齿轮设计说明书.doc

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1、目录一、课程设计任书 2二、电动机的选择 4三、传动装置的运动和动力参数计算 5四、V带传动设计 6五、减速器高速级齿轮设计 8六、减速器低速级齿轮设计 12七、轴的设计计算 （输入轴） 17八、轴的设计计算及强度校核 （中间轴） 18九、轴的设计计算 （输出轴） 24十、滚动轴承的选择及计算 24十一、键连接的选择及校核计算 25十二、润滑与密封 26十三、连轴器的选择 27十四、减速器附件的选择 27十五、参考资料 281 / 31十六、心得体会 28 一 课题设计任务书一、 目的及要求：机械设计课题的设计主要是培养学生的机械设计的综合能力。通过自己动手，可以体会和巩固先修课程的理论和实际

2、知识，同时还能学习如何运用标准、规范、手册等有关国家标准及技术手册，更重要的是可以提高学生从机器功能的要求、尺寸、工艺、经济和安全等诸多方面综合考虑如何设计的能力，从而树立正确的设计思想。课程结束每个学生必须完成：1 一张减速器装配图（用A1或A0图纸绘制）；2 齿轮和轴的零件图各一张；3 设计说明书一份（约60008000字）。二、 设计题目: 设计运送原料的带式运输机所用的圆柱齿轮减速器，具体内容是：1 设计方案论述。2 选择电动机。3 减速器外部传动零件设计。4 减速器设计。1) 设计减速器的传动零件；2) 对各轴进行结构设计，按弯扭合成强度条件验算个轴的强度；3) 按疲劳强度条件计算输

3、出轴上轴承的强度；4) 选择各对轴承，计算输出轴上轴承的寿命；5) 选择各键，验算输出轴上键连接的强度；6) 选择各配合尺寸处的公差与配合；7) 决定润滑方式，选择润滑剂；5. 绘制减速器的装配图和部分零件工作图；6. 编写设计说明书。三、 已知条件1. 展开式二级齿轮减速器产品。2. 动力来源 ：电力，三相交流，电压380/220V。2 / 313. 输送带工作拉力F=4.2KN。4. 输送带工作速度=1.9m/s。5. 滚筒直径D=450mm。6. 滚筒效率=0.96（包括轴承与滚筒的效率损失）。7. 工作情况：两班制，连续单向运行，载荷较平稳。8. 使用折旧期：8年9. 检修间隔期：四年

4、一次大修，二年一次中修，半年一次小修。10. 工作环境：室内，环境最高温度35，灰尘较大。11. 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。四、分析减速器的结构1、传动系统的作用：作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调二者的转速和转矩。2、传动方案的特点：特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。3、电

5、机和工作机的安装位置：电机安装在远离高速轴齿轮的一端；工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。4、画传动系统简图：3 / 31 二 电动机的选择计算及说明结果选择电动机类型 按工作要求：连续单向运转，载荷平稳；选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。稳定运转下工件机主轴所需功率： 工作机主轴转速为：工作机主轴上的转矩：由P3表1-71查得1（联轴器）=0.99，2（球轴承）=0.99，3（齿轮传动8级精度）=0.97，4（V带）=0.96。电动机至工件机主轴之间的总效率为： =P=8.3KW4 / 31所以电动机所需功率为 由表12-1查出符合设计要求并综合考虑电动机和传动装置的尺

6、寸、重量、价格等选定电动机型号为Y160M-4，则所选取电动机：额定功率为 满载转速为 型号为Y160M4n=1460r/minP=11KW 三 传动装置的运动和动力参数计算计算及说明结果总传动比 选用等浸油深度原则，查表1-8得 =2（带轮）；=3.4；=2.66名级效率： 第一级效率： 第二级效率： 第三级效率：计算各轴的转速功率和转矩：1、转速：轴I： 轴II：5 / 31轴III：n2、 输出功率：轴I： 轴II： 轴III： 3、 输出转矩：轴I：轴II： 轴III： 参数轴名轴出功率P（KW）转速n(r/min)输出转矩T（N.M）i轴I 9.06730118.53.40.960轴

