机械设计基础课程设计二级齿轮减速器设计..

1、学院：XXXX班级：设计者：XXX学号:XXXXXXXX指导老师：XXX完成日期：2011年7月6日中国矿业大学材料科学与工程学院机械设计基础课程设计说明书设计者：李春景 14095537目 录第一部分设计任务书21.1机械设计课程设计目的1.2机械设计课程设计内容1.3机械设计课程设计的步骤第二部分设计题目5第三部分电动机的选择 63.1电动方案的分析与拟定3.2电动相关参数选择与计算第四部分 齿轮参数计算 94.1齿轮设计方案的分析与拟定4.2高速级齿轮的选择与校核4.3低速级齿轮的选择与校核第五部分各轴参数核算 154.1参数核算原因4.2轴参数核算第六部分联轴器的选择176.1高速轴连

2、轴器6.2低速轴联轴器第七部分 减速器内轴的设计 187.1高速轴的设计7.2中间轴的设计7.3低速轴的设计第八部分电动机箱体设计 19第九部分设计感想 20第一部分设计任务书1.1机械设计课程设计目的机械设计课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一 次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综 合性与实践性教学环节，其基本目的是：1、通过机械设计课程的设计，综合运用机械设计课程和其他有 关先修课程的理论，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，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。2、学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装 置或简单机械

3、的设计原理和过程。3、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。1.2机械设计课程设计内容选择作为机械设计课程的题目，通常是一般机械的传动装置或简 单机械。课程设计的内容通常包括：确定传动装置的总体设计方案； 选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；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及校核计算；箱体 结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算 说明书，我在在设计中完成了以下工作： 减速器装配图1张（A1图纸）； 零件工作图2张（低速级齿轮轴、高速级轴，

4、A3图纸）； 减速器设计说明书1份。1.3机械设计课程设计的步骤机械设计课程设计的步骤通常是根据设计任务书，拟定若干方案 并进行分析比较，然后确定一个正确、合理的设计方案，进行必要的 计算和结构设计，最后用图纸表达设计结果，用设计计算说明书表示 设计依据，我按照机械设计课程设计一般步骤进行了如下所述的几个 阶段：1.3.1 设计准备 分析设计计划任务书，明确工作条件、设计要求、内容和步骤； 了解设计对象，阅读有关资料、图纸、观察事物或模型以进行 减速器装拆试验等； 熟悉课程有关内容，熟悉机械零件的设计方法和步骤。 准备好设计需要的图书、资料和用具，并拟定设计计划等。1.3.2传动装置总体设计

5、确定传动方案一一圆柱斜齿齿轮传动，画出传动装置简图； 计算电动机的功率、转速、选择电动机的型号； 确定总传动比和分配各级传动比； 计算各轴的功率、转速和转矩。1.3.3各级传动零件设计减速器内的传动零件设计，其中主要是齿轮传动。1.3.4减速器装配草图设计 选择比例尺，合理布置试图，确定减速器各零件的相对位置； 选择联轴器，初步计算轴径，初选轴承型号，进行轴的结构设 计； 确定轴上力作用点及支点距离，进行轴、轴承及键的校核计算; 分别进行轴系部件、传动零件、减速器箱体及其附件的结构设 计。1.3.5减速器装配图设计 标注尺寸、配合及零件序号； 编写明细表、标题栏、减速器技术特性及技术要求； 完

6、成装配图。1.3.6零件工作图设计 齿轮类零件工作图； 轴类零件工作图。-28 -第二部分设计题目第三部分电动机的选择3.1电动方案的分析与拟定由于该减速器的工作环境为井下， 工作环境较为恶劣，并伴有中等的载荷冲击，应选用较为耐用，可靠性佳的方案，综上采用三相鼠龙式异步电动机和圆柱齿轮传动。3.2电动相关参数选择与计算设计计算及说明A.因已知数据 F( kN)二 15, v(m/min)=40 , D(mm)=600 故可计算得工作机所需 功率Pw = 7500 X1.1 =8.25kw1000考虑到传动过程中存在传动效率问题，涉及到传动效率如下:名称效率弹性联轴器叫=0.99刚性联轴器 =

7、0.975圆柱齿轮传动口3 =0.99滚筒轴传动口4 =0.99由此可计算得传动装置的总效率总=12 33 44 = 0.895电动机所需功率Pd Pw =9.218kw总B.滚筒的工作转速电动机转速60 1000* 1.1 nw55.285r / min兀 X380nd 二 nw* (9 -36) =(496.5671990.274)r/min结果Pw 二 8.25kw总二 0.895pd = 9.218kwC.由此可以选择电动机，具体参数如下表:冋步转速1500r/min 4 级电动机型号Y160M-4额定功率11kw满载转速1460r/mi n堵转转矩2.2最大转矩2.2工作转速52.1

