用设计资料的能力及数据处理能力。1.2课程设计内容1、传动方案的分析和拟定；2、选择电动机；3、分配传动比；4、传动装置运动和动力参数的计算；5、传动件(如齿轮传动、带传动)的设计计算；6、轴的设计；7、轴承及其组合部件设计；8、键联接和联轴器的选择与校核；9、润滑设计；10、箱体、机架及附件的设计；11、确定机械传动中哪些零件需要做强度计算，并进行计算；12、装配图和零件图的设计与绘制；13、设计计算说明书的编写。 1.3课程设计要求每一个学生在2周时间内完成以下任务：（参照任务书）1、总图和传动装置部件装配图（A1号或A0号图纸）12张；2、零件工作图若干张（传动件、轴和箱体、机架等，具体由老师指定）；3、设计计算说明书一份约30页，约1万字。4、课程设计完成后应进行总结和答辩。二节、设计课程机械设计的一般步骤以及注意事项2.1设计准备(1)阅读和研究设计任务书,明确设计内容和要求； 分析设计题目,了解原始数据和工作条件； (2)通过参观（模型、实物、生产现场)、看电影录像、 参阅设计资料以及必要的调研等途径了解设计对象； （3）阅读本书有关内容，明确并拟定设计过程和进度计划。2.2传动装置的总体设计 （1）分析和拟定传动装置的运动简图； （2）选择电动机；（3）计算传动装置的总传动比和分配各级传动比；(4）计算各轴的转速、功率和转矩。2.3各级传动的主体设计计算 （1）设计计算齿轮传动、蜗杆传动、带传动和链传动等的主要参数和尺寸。 （2）计算各传动件上的作用力2.4装配草图的设计和绘制 （1）装配草图设计准备工作：主要分析和选择传动装置的结构方案； （2）初绘装配草图及轴和轴承的计算：作轴、轴上零件和轴承部件的结构设计； 校核轴的强度、滚动轴承的寿命和键、联轴器的强度； （3）完成装配草图，并进行检查和修正。2.5装配工作图的绘制和总成 （1）绘制装配图； （2）标注尺寸、配合及零件序号； （3）编写零件明细栏、标题栏、技术特性及技术要求等。2.6零件工作图的设计和绘制（1）齿轮类零件的各种图； （2）轴类零件的工作图； （3）箱体、机架类零件的工作图。具体内容由设计知道教师指定。2.7设计计算说明书的编写 （1）内容包括所有的计算，并附有必要的简图； （2）设计总结。2.8设计总结和答辩 （1）完成答辩前的准备工作； （2）参加答辩。必须指出，上述设计步骤并不是一成不变的。机械设计课程设计与其机械设计一样，从分析总体方案开始到完成技术设计的整个过程中，由于在拟定传动方案时，甚至在完成各种计算设计时有一些矛盾尚未暴露，而待结构形状和具体尺寸表达在图纸上时，这些矛盾才会充分暴露出来，故设计时必须作必要修改，才能逐步完善，亦即需要“由主到次、由粗到细”，“边计算、边绘图、边修改”及设计计算与结构设计绘图交替进行，这种反复修正的工作在设计中往往是经常发生的。2.9机械设计课程设计应注意的事项 1.学生在设计的过程中必须严肃认真，刻苦专研，一丝不苟，精益求精， 才能在设计思想，方法和技能各方面获得较好的锻炼与提高。2.机械设计课程设计是在老师的指导下由学生独立完成的。学生必须发挥设计的主动性，主动思考问题分析问题和解决问题。3.设计中要正确处理参考已有资料和创新的关系。 熟悉和利用已有的资料，既可避免许多重复的工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的重要保证。善于掌握和使用各种资料，如参考和分析已有的结构方案，合理选用已有的经验设计数据，也是设计工作能力的重要方面。学生必须吸收新的技术成果，注意新的技术动向，创造性的进行设计，鼓励运用现在设计方法，使设计质量和设计能力都获得提高。4.学生应在教师的指导下订好设计进程计划，注意掌握进度，按预定计划保证质量完成设计任务。 机械设计应边计算，边绘图，边修改，设计计算与结构设计绘图交替进行，这与按计划完成设计任务并不矛盾，学生应从第一次设 计开始就注意逐步掌握正确的设计方法。 5.整个设计过程中要注意随时整理计算结果，并在设计草稿本上记下重要的论据，结果，参考资料的来源以及需要进一步探讨的问题，使设计的各方面都做到有理有据。这对设计正常进行，阶段自我检查和编写计算说明书都是必要的。 一节、分析和拟定传动方案一般工作机器通常由原动机、传动装置和工作装置三个基本职能部分组成。