两级圆柱齿轮减速器设计 机械课程设计说明书

目 录设计任务书2第一部分 传动装置总体设计2第二部分 V带设计6第三部分 各齿轮的设计计算11第四部分 轴的设计17第五部分 校核19第六部分 主要尺寸及数据21设计任务书一、设计任务：工作有轻震，经常满载。空载启动，两班制工作。使用期限为10年，减速机小批量生产，输送带速度允许误差为。传动方案示意图如下图1所示：电动机V带传动两级圆柱齿轮减速器（展开式）联轴器运输机设计数据（第一组数据）：设计方案编号滚筒轴扭矩T(Nm)运输带速度V(ms)滚筒直径D（mm）113000.65350二、设计要求：1.传动方案的选定与分析2.选择电动机3设计计算皮带传动4.选用联轴器并验算5.设计两级圆柱齿轮减速器1）圆柱齿轮的设计2）轴的设计3）选用轴承并验算4）选用键并验算5）绘制减速器装配图一张（A0或A1）6）绘制零件工作图23张（包括轴、齿轮）】三、编写设计计算说明书第一部分 传动装置总体设计一、传动方案（已给定）1） 外传动为V带传动。2） 减速器为两级展开式圆柱齿轮减速器。3） 方案简图上面图1所示：二、该方案的优缺点： 该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。 总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。计 算 与 说 明结果三、原动机选择1）根据工作要求及工作条件选用Y系列三相交流异步电动机，封闭式结构。2）工作机所需功率： （见课设式2-3）电动机所需工作效率：（见课设式2-1）传动装置的总效率：（见课设式2-4）按表2-3（课设）确定：V带传动效率=0.96，滚动轴承传动效率（一对）=0.99，闭式齿轮传动效率=0.97，联轴器传动比=0.99，传动滚筒效率=0。96 代入数据得=3）确定电动机转速：滚筒轴工作机转速 在上2）步中 因载荷平衡，电动机额定功率略大于即可，由表16-1（见课设）可知取。 通常，V带传动的传动比常用范围为 ；二级圆柱齿轮减速器为，则总传动比的范围为 ，故电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有750、1000、1500、3000 。如果没有特殊要求一般不选用750、1000这两种转速的电动机，现以同步转速1000、1500两种方案进行比较，由表16-1（见课设）查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表1.表1方案电动机型号额定功率/kw电动机转速n/电动机质量m/kg参考价格/元总传动比ia同步满载1Y132M-47.5150014407891840.62Y160M-67.51000970119143327.3方案1电动机重量轻，价格便宜，但是缺点是总传动比大，传动装置外廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑，故相比之下方案2比较可行，即选定电动机型号为Y160M-6。选择电动机为Y160M-6型 （见课设表19-1）技术数据：额定功率（） 7.5 满载转矩（） 970 额定转矩（） 2.0 最大转矩（） 2.0 Y160M-6电动机的外型尺寸（mm）： （见课设表19-3）A：254 B：210 C：108 D：42 E：110 F：12 G：37 H：160 K：15 AB：330 AC：325 AD：225 HD：385 BB：270 L：600四、计算传动装置的总传动比及分配各级传动比1.由式（7）（见课设指导书）得总传动比2.分配传动装置传动比由式（8）得 式中 ，分别为带和减速器的传动比。为使V带外廓尺寸不致过大，初步选取=2.8，则减速器传动比3.分配减速器的各级传动按展开式布置。考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，可由图12（见课设指导书）展开式曲线得， 五、计算传动装置的运动和动力参数0轴（电机轴）：输入功率：转速：输入转矩：输出功率：输出转矩：1轴（高速轴）：输入功率：转速：输入转矩：输出功率：输出转矩：2轴（中间轴）输入功率：转速：输入转矩：输出功率：输出转矩：3轴（低速轴）：输入功率：转速：输入转矩：输出功率：输出转矩：4轴（滚筒轴）：输入功率：转速：输入转矩：输出功率：输出转矩：计算结果汇总下表2所示：表2轴名功率P/kw转矩T/(Nm)转速n/()传动比效率输入输出输入输出电机轴5.45.757.156.59702.80.961轴5.65.5154.4152.6346.43.70.962轴5.44.3550.96545.593.60.963轴5.25.11406.81392.735.32.650.98滚筒轴5.15.051379.413780.435.31380.4第二部分 V带设计外传动带选为 普通V带传动 1、确定计算功率：由表13-8（见课设）查得工作情况系数 所以 2、选择V带型号 根据Pc与n0可查图13-15（见机设）得此坐标点位于B型区，所以选用B型V带。