机械课程设计说明书二级减速器.doc

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1、机械设计基础课程设计说明书姓 名： 学生学号：专 业： 指导教师： 目录第一章 机械传动装置的总体设计- 2 -第一节 传动装置的方案设计第二节 电动机的选择第三节 机械传动装置的计算第二章 减速器传动零件的设计计算- 2 -第一节 减速器内传动零件的设计计算第二节 减速器外传动零件的设计计算第三章 轴承、联轴器和键的设计计算- 2 -第一节 轴承的设计计算第二节 联轴器的设计计算第三节 轴上键的设计计算第四章 减速器箱体及其附件的结构尺寸- 2 -第一节 减速器的箱体及其结构尺寸第二节 减速器的润滑与密封第三节 减速器的附件及其结构尺寸第五章 课程设计总结- 2 -第六章 参考文献- 2 -

2、第一章 机械传动装置的总体设计第1节 传动装置的方案设计设计的初始条件：（1） 设计任务： 设计用于带式运输机的传动装置（2） 设计要求：带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，运输带速允许误差为5%。使用期限为10年，大修期三年，小批量生产，两班制工作。（3） 设计方案、数据数据组编号：D9运输带工作转矩T/N.m900运输带工作转速n/r.min-1120如图所示为带式传送机的3中传动方案。方案A采用一级闭式齿轮传动和一级开式齿轮传动，该方案成本较低，但使用寿命较短，不适于较差的工作环境；方案B采用展开式二级圆柱齿轮减速器，该方案结构简单，传动效率高，容易制造，使用寿命长，维护方便，

3、适合在较差的工作环境下长期工作，但由于电动机、减速器与带式传送机并列，导致横向尺寸较大，机器结构不紧凑；方案D采用一级闭式圆柱齿轮和一级开式圆锥齿轮，便于实现变向减速，可以减少轴向尺寸，但圆锥齿轮传动比不能太大，否则会影响其加工精度。第二节 电动机的选择一、选择电动机类型按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷笼型三相异步电动机。此类电动机具有结构简单、启动性能好、工作可靠、价格低廉、维护方便等优点，适用于机床、输送机、搅拌机等。二、选择电动机功率(1)工作机构所需功率： =11.36 kW (2)电动机输出功率： 其中，a:电动机至螺旋输送机的总效率c:弹性联轴器效率g:一对圆柱齿轮

4、传输效率r:3三对滚动轴承效率t:一对圆椎齿轮的传输效率通过查表可得，=0.99,=0.98（7级精度的很好的齿轮传动）=0.99，=0.96，得 = =0.895从而可得 =12.69 kW（3） 确定电动机的额定功率 通常按照确定，得=12.6916.50kW,查表可得 三、电动机转速的选择 在三相交流异步电动机产品规格中，同一功率有4种同步转速。按电动机的级数分为2、4、6、8级，其同步转速分别为3000r/min、1500r/min、750r/min，在此减速器装置中，选择1500r/min 4级比较适宜。电动机选择结果电动机型号额定功率/kW额定转速/(r/min)同步转速n/（r/

5、min） 电动机总质量/kg外伸轴径轴中心高/mmY160L-4 1515001460144长机座160第3节 机械传动装置的计算一、总传动比的计算 由传动装置的总传动比 i 得 二、 分配各级传动比 圆锥齿轮的传动比不应过大，且由设计方案可知，按照“前小后大”的原则，从高速轴到低速轴的传动比依次增大，可使中间轴具有较高的转速和较小的转矩，从而减小其尺寸的质量，而圆锥齿轮的传动比不可过大，可取 = 4 则 三、 传动装置运动和动力参数的计算 将传动装置中各轴由高速到低速一次定为轴、轴，按电动机至工作机构运动传递路线计算出各轴的运动和动力参数。 1、各轴的转速 r/min, r/min. 式中

6、、轴、轴的转速； 电动机的额定转速，r/min； 、电动机轴到轴、轴到轴的之间的传动比。 2、各轴的功率 kW kW 3、各轴的转矩 将计算结果汇总成下表 ： 参数轴 名电动机轴轴轴转速N/(r/min)1500480120功率P/kW1514.4113.70转矩T/()95.50286.701090.3传动比i3.044效率0.960.95第二章 减速器传动零件的设计计算 第一节 减速器内传动零件的设计计算一、一级闭式圆柱齿轮传动的设计计算 闭式齿轮传动的主要失效形式是齿轮齿面点蚀（软齿面齿轮）或齿根折断（硬齿面齿轮），一般按接触疲劳强度设计，按弯曲疲劳强度校核。 1、选择齿轮材料（大小齿轮

