二级展开式斜齿轮减速器设计计算说明书

机械设计课程设计设计计算说明书设计题目：带式运输机传动装置班 级：2011 级 2 班设计者：Iovetaotao34指导教师：史延枫完成日期：2013年11月22日成都学院工业制造学院【机械设计】课程设计任务书设计题目带式输送机传动装置设计者车辆 姓名:2011级2班Iovetaotao34题目数据工作机输入功率(kW) 2.8工作机输入转速(rpm)901 电动机2联轴器3 咸速器4 带式输送机(工作机)工作条件1、连续单向运转；2、载荷较平稳；3、两班制；4、结构紧凑；5、工作寿命5年。设计内容1、减速器装配图1张(0号图);2、零件图2-3张；3、设计计算说明书1份。设计期限自2013年11月4日至2013年11 月22日答辩日期指导教师史延枫设计成绩目录一、选择电动机的类型及功率 - 1 -1、计算电动机的功率 - 1 -2、确定电动机转速 - 1 -3、计算传动装置的总传动比?并?分配传动比 - 1 -4、计算传动装置各轴的运动和动力参数 - 1 -二、齿轮的选择 - 2 -1、计算第I级齿轮参数计算-2 -2、 计算第n级齿轮参数计算 -5 -传动零件设计计算数据表 - 8 -三、装配草图设计 - 8 -1 、初选轴及联轴器 - 8 -2、初选轴承 - 9 -3、润滑及密封 - 9 -4、箱体尺寸初步设计与计算 - 9 -四、中间轴的计算及校核 - 10 -1 、按扭转强度条件计算 - 10 -2、按弯扭合成强度计算 - 10 -中间轴轴承的校核 - 12 -中间轴键的校核 - 12 -五、减速器附件的选择 - 13 -1 、附件的选择 - 13 -2、附件说明 - 13 -结论 - 13 -参考文献 - 14 -亠、选择电动机的类型及功率1、计算电动机的功率查表9.1得：联轴器的传动效率：?= 0.99 ;轴承的传动效率：？= 0.98 ;齿轮传动的 效率：?= 0.97 ;卷筒的传动效率：?= 0.96。故有：2? = 0.992 X0.984 X 0.972 X 0.96 = 0.817所以电动机所需的工作功率为?2.8?= = ?：0.817 = 3.43?2、确定电动机转速按表9.1推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比?= 840 ,而工作机卷筒轴的转速为nw=90r/min。所以电机转速可选范围为?= ?= (840 ) X 90 = (7203600 )r/min符合这一范围的同步转速有 750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min四种。综合考 虑电机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动转置结构紧凑，决定选用同步转速 为1500r/min的电动机。根据电动机类型、容量和转速，由表 14.1选定电动机型号为 Y112M-4。主要性能如下表：电机型号额定功率/kW满载转速(r/min)启动转矩 额定转矩最大转矩 额定转矩Y112M-4414402.22.23、计算传动装置的总传动比 ？并分配传动比1、总传动比为:?= -? = 1440 = 16?902、分配传动比：?= ?n考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取？?= 1.4? I故?= v1.4? = V 1.4X16 = 4.73?16?= ?|= 473= 3.384、计算传动装置各轴的运动和动力参数1、各轴的转速I轴：ni=n m=1440r/minn轴:?=?= 1440?4.73304.44 r/min?304.44川轴：？ 1= ?= 90.07 r/min卷筒轴：nw=n m=90r/min2、各轴的输入功率I 轴：?= ?= 3.43 X 0.99?= 3.40?H 轴：？ = ? = 3.40 X 0.98 X0.97kW = 3.23kW 川轴：？ i=i ? = 3.23 X 0.98 X 0.97?= 3.07?卷筒轴：？卷=?= 3.07 X0.98 X 0.99?= 2.98?3、轴的输入转矩电动机轴的输出转矩 Td为?= 9.55 X106 X逹=9.55 X 106 X = 4.01 X 104?0.817I 轴：？= ?= 4.01 X 104 X 0.99 = 3.97 X 104?n 轴:? = ?= 3.97 X 104 X 0.98 X 0.97 X4.73 = 1.80 X 105? 川轴：? i=i ? = 1.80 X105 X 0.98 X 0.97 X 3.38 = 5.78 X 105?mm 卷筒轴：？卷=?= 5.78 X 105 X0.98 X 0.99 = 5.62 X 105?将上述计算结果汇入下表:轴名功率P/kW转矩T/(N.mm)电机轴3.434.01 X104I轴3.403.97 X104n轴3.231.80X105川轴3.075.78X105卷筒轴2.985.62 X105转速n/(r/mi n)传动比i效率n144010.994.730.95304.443.380.959010.97901、齿轮的选择1、计算第I级齿轮参数计算1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1） 选用斜齿圆柱齿轮传动，7级精度。