二级圆柱齿轮减速器设计计算说明.doc

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1、西南大学工程技术学院课程设计（论文） 机械设计课程设计论文题目：二级圆柱齿轮减速器设计计算说明书院 系 工程技术学院 专业年级 设 计 者 学 号 指导教师 成 绩 2014年10月30日机械设计课程设计任务书学生姓名专业年级机械设计制造及其自动化2012级设计题目： 带式运输机传动装置的设计设计条件：1、 运输带工作拉力F = 2200N；2、 运输带工作速度v = 1.1m/s；3、 卷筒直径D = 240mm；4、 工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35C； 5、 使用折旧期：8年；6、 检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；7、

2、动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；8、 运输带速度允许误差：5%；9、 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。设计工作量：1、 减速器装配图1张（A1）；2、 零件工作图3张；3、 设计说明书1份。4、指导教师签名： 说明：1.此表由指导教师完成，用计算机打印（A4纸）。2.请将机械设计课程设计任务书装订在机械设计课程设计(论文)的第一页。目录1 前 言42传动装置的总体设计52.1电动机选择52.2.1选择电动机类型52.2.2选择电动机容量52.2 计算总传动比和分配各级传动比62.3计算传动装置运动和动力参数62.3.1计算各轴转速62.3.2计算各轴输入功率72

3、.3.3计算各轴输入转矩72.3.4运动参数列表83、传动零件的设计计算83.1第一级齿轮传动设计计算83.1.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数83.1.2按齿面接触强度计算93.1.3按齿根弯曲强度设计113.1.4几何尺寸计算123.2第二级齿轮传动设计计算133.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数133.2.2按齿面接触强度计算133.2.3按齿根弯曲强度设计163.2.4几何尺寸计算173.3 轴系结构设计183.3.1、轴的结构尺寸设计183.3.2轴的受力分析计算及校核213.3.3 键的强度校核324、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择345、箱体及其附件的结构设计3

4、56、结论37参考文献37带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器1 前 言机械设计综合课程设计在机械工程学科中占有重要地位，它是理论应用于实际的重要实践环节。本课程设计培养了我们机械设计中的总体设计能力，将机械设计系列课程设计中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合进行综合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。此外，它还培养了我们机械系统创新设计的能力，增强了机械构思设计和创新设计。本课程设计的设计任务是展开式二级圆柱齿轮减速器的设计。减速器是一种将由电动机输出的高转速降至要求的转速比较典型的机械装置，可以广泛地应用

5、于矿山、冶金、石油、化工、起重运输、纺织印染、制药、造船、机械、环保及食品轻工等领域。本次设计综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；提高我们在计算、制图、运用设计资料（手册、 图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能，同时给了我们练习电脑绘图的机会。 最后借此机会，对本次课程设计的各位指导老师以及参与校对、帮助的同学表示衷心的感谢。2传动装置的总体设计计算项目计算及说明计算结果2.1电动机选择2.2.1选择电动机类

6、型2.2.2选择电动机容量按工作要求选用Y系列（IP44）全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。该电动机具有防尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压380V，频率50HZ。工作机所需功率（kW）为 此处 w=100%电动机所需工作功率（kW）为联轴器1处于高速级选用弹性联轴器联轴器2处于低速级选用无弹性元件的联轴器查机械设计课程设计手册p5面得到各的值 2.2 计算总传动比和分配各级传动比2.3计算传动装置运动和动力参数2.3.1计算各轴转速所以先取 电动机的转速查取机械设计手册表12-1，Y系列电动机技

7、术数据,选用Y100L2-4，额定功率为3kw，满载转速，轴伸长E=60mm，轴的直径D=28mm。传动比分配 ；3i15； 3i25所以取 此时传动比误差轴1 轴2 轴3 滚筒轴类型：Y100L2-4 E=60mmD=28mm。2.3.2计算各轴输入功率2.3.3计算各轴输入转矩轴1 轴2 轴3 滚筒轴电动机输出转矩各轴输入转矩轴1 轴2 轴3 滚筒轴2.3.4运动参数列表3、传动零件的设计计算3.1第一级齿轮传动设计计算3.1.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数功率（KW）转矩(N.m)转速(r/min)传动比效率电动机轴318.61430轴12.7318.414304.70.91轴22

8、.6282.24304.260.87轴32.52276.886.933.50.84滚筒轴2.42265.986.930.811）按以上的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作，速度不高，故选用8级精度（GB 10095-88）。3) 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（表面淬火），硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS，均为软齿面齿轮。4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数,取。5）初选螺旋角。初选螺旋角 。3.1.2按齿面接触强度计算(1)确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数KHt=1.62）选取区域系数3）由表10-