7、II8.70214.7387.02.6609518.3078.41011.0四 V带传动设计计算及说明结果1确定计算功率 由表8-6查得工作情况系数，故 2选取窄V带带型 根据和转速，由图8-11确定选用A型。3. 确定带轮基准直径V带A型6 / 31 由表8-8初选主动轮基准直径。根据式（8-15），从动轮基准直径。根据表8-8， 即为基准系列。 所以带的速度合适。4. 确定窄V带的基准长度和传动中心距 根据，初步确定中心距。计算带所需的基准长度由表8-2选带基准长度。计算实际中心距a 5. 验算主动轴上的包角 由式（8-6）得 所以主动轮上的包角合适。6. 计算窄V带的根数z由式（8-22

8、）知由，查表8-4a和表8-5b得 查表8-8，得 ，查表8-2，得 ，则 取。7. 计算预紧力7 / 31 查表8-3，得 ，故 8. 计算作用在轴上的压轴力 9查表8-10，带论宽度B=（z-1）e+2f=(5-1)15+29=78mm10带轮结构设计 材料选用HT200，B=78mm五、减速器高速级齿轮设计计算及说明结果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如上图所示，有利于保障传动的平稳性；2）设备为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。3）材料选择。由表10-1选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者

9、材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮，故选。5）初选螺旋角142按齿面接触强度设计齿面接触强度计算公式为：148 / 311）确定公式内的各计算数值 试选Kt=1.6。 由图10-30选取区域系数。 由图标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得=0.775，=0.86，则=1.635。 由表10-7选取齿宽系数。 由表10-6查得材料的弹性影响系数。 由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。 由式10-13计算应力循环次数 由图10-19 查得接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数s=1，由式得 2）计算 试算小齿轮分度圆直径 由计

10、算公式得 Kt=1.6=1.635 9 / 31 计算圆周速度 计算齿宽b及模数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 取，根据，8级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得 计算模数3按齿根弯曲强度设计 由式（10-17） 1）确定计算参数 计算载荷系数 10 / 31 根据纵向重合度，从图查得螺旋角影响系数。 计算当量齿数 查取齿形系数 由表查得； 查取应力校正系数 由表查得； 查取弯曲疲劳强度极限 由图10-20c 查得小齿轮 ，大齿轮 查取弯曲疲劳寿命系数 由图10-18

11、 查得 ， 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式（10-12），得 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。2）设计计算11 / 31 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取=2.0mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径，由，取，则,取。4.几何尺寸计算 1）计算中心距 将中心距圆整为155。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数、等不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径4）计算齿轮宽度 圆整后取；。5.结构设计 小齿轮齿顶圆直径16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e16Omm，而又

12、小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图荐用的结构尺寸设计=2.0mm=65.3mm12 / 31齿根圆直径为 70.32*(1+0.25)*2=65.3mm 齿顶圆直径为 并绘制大齿轮零件图(见零件图)。六 减速器低速级齿轮设计 计算及说明结果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2）设备为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。3）材料选择。由表10-1选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，大齿轮，故选。5）初选螺旋角142按齿面接触强度设计齿面接触

13、强度计算公式为：1）确定公式内的各计算数值 试选Kt=1.6。 由图选取区域系数ZH=2.433。 由图标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得 =0.775，=0.85，则=1.62 由表10-7选取齿宽系数。14Kt=1.6ZH=2.433=1.6213 / 31 由表10-6查得材料的弹性影响系数。 由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。 由式10-13计算应力循环次数 由图10-19 查得接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数s=1，由式（10-12）得 2）计算 试算小齿轮分度圆直径d1t 由计算公式得 计算圆周速度 计算齿宽b及模

14、数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 取，根据，8级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。故载荷系数 15 / 31 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得 计算模数3按齿根弯曲强度设计 由式（10-17） 1）确定计算参数 计算载荷系数 根据纵向重合度，从图查得螺旋角影响系数。 计算当量齿数 查取齿形系数 由表查得； 查取应力校正系数 由表查得； 查取弯曲疲劳强度极限 由图10-20c 查得小齿轮 ，大齿轮 查取弯曲疲劳寿命系数 由图10-18 查得 ，15 / 31 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式（10