2） 材料选择。选小齿轮材料为 40Cr （调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为 45钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度差 40HBS。3）选小齿轮齿数 Z1=24 , Z2=4.73 X 24=113.52，取 Z2=114。4）初选螺旋角3= 14 2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算， ？?逬笔？等（需$ 2 （1）确定公式内的各值1）初选祝？ 1.6。2）计算小齿轮传递的转矩。95.5 X 10 5?95.5 X 10 5 X 3.404? = 2.2548 X 104?14403）由图10-30选取区域系数 Zh=2.433。4） 由表 10-26 杳得 a1=0.78 , a2=0.87，则 a= a1+ a2=1.65。5）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限b Hiim1 =600MPa ;大齿轮的接触疲劳强度极限bHiim2 =550MPa。6）算应力循环次数。? = 60?=60 X 1440X 1 X （2X 8X 300X 5）=2.0736 X 1092.0736 X 108?=预 =4.74508 X 1087） 由图10-19取接触疲劳寿命系数 Khn=0.88;K hn2=0.94。18）由表10-6杳得材料的弹性影响系数 ？?= 189.8?9） 疲劳许用应力。取失效概率为1%安全系数S=1,由公式得：?1?1b h1= ?= 0.88 X 600MPa = 528MPa?2?2h2= ?=0.94 X 550MPa = 517MPa?|1 + ?|22528 +5172=522.5Mpa（2 ）计算参数1）计算小齿轮分度圆直径d1t。?3 2 X 1.6 X2.2548 X 1045.732.433 X 189.8 2二X453 X （“ C）1 X 1.65522.5=34.59?2）计算圆周速度? _60X 1000 =? X 34.59 X60X 1000Z?/?=2.61m/s3）计算齿宽b。b = ?= 1 X 34.59?= 34.59?4）齿宽与齿高之比？。模数：?34 59 X ?14 ?=?=24= 1.398?齿高：h=2.25mt=2.25 X1.398=3.146 ?b 34.59-=10.99h 3.1465）计算纵向重合度?。?= 0.318? ?0.318 X 1 X 24 Xtan14 1.9036）计算载荷系数。根据u =2.61m/s , 7级精度，由图10-8查得动载荷系数 Ku =1.06 ;查表10-4得 Khb =1.42 ;由图 10-13 查得 Kfb =1.35 ;表 10-3 查得 Kh“ =KF =1.2。X1.06 X 1.2 X 1.42 = 1.817) 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由10-10a得36.023 ? 2 X 1.81 X2.2548 X104 * * * X0.88 X （?）|引 1.81? = ?= 349 X F8)计算模数mn。3、按齿根弯曲强度设计?=?36.02?=X ?14 24= 1.46mm(1)确定计算参数1） 计算载荷系数。K= ?= 1 X1.06 X 1.2 X 1.42 = 1.812） 根据纵向重合度?= 1.903，从图10-28查得螺旋角影响系数?= 0.88。3）计算当量齿数。?24?1= ?= ?4 = 26.27?2 =?114?4=124.794) 查取齿形系数。由表10-5 查得 YFa1=2.62 ; YFa2=2.16 ; Ysa1=1.595 ; Ysa2=1.81。由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限？?尸500MPa ;大齿轮的弯曲疲劳强度极限？?尸 380?由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ？?1= 0.85 , ?2= 0.88。5) 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由公式10-12得?1?1?0.85 X 500=303.57MPa?2?2?-0.88 X 380=238.86MPa6) 计算大、小齿轮的 鬻并加以比较。?1?12.62 X 1.595303.57=0.01377?2?2?刃22.16 X 1.81238.86=0.01637? ?36.02 X ?141.5=23.3则取 Z1=23,Z2=iZ 1=4.73 X23=109。大齿轮的数值大。(2 )设计计算4、几何计算中心距(1)计算中心距(?+?)? a = ?(23+109 ) X 1.52?14 =102.03mm取 a=102。(2) 修正螺旋角(? + ?)?(23 + 109) X 1.53 = arccos= ?