二级减速器直齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书

一 课程设计任务书 目 录 一 课程设计任务书 2 二 设计要求 3 三 设计步骤 4 传动装置总体设计方案 4 电动机的选择 5 确定传动装置的总传动比并分配传动比 7 计算传动装置的运动和动力参数 8 齿轮的设计 10 轴的设计 15 联轴器的设计 20 滚动轴承的设计 21 键的设计 23 润滑密封的设计 23 箱体结构的设计 24 四 设计总结 27 五 参考资料 29 一 课程设计任务书 1.课程设计题目： 设计带式运输机传动装置（简图如下） 1二级减速器 2运输带 3联轴器 4电动机 5滚筒 2、已知条件： 1、工作情况：连续单向运转,载荷较平稳； 2、工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度35°C； 3、滚筒效率：ηj=0.96（包括滚筒与轴承的效率损失）； 4、动力来源：电力，三相交流，电压380/220V； 5、检修间隔期：4年1次大修，2年1次中修，半年1次小修； 6、制造条件及生产批量：一般机械厂生产制造，小批量； 7、允许运输带工作速度误差为±5%。 3原始数据： 题号 参数 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 运输带工作拉力F（kN） 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 运输带工作速度v （m/s） 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 滚筒直径D （mm） 400 400 400 450 400 500 450 400 450 450 每日工作时数T （h） 8 8 8 8 8 16 16 16 16 16 使用折旧期 （y） 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 二. 设计要求 1.减速器装配图一张(A1)。 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 3.设计说明书一份。 三 设计步骤 传动装置总体设计方案 本次设计数据：第32组数据： 运输带工作拉力F（kN）：3.5 运输带工作速度v(m/s):1.2 滚 筒 直 径D(mm):400 每日工作时间T(h):8 使用折旧期（y）：8 根据以上条件，决定采用普通齿轮传动。因为齿轮传动具有外廓尺寸小，传动精度高，工作寿命长等优点。又因为有较大的传动比，采用两级闭式齿轮传动。实际工作环境，要求箱体的长度较小，所以采用二级展开式圆柱齿轮传动。 电动机的选择 1）.选择电动机的类型 按工作要求已知条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380v，Y型。 .选择电动机的容量 电动机所需工作功率按公式（1），即 ， 由公式（2），即 ， 因此， 由电动机至运输带的总效率为 ， 式中， 分别代表卷筒，深沟球滚动轴承，七级精度的一般齿轮，弹性联轴器，齿式联轴器的传动效率。 由《机械设计课程设计手册》表1-7知， 所以，电动机所需的工作功率为 .确定电动机转速 卷筒工作转速为 按《机械设计课程设计指导书》表一推荐的传动比合理范围，二级展开式圆柱齿轮减速器传动比 ，故电动机转速的可选范围为： 符合这一范围的同步转速有750、1000、1500r/min.。 根据容量和转速，由《机械设计课程设计手册》查出有三种适合的电动机型号，因此有三种方案，如表所示。 方案 电动机型号 额定功率/kw 满载转速（r/min） 堵转转矩 最大转矩 质量/kg 序号 额定转矩 额定转矩 1 Y132S-4 5.5 1440 2.2 2.3 68 2 Y132M2-6 5.5 960 2.0 2.0 84 3 Y160M2-8 5.5 720 2.0 2.0 119 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量等因素，可见第1方案比较适合。所以，选择电动机型号为Y132S-4，其主要性能为： 型号 额定功率 满载转速（r/min） 堵转转矩/额定转矩 最大转矩/额定转矩 质量/kg Y132S-4 5.5 1440 2.2 2.3 68 确定传动装置的总传动比并分配传动比 总传动比 .分配传动比 考虑润滑等条件的影响，取 ，（根据《机械设计课程设计手册》p196查得） 所以计算求得， 4.计算传动装置的运动和动力参数 该传动装置从电动机到工作机共有三轴，依次为1,2,3轴。. 各轴转速： 1轴： 2轴： 3轴： 卷筒轴： 各轴的输入功率 1轴： 2轴： 3轴： 卷筒轴： 各轴的输入转矩为 电动机的输入转矩 为： 1轴： 2轴： 3轴： 卷筒轴： 运动和动力参数计算结果整理于下表： 轴名 功率P/kw 转矩T/(N·mm) 转速n/(r/min) 传动比 效率 I轴 4.74 1440 5.93 0.97 II轴 4.60 242.83 4.24 0.97 III轴 4.47 57.3 1 0.98 卷筒轴 4.38 57.3 5.齿轮的设计 高速极大小齿轮的设计 选定齿轮的类型、精度等级、材材料及齿数 按运动简图所示的传动方案，选用圆柱直齿齿轮传动。 运输机一般为工作机，速度不高，故选用7级精度。 材料选择。由《机械设计》表6.1选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为260HBS，大齿轮为45钢（正火），硬度为210HBS，二者材料硬度差为50HBS。 选齿轮齿数 。 (5)按软齿面齿轮非对称安装查表6.5，取齿宽系数 2) 初步设计齿轮主要尺寸 (1) 设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度计算。两者比较校核。 (2) 按齿面接触疲劳强度设计，即 试选载荷系数 。 由课本P117表6.3查得材料系数 。 由课本图P110图6.8（b）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 。 计算应力循环次数： 确定接触疲劳许用应力： ，所以， 2>.计算 Ⅰ. 试算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值。 