机械设计课程设计带式运输机传动装置设计二级展开式圆柱齿轮减速器

1、本科课程论文带式运输机传动装置设计学 院 工程技术学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2009级 学 号 222009322210257 姓 名 指 导 教 师 杨玲 成 绩 2011年11月21日带式运输机传动装置设计西南大学工程技术学院，重庆 4007161 引言 机械设计课程在机械工程学科中占有重要地位，它是理论应用于实际的重要实践环节。本课程设计培养了我们机械设计中的总体设计能力，将机械设计系列课程中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、 结构及工艺设计等内容有机地结合，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。 本课程设计的设计任务是展开式二

2、级圆柱齿轮减速器的设计。高速级采用斜齿轮传动，低速级采用直齿轮传动。圆柱齿轮传动减速器是一种将由电动机输出的高转速降至要求的转速的比较典型的机械装置，可以广泛地应用于矿山、制药、造船、机械、环保及食品轻工等领域。 本次设计综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；提高我们在计算、制图、运用设计资料（手册、 图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能。设计内容及计算说明结果2 传动装置的总体设计2.1 电动机的选择2.1.1

3、带传动传递的功率2.1.2 电动机输出功率 该传动装置从高速级到低速级取弹性联轴器效率，角接触球轴承的效率，角接触球轴承的效率，深沟球轴承的效率，滑块联轴器，两对齿轮采用8级精度制造且传动效率均取。故该传动装置的总效率为故2.1.3 电动机转速的选择 二级减速齿轮传动的每级传动比，故。电动机转速的可选范围为。其中，又为卷筒直径。从而。故。2.1.4 电动机的选择 参考机械设计课程设计手册【1】选用型电动机。其额定功率，同步转速，满载转速，从而总传动比。符合要求，不必从选电动机。该电动机的输出轴直径，输出轴延伸尺寸。选用型电动机2.2 确定两级齿轮的各级传动比2.2.1 确定总传动比，其中，故2

4、.2.2 确定高、低速级齿轮的传动比、 因；，且与一般均控制在35内。式中取。 故 2.3 确定各轴的运动参数2.3.1 确定高、中、低速轴转速、 2.3.2 确定高、中、低速轴功率、 2.3.3 确定高、中、低速轴转矩、 3 传动零件的设计计算3.1 高速级齿轮传动的设计计算 已知输入功率，小齿轮转速，传动比，由电动机驱动，工作寿命8年（每年工作300天），两班制，工作较平稳。3.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料、齿数及螺旋角1. 由传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动2. 齿轮选用8级精度制造3. 材料选择。参考机械设计【2】表101选择小齿轮材料为（调质），硬度为280hbs，大齿轮选用45

5、钢（调质），硬度为240hbs，二者硬度差为40hbs。4. 选取螺旋角及齿数，初选螺旋角；选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。3.1.2 按齿面接触强度设计 参考文献【2】式1021试算，即1. 确定公式内各计算数值1） 试选载荷系数2） 参考文献【2】图1030选取区域系数3） 参考文献【2】图1026查得，则。4） 小齿轮传递的转矩。5） 参考文献【2】表107选取齿宽系数。6） 参考文献【2】表106得材料的弹性影响系数7） 参考文献【2】图1021d按齿面硬度查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限分别为：，。8） 由式计算应力循环次数 9) 参考文献【2】图1019取接触疲劳寿命系数；10)

6、 计算疲劳接触许用应力。取失效概率为1%，安全系数s=1。由式：得 故许用接触应力： 2. 计算1） 试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得2） 计算圆周速度。 3） 计算齿宽及模数。 4） 计算纵向重合度。 5） 计算载荷系数。 参考文献【2】表102查得使用系数，由，8级精度制造，参考文献【2】图108查得动载荷系数；参考文献【2】表104用插值法查得8级精度，小齿轮相对支承非对称布置时；参考文献【2】图1013由及查得；参考文献【2】表103查得。故动载系数： 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径由式：得 7） 计算模数。 3.1.3 按齿根弯曲强度设计 由式 进行设计1. 确定计算参数