15、-12），得 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取=2mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径，由，取，则。4.几何尺寸计算1）计算中心距 将中心距圆整为185。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16 / 314）计算齿轮宽度 圆整后取；。5.结构设计 小齿轮齿顶圆直径16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图荐用的结构尺寸设计齿根圆直径为 101.12*(1+0

16、.25)*2=96.1mm 齿顶圆直径为 6校验传动比 实际传动比为 总传动比 所以传动比相对误差为 (9.05-9.046)/9.05=0.04%=96.1mm七、轴的设计计算 （输入轴）计算及说明结果1、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。由表15-3，取=10517 / 31 2、轴的结构设计1) 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 -段轴用于安装轴承6207，故取直径为35mm。 -为齿轮轴，齿轮的分度圆直径为70.3mm。 -根据结构定直径为42mm。 -段用于安装轴承6207，直径为35mm。 -段安装轴承端盖，直径为30mm。 -段安装V

17、带轮，直径为25mm。3）根据轴向定位的要求确定轴的各段长度 -段安装轴承和挡油环，长度为36mm。 -段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度75mm。 -段根据结构及箱体的宽度，长度为119mm。 -段用于安装轴承6207，长度为33mm。 -段用于安装轴承端盖，长度应适合装拆，则为73.2mm。 -安装V带轮，长度应约等于V带宽度为52mm。3、轴向零件的周向定位 齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接=八、轴的设计计算及强度校核 （中间轴）计算及说明结果18 / 31一、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。由表15-3，取=105二、轴的结构设计1) 确定轴上零件的装配方案2

18、）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 -段轴用于安装轴承6309和挡油环，故取直径为45mm。 -段轴肩用于安装大齿轮，直径为50mm。 -段分隔两齿轮，外径60mm。 -段为小齿轮，直径为50mm。 -段安装轴承6309和挡油环，直径为45mm。3）根据轴向定位的要求确定轴的各段长度 -段安装轴承6309和挡油环，同时根据箱体的结构，决定长度为46mm。 -段用于安装大齿轮，长度略小于齿轮的宽度，长度为101mm。 -段用于隔开两个齿轮，长度为9mm。 -段，为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度70.3mm。 -段用于安装轴承6309和挡油环，同时根据箱体的结构，决定长度为49.5mm。3、轴向零

19、件的周向定位 齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接三、按弯扭合成强度条件校核轴的强度：1、求作用在齿轮上的受力Ft1=7656NFr1=Ft=2872NFa1=1909NFt2=3371NFt1=7656NFr1=2872NFa1=1909NFt2=3371N19 / 31Fr2= Ft=1265NFa2=840N定跨距测得：；2、受力分析如下：3、支座受力 由受力分析图知，在大齿轮和小齿轮处所受弯矩最大，则只需校核这两处的强度即可。Fr2=1265N Fa2=840N20 / 314、小齿轮处：（1）、水平弯矩：（2）、垂直面弯距：（3）、合成弯矩：（4）、转矩T=551484.5=46

20、5933W=0.1=0.1=103336.4取,查表15-1得=60Mp： 5、大齿轮处：较大的总弯矩为T=551484.5=465933T=465933W=103336.4T=465933W=1377222.47721 / 31W=0.1=0.1=1377222.477 6、所以该轴安全四精确校核轴的疲劳强度1）判断危险截面 由于大齿轮截面处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面。2）截面左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为 扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的转切应力为 由于轴选用45钢，调质处理，由表15-1查得，。截面上由于轴间而形成的理论应力集中系数由附表3-2查取

21、。因， 经直线插入，由附图3-1轴的材料敏感系数为 ，22 / 31查得=2.26，=1.808故有效应力集中系数（附3-4）为由附图3-2查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，轴采用磨削加工，（附图3-4）表面质量系数为 ， 轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为又由3-1及3-2得碳钢的特性系数 ，于是轴的疲劳安全系数为故安全。2）截面右侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为 扭矩为 截面上的转切应力为 23 / 31由附图3-1轴的材料敏感系数为 ，故有效应力集中系数（附3-4）为由附图3-2查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，轴采用磨削加工，（附图3-4）表面质量系数为 ， 轴表面未