齿数比 其中， ， ， 计算圆周速度 。 计算齿宽 。 确定载荷系数K 由表6.2查的 ,由7级精度齿轮，取 ,由硬齿面，取 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 计算模数 查标准模数系列，取模数 小齿轮齿数 大齿轮齿数 计算分度圆直径 计算中心距 计算齿轮宽度 取 ， 。 齿高h 按齿根弯曲强度校核 弯曲强度的校核公式 确定公式中各值： 小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ； 大齿轮的弯曲强度极限 ； Ⅶ.计算大、小齿轮的 并加以比较； 校核计算： 齿轮传动的几何尺寸： 名称 符号 公式 齿1 齿2 齿3 齿4 齿数 25 148 32 136 分度圆直径 50 259 80 340 齿顶高 2.0 2.0 2.5 2.5 齿根高 2.5 2.5 3.125 3.125 齿顶圆直径 54 264 85 345 齿根圆直径 47.5 256.5 73.75 333.75 中心距 173 210 孔径 b 齿宽 50 45 80 78 6.轴的设计 1）选择轴的材料 选择轴的材料为45钢，经调质处理，其机械性能由表11.1和表11.4查得 ， ， 2）求作用在齿轮上的力 3）初步确定轴的最小直径 先按公式（11.2）初步计算轴的最小直径。（根据《机械设计》表11.3选C=110） 1轴： 考虑键槽的影响，所以 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 。为了使所选的轴直径 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。又因为所取电动机型号为Y132S-4，其轴径为 所以必须选轴孔直径系列包括D=38mm的联轴器,联轴器的计算转矩 ，查《机械设计》表10.1，取 ，则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设计课程设计手册》选用LX3型,其公称转矩为1250000N·mm,许用转速为4700r/min。半联轴器得孔径 ，故取 =35mm；半联轴器长度L=82mm。 4.轴的结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度和直径 为了满足办联轴器的轴向定位要求，1-2轴端右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径为 40mm 初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力的作用，故可以选用深沟球轴承。参照工作要求并根据 =40mm，由《机械设计课程设计手册》表6-1查得，选取6309深沟球滚动轴承（GB/T 276-1994）。其尺寸为 ，故 45mm；而 。 3).由小齿轮尺寸可知，齿轮处的轴端5-6的直径 ， 。取 ，取 ， ， ， 。 (2).轴上零件的轴向定位 联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。按 由《机械设计课程设计手册》表4-1查得A类平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为 。滚动轴承与轴的轴向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 。 (3).确定轴上圆角和倒角尺寸 参考《机械设计课程设计手册》表1-27，取轴端圆角 。 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，对于6309型深沟球轴承，其支点就是轴承宽度B的中点。因此，作为简支梁的轴的支撑跨距 。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算处的截面C处的 、 及 的值列于下表。 载荷 水平面H 垂直面V 支反力 弯矩 总弯矩 ， 扭矩 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（即危险截面C）的强度。根据上表数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 ，轴的计算应力 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由课本P288表11.2查得 因此 ，故安全。 联轴器设计： 1）高速轴联轴器 因为高速轴直接与电动机的输出轴相连，又因为电动机选择的型号为Y132S-4，可以查的电动机的输出轴径为 。所以联轴器孔径必须包含38mm，且应选择弹性联轴器。轴的最小直径根据 ，联轴器的计算转矩 ，查《机械设计》表10.1，取 ，则： 查《机械设计课程设计手册》表可选LX3弹性联轴器，其公称转矩为1250N·m,半联轴器得孔径 ，故取 =35mm；半联轴器长度L=82mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度。 。 2）低速轴联轴器 因为低速轴直接与滚筒轴相连，作为输出轴。 ，联轴器的计算转矩 ，查《机械设计》表10.1，取 ，则： ，查《机械设计课程设计》表13.3可选HL6弹性联轴器，其公称转矩为3150N·m,半联轴器得孔径 ，故半联轴器长度L=142mm。 8.滚动轴承的设计 选择低速轴轴承的一对深沟球6315滚动轴承。 根据滚动轴承型号查《机械设计课程设计手册》表6-1得到， 和 。 Cr=112kN Cor=76.8kN （1）画轴的受力简图。 （2）求轴承径向支反力 、 （a）垂直平面支反力 、 = =1657.674N = =2051.427N （b）水平面支反力 、 = =80.574N = =561.47N （c）合成支反力 、 = =1659.631N = =2126.876N （5）计算轴承的当量载荷 、 由于Fa=0 查[1] 表13-5 ：X1＝1.41,Y1＝0 查[1]表13-6取载荷系数 1.1 P1＝fPFr1=1.1×1659.631=1825.5941N 查[1] 表13-5 ：X2＝1 ,Y2＝0 P2＝fPFr2＝1.1×2126.876=233.95636N （6）校核所选轴承 由于两支承用相同的轴承，故按当量动载荷较大的轴承P2计算，查[1]表13-6取载荷系数 1 ，查[1]表13-4取温度系数 1 ，计算轴承工作寿命： == x =4198311.9h>(8×300×8)h=19200h 结论：所选的轴承满足寿命要求。 