8、1r/minD.计算相关参数a. 传动比总传动比i总 4%*2 54 =146055.285 = 2641又因为存在经验公式ii2 =(1.3-仏所以可以计算得到高速传动比G=5.86,低速传动比i34=4.51b. 各轴功率高速轴PjnPd* 勺=0.99* 9.218 =9.126kw中速轴p p1 * 1 * 3 = 9126* 0.99* 0.975 =8.809kw低速轴P3 二 P2 * 1* 3 =8.809* 0.99* 0.975 = 8.503kwC.转速高速轴 m =门额=1460r/mi n中速轴n2 n! / =1460/5.86 =249.147r/min低速轴n3

9、 =n 2/i2 = 249.147/4.51 =55.243r/mind.扭矩高速轴T1= 9550* 103*p1/n1 = 59.694Nm中速轴T2= 95 50* 103 *p2/n2 =337.656Nm低速轴T3= 9550 * 103 *p3/ n3 =1360.332Nm综上所述，可总结相关参数如下表：轴号功率P(K0转矩T/(Nm)转速-1n/(r.min )高速轴9.12659.6941460中速轴8.809337.656249.147低速轴8.5031360.33255.243第四部分齿轮参数计算4.1齿轮设计方案的分析与拟定因本设计题目工作环境为井下，工作环境较为恶劣

10、，并伴有中等 的载荷冲击，应选用较为耐用，可靠性佳的方案，综上应采用标准式 圆柱斜齿齿轮，根据硬齿面闭式齿轮传动设计准则， 应先按齿面齿面 弯曲强度公式进行设计计算，然后再按接触强度设计验算公式进行验 算校核。4.2高速级齿轮的选择与校核（斜齿轮）设计计算及说明结果A.计算齿数取小齿轮齿数Zi=21，则大齿轮Z2=Zi* i 12=21*5.86=123.06故取大齿轮齿数Z2=124,则i12真=Z2Z=5.905由此可计算得i34= i总/i12 真=26.41/5.905=4.472B选取材料小齿轮材料用40Cr钢，表面淬火，齿面硬度 4855HRC大齿轮材料用40MnB钢，表面淬火，齿

11、面硬度45 55HRCC.相关参数查表可得如下数据：最小安全系数Sh = 1.25, Sf=1.6弹性系数Ze=189.8, Zh=2.5,乙:=(cosp ) 1/2齿轮宽度系数 d=0.8载荷系数K=1.6初选螺旋角（3 =15oD. 寿命系数由题，使用寿命为5年（以350天计），每天工作10小时，故小齿轮工作时间 t 1=5*350*10*60*1460=1.533*10 min大齿轮工作时间 t 2=5*350*10*60*259.325=2.402*10 8min查表可得寿命系数t 1 = 0.93t 2= 1.06E. 许用接触应力小齿轮接触疲劳极限（T Hiim1 =1200 M

12、pa弯曲疲劳极限（T F1=720 Mpa大齿轮接触疲劳极限T Hlim2 = 1180 Mpa弯曲疲劳极限T F2=700 Mpa计算许用接触应力：t H1】=t 1 t hi/ Sh = 892.8 Mpat H2= t 2 t H2/ Sh = 1000.64 Mpat F1】=t 1 t F1/ SF = 418.5 Mpat F1= t 2 t F2/ SF = 463.75 Mpa齿形系数 Zw=Z/ cos3 3 =21/ cos315o= 23.302ZV2=Z7 cos3 3 =124/ cos?15o= 137.591查表可得外齿轮的齿形系数 YFa1=2.78, Y Fa

13、2=2.19外齿轮的齿根修正系数 Ysa1=1.58，丫 Fa2=1.83因为 YFa1*Ysa1/ T F1=1.050*10 2 丫Fa2*YsaT F2】 =8.442*10所以应对小齿轮进行弯曲强度计算F. 小齿轮计算法向模数 m 2*K*T 1* YFal* Ysal* COS2 p /( d* c Fl*Zj)1/3=1.685取法 向模数 m=2.5 ,则有 中心距a=m *(Z 1 +Z2)/(2* cos p )=187.644mm取中心距为整，故 a=188mm校核螺旋角p 二arcosm *(Z1 +Z2)/(2* a)=15.40分度圆直径d 1= mn *Z 1/co