22、经强化处理，即，则综合系数值为又由3-1及3-2得碳钢的特性系数 ，于是轴的疲劳安全系数为故安全。九、轴的设计计算 （输出轴）计算及说明结果24 / 311、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。由表15-3，取=105 2、轴的结构设计确定轴上零件的装配方案3、轴向零件的周向定位 齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接 十、滚动轴承的选择及计算计算及说明结果1、根据轴承型号6309查4P383表6-1取轴承基本额定动载荷为：C=52800N；基本额定静载荷为：因为Ft1=7656NFt2=3371NFa 1=NFa2=840N =5.5122、查表13-5得=14.7，e=0

23、.20 Ft1=7656NFt2=3371NFa1=1909NFa2=840N5.512=14.7，e=0.2025 / 31由1P321表13-5查得X=0.56 ; Y=2.2 根据轴承受中等冲击查1P298表10-9取轴承载荷系数为: 由1P297轴承寿命公式10-2a得： = 故轴承使用寿命足够即合格。X=0.56Y=2.2= 十一、键连接的选择及校核计算计算及说明结果根据轴长及工作需要选择圆头平键（5个），具体数据列表如下：26 / 31键直径（）工作长度（）工作高度（）转矩（）极限应力（）高速轴873625283.5122.7100.2中间轴1496350494.5424.276.

24、9514910050864.5424.243.84低速轴161063554781140.6110.32012907370101140.644.64强度校核：强度条件为查表6-2知由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力=120-150Mpa由上表可知，各键的极限应力，所以上述各键都符合要求。十二 润滑与密封1、润滑： 齿轮采用浸油润滑。参考1P245。当齿轮圆周速度时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离28 / 313060mm。参考1P310。轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的，采用稠度较小润滑脂。2、密封：防止外界的灰尘、水分等

25、侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。查4P383表10-37，高低速轴密封圈为：唇形密封圈（FB型）GB/T9877.1-1998。十三 连轴器的选择低速轴用联轴器的设计计算由于弹性联轴器具有诸多优点，所以优先选用。取工作情况系数为，计算转矩为 选用弹性柱销联轴器HL4（GB4323-84），其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径联轴器，十四 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M181.5油面指示器选用游标尺M16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M161.另外，为了更容易排出油渣，箱体底座的内壁应略倾向于放油螺塞的一端。28 / 31十

26、五、参考资料1. 机械设计（第七版）西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著濮良贵 纪名刚 主编 2001年 高等教育出版社出版2. 机械设计课程设计（第二版）朱文坚 黄平 主编 华南理工大学出版社出版 2004年3. 机械原理（第一版）邹慧君等 主编 高等教育出版社出版 1999年4. 材料力学（第一版）谭文宪 主编 华南理工大学出版社出版 1996年5 工程制图 林晓新 主编 北京:机械工业出版社 2001.7十六 心得体会 课程设计目的在于让我们学习设计的思想，同时也是对已学理论知识的巩固过程。这次课程设计过程让我深深体会到实践经验的重要性，好多零件位置、大小都有数据可查，而那些数据就是

27、人类通过长期的生产实践所获得的。第一次设计因为没有经验又考虑不周全，导致我将齿轮设计了三、四遍，不是数据查错就是漏掉考虑某个数据的影响，原本以为就是小数点之差，不会对结果造成很大的影响，可是经过分析多次所得的数据发现“差之毫厘，失之千里”，所以在以后的设计中不能有半点马虎，不然后果很严重，轻者造成资源的损失、材料的浪费，重者也许会导致工业事故。设计人员的综合素质很重要，我们要从现在就培养严谨的工作作风。 此外让我影响颇深的是以前课堂上不会的知识，经过这次课程设计中反复查找逐渐有所认识，但是因为时间不够充分，设计整体来说还考虑的还不够周全，书也还没有完全理解。还有意外收获就是自己的计算机能力得到了一次锻炼的机会，亲自动手受益非浅。 注：合同范本有风险，使用需谨慎，法律是经验性极强的领域，范本无法思考和涵盖全面，最好找专业律师起草或审核后使用，谢谢您的关注！ 29 / 31