7、1 ） 参考文献【2】图1020c得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳极限。2） 参考文献【2】图1018取弯曲疲劳寿命系数；。3） 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，由公式：得 4） 计算载荷系数。5） 根据纵向重合度，参考文献【2】图1028查得螺旋角影响系数6） 计算当量齿数。7） 查取齿形系数。参考文献【2】表105由插值法查得；。8） 查取应力校正系数。参考文献【2】表105由插值法查得；。9） 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，由齿面解除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，参考机械原理【3】取标准模数，

8、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来计算应有的齿数。于是由，圆整取，则，圆整取。3.1.4 几何尺寸计算1. 计算中心距，将中心距圆整为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。3. 计算大、小齿轮的分度圆直径及齿顶圆、齿根圆直径齿顶高，其中，从而： 齿根高，其中，故 4. 计算齿轮宽度 ，圆整后取，3.2 低速级齿轮传动的设计计算 已知输入功率，小齿轮转速，传动比，由电动机驱动，工作寿命8年（每年工作300天），两班制，工作较平稳。3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1. 由传动方案选用直齿圆柱齿轮传动2. 齿轮选

9、用8级精度制造3. 材料选择。参考文献【2】表101选择小齿轮材料为（调质），硬度为280hbs，大齿轮选用45钢（调质），硬度为240hbs，二者硬度差为40hbs。4. 选小齿轮齿数，大齿轮齿数，圆整取。3.2.2 按齿面接触强度设计 参考文献【2】式109a试算，即1. 确定公式内各计算数值1） 试选载荷系数2） 小齿轮传递的转矩。3） 参考文献【2】表107选取齿宽系数。4） 参考文献【2】表106得材料的弹性影响系数5） 参考文献【2】图1021d按齿面硬度查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限分别为：，。6） 由式计算应力循环次数 7） 参考文献【2】图1019取接触疲劳寿命系数；8

10、） 计算疲劳接触许用应力。取失效概率为1%，安全系数s=1。由式：得2. 计算1） 试算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值。2） 计算圆周速度。 3） 计算齿宽 4） 计算齿宽与齿高之比及模数 5） 计算载荷系数。 参考文献【2】表102查得使用系数，由，8级精度制造，参考文献【2】图108查得动载荷系数；参考文献【2】表104用插值法查得8级精度，小齿轮相对支承非对称布置时；参考文献【2】图1013由及查得；直齿轮，。故动载系数： 6） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径由式：得 7） 计算模数。 3.2.3 按齿根弯曲强度设计 由式 进行设计1. 确定计算参数1） 参考文献【2】图1020

11、c得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳极限。2）参考文献【2】图1018取弯曲疲劳寿命系数；。3） 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，由公式：得 4） 计算载荷系数。5） 查取齿形系数。参考文献【2】表105由插值法查得；。6） 查取应力校正系数。参考文献【2】表105由插值法查得；。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，由齿面解除疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，参考文献【3】取标准模数，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来计算应有的齿数（齿面接触疲劳强度仅与直径有关）。于

12、是由，圆整取，则，圆整取3.2.4 几何尺寸计算1. 计算分度圆直径齿顶圆直径及齿根圆直径 式中：；。2. 计算中心距，3. 计算齿轮宽度 ，故取，3.3 总传动比验算 设计的二级圆柱齿轮减速器的实际传动比为：故 ，因此设计合理。4 初估轴径及初选联轴器4.1 高速轴初估轴径及初选联轴器 已知该轴输入功率，转速，选取轴的材料为40，调质处理。参考文献【2】表153取，于是得：该轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴径与联轴器孔径适应，故同时选用联轴器型号。联轴器的计算转矩，参考文献【2】表141选取则 按计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，参考文献【1】,查标准选用联轴器；主动端轴