= 13 55 502 2?2 X102因3值改变不大，故参数? ? ?等不必修正。(3) 计算大、小齿轮分度圆直径?23 X 1.51?13 55 50?109 X 1.5?= ?13 5= 16851?(4) 计算齿轮宽度b = ? = 1 X 35.56? = 35.56?圆整后取 B2=40mm ; B1=45mm。2、计算第级齿轮参数计算1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1） 选用斜齿圆柱齿轮传动，7级精度。2） 材料选择。选小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为 45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差 40HBS。3）选小齿轮齿数 Z仁24 , Z2=3.38 X 24=81.12，取 Z2=8181。4）初选螺旋角3= 14 2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算,（1）确定公式内的各值?煜?专1篙1) 初选?= 1.6。2) 计算小齿轮传递的转矩。95.5 X 105?95.5 X105 X3.235?= 1.01322 X 105?304.443) 由图10-30选取区域系数 Zh=2.433。4) 由表 10-26 查得 a1=0.78 , a2=0.87，则 a= a1+ a2=1.65。5) 图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限c Hlim1 =600MPa ;大齿轮的 接触疲劳强度极限b Hlim2 =550MPa。6) 算应力循环次数。? = 60?=60 X 304.44 X 1 X (2 X 8X 300X 5)=4.383936 X 1084.383936 X 108? =1.297022 X 10823.387) 由图10-19取接触疲劳寿命系数Khn=0.93;K hn=0.96。18) 由表10-6查得材料的弹性影响系数 ？?= 189.8?9）疲劳许用应力。取失效概率为1%安全系数S=1,由公式得:?1?1?= 0.93 X 600MPa = 558MPa?羽=?側1 + ?初22d h2= ?= 0.96 x 550MPa = 528MPa558 + 528=543MPa2（2 ）计算参数1）计算小齿轮分度圆直径dit。?X 1.6 x 1.06027 x 1054.381 X 1.65X、-3.38x（2.433 X 189.8543=56.89?2）计算圆周速度3）计算齿宽b。?V =60 X 1000?X 56.89 X 304.44?/?= 0.91?/?60 X 1000b = ?= 56.89? = 56.89?4）齿宽与齿高之比？。模数：cc?1?56.89 X ?14 ?=?=24= 2.30?齿高：h=2.25mt=2.25 X2.30=5.175 ?b 56.89-=10.99h 5.1755) 计算纵向重合度?= 0.318? ?刃1?0.318 X 1 X 24 Xtan14 1.9036) 计算载荷系数。根据u =0.91m/s , 7级精度，由图10-8查得动载荷系数Ku =1.02 ;查表10-4得Kh, =1.42 ;由图 10-13 查得 阳=1.35 ; 表 10-3 查得 Kh“ =&“ =1.2。K = ?壬?？?？尸 1 X 1.02 X 1.2 X 1.42 = 1.747) 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由10-10a得3 ?3 1.7458.51? = ?吃?= 56.89 X F8）计算模数m。?58.51 X ?14 ?=?=24= 2.365mm3、按齿根弯曲强度设计（1）确定计算参数1）计算载荷系数。k =?= 1 X 1.02 X 1.2 X 1.42 = 1.742)根据纵向重合度? =1.903，从图 10-28查得螺旋角影响系数?= 0.88。3)计算当量齿数。?24?1 =3一?4 =26.27?81?2=3一?4 =88.674)查取齿形系数。由表10-5 查得 YFa1=2.60；YFa2=2.21；Ysa1=1.595 ； Ysa2=1.78。由图10-20C查得小齿轮弯曲疲劳强度极限？?= 500MPa ;大齿轮的弯曲疲劳强度极限?-= 380?由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ？?尸 0.85，?2= 0.88。5)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式10-12得?1?1?0.85 X 500= 303.57MPa?2?0.88 X 380=238.86MPa1.46)计算大、小齿轮的?用并加以比较。?1?1 =2.60 X 1.595303.57=0.01366?2?2?羽22.21 X 1.78=0.01646238.86大齿轮的数值大。