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机械设计课程设计计算说明书设计题目 一级闭式圆柱齿轮减速器班 级 1*班 设 计 者 * 学 号 1* 指导教师 2014年5月14日北京航空航天大学前言机械设计课程设计是在学习了机械制图、机械设计、工程材料、材料力学、加工工艺等学科之后将前面几门课的知识综合实践运用的课程。通过学习本课程，学生的总体设计能力和设计创新能力能够得到提高。本次设计是为了解决带式运输机传动装置中一级闭式齿轮的问题。计算说明书对闭式齿轮设计的全过程进行了详细的阐述。目录前言第一章 设计任务书11.1课题题目11.2传动方案分析及原始数据1第二章 传动方案的拟定22.1整体方案22.2 减速器说明2第三章 电动机的选择33.1电动机类型：33.2电动机参数确定及相关计算3第四章 传动系统的运动和动力参数4第五章 传动零件的设计计算和校核65.1 一级齿轮传动设计65.2 二级齿轮传动设计8第六章 轴的设计计算和校核116.1高速轴的设计与校核116.2低速轴的设计与校核14第七章 滚动轴承的选择和寿命计算187.1高速轴轴承的选择187.2低速轴轴承的选择18第八章 键和联轴器的选择208.1 键的选择208.2 联轴器的选择21第九章 润滑的选择229.1闭式减速齿轮的润滑229.2滚动轴承的润滑22第十章 密封形式的选择23第十一章 减速器机体各部分结构尺寸其它技术说明2411.1 减速器集体各部分尺寸2411.2其它技术说明及要求24参考文献40第一章 设计任务书1.1课题题目带式运输机传动装置设计III1.2传动方案分析及原始数据设计要求：1）设计用于带式运输机的传动装置。2）连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，运输带速允许误差为5%。3）使用期限为10年，小批量生产，两班制工作(16h/天，300天/年)原始数据：1）运输带卷筒所需功率P/kW：5.5。2）运输带卷筒工作转速n/(r/min)：86。3）卷筒中心高H(mm)：300。设计任务：1）设计一级闭式圆柱齿轮减速器。2）完成装配图1张（A0图纸），零件图2张。3）编写设计说明书1份。说明书内容应包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（许用应力法和安全系数法）、键的强度校核，联轴器的选择、设计总结、参考文献、设计小结等内容。第二章 传动方案的拟定2.1整体方案根据设计任务书，该方案的设计分成减速器（传动部分）和工作机（执行部分）两部分，如图1所示。 图1 带式运输机传动装置设计参考图2.2 减速器说明减速器采用一级圆柱齿轮减速器，不仅满足较大传动比，也满足拥有较高的效率，稳定性以及可靠性，同时结构紧凑，经济性好。此外，由于闭式减速器采用水平剖分、封闭结构，有利于在粉尘较大的环境下工作。减速箱中闭式齿轮采用斜齿轮，这是由于斜齿轮相对于直齿轮啮合性能好，重合度大，机构紧凑，而设计制造成本基本与直齿轮相同。第三章 电动机的选择3.1电动机类型：按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机，电压380V。3.2电动机参数确定及相关计算1.选择电动机容量(1)电动机所需工作功率(2)工作机所需功率(3)传递装置总效率(4)所需电动机功率2.确定电动机转速1=0.99滚动轴承效率；2=0.99闭式齿轮传动效率；3=0.97联轴器效率；4=0.96 传递滚筒效率。所以： 因载荷平稳，电动机额定功率Ped略大于Pd即可。通过查询课本机械设计综合课程设计第二部分，第九节，表6-194“Y系列三相异步电动机技术数据”，取：滚筒轴工作转速：nw=86r/min二级圆柱齿轮减速器传动比常用范围425总传动比ia=840,故电动机转速可选范围为：由第六章相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比确定电动机型号Y132M-4，满载转速 nm=1440r/minPd=6.15kWPed=7.5kWnw=86r/minnm=1440r/min第四章 传动系统的运动和动力参数1.分配传动比(1) 总传动比(2)分配传动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比则低速级的传动比ia=16.74i12=4.841i34=3.4582.