同轴式斜齿圆柱齿轮二级减速器课程设计说明书.doc

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1、 机械设计课程设计说明书设计题目 同轴式斜齿圆柱齿轮二级减速器机械与汽车工程学院学院 机械设计制造及其自动化专业班级 07级机制0711班 学号 07116135设计人 张珂指导老师 张良斌完成日期 2009-12-31目 录设计任务书1传动方案的拟定及说明2电动机的选择2计算总传动比及分配各级传动比的分配4计算传动装置的运动和动力参数4传动零件的设计计算9轴的设计计算10滚动轴承的选择及计算21键连接的选择及校核计算23联轴器的选择24减速器附件的选择25润滑与密封25参考资料目录26设计小结与感想27机械与汽车工程学院2007级机械设计课程设计任务书 班级：机制0711班 姓名： 张珂 学

2、号： 07116135 指导老师：张良斌 日期： 2009-12-31设计题目：带式运输机传动装置的设计 设计时长：二周一、 主要内容1、 掌握减速器齿轮、轴、轴承、箱体、键等所有零件的设计计算；2、 会用机械设计手册查取数据和标准件的型号。二、 任务1、按照设计数据（编号） A4 和传动方案（编号） b ，高速级选用 圆柱斜 齿轮和低速级选用 圆柱斜 齿轮设计减速器装置。2、绘制传动装置装配图一张；3、绘制传动装置中轴、齿轮零件图各一张；4、编制设计说明书一份。（字数在8000字左右）三、进度安排时间内容安排第 1 天布置任务，总体设计第 2 天运动分析、计算传动比、计算功率第 3 天齿轮的

3、设计计算第 4 天轴的结构设计计算第 5 天轴的计算，箱体的设计第 6-8 天绘制装配图、零件图第 9-10天编制设计说明书、答辩四、设计数据数据编号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A0运输带工作拉力F(N)1500220023002500260028003000400048003000运输带速度（m/s）1.11.11.11.11.11.41.21.61.80.8卷筒直径D(mm)220240300400200350350400500250五 、传动方案 a二级展开式 b二级同轴式 c带-圆柱齿轮式 d圆锥圆柱齿轮式六、已知条件1、第四部分的设计数据；2、工作条件：两班制，连续单向运转，

4、载荷平稳，室内工作，有粉尘（运输带、卷筒及支撑包括卷筒轴承的摩擦阻力影响已在F中考虑），环境最高温度40 C； 3、使用折旧期：8年 检修间隔期：4年一次大修，两年一次中修，半年一次小修;4、动力来源：电力，三相交流，380/220V;5、运输带速度允许误差：5%；6、生产条件：中等规模制造厂，可加工78精度的齿轮及蜗轮，小批量生产。一、传动方案的拟定及说明由题目所知传动机构类型为：同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。结构较复杂，轴向尺寸较为紧凑，中间轴较长、刚度差。总体布置简图 1电动机；2、4联轴器

5、；3齿轮减速器；5卷筒；6带式运输机（工作机）该布置特点：减速器的长度较短，但轴向尺寸及重量较大。两队齿轮浸入油中深度大致相等。高速级齿轮的承载能力难于充分利用；中间轴承润滑相对困难；中间轴较长，刚性差，载荷沿齿宽分布不均匀。二、电动机的选择1 电动机类型和结构的选择因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40C，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000 m，额定电压380V，频率50Hz，适用于无特殊要求的机械上，所以选用常用的封闭式Y（

6、IP44）系列的电动机。由1p1672 电动机容量的选择1） 工作机所需功率Pw Pw2500*1.1=2.75kw电动机的输出功率其中设计方案的总效率 =1*2*3*4*5*6联轴器的传动效率（2个）齿轮的传动效率（2对）轴承的传动效率 （3对）本次设计中有7级传动效率 其中=0.99（两对联轴器的效率取相等） =0.98（两对齿轮的效率取相等） =0.99（减速器的3对轴承）由1表1-7均为初选效率。0.99*0.99*0.98*0.98*0.99*0.99*0.99=0.91333=kW=2.75/0.91333=3.01kw3 电动机转速的选择由已知得运输带速度（m/s）1.1卷筒直径