13、孔直径为，轴孔长，型轴孔，型键槽；从动端轴孔直径为，轴孔长，型轴孔，型键槽。综上：高速轴的初估直径为4.2 中间轴初估轴径 已知该轴输入功率，转速，选取轴的材料为40，调质处理。参考文献【2】表153取，于是得：由于该轴上存在两个键槽故将轴径放大15%，同时为了配合轴承的使用故取。4.3 低速轴初估轴径及初选联轴器 已知该轴输入功率，转速，选取轴的材料为45钢，调质处理。参考文献【2】表153取，于是得：由于轴上存在两个键槽故将轴径放大10%后取。该轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴径与联轴器孔径适应，故同时选用联轴器型号。联轴器的计算转矩，参考文献【2】表141选取则 按计

14、算转矩小于联轴器公称转矩的条件，参考文献【1】,选取联轴器；主动端轴孔直径为，轴孔长，型轴孔，型键槽；从动端轴孔直径为，轴孔长，型轴孔，型键槽。综上：低速轴的初估直径为5. 轴承型号选择5.1 高速轴轴承选则5.1.1 选用角接触球轴承且选用接触角为。5.1.2 轴承内径的确定。 高速轴上安装的轴承内径比最小轴径放大两次。第一次放大是为了轴上零件的轴向定位，。第二次放大是为了轴承装拆方便，。第一次放大：取；第二次放大，为了配合轴承内径从而取，即轴承内径为。5.1.3 确定轴承尺寸代号。 这里选02系列轴承。故轴承代号为，其外径宽。5.2 中间轴轴承选择5.2.1 选用角接触球轴承且选用接触角为

15、。5.2.2 轴承内径的确定。其内径即中间轴的最小轴径，为。5.2.3 确定轴承尺寸代号。 这里选02系列轴承。故轴承代号为，其外径宽。5.3 低速轴轴承选择5.3.1 选用深沟球轴承接触球轴5.3.2 轴承内径的确定。 低速轴上安装的轴承内径比最小轴径放大两次。第一次放大是为了轴上零件的轴向定位，。第二次放大是为了轴承装拆方便，。第一次放大：取；第二次放大，为了配合轴承内径从而取，即轴承内径为。5.3.2 确定轴承尺寸代号。 这里选02系列轴承。故轴承代号为，其外径宽。6. 润滑及密封6.1 轴承的润滑 由于均选用轴承为角接触球轴承和深沟球轴承且高速轴轴承： 中间轴轴承：低速轴轴承：式中为轴

16、承内径，因此均选润滑脂润滑。6.2 齿轮的润滑 确定齿轮润滑方式：由于两对齿轮都满足，故选用浸油润滑。6.3 确定密封方式 高速级透盖处：毡圈35；低速级透盖处：毡圈606.3 轴承端盖结构 高速轴的输入端和低速轴的输出端选用凸缘式透盖，高速轴和低速轴的另一端及中间轴的两端均选用凸缘式闷盖。7. 箱体尺寸设计及说明 名称符号齿轮减速器尺寸关系/mm箱座壁厚10箱盖壁厚110箱盖凸缘厚度b115箱座凸缘厚度b15箱座底凸缘厚度b225地脚螺钉直径dfm20地脚螺钉数目n4轴承旁连接螺栓直径d1m16盖与座连接螺栓直径d2m12连接螺栓d2的间距l160轴承端盖螺钉直径d3高m8；中m8；低m10

17、视孔盖螺钉直径d4m8定位销直径d8df、d1、d2至外箱壁距离c1；df、d1、d2至凸缘边缘距离c2；轴承旁凸台半径r120凸台高度h外箱壁至轴承座端距离l147铸造过渡尺寸x、y；大齿轮顶圆与内箱距离114齿轮端面与内箱壁距离212箱盖、想做肋厚m1、m；轴承端盖外径d2；轴承旁连接螺栓距离s8. 装配草图的设计8.1 箱体内壁尺寸确定 取箱体内壁与齿轮顶圆距离，取箱体内壁与齿轮端面距离，取两级齿轮端面间距离，箱体底部内壁与最大齿轮的顶圆的距离，高速级大齿轮端面距箱体内壁距离最近，则箱体内壁宽度和长度为；，式中，为第一级齿轮传动的中心距，为第二级齿轮传动的中心距，为高速轴轴承端盖外径，为

