机械设计课程设计计算说明书-二级展开式圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计计算说明书 题 目： 二级展开式圆柱齿轮减速器 院 别： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 二零一一 年 一 月 七 日 目录11机械设计课程设计任务书32传动方案的分析43电动机选择，传动系统运动和动力参数计算6一、电动机的选择6二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配6三、运动参数和动力参数计算74传动零件的设计计算8一、v带传动设计8二、渐开线斜齿圆柱齿轮设计11（二）低速级斜齿圆柱齿轮设计计算表16（三）斜齿轮设计参数表215轴的设计计算21一、轴的结构设计22二、轴的结构设计24三、轴的结构设计26二、校核轴的强度286轴承的选择和校核31一、轴承的选择和校核317键联接的选择和校核33一、轴大齿轮键338联轴器的选择349减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择34一、传动零件的润滑34二、减速器密封3410减速器箱体设计及附件的选择和说明35一、箱体主要设计尺寸35二、附属零件设计3711设计小结4212参考资料431机械设计课程设计任务书一、题目：设计铸造车间型砂输送机的传动装置。要求：输送机由电机驱动，经传动装置驱动输送带移动。要求电机轴与工作机鼓轮轴平行，整机使用寿命为5年，每天两班制工作，每年工作300天，工作时不逆转，载荷平稳，允许输送带速度偏差为5%。工作机效率为0.96，要求有过载保护，按单件生产设计。二、原始数据：学号1-1011-2021-3031-40输送带拉力f（n）3900240023002800输送带速度v（m/s）0.91.11.31.2鼓轮直径d（mm）320430440400三、设计内容：1 设计传动方案；2 减速器部件装配图一张(0号图幅)；3 绘制轴和齿轮零件图各一张；4 编写设计计算说明书一份。2传动方案的分析机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中采用原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器。二级斜齿圆柱齿轮减速器的传动比一般为8-40，结构简单，应用广泛，展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大的刚度。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，斜齿轮传动的平稳性较直齿好，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。所以本设计采用的是双级斜齿齿轮传动。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用ht200灰铸铁铸造而成。3电动机选择，传动系统运动和动力参数计算一、电动机的选择1.确定电动机类型 按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。2.确定电动机的容量（1）工作机卷筒上所需功率pwpw = fv/1000 =24001.1=2640w(2)电动机所需的输出功率为了计算电动机的所需的输出功率pd，先要确定从电动机到工作机之间的总功率总。设1、2、3、4、5分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为7级）、滚动轴承、v形带传动、工作机的效率，由2表2-2查得1 = 0.99，2 = 0.98，3 = 0.99，4 = 0.95，5 = 0.95，则传动装置的总效率为 总=1223345 = 0.99 x 0.982 x 0.993 x 0.95 x 0.95 =0.83263.选择电动机转速由2表2-3推荐的传动副传动比合理范围 普通v带传动 i带=24 圆柱齿轮传动 i齿=35则传动装置总传动比的合理范围为 i总=i带i齿1i齿2 i总=（24）（35）（35）=（18100）电动机转速的可选范围为nd=i总nw=（18100）nw=18nw1000nw=48.88100048.88=879.844888根据电动机所需功率和同步转速，查2表16-1，符合这一范围的常用同步加速有1500、1000。选用同步转速为1500选定电动机型号为y132s-4二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配1.传动装置总传动比 i总= nm / nw=式中nm-电动机满载转速，1440 r/min; nw-工作机的转速，48.88 r/min。2.