(二级直齿圆柱齿轮减速器)机械设计课程设计.doc

机械设计课程设计题 目: 二级圆柱齿轮减速器 姓 名: X X 专 业： 机械设计及其自动化 学 号: 0000000 班 级： 09机械三班 指导教师： X X 成 绩： X X 学院：XXXXXX 2012年3月 目 录1 前言2 传动装置的总体设计2.1比较和选择传动方案2.2选择电动机2.3 计算总传动比和分配各级传动比2.4 计算传动装置运动和动力参数3 传动零件的设计计算3.1 第一级齿轮传动设计计算3.2 第二级齿轮传动设计计算4 画装配草图4.1 初估轴径4.2 初选联轴器4.3 初选轴承4.4 箱体尺寸计算5 轴的校核计算5.1 高速轴受力分析5.2 中速轴校核计算5.3 低速轴校核计算6 轴承验算6.1 高速轴轴承验算6.2 中速轴轴承验算6.3 低速轴轴承验算7 键联接的选择和计算7.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算7.2 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算7.3 低速轴与齿轮键联接的选择和计算7.4 低速轴与联轴器键联接的选择和计算8 齿轮和轴承润滑方法的确定8.1 齿轮润滑方法的确定8.2 轴承润滑方法的确定9 密封装置的选择10 结论参考文献致谢67二级圆柱齿轮减速器1 前言机械设计课程设计是学生第一次较全面的在机械设计方面的训练，也是机械设计课程的一个重要教学环节，其目的是：第一、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。第二、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，第三、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、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带式运输机的传动装置的设计，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；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计说明书；毕业设计总结；最后完成答辩。2 传动装置的总体设计2.1比较和选择传动方案2.2、选择电动机类型及功率2.2.1选择电动机类型: 用Y系列电动机 2.2.2确定电动机功率:计 算 及 说 明结 果4工作机的效率 传动装置中各部分的效率,查手册中表1-77级精度的一般齿轮传动效率 弹性联轴器传动效率 齿式联轴器传动效率 滚子轴承传动效率 电动机至工作机之间传动装置的总效率 工作机所需功率所需电动机功率2.2.3 确定电动机转速由所需电动机功率查手册中表12-1，可选Y160M-4型电机，额定功率11kW，满载转速1460r/min,电机级数：4级。由,得。2.3 计算总传动比和分配各级传动比传动装置的总传动比要求为 式中： nm电动机满载转速,r/min.一般推荐展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比,取.2.4 计算传动装置运动和动力参数该传动装置从电动机到工作机有三轴,依次为、轴,则:1.各轴转速式中: nm为电动机满载转速,r/min;n1、n2、n3 分别为、轴转速,r/min;为高速轴,为低速轴.2.各轴功率式中: Pd为电动机输出功率,KW; P、P、P 分别为、轴输入功率,KW； 依次为电动机与轴轴轴的传动效率。3.各轴转矩3 传动零件的设计计算用机械设计课程设计手册所附光盘工具配合Auto CAD 2006设计各级啮合齿轮过程及结果如下：3.1 第一级齿轮传动设计计算输入数据如图：工作模式设定如图：校核如图：第一级齿轮设计最终结果如下：计 算 及 说 明结 果8设计传递功率 /kW: 9.74523小轮最高转速 /(r/min): 1460.00小轮最大扭矩 /(N.mm): 63744.50预期工作寿命 /h: 38400第公差组精度(运动精度) : 7第公差组精度(运动平稳性): 7第公差组精度(接触精度) : 7名义传动比 : 5.00实际传动比 : 5.00使用系数 : 1.10动载系数 : 1.12接触强度齿间载荷分配系数 : 1.29接触强度齿向载荷分布系数 : 1.49弯曲强度齿间载荷分配系数 : 1.43弯曲强度齿向载荷分布系数 : 1.41支承方式 : 非对称支承传动方式 : 闭式传动齿面粗糙度Rz /m : 3.20润滑油运动粘度V40/(mm2/s): 22.00小轮齿数z1 : 17小轮齿宽b1 /mm: 68.00小轮变位系数x1 /mm: 0.0000小轮分度圆直径 /mm: 68.00齿轮法向模数mn /mm: 4.00小轮计算接触应力 /MPa: 448.47小轮接触疲劳许用应力 /MPa: 605.36小轮接触疲劳极限应力 /MPa: 