机械设计课程设计一级圆柱齿轮减速器

1、飞机总体设计机械设计课程设计计算说明书 设计题目 一级闭式圆柱齿轮减速器 学院 班 设计者 指导教师 2012年4月20日目录第一章 前言第二章 课题题目及主要技术参数说明2.1 课题题目与设计要求2.2 主要技术参数说明第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算3.1 减速器结构3.2 电动机选择3.3 传动比分配3.4 动力运动参数计算第四章 齿轮的设计计算(包括小齿轮和大齿轮)4.1闭式齿轮传动设计4.1.1闭式齿轮选材4.1.2闭式齿轮的设计计算与强度校核4.1.3闭式齿轮的结构设计数据4.2开式齿轮传动4.2.1齿轮选材4.2.2齿轮的设计计算与强度校核第五章 轴的设计计算5.1高速轴

2、设计5.1.1高速轴的材料和热处理的选择5.1.2高速轴的设计计算与强度校核5.1.3高速轴的受力图及弯矩图5.2低速轴设计5.2.1低速轴的材料和热处理的选择5.2.2低速轴的设计计算与强度校核5.2.3低速轴的受力图及弯矩图第六章 轴承、键和联轴器的选择6.1 轴承的选择及校核6.2 键的选择计算及校核6.3 联轴器的选择第七章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算7.1 润滑的选择确定 7.2 密封的选择确定 7.3减速器附件的选择确定7.4箱体主要结构尺寸计算 参考文献第一章 前 言本说明书主要内容是进行一级闭式圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基

3、础、画法几何与机械制图、材料力学、加工工艺学等多门课程知识，因此是一个非常重要的综合实践环节，也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，我们在众多方面得到了锻炼和培养，主要体现在如下几个方面：（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关

4、技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们对office软件中word功能的认识和运用。第二章 课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目与设计要求2.1.1、课题题目带式运输机传动装置设计iii。要求设计一级闭式圆柱齿轮减速器。2.1.2、设计要求（1）设计用于带式运输机的传动装置。（2）连续单向运转，载荷较平稳，空载起动，运输带允许误差为5%。（3）使用期限为10年，小批量生产，两班制工作。该装置的参考图见下：2.2 主要技术参数说明 运输带卷筒所需功率p=3.5kw，运输带卷筒工作转速n=76r/min，卷筒中心高h=260 mm。第三章 减速器结构选

5、择及相关性能参数计算 减速器的结构与性能介绍3.1结构形式3.2电动机选择按照设计任务要求，本减速器采用水平剖分、封闭结构（1）运输带卷筒所需功率p卷筒=3.5kw（2）从电动机到卷筒间各个运动副的总机械效率 =0.99 滚动轴承效率（一对）；=0.97 闭式齿轮传动效率；=0.95 开式齿轮传动效率；=0.99 联轴器效率；所以：（3）电动机所需功率为： 查机械设计综合课程设计附录表y系列电动机的技术数据，取电动机额定功率可见有四种y系列三相异步电动机可用，分别为：y132m-2、y132m1-6、y112m-4、y160m1-8.两级齿轮传动比均取小于等于5，总传动比,故电动机满载转速，查

6、表发现可选用y132m1-6、y112m-4、y160m1-8三者参数比较如下：机械设计综合课程设计p201表6-164型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）尺寸机械设计综合课程设计p201表6-164电动机选用y112m-4型y132m1-64.010009602.02.0中y112m-4150014402.22.2中y160m1-87507202.02.0中综合考虑总传动比及尺寸大小，选取y112m-4型3.3传动比分配3.4动力运动参数计算运输带卷筒的转速为： n=76r/min 所以： 取，则（1）转速n =1440r/min =/=1440/5=288r/m

7、in =/=288/3.79=75.99r/min（）功率 （3）转矩t = 444.26nm 将上述数据列表如下：=5.0=3.79设计计算内容计算及说明结果及依据轴号功率p/kwn/(r/min)t(n.m)i03.954144026.223.914144025.9610.993.759288124.655.00.963.53575.99444.263.790.94第四章 齿轮的设计计算 齿轮的设计计算及结构说明4.1闭式齿轮传动设计4.1.1闭式齿轮选材4.1.2闭式齿轮的设计计算与强度校核4.1.3闭式齿轮的结构设计数据：闭式齿轮选用：斜齿圆柱软齿面齿轮（1）选择材料及确定极限应力小齿