运动和动力参数计算0轴（电动机轴）：P0=Pd=6.15kWn0=nm=1440r/min1轴（高速轴）n1=n0=1440r/min2轴（低速轴）3轴（滚筒轴）各轴运动和动力参数列表如下：轴名功率P/kw转矩T/Nm转速n/r/min传动比i效率输入输出输入输出0轴6.1540.81440-1轴6.096.0340.440.0144010.992轴5.855.79187.8185.9297.54.8410.963轴5.565.50616.7610.586.033.4580.95第五章 传动零件的设计计算和校核5.1 一级闭式齿轮传动设计考虑到主动轮的转速不是很高,传动尺寸无严格的限制，批量较小，故小齿轮用40MnB，调质处理，硬度为241286HBS，平均取为263.5HBS，大齿轮用ZG35SiMn，调质处理，硬度241269HBS，平均取255HB，精度等级选为8级。注：表中图表来自于机械设计基础第11章齿轮传动部分计算项目计算内容计算结果（1）初步设计计算齿宽系数d取接触疲劳极限查机械设计基础表11-1可知弯曲疲劳极限查机械设计基础表11-1可知许用应力取SF=1.25，SH=1.0，ZE=189.8按接触应力H初步计算d1估计，则，取k=1.2，又由，有：初取d1=39.43mm（2）确定基本参数齿数z取z1=29要求互质，取z2=140取z1=29，z2=140，实际传动比齿形系数法向模数mn由机械设计基础表4-1取标准值齿宽b取b2=35mm,b1=40mm齿轮直径dd1=45.03mm,d2=217.41mm中心距a圆整为130mma=130mm确定螺旋角（3）校核齿面接触疲劳强度H（4）齿根弯曲疲劳强度验算计算齿根弯曲应力齿形系数查机械设计基础图11-8应力修正系数查机械设计基础图11-9故对大齿轮进行验算许用弯曲应力F2圆周速度vv=5.09m/s10m/s选取8级精度合宜小结：齿轮主要传动尺寸列表压力角模数1.5mm螺旋角分度圆直径d1=45.03mm,d2=217.41mm齿顶高1.5mm齿根高1.875mm中心距130mm齿宽 b2=35mm,b1=40mm齿顶圆直径da1=48.03mm,da2=220.41mm5.2 二级开式齿轮传动设计考虑到主动轮的转速不是很高,传动尺寸无严格的限制，批量较小，故小齿轮用20CrMnTi，渗碳淬火回火，硬度为5662HRC，平均取为59HRC；大齿轮用20Cr，渗碳淬火，硬度5662HRC，平均取59HRC，精度等级选为8级。注：表中图表来自于机械设计基础第11章齿轮传动部分计算项目计算内容计算结果（1）初步设计计算齿宽系数d取接触疲劳极限查机械设计基础表11-1可知弯曲疲劳极限查机械设计基础表11-1可知许用应力取SF=1.25，SH=1.0，ZE=189.8齿形系数查机械设计基础图11-8应力修正系数查机械设计基础图11-9故对小齿轮进行验算（2）按弯曲强度确定基本参数初取齿数z取z3=19要求z3,z4互质，取z4=66取z3=19，z4=66，实际传动比确定模数，增大10%m=3齿轮直径dd1=57mm,d2=198mm中心距aa=127.5mm初步齿宽取b3=55mm,b4=50mm（3）校核齿面弯曲疲劳强度许用弯曲应力F2圆周速度vv=0.88m/s22mm安全6.2低速轴的设计与校核计算项目计算内容计算结果材料的选择选择45钢，调质处理，硬度217255HBS材料系数查机械设计基础表14-2C=118估算轴径按联轴器标准，取d=35mmdmin=35mm低速轴转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力垂直面反力及弯矩垂直面内受力图垂直面弯矩图水平面反力及弯矩水平面受力图水平面弯矩图合成弯矩合成弯矩图转矩图折合系数计算当量弯矩截面D处是危险面当量弯矩图弯扭合成应力校核轴的强度查表14-3：许用弯曲应力危险截面D-D处dD-D=45mm安全第七章 滚动轴承的选择和寿命计算7.1高速轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式选用一对角接触球轴承，按轴径初选0尺寸系列的角接触球轴承7007AC。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册7007AC轴承主要性能参数如下：d=35mm,D=62mm,B=14mm轴承受力情况轴承2被压紧压紧端放松端轴承当量动载荷按轴承2校核轴承寿命每三年检修，两班制工作，球轴承将以上数据代入C的表达式，得C=15.1kNCr=18.5kNC=15.1kNCr=18.5kN寿命合格7.2低速轴轴承的选择该轴承受较大的当量弯矩，故支点采用两端单向固定的方式选用一对圆锥滚子轴承，按轴径初选3尺寸系列的圆锥滚子轴承轴承30309。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册30309轴承主要性能参数如下：d=45mm,D=100mm,T=27.25mm轴承受力情况轴承1被压紧压紧端放松端轴承当量动载荷按轴承4校核轴承寿命每三年检修，两班制工作，球轴承将以上数据代入C的表达式，得C=76.9kNCr=108kNC=76.9kNCr=108kN寿命合格第八章 键和联轴器的选择8.1 键的选择键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。