3.确定大小带轮基准直径 （1）、由表13-9（见机设）应不小于125，现取=130mm，由式13-9（机设）得=364mm查表13-9（机设） 取4、验算带速 由式5-7（机设） 5、传动比 i （5）、从动轮转速4.确定中心距和带长（1）、按式（5-23机设）初选中心距取 符合 （2）、按式(13-2机设)求带的计算基础准长度L0查表132(机设)取带的基准长度Ld=2500mm(3)、按式(13-16机设)计算实际中心距:a 5.验算小带轮包角1 由式(13-1机设) 符合 6.确定V带根数Z（1）查表13-3得P0=1.64kw (2)、由表（5-10机设）查得P0=0.28Kw (3)、由表查得（13-2机设）查得包角系数 (4)、由表(13-2机设)查得长度系数KL=1.03 (5)、计算V带根数Z，由式（13-15机设） 取Z=5根 7计算单根V带初拉力F0，由式（13-17）机设。 q由表13-1机设查得0.17 8计算对轴的压力FQ，由式（13-17机设）得 9确定带轮的结构尺寸，给制带轮工作图 小带轮基准直径dd1=130mm采用实心式结构。大带轮基准直径dd2=375mm，采用轮辐式结构。第三部分 各齿轮的设计计算一、高速级减速齿轮设计（斜齿圆柱齿轮）1.齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高，材料按表11-1选取，大齿轮采用45号钢调质，小齿轮40Cr调质，均用软齿面。8级精度，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为占蚀。2.应力循环次数N由式（7-3）计算 N1=60nt=60346.4(8225010)=8.31108 N2= N1/u=8.311083.选择齿轮的参数考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取Z1=30 则Z2=Z1i=343.7=111则实际传动比：，初选螺旋角为（一般在812度）。4.设计计算（1） 设计准则，按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。（2）按齿面接触疲劳强度设计，由式（7-9） T1=9.55106P/n=1.54105 Nmm由图（7-6）选取材料的接触疲劳，极限应力为 HILim=700 HILin=550由图 7-7选取材料弯曲疲劳极阴应力 HILim=590 HILin=320 由式(7-1)(7-2)求许用接触应力和许用弯曲应力根据手册取SH=1.0,SF=1.25 将有关值代入式(7-9)得 5.计算几何尺寸 M=d1 cos/ Z1=2.46 由表7-6取标准模数：m=2.5mm 实际分度圆直径 d1=mz1/ cos=76.6 d2=mz2 cos=/=383 a=m(z1z2)/2 cos=180mm b=ddt=0.876.6=61.28 取b2=65mm b1=b2+5=706.齿轮的圆周速度3.校核齿根弯曲疲劳强度齿形系数，由机设图11-1和11-8得YFa1=2.6 YFa2=2.17 YSa1=1.63 YSa2=1.81 大小齿轮的应力都小于许用应力 所以都安全。二、低速级减速齿轮设计（斜齿圆柱齿轮）1.选材方式同高速级齿轮2. 应力循环次数N由式（7-3）计算 N1=60n t=6035.3(8225010)=8.5107 N2= N1/u=/2.65=3.21073.选择齿轮的参数选择方式同高速级齿轮2.设计计算。（1） 设计准则，按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。（2）按齿面接触疲劳强度设计，由式（7-9） T1=9.55106P/n=1.41106 Nmm由图（7-6）选取材料的接触疲劳，极限应力为 HILim=700 HILin=550由图 7-7选取材料弯曲疲劳极阴应力 HILim=590 HILin=320 由式(7-1)(7-2)求许用接触应力和许用弯曲应力 根据手册取SH=1.0,SF=1.25 将有关值代入式(7-9)得 5.计算几何尺寸 M=d1 cos/ Z1=4.97 由表7-6取标准模数：m=5mm 实际分度圆直径 d1=mz1/ cos=153.2 d2=mz2 cos=/=408.5 a=m(z1z2)/2 cos=281 b=ddt=0.8153.2=122.56 取b2=125mm b1=b2+5=1306.齿轮的圆周速度3.校核齿根弯曲疲劳强度齿形系数，由机设图11-1和11-8得YFa1=2.6 YFa2=2.17 YSa1=1.63 YSa2=1.81 大小齿轮的应力都小于许用应力 所以都安全。总结：高速级 z1=30 z2=111 m=2.5 低速级 z1=30 z2=80 m=5第四部分 轴的设计高速轴的设计1.选择轴的材料及热处理由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理.2.