二级变速器设计机械设计课程设计设计说明书

1、机械设计课程设计设计说明书设计题目 二级变速器设计目录一、 设计任务书 3二、 传动方案拟定 4三、 电动机的选择 4四、 传动装置的运动和动力参数计算 6五、 高速级齿轮传动计算 7六、 低速级齿轮传动计算 12七、 齿轮传动参数表 18八、 轴的结构设计 18九、 轴的校核计算 19十、 滚动轴承的选择与计算 23十一、 键联接选择及校核 24十二、 联轴器的选择与校核 25十三、 减速器附件的选择 26十四、 润滑与密封 28十五、 设计小结 29十六、 参考资料 29一.设计题目： 原始数据：数据编号10运送带工作拉力f/n2500运输带工作速度v/(m/s)0.9卷筒直径d/mm30

2、01.工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，室内工作，有粉尘；2.使用期：使用期10年；3.检修期：3年大修；4.动力来源：电力，三相交流电，电压380/220v;5.运输带速度允许误差：5%；6.制造条件及生产批量：中等规模机械厂制造，小批量生产。 设计要求1.完成减速器装配图一张（a0或a1）。2.绘制轴、齿轮零件图各一张。3.编写设计计算说明书一份。二. 电动机设计步骤1. 传动装置总体设计方案本组设计数据：第十组数据：运送带工作拉力f/n 2500 。运输带工作速度v/(m/s) 0.9 , 卷筒直径d/mm 300 。1.外传动机构为联轴器传动。2.减速器为二级同轴式

3、圆柱齿轮减速器。3.该方案的优缺点：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节约材料。轴向尺寸大，要求两级传动中心距相同。减速器横向尺寸较小，两大吃论浸油深度可以大致相同。但减速器轴向尺寸及重量较大；高级齿轮的承载能力不能充分利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长，刚度差；仅能有一个输入和输出端，限制了传动布置的灵活性。原动机部分为y系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。三电动机的选择1.选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，

4、电压380v。2.确定电动机效率pw 按下试计算 试中fw=2500n v=0.9m/s 工作装置的效率考虑胶带卷筒器及其轴承的效率取 代入上试得 =2.25kw电动机的输出功率按下式计算 式中为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率由试 公式中 分别为带传动，轴承，齿轮传动, 联轴器和卷筒的传动效率。有表9.1取=0.96， =0.98， =0.97， =0.99，所得 =0.79所以电动机所需工作功率为 3.确定电动机转速按表9.1推荐的传动比合理范围，两级圆柱齿轮减速器传动比 v带而工作机卷筒轴的转速为 所以电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有和三种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、

5、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1500的y系列电动机y100l2-4,其满载转速为1420r/min 发动机的主要性能如下表额定功率同步转速满载转速 3150014202.22.2发动机的主要安装尺寸和外形尺寸如下表型号habcdefgdgkbb1b2haabbhal1y100l2-41001601406328608x724122051801052454017614380四.计算传动装置的总传动比并分配传动比1.总传动比为 取v带的传动比为则齿轮传动比为2.分配传动比 考虑润滑条件等因素，初定得 3. 计算传动装置的运动和动力参数1.各轴的转速 i轴 ii轴 iii

6、轴 卷筒轴 4.各轴的输入功率 i轴 ii轴 iii轴 卷筒轴 5. 各轴的输入转矩电动机的输出转矩i轴 ii轴 iii轴 卷筒轴将上述计算结果汇总与下表，以备查用。项目电动机轴轴轴j卷筒轴转速（r/min）1420710177.5 57.357.3功率p（kw）2.852.732.592.462.43转矩t（n.mm）传动比i24.03.11效率0.960.950.970.99五 v带的设计已知电动机的功率为p=2.85kw，转速=1420，传动比为i=21. 确定计算功率由表8-7查的工作情况系数，故2. 选择v带的带型根据，由机械设计课本图8-11选用a型带。3. 确定带轮的基准直径并验

7、算带速v1） 初选小带轮的基准直径。由教材表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径=90mm。2） 验算带速v。因为，故带速合适3） 计算大带轮的基准直径 根据表8-8调整为180mm4. 确定v带的中心距a和基准长度1） 根据式8-20，初定中心距2） 由式8-22计算所需的基准长度由表8-2选带的基准长度3） 按式8-23计算实际中心距a 中心距变化范围为465528mm5. 验算小带轮上的包角6. 计算带的根数z1）计算单根v带的额定功率由，查表8-4a得 根据和a型带，查表8-4b得查表8-5得，于是2） 计算v带的根数z，取3根带7. 计算单根v带的初拉力的最小值由表8-3得a型带的单