14、s p =54.455mm齿轮宽度b1= d* d 1=43.564mm取小齿轮齿宽 b=b+5 10mm取 b1=45mm大齿轮齿宽b2=40mmG. 验算齿根应力c H1 = Ze*Zh*Zp*2*K*T 1 *( 1+i 总)/(b* i 总* d12)1/2 =605.864 Mpac H1符合强度要求，所以齿数选择正确，为安全状态。综上所述，可得高速端齿轮相关参数如下如下乙Z2模数m2.52.5齿数21124分度圆直径d(mm)54.455321.545齿顶圆直径da(mm)59.455326.545齿根圆直径df(mm)48.205315.625齿宽(mm)4540齿全高(mm)5

15、.6255.625螺旋角15.415.4中心距(mm)1884.3低速级齿轮的选择与校核(直齿轮)设计计算及说明结果A.选取材料小齿轮选用45省钢调质，齿面硬度为250HBS;大齿轮选用45岭钢正火，齿面硬度为B相关参数查表可得如下数据：220HBS o最小安全系数Sh = 1.1, Sf=1.3接触疲劳极限（T Hlim1/MPa C h lim = 550Mpa H lim 4 = 540 Mpa o弯曲疲劳极限 t Flim/Mpa6阮3 = 200Mpa十存r 1 ch Hm3 550Mpa故：-500MpaS1.1r i Glim 4 540Mpa ”Ldh 4一一490 Mpa o

16、Sh1.1r f lim 3 200Mpa 0f3=154MpaS1.3r 6 m 4 150Mpa 一 l.” 4一一-115 MpaS1.3C.按齿面接触强度设计：cj f iim4 = 150 Mpa o9级精度制造，查表得：载何系数数 =0.5K=1.2 ,取齿宽系计算中心距:a 2计(兰)2竺U237 1)3 (490)3335 2 1.2* 353.865*10= 235.0330.5* 4.27取 a =250m =4贝U Z3 Z =兰=125取 Z3 =24, Z 4= 104m计算传动比误差:101 一 4.27244.27100%= 1.44% : 5% 合适齿宽：b =

17、裁=0.5 250 =125则取b4 =125， b3 4 (510) =130低速级小齿轮：b4 =125 ；Z4 =101低速级大齿轮：b3 =130 ； Z3 =24D.验算齿轮弯曲强度:查表得 Yf3=2.87 Yf4=2.25按最小齿宽b4 =125计算:2KT3YF32 1.2 1360.332 103bm2z3125 42 24=68.017Mpa : ；F3YF 4Cf2 = .f “3 =53.323Mpa :4 安全Yf3符合强度要求，所以齿数选择正确，为安全状态。Z3乙模数m44齿数24101分度圆直径d(mm)96404齿顶圆直径da(mm)104412齿根圆直径df(

18、mm)86394综上所述，可得低速端齿轮相关参数如下如下齿宽(mm)125130齿全高(mm)6.756.75中心距(mm)250第五部分各轴参数核算5.1参数核算原因在计算齿轮时，因选择齿轮齿数必须为整数造成了传动比等传动参数 的改变，在此必须进行修正。5.2轴参数核算设计计算及说明结果计算相关参数a.传动比i 总真=24.85i12 真=5.905i34 真=4.208b.各轴功率高速轴5 =Pd*S =0.99* 9.218 = 9.126kw中速轴p2 = 口 * S *. =9126*0.99* 0.975 =8.809kw低速轴p3 = p2*S* ”3 =8.809* 0.99*

19、 0.975 = 8.503kwc.转速高速轴= n 额=1460 r / mi n中速轴n2 =n Jh =1460/5.905 = 249.147r/mi n低速轴n3 =n2 /i2 =249.147/4.208 =55.243r/mind.扭矩高速轴T1 =9550* 103* p1/q =59.694Nm中速轴T2 =9550* 103 * p2/n2 =337.656Nm低速轴T3 = 9550 * 103 * p3/ n3 =1360.332 Nm综上所述可得如下参数：轴号功率P(K0转矩T/(Nm)转速n/(r.min 一1)高速轴9.12659.6941460中速轴8.809

20、337.656249.147低速轴8.5031360.33255.243第六部分联轴器的选择6.1高速轴连轴器：T = T o = 59.694 N m取Ka = 1.5 贝卩Tca = K a T = 1.5 X 59.694 N m = 89.541 N-m又由电动机输出轴直径=42mm查GB/T4323-1984,选用TL7型弹性套柱销轴联轴器。公称转矩：500N- m许用最大转速：3600r/mi n主动端：丫型轴孔，A型键槽，d1=42mm丄=112mm从动端：丫型轴孔，A型键槽，d2 = 40mm,L=112mm6.2低速轴联轴器：T=1360.332N-m取 Ka = 1.5 贝

