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

2、因4.2 轴参数核算第六部分 联轴器的选择 176.1 高速轴连轴器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- 1 -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

3、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

4、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， A3 图纸）；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 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

5、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 确定传动方案圆柱斜齿齿轮传动，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

6、，确定减速器各零件的相对位置；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 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。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第二部分 设计题目中国矿业大学

7、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)= 15， v(m/min)=40 ， D(mm)=600 故可计算得工作机所需 功率 pw 7500 1.1 8.25kww 1000 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1 0.99刚性联轴器2 0.975圆

8、柱齿轮传 动3 0.99滚筒轴传动4 0.99由此可计算得传动装置的总效率 总 1 2 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 /min380nd nw * (9 36) ( 496.5671990.274)r /min结果pw 8.25kw总 0.895pd 9.218kw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 14095537C.由此可以选择电动机，具体参数如下表：同步转速1500r/min 4 级电动机型号Y160M-4额定功率11kw满载转速1460r/

9、min堵转转矩2.2最大转矩2.2工作转速52.11r/minD.计算相关参数a. 传动比总传动比i总 nm nw i12*i34 146055.285 26.41又因为存在经验公式i12 (1.3 1.5)i34所以可以计算得到高速传动比 i12=5.86，低速传动比 i34=4.51b. 各轴功率高速轴p1pd *10.99* 9.218 9.126kw中速轴p2p1*1*3 9.126 * 0.99 * 0.9758.809kw低速轴p3p2 *1*3 8. 809 * 0.99* 0.9758.503kwc. 转速高速轴n1 n额 1460r / min中速轴n2 n1 /i1 146

10、0 / 5.86 249.147r /min低速轴n3 n2 /i2 249.147 / 4.51 55.243r /mind. 扭矩高速轴 T1 9550 * 103 * p1 /n1 59.694Nm中速轴 T2 9550 * 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（KW）转矩T/(Nm)转速-1 n/(r.min )高速轴9.12659.6941460中速轴8.809337.656249.147低速轴8.5031360.33255.243中国矿业大学材料科学与工

11、程学院机械设计基础课程设计说明书设计者：李春景 14095537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， 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 Z1=21，则大齿轮 Z2=Z1* i 12=2

12、1*5.86=123.06故取大齿轮齿数 Z2=124，则 i12真= Z2/Z1=5.905由此可计算得 i34= i总/i 12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，齿面硬度4555HRCC.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，Z=（cos）1/2齿轮宽度系数d=0.8载荷系数K=1.6- 9 -初选螺旋角=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9小齿轮工

13、作时间 t 1=5*350*10*60*1460=1.533*10 9min 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1 = 0.932= 1.06E. 许用接触应力 小齿轮接触疲劳极限 Hlim1 =1200 Mpa弯曲疲劳极限 F1=720 Mpa大齿轮接触疲劳极限 Hlim2 =1180 Mpa弯曲疲劳极限 F2=700 Mpa计算许用接触应力 : H1= 1 H1/ SH = 892.8 MpaH2= 2 H2/ SH = 1000.64 Mpa F1= 1 F1/ SF = 418.5 Mpa F1= 2 F2/ S

14、F = 463.75 Mpa齿形系数 Z V1=Z1/ cos3=21/ cos315o= 23.302ZV2=Z2/ cos3 =124/ cos315o= 137.591查表可得外齿轮的齿形系数 YFa1=2.78, Y Fa2=2.19 外齿轮的齿根修正系数 YSa1=1.58, Y Fa2=1.83 因为 YFa1*YSa1/ F1=1.050*10 -2 YFa2*YSa2/ F2=8.442*10 -3 所以应对小齿轮进行弯曲强度计算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- 10 -F. 小齿轮计算法 向 模 数 mn 2*K*T