7、D(mm)400其中nw=nw卷筒转速（52.55 r/min）由于本方案中只有齿轮传动，常用的齿轮传动的单级传动比i=35，故二级后为925，nd=472.851313.75r/min，电动机的转速越高，磁极越少，尺寸质量越小，价格也越低；但传动装置的总传动比要增大，传动级数增大，从而使成本增加。对Y系列电动机，如无特殊要求，通常多选用同步转速为1500 r/min和1000 r/min的电动机，故初选为同步转速为1000r/min的电动机。4电动机型号的确定由1表201查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW，满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求。 电动机型号额定功

8、率/KW满载转速r/min堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩质量/KgY132M1-649602.02.073机座号级数ABCDEFGHKL132M6216178893880103313212515三、 计算总传动比及分配各级传动比的分配1、 计算总传动比由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为：inm/nw=960/52.55=18.268多级传动中，总传动比为ii1*i2*i3in2、 合理分配各级传动比由于减速箱是同轴式布置，所以i1i2。因为i18.268，故取i1=i2=4.27。并取齿宽系数（、 分别为高速级和低速级齿轮的齿宽系数）速度偏差=1.33

9、mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳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来计算应有的齿数，d1=43.37mm于是由z1=20.41，取z1=20；z2=85.4取z2=85这样设计出来的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，也满足了齿根弯曲疲劳强度，并且做到了结构紧凑，避免浪费。4 几何尺寸计算1）计算中心距2）按圆整后的中心距修正螺旋角3）计算大、小齿轮的分度圆直径4）计算齿轮宽度a=108.2144mm=arcosd1，d2b=dd1=41.1mm圆整后取圆整为108mm=

10、133210”d1=41.152mmd2=174.897mmB2=45mmB1=50mm5）结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。综上所述：齿轮的有关尺寸见下表名称符号值法面模数Mn2端面模数Mt2.05螺旋角133210”压力角20分度圆直径d1=41mmd2=175mm齿顶圆直径Da1=45mmDa1=179mm齿根圆直径Df1=36mmDf1=170mm中心距a108mm齿宽B1=50mmB2=45mm齿数Z1=22mmZ2=95mm当量齿数zv1=24.08zv2=103.98六、轴的设计计算I高速轴

11、：1 确定轴上的功率、转矩和转速2 已知高速级小齿轮的分度圆直径为d=41mm则作用在齿轮上的力转速N1=960r/min 功率P1=3.9204（kW）Ft1=Fr1=FtFa1=Fttan转矩T1=39（Nm）Ft1=1900NFr1=711NFa1=457N3.初步确定轴的最小直径4.计算转矩Tca=KaT=1.5*39=58.5因此选择的联轴器的型号为凸缘联轴器GY5型型号公称转矩NM轴孔直径mm轴孔长度mmY型J1型GY5400388260考虑到直径的最小值因此取为38mm3 轴的结构设计拟定输入轴齿轮为右旋。考虑小齿轮分度圆直径较小，可能需要做成齿轮轴，选材应当与小齿轮一致，故轴材

12、料选40Cr1）确定轴上零件的装配方案2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a) I-II段由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为38mm孔长定为44mmb) II-III段用于安装轴承端盖，轴承端盖的总宽度为21mm（由减速器的结构设定决定），考虑端盖的拆卸方便以及润滑取端盖与II右端距离为20mm，考虑端盖取直径42mm宽度定为41mmc) III-IV段因为要承载径向力和轴向力因此初选为圆锥滚子轴承30209直径45考虑到轴承的轴向定位可靠，所以该段直径选为45mm宽度定为51mmd) IV-V段为小齿轮，取安装齿轮段轴径为

