二级直齿圆柱齿轮减速器设计说明书.doc

青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：二级直齿圆柱齿轮减速器设计学 院：机电工程系专业班级：机械设计制造及其自动化10-10班学 号：20100201049学 生：项庆康指导老师：周燕青岛理工大学琴岛学院教务处 2013年7月5日27机械设计课程设计说明书机械设计基础课程设计评阅书题目二级直齿圆柱齿轮减速器设计学生姓名项庆康学号20100201049指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘 要机械设计课程设计是机械设计课程的一个重要教学环节，也是学生第一次较全面的在机械设计方面的训练，其目的是：第一、学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件部件、机械传动装置和简单机械的设计原理和过程。第二、通过机械设计课程设计，综合运用机械设计课程和其它有关先修课程的理论和知识，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使学生知识得到巩固，深化和扩展。第三、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图软件、熟悉和运用设计资料(手册、图册、标准和规范等)以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。机械设计课程设计的题目是二级直齿圆柱减速器设计，设计内容包括：确定传动装置总体设计方案，选择电动机；计算传动装置运动和动力的参数；传动零件，轴的设计计算；轴承，联轴器，润滑，密封和联接件的选择与校核计算；箱体结构及其附件的设计；利用AutoCAD软件绘制装配工作图及零件工作图；编写设计说明书；设计总结；最后完成答辩。关键字：机械设计、基本技能、绘图目 录摘 要II1设计任务12 传动系统方案的拟定22.1 方案的简要说明及简图22.2电动机选择32.3传动比分配42.4传动系统的运动和动力参数的计算43传动零件的设计计算63.1齿轮传动的主要参数和几何参数计算63.2轴的设计计算（初估轴颈、结构设计和强度校核）133.3滚动轴承选择和寿命计算193.4键连接选择和校核203.5联轴器的选择和计算213.6润滑和密封形式的选择214 箱体及附件的结构设计和选择224.1箱体尺寸计算224.2附件的选择及功用23总 结25参考文献261设计任务已知带式输送机驱动卷筒的圆周力(牵引力)F=2350N，带速v=1.6m/s，卷筒直径D=300mm。工作条件：单向运转，有轻微振动，经常满载，空载起动，两班制工作，使用期限10年，输送带速度容许误差为5%。工作现场有三相交流电源。要求对该带式输送机传动装置进行总体设计。设计内容：（1）确定传动装置的类型，画出机械系统传动方案简图；（2）选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算；（3）传动系统中的传动零件设计计算；（4）绘制减速器装配图1张A0.2 传动系统方案的拟定2.1 方案的简要说明及简图为了估计传动装置的总体传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速，即： （2-1）一般常选用同步转速为1000r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为11。根据总传动比数值，可初步拟定出二级传动为主的多种传动方案。如图2-11所示的四种方案即可作为其中的一部分。就这四种方案而言方案b以用于长时间连续工作，且成本高。方案d制造成本比较高。根据带式输送机工作条件，可在a和c两个方案中选择。现选用结构较简单、制造成本也较低的方案c。方案c如下图所示5图2-1传动装置1 电动机 2 联轴器 3 减速器 4 联轴器 5卷筒 6输送带带式输动机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入减速器3，再经联轴器4 将动力传至输送机卷筒5，带动输送带6工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对于轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级为直齿圆柱齿轮传动，低速级为直齿圆柱齿轮传动。2.2电动机选择1. 电动机类型和结构形式按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。2.电机容量(1)卷筒轴的输出功率 （2-2）(2)电动机输出功率： （2-3）传动装置的总效率： （2-4）式中，、为电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由表2-24查的：滚动轴承：=0.99；圆柱齿轮传动：=0.97；弹性联轴器：=0.99；滚筒轴滑动轴承：=0.96，则： （2-5）故 （2-6）(3)电动机额定功率由表20-1选取电动机额定功率=5.5kw。