18、低速级齿轮齿顶圆直径.带入数据得：8.2 轴尺寸的确定8.2.1 高速轴尺寸的确定图中从左至右轴的长度分别为、，轴径分别为、。 其中为联轴器孔径，比联轴器轴孔短，其目的是防止过定位；对联轴器定位，由轴肩定位高度，可取；为轴承内径尺寸；由轴承的安装尺寸决定；为齿轮轴，由齿轮结构确定；为轴承内径。各轴的长度由结构确定，其结果如下：80mm55.6mm40mm96mm55mm40mm30mm35mm40mm47mm齿轮轴40mm8.2.2 中间轴尺寸的确定图中从左至右轴的长度分别为、，轴径分别为、。 其中为轴承内径；为齿轮轴，尺寸由齿轮结构确定；对齿轮定位，由轴肩定位高度，可取；为非定位轴肩，同时为

19、配合齿轮故取标准轴径； 为轴承内径。各轴的长度由结构确定，其结果如下：40mm89mm9.5mm48mm44.5mm40mm齿轮轴50mm42mm40mm8.2.3 低速轴尺寸的确定图中从左至右轴的长度分别为、，轴径分别为、。 其中为轴承径；为非定位轴肩，同时为配合齿轮故取标准轴径；为定位轴肩，由轴肩定位高度，可取；由轴承安装尺寸决定；为轴承内径；为联轴器孔径，比联轴器轴孔短，其目的是防止过定位；为定位轴肩。各轴的长度由结构确定，其结果如下：49.5mm82mm10mm54mm45.5mm53mm110mm65mm71mm80mm74mm65mm60mm50mm9. 零件的校核9.1 键的选择

20、及校核9.1.1 高速轴输入端键的校核 已知轴的材料为，装键处的轴径，需传递的转矩，载荷有轻微冲击。 1. 选择键的尺寸 该处选用c型平键，根据参考文献【1】表41查得键的尺寸为宽，高，由该处轴的长度并参考标准取键长。 2. 校核键连接的强度 键、轴的材料都是刚，参考文献【2】表62查得许用挤压应力为，取其平均值为，。键的工作长度，键与联轴器的接触高度。参考文献【2】式61得故满足强度要求。记为 键 9.1.2 中间轴安装齿轮处键的校核 已知轴的材料为45钢，装键处的轴径，需传递的转矩，载荷有轻微冲击。 1. 选择键的尺寸 该处选用a型平键，根据参考文献【1】表41查得键的尺寸为宽，高，由该处

21、轴的长度并参考标准取键长。 2. 校核键连接的强度 键、轴的材料都是刚，参考文献【2】表62查得许用挤压应力为，取其平均值为，。键的工作长度，键与轮毂的接触高度。参考文献【2】式61得故满足强度要求。记为 键 9.1.3 低速轴键的校核 1. 安装齿轮处 已知轴的材料为45钢，装键处的轴的直径为，需传递的转矩，载荷有轻微冲击。1） 选择键的尺寸 该处选用a型平键，根据参考文献【1】表41查得键的尺寸为宽，高，由该处轴的长度并参考标准取键长。 2） 校核键连接的强度 键、轴的材料都是刚，参考文献【2】表62查得许用挤压应力为，故取其平均值为，。键的工作长度，键与轮毂的接触高度。参考文献【2】式6

22、1得故满足强度要求。记为 键 2. 输出端处 已知轴的材料为45钢，装键处的轴的直径为，需传递的转矩，载荷有轻微冲击。1） 选择键的尺寸 该处选用c型平键，根据参考文献【1】表41查得键的尺寸为宽，高，由该处轴的长度并参考标准取键长。2） 校核键连接的强度 键、轴的材料都是刚，参考文献【2】表62查得许用挤压应力为，故取其平均值为，。键的工作长度，键与联轴器的接触高度。参考文献【2】式61得故满足强度要求。记为 键 9.2 轴的校核9.2.1 高速轴的校核图中各参数参考8.2.1。轴的载荷分析图如下：mvm2m1mmvft1fv1fv2mhmh1mh2fnh2fnh1fr1fa1fa1fr1f

