机械设计课程设计系列——兰州交通大学——二级斜齿圆柱齿轮减速器(推荐文档).docx

1、兰州交通大学尚德、励志、博学、笃行机械设计专业课程设计说 明 书设计题目：二级展开式斜齿轮减速器学生姓名：（本人签名）学生学号：20050601学院机构：机电工程学院专业班级：目录123 设计任务书1. 传动装置总图21234nIII工作机4 3z1z23z4z3222I1IIIII电动机I7 nII65n1: 齿轮 1（高速轴） 2: 齿轮 2（中速轴从动轮）3、7: 联轴器 4 ：工作机 5 ：齿轮（低速轴）6：齿轮 3（中速轴主动轮 ) 8: 电动机2.设计要求：1）选择电动机类型和规格；2）设计减速器和开式齿轮传动；3）选择联轴类型和型号；4）绘制减速器装配图和零件图；5）编写设计说明

2、书。3.已知条件1）输送机主轴功率P4 Kw ，输送机主轴转速n110 r/min；2）输送机效率 f0.96，齿轮搅油效率f0.98；3）工作情况单向转速，连续工作，工作平稳；34）机械公用输送散装物料，如砂、灰、谷物、煤粉等；5）运动要求输送机主轴转速误差不超过0.07；6）使用寿命5 年，每年 300 天，每天 8 小时；7）检修周期半年小修；两年大修；8）生产批量中批生产；9）生产厂型中小型械制造厂。4项目内容及计算说明：一、电动机的选择：1）输送机主轴效率功率： Pw7.366Kw2）输送机主轴转速： n w 110r/min3）传动装置总效率： 选 取弹性柱销联轴器效率：联 0.9

3、925刚性联轴器效率：联0.99圆柱齿轮效率：锥0.97轴承效率：承0.99滚筒效率：f0.96总效率：4 2a弹联1 刚联筒承齿0.993 0.9740.960.9720.99=0.8534）电动机输出功率：Pd7.31 Kw取 P 为 11 Kw选择电动机型号为 :Y132M-4 型 三相 异步电动机 , 同 步 转 速 n0 1500 r/min ， 异 步 转 速n 1440 r/min 。计算结果：Pw7.366 Kwnw1500 r/min弹联0.993筒 0.96承 0.98刚联0.99a 0.82Pd7.31Kw5二、分配传动比：1. 估算传动装置的总传动比：i总n1500nw

4、25602. 根据公式：i1i2in i总试分配传动比：第一级齿轮传动： i15.81第二级齿轮传动： i24.3则：i1 i24.3 5.325三、传动装置的运动和动力参数计算：1.计算各轴转速：n1n1500 r/minn2n11500258.2r/mini5.81n3n260r/mini2n4n36060 r/mini开12.计算各轴输入功率：P1Pd联 7.36660.99257.31KwP2P1柱1承j7.31 0.99250.97 7.02 KwP3P2齿 2承7.02 0.976.74 KwP4P3齿 2承 4f6.74 0.99 0.976.47i总25i15.81i24.3合

5、适！n11500r/minn2258.2 r/minn360 r/minn460 r/minP7.31 Kw1P27.02KwP36.74KwP46.47Kw62. 计算各轴输入转矩：T146.9NmT19550P17.366646.9Nmn195501500T2259.72T29550P2259.72 Nmn2T31072.46T39550P31072.46 Nmn3P4T41029.88T495501029.88 Nmn4NmNmNm将上述结果列于表中：轴转 速 n功 率 P转 矩 T号12341500 