9、7选取齿宽系数4）由表10-5查得材料的弹性影响系数 5）计算小齿轮传递的转矩。 6）7）由图10-25d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；8）由式10-13计算应力循环次数9）由图10-23查得接触疲劳寿命系数，10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由（10-14）得所以（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入相应的值=29.8722）计算圆周速度v3）计算齿宽b4）计算齿宽与齿高比b/h5）计算纵向重合度6）计算载荷系数根据，8级精度，由图10-8查得动载系数 ， 由表10-2查得使用系数，查表10-3得，由表10-4用插值法查得8级

10、精度、小齿轮相对支承非对称布置时，由，查图10-13得：故载荷系数7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-12）得3.1.3按齿根弯曲强度设计3.1.4几何尺寸计算3.2第二级齿轮传动设计计算3.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数3.2.2按齿面接触强度计算3.2.3按齿根弯曲强度设计8）计算模数m由式（10-20）得弯曲强度的设计公式为(1)确定公式内的各计算数值1）由图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲强度极限.2）由图10-22取弯曲疲劳寿命系数,3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-14）得4)计算载荷系数K由式（1

11、0-18）得 5)由，6）计算当量齿数7)查取齿形系数由表10-17查得8）查取应力校正系数由图10-18查得9）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模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由接触强度算得的模数1.349mm并就近圆整为标准值.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。于是由取计算中心距故圆整后取中心距为（2）修正螺旋角螺旋角改变不多，不需要修正相关的参数。（3）计算齿轮的

12、分度圆直径（4）计算齿轮宽度调整后取 。1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作，速度不高，故选用8级精度（GB 10095-88）。3) 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（表面淬火），硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数大齿轮齿数，取由设计公式（10-9a）进行计算，即 （1）确定公式内的个计算数值1）试选载荷系数2）计算小齿轮传递的转矩。3）由表10-7选取齿宽系数 4）由表10-6查得材料的弹性影响系数 5）由图10-25d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接

13、触疲劳强度极限；6）由式10-13计算应力循环次数7）由图10-23查得接触疲劳寿命系数 ，8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由（10-12）得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值2）计算圆周速度v3）计算尺宽b4）计算尺宽与齿高比b/h 模数齿高 5）计算载荷系数根据，8级精度，由图10-8查得动载系数直齿轮 由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 由，故载荷系数 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-12）得7）计算模数m由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为(1)确定公式内的各计算数值

14、1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲强度极限2）由图10-22取弯曲疲劳寿命系数，3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-14）得4)计算载荷系数K5)查取齿形系数由图10-17查得6）查取应力校正系数由图10-18查得7）计算大小齿轮的并加以比较计算项目计算及说明计算结果3.2.4几何尺寸计算大齿轮的大一些（2）设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算

15、得的模数1.710并就近元整为标准值，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算出小齿轮齿数 大齿轮齿数 ,取这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。(1)计算分度圆直径（2）计算中心距3.3 轴系结构设计3.3.1、轴的结构尺寸设计(3）计算齿轮宽度所以取一、高速轴根据结构及使用要求,把高速轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分7段,其中第5段为齿轮由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为40Cr,热处理为调质处理, 材料系数C为106。所以,有该轴的最小轴径为: ， 第一段轴的尺寸计算由主教材

16、表19.3查得载荷系数K=1.5，选用梅花形弹性联轴器,与轴相连的轴孔直径为18mm，轴孔长度为42mm，与电动机轴连接的轴孔直径为28mm，轴孔长度为62mm。则： 第一段为了满足半联轴器的轴向定位要求第二轴段左端要求制出一轴肩；固取2段的直径d2=22mm;左端用唇形密封圈密封，经过画图确定L2=52mm。第三段的长度， 经过第二次放大，查取轴承 7205AC，所以d3=25m，L3=15mm。由于第四段轴应比小齿轮的齿根圆要低，所以取 由画图确定长度L4=82mm 。第五段是齿轮轴段长度为L5=38mm。第六段考虑轴承安装方便D6=25,L6=20第七段安装轴承d7=25mm，L7=15

17、mm。二、中间轴由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为40Cr,热处理为调质处理, 材料系数C为106。所以,有该轴的最小轴径为: 。为了保证减速器美观，中速轴选择的轴承为7206AC从而d1=30mm，L1=16mm,第二段为方便轴承安装D2=36mm L2=20mmL2=74mm；第三段为齿轮轴段d3=62mm，L3=68mm；第四段了满足齿轮的轴向定位，所以d4=48mm，L4=10mm；第五段和大齿轮配合所以，其直径尽量取标准值d5=36mm，其长度为一级大齿轮宽度B2-2=35-2=33mm，L5=33mm，第五段要与轴承配合，所以d6=30mm，L6=