初估轴径按扭矩初估轴的直径,查表10-2,得c=107至118,考虑到安装联轴器的轴段仅受扭矩作用.取c=112则: d1min= 考虑有键槽，取d=30mm3.轴的结构设计(1).各轴直径的确定初估轴径后,句可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径.该轴轴段1安装轴承故该段直径为d1=35mm。2段装齿轮，为了便于安装，取2段为d2=41mm。齿轮右端用轴肩固定，计算得轴肩的高度为h=（0.070.1）d2=4.1mm，取3段为d3=d2+2h=47mm。5段装轴承，直径和1段一样为d5=35mm。4段不装任何零件，但考虑到轴承的轴向定位，及轴承的安装，取4段为d4=45mm。6段应与密封毛毡的尺寸同时确定，查机械设计手册，选用JB/ZQ4606-1986中d=36mm的毛毡圈，故取6段32mm。7段装大带轮，取为30mmdmin 。（2）选择滚动轴承因为初选轴径为30mm，所以轴承选用内径为35mm的角接触轴承7307C，其尺寸为：d D B=35 80 21（参考课设表11-1）（3）各轴段长度的确定取l1=32mm，2段应比齿轮宽b=61.25mm略小2mm，取为l2=60mm。3段的长度按轴肩宽度公式计算l3=1.4h=4.2；取l3=5mm，4段：l4=96mm。l5和轴承7303C同宽取l5=21mm。l6=40mm，7段同大带轮同宽，取l7=65mm。于是，可得轴的支点上受力点间的跨距L1=46mm，L2=91mm，L3=63m。（4）轴上零件的周向固定为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈配合H7/r6。与轴承内圈配合轴劲选用k6，齿轮与大带轮均采用A型普通平键联接，分别为16*63 GB1096-79及键10*80 GB1096-79。（4）.轴上倒角与圆角为保证7303C轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为1mm。其他轴肩圆角半径均为2mm。根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为1*45。4.轴的受力分析（1） 画轴的受力简图（a）（2） 计算支座反力。圆周力：Ft=2T1/d1=径向力：Fr=Fttan20。=4.31轴向力：Fa=Ft/cos=4288N在水平面上FR1H= FR2H=Ft/2=2016N在垂直面上FR1V=Fr2V=Ft- FR1V=1467-493=974N（3） 画弯矩图:附图(b)(c)(d)在水平面上，a-a剖面左侧 MAh=FR1Hl1=201646=92.736Nma-a剖面右侧 MAh=FR2Hl2=201691= 183.456Nm在垂直面上 MAv=MAV=FR1Vl2=49391=44.863 Nm合成弯矩，a-a剖面左侧a-a剖面右侧（4）画转矩图：（e）转矩 40.31（76.6/2）=154.4Nm（5）绘制当量弯矩图：（f）转矩产生的扭剪文治武功力按脉冲循环变化，取a=1则剖面a-a处的当量：以上图另附一张纸。5.判断危险截面显然，如图所示，a-a剖面右侧侧合成弯矩最大、扭矩为T，该截面左侧可能是危险截面；b-b截面处合成湾矩虽不是最大，但该截面左侧也可能是危险截面。若从疲劳强度考虑，a-a，b-b截面右侧均有应力集中，且b-b截面处应力集中更严重，故a-a截面左侧和b-b截面左、右侧又均有可能是疲劳破坏危险截面。6.轴的弯扭合成强度校核由表14-1查得 (1)a-a剖面左侧3=0.1473=10.38m3=25.48 （2）b-b截面左侧3=0.1423=7.41m3b-b截面处合成弯矩Mb:=261.3 Nm=30.42 8.轴的安全系数校核:由表10-1查得(1)在a-a截面右侧WT=0.2d3=0.2473=20.76m3由附表10-1查得由附表10-4查得绝对尺寸系数, 由附表10-5查得质量系数.则弯曲应力 应力幅 平均应力 切应力 安全系数查手册得许用安全系数=1.31.5,显然S,故a-a剖面安全.(2)b-b截面右侧抗弯截面系数W=1.0 d3=0.1473=10.38 m3抗扭截面系数WT=0.2d3=0.2473=20.76m3又Mb=261.3 Nm,故弯曲应力切应力 由手册查得过盈配合引起的有效应力集中系数 。 则显然S,故b-b截面右侧安全。（3）b-b截面左侧 WT=0.2d3=0.2453=9.113 m3b-b截面左右侧的弯矩、扭矩相同。弯曲应力 切应力 由附表查得圆角引起的有效应力集中系数。由附表10-4查得绝对尺寸系数。又。则 显然S,故b-b截面左侧安全。二中间轴的设计中间轴的设计步骤与高速轴的设计步骤一样，经校验应力等都符合。