21、 y Tca = Ka T = 1.5 X 1360.332=2040.498 N-m查GB/T4323-1984,选用TL6型弹性套柱销轴联轴器。许用转矩：2000 N - m转速：1900r/mi n主动端：J轴孔，A型键槽，d1=65mm,L=100mm从动端：J轴孔，A型键槽，d2 = 70mm,L =107mm第七部分轴的设计1、高速轴设计： 材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2 取 I .1 -35Mpa A=100。 各轴段直径的确定：根据课本第230页式14-2得：dmin =A3 P -100 3 9.955 =18.402mm又因为装小带轮的电动机轴径d

22、=38，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，且 d1=(0.8L1.238所以查手册第 9页表1-16 取d=36。 L1=1.75d1 -3=60。d2 =40因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册 85 页表 7-12 取 d-40，L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。d3段装配轴承且d3 d2，所以查手册62页表6-1取d3=45。选 用6009轴承。L 3=B+ 二3+2=16+10+2=28。d4段主要是定位轴承，取d50。L4根据箱体内壁线确定后在确定。d5装配齿轮段直径：判断是不是作成齿轮轴：-df，4 5m查手册51页表4-1得：2 11 = 3.3mm

23、得：e=5.9v 6.25。d6段装配轴承所以d6 “3=45 L6= L3=28。 键的设计与校核：根据d1 =36“ =65.117，确定 V带轮选铸铁 HT200，参 考教材表10-9,由于d36在30L38范围内，故d1轴段上采用键b h :10 8,采用A型普通键:键校核.为 L1=1.75d1 -3=60综合考虑取I =50得4T1dlhj334严穿37.51查课本155 页表10-10 Lbl = 50L 60所选键为：b h l :10 8 502、中间轴的设计： 材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2 取丨 I -35Mpa A=100。 根据课本第230页式

24、14-2得：dm.=A3 P =100 3 9.609 32.821mm nX 257.632d1段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取d-40，查手册62页表6-1选用6208轴承：L 1=B+ 3+ 2 + 2|3 =18+10+10+2=40。d2装配低速级小齿轮，且d2 d1取d-45，L2=128，因为要比齿轮孔长度少2|3。d3段主要是定位高速级大齿轮，所以取d3 = 60， L3=10。d4装配高速级大齿轮，取 d45L4=84-2=82。d5段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取d-45，查手册62页表6-1选用6208轴承，L 1=B+ 3+2 +3+ 2口3 =18

25、+10+10+2=43。 键的设计与校核：已知dd45,T356.190N.m参考教材表10-11，由于d2(44 50)所以取 b h:14 9因为齿轮材料为45钢。查课本 155页表10-10得Lb l -100L120L=128-18=110 取键长为 110. L=82-12=70 取键长为 70根据挤压强度条件，键的校核为：竺359.190 1000 =50.376 : Jdhl 45 9 (70 -14)玉=4 359.190 1000 = 34.265 十 b dhl 45 9 (100 -14)所以所选键为：b h 1:14 9 70 b h :l 1 49 1 13、从动轴的

26、设计:确定各轴段直径 计算最小轴段直径因为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算，由式14-2 得：dmin=A”P =100 汉 ” 9.276 =53.592mmn 61.627考虑到该轴段上开有键槽，因此取 d1 =53.194 (1 5%558537查手册9页表1-16圆整成标准值，取 d1 =63mm 为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段 轴径d70mm。查手册85页表7-2,此尺寸符合轴承盖和密 封圈标准值，因此取d2=70mm。 设计轴段d3，为使轴承装拆方便，查手册62页，表6-1， 取，采用挡油环给轴承定位。选轴6215：D =130,B =254 =84。 d3

27、=75 设计轴段d4，考虑到挡油环轴向定位，故取d/80 设计另一端轴颈d7，取dd75mm，轴承由挡油环定位， 挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。 轮装拆方便，设计轴头d6，取d6 d7，查手册9页表1-16 取 d6 =80mm。 设计轴环d5及宽度b使齿轮轴向定位，故取dd6 280 2 (0.07 80 3 97.2mm取 d5 =100mmb=1.4h=1.4 (0.07 80 3)=12mm,确定各轴段长度。h有联轴器的尺寸决定h二L二107mmI2 = m e L 5 = 50因为 m 二 L2B =54 一25 一10 =19mm，所以l2 = m e L 5=19 9 16 5 = 50mm轴头长度b2L3 =125 3 122因为此段要比此轮孔的长度短23b = B 亠、3 亠 i 2 3 =38其它各轴段长度由结构决定。（3）键的设计与校核：因为d1=63装联轴器查课本153页表10-9选键为b h：18 11 查课本155页表10-10得Xbl“ooL12O因为L1=107初选键长为100,校核二二红=4 1637.5 103 =n5Mp tb 所以所选键dlh 63 100-18 11为：b h I :18 11 100d6 =80装齿轮查课本153页表10-9选键为b h:22 14查课本155 页表 10-10 得匕 b |-