18、36mm。d1=18mmL1=40mm，d2=22mm L2=52mm，d3=25mmL3=35mm，d4=32mmL4=82mm，d5=33mm L5=38mm，d6=25mm，L6=20mm, d7=25mm，L7=15mm，d1=30mm，L1=16mm,d2=36mmL2=20mmd3=62mm，L3=68mmd4=48mmL4=10mmd5=36mmL5=33mmD6=30mmL6=36mm计算项目计算及说明计算结果三、低速轴低速轴的材料为40Cr，材料系数C为106。最小轴径为，查主教材表19.3取K=1.5则；Tc3=KT3=1.5*276.8=415.2Nmp2,所以按轴承1的

19、寿命进行核算:所以高速轴轴承选择满足寿命要求。计算项目计算及说明计算结果2.1、中速轴受力分析及核算a）中速轴的受力分析计算项目计算及说明计算结果（1）计算齿轮的啮合力大斜齿轮的圆周力： 径向力： 轴向力：小直齿轮的圆周力： 径向力： （2）求垂直面支反力得=1742N，=1763N（3）求垂直面弯矩 （4）求水平面支反力得=-672N，=146N（5）求水平面的弯矩（6）求合成弯矩=1763N=-672N，=146N计算项目计算及说明计算结果（7）求危险截面的当量弯矩查表15-1，40Cr钢对称循环应力时轴的许用弯曲应力为，又由于轴受的载荷为脉动的，所以。（8）弯扭合成强度校核按最坏的情况校

20、核，取dmin=30mm所以该轴是安全的.2.2、中速轴轴承寿命的校核 其中轴承为7206AC,查取C=22KN轴承工作时间为：28430019200。两轴承为面对面正安装。（1）求两轴承的径向载荷和（2）求两轴承的轴向力和对于70000AC型轴承，查表13-7，得轴承派生轴向力：因为所以轴承3被放松，轴承4被压紧所以， （3）求当量动载荷P3和P4计算项目计算及说明计算结果查表13-5， 对轴承4：X4=0.41，Y4=0.87因工作载荷较稳定，轴承运转中无冲击或有轻微冲击，按表13-6，取载荷系数fp=1.1(4)验证轴承寿命 因为p4p3,所以按轴承4的寿命进行核算:所以中速轴轴承选择满

21、足寿命要求。计算项目计算及说明计算结果3.1、低速轴受力分析及核算a）低速轴的受力分析计算项目计算及说明计算结果（1）计算齿轮的啮合力大直齿轮的圆周力： 径向力：（2）求垂直面支反力得=1568N，=924N（3）求垂直面弯矩 （4）求水平面的支反力得=571N，=336N（5）求水平面的弯矩（6）求合成弯矩（7）求危险截面的当量弯矩查表15-1，40Cr钢对称循环应力时轴的许用弯曲应力为，又由于轴受的载荷为脉动的，所以。（8）弯扭合成强度校核按最坏的情况校核，取dmin=35mm所以该轴是安全的.=1568N，=924N=571N，=336N计算项目计算及说明计算结果3.2、低速轴轴承寿命的

22、校核 其中轴承为6209,查取C=31.5KN，C0=83.5KN轴承工作时间为：28830038400。两轴承为面对面正安装。（1）求两轴承的径向载荷和（2）求两轴承的轴向力和对于深沟球轴承，没有轴向力，所以当量载荷为径向力 （3）求当量动载荷P5和P6取载荷系数fp=1.1P5=1.1*1669=1835.9NP6=1.1*983=1081.3N(4)验证轴承寿命按轴承5的寿命进行核算:所以低速轴轴承选择满足寿命要求。计算项目计算及说明计算结果3.3.3 键的强度校核4、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择1、高速轴键的强度校核高速轴与联轴器相连的那一段轴段的直径为d1=18mm，L1=4

23、0mm，查取手册表4-1 选取键为。且键轴轮毂的材料均为钢，由表6-2查得：取平均值为110Mpa。工作长度，工作高度为，传递的力矩为T=18.4N*m所以所选的键满足强度要求。键的标记为：GB/T 1096 键66282、中间轴上的键的强度校核中间轴上的键是为了定位一级大齿轮与中间轴，一般8以上的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故可选用圆头普通平键（A型）。根据d=36mm，L=38mm。查取手册表4-1得键的截面尺寸为：宽度b=10mm，高度h=8mm，由轮毂宽度并参照键的长度系列，取键长L=28mm。键、轴和轮毂的材料都是钢，由1表6-2查得许用挤压应力，取平均值键