3.电动机的转速为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由表2-1查得V，单级圆柱齿轮传动比范围=36，则电动机转速可选范围为： （2-7）根据表20-1可选择电动机的型号：Y132M2-6 其中额定功率：4kw，同步转速：1000r/min，满载转速：960r/min，2.3传动比分配1.传动装置的总传动比 （2-8）2. 分配各级传动比单级减速器的传动比i=36，根据，得：, 所得，值符合圆柱齿轮传动和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。2.4传动系统的运动和动力参数的计算1.各轴转速高速轴轴为轴，中间轴为轴，低速轴为III轴，各轴的转速为： （2-9） （2-10） （2-11）2.各轴输出功率按电动机额定功率计算各轴输入功率，即： （2-12） （2-13） （2-14）3.各轴转矩 （2-15） （2-16） （2-17）将以上计算结果整理于表2.1中表2.1 各轴的运动参数项目电动机轴高速级轴I中间轴II低速级轴III转速（r/min）960960320102功率（kw）5.55.225.015.44转矩()54.1753.5155.8469.0传动比13.1330效率0.990.960.963传动零件的设计计算3.1齿轮传动的主要参数和几何参数计算A.高速级齿轮传动设计 1.选择齿轮类型、精度等级、材料及参数 (1) 按图1所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动；(2)运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）；(3) 材料选择：由表10-1选得大、小齿轮的材料均为40Cr(调质后表面淬火)，齿芯部硬度280HBS、齿面硬度为50HRC，大齿轮齿芯部硬度240HBS、齿面硬度为45HRC，二者硬度相差40HBS。(4)初选小齿轮齿数=18，则大齿轮齿数，取=75 （3-1）2.按齿面接触强度设计 由设计计算公式（10-9a）进行试计算，即 （3-2） （1）确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数 2)小齿轮传递转矩 3)由表10-7选取齿宽系数=0.8 4) 查图表10-6选取弹性影响系数=189.8 5)由图10-21e查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限应力为 6）由式10-13计算应力循环次数 （3-2） （3-3）7）由表10-19取接触疲劳寿命系数。 8） 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 （3-4） （3-5）（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，是代入中较小的值。 （3-6）2）计算圆周速度v。 （3-7）3）计算齿宽b。 （3-8）4）计算齿宽与齿高之比。模数 （3-9）齿高 （3-10） （3-11）5）计算载荷系数。根据，7级精度，由表10-2查得;由图10-8查得动载系数；由表10-3查得,从表10-4中的硬齿面齿轮栏查得小齿轮相对支承非对称布置、6级精度、用插值法得。考虑齿轮为7级精度、取,故载荷系数 （3-12）另由图10-13查得6）按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，由式（10-10a）得 （3-13）7）计算模数m。 （3-14）3.按齿面弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度设计的公式为 （3-15）（1）确定公式内的各计算数值1)由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限，取弯曲疲劳安全系数S=1.4。2)由图10-18取得弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数,由式（10-12）得 （3-16）4）计算载荷系数K。 （3-17）5）查取齿形系数。由表10-5查得。6）查取应力校正系数。由表10-5查得用插值法求得7）计算大、小齿轮的并加以比较。 （3-18） 小齿轮的数值大。（2）设计计算 （3-19）对比计算结果，由齿面接触疲劳接触强度计算模数与由齿根弯曲疲劳强度计算的模数相差不大，取标注值，取分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 ，取 （3-20）4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （3-21）（2）计算中心距 （3-22）（3）计算齿轮宽度 （3-23）取。