传动装置传送原动机的动力、变换其运动，以实现工作装置预定的工作要求，它是机器的主要组成部分传动装置的设计方案通常由运动简图表示。它直观的反映了工作机、传动装置和原动机三者间的运动和力的传第关系。如下图即为带式运输机运动简图；传动装置首先应满足工作机可靠。此外，还应该结构简单，尺寸紧凑、成本低，效率高和易维护等。同时要满足上述要求是困难的，因此，应该根据具体要求，选用具体方案。分析和选择传动机构的类型及其组合是拟定传动方案的重要一环，这时应综合考虑工作装置载荷、运动以及机器的其他要求，再结合各种传动机构的特点适用范围，加以分析比较，合理选择。为便于选型，将常用传动机构的特点及其应用列于附录表2-1 和附录表2-2传动装置中广泛采用减速器。常用减速器型式、特点及其应用列于附录表2-3 传动系统应有合理顺序和布局。除必须考虑各级传动机构所适应的速度范围外，下列几点可供参考。1带传动承载能力较低，在传递相同转矩时结构尺寸较啮合传动大；但带传动平稳，能缓冲吸震，应尽量置于传动系统的高速级2锥齿轮(特别是大模数锥齿轮)的加工比较困难，一般宜置于高速级，以减小其直径和模数。但需注意，当锥齿轮的速度过高时，其精度也需相应提高，此时还应考虑能否达到所需制造精度以及成本问题。 3. 斜齿轮传动较直齿轮传动平稳，相对应用于高速级。4传动装置的布局应使结构紧凄、匀称，强度和刚度好并适合车间布置情况和工人操作，便于装拆和维修。5. 在传动装置总体设计中，必须注意防止因过载或操作疏忽而造成机器损坏和人员工伤，可视具体情况在传动系统的某一环节加设安全保险装置。6. 在一台机器中可能有几个彼此之间必须严格协调运动的工作构件，此外，尚需指出，在机械设计课程设计的任务书中，若已提供传动方案，则论述该方案的合理性，也可提出改进意见, 另行拟定更合理的方案。 二、 选择电动机1、电动机类型选择 根据电源及工作机工作条件，选用卧式封闭型Y（IP44）系列三相交流异步电动机。2、电动机功率的选择 1）、工作机所需功率=FV=20501.45=2.9725KW 2）、电动机输出功率为传动装置的总效率式中、为从动机至工作机之间的个传动机构和轴承的效率。查机械设计课程设计表2-4得：平带传动效率（卷筒）:=0.96，滚动轴承效率:=0.99，圆柱齿轮传动效率:=0.95，弹性联轴器传动效率:=0.99。则： = 0.82电动机输出功率：根据电动机输出功率，查表选择电动机的额定功率=2.9725KW=0.99=0.95=0.99设计计算及说明结果3）、电动机转速的选择 为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由机械设计课程设计表2-3,单级圆柱齿轮的传动比范围为。令两级圆柱齿轮减速器高速级齿轮传动比为，低速级齿轮传动比为，则传动装置的总的传动比为:故电动机转速范围为n筒=（936）102.6=923.43693.6r/min 可见同步转速为,的电动机均符合要求。由于的电动机体积小，转速高，传动不平稳；而的电动机体积大、重量大、价格昂贵，因此初步选同步转速为，查表知！方案电动机型号额定功率kw电动机转速r/min极数转矩kw同步满最大堵转额定1Y112M-441500144022.22.22.2所以：电动机型号为Y112M-4设计计算及说明结果三、计算总传动比及分配各级的传动比1、传动装置总传动比 i总=n电动/n筒=1440/102.6=142、分配各级传动比 两级圆柱齿轮减速器高速级齿轮传动比为，低速级齿轮传动比为，取： 取 则 设计误差没超过5%，满足要求四、计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速 电动机轴为0轴，减速器低速轴为1轴，中速轴为2轴，高速轴为3轴，滚筒轴为4轴.则各轴转速分别为：N2=n1/i带=1440/3.5=411(r/min)N3=n2/i齿轮=411/4=102.75(r/min)N4= N3=102.75(r/min)i总=14N4=102.75(r/min)设计计算及说明结果2、各轴输入功率 按电动机额定功率计算各轴输入功率即P1=P00.990.990.95=3.375KWP2=P10.990.952 =3.02KWP3=P2轴承齿轮=3.20.990.952=2.8KW=P4= P3N4=2.80.96=2.688kw3、各轴转矩4、各轴输入转速、功率、转矩如下表所示：项目电动机轴0低速轴I中间轴II高速轴 滚筒轴III 4转速r/min14401440411102.75 102.75功率kW43.3753.022.8 2.688转矩24.0422.3870.17260.2 249.83P1=3.375kwP2=3.02kwP3=2.8kwP4=2.688kw设计计算及说明结果五、直齿圆柱齿轮传动设计计算减速器高速级齿轮传动比为，高速轴转速，传动功率为P1=3.375KW，支持圆柱齿轮采用软齿面制造。