7、的齿面均为软齿面） 小齿轮选用40MnB调质，齿面硬度241286HBS, =730MPa，=600MPa；大齿轮选用ZG35SiMn调质，齿面硬度241269HBS，=620MPa， =510MPa，取=1.1,=1.25, = = = 2、按照齿面接触强度设计设齿轮按7级精度制造，取载荷系数K=1.2,齿宽系数=0.8，小齿轮上的转矩 取弹性系数 =188.0,则 = =85.7mm取齿数=32，则 取 z2=100；故实际传动比 i=3.125模数 mm齿宽 mm, 取 查表可知 m=3 mm,则实际的 ， ，中心距 3、 验算轮齿弯曲强度齿形系数 则可得 4、齿轮的圆周速度 对照表可知

8、选用7级精度是合适的。圆柱齿轮的设计参数如下表所示参数材料模数/mm齿数传动比分度圆直径/mm齿宽/mm小齿轮40MnB调质3323.1259675大齿轮ZG35SiMn调质10030070 5、闭式圆柱齿轮的结构设计 小齿轮的构造,由于200mm，选择用锻造齿轮（实心齿轮）,轴孔直径d=45mm 有关参数如下表格：序号名称符号 数值（mm）1分度圆直径962齿根圆直径873齿顶圆直径1024齿根高3.755齿顶高36顶隙c0.757齿宽b758齿槽宽e4.719齿厚s4.7110齿距p9.42大齿轮的尺寸序号名称符号值（mm）1分度圆直径3002齿根圆直径2913齿顶圆直径3064齿根高3.

9、755齿顶高36顶隙c0.757齿宽b708齿槽宽e4.719齿厚s4.7110齿距p9.42大齿轮的=306mm，所以选择腹板式的结构，选择模锻为其加工工艺，取d=60mm，其各尺寸数据如下：序号名称（符号）公式或值（mm）1 轮毂直径=1.6d=1.660=962L取L=85mm3取=8mm4nn=0.5m=1.5mm5取=186mm6=276mm7258C取C=20mm 大齿轮的图形如下所示：二、 电动机轴的设计计算 不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在

10、进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。轴的参考图形如下： 具体步骤如下： 1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa, =55MPa 2、初步计算各轴段直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径 式中，P传递的功率，kW； A随材料而定的系数。 由第一章可知，P=15kW，取 A=107118 则 =23.3625.77mm 在计算截面上有键槽，直径应适当增大4%5%, 则 =24.29 27.06mm 圆整为标准值，=28mm

11、 （2） 计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=35mm； （3） 计算 ，且必须与轴承的内经一致，圆整=40mm，初选轴承型号为6308,查附表可知，B=23mm，D=90mm，；（4） 计算d4 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=45mm；（5） 计算d5 取 =55mm；（6） 计算d6 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 电动机轴各段轴直径列表如下： 名称直径（mm）283540455540 3、计算轴各段长度 （1）计算 半联轴器的长度l=60mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第

12、一段的长度应比l略短一些，取 =56mm; （2）计算 轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取，其中为螺钉直径，由轴承外径D=90mm，查表，取=8mm， ， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积，故轴承采用脂润滑，取 =9mm， 所以 m=8+16+14+8-9-23=14mm, 所以 取 L2=44mm （3）计算 ，式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取 （4）计算 ; （5）计算 ; （6）计算 ； 取 L6=41mm 各段轴长度列表如下: 名

13、称长度/mm56445073741 此段轴的结构如图所示：4、 校核轴的强度 小齿轮上的受力情况： 圆周力 径向力 小齿轮分度圆直径96mm,小齿轮的齿宽b=75mm（1） 求垂直面的支反力 （2） 求水平面的支反力 （3） 绘垂直面的弯矩图 （4） 绘水平面的弯矩图 （5） 求合成弯矩图 （6） 轴传递的扭矩 （7） 求危险截面的当量弯矩 由图可知，在截面处最危险，其当量扭矩为 如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6，代入上式得 （8） 计算危险截面处的直径 考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，得 ，故其强度足够。其力矩图形如下：M水平面垂直面F1vFrFt F2HF1HF