8、位长度质量，所以应使带的实际拉力8. 计算压轴力压轴力的最小值为9.带轮结构设计（略）五. 高速级齿轮的设计选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1.按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。2.运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(gb10095-88)。3.材料选择。由机械设计，选择小齿轮材料为40gr（调质），硬度为280hbs，大齿轮为45钢（调质），硬度为240hbs，二者材料硬度差为40hbs。4.选小齿轮齿数，则大齿轮齿数 取1). 按齿轮面接触强度设计1. 设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。2. 按齿面接触疲劳强度设计，即

9、1.确定公式内的各计算数值1.试选载荷系数。2.计算小齿轮传递的转矩 3.按软齿面齿轮非对称安装，由机械设计选取齿宽系数。4.由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数。5.由机械设计图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。6.计算应力循环次数7.由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数；。8.计算接触疲劳许用应力取安全系数s=12.设计计算1.试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2.计算圆周速度。 3.计算齿宽b 4.计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 3.计算载荷系数查表10-2得使用系数=1.0;根据、由图10-8得动载系数 直齿轮；查表10-4

10、用插值法得7级精度查机械设计，小齿轮相对支承非对称布置,由b/h=9.33 由图10-13得故载荷系数 4.校正分度圆直径由机械设计5.计算齿轮传动的几何尺寸1.计算模数 2.按齿根弯曲强度设计，公式为1.确定公式内的各参数值1.由机械设计图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.由机械设计图10-18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 s=1.4，得4.计算载荷系数k5.查取齿形系数、和应力修正系数、由机械设计表查得；6.计算大、小齿轮的并加以比较； 大齿轮大7.设计计算 对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲

11、劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.855并就进圆整为标准值=2mm 接触强度算得的分度圆直径=38.948mm，算出小齿轮齿数大齿轮 取这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。2.集合尺寸设计1.计算分圆周直径、 2.计算中心距 3.计算齿轮宽度 取，。3.轮的结构设计(未作)小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用实心打孔式结构大齿轮的有关尺寸计算如下：轴孔直径43mm 轮毂长度 与齿宽相等 轮毂直

12、径 轮缘厚度 板厚度 腹板中心孔直径 腹板孔直径齿轮倒角 取齿轮工作图如下图所示六. 低速级齿轮的设计选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1.按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。2.运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(gb10095-88)。3.材料选择。由机械设计，选择小齿轮材料为40gr（调质），硬度为280hbs，大齿轮为45钢（调质），硬度为240hbs，二者材料硬度差为40hbs。4.选小齿轮齿数，则大齿轮齿数 取2). 按齿轮面接触强度设计 1. 设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 2. 按齿面接触疲劳强度设计，即 1

13、.确定公式内的各计算数值1.试选载荷系数。2.计算小齿轮传递的转矩 3.按软齿面齿轮非对称安装，由机械设计选取齿宽系数。4.由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数。5.由机械设计图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。6.计算应力循环次数 7.由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数；。8.计算接触疲劳许用应力取安全系数s=1 2.设计计算1. 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2.计算圆周速度。 3. 计算齿宽b4. 计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 3.计算载荷系数 查表10-2得使用系数=1.0;根据、由图10-8得动载系数 直齿轮；由表

14、10-2查的使用系数查表10-4用插值法得7级精度查机械设计，小齿轮相对支承非对称布置由b/h=9.47 由图10-13得故载荷系数 4.校正分度圆直径 由机械设计，5.计算齿轮传动的几何尺寸1.计算模数 2.按齿根弯曲强度设计，公式为 1.确定公式内的各参数值1.由机械设计图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.由机械设计图10-18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 s=1.4，得 4.计算载荷系数k5.查取齿形系数、和应力修正系数、由机械设计表查得；6.计算大、小齿轮的并加以比较； 大齿轮大7. 设计计算 对比计算结果，由齿轮

15、面接触疲劳强度计算的魔术大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.89并就进圆整为标准值=3mm 接触强度算得的分度圆直径=70.626mm，算出小齿轮齿数大齿轮 取这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。2.集合尺寸设计1.计算分圆周直径、 2.计算中心距 3.计算齿轮宽度 取，。3.轮的结构设计（未做） 大齿轮采用实心打孔式结构 大齿轮的有关尺寸计算如下：轴孔直径48mm 轮毂长度