730.00小轮计算弯曲应力 /MPa: 50.57小轮弯曲疲劳许用应力 /MPa: 295.18小轮弯曲疲劳极限应力 /MPa: 275.00小轮材料及热处理方式 : 合金钢调质小轮齿面硬度 /HV10 : 280.00大轮齿数z2 : 85中心距 /mm: 204.000大轮齿宽b2 /mm: 68.00大轮变位系数x2 /mm: 0.0000大轮分度圆直径 /mm: 340.00大轮计算接触应力 /MPa: 448.47大轮接触疲劳许用应力 /MPa: 473.78大轮接触疲劳极限应力 /MPa: 485.00大轮计算弯曲应力 /MPa: 46.71大轮弯曲疲劳许用应力 /MPa: 210.44大轮弯曲疲劳极限应力 /MPa: 195.00大轮齿面硬度 /HBW : 210.00大轮材料及热处理方式 : 结构钢正火极限传递功率 (kW): 10.87613z1=17b1=68d1=68mn=440Crz2=85b2=68d2=34045钢3.2 第二级齿轮传动设计计算:输入数据如图：工作模式设定如图：校核如图：第二级齿轮设计最终结果如下：计 算 及 说 明结 果25设计传递功率 /kW: 9.17119小轮最高转速 /(r/min): 292.00小轮最大扭矩 /(N.mm): 299948.18预期工作寿命 /h: 38400第公差组精度(运动精度) : 7第公差组精度(运动平稳性): 7第公差组精度(接触精度) : 7名义传动比 : 4.00实际传动比 : 4.00使用系数 : 1.10动载系数 : 1.07接触强度齿间载荷分配系数 : 1.28接触强度齿向载荷分布系数 : 1.51弯曲强度齿间载荷分配系数 : 1.42弯曲强度齿向载荷分布系数 : 1.43支承方式 : 非对称支承传动方式 : 闭式传动齿面粗糙度Rz /m : 3.20润滑油运动粘度V40/(mm2/s): 22.00小轮齿数z1 : 17小轮齿宽b1 /mm: 110.00小轮变位系数x1 /mm: 0.0000小轮分度圆直径 /mm: 110.50齿轮法向模数mn /mm: 6.50小轮计算接触应力 /MPa: 471.33小轮接触疲劳许用应力 /MPa: 595.63小轮接触疲劳极限应力 /MPa: 730.00小轮计算弯曲应力 /MPa: 53.70小轮弯曲疲劳许用应力 /MPa: 258.79小轮弯曲疲劳极限应力 /MPa: 275.00小轮材料及热处理方式 : 合金钢调质小轮齿面硬度 /HV10 : 280.00大轮齿数z2 : 68中心距 /mm: 276.250大轮齿宽b2 /mm: 110.00大轮变位系数x2 /mm: 0.0000大轮分度圆直径 /mm: 442.00大轮计算接触应力 /MPa: 471.33大轮接触疲劳许用应力 /MPa: 490.75大轮接触疲劳极限应力 /MPa: 485.00大轮计算弯曲应力 /MPa: 49.26大轮弯曲疲劳许用应力 /MPa: 183.62大轮弯曲疲劳极限应力 /MPa: 195.00大轮齿面硬度 /HBW : 210.00大轮材料及热处理方式 : 结构钢正火极限传递功率 (kW): 9.94242z1=17b1=110d3=110.50mn=6.540Crz2=68b2=110d4=44245钢4 画装配草图4.1 初估轴径在画装配草图前需初估轴径,从而提高设计效率,减少重复设计的工作量,并尽可能的降低生产成本。由式16.2,得各轴的最小直径分别为:式中: C为轴强度计算系数,40Cr和45钢所对应的系数分别为102和112。考虑到实际情况,可将这三轴的最小轴径定为22mm, 35mm和52mm。4.2 初选联轴器联轴器除联接两轴并传递转矩外,有些还具有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能,以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。电动机轴和减速器高速轴联接用的联轴器,由于轴的转速较高,为减小启动载荷,缓和冲击,应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器,该设计选用弹性柱销联轴器。减速器低速轴与工作机联接用的联轴器,由于轴的转速较低,不必要求具有较小的转动惯量,但传递转矩较大,又因减速器与工作机不在同一底座上,要求具有较大的轴线偏移补偿,因此选用鼓型齿式联轴器。根据上述分析并考虑到实际情况,联轴器选择如下: 电动机轴和减速器高速轴联接用的联轴器选用LT6联轴器 ;减速器低速轴与工作机联接用的联轴器选用GY7联轴器 58432003。4.3 初选轴承轴承是支承轴颈的部件。由于该传动装置采用两对直齿轮传动，经比较选择，采用两对深沟球轴承。从高速轴到低速轴，选用的轴承分别为6305,6308,6312。