1、 选择材料及确定许用应力 小齿轮用40MnB调质，齿面硬度241-286HBS，,；大齿轮用ZG35SiMn调质，齿面硬度为241-269HBS，查机械设计基础（第五版）表11-5取,2、按齿面接触疲劳强度设计 设齿轮按8级精度制造，取载荷系数K=1（见机械设计基础（第五版）表11-3），齿宽系数（见机械设计基础（第五版）表11-6）,大齿轮上的转矩设计计算及说明结果取 (机械设计基础（第五版)表11-4），查图10.27得 由式(10.13)得故: 由表10.3取标准模数m=1.5mm主要尺寸计算分度圆直径: 齿顶圆直径: 经圆整后取 按齿根弯曲疲劳强度校核:由式10.24得出,则校核合格.齿形系数. 查表10.13得 应力修正系数:查表10.14得 许用弯曲应力 由图10.25查得 由表10.10可得由图10.26查得由式10.14可得 故所以齿根弯曲强度校核合格.验算齿轮的圆周速度v合理.第二对齿轮设计和校核:小齿取 传动比 取m=2主要尺寸计算: 按齿根弯曲疲劳强度校核:由式10.24得出,则校核合格.齿形系数. 查表10.13得 应力修正系数:查表10.14得 许用弯曲应力 由图10.25查得 由表10.10可得由图10.26查得由式10.14可得 故所以齿根弯曲强度校核合格.验算齿轮的圆周速度vm=1.5mmmmm=2六、滚动轴承的选择及校核计算由条件知，减速器工作期限十年，两班制工作，则轴承的预计寿命为（一）、对高速轴上滚动轴承的选择及核计算1、高速轴滚动轴承的选用深沟球轴承，如图所示 2、对轴承进行受力分析计算 轴承在减速器工作时，只受到径向反力，而高手轴径向反力和圆周力均作用其上，径向反力的合力即为轴承所受到的径向力。 1）、径向力作用时由 得径向力受力如下图所示：， 设计计算及说明结果2)、圆周力作用时，受力如图所示：则作用于轴承的反力分别为 由轴承只受到径向载荷作用，故 、分别为左右两轴承所受当量动载荷。3）、计算所需的径向基本额定动载荷 因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，今,设计计算及说明结果故应以轴承的径向当量动载荷为计算依据，因受中等冲击载荷，查机械设计基础（第五版）表16-9得，工作温度正常，查表16-8得，故：4、由机械设计手册（单行本）轴承查得型号为6208的轴承符合强度要求，因此高速轴上轴承选用6208型号轴承。（二）、中间轴II上的轴承选用型号为6208轴承； 低速轴III上的轴承选用型号为6013的轴承。见机械设计手册（单行本）轴承高速轴I：型号为6208轴承中间轴II：型号为6208轴承低速轴III：型号为6013的轴承设计计算及说明结果七、轴的结构设计计算（一）高速轴的机构设计计算 由于高速轴上的齿轮直径接近于轴径，故将轴设计为齿轮轴。1、 高速轴的结构如下图所示：2）、轴的转矩齿轮上的受力圆周力：径向力：轴的受力如下图所示：设计计算及说明结果设计计算及说明结果3）、a、求垂直面的支承反力 b、求水平面的支承反力 C、力在支点产生的反力 设计计算及说明结果d、绘垂直面的弯矩图（图b）e、绘水平面的弯矩图（图c）f、力产生的弯矩图（图d）a- a截面反力产生的弯矩图为g、求合成弯矩图（图e）设计计算及说明结果h、q求轴传递的转矩（图f）i、求危险截面的当量弯矩（图g）a-a截面最危险，其当量弯矩为 轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数，代入上式得j、计算危险截面处轴的直径轴的材料选用40Mn调质处理，由机械设计基础（第五版）表14-1查得，表14-3查得，则：设计计算及说明结果由于轴做成齿轮轴，齿根圆直径。因，故轴的设计尺寸符合要求。