B.低速级齿轮传动设计1.选择齿轮类型、精度等级、材料及参数 1)按图1所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动 2)运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88） 3)材料选择。由表10-1选得大、小齿轮的材料均为40Cr(调质后表面淬火)，齿芯部硬度280HBS、齿面硬度为50HRC，大齿轮齿芯部硬度240HBS、齿面硬度为45HRC，二者硬度相差40HBS。 4）初选小齿轮齿数=18，则大齿轮齿数，取 （3-24）=3.02.按齿面接触强度设计 由设计计算公式（10-9a）进行试计算，即 （3-25）（1） 确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数 2)小齿轮传递转矩 3)由表10-7选取齿宽系数：=0.8 4) 查图表10-6选取弹性影响系数=189.8 5)由图10-21e查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限应力为 6）由式10-13计算应力循环次数。 （3-26）7）由表10-19取接触疲劳寿命系数。 8） 计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 （3-27） （2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，是代入中较小的值。 （3-28）2）计算圆周速度v。 （3-29）3）计算齿宽b。 （3-30）4)计算齿宽与齿高之比。模数 （3-31）齿高 （3-32） （3-33）5）计算载荷系数。根据，7级精度，由表10-2查得;由图10-8查得动载系数；由表10-3查得,从表10-4中的硬齿面齿轮栏查得小齿轮相对支承非对称布置、6级精度、。考虑齿轮为7级精度、取,故载荷系数 （3-34）另由图10-13查得6）按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，由式（10-10a）得 （3-35）7）计算模数m。 （3-36）3.按齿面弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度设计的公式为 （3-37）（1）确定公式内的各计算数值 1）由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限； 2）由图10-18取得 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,由式（10-12）得 （3-38） （3-39） 4）计算载荷系数K。 （3-40）5）查取齿形系数。由表10-5查得。6）查取应力校正系数。由表10-5查得。7）计算大、小齿轮的并加以比较。 （3-41） 小齿轮的数值大。（2）设计计算 （3-42） 对比计算结果，由齿面接触疲劳接触强度计算模数与由齿根弯曲疲劳强度计算的模数 相差不大，取标注值m=4mm，取分度圆直径，算出小齿轮齿数 ，取 （3-43） 大齿轮齿数 取=52 （3-44）4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （3-45）（2）计算中心距 （3-46）（3）计算齿轮宽度 （3-47） 圆整后取。3.2轴的设计计算（初估轴颈、结构设计和强度校核）A高速轴的设计1. 输入轴上的功率，转速，转矩 2.高速级小齿轮的分度圆直径为 45而 （3-48） （3-49）3.初步确定轴的最小直径 先按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理,根据表15-3,取 ，于是得 （3-50） 输入轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径=24mm,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号。 联轴器的计算 转矩 查机械设计课本查表14-1 取 （3-51） 因为计算转矩小于联轴器公称转矩,故选取HL1型弹性柱销联轴器其公称转矩为,半联轴器的孔径半联轴器的长度L=52mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故1-2的长度应比 略短一些,现取=36mm.4.轴的结构设计1）满足半联轴器的轴向定位要求，2-3轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径。 2）初步选择滚动轴承.