23、t1fnv1fnh2fnv2abct1=44490nmmt2=186500nmmt3=645100nmm大齿轮选用45钢（调质）小齿轮材料为（调质）小齿轮材料为（调质）大齿轮选用45钢（调质）设计合理选用联轴器联轴器选用轴承代号为轴承代号为轴承代号为润滑脂润滑浸油润滑键 键 满足强度要求键 满足强度要求键 满足强度要求其中 由齿轮的受力分析得：计算出截面b处的mh、mv、及m列于下表载荷 水平面h 垂直面v支反力f fnh1=237.726n fnh2=436.989nfnv1=493.820n fnv2=1304.192n弯矩mmh1=36728.667n.mmmh2=25563.857n.

24、mmmv=76295.190n.mm总弯矩 扭矩tt=44490n.mm从而危险截面的参考文献【2】按弯扭合成应力校核为该轴有制成，参考文献【2】表151知，故，因此该轴满足强度要求。9.2.2 中间轴的校核图中各参数参考8.2.2。轴的载荷分析图如下：校核时参考文献【2】公式155，对于实心轴，若轴上装有键则。abcdfnh1fnv1ft3fr3fa2fr2ft2fnh2fnv2fr2fnh1fr3fnh2fa2mh1mh2mhmh3fnv1ft3fnv2ft2 mv1 mv mv2mm1m2m3t其中 由齿轮的受力分析得： 载荷水平面h垂直面v支反力f fnh1=-1084.173nfnh

25、2=142.687nfnv1=3368.766nfnv2=2869.722n弯矩mmh1=81855.062n.mm mh2=40356.878n.mmmh3=8489.877n.mmmv1=254341.833n.mmmv2=170748.459n.mm总弯矩 扭矩t计算各参数列于下表：校核截面b：按弯扭合成应力校核轴的强度由于为齿轮轴，则轴的材料为40cr,参考文献【2】表151查得。因此，故安全。校核截面c：按弯扭合成应力校核轴的强度轴的材料为40cr,参考文献【2】表151查得。因此，故安全。9.2.3 低速轴的校核afnh1ft4fnv2fnh2fnv1fr4bc图中各参数参考8.2

26、.3。轴的载荷分析图如下：fnh1fnh2fr4mhmhft4fnv1fnh2 mv mv m mt其中 由齿轮的受力分析得： 计算出截面b处的mh、mv、及m列于下表载荷水平面h垂直面v支反力f fnh1=1030.513n fnh2=585.688n fnv1=2831.313n fnv2=1609.163n 弯矩m总弯矩 扭矩t按弯扭合成应力校核轴的强度轴的材料为45钢,参考文献【2】表151查得。因此，故安全。9.3 轴承的校核9.3.1 高速轴轴承的校核 参考文献【1】查得轴承7208ac的基本额定动载荷，基本额定静载荷。预期寿命。1. 求两轴承的径向载荷（相关参数参考轴校核处） 2

27、. 求两轴承的轴向力、对于70000ac轴承参考文献【2】表137轴向派生力从而有由于轴承1为压紧端，轴承2为放松端故 3. 求轴承当量动载荷、 因：，。故：，；，。由于轴承承受轻微冲击参考文献【2】取。从而4. 寿命验算 由于故按轴承1校核，对于球轴承取，故：，即轴承满足寿命要求。9.3.2 中间轴轴承的校核 参考文献【1】查得轴承7208ac的基本额定动载荷，基本额定静载荷。预期寿命。1. 求两轴承的径向载荷（相关参数参考轴校核处） 2. 求两轴承的轴向力、对于70000ac轴承参考文献【2】表137轴向派生力从而有由于轴承1为放松端，轴承2为压紧端故 3. 求轴承当量动载荷、 因：，。故：，；，。由于轴承承受轻微冲击参考文献【2】取。从而4. 寿命验算 由于故按轴承2校核，对于球轴承取