(2 )设计计算3 2 X1.74 X 1.01322 X 105 X 0.88 X (?)l4 ? =1 X 242 X1.65X 0.01646 = 1.72mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m n大于由齿根弯曲强度计算的法面模数，取mn=2.0mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d 1=58.51来计算应有的齿数。于是由? = ? ?=?58.51 X ?14 卄卄=28.38 则取 Z1=28 , Z2=iZ 1=3.38 X28=94.64。取 Z2=95。4、几何计算中心距(1)计算中心距(?+?)?(28+95 )X2a =2?2?14 = 126.77mm 取 a=127。(2)修正螺旋角十os(?+ ?)?(3)2?因B值改变不大，故参数? ? 计算大、小齿轮分度圆直径?+?95) X 2 =14 25，52 X 127?等不必修正。28 X2(4)计算齿轮宽度?=竺?= = 57 71?14 255?95 X 2?=习?？?14 刃叫?b = ?= 1 X 57.71?= 57.71? 圆整后取 B2=60mm ; B1=65mm。传动零件设计计算数据表类型模数中心距材料齿数齿宽分度圆直径1第I级 齿 轮小齿轮斜齿圆 柱齿轮1.510240Cr234535.56大齿轮4510940168.51第n 级 齿 轮小齿轮斜齿圆 柱齿轮212740Cr286557.71大 齿 轮459560195.82三、装配草图设计1、初选轴及联轴器根据电动机型号 Y112M-4查表14.2得电动机的最小直径 d电机=28mm。3 ?如?沪 C V?=1）、按扭矩强度初定该轴的最小直径dmin3 / 3.23X V= 24.17?304.44同理确定低速轴的最小直径选取轴的材料为45刚调质处理。？=110。3 ? ?S m= ? V?= 100 * * * * * * * * * 110 3 07?Iii =?V? = 110 X V9 = 35.67?/ ?90此处要按放键将轴放大 3%有：？?iii =?（?1+3%） 35.67mm=36.74mm。2、初选轴承第I级齿轮传动是斜齿轮传动，高速轴同时承受径向力和轴向力作用，故采用圆锥滚子轴承，由于d=20mm,考虑到轴向定位和轴承装拆方便，应将轴承内径放大两次，查表12.4初选0基本游隙组、标准精度级的圆柱滚子轴承30205,基本尺寸为：d=25mm , D=52mm。同理选择中间轴、低速轴轴承分别为：30205，基本尺寸为：d=25mm，D=52mm ； 30208，基本尺寸为：d=40mm， D=80mm。轴承类型轴承型号dD高速轴圆锥滚子轴承3020525mm52mm中间轴3020630mm62mm低速轴3020840mm80mm3、润滑及密封轴承采用脂润滑，并设置挡油环；齿轮采用油池润滑；在伸出与轴承端盖之间采用毡圈 密封。4、箱体尺寸初步设计与计算名称符号计算公式结果机座壁厚0.025a+3 仝 88机盖壁厚?0.02a+3 仝 88机座凸缘厚度bi.5 Si2机盖凸缘厚度bii.5 Si2机座底凸缘厚度P2.5 S20地脚螺钉直径df0.036a+i2i6.56地脚螺钉数目na= 250mm4轴承旁链接螺栓直径di0.75dfi2.42机盖与机座连接螺栓直径d2(0.50.6) df8.289.94=9连接螺栓d2的间距li50200mmi80mm轴承端盖螺钉直径d3(0.40.5) df6.638028=8窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4) df4.976.63=6=i2定位销直径d(0.70.8) dfii.59i3.25=i2df、di、d2至外机壁距离ci查表22di、d2至凸缘边缘距离c2查表20轴承旁凸台半径RiC220凸台高度h(0.8i) b, b=89外机壁至轴承端面距离liCi+C2+ (58)4750=48内机壁至轴承断面距离I2S+ci +C2+ (58)5558=56大齿轮顶圆与内机壁距离 i仝 i.2 S9.6=i0齿轮端面与内机壁距离 2仝S8=i0机盖、机座肋厚mi、m2mi=0.85?; 2=0.85 Smi=6.8, m2=6.8轴承端盖外径D2?轴承孔 + (55.5)?392, 102, 120轴承端盖凸缘厚度e(11.2) d39轴承旁连接螺栓距离sS=D2四、中间轴的计算及校核1、按扭转强度条件计算3?_? 9550 X 1033 ?3 3 23由公式?=?=0.2?3 ? V?= 110 匕爾=24.17?(查表 15-3 得？=110)。d=30mm 成立。2、按弯扭合成强度计算中间轴的受力分析1）、齿轮受力分析 第二轴小齿轮受力分析周向力：?1径向力：?1轴向力：?12?2X 1.8 X 10?= 6238.09N57.71? 6238 09 X ?20 2339.98?14 ?6238.09?20 ?11.66?第二轴大齿轮受力分析m .2?2X 1.8 X 10周向力：?2= ?=168.51= 2136.37N径向力： ?2= = = 801 38?2?14 轴向力：?22136.37小小?2 = ?20 ?=?13.08-2）、做弯扭矩图以轴左端为原点，经简化后各段长度分别为h=70mm, b=61mm , b=61mm。h2Ft!?+ ?2 ?+ ? + ?2?+ ?2?