24、的工作长度l=L-b=28mm-10mm=118mm。，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.58=4mm。传递的力矩为T=86.7N.m所以所选的键满足强度要求。键的标记为：GB/T 1096 键10828。3、低速轴上键的校核（1）与二级大齿轮配合的键一般8以上的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故可选用圆头普通平键（A型）。与齿轮配合的那一段轴的尺寸为d=50mm，L=54mm. 查取手册表4-1得键的截面尺寸为：宽度b=14mm，高度h=9mm，由轮毂宽度并参照键的长度系列，取键长L=40mm。键、轴和轮毂的材料都是钢，由1表6-2查得许用挤压应力，取平均值，。工

25、作长度，工作高度为，传递的力矩为T=276.8N.m所以所以所选的键满足强度要求。键的标记为：GB/T 1096 键14940。（2）与联轴器配合的键的校核高速轴与联轴器相连的那一段轴段的直径为d=35mm，L=60mm，查取手册表4-1 选取键为。且键轴轮毂的材料均为钢，由表6-2查得：取平均值为110Mp。工作长度，工作高度为，传递的力矩为T=265.9N.m所以所选的键满足强度要求。键的标记为：GB/T 1096 键10850。由于两对啮合齿轮中的大齿轮直径径相差不大，且它们的速度都不大，所以齿轮传动可采用油润滑，查手册表7-1，选用全损耗系统用油（GB/T 433-1989），代号为L

26、-AN22。由于滚动轴承的负载较低，所以可用脂润滑。查手册表7-2，选用通用锂基润滑脂（GB/T 73242010），代号为1号。输入轴采用毡圈密封，输出轴处用毡圈密封。GB/T 1096 键6628GB/T 1096 键10828。GB/T 1096 键14940。GB/T 1096 键108505、箱体及其附件的结构设计由机械设计课程设计手册表11-1计算得箱体各尺寸如下表：箱体各部分尺寸名称符号具体数值箱座壁厚8mm箱盖壁厚18mm箱盖凸缘厚度b112mm箱座凸缘厚度b12mm箱座底凸缘厚度b220mm地脚螺钉直径df18mm地脚螺钉数目n6轴承旁联接螺钉直径d114mm盖与座联接螺钉直

27、径d210mm联接螺栓d2的间距l160mm轴承端盖螺钉直径d38mm视孔盖螺钉直径d47mm定位销直径d8mm轴承旁凸台半径R118mmdf、d1、d2至外箱壁距离C124/20/16df、d1、d2至凸缘边缘距离C222/18/14铸造过渡尺寸x、yx=3mm,y=15mm箱盖、箱座肋厚m1 m29mm,9mm大齿轮齿顶圆与内箱壁距离118mm齿轮端面与内箱壁距离215mm结合以上参数,可设计出传动装置的装配草图,其结构形式如下图所示:6、结论本课程设计是带式运输机传动装置的设计，其中，我们主要做的是传动装置中的二级展开式圆柱齿轮减速器的设计，我将围绕减速器的设计作以下总结：第一步：按照设

28、计要求进行计算，从而选择相应的电机。算出各轴的转速，确定传动比，并对齿轮进行设计计算和强度校核。其中，当有些数据不能满足条件是需要在允许范围内进行反复调整其它数据以使最终结果满足要求。虽然我们做的是比较理想化的计算和设计，很多数据都是经验公式算的，或者是根据一些大概的估算和选值后确定的，难免和现实有很大的出入，但是，计算过程中精益求精的态度是很有必要的，哪怕数据本身是不真实的，我们也可以从中了解许多与我们专业有关的知识和机械设计的基本理念。第二步：草图的绘制和轴、轴承、键的校核。草图的绘制过程中。除根据一些已经计算出来的尺寸外，还要根据经验公式来算出一些零部件尺寸和定位尺寸。轴承和键的校核时需要查手册得到一些基本数据进行计算，如果计算结果不满足要求，就鼻血选过另一系列的轴承和键。第三步：装配图和零件图的绘制。装配图的绘制根据之前绘制好的草图上的数据进行绘制，因为草图有些错误，所以在装配图上一些尺寸需要进行修改。零件图画的事低速轴、低速轴上的大齿轮和箱座。这些零件图上的尺寸都是按照之前计算和根据手册查出的数据按比例在A3图纸上绘制。参考文献1吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.3版.北京：高等教育出版社,2006.2濮良贵,纪名刚等.机械设计M.8版.北京：高等教育出版社,20063孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理M.7版.北京：高等教育出版社,200640