15、1*YFa1*YSa1* cos2 /( d* F1* Z12)1/3=1.685取 法 向 模 数 mn=2.5 ， 则 有 中 心 距 a=mn *(Z 1 +Z2)/(2* cos )=187.644mm取中心距为整，故 a=188mm校核螺旋角=arcosmn *(Z1 +Z2)/(2* a)=15.40 o分度圆直径 d 1= mn *Z 1/cos =54.455mm 齿轮宽度b1=d* d 1=43.564mm取小齿轮齿宽 b1=b+510mm取, b 1=45mm大, 齿轮齿宽 b2=40mm G.验算齿根应力H1 =ZE*ZH*Z*2*K*T 1 *( 1+i 总)/(b*

16、i 总* d12)1/2 =605.864 Mpa 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Z1Z2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- 11 -齿宽(mm)4540齿全高 (mm)5.6255.625螺旋角15.415.4中心距 (mm)188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

17、景 140955374.3 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 钢调质，齿面硬度为250HBS；大齿轮选用 45 钢正火，齿面硬度为B.相关参数查表可得如下数据：220HBS。最小安全系数SH = 1.1, SF=1.3接触疲劳极限 Hlim1/MPaHlim 3 550 MpaH lim 4 540 Mpa 。弯曲疲劳极限 Flim/MpaF lim 3 200MpaH lim 3 550 Mpa故：H 3500MpaSH1.1H lim 4 540MpaH 4490 Mpa 。SH1.1F lim 3 200MpaF 3 154MpaSF1

18、.3F lim 4 150 MpaF 4 115MpaSF1.3C. 按齿面接触强度设计 ：F lim 4 150 Mpa 。9 级精度制造， 查表得： 载荷系数 数 0.5K 1.2 ，取齿宽系- 12 -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计算中心距：a (u2 1)3 ( 335 ) 2 KT22 H u2(4.27 1)3 (490)3335 21.2* 353.865*103 235.0330.5* 4.27取 a 250m 4则Z3 Z42a 125 取 Z3 24, Z 4 104 m计算传动比误差：101 4.27244.27

19、100% 1.44% 5% 合适齿宽 :b a 0.5 250 125 则取b4 125， b3 b4 (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 Y F3 2.87 Y F4 2.25按最小齿宽 b4 125 计算：F32KT3YF 3 2 1.2 1360.332 103bm2 z32125 42 2468.017Mpa F 3F2 YF 4F3 53.323Mpa F4 安全YF 4YF 3符合强度要求，所以齿数选择正确，为安全状态。综上所述，可得低速端齿轮相关参数如下如下Z3Z4模数 m44齿数2

20、4101分度圆直径 d(mm)96404齿顶圆直径 da(mm)104412齿根圆直径 df(mm)86394- 13 -齿宽(mm)125130齿全高 (mm)6.756.75中心距 (mm)250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 =24.85 i12 真=5.905 i34 真=4.208b.各轴功率高速轴p1 pd * 1 0.99* 9

21、.218 9.126kw中速轴p2 p1* 1* 3 9.126 * 0.99 * 0.975 8.809kw低速轴p3 p2 * 1* 3 8. 809 * 0.99* 0.975 8.503kwc.转速高速轴n1 n 额 1460r /min中速轴n2 n1/i1 1460 / 5.905 249.147r /min低速轴n3 n2 /i2 249.147 / 4.208 55.243r /mind.扭矩高速轴T1 9550 * 103 * p1 /n1 59.694Nm中速轴T2 9550 * 103 * p2 / n2 337.656Nm- 14 -低速轴 T3 9550 * 103

22、* p3 /n3 1360.332Nm综上所述可得如下参数：轴号功率 P（KW）转矩T/(Nm)转速n/(r.min -1)高速轴9.12659.6941460中速轴8.809337.656249.147低速轴8.5031360.33255.243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- 15 -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第六部分 联轴器的选择6.1 高速轴连轴器：T = T 0 = 59.694 Nm取 KA = 1.5 则TCA = K AT = 1.5 59.694 Nm =

