机械设计课程设计-带式运输机的展开式两级圆柱齿轮减速器.doc

井冈山大学机电工程学院机械设计课程设计说明书题目：带式运输机的展开式两级圆柱齿轮减速器班级：机制本（2）班姓名：周东学号;100612041目录1 引言22 传动装置的总体设计32.1电动机的选择32.1.1电动机类型的选择32.1.2电动机功率的确定32.1.3确定电动机转速32.2总传动比的计算和分配各级传动比42.3传动装置的运动和动力参数计算43 传动零件的设计计算53.1第一级齿轮传动的设计计算53.2第二级齿轮传动的设计计算104 箱体尺寸计算与说明155 装配草图的设计165.1初估轴径165.2初选联轴器175.3初选轴承175.4润滑及密封186 轴的设计计算及校核186.1中间轴的设计计算及校核186.2低速轴的设计计算及校核217 滚动轴承的选择和计算257.1高速轴轴承的计算257.2中间轴轴承的计算267.3低速轴轴承的计算278 键连接的选择和计算288.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算288.2 中间轴与小齿轮键联接的选择和计算288.3 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算288.4 低速轴与齿轮键联接的选择和计算298.5 低速轴与联轴器键联接的选择和计算299 减速器附件的选择及说明299.1减速器附件的选择299.2减速器说明3010 结论30参考文献311 引言机械设计课程是培养学生机械设计能力的技术基础课。机械设计课程设计是机械设计课程的重要实践教学环节，其基本目的是：1）通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想；2）学会从机器功能的要求出发，合理选择执行机构和传动机构的类型，制定传动方案，合理选择标准部件的类型和型号，正确计算零件的工作能力，确定其尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力；3）通过课程设计，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅科技文献资料以及计算机应用等，培养机械设计的基本技能和获取有关信息的能力。在本课程设计中用计算机绘图或手工绘图都能达到以上要求，但是由目前发展趋势应尽量采取计算机绘图。2 传动装置的总体设计(1)原始数据 运输机工作拉力 F=2600(N) 运输带工作速度 v=2（m/s） 卷筒直径 D=300（mm）(2)技术要求、工作要求 2.1电动机的选择2.1.1电动机类型的选择Y系列三相异步电动机2.1.2电动机功率的确定工作机效率=1传动装置各部分的效率，查表1-78级精度齿轮传动效率=0.97弹性联轴器传动效率=0.99齿式联轴器传动效率=0.99球轴承传动效率=0.99（一对）球轴承传动效率=0.99（一对）球轴承传动效率=0.99（一对）=0.990.990.970.990.970.990.99=0.89工作机所需输入功率所需电动机功率2.1.3确定电动机转速查表13-2，得圆柱齿轮传动比常值为35，故电动机转速的可选范围：对Y系列电动机，通常多选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机，如无特殊需要，不选用低于750r/min的电动机。查表12-1，选用Y160L-8,额定功率7.5kW,满载转速为720r/min，D=42mm，E=110mm。2.2总传动比的计算和分配各级传动比传动装置的总传动比要求为又由于取解得：2.3传动装置的运动和动力参数计算（1）各轴转速 （2）各轴功率 =6.74kW =6.740.990.97=6.41kW =kW（3）各轴转矩 3 传动零件的设计计算3.1第一级齿轮传动的设计计算计算及说明结果1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）由于斜齿轮啮合性能好，传动平稳，噪声小，重合度大，承载能力强，故第一级选用斜齿圆柱齿轮传动2）运输机为一般工作机器，速度不高，由表10-4可选用8级精度3）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（调质），硬度为240HBS4）初选小齿轮齿数为20，则大齿轮齿数，圆整取=925）初选螺旋角2.