4.4 箱体尺寸计算查手册中表11-10.025，可计算出箱体各部分尺寸，具体如下：名称符号具体数值箱座壁厚10mm箱盖壁厚110mm箱盖凸缘厚度b115mm箱座凸缘厚度b15mm箱座底凸缘厚度b225mm地脚螺钉直径df24mm地脚螺钉数目n6轴承旁联接螺钉直径d118mm盖与座联接螺钉直径d212mm联接螺栓d2的间距l150mm轴承端盖螺钉直径d312mm视孔盖螺钉直径d410mm定位销直径d10mm轴承旁凸台半径R124mmdf、d1、d2至外箱壁距离C1342618df、d2至凸缘边缘距离C22816箱座肋厚m9mm大齿轮齿顶圆与内箱壁距离114mm齿轮端面与内箱壁距离210mm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:70194减速器布局草图921007294176ABC5轴的校核计算5.3 低速轴校核计算i) 当量弯矩图T3=1123236N.mmf) 垂直面弯矩图低速轴结构和受力分析图如下: i) 当量弯矩图e) 垂直面受力图541552212270.8g) 合成弯矩图581667.8h) 转矩图N.mm581667.8T3=1123236N.mma) 轴结构图b) 轴受力图c) 水平面受力图d) 水平面弯矩图f) 垂直面弯矩图低速轴材料选用45钢调质, .轴的弯曲应力校核步骤如下:计 算 及 说 明结 果计算齿轮受力齿轮所受的力:圆周力 径向力 转矩 T3=1123236N.mm计算支承反力水平面反力 垂直面反力水平面受力图,如c)图所示垂直面受力图,如e)图所示 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 画轴转矩图轴受转矩T=T3转矩图,见图h) 许用应力用插入法由表16.3,查得 应力校正系数 画当量弯矩图当量转矩 当量弯矩: 在齿轮中间处当量弯矩图,见图i) 校核轴径轴径 经检验轴所用尺寸合格。T3=1123236N.mm合格。低速轴安全系数校核计算如下：计 算 及 说 明结 果经过初步判断，截面的应力较大，并且较集中。因此，下面将对截面进行安全系数校核。材料选用45钢，。对称循环疲劳极限 脉动循环疲劳极限 等效系数 截面上的应力水平面弯矩：垂直面弯矩：合成弯矩： 弯曲应力幅：弯曲平均应力：扭转切应力： 扭转切应力幅和平均切应力： 应力集中系数有效应力集中系数 因在此截面处，有轴径变化，过渡圆角半径r=3mm，由和，从附录表1中查出。表面状态系数 由附录5查出尺寸系数 由附录6查出安全系数弯曲安全系数 设为无限寿命，由式16.5得 扭转安全系数 复合安全系数 经检验轴所用尺寸合格。=64.85S=6.261.5S合格6轴承验算6.1 高速轴轴承验算计 算 及 说 明结 果轴承寿命计算经计算：水平受力分析: 对C点取矩,则有对A点取矩,则有垂直面受力分析:对C点取矩,则有: 左边轴承径向力 右边轴承径向力 冲击载荷系数，查表18.8得取，当量动载荷 基本额定寿命由于,所以只需要对该轴右边的轴承进行寿命校核：故高速级轴承满足寿命要求。 轴承载荷计算当量静载荷 安全系数S0 正常使用圆柱滚子轴承，查表18.14，得计算额定静载荷 许用转速验算载荷系数f1 由,查图18.19，得 由，查图18.19，得许用转速N 均大于工作转速1460r/min。检验结果 该轴承合格。合格6.2 中速轴轴承验算计 算 及 说 明结 果轴承寿命计算左边轴承径向力 右边轴承径向力 冲击载荷系数，查表18.8得，当量动载荷基本额定寿命查机械设计手册第67页表6-2，得，。因，只计算左边轴承：故中速级轴承满足寿命要求。 轴承载荷计算当量静载荷 安全系数S0 正常使用圆柱滚子轴承，查表18.14，得计算额定静载荷 许用转速验算载荷系数f1 由,查图18.19，得 由，查图18.19，得许用转速N 均大于工作转速194r/min。经检验该轴承合格。合格。6.3 低速轴轴承验算计 算 及 说 明结 果轴承寿命计算左边轴承径向力 右边轴承径向力 冲击载荷系数，查表18.8得取，当量动载荷 基本额定寿命 由于,所以只需要对该轴左边的轴承进行寿命校核：查机械设计手册第66页表6-1，得。故高速级轴承满足寿命要求。 轴承载荷计算当量静载荷 安全系数S0 正常使用圆柱滚子轴承，查表18.14，得基本额定静载荷C0r=51.8kN计算额定静载荷 许用转速验算载荷系数f1 由,查图18.19，得 由，查图18.19，得许用转速N 均远远大于工作转速73r/min。校验结果 该轴承合格。合格7键联接的选择和计算7.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算高速轴与联轴器键联接的轴的直径为22mm,查表4-1，可知时可选用键，即键宽8mm、高7mm，键长。键的接触长度。联轴器采用35锻钢制造，。校核键的联接强度：，符合要求。键标记：键 。材料选用45钢。7.2 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算中间轴与大齿轮键联接的轴的直径为48mm，查表4-1，可知当时可选用键，即键宽14mm、高9mm，键长80mm。齿轮采用45钢制造，则此联接所能传递的转矩为：，满足使用要求。键标记：键 。材料选用45中碳钢。7.3 低速轴与齿轮键联接的