13、48mm，已知齿轮宽是50mm，故取宽度为48mme) V-VI段轴肩定位小齿轮右端，由于齿轮段轴径为48mm，h0.07d取为4mm，直径定为56mm宽度为10mmf) VI-段为轴环定位轴承的内环，便于拆卸方便，轴承直径为45mm，而h0.07d取h=4直径53mm宽度为22mmg) VII-VIII段用于安装轴承，定直径为45mm，宽度为22mm3）求轴上的载荷先做出轴上的受力分析图以及弯矩图和扭矩图（见上页图）由此图来确定该轴的危险截面水平面支反力弯矩垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩FNH1=676.4NFNv1=-253NT=39NmFNH2=1223.6NMh=108.9NmFNv2=4

14、58NMv=40.7NmM=116.26Nm2.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，根据上述数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，轴的计算应力=25.2Mpa前已选定轴的材料为40Cr，调质处理，由表151查得=70Mpa，因此,故安全。II低速轴：1 确定轴上的功率、转矩和转速2 已知高速级小齿轮的分度圆直径为d=41mm则作用在齿轮上的力转速N3=52.7r/min 功率P3=3.69（kW）Ft3=Fr3=FtFa3=Fttan转矩T3=668（Nm）Ft3=7634NFr3=2858.6NFa3=1838N3.初步确定

15、轴的最小直径4.计算转矩Tca=KaT=1.5*668=1002因此选择的联轴器的型号为凸缘联轴器GY7型型号公称转矩NM轴孔直径mm轴孔长度mmY型J1型GY716004811284考虑到直径的最小值，因此直径取为48mm4.轴的结构设计1）确定轴上零件的装配方案（沿用高速轴的图形设计如下）2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度h) I-II段由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为48mm孔长定为44mm i) II-III段用于安装轴承端盖，轴承端盖的总宽度为21mm（由减速器的结构设定决定），考虑端盖的拆卸方便以及润滑取端盖

16、与II右端距离为20mm，考虑端盖取直径53mm宽度定为41mmj) III-IV段因为要承载径向力和轴向力故安装圆锥滚子轴承30211，直径55mm。考虑到轴承的轴向定位可靠，所以该段直径选为55mm，宽度定为51mmk) IV-V段为大齿轮，取安装齿轮段轴径定为60mm，已知齿轮宽是45mm，故取宽度为43mml) V-VI段轴肩定位大齿轮右端，由于齿轮段轴径为60mm，h0.07d取为5mm，轴径定为70mm宽度为10mmm) VI-段为轴环定位轴承的内环，便于拆卸方便，轴承直径为55mm，而h0.07d取h=4，因此取轴径63mm宽度为22mmn) VII-VIII段用于安装轴承，定直

17、径为55mm，宽度为22mm3）求轴上的载荷先做出轴上的受力分析图以及弯矩图和扭矩图（见下页图）由图来确定危险截面水平面支反力弯矩垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩FNH1=4764NFNv1=610.6NT=668NmFNH2=2870NMh=245NmFNv2=2248NMv=192NmM=311.2Nm2.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，根据上述数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，轴的计算应力=62.4Mpa前已选定轴的材料为40Cr，调质处理，由表151查得=70Mpa，因此,故安全。III中间轴：1 确定轴上的功率、转

18、矩和转速转速N3=52.7r/min 功率P3=3.69（kW）转矩T3=668（Nm）2 大、小齿轮的分度圆直径d1=41 mm，d2=175mm3 初步确定轴的最小直径（根据表15-3取A0=105）d=26.94mm4 求作用在齿轮上的受力Ft1=7353NFr1=Ft=2753NFa1=Fttan=1770N；Ft2=1730NFr2=648NFa2=416.5N5 轴的结构设计1. 拟定轴上零件的装配方案i. I-II段轴用于安装轴承7006AC，故取直径为30mm，a=16.4mmii. II-III段轴肩用于固定轴承，查手册得到直径为36mmiii. III-IV段为小齿轮，外径

19、58mmiv. IV-V段分隔两齿轮，直径为40mmv. V-VI段安装大齿轮，直径为34mmvi. VI-VIII段安装套筒和轴承7006AC，直径为30mm2. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1. I-II段轴承宽度为13mm，所以长度为13mm2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm，轴承和箱体的间隙4mm，所以长度为16mm3. III-IV段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度50mm4. IV-V段用于隔开两个齿轮，长度根据画图得120mm5. V-VI段用于安装大齿轮，长度略小于齿轮的宽度，为43mm6. VI-VIII段轴承长13mm考虑套筒定为25mm6.