16、 与齿宽相等轮毂长度 与齿宽相等 轮毂直径 取轮缘厚度 腹板厚度 腹板中心孔直径 腹板孔直径齿轮倒角 取齿轮工作图如下图所示 七.齿轮传动参数表名称符号单位高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮中心距amm125160传动比i4.673.59模数mmm22.5压力角2020齿数z22210328100分度圆直径dmm44206670250齿顶圆直径damm4821075255齿根圆直径dfmm3920163.75243.75齿宽bmm50457570旋向左旋右旋右旋左旋材料40cr4540cr45热处理状态调质调质调质调质齿面硬度hbs280240280240 8. 轴的结构设计 1. 高速轴的

17、设计 1） 求轴i的功率 , 转速 , 转矩 , , 2）求作用在齿轮上的力 因已知高速级小齿轮的分度圆直径 则 3）初步确定轴的最小直径 按式15-2初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为40cr,调质处理 根据表15-3,取,于是得 考虑到该段有键槽，将计算值增大3%，取4） 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案。方案如下图（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1. 12要安装带轮取其长度为 ，因为12段为轴径最小端所以2. 初步选择滚动轴承。因为轴承只受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求 ，由轴类产品目录可知选用单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸为

18、因为23段和67段要安装轴承，所以 左侧轴承的左端采用轴端挡圈定位，右端采用轴肩定位。右侧轴承的左端用套筒跟齿轮一起定位，由表的 ，所以 ，在56段安装齿轮，取 ，齿轮的左端采用轴肩定位，取h=3mm故轴环宽度 ，取。右端与轴承一起采用套筒定位。3. 轴承端盖的总宽度为20mm，取端盖左端与带轮右端的距离为25mm则4. 56段安装齿轮，齿轮的轮毂宽度为40mm，为使套筒端面紧压齿轮端面故取 。取齿轮与端面的距离为15mm则 ，取齿轮1和齿轮3的距离为50mm齿轮3 的轮毂宽度为6mm则5. 轴上零件的轴向定位齿轮与轴的连接按由教材的表6-1查的圆头平键，取键长为28mm ，为了齿轮与轴配合有

19、良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为 。轴12与带轮采用圆头平键，取键长为32mm，配合为 。滚动轴承与轴的周向定位采用过度配合来保证。2.中间轴的设计 1） 求轴i的功率 , 转速 , 转矩 , , 2）求作用在齿轮上的力 因已知中间轴答齿轮的分度圆直径 则 3）初步确定轴的最小直径 按式15-2初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为40cr,调质处理 根据表15-3,取,于是得 取4）轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案。方案如下图（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度12段和78段安装轴承且为最细段，因为轴承只受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求

20、，由轴类产品目录可知选用单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为 ，所以，在安装轴承时应距离箱体内壁一段距离s，取s=8mm 。23段和67段安装齿轮，取 ，23段齿轮的轮毂宽度为60mm ， 23段齿轮的右端采用轴肩定位。，取h=3mm 则 ， ，取 。 45段齿轮的轮毂宽度为40mm，45段齿轮的左端采用轴肩定位。，取h=3mm 则 ， ，取 。45段齿轮的右端端和23段齿轮的左端用套筒与轴承一起定位，为了确保套筒压紧齿轮取 。齿轮与箱体壁之间的距离为15mm ，两齿轮之间的距离为6mm，则 ，5）轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位均采用圆头平键联接,齿轮处可以选用圆头平键,取23段键的长

21、度为50mm ，67段键长为32mm，齿轮轮毂与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位采用过度配合来保证。3.低速轴的设计 1） 求轴i的功率 , 转速 , 转矩 , , 2）求作用在齿轮上的力 因已知高速级小齿轮的分度圆直径 则 3）初步确定轴的最小直径 按式15-2初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为40cr,调质处理 根据表15-3,取,于是得 取4）轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案。方案如下图（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度12段和56段安装轴承且为最细段，因为轴承只受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求 ，由轴类产品目录可知选用单列圆锥滚子

22、轴承30209，其尺寸为 ，所以，在安装轴承时应距离箱体内壁一段距离s，取s=8mm 。56段的轴承左端采用轴肩定位，由表可知 ，所以 。且 。23段安装齿轮，取，齿轮的右端采用轴肩定位，取h=4mm 则 ， ，取 .齿轮的左端与轴承一起采用套筒定位。因为齿轮的轮毂宽度为60mm，为了保证套筒能够压紧齿轮，所以取。齿轮到箱体壁的距离为15mm，则 . ,67段安装联轴器，联轴器选择gy4型（gb/t 5843-2003）刚性联轴器（3）轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位均采用平键联接,齿轮处可以选用圆头平键,取键的长度为50mm ，齿轮轮毂与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位采用过度配合