按齿面接触强度设计按教材公式10-21试算，即（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数=1.32）由图10-30选取区域系数=2.433）由图10-26查得=0.76，=0.87，故=0.76+0.87=1.634）由表10-7选取齿宽系数=15）由表10-6查得材料的弹性影响系数= 6）由图10-21d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 7）由式10-13计算应力循环次数8）由图10-19查得接触疲劳寿命系数，9）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=541.75（2）计算1）试计算小齿轮分度圆直径直径，由公式计算得2）计算圆周速度3）计算齿宽及模数4）计算齿宽与齿高之比齿高=2.25=2.252.41=5.42=9.215）计算纵向重合度6）计算载荷系数已知使用系数=1由=1.88m/s,8级精度，由图10-8查得动载荷系数=1.05由表10-3查得由表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，由图10-13查得=1.38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10-10a得8）计算模数=3.按齿根弯曲强度设计由式10-17（1）确定公式内的各计算数值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10-18查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S=1.4，由式10-12得4）计算载荷系数5）根据纵向重合度，由图10-28查得螺旋角影响系数6）计算当量齿数7）查取齿形系数由表10-5查得；8）查取应力校正系数由表10-5用插值法得；9）计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值较大（2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=2已可满足弯曲强度。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=55.97来计算应有的齿数，圆整取=27；，圆整取1244.几何尺寸计算（1）计算中心距，圆整取157（2）按圆整后的中心距修正螺旋角（3）计算大、小齿轮的分度圆直径（4）计算齿轮宽度圆整后取；选用斜齿圆柱齿轮8级小齿轮：40Cr（调质），280HBS大齿轮：45钢（调质），240HBS20，=92=1.3=2.43=1.63=1=，49.94=5.42=9.21=1=1.05=1.38=27，1241573.2第二级齿轮传动的设计计算计算及说明结果1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）该级为低速级齿轮传动，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，由表10-4可选用8级精度3）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（调质），硬度为240HBS4）初选小齿轮齿数为25，则大齿轮齿数2.按齿面接触强度设计由设计计算公式10-9a进行试算（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数=1.32）由表10-7选取齿宽系数=13）由表10-6查得材料的弹性影响系数= 4）由图10-21d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 5）由式10-13计算应力循环次数 6）由图10-19查得接触疲劳寿命系数，7）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（2）计算1）试计算小齿轮分度圆直径直径，代入中较小的值2）计算圆周速度3）计算齿宽4）计算齿宽与齿高之比模数齿高=11.115）计算载荷系数根据，8级精度，由图10-8查得动载荷系数=1.02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，查图10-13得故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10-10a得7）计算模数=3.