14、2vFt Fr TM3、 轴的设计计算 轴的参考图形与电动机轴一致：具体步骤如下： 1、轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢调质。硬度达到197286HBS,抗拉强度=650MPa，屈服强度=355MPa。=60MPa 2、初步计算各段轴直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径 式中， P传递的功率，kw； A随材料而定的系数。 由第一章可知，P=14.41kW，取 A=107118 则 =33.2636.67mm 在计算截面上有键槽，直径应适当增大4%5%, 则 =34.59 38.14mm 圆整为标准值，=40mm （2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=5

15、0mm； （3）计算 ，且必须与轴承的内经一致，圆整=55mm，（续表28）初选轴承型号为6211,查附表可知，B=21mm，D=100mm，； （4）计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=60mm； （5）计算 取=70mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 轴各阶梯轴直径列表如下： 名称直径（mm）405055607055 3、计算轴各段长度 （1）计算 半联轴器的长度l=84mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l略短一些，取=80mm; （2）计算 轴承端盖采用

16、凸缘式轴承端盖，取=20mm，主动轴与从动轴的应相等，即，其中为螺钉直径，由轴承外径D=90mm，查表，取=8mm， ， 式中，为箱体壁厚，取=8mm， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得； 由于轴承的轴颈直径和转速的乘积，故轴承采用脂润滑，由主动轴与从动轴轴承座宽度应相等可知，主动轴与从动轴的应相等，取 =11mm， 所以 m=8+16+14+8-11-21=14mm, 所以 取 （3）计算 ， 式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取L3=45mm（7） 计算 ; （5）计算 ; （6）计算 取L6=40

17、mm 各段轴长度列表如下: 名称长度/mm80444568840此轴段的图形如下：4、 核轴的强度 大齿轮上的受力情况： 圆周力 径向力 大齿轮分度圆直径300mm,大齿轮的齿宽b=70mm（1） 求垂直面的支反力 （2） 求水平面的支反力 （3） 绘垂直面的弯矩图 （4） 绘水平面的弯矩图 （5） 求合成弯矩图 （6） 轴传递的扭矩 （7） 求危险截面的当量弯矩 由图可知，在截面处最危险，其当量扭矩为 如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6，代入上式得 （8） 计算危险截面处的直径 考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，得 ，故其强度足够。其力矩图形如下：水平面M垂直面F1v

18、FrFt F2HF1HF2vFt Fr TM第二节 减速器外传动零件的设计计算一、 开式圆锥齿轮的设计计算 开式齿轮的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，需要按照弯曲疲劳强度设计，一般情况下并不校核。1、 选择材料及确定许用应力小齿轮选用40MnB调质处理，齿面硬度241286HBS,=730MPa， =600MPa；大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度197286HBS，则 =2、 各设计参数的确定 齿宽系数=0.3, 载荷系数K=1.4, 转矩T= 传动比，取 节锥角和的值为 小齿轮的当量齿数 则齿形系数 齿根应力修正系数 分别验算 取值为0.008263、按照弯曲疲劳强度对大端模数m确定

19、取 m=5 4、圆锥齿轮的主要尺寸的确定 （1）大端分度圆直径 （2）锥距R （3）齿宽b 取 b=66 mm, （4）大端分度圆平均直径 mm 圆锥齿轮的主要参数如下表：参数小齿轮大齿轮材料40MnB调质45钢调质大端分度圆直径/mm105420大端模数m/mm5分度圆锥角 齿顶高/mm=m=5齿根高/mm=6全齿高h/mmh=2.2m=11齿顶圆直径/mm=114.7=422.4齿根圆直径/mm=93.36=417.12外锥距/mm=216.46齿顶角齿根角齿根锥角齿顶锥角齿宽b/mm66 第三章 轴承、联轴器和键的设计计算第一节 轴承的设计计算一、 电动机轴上的轴承的设计计算1、 选择轴