23、来保证。九.轴的校核计算1高速轴的强度校核1）由前面选定轴的材料为45钢，调制处理，由工程材料及其成形基础表查得=70mpa2)计算弯矩右端 所以左端 画出弯矩和扭矩图（如下）取=0.6， 计算轴上最大应力值： ，而 ， ，d=36mm经计算的故高速轴安全，合格。 2 低速轴的校核 1). 低速轴的强度校核由前面选定轴的材料为45钢，调制处理，由工程材料及其成形基础表查得抗拉强度mpa2）.齿轮上受力（受力如图所示）右端 所以左端 画出弯矩和扭矩图（如下）取=0.6， 计算轴上最大应力值： ，而 ， ，d=36mm经计算的故低速轴安全，合格。3. 中间轴的校核中间轴的校核，具体方法同上，步骤略

24、，校核结果合格。10. 滚动轴承的选择及寿命校核高速轴轴承的校核（轴承30206）1. 求两轴承所受到的径向载荷由上面的计算可知高速轴右端 所以左端 所以右端的径向载荷为左端的径向载荷为 ，由题目可知轴承不受轴向力，查课程设计课本表12.4得 x=1, y=0 基本额定动载荷c=43300n , ，取得因为 ，所以按右侧轴承受力大小验算 ，所以轴承满足要求低速轴轴承的校核（轴承30209）1.求两轴承所受到的径向载荷由上面的计算可知低速轴轴承右端 所以左端 所以右端的径向载荷为左端的径向载荷为 ，由题目可知轴承不受轴向力，查课程设计课本表12.4得 x=1, y=0 基本额定动载荷c=6790

25、0n , ，取得因为 ，所以按左侧轴承受力大小验算 ，所以轴承满足要求中间轴轴承的校核（30207）中间轴上轴承得校核，具体方法同上，步骤略，校核结果轴承30207安全，合格。十一.键联接选择及校核1.键类型的选择选择45号钢，受轻微冲击。其许用挤压应力1）高速轴左端连接带轮，选择圆头平键，其尺寸为 ，长度 ，其中，d=25mm求的 所以合格右端安装齿轮，选择圆头平键，其尺寸为 ，长度 ，其中，d=36mm求的 所以合格。2） 中间轴左端安装齿轮3，选择圆头平键，其尺寸为 ，长度 ，其中，d=40mm求的 所以合格.右端安装齿轮2，选择圆头平键，其尺寸为 ，长度 ，其中，d=40mm求的 所以

26、合格.3） 低速轴左端安装齿轮4，选择圆头平键，其尺寸为 ，长度 ，其中，d=52mm求的 所以合格.十二.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，选用刚性联轴器1.减速器的出口端 选用gy4型（gb/t 5843-2003）刚性联轴器，其公称转矩为224000n.mm ，13. 减速器附件的选择名称符号尺寸机座壁厚5.5机盖壁厚5机座凸缘厚度b8.25机盖凸缘厚度b18.25机座底凸缘厚度p13.75地脚螺钉直径15.6地脚螺钉数目n4轴承旁连接螺栓直径11.7机盖与机座连接螺栓直径7.89.36连接螺栓d2的间距150200轴承端盖螺钉直径6.247.

27、8窥视孔盖螺钉直径4.686.24定位销直径d10.9212.48至外机壁距离18至凸缘边缘的距离16轴承旁凸台的半径16凸台高度h外机壁至轴承座端面距离3942内机壁至轴承座端面距离44.547.5大齿轮顶圆与内机壁距离=6.6齿轮端面与内机壁距离=5.5机盖，机座肋厚 ,4.25,4.675轴承端盖外径轴承端盖凸缘厚度e78.4轴承旁连接螺栓距离s注释：a取低速级中心距，a100mm2.附件为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选

28、择和设计。 名称规格或参数作用窥视孔视孔盖130100为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔。图中检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。材料为q235通气器通气螺塞m101减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。材料为q235轴承盖凸缘式轴承盖六角螺栓（m8）固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。图中采用的是凸缘式轴承盖，利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置。材料为ht200定位销m938为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。中采用的两个定位圆锥销，安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称布置，以免错装。材料为45号钢油面指示器