因轴承受径向力的作用,故选用深沟球轴承. 选用6306型深沟球轴承.对于选取的轴承其尺寸为的,故=30mm，左端滚动轴承右端采用轴肩进行轴向定位.4-5轴段为了轴段右端需制出一轴肩，故4-5的轴颈的长度应短于轴承2mm，加上封油盘的宽度为13mm,取=30mm。右端滚动轴承左端加挡油盘，需轴肩轴向定位，由手册上查得轴承定位轴肩高度取,则=37mm，故，取。 3）左端轴承的左端采用轴承盖定位，取轴承盖的总宽度约为22mm，根据轴承端盖的装拆及便于轴承添加脂润滑的要求和外伸端装有弹性套柱销联轴器时，应留有装拆弹性套柱销的必要距离要求，应该留有一定的距离。留出30mm的间距，故。4） 取安装齿轮的齿顶圆直径为50mm,齿根圆直径为38.75 mm，初选，试选实心式齿轮，齿轮需要周向定位，初选普通A型平键，则毂，轴,则齿轮的齿根圆到键槽底部距离2m,把此轴制作成齿轮轴。取，。5)轴上零件的周向定位，半联轴器的连接选用A型普通平键，半联轴器与轴的配合为滚动轴承与轴的周向定位是过渡配合来保证的，此处轴的直径尺寸公差为m6。轴的结构示意图如3-1所示图3-1 高速级轴的结构设计B中速级的设计1. 输入轴上的功率，转速，转矩 2.初步确定轴的最小直径 先按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理,根据表15-3,取 ，于是得 （3-52）考虑到轴上装有键槽，将直径增大5%，则 （3-53）取。此轴通过键槽与两个齿轮连在一起。3.轴的结构设计 1）轴段1-2和6-7处的直径都为35mm,轴的左右两端分别装有轴承，根据轴的直径，选取圆柱滚子轴承NU307，对于选取的轴承其尺寸为的。左轴承的右端采用轴肩进行周向定位。由手册查得NU307型的定位轴肩高度，因此，取。 2）轴段3-4和5-6安装齿轮，2-3处安低速轴的小齿轮，5-6处安高速轴的大齿轮。小齿轮的齿顶圆直径为76mm,齿根圆直径为58 mm，初选，试选实心式齿轮，齿轮需要周向定位，初选普通平键，则毂，轴，则齿轮的齿根圆到键槽底部距离2m,把此轴制作成齿轮轴。取，。5-6处的齿轮选用自由锻齿轮，考虑轮毂的宽度要小于齿轮宽度的1-2mm左右，故取，齿轮需要轴肩高度取,则，由于旋转零件的轴向距离为10-15mm,故取。 3）轴承需要脂润滑，故两端需要加挡油盘，轴的左端挡油盘宽度取8mm,轴的右端封油盘的宽度取14mm。为了保证高速级轴承内圈与高速级的内圈在一条直线上，轴的又端需加上套筒，轴的右端取套筒的宽度为8mm。故。 4）轴上零件的周向定位， 安装大齿轮处选用A型普通平键，齿轮与轴的配合为滚动轴承与轴的周向定位是过渡配合来保证的，此处轴的直径尺寸公差为m6。轴的结构示意图如32所示图3-2 中速级轴的结构设计C低速级的设计1. 输入轴上的功率，转速，转矩 2.高速级小齿轮的分度圆直径为 而 （3-54） 3.初步确定轴的最小直径 先按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理,根据表15-3,取 ，于是得 （3-55）考虑到轴上装有键槽，将直径增大5%，则 （3-56）取。 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径=48mm,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号。 联轴器的计算转矩 查机械设计课本查表14-1 取 （3-57）因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 选取HL4型弹性柱销联轴器其公称转矩为，半联轴器的孔径,半联轴器的长度L=112mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故1-2的长度应比 略短一些,现取4.轴的结构设计 1）满足半联轴器的轴向定位要求，6-7轴段左端需制出一轴肩，故取6-7段的直径。 2）初步选择滚动轴承.因轴承受径向力的作用,故选用圆柱滚子轴承NU311.对于选取的轴承其尺寸为的,故，右端滚动轴承左端采用轴肩进行轴向定位.4-5轴段为了轴段右端需制出一轴肩，故4-5的轴颈的长度应短于轴承宽度约2mm，为了保证高速级轴承内圈与高速级、中速级的内圈在一条直线上，轴承需要脂润滑，故需要加封油盘，右端轴承的左端封油盘的宽度取14mm,故=41mm。 3）轴段2-3是安装齿轮的，取，为了便于装拆此处轮毂的宽度应小于齿轮的宽度2mm,故，齿轮的右端用轴肩定位，取轴肩的宽度为10mm,。 4）右端轴承的右端采用轴承盖定位，取轴承盖的总宽度约为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于轴承添加脂润滑的要求和外伸端装有弹性套柱销联轴器时，应留有装拆弹性套柱销的必要距离要求，应该留有一定的距离。留出30mm的间距，故。