20、受力分析图示如下 7. 求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=2647.3NFNH2=6435.7NFNV1=897.8N，FNV2=2503.2N弯矩MMh=193.7 NmMv=75.3 Nm总弯矩M=207.8Nm扭矩TT3=151.3Nm8 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，根据上述数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，轴的计算应力=11.5mpa前已选定轴的材料为40Cr，调质处理，由表151查得=70Mpa，因此,故安全。9 精确校核轴的疲劳强度2） 判断危险截面截面、均不受扭矩和弯矩作用，虽然轴肩及

21、过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小值经是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面、均无需校核从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面A上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的相近，但截面不受扭矩作用，轴径和截面相近，故不必作强度校核。截面A虽然应力集中最大，但同时这里的轴径也最大，故其也不必校核。截面和显然更不必校核。因而只需校核截面左右两端即可3） 截面V左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面左侧的弯矩扭矩截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材为40Cr，调质处理应力集中系数材料敏感系数有效应力集中系数尺寸系数扭转尺寸

22、系数表面质量系数综合系数值碳钢系数的确定计算安全系数值4） 截面V右侧W=0.1d*d*dWT=0.2d*d*d=M/W查表15-1据r/d=0.04，D/d=1.25查表3-2查附图3-1查附图3-2查附图3-3轴按磨削加工，查附图3-4轴表面未经强化处理，即碳钢的特性系数取为W=6400WT=12800M=191207NmmT3=151300Nmm=29.876Mpa=11.8Mpa=735Mpa=355Mpa=200Mpa故轴选用安全抗弯截面系数抗扭截面系数截面左侧的弯矩扭矩截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力表面质量系数综合系数值所以轴在截面右侧的安全系数为W=0.1d*d*dWT=0.

23、2d*d*d=M/W过盈配合处的，由附表3-8求出并取=0.8轴按磨削加工，查附图3-4轴表面未经强化处理，即W=3930.4WT=7860.8M=26029NmmT3=151300Nmm=6.62Mpa=23.57Mpa=3.16=2.53故轴在右侧的强度也是足够的终上所述：中间轴的设计强度是安全的。七、滚动轴承的选择及计算I高速轴轴：圆锥滚子轴承30209的校核1） 径向力2）派生力3）轴向力4)当量载荷5）轴承寿命的校核由于由于，所以由于为一般载荷，所以载荷系数为 II轴：轴承7006AC的校核2） 径向力3） 派生力3）轴向力4）当量载荷5）轴承寿命的校核由于所以，由于，由于为一般载荷

24、，所以载荷系数为满足要求III轴：圆锥滚子轴承30211的校核1）径向力2）派生力3）轴向力4）当量载荷5）轴承寿命的校核由于所以轴向力由于，由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为满足要求八、键连接的选择及校核计算代号直径（mm）工作长度（mm）接触高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴8740（单头）28363.53912.32中间轴10850（单头）34454151.330.28低速轴161050（单头）5542566868.40由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。九、联轴器的选择一、 高速轴用联轴器的设计计算由于装置用于运输机，原动机为电动机

25、，所以工作情况系数为，计算转矩为 Tca=KaT=1.5*39=58.5因此选择的联轴器的型号为凸缘联轴器GY5型轴的转速较高，为减小启动载荷、缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，所以考虑选用弹性柱销联轴器，由于联轴器一端与电动机相连，其孔径受电动机外伸轴径限制，所以选用GY5（GB/T5843-2003）其主要参数如下：材料HT200型号公称转矩NM轴孔直径mm轴孔长度mmY型J1型GY5400388260二、 低速轴用联轴器的设计计算由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为Tca=KaT=1.5*668=1002因此选择的联轴器的型号为凸缘联轴器G