+ ? = 0水平方向：?+ ?l+ ?2+ ?2= 0?什？?i+ ?2+ ?2= 0;?+ ?2?+ ? + ?2?+ ?+ ?3? = 0 解得：？?尸 2032? ?2= 1107?弯矩图：载荷水平力垂直力支反力?= -4654N?2= 3720N?1= -2032N ;?2= 1107N弯矩MH=26665N.mMv=63377N.m总弯矩M = V26665 2 + 63377 2 = 68758? ?扭矩T = 1.8 X 105?扭距图:V?+ (?V687582 + (0.6 X 1.8 X 105)2?=3= 47.42?0.1 X 303再由轴材料40Cr调质处理，查机械设计表15-1得?= 70? ?因此轴安全。中间轴轴承的校核两轴承受到的径向载荷?= -4654N ； ?1= -2032N?牙 3720N ； ?2= 1107N?1 = V #?1+ ?%?尸 V4654 2 + 2032 2 = 5078?2= V 勸?2+ ?2= V3720 2 + 1107 2 = 3881?对于圆锥滚子轴承，查表13-7得派生轴向力? ?= 2?由 Fae=2343N。?15078?23881?1=云=2X16= 1587.88?；?2=云=2XT6= 1212.82?因 为 ？?+ ?2 ?1 ； ?1= ?2 + ?= 1212.82 + 1587.88 = 2800.69?; ?2= ?2 =1212.82N再由 警=諾=0.46 ?= 0.37;故 X1=0.4; Y1=1.6。?15078?2?22343 _3881 =0.60 ? 0.37 ;故 X 1=0.4 ; Y 1=1.6。? = ?(?+ ?夕=? = ?(?+ ?夕=106 ?=( )=-60? ?7 I1.2 X (0.4 X 50781.2 X (0.4 X 38811061 X 4330060 X304 (78131.6 X 2800)=1.6 X 1212)=10)=165244?7813?4190? ?故轴承满足寿命要求。中间轴键的校核40mm,键长取 L=36mm2?x 1032 x 101 x 103键选择圆头平键，轴径d=40查表应选键的截面尺寸为b x h = 8 x 7,此段轴长为?= = = 40.07? ? = 120?3.5 x 36 X402?x 1032 xi01 x 103P = = = 40 07? ? = 50?3.5 x 36 x 40 故键满足条件。五、减速器附件的选择1、附件的选择(1 )视孔盖与通气器视孔盖：I 1 =180mm l 2=165mm b1 =140mm b2 =125mm d=7mm 孔数=8, S =4mm R=5mm通气器：M30x2视孔盖上钻孔。(2 )放油螺塞M24x2(3)油标压配式圆形油标，视孔 d=63mm2、附件说明(1)齿轮高速轴齿轮做成齿轮轴，中间轴小齿轮做成实心式，中间轴和低速轴的大齿轮做成腹板式。(2 )滚动轴承轴承内圈采用档油环轴向定位，外圈用凸缘式轴承端盖轴向定位，齿轮的轴向定位采用轴肩和挡油环，采用垫片来调整轴向间隙，轴承采用脂润滑，毡圈密封。结论通过这次的课程设计我了解到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，它融机械原理机械设计理论力学材料力学互换性与测量技术基础工程材料机械设计课程设计手册等于一体。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，结合生产实际反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 ，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。本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持，衷心的感谢老师的指导和帮助。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。参考文献【1】【2】【3】吴宗泽，高志机械设计课程设计手册第四版高等教育出版社宋宝玉机械设计课程设计指导书哈尔滨工业大学范佩琳机械设计课程设计图册哈尔滨工业大学?=1 X242 X1.65X 0.01637 = 1.052mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲强度计算的法面模数，取mn=1.5mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=36.02来计算应有的齿数。于是由?=100 X v= 14.057? 1440该轴有一段键槽，将计算值加大3%, dmin=（1+3%）14.057mm=14.479mm。选取轴的材料为40Cr，调质处理。2）、选择联轴器9550P4T= 9550 X = 26.53N ?mn1440Tc=KT=1.5 X26.53=39.79 N ?m （选取 K=1.5 ）根据Tc=39.79 N ?m，查表13.2选择LT4联轴器。3）、选定减速器高速端轴最小直径？ ？?7?20mm。材料选取40Cr，调质处理。同理确定中间轴的最小直径材料选取为40Cr，调质处理。？ = 110。