5）轴上零件的周向定位，半联轴器的连接选用A型普通平键，齿轮连接选用A型普通平键半联轴器与轴的配合为滚动轴承与轴的周向定位是过渡配合来保证的，此处轴的直径尺寸公差为m6。轴的结构示意图如3-3所示图3-3 低速级轴的结构设计5.轴的强度校核a.低速轴结构和受力分析图3-4如下: 图3-4 低速轴结构和受力分析图b.求轴的载荷1) 计算齿轮受力齿轮4所受的力:圆周力 （3-58） 径向力 转矩 2)计算支承反力水平面反力 （3-59） 水平面受力图,如c)图所示垂直面反力 （3-60）垂直面受力图,如e)图所示 3)画轴弯矩图 水平面弯矩图,如d)图所示垂直面弯矩图,如f)图所示合成弯矩图,如g)图所示 合成弯矩 4)画轴转矩图 轴受转矩T=T3转矩图,见图h)c.校核轴的强度 根据式（15-5），已知条件：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 （3-61）查表15-1得，因此,故安全。3.3滚动轴承选择和寿命计算低速轴轴承校核 所选滚动轴承为圆柱滚子NU311型，查其基本额定动载荷基本额定静载荷该轴承的当量动载荷已知预期得寿命 10年，两班制 （3-62）该轴承所承受的动载荷为 （3-64）可见连接的挤压强度不够。考虑相差较大，因此改用双键，相隔布置。双键的工作长度。由式（6-1）可得 （3-65）故，键合适。键标记：键 GB1096-79b.低速轴联轴器的键校核连接半联轴器的A型普通平键，键的工作长度,键与轮毂键槽的接触高度 故，键合适。键标记：键 GB1096-793.5联轴器的选择和计算a.高速轴（轴）的联轴器的选择 根据轴的设计，选用TH1型弹性柱销联轴器，其尺寸如下表3.1所示表3.1 TH1型弹性柱销联轴器的参数型号 公称扭矩T（）许用转速（r/min）（轴孔直径mm）轴孔长度L（mm）转动惯量（）D mm许用补偿量 mm轴向径向HL1160710024520.0064 900.15b低速轴（轴）的联轴器的选择 根据轴的设计，选用TL8型弹性柱销联轴器，其尺寸如下表所示3.2表3.2 TL8型弹性柱销联轴器的参数型号 公称扭矩T（）许用转速（r/min）（轴孔直径mm）轴孔长度L（mm）转动惯量（）D mm许用补偿量 mm轴向径向HL412504000481123.4 1950.153.6润滑和密封形式的选择1.润滑方式的选择传动装置属于轻型的，且传速较低，为了减小磨擦和磨损、降低工作的表面的温度。我采用的是：润滑脂（半固体润滑脂），这种润滑脂的黏着性好，正常工作时不漏油，密封性能好，使用方便，特别适用于滚动轴承的润滑。采用型号：通用锂基润滑脂（SY7324-1987）由于低速级齿轮周向速度低，所以采用浸油润滑，浸油高度约为六分之一大齿轮半径，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。2. 密封形式的选择密封装置：轴伸端密封方式有接触式和非接触式两种。为避免磨损，可采用非接触式密封。油沟密封是其中常用的一种。使用油沟密封时，应该用脂填满间隙，以加强密封性能。开设回油槽效果更好。油沟密封结构简单，但不够可靠，适用于脂润滑及工作环境清洁的轴承中。选用凸缘式端盖易于调整，采用密封圈实现密封。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定4 箱体及附件的结构设计和选择4.1箱体尺寸计算表4.1 结构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箱座加强肋厚6.8mm箱盖加强肋厚6.8mm地脚螺钉直径df16mm地脚螺钉数目n4轴承旁联接螺栓直径d112mm箱盖、箱座联接螺栓直径d28mm联接螺栓d2的间距l150mm轴承端盖螺钉直径d38mm轴承端盖螺钉数目n4定位销直径d8mm轴承旁凸台半径R150mmdf、d1、d2至外箱壁距离C1221813df、d2至凸缘边缘距离C22011大齿轮齿顶圆与内箱壁距离135mm齿轮端面与内箱壁距离213mm轴承端面至箱体内壁的距离（脂润滑）10mm旋转零件间的距离13mm箱底至箱底内壁距离20mm4.2附件的选择及功用表4.2 附件名称规格或参数作用 窥视孔 视孔盖 为了便于检查箱内传动零件的啮合情况以及将润滑油注入箱体内，在减速器箱体的箱盖顶部设有窥视孔，为防止润滑油飞溅出来和污物进入箱体内，在窥视孔上应加设视孔盖 通气器 通气帽M271.5 减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。起吊装置吊耳 为了便于搬运，在箱体设置起吊装置，采用箱座吊耳，孔径16mm。 定位销M838 为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。油面指示器油标尺M16 用于检查减速器内油池油面的高度，以保证传动件的润滑。一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位。放油孔及油塞M161.5 为了排放污油，