26、Y7型低速轴与工作机轴相连，由于轴的转速较低，不必要求具有较小的转动惯量，但传递转矩较大，又因为减速器与工作机常不在同一底座上，要求具有较大的轴线偏移补偿，因此常需选用无弹性的挠性联轴器，故选用齿式联轴器，结合轴端直径选用GICL2（JB/T8854.3-2001）其主要参数如下：材料HT200型号公称转矩NM轴孔直径mm轴孔长度mmY型J1型GY716004811284十、减速器附件的选择通气器由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用提手式通气器油面指示器选用杆式油标M12起吊装置采用箱盖吊耳、箱座吊耳放油螺塞选用外六角油塞及垫片M181.5十一、润滑与密封一、 齿轮的润滑采用浸油润滑，同

27、轴润滑，大齿轮浸大约一个齿高，且油面高度要在3050mm之间，所以取为32mm。二、 滚动轴承的润滑轴承采用脂润滑，加设挡油环三、 润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油；轴承采用L-XAAMHA2钙基润滑脂（GB491-1987）四、 密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用毡圈油封密封圈实现密封。选毡圈 35和毡圈65参考资料目录1机械设计课程设计手册，高等教育出版社，吴宗泽，罗圣国主编，2006年5月第三版；2机械设计（第八版），高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编，2006年5月第八版；3机械设计课程设计简明手册，哈尔滨工业大学出版

28、社，荣涵锐主编，2005年1月第一版；4减速器选用手册，化学工业出版社，周明衡主编，2002年6月第一版；5机械设计，高等教育出版社，彭文生，李志明，黄华梁主编，2002年8月第一版；6机械制图（第四版），高等教育出版社，刘朝儒，彭福荫，高治一编，2001年8月第四版；7互换性与技术测量（第四版），中国计量出版社，廖念钊，古莹庵，莫雨松，李硕根，杨兴骏编，2001年1月第四版。课程设计的感想通过这次的课程设计我又一次把理论知识运用到实际当中，对机械产品设计有了深入的了解，为以后的学习和工作起到了良好的作用1. 课程设计中运用到了很多知识，例如理论力学，机械原理，互换性与技术测量等等，使我对以前

29、学习的知识有了一个复习和巩固的机会2. 通过这次课程设计，基本上了解了一个零件的设计过程，特别是加强了我对AUTOCAD绘图软件的学习和掌握。3. 当然在设计中也存在不少的问题，但是这些还是通过自己的努力而过来了，老师的辅导对我也有很大的帮助。其实在课程设计之前感觉，好难啊，但是自己真正的作出来了之后就有一种成就感和兴奋感，因为这是自己设计出来的东西，当然里面或多或少都有一些不尽人意的地方，希望老师斧正。张珂2009-12-31襄樊学院机械与汽车工程学院课程设计成绩评定表课程名称课 程 编 号专业班 级姓 名项目评 分 标 准平分等级得分折合分平时成绩（占10）1、态度端正，设计认真，能积极动

30、脑思考，学习纪律好。优秀2、态度较好，较认真，能积极动脑思考，学习纪律较好。良好3、态度一般，较认真，能动脑思考，学习纪律尚可。中等4、态度较差，不够认真，不善于动脑思考，纪律较差。及格5、态度差，不认真，不动脑思考，纪律差。不及格图纸质量成绩（占40）1、绘图规范，标注准确，结构合理，图纸质量高。优秀2、绘图较规范、准确，结构基本合理，图纸质量较好。良好3、绘图基本规范、准确，结构基本合理，图纸质量一般。中等4、绘图不够规范、准确，结构不太合理，图纸质量较差。及格5、绘图不规范、准确，结构不合理，图纸质量差。不及格设计说明书成绩（占40）1、撰写规范，设计思路清晰，知识运用熟练，设计详尽细致，按要求完成设计。优秀