23、 89.541 Nm 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/min主动端： Y 型轴孔， A型键槽， d 1 =42mm,L=112mm从动端： Y型轴孔， A型键槽， d2 40mm,L=112mm6.2 低速轴联轴器：T=1360.332Nm取 KA = 1.5 则 TCA = K AT = 1.5 1360.332=2040.498 Nm查 GB/T4323-1984，选用 TL6 型弹性套柱销轴联轴器。许用转矩： 2000 Nm转速： 1900r/min主动端： J 轴孔，

24、A型键槽， d1 =65mm,L=100mm从动端： J 轴孔， A型键槽， d 2 70mm,L=107mm- 16 -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 35Mpa A=100 。 各轴段直径的确定：根据课本第 230 页式 14-2 得： d min =A3 P 100 3 9.955 =18.402mm 又因为装小带轮的电动机轴径 d 38 ， 又 因 为 高 速 轴 第 一 段 轴 径 装 配 大 带 轮 ， 且 d 1 0.

25、8 1.2 38 所 以 查 手 册 第 9 页 表 1-16 取 d1 36。 L 1=1.75d 1-3=60 。d 2 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 d2 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。L3=B+ 3 +2=16+10+2=28 。d 4段主要是定位轴承， 取 d4 50。L 4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：- 17 -中国矿业大学材料科学与工程学院机械设计

26、基础课程设计说明书设计者：李春景 14095537e df d 4 t1 2.5m查手册 51 页表 4-1 得： 21t1 3.3mm得： e=5.96.25 。d 6段装配轴承所以 d6 d3 45 L6= L3=28。 键的设计与校核 :根据 d1 36,T1 65.117 ，确定 V 带轮选铸铁 HT200 ，参考教材表 10-9,由于 d1 36在 30 38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 l =50 得4T1dlh p3155 页 表364 8106.59010130 37

27、.1Mpa p 查 课 本10-10 b 50 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 35Mpa A=100 。 根据课本第 230页式 14-2 得：d min =A3 P 100 3 9.609 =32.821mmn 257.632d1段要装配轴承， 所以查手册第 9页表 1-16取d1 40，查手册62 页表 6-1 选用 6208 轴承：- 18 -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 14095537L1=B+ 3 + 2 + 2 3 =18+10+10+2

28、=40 。d 2装配低速级小齿轮，且 d2 d1取 d2 45 ， L 2=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= 4 =10。 d4装配高速级大齿轮，取 d4 45 L 4=84-2=82 。 d5段要装配轴承，所以查手册第 9 页表 1-16 取 d5 45，查手 册 62 页表 6-1 选用 6208 轴承，L1=B+ 3 + 2 +3+ 2 3 =18+10+10+2=43 。 键的设计与校核：已知 d2 d4 45,T2 356.190N.m参考教材表 10-11，由于d2 (44 50) 所以取 b h:14 9因为齿轮

29、材料为 45 钢。查课本 155 页表 10-10 得b 100 120L=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：4T2 4 359.190 1000 50.376 b dhl 45 9 (70 14) b4T2 4 359.190 1000 34.265 b dhl 45 9 (100 14) b所以所选键为 :b h l :14 9 70 b h :l 14 9 1 13、从动轴的设计：确定各轴段直径 计算最小轴段直径- 19 -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因

30、为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算，由式14-2 得： d m in =A3 P 100 3 9.276 =53.592mm n 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 d2 70mm 。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 25,da

31、84 。 d3 75 设计轴段 d4 ，考虑到挡油环轴向定位，故取 d4 80 设计另一端轴颈 d7，取 d7 d3 75mm ，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 d5 d6 2h 80 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。l1 有联轴器的尺寸决定 l1 L 107mm- 20 -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

32、明书设计者：李春景 14095537l2 m e L 5 50因为 m L2 B 2 54 25 10 19mm ,所以l2 m e L 5 19 9 16 5 50mm轴头长度 l6 lh 2 3 125 3 122因为此段要比此轮孔的长度 短 2 3l 3 B 3 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 b 100 120因为 L 1=107 初选键长为 100,校核4T 4 1637.5 103 115Mpa b 所以所选键dlh 63 100 18 11为 :b h l :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 b 100 120因 为 L6=122 初 选 键 长 为10