8、轮选用40cr，调质处理，hb260 大齿轮选用45钢，调制处理，hb240齿轮按 8等级精度制造由机械设计教材查得 （2） 初步估算小齿轮直径d因采用闭式软齿面穿的那个，按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径。由机械设计教材附录b中表b-1，初取，查得，取k=1.4。由机械设计教材表2-14查得齿宽系数。初步计算许用接触应力齿数比，输入转矩。代入公式，得，初取：（3）确定基本参数 校核圆周速度v和精度等级：，查机械设计教材表2-1，取8级精度合理。 初取齿数， 为使与互质，取，校核传动比误差为：，满足要求。确定模数为,取，确定螺旋角小齿轮直径为大齿轮直径为初步齿宽为（4）校核齿面接触疲劳强度

9、 1）计算齿面接触应力 节点区域系数由图2-18查得，非变位斜齿轮 弹性系数由表2-15查得， 重合度系数的计算公式由端面重合度和纵向重合度确定，其中： 端面重合度 由表2-5可得：代入端面重合度计算公式得：纵向重合度为：因为，故螺旋角系数使用系数由表2-7查得；动载荷系数由图2-6查得；齿间载荷分配系数查表2-8，其中：，齿向载荷分布系数查表2-9，其中：对称支承，调质齿轮精度等级8级齿面接触应力为： 2）计算许用接触应力接触强度寿命系数由图2-27查得总工作时间，应力循环次数，齿面工作硬化系数：接触强度尺寸系数由表2-18查得：，润滑油膜影响系数为：许用接触应力公式为：代入数据得到：3）验

10、算：，安全 （5）确定传动主要尺寸中心距为：，圆整为a=120mm，由得：螺旋角，合理端面模数小齿轮直径大齿轮直径齿宽小齿轮当量齿数大齿轮当量齿数（6）齿根弯曲疲劳强度验算1）计算齿根弯曲应力。使用系数、动载荷系数及齿间载荷分配系数同接触疲劳强度校核：，齿向载荷分布系数由图2-9查得。其中：b/h=40/（2.251）=17.8，查得齿形系数由图2-20（非变位）查得：应力修正系数由图2-21查得：重合度系数螺旋角系数查图2-22得：齿根弯曲应力计算公式为：代入数据得到：2）计算许用弯曲应力。弯曲强度尺寸系数由图2-33查得，弯曲强度寿命系数由图2-32（应力循环次数同接触疲劳强度校核）查得：

11、应力修正系数相对齿根圆角敏感及表面状况系数为：许用齿根弯曲应力计算公式为：，代入数据得到：3）弯曲疲劳强度的校核：，合格（7）静强度校核 因传动无严重过载，故不作静强度校核。其他计算从略。齿轮结构设计：齿顶圆直径 齿全高h（c=0.25）齿厚s齿根高齿顶高齿根圆直径由于小齿轮，可采用齿轮轴结构；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构大齿轮的有关尺寸计算如下（需要根据后面轴的设计来确定大齿轮的详细参数）：轴孔直径=40mm轮毂直径=1.6d=1.640=64 mm； 取=65 mm轮毂长度l =39 mm轮缘厚度=13mm轮缘内径:=202.174-22.25-213=171.7mm

12、取腹板厚度c=0.3=0.339=11.7 mm； 取c=12 mm腹板中心孔直径=0.5（+）=117.5mm腹板孔直径=0.25（-）=0.25（170-65）=26.25 mm；取=30mm齿轮倒角n=0.5 =0.5mm ,即倒角c0.5齿轮圆角r0.5c=6，即圆角r6机械设计教材p84图224（a），p89图2-30（a），p83表2-17机械设计教材p265表b-1 机械设计教材p75表2-14机械设计教材p53表2-1 =38= 191机械设计教材p76图2-18，p77表2-15机械设计教材p56表2-5机械设计教材p61表2-7，p62图2-6，p63表2-8，p65表2-

13、9机械设计教材p86图2-27，p87表2-18a=120mm,机械设计教材p64图2-9，p80图2-20,p81图2-21，p82图2-22机械设计教材p91图2-33，图2-33齿轮强度校核安全。4.2开式齿轮传动4.2.1齿轮选材4.2.2齿轮的设计计算与强度校核开式齿轮选用：直齿圆柱软齿面齿轮小齿轮选用40cr，调质处理，hb260 大齿轮选用45钢，调制处理，hb240齿轮按 8等级精度制造由机械设计教材查得 （1） 确定各种参数齿轮按 8等级精度制造k=1.4 （2） 按齿轮弯曲强度设计计算取 =30 将数据代入设计计算式：，增大15%得：m1.951mm，取m=2mm小齿轮分度