轴II和轴III的结构设计如轴1设计计算及说明结果八、联轴器的选择计算1、低速轴与工作机鼓轮轴用联轴器连接，由于弹性柱销联轴器结构简单，更换柱销方便，缓和冲击，吸收振动，故选用弹性柱销联轴器。2、求计算转矩 轴III转矩为 由机械设计基础（第五版）表17-1查得工作机为输送机时，工作情况系数，故计算转矩为3、确定型号 由机械设计、机械设计基础课程设计表17-4查得符合轴直径为50mm的联轴器选取型号为HL4弹性柱销联轴器，其公称转矩，轴材料为钢时，许用转速为4000r/min，允许的轴孔直径在之间，故能满足工作机与减速器联接工作需要，从而确定联轴器型号为HL4联轴器 GB5014-85九、 减速器箱体的设计1、采用铸造的方法制造考虑到安装方便，采用剖分式结构，使剖分面通过轴心线。箱体要有足够的刚度。首先保证足够的壁厚，取为保证箱体的支撑刚度，轴承座应有足够的厚度，并设置加强肋，选用外肋结构。另外，箱座底凸缘宽度应超过箱体的内壁应超过箱体内壁为提高轴承座处的联接刚度，座孔两侧的连接螺栓应尽量靠近轴承，为此轴承座附近做出凸台，有一定高度以留出足够的扳手空间，但不超过轴承座外圆。2、箱体结构要有良好的工艺性 采用铸造箱体，所以注意铸造的工艺要求，例如注意力求壁厚均匀、过渡平缓，外形简单，以便拔模方便等。设计箱体结构形状时，应尽量减小机械加工面积，减少工件和刀锯的的调整次数。例如同一轴心线上的两轴承座孔的直径应尽量一致，以便镗孔并保证镗孔精度。箱体的加工面与非加工面必须严格分开，加工处做出凸台()。螺栓头部或螺母接触处做出沉头座坑。箱体形状力求均匀、美观。3、附件的结构设计要设计启盖螺钉，其上的螺纹长度要大于箱盖联接凸缘的厚度，钉杆端部要做成圆柱形，加工成半圆形，以免顶坏螺纹。为了保证剖分式箱体轴承座孔的加工与装配精度，在箱体联接凸缘的长度方向两端各设一圆锥定位销。两销间的距离尽量远，以提高定位精度。定位销直径一般取，取，长度应大于箱盖和箱座联接凸缘的总厚度，以利于装拆。 为了拆卸及搬运减速器，在箱盖上装有吊环，直接在箱盖上铸出；在箱座两端凸缘下面直接铸出吊钩，用于调运整台减速器。联轴器型号为HL4联轴器 GB5014-85设计计算及说明结果十、润滑与密封1、箱体内齿轮的润滑圆柱齿轮减速器的轴I、轴II、轴III的转速分别为，4个齿轮的分度圆直径分别为，。由得则4个齿轮的分度圆速度分别为由机械设计、机械设计基础课程设计表16-2查得闭式齿轮传动润滑油运动粘度的值。高速级齿轮传动所需润滑油运动粘度为；低速级传动所需润滑油运动粘度为，故减速器齿轮润滑所需的平均润滑运动粘度为：设计计算及说明结果由机械设计课程设计表16-1查得选用中负荷工业齿轮油（GB5903-86）代号为N320的齿轮润滑油。各齿轮的速度均小于12m/s,故采用油池润滑。2、 轴承润滑密封由于三对轴承的速度均较低，故采用脂润滑。三对轴承选用代号为ZGN69-2的滚动轴承脂进行润滑。滚动轴承的密封形式用毡圈密封形式进行密封。选用中负荷工业齿轮油（GB5903-86）代号为N320的齿轮润滑油采用油池润滑三对轴承选用代号为ZGN69-2的滚动轴承脂进行润滑采用脂润滑十一、设 计 小 结经过两周多时间的努力，终于把机械设计课程设计完整地做完了。在这次设计作业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计方案修改，同一个数据有时候也要计算好几遍，通过两周多计算设计和画图终于把设计完整的做出来。 尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了带传动以及齿轮的设计步骤与方法;也对制图有了更进一步的掌握。对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力。在这次设计中,我发现自己考虑问题不全面，考虑到了细节整体又没有考虑，还有就是对理论知识的不熟悉，理论和现实脱节，使得这次设计遇到了很多从来没有遇到过的问题。认清了自己的不足之处，对以后的学习以及工作有了很大的帮助。十二、参 考 文 献1、王昆、何小柏、汪信远主编. 机械设计、机械设计基础课程设计. 北京：高等教育出版社，1996年2、杨可帧、程光藴、李仲生主编. 机械设计基础.北京：高等教育出版社，2006年5月3、成大先主编.机械设计手册、单行本、轴承.北京化学工业出版社，2004年1月30