20、承类型及型号由轴径，初选中窄系列的深沟球轴承，即6308, 查附表可知，B=23mm，D=90mm，；2、 计算当量动载荷径向载荷 Fr=724.16N 轴向载荷 Fa=0N 则当量动载荷 P=Fr=724.16N 3、 计算径向额定动负荷因为是球轴承，取 =3fp=1.5,ft=1查表可知，分别取 fp=1.5,ft=1代入计算得 Cr=fpPft(60n106Lh)1=1.5724.161(601460106Lh)13由设计条件可知，此减速器为两班制工作，小批量生产，其预期寿命为12000h20000h,选择其寿命为Lh=15000h则 Cr=11897N52800N 故所选择轴承合适。

21、二、 轴上的轴承的设计计算1、 选择轴承类型及型号由轴径，初选中窄系列的深沟球轴承，即6211,查附表可知，B=21mm，D=100mm，；2、 计算当量动载荷径向载荷 Fr=695.66N 轴向载荷 Fa=0N 则当量动载荷 P=Fr=695.66N 3、 计算径向额定动负荷因为是球轴承，取 =3查表可知，分别取 fp=1.5, ft=1代入计算得 Cr=fpPft(60n106Lh)1=1.5695.661(60480106Lh)13由设计条件可知，此减速器为两班制工作，小批量生产，其预期寿命为12000h20000h,选择其寿命为Lh=15000h则 Cr=7886.7Np,故挤压强度足

22、够；3、 确定键槽尺寸及相应的公差查表可知，轴槽宽为，轴槽深t=5.5mm,r6对应的偏差为。毂槽宽为14JS90.026，毂槽深t1=3.8mm，H7对应的极限偏差为 二、轴上的齿轮上的键的设计计算1、 键的类型及选择齿轮传动要求齿轮与轴的对中性好，假设其为中等冲击，故选择A型平键连接。根据轴径d=60r6H7mm，查得，因齿轮宽度为70mm，故取键长L=60mm2、 验算挤压强度将l=L-b=60-18=42mm,k=0.4h=4.4mm,代入公式得挤压应力为查表可得，中等冲击的许用挤压应力p=6090MPap,故挤压强度足够；3、 确定键槽尺寸及相应的公差查表可知，轴槽宽为，轴槽深t=7

23、mm,r6对应的偏差为。毂槽宽为18JS90.026，毂槽深t1=4.4mm，H7对应的极限偏差为【注】（1）同理，轴上与联轴器相连的键的尺寸与齿轮上的键的设计方法一致，其尺寸如下：轴径d=40r6H7mm，键长取为L=60mm。轴槽宽为，轴槽深t=5mm,r6对应的偏差为。毂槽宽为12JS90.026，毂槽深t1=3.3mm。（2）电动机轴上与联轴器相连的键的尺寸与齿轮上的键的设计方法一致，其尺寸如下：轴径d=28r6H7mm，键长取为L=46mm。轴槽宽为，轴槽深t=4mm,r6对应的偏差为。毂槽宽为12JS90.018，毂槽深t1=3.3mm。第四章 减速器箱体及其附件的结构尺寸第一节

24、减速器的箱体及其结构尺寸箱体的结构尺寸如下表所示：名称计算公式结果/mm箱座厚度8箱盖厚度18箱盖凸缘厚度b1=1.512箱座凸缘厚度b=1.5112箱座底凸缘厚度b2=2.520地脚螺钉直径df=0.04a+8M16地脚螺钉数目4轴承旁联结螺栓直径d1=0.75dfM12盖与座联结螺栓直径d2=(0.50.6)dfM8螺栓的间距：200300轴承端盖螺钉直径d3轴承外圈直径90/100直径M8螺钉数目6视孔盖螺钉直径单级减速器M6定位销直径d=（0.7-0.8）d26df，d1，d2至外箱壁的距离C1=1.5d118C216D028df，d2至凸缘边缘距离R08r5轴承座外径D2=D+(55

25、.5)d3144轴承旁连接螺栓距离S一般取S=D2144轴承旁凸台半径R116轴承旁凸台高度 h待定箱盖、箱座厚m1=7mm,m=7mm大齿轮顶圆与箱内壁间距离10齿轮端面与箱内壁距离9第二节 减速器的润滑与密封 一、 齿轮和箱体的润滑由于齿轮周向速度为v=7.54m/s1.5m/s，所以宜开设油沟、飞溅润滑。而滚子轴承v1.5m/s ，故采用润滑脂润滑。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。四、 密封方法的选择 1、轴伸出端的密封 此处密封是为了防止轴承的润滑剂漏失及箱外杂质、水分、灰尘等侵入。轴颈圆周速度为7.54m/s,虽然大