14、圆直径小齿轮齿宽（3） 确定大齿轮参数，为使，取校核传动比误差为：，满足要求大齿轮分度圆直径大齿轮齿宽（4） 传动参数汇总小齿轮分度圆直径大齿轮分度圆直径传动比传动中心距因按照弯曲强度设计，足以保证接触疲劳强度，故不做接触疲劳强度校核（5） 计算齿轮圆周速度v并选择齿轮精度查表取齿轮等级为8 级制造精度是合宜的。因为设计的为减速器内部结构，故不对开式齿轮做尺寸计算和结构设计机械设计教材p84图224（a），p89图2-30（a），p83表2-17机械设计教材p266表b-4，p80图2-20,p81图2-21教材p53表2-1第五章 轴的设计计算设计计算内容计算及说明结果及依据5.1高速轴设计

15、5.1.1高速轴的材料和热处理的选择5.1.2高速轴的设计计算与强度校核5.1.3高速轴的受力图及弯矩图5.2低速轴设计5.2.1低速轴的材料和热处理的选择5.2.2低速轴的设计计算与强度校核5.2.3低速轴的受力图及弯矩图 1、高速轴的材料选择、热处理方式。 选择40cr，调制处理，硬度hb=2602、按抗扭强度估算轴径查表1-3取c=106，代入设计公式：，按联轴器的标准系列，取3、初步设计轴的结构初选角接触球轴承7206ac，轴的结构尺寸设计见零件图 4、轴的空间受力分析 该轴所受的外载荷为转矩和小齿轮上的作用力，空间受力图如图5.1.3（a）所示。受力分析如下：输入轴转矩为：小齿轮圆周

16、力为：小齿轮径向力为：小齿轮轴向力为：5、计算轴承支点的支反力，绘出水平面和垂直面弯矩图 （1）垂直面（yz平面）支反力及弯矩计算如下：其受力图和弯矩图如图5.1.3（b）所示。（2）水平面（xz平面）支反力及弯矩计算如下：其受力图和弯矩图如图5.1.3（c）所示。6、计算并绘制合成弯矩图合成弯矩图如图5.1.3（d）所示。7、计算并绘制转矩图转矩图如图5.1.3（e）所示。8、计算并绘制当量弯矩图转矩按脉动循环考虑，取，由表1-2查得，由表1-4查得,则。 危险截面c处当量弯矩：绘制当量玩具图如图5.1.3（f）所示。9、按弯扭合成应力校核轴的强度，安全高速轴各阶梯轴直径列表如下： 名称直径

17、（mm）20253038403830; 各段轴长度列表如下: 名称 长度（mm）383535844833 1、低速轴的材料选择、热处理方式。 选择45钢，调制处理，硬度hb=2402、按抗扭强度估算轴径查表1-3取c=116，代入设计公式：，按键的标准系列，取3、初步设计轴的结构初选圆锥滚子球轴承30307，轴的结构尺寸设计见零件图 4、轴的空间受力分析 该轴所受的外载荷为转矩、闭式大齿轮和开式小齿轮上的作用力，空间受力图如图5.2.3（a）所示。受力分析如下：输入轴转矩为：闭式大齿轮圆周力为：闭式大齿轮径向力为：闭式大齿轮轴向力为：开式小齿轮切向力为：开式小齿轮径向力为：5、计算轴承支点的支

18、反力，绘出水平面和垂直面弯矩图 （1）垂直面（yz平面）支反力及弯矩计算如下：其受力图和弯矩图如图5.2.3（b）所示。（2）水平面（xz平面）支反力及弯矩计算如下：其受力图和弯矩图如图5.2.3（c）所示。6、计算并绘制合成弯矩图合成弯矩图如图5.2.3（d）所示。7、计算并绘制转矩图转矩图如图5.2.3（e）所示。8、计算并绘制当量弯矩图转矩按脉动循环考虑，取，由表1-2查得，由表1-4查得,则。 危险截面b处当量弯矩：绘制当量玩具图如图5.2.3（f）所示。9、按弯扭合成应力校核轴的强度，安全高速轴各阶梯轴直径列表如下： 名称直径（mm）283035405035; 各段轴长度列表如下:

19、名称 长度（mm）703350381042 机械设计教材p38表1-3机械设计综合课程设计p142表6-96=20mm机械设计教材p33表1-2，p39表1-4机械设计教材p38表1-3机械设计综合课程设计p108表6-57机械设计教材p33表1-2，p39表1-4第六章 轴承、键和联轴器的选择设计计算内容计算及说明结果及依据 滚动轴承的选择与校核 6.1 轴承的选择及校核（一）高速轴承：因为闭式齿轮选择斜齿圆柱齿轮，有一定的切向载荷，故高速轴承选用角接触球轴承。根据轴径值查机械设计综合课程设计120表6-66角接触球轴承各部分尺寸，选择7206ac（gb/t 292-1994）型角接触球轴承

20、 一对。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmddb7206ac306216寿命计划：要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）1、计算选用轴承寿命 查机械设计综合课程设计p120表6-66 基本额定动负荷，基本额定静载荷，脂润滑极限转速，接触角，e=0.68 查机械设计教材p245表8-8，取冲击载荷系数（1）、轴承内部轴向力 受力图如6.1（a）所示， （2）、轴承轴向载荷 因为,所以轴有向右移动的趋势，使轴承1受压，轴承2放松，故：，（3）、当量动载荷：计算公式为轴承1：由，故,代入计算公式得轴承2：由，故，代入计算公式得p=674n（4）、轴承寿命： ，其中

21、球轴承，代入数据得：，轴承寿命合格。2、极限转速计算由，查机械设计教材图8-11、图8-12,得载荷变化系数，载荷分布系数，故极限转速n=0.990.909000=8019r/min1440r/min，合格（二）低速轴承：因为低速轴上同时作用有开式齿轮和闭式齿轮的载荷，轴承支反力较大，故低速轴承选用圆锥滚子轴承。根据轴径值查机械设计综合课程设计124表6-67圆锥滚子轴承各部分尺寸，选择30307（gb/t 297-1994）型圆锥滚子轴承一对。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmddbtc30307ac35802122.7518寿命计划：要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300天，每

22、班工作16个小时）1、计算选用轴承寿命 查机械设计综合课程设计p124表6-67 基本额定动负荷，基本额定静载荷，脂润滑极限转速， e=0.31，x=0.4，y=1.9 查机械设计教材p245表8-8，取冲击载荷系数（1）、轴承内部轴向力 受力图如6.1（b）所示， （2）、轴承轴向载荷 因为,所以轴有向右移动的趋势，使轴承1受压，轴承2放松，故：，（3）、当量动载荷：计算公式为轴承1：由，故,代入计算公式得轴承2：由，故，代入计算公式得p=6918n（4）、轴承寿命： ，其中球轴承，代入数据得：，轴承寿命合格。2、极限转速计算由，查机械设计教材图8-11、图8-12,得载荷变化系数，载荷分布

23、系数，故极限转速n=0.980.995000=4851r/min288r/min，合格机械设计综合课程设计120表6-66机械设计教材p245表8-8机械设计教材p248图8-11，p249图8-12机械设计综合课程设计124表6-67机械设计教材p245表8-8机械设计教材p248图8-11，p249图8-126.2键的选择与校核（1） 高速轴输入端，选择普通平键（圆头）连接，d=20mm，选bh=6mm6mm，根据联轴器轴孔长度l。=38mm（j型），选l=28mm，t=25.96nmm，键标记为628 gb/t 1096-2003。 联轴器材料为ht700，查机械设计教材表7-1得许用挤

24、压应力为（700）mpa强度足够， 合适（2） 低速轴与齿轮配合处，选择普通平键（圆头）连接，d=40mm，选bh=12mm8mm，选l=28mm，t=124. 65nmm，键标记为1228 gb/t 1096-2003。 轴和齿轮材料为45钢，查机械设计教材表7-1得许用挤压应力为（12050）mpa强度足够， 合适（3） 低速轴输出端，选择普通平键（圆头）连接，d=28mm，选bh=8mm7mm，选l=56mm，t=124. 65nmm，键标记为856 gb/t 1096-2003。 轴的材料为45钢，齿轮的材料为40cr，查机械设计教材表7-1得许用挤压应力为（120150）mpa强度足够， 合适机械设计综合课程设计p108表6-57机械设计教材p224表7-16.3联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 选用gb/t 4323-2002 弹性套柱销联轴器,根据高速轴连接联轴器处d=20mm，将各种参数列表如下：型号公称转矩nm许用转速r/min轴孔直径mm轴孔长度mm外径mm材料轴孔类型tl46357002052106ht700j型联轴器承受转矩故： 合适tl4 型gb4323-2002弹性套柱销联轴器第七章 减速器