现将此轴的重要参数和尺寸列于如下所示：1）材料：45钢，调质2）初算轴径：dmin=45.44mm,取d=45mm3）根据轴径选轴承可初选滚动角接触轴承7310C，其尺寸：50117274)轴各段直径分别为：d1=d5=50mm、d2=d4=56mm、d3=65mm5）轴各段的长度：1到5段分别为43mm、130mm、5mm、90mm、65mm6）圆周力：Ft=3894N、轴向力Fr=1172N三、低速轴的设计计算细节步骤与高速轴的一样，所以我不再重复了。下面列出它的尺寸：1）材料：45钢，调质2）初算轴径：dmin=62.1mm,取d=65mm3）根据轴径选轴承可初选滚动角接触轴承7314C，其尺寸：70150354)轴各段直径分别为：d1=d5=70mm、d2=76mm、d3=82mm、d4=78mm、d6=68mm、d7=65mm5）轴各段的长度：1到7段分别为50mm、120mm、5mm、140mm、35mm、45mm、125mm6）圆周力：Ft=18366N、轴向力Fr=6683N第五部分 校 核一、根据根据条件，轴承预计寿命1636510=58400小时1、高速轴轴承 （1）已知n1=346.4r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=2016N初选两轴承为角接触球轴承7303C型根据课本公式得轴承内部轴向力FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=1270N (2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=1270N FA2=FS2=1270N (3)求系数x、yFA1/FR1=1270N/2016N=0.63FA2/FR2=1270/2016N=0.63根据课本表（16-8）得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR258400h预期寿命足够，该轴承合格2、计算输出轴承（低速轴轴承） (1)已知n=35.3r/min Fa=0 FR=FAZ=9183N初选7214C型角接触球轴承FS=0.063FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.639183=5785N (2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷： FA=FS=5785N (3)求系数x、yFA/FR=5785/9183=0.63e=0.68FA/FR58400h此轴承合格3、中间轴轴承 (1)已知n=93.6r/min Fa=0 FR=FAZ=1947N初选7310C型角接触球轴承FS=0.063FR,则FS= 0.63FR=0.631947=1227N (2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷： FA=FS=1227N (3)求系数x、yFA/FR=1227/93.6=0.63e=0.68FA/FR58400h此轴承合格二、键联接的选择及校核计算1.轴径d1=35mm,L1=32mm查手册得，选A型平键，得：键A 10 8 GB1096-79 l=L1-b=32-10=22mmT2=154.4Nm h=8mm根据课本公式式得p=4T2/dhl=4154.4/35822=100MpaR(110Mpa)2、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d3=70mm L3=50mm T=1406.8Nm查手册 选A型平键键2012 GB1096-79l=L3-b=50-20=30mm h=8mm经校核合格3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d2=50mm L2=40mm T=550.96Nm查手册选用A型平键键149 GB1096-79l=L2-b=26mm h=9mm经校核合格。三联轴器的选择整个工作机在工作过程中有轻微的冲击，所以选用弹性注销联轴器。查手册的 取k=1.3 因为T=154.5Nm，所以 Tc=kT=200.72Tn 所以Tn取为250Nm 根据以上数据及条件查表得 选用TL6型 标准GB4232-84.四减速器的润滑1.齿轮的润滑因齿轮的圆周速度12 m/s，所以才用浸油润滑的润滑方式。 高速齿轮浸入油里约0.7个齿高，但不小于10mm，低速级齿轮浸入油高度约为1个齿高（不小于10mm），1/6齿轮。2滚动轴承的润滑因润滑油中的传动零件（齿轮）的圆周速度V1.52m/s所以采用飞溅润滑，五减速器的密封1.轴伸出端处的密封因为V5m/s 所以选用毡圈密封的方式，毡圈标记JB/ZQ4604-86.2.轴承室内侧处的密封为了防止油脂等的入侵，应在近箱体内壁的轴承旁边设置档油环。