9. 键联接设计 联轴器与输入轴间键的选择及校核 轴径 ，轮毂长度 ，查手册，选A型平键，其尺寸为 ， ， 现校核其强度： , ， 查表12.1得 ，因为 ，故键符合强度要求。 10. 润滑密封设计 对于二级展开式圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且转速速较低，所以轴承采用脂润滑，箱体内选用L-AN22号润滑油，装至规定高度。油的深度为64。 从密封性来讲为了保证机盖与机座连接处密封，凸缘应有足够的宽度，连接表面应精刨，密封的表面要经过刮研。而且，凸缘连接螺柱之间的距离不宜太大，并均匀布置，保证部分面处的密封性。轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，易于加工和安装。因为输出轴、输入轴转速都较低，故二者均可采羊毛毡圈密封，输出轴选用毡圈75，输入轴选用毡圈40. 11.箱体结构的设计 减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量， 大端盖分机体采用 配合. 1. 机体有足够的刚度 在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度 2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。 因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H大于40mm 为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为 3. 机体结构有良好的工艺性. 铸件壁厚为10mm，圆角半径为R=5。机体外型简单，拔模方便. 4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔 在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固 B 油螺塞： 放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。 C 油标： 油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。 油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出. D 通气孔： 由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡. E 位销： 为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度. F 吊钩： 在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体。 减速器机体结构尺寸如下： 名称 符号 减速器型式及尺寸关系/mm 箱座壁厚 10 箱盖壁厚 10 箱盖凸缘厚度 15 箱座凸缘厚度 15 箱座底凸缘厚度 25 地脚螺钉直径 20 地脚螺钉数目 4 轴承旁联接螺栓直径 16 机盖与座联接螺栓直径 12 联接螺栓 的间距 180 轴承端盖螺栓直径 8 视孔盖螺钉直径 6 定位销直径 9 、 、 到外箱壁距离 26、22、18 、 至凸缘边缘距离 24、16 轴承旁凸台半径 凸台高度 外箱壁至轴承座端面距离 40 大齿轮顶圆与内箱壁距离 12 齿轮端面与内箱壁距离 12 箱盖、箱座肋厚 、 ； 轴承端盖外径 轴承端盖凸缘厚度 9 轴承旁联接螺栓距离 四 设计总结 我们这次机械设计课程设计是做《带式运输机用的二级圆柱齿轮减速器》。在两个星期的设计过程中，让我明白一个简单机械设计的过程，知道一个设计所必须要准备些什么，要怎样去安排工作，并学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律；也通过课程设计实践，培养了我综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力；学会怎样去进行机械设计计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范。还有就是激发了我的学习兴趣，能起到一种激励奋斗的作用，让我更加对课堂所学内容的更加理解和掌握。 这次机械课程设计中，我遇到了很多问题，但同学讨论和老师 指导起到了很大的作用，这就是团队的精神。自己在设计中所遇到的困难，让我明白要做好一个机械设计是一件不容易的事，必须有丰富的知识面和实践 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ，还必须有一个好的导师。设计让我感到学习设计的紧张，能看到同学间的奋斗努力，能让大家很好地回顾以前所学习的理论知识，也明白只有在学习理论基础上才能做设计，让我以后更加注重理论的学习并回到实践中去。还这次自己没有很好地把握设计时间的分配，前面传动方案设计和传动件设计时间太长，而在装配草图设计、装配工作图设计时间太紧，还有就是在装配草图设计中遇到一些尺寸不是很确定，而减慢了AutoCAD工程制图的速度，这也很好让我们更加掌握AutoCAD工程制图的操作。这是自己设计思维不太严谨，没有很好地熟悉一些理论知识，没有过此类设计的经验；在设计过程中自己也做了一些重复的计数，很多往往是一个参数所取不正确或没有太在意一些计数，而在尺寸计算校核才发现问题，而白白花了重复工作的时间，但也能让我更加深刻一些设计的过程，积累了一些设计的经验。 这次机械设计课程设计是我们一次进行的较长时间、较系统、 较全面的工程设计能力训练，很好地提高了我们实践能力和运用综合能力的水平。我们可以通过设计，明白到学习的内容的目的，更加明确大学学习的目标方向，能激起学生学习激情，也让我们有学习的成就感，希望以后有更多合适实训教学安排。 参考资料 《机械设计》 武汉理工大学出版社 主编 杨明忠 朱家诚 《机械原理》 高等教育出版社 主编 郑文纬 吴克坚 《画法几何及机械制图》 武汉理工大学出版社 主编 董怀武 刘传慧 《机械设计课程设计手册》高等教育出版社 主编 吴宗泽 罗圣国 《机械设计课程设计指导书》高等教育出版社 主编 龚桂义 《机械设计课程设计图册》 高等教育出版社 主编 龚桂义