分配传动装置各级传动比 i总=i带i齿1i齿2 分配原则： （1）i带i齿 （2）i带=24 i齿=35 i齿1=（1.31.4）i齿2 根据2表2-3，v形带的传动比取i带 = 2.5 ，则减速器的总传动比为 i = 3.93=11.784双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为 i齿1 = = 3.9低速级的传动比 i齿2 = i/i齿1 = 3.02三、运动参数和动力参数计算 1.各轴转速计算 1440 r/min n= nm / i带 =1440 /2.5=576 r/min n= n / i齿1 =576/3.9=147.69 r/minn= n / i齿2 =147.69/3=49.23 r/min2.各轴输入功率 p0= pd=3.17kwp= pd4 = 3170.790.95=3.01 kw p= p23 =3012.250.980.99=2.92 kwp= p23 =2922.480.980.99=2.84 kw3.各轴输入转矩t0 = 9550pd/n0 =95503.17/1440=21.02t = 9550p/n =95503.01/576=49.91 t = 9550p/n = 95502.92/147.69=188.81t = 9550p/n =95502.84/49.23=550.92 表1 传动装置各轴运动参数和动力参数表 项目轴号功率转速转矩传动比 0轴3.17144021.022.5 轴3.0157649.913.9 轴2.92147.69188.813.0轴 2.8449.23550.92 4传动零件的设计计算一、v带传动设计1.设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果(1)确定计算功率pcapca=d查1表8-6取pca=1.23.171kw=3.81kw(2)选择带的型号查1图8-11a型带(3)选择小带轮直径90查1 表8-6及8-890(4)确定大带轮直径=查1 表8-8 =224=224(5)验算传动比误差0.4%(6)验算带速=6.78（合格）(7)初定中心距 =500(8)初算带长 (9)确定带的基准长度查1表8-2因为，选用a型带取(10)计算实际中心距离（取整）(11)安装时所需最小中心距（取整）=525(12)张紧或补偿伸长量所需最大中心距=597(13)验算小带轮包角度（合格）(14) 单根v带的基本额定功率查1表8-5a插值法 =1.0644(15) 单根v带额定功率的增量查1表8-5b插值法 =0.1692(16) 长度系数查1表8-2由 得0.99(17)包角系数表8-5插值法0.964(18)单位带长质量图8-11=0.10=0.10(19)确定v带根数4(20)计算初拉力=116.52(21)计算带对轴的压力925.212.带型选用参数表带型a902246.785491164925.2163 3带轮结构相关尺寸项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果(1)带轮基准宽bp查1表8-10因选用a型，故取mm(2)带轮槽宽b查1表8-1=13.0mm=13.0(3)基准宽处至齿顶距离查1表8-10mm(4)基准宽处至槽底距离查1表8-10mm(5)两v槽间距e查1表8-10mm(6)槽中至轮端距离查1表8-10mm=9(7)轮槽楔角查1表8-10因为，所以38度38(8)轮缘顶径mm230(9)槽底直径mm206(10)轮缘底径查1表8-10，得，mm190(11)板孔中心直径mm120(12)板孔直径mm30(13)大带轮孔径查3表12-1-12根据=200,z=4 所以取d=25mmd=25(14)轮毂外径mm 50(15)轮毂长lmml=64(16)辐板厚s查3表12-1-12mms15(17)孔板孔数个10二、渐开线斜齿圆柱齿轮设计（一）高速级斜齿圆柱齿轮设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查1表10-8通用减速器，选用7级精度级72材料选择查1表10-1小齿轮选用45号钢（调质处理）硬度为250hbs大齿轮选用45号钢（调质处理）硬度为220hbs小齿轮250hbs大齿轮220hbs3选择齿数z个953.954选取螺旋角取14度145按齿面接触强度设计（1）试选kt取1.61.6(2)区域系数zh由1图10-30（3）a由1图10-26查得a1=0.78a2=0.860.78+0.86=1.641.64(4)计算小齿轮传递的转矩t1查表1nmm(5)齿宽系数d由1表10-71.0(6)材料的弹性影响系数ze由1表10-6(7) 齿轮接触疲劳强度极限由1图10-21c由1图10-21540560540560（8）应力循环次数n由1式10-13（9）接触疲劳强度寿命系数khn由1图10-19khn1 =0.95khn2 =0.97khn1 =0.95khn2 =0.97（10）计算接触疲劳强度许用应力h取失效概率为，安全系数为s=1，由1式10-12得 （11）试算小齿轮分度圆直径按1式（1021）试算mm=45.27（12）计算圆周速度vm/s1.36（13）计算齿宽bb1=50b2=45mmb1=50b2=45（14）模数h = 2.25mnt =2.251.83=4.12b/h =45.27/4.12=10.99度mnt =1.83h = 4.12b/h =10.99（15）计算纵向重合度= 0.318dz1tan1.91（16）计算载荷系数k由1表10-2查得使用系数根据v=1.36m/s，级精度，由1图查得动载荷系数1.04由1表查得kh=1.12+0.18(1+0.6d2) d2+0.2310-3b=1.42由1图查得kf=1.37假定，由1表查得1.4故载荷系数k=kakvkhkh=11.041.41.42=2.06k=2.06（17）按实际的载荷系数校正分度圆直径由1式10-1049.13（18）计算模数mm2.006按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数kk=kakvkfkfk=11.041.41.37=2.05k=2.05（2）螺旋角影响系数根据纵向重合度= 1.91 ，从1图10-280.880.88（3）计算当量齿数zv=26.37=104.40（4）齿形系数yfa由1表yfa1=2.592yfa2=2.184yfa1=2.592yfa2=2.184（5）应力校正系数ysa由1表ysa1=1.596ysa2=1.794ysa1=1.596ysa2=1.794（6）齿轮的弯曲疲劳强度极限由1图10-20b由1图10-20c400340400340（7）弯曲疲劳强度寿命系数由1图10-18利用插值法可得0.900.920.900.92（8）计算弯曲疲劳许用应力f取弯曲疲劳安全系数s1.3，由式10-12得 （9）计算大小齿轮的并加以比较结论：大齿轮的系数较大，以大齿轮的计算0.01628（10）齿根弯曲强度设计计算由1式10-17mm1.43结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2 mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=49.13算应有的齿数。于是由 取24则z2 = z1i齿1 =93.6，取z2= 933几何尺寸计算（1）计算中心距a将中心距圆整为120mma=120（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。度（3）计算齿轮的分度圆直径dmm49.26（合格）190.97（4）计算齿轮的齿根圆直径dfmm44.26185.97（5）计算齿轮宽度bb = dd1圆整后取：b1 =55b2 =50mmb1 =55b2 =50（6）验算所以合适（二）低速级斜齿圆柱齿轮设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查1表10-8选用7级精度级72材料选择查1表10-1小齿轮选用45cr（调质处理），硬度为260hbs大齿轮选用45号钢（调质处理）硬度为220hbs小齿轮260hbs大齿轮220hbs3选择齿数z个.044选取螺旋角取14度145按齿面接触强度设计（1）试选kt取1.61.6（2）区域系数zh由1图10-3033（3）由1图10-26查得1.67(4)计算小齿轮传递的转矩t查表1nmm188810(5)齿宽系数d由1表10-71.0(6)材料的弹性影响系数ze由1表10-6mpa1/2(7) 齿轮接触疲劳强度极限由1图10-21c由1图10-21600550600550（8）应力循环次数n由1式10-13（9）接触疲劳强度寿命系数khn由1图10-19khn1 =0.98khn2 =0.96khn1=0.98khn2 =0.96（10）计算接触疲劳强度许用应力h取失效概率为，安全系数为s=1，由1式得（11）试算小齿轮分度圆直径按1式（1021）试算mm68.78（12）计算圆周速度vm/s（13）计算齿宽bb3=75b4=70mmb3=75b4=70（14）模数h = 2.25mnt =2.252.395.37b/h =70/5.37=13.04度2.39h 5.37b/h =13.04（15）计算纵向重合度= 0.318dz3tan0.3181.028tan14=2.22=2.22（16）计算载荷系数k由1表10-2查得使用系数根据v=0.53/s，级精度，由1图查得动载荷系数1.03由1表查得kh=1.12+0.18(1+0.6d2) d2+0.2310-3b=1.42由1图查得kf=1.37假定，由1表查得1.4故载荷系数k=kakvkhkh=11.031.41.42=2.05k=2.05（17）按实际的载荷系数校正分度圆直径d3由1式10-1074.28（18）计算模数mm=2.576按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数kk=kakvkfkfk=1.01.031.41.37=1.99k=1.99（2）螺旋角影响系数根据纵向重合度=2.22 ，从1图10-280.880.88（3）计算当量齿数zv=30.6393.0（4）齿形系数yfa由1表yfa3=2.511yfa4=2.194yfa3=2.511yfa4=2.194（5）应力校正系数ysa由1表ysa3=1.628ysa4=1.783ysa3=1.628ysa4=1.783（6）齿轮的弯曲疲劳强度极限由1图b由1图400380400380（7）弯曲疲劳强度寿命系数由1图0.970.950.970.95（8）计算弯曲疲劳许用应力f取弯曲疲劳安全系数s1.3，由式得298.46277.69（9）计算大小齿轮的并加以比较结论：大齿轮的系数较大，以大齿轮的计算=0.0141（10）齿根弯曲强度设计计算由1式1.88结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2m，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d3=74.28应有的齿数。于是由 取36，则z4 = z3i齿2 =108.72, 取z4 =1093几何尺寸计算（1）计算中心距a将中心距圆整为150mm =150（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。度（3）计算齿轮的分度圆直径dmm74.46（合格）225.44（4）计算齿轮的齿根圆直径dfmm69.46=220.44（5）计算齿轮宽度bb = dd3圆整后取：b3 =80b4 =75mmb3 =80b4 =75（6）验算合适（三）斜齿轮设计参数表传动类型模数齿数中心距齿宽螺旋角高速级斜齿圆柱齿轮低速级斜齿圆柱齿轮 5轴的设计计算减速器轴的结构草图一、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表14-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表15-3， 考虑键：因为键槽对轴的强度有削弱作用，开有一个键槽，所以轴的轴径要相应增大3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果且由前面的带轮的设计可得，带轮的孔径为25， 2525查 2表7-123030因为处装轴承，所以要，选取7类轴承，查 2表6-6，选取7207ac故=3535轴承代号7207ac，查 2表6-6，安装尺寸=42mm42根据高速斜齿圆柱齿轮的齿根圆直径35354选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（2）“润滑方式”，及说明书“（12）计算齿轮圆周速度” = 1.36，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果箱体壁厚查 2表11-18地脚螺栓直径及数目n查 2表11-1查 2表3-13， 取20，20轴承旁联接螺栓直径查 2表11-1查 2表3-9，取1616轴承旁联接螺栓扳手空间、查 2表11-2因为16，所以2220轴承盖联接螺钉直径查 2表11-1查 2表11-10，得当取轴承盖厚度查 2表11-10 小齿轮端面距箱体内壁距离查 2 ，取=10=10轴承内端面至箱体内壁距离查 2 因为选用脂润滑，所以10轴承支点距轴承宽边端面距离a查 2表6-6，选取7207ac轴承，故5.计算各轴段长度。名称计算公式单位计算结果625837.5865341l（总长）（支点距离）171.5二、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表14-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表14-2， 考虑键：因为键槽对轴的强度有削弱作用，开有一个键槽，所以轴的轴径要相应增大 3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果因为处安装轴承，选用轴承代号7208ac,故取=40=40选用轴承代号7208ac取47=47取=54=54选用轴承代号7208ac，且考虑安装键是的高度，去=47=40404选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（二）“滚动轴承的润滑”，及说明书“六、计算齿轮速度”v=0.53，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a选用7208ac轴承，查 2 表6-65.