第六部分 主要尺寸及数据一 箱体尺寸：参考课程设计P23表4-1进行尺寸的设计箱体壁厚（其中a是低速齿轮的中心距）箱盖壁厚箱座凸缘厚度b=1.5 =15mm箱盖凸缘厚度b1=1.5 =14mm箱座底凸缘厚度b2=25mm地脚螺栓直径df=M24地脚螺栓数目n=6轴承旁联接螺栓直径d1=M16箱盖与箱座连接螺栓直径d2=M12联接螺栓d2的间距l=150mm轴承端盖螺钉直径d3=M10定位销直径d=8mmdf 、d1 、d2至外箱壁的距离C1=30mm、23 mm、17 mmdf、d2至凸缘边缘的距离C2=26mm、15mm轴承旁凸台半径R1=15mm凸台高度根据低速轴承座外半径确定外箱壁至轴承座端面距离L1=61mm大齿轮顶圆与内箱壁距离1=12mm齿轮端面与内箱壁距离2=11mm箱盖，箱座肋厚m1=8 m=9mm轴承端盖外径D2 ：凸缘式端盖：D（轴承外径）+（55.5）d3轴承旁边连接螺栓距：S=D2二齿轮的结构尺寸两小齿轮采用实心结构，两大齿轮采用复板式结构齿轮z1尺寸z=30 d1=77mm m=2.5 b=70ha=ha*m=12=2mm hf=( ha*+c*)m=(1+0.25)2.5=3mm h=ha+hf=3+2.5=5.5mm da=d12ha=82mm df=d12hf=71 p=m=7.85mm s= e =m/2=3.925mm c=c*m=0.252.5=0.625mm齿轮z2的尺寸d2=283 z2=111 m=2.5 b=65 D4=45 ha=ha*m=12=2mm h=ha+hf=2+2.5=4.5mmhf=(10.5)2.5=3mm da=d22ha=288df=d12hf=277 p=m=7.85mms=e=m/2=3.925c=c*m=0.252.5=0.625mmDTD31.6D4=73D0da-10m=263D20.25(D0-D3)=47.75R=5 c=0.2b=0.265=13齿轮3尺寸由轴可得, d3=153.2 z3=30 m=5 b=130ha =ha*m=15=5 h=ha+hf=11.25hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)5=6.25da=d3+2ha=163 df=d1-2hf=140.5p=m=15.7 s=m/2=7.85e=s c=c*m=0.255=1.25齿轮4寸由轴可得 d4=409 z4=80 m=5 b=125 D4=78mmha =ha*m=15=5 h=ha+hf=11.25hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)5=6.25da=d4+2ha=419df=d1-2hf=396.5p=m=15.7 s=e=m/2=7.85c=c*m=1.25D0da-10m=369D31.678=124.8D2=0.25(D0-D3)=61r=5 c=0.2b=25参考文献：1王大康.机械设计课程设计.北京工业大学出版社,20002杨可桢、程光平.机械设计基础.高等教育出版社,20063王文斌.机械设计手册.机械工业出版社，20074简明机械零件手册。冶金工业出版社，19855毛振扬.机械零件课程设计。浙江大学出版社，19856周元康.机械设计课程设计.重庆大学出版社，20017机械课程设计指导书.高等教育出版社，2007设计心得在老师的指导下为期2.5周时间的机械课程设计终于完成了。作为一名学机械的学生来说我深刻地知道课程设计的重要性，它是自己所学知识的一种复习的方式，也是为后面的毕业设计做基础，所以我很认真地进行了每个环节的任务。本次课程设计给我最大的感受就是要学会利用手册，查手册也是一种技能，在设计过程中手册必不可少的工具，如果手册都不会用那设计的概念无从谈起，另外一个感受是比较累。从布置任务的那天开始我就开始进入设计的过程，但是由于我的基础比较差，效率比较低所以用了比较多的时间，尤其是化装配图的时候通宵画图的经历也有。通过这次的设计我发现自己对机械设计方面的掌握程度不是很好，有待于继续学习并加深所学的知识。 n=35.49r/min总=0.825P工作=5.8KW电动机型号Y160M-6i总=27.33据手册得nI=346.4r/minnII=95.6r/minnIII=35.3r/minPI=5.6KWPII=5.4KWPIII=5.2KWTI=154.4NmmTII=550.96NmmTIII=1406.8Nmmdd1=130mmdd2=375mmn2=334r/minV=6.6m/s取a0=760mmLd=2500mma=844mmZ=5根F0=226NFQ =12337NNL1=8.31108NL2=2.3108Z1=30Z2=111T1=154000Nmmd1=75.4mmm=2.5mmd1=76.6mmd2=383mmb=61.28mmb1=65mmb2=70a =180mmV =1.39m/sF1=128MpaF2=119Mpad=152.5mmd1=153.2mmd2=408.5mmFt=4031NFr=1467NMec=172Nmx=1y=0P=1524NLH=939317h预期寿命足够FR =9183NFS1=5785NP=11019.6NLh =647102h故轴承合格A型平键108p=100MpaA型平键2012A型平键149