计算项目计算内容计 算 结 果(1)高速轴与联轴器连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键A型，由手册查得d=25mm时，选用键836转矩T=40800Nmm键长L=36mm接触长度许用挤压应力校核查表可得45号钢的许用挤压应力为=135MPa满足要求(2)低速轴与二级减速大齿轮连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键A型，由手册查得d=50mm时，选用键1025转矩T=187800Nmm键长L=25mm接触长度许用挤压应力校核查表可得45号钢的许用挤压应力为=135MPa满足要求(3)低速轴与输出轴联轴器连接键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键A型，由手册查得d=35mm时，同时考虑到同一根轴尽量选用相同公称尺寸的键，选用键1045转矩T=185900Nmm键长L=45mm接触长度许用挤压应力校核查表可得45号钢的许用挤压应力为=135MPa满足要求8.2 联轴器的选择高速级联轴器由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 选用型(GB4/T5014-2003)弹性柱销联轴器，根据主动轴连接联轴器处d=25mm，将各种参数列表如下：型号公称转矩T许用转数n轴孔直径d轴孔长度L外径D材料轴孔类型LX256063002544120HT200J型联轴器承受转矩故：安全 型GB4/T5014-2003弹性柱销联轴器第九章 润滑的选择9.1闭式减速齿轮的润滑减速器中的一级闭式减速齿轮,由于齿轮外缘的回转速度v=3.39m/s大于0.5m/s且小于12m/s，因此采用浸油润滑，选用L-AN22全损耗系统用油（GB443-1989）,浸油深度应没过至少1个齿高，一般不应小于10mm。9.2滚动轴承的润滑 深沟球轴承轴承处的零件轮缘线速度v=3.39m/s大于2m/s，所以应考虑使用飞溅油润滑。第十章 密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。在本设计中： 1）由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，高速轴与轴承盖间v5m/s，采用半粗羊毛毡封油圈，低速轴与轴承盖间也为v ,取1=轴承端盖外径,取轴承端盖凸缘厚度 取11.2其它技术说明及要求 1.装配前要求：减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，确认合格后，需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，必要时对零件的非配合表面进行防蚀处理。箱体内不允许有任何杂物，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次。 2.装配中对安装和调整的要求： 1）滚动轴承的安装和调整：在装配过程中轴承装配要保证装配游隙（=0.250.4），并加装垫片用以调整轴向游隙。 2）传动侧隙和接触状况检验：为保证传动精度，齿轮安装后，传动侧隙和齿面接触斑点应满足国家标准 3）润滑要求：轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的2/3。减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。润滑轴承的润滑脂应定期添加。 4）密封要求：为防止润滑剂流失和外部杂质侵入箱体，减速器剖分面，个接触面和密封处均不允许漏油。在不允许加密封垫片的密封界面，如在机盖机体间，装配是涂密封胶或水玻璃，其他密封件应选用耐油材料。 5）对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用0.05mm塞尺检查其密封性。在运转中不许结合面处有漏油渗油现象。 3.试验要求：减速器装配完毕后要进行空载试验和整机性能试验。 空载实验：在额定转速下正反转各12小时，要求运转平稳、声响均匀、各联接件密封处不得有漏油现象。 负载实验：在额定转速及额定载荷下，实验至油温不再升高为止。通常，油池温升不得超过，轴温升不得超过。 4.搬动减速器应用底座上的钓钩起吊。箱盖上的吊环仅可用与起吊箱盖。 5.机器出厂前，箱体外表面要涂防护漆，外伸轴应涂脂后包装。运输外包装后，要注明放置要求。参考文献1王之栎，王大康. 机械设计综合课程设计M. 北京：机械工业出版社，2007.82杨可桢，程光蕴，李仲生，钱瑞明. 机械设计基础M. 北京：高等教育出版社，2013.8
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