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果4278648=42l（总长）l216（支点距离）170三、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表14-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表14-2， 考虑键：因为键槽对轴的强度有削弱作用，开有一个键槽，所以轴的轴径要相应增大 3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果，根据选用联轴器为弹性套柱销联轴器型号lt8，取505057选取7类轴承，选用轴承代号7212ac,=6060轴承代号7212ac，查 2表6-6，安装尺寸6980=69=604选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（二）“滚动轴承的润滑”，及说明书“六、计算齿轮速度” ，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a选用7212ac轴承，查 2表6-6得5.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果查 2 表8-5，型号lt8，选用型，则=84-（23）=8182825644556=75-2=7373l（总长）362（支点距离）158.4二、校核轴的强度齿轮的受力分析：齿轮2上的圆周力小齿轮上的经向力小齿轮上的轴向力2147.06n802.39n495.69n齿轮3上的圆周力小齿轮上的经向力小齿轮上的轴向力5509.43n2073.87n1451.54n1求支反力、绘弯矩、扭矩图（1）垂直平面支反力 （2）垂直平面弯矩图 （3）水平平面支反力 （4）水平平面弯矩图 （5）合成弯矩图（6）扭矩图2按弯扭合成校核轴的强度（1）确定轴的危险截面 根据轴的结构尺寸和弯矩图可知：齿轮3(即c截面)处的弯矩和扭矩均为最大，故齿轮3（c截面）处最危险。（2）按弯矩组合强度校核轴危险截面强度查表15-1得=60mpa,因此,故安全。6轴承的选择和校核一、轴承的选择和校核1轴轴承的选择选择轴轴承的一对 7208ac 轴承，查2 表12-16校核轴承，轴承使用寿命为5年，每年按300天计算。2根据滚动轴承型号，查出和。3校核轴轴承是否满足工作要求（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、 （b）水平面支反力、 （c）合成支反力、（3）求两端面轴承的派生轴向力、 （4）确定轴承的轴向载荷、 所以轴承2被压紧，轴承1被放松（5）计算轴承的当量载荷、查1 表13-5 ：有轻微冲击，所以选取，查1 表13-5、13-6 ：查1 表13-5取查1 表13-5取（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 2 计算，滚子轴承的0.68 ，查1表13-6取冲击载荷系数 1.0 ，查1表13-4取温度系数1.0 ，计算轴承工作寿命：结论：轴承寿命合格7键联接的选择和校核一、轴大齿轮键1键的选择选用普通 圆头平键 a型,轴径47,查1表6-1得 键宽键高2键的校核键长度小于轮毂长度且键长不宜超过，前面算得大齿轮宽度50,根据键的长度系列选键长40。查1表6-1得所以所选用的平键强度足够。8联轴器的选择查1表14-1得因为原动机是电动机，工作载荷平稳的运输带，所以取。，查2表13-6，选用弹性套柱销联轴器:查2表8-5，选用弹性套柱销联轴器:lt8联轴器gb/t 4323-20029减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择一、传动零件的润滑1齿轮传动润滑因为齿轮圆周速度，故选择浸油润滑。2滚动轴承的润滑由前面设计可知，所有滚动轴承的线速度（，d为轴承的内径，n为转速）较低，故均是选用脂润滑。二、减速器密封1.轴外伸端密封因为轴承选用脂润滑，工作环境较清洁，轴颈圆周速度，工作温度不超过，所以轴外伸端选用毛毡圈密封。2.轴承靠箱体内侧的密封因为轴承采用脂润滑，为防止箱内润滑油和润滑脂混合，所以在轴承前设置挡油环。查图16-12可得3.箱体结合面的密封为保证密封，箱体剖分面连接凸缘应有足够宽度，并要经过精刨或刮研，连接螺栓间距也不应过大（小于150-200mm），以保证跢的压紧力。为了保证轴承孔的精度，剖分面间不得加垫片。为提高密封性，可在剖分面上制出回油沟，使渗出的油可沿回油沟的斜槽流回箱内。10减速器箱体设计及附件的选择和说明一、箱体主要设计尺寸名称计算依据计算过程计算结果箱座壁厚箱盖壁厚箱座凸缘厚度箱盖凸缘厚度箱座底凸缘厚度地脚螺栓直径查表3-13地脚螺钉数目轴承旁联接螺栓直径查表3-916箱盖与箱座联接螺栓直径查表3-912联接螺栓的间距查表11-1150轴承端盖螺钉直径查 2表11-10，得当取定位销直径查表4-410、至外箱壁距离查2表11-2262218、至凸缘边缘距离查2表11-22416轴承旁凸台半径查表11-1凸台高度根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准52mm52轴承座宽度57铸造过渡尺寸查表15-14x:y=1:201:20大齿轮顶圆与内箱壁距离12齿轮端面与内箱壁距离101510箱盖、箱昨筋厚、1010轴承端盖外径轴承旁联接螺栓距离