26、于7m/s,仍选择密封圈密封。2、轴承室内侧的密封为了防止轴承室内润滑脂泄入箱体，也防止箱体内润滑油溅入轴承室而混合，应在靠近箱体内壁的轴承旁设置封油环。3、箱体接合面的密封 为了保证轴承孔的精度，箱盖箱座连接处剖分面间不得加垫片，只允许在剖分面上涂密封胶。为了提高密封性，在箱座凸缘上面常铣出回油沟，使渗入凸缘连接缝隙面上的油重新回到箱体内。4、其他处的密封轴承盖、窥视孔和放油孔等与箱盖、箱座接封面均需加装纸封油垫或皮封油环，以保证密封效果良好。第三节 减速器的附件及其结构尺寸一、 窥视孔及窥视孔盖窥视孔用来检查传动零件的啮合、润滑及齿轮完好情况，同时并兼做注油孔，可通过它向减速器箱体内注入润

27、滑油。窥视孔常设置在减速器箱盖上方的适当位置，且应有足够的尺寸，以便直接进行观察。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板地步装有纸质封油垫片。平时窥视孔用窥视孔盖板盖住，窥视孔盖板常用螺钉将其固定在箱盖上。其尺寸如下表：名称符号数值/mm盖板尺寸l1b112090螺钉孔尺寸l2b210575窥视孔尺寸l3b39060连接螺钉孔径7孔数4个盖板厚4圆角R5 窥视盖板材料：Q235-A二、通气器 减速器工作时，箱体内的温度和气压较高，用通气器将热膨胀气体及时排出，保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其他缝隙渗漏出来。 其尺寸如下表所示：名称数值18d1321.5d210d35d4

28、16403510614h11146D126.919522三、 油面指示器（游标尺） 油面指示器的用途是显示减速器箱体内油面的高度，使其保持合适的油量。指示器尺寸如下：名称dd1d2d3habcDD2数值M1641663512852622四、 放油孔及放油螺塞放油螺塞的直径按减速器箱体壁厚的22.5倍选取，取直径为d=20mm，则标记如下：尺寸如下表所示：名称（符号）数值/mmM201.5d117.8D30e24.2S基本尺寸21极限偏差l30h15b4b13C1.0螺塞M201.5 JB/ZQ 4450-1997油圈3020 ZB71-62（D0=30,d=20的纸封油圈）油圈3020 ZB7

29、0-62（D0=30,d=20的皮封油圈）材料：纸封油圈-石棉橡胶胶纸，皮封油圈-工业用革，螺塞-Q235第五章 课程设计总结本次用于带式输送机减速器的设计，在不断地计算、验算和总结中，我完成了整个带式输送机减速器的相关内容。整个过程，我收获了很多东西，对所学的课程有了更加深刻的理解，对于各门知识之间的联系有了更为深入的认识。从电动机的选择开始，至此后的齿轮的设计，轴系的设计和校核，到最后的箱体结构及其附件尺寸的设计，我都是一步步查阅资料，进行对比，我所参阅的资料有两本，一本是从学校图书馆数据库中找到的电子版的课程课程设计，另外一本则是机械设计制图手册，两本书相得益彰，书中的资料十分详细，使我

30、在设计过程之中减轻了不少的麻烦。设计过程需要对大学所学过的一些工科知识有比较全面的理解，例如在进行设计时，在对轴的强度校核时，需要材料力学关于应力分析、强度校核的相关理论，在进行选择齿轮材料、轴承材料又涉及到其加工工艺，要求有基本的机械制造的知识作为铺垫；而整个过程之中则要求我们对机械制图、工程制图的基本知识有比较深刻的理解和运用能力。同时，整个设计过程需要反复的进行检查和验算修改，最为突出的就是轴系的设计，我在反复比较书本和参考资料的示例后，才设计出比较合理的轴系结构。此次设计由于在六月初期就已将整个课程设计设计说明书的内容完成，在进入本学期最后两周的课程设计时间时，我的时间相比较而言充裕了很多，可以有更多的时间和精力对设计说明书中不合理的环节进行修改，同时，可以对零件图、装配图成图进行比较细致的考虑。完成本次课程设计，使我对书本