按齿根弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算值 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10-18查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S=1.4，由式10-12得4）计算载荷系数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用插值法得；7）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齿根弯曲疲劳强度计算的模数，取=4已可满足弯曲强度。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=103.64来计算应有的齿数，圆整取=26，圆整取854.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度 取；选用直齿圆柱齿轮8级小齿轮：40Cr（调质），280HBS大齿轮：45钢（调质），240HBS25，=82=1.3=1=11.11=1.02=26，85表1 传动零件设计计算数据表类型模数中心距材料齿数齿宽分度圆直径第级小齿轮斜齿圆柱齿轮2mm157mm40Cr2765mm56.145mm大齿轮4512460mm257.854mm第级小齿轮直齿圆柱齿轮4mm222mm40Cr26110mm104mm大齿轮4585105mm340mm4 箱体尺寸计算与说明表2 箱体尺寸数据表名称符号具体数值箱座壁厚8mm箱盖壁厚8mm箱盖凸缘厚度12mm箱座凸缘厚度12mm箱座底凸缘厚度20mm地脚螺钉直径20mm地脚螺钉数目4轴承旁连接螺栓直径16mm盖与座连接螺栓直径12mm轴承端盖螺钉直径10mm视孔盖螺钉直径6mm定位销直径10mm、至外箱壁距离26mm、22mm、18mm、 、至凸缘边缘直径24mm、20mm、16mm轴承旁凸台半径20mm铸造过渡尺寸、4mm、20mm大齿轮顶圆与内箱壁距离10mm齿轮端面与内箱壁距离9mm箱盖、箱座肋厚、8mm、8mm箱体其他尺寸由后续计算与画图确定5 装配草图的设计5.1初估轴径（1）高速轴选取高速轴的材料为40Cr，调质处理。由教材表15-3取=110由于此处要安放键，故该最小轴径应再放大7%由手册表12-3查得机座号为160L的机座带底脚，端盖有凸缘的电动机轴伸直径D=42mm。高速轴的最小轴径是安装联轴器处的直径，可取。（2）中间轴选取轴的材料为45钢，调质处理。由教材表15-3取=110此最小直径是安装轴承处的直径，可取。（3）低速轴选取轴的材料为45钢，调质处理。由教材表15-3取=110由于此处要安放键，故该最小轴径应再放大7%，可取。5.2初选联轴器（1）高速轴联轴器考虑到工作条件，高速轴采用弹性联轴器较好。由教材表14-1取，则，查手册表8-7可知，选用LX3型弹性柱销联轴器合适，其公称转矩为。半联轴器轴孔直径为30mm，轴孔长度为60mm，与轴配合长度为58mm，标记为。（2）低速轴联轴器考虑到工作条件，低速轴采用非弹性联轴器较好。由教材表14-1取，则，查手册表8-3可知，选用GIGL4型鼓形齿式联轴器合适，其公称转矩为。半联轴器轴孔直径为60mm，轴孔长度为107mm，与轴配合长度为105mm，标记为。5.3初选轴承（1）高速轴轴承第一级齿轮传动是斜齿轮传动，高速轴同时承受径向力和轴向力作用，故采用角接触球轴承，由于，考虑到轴向定位和轴承装拆方便，应将轴承内径放大两次，查手册6-6初选0基本游隙组、标准精度级的角接触球轴承7208AC，基本尺寸为。（2）中间轴轴承 中间轴也同时受到轴向力和径向力作用，采用角接触球轴承，由于，考虑到轴向定位和轴承装拆方便，应将轴承内径放大两次，查手册6-6初选0基本游隙组、标准精度级的角接触球轴承7309AC型，基本尺寸为。（3）低速轴轴承第二级齿轮传动是直齿轮传动，低速轴只受径向载荷，故采用深沟球轴承，由于，考虑到轴向定位和轴承装拆方便，应将轴承内径放大两次，查手册表6-1，初选0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6015C型，基本尺寸为。5.4润滑及密封轴承采用脂润滑，并设置挡油环；齿轮采用油池润滑；在伸出与轴承端盖之间采用毡圈密封。6 轴的设计计算及校核6.1中间轴的设计计算及校核 中间轴的受力情况如图 (1)计算齿轮受力第一级大斜齿轮受力分析（ ，）周向力 径向力 轴向力 第二级小直齿轮受力分析（）周向力 径向力 (2)做出弯扭矩图以轴左端为原点，经简化后各段长度分别为L1=77.5mm，L2=93mm,L3=55mm水平方向： 解得=-5658.89N =-4863.65N垂直方向： 解得= -2003.84N =419.17N弯矩图如下： 扭矩T=389.91，扭矩图如下:（3）校核轴的强度载荷水平面H竖直面V支反力,弯矩总弯矩扭矩T=389910 根据教材式15-5及上表中数据，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（公式中） 由表15-1查得45钢的许用弯曲应力符合要求。6.2低速轴的设计计算及校核低速轴的受力情况如图（1）计算齿轮受力由作用力与反作用力可得 (2)做出弯扭矩图以轴左端为原点，经简化后各段长度分别为L1=84mm，L2=154.5mm水平方向： 解得=4857.37N =2640.90N 解得=1767.94N =961.21N弯矩图如下：扭矩T=1223.59，扭矩图如下:（3）校核轴的强度载荷水平面H竖直面V支反力,弯矩,总弯矩扭矩T=1223590 根据教材式15-5及上表中数据，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（公式中） 由表15-1查得45钢的许用弯曲应力符合要求。7 滚动轴承的选择和计算7.1高速轴轴承的计算查手册表6-6可知角接触球轴轴承7208AC的基本额定动载荷C=35.2KN。（1）求两轴承受到的径向载荷和由力与力矩平衡方程，求得两轴承受力为又左端承受到径向载荷右端承受到径向载荷（2）求两端轴承的计算轴向力和对于70000AC型轴承，由教材13-7查得派生轴向力因为，由教材式13-12又 由教材表13-5有：x=0.41 y=0.87而对于右端轴承所以，x=1 y=0又由表13-6，取，则当量动载荷为：因为 所以按轴承1来计算寿命（3）计算轴承寿命11680=2年（式中）符合要求。7.2中间轴轴承的计算查手册表6-6可知角接触球轴轴承7309AC的基本额定动载荷C=47.5KN。（1）求两轴承受到的径向载荷和由力与力矩平衡方程，求得两轴承受力为又左端承受到径向载荷右端承受到径向载荷（2）求两端轴承的计算轴向力和对于70000AC型轴承，由教材13-7查得派生轴向力因为，由教材式13-12又 所以，取 x=1 y=0而对于右端轴承由教材表13-5有：x=0.41 y=0.87又由表13-6，取，则当量动载荷为：因为 所以按轴承2来计算寿命（3）计算轴承寿命11680=2年（式中）符合要求。7.3低速轴轴承的计算（1）求两轴承受到的径向载荷和，由于低速轴不受轴向载荷，且由教材表13-5知：深沟球轴承最小e值为0.22，即所以，取 x=1 y=0又由表13-6，取，则当量动载荷为： 因为 所以按轴承1来计算寿命（2）计算轴承寿命11680=2年（式中）符合要求。8 键连接的选择和计算8.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算键将轴端与联轴器连接起来，选用圆头平键，轴径d=30mm，查手册表4-1应选键的截面尺寸为，此段轴长为58mm,取键长L=50mm，由教材式6-1有：，式中k=0.5h=3.5mm，l=L-b=50-8=42mm又由教材表6-2查得许用应力，该键强度满足要求。8.2 中间轴与小齿轮键联接的选择和计算此处选用圆头平键，轴径d=48mm, 查手册表4-1应选键的截面尺寸为，此段轴长为108mm,键长取L=100mm，由教材式6-1有：，式中k=0.5h=4.5mm，l=L-b=100-14=86mm又由教材表6-2查得许用应力，该键强度满足要求。8.3 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算此处选用圆头平键，轴径d=48mm, 查手册表4-1应选键的截面尺寸为，此段轴长为108mm,键长取L=56mm，由教材式6-1有：，式中k=0.5h=4.5mm，l=L-b=56-14=42mm又由教材表6-2查得许用应力，该键强度满足要求。8.4 低速轴与齿轮键联接的选择和计算此处选用圆头平键，轴径d=80mm，查手册表4-1应选键的截面尺寸为，此段轴长为103mm,取键长L=90mm，由教材式6-1有：，式中k=0.5h=7mm，l=L-b=90-22=68mm又由教材表6-2查得许用应力，该键强度满足要求。8.5 低速轴与联轴器键联接的选择和计算键将轴端与联轴器连接起来，选用圆头平键，轴径d=60mm，查手册表4-1应选键的截面尺寸为，此段轴长为105mm,取键长L=100mm，由教材式6-1有：，式中k=0.5h=5.5mm，l=L-b=100-18=82mm又由教材表6-2查得许用应力，该键强度满足要求。9 减速器附件的选择及说明9.1减速器附件的选择（1）视孔盖与通气器视孔盖：=180mm，=165mm，=140mm，=125mm，d=7mm，孔数=8，=4mm，R=5mm 通气器：M30x2 视孔盖上钻孔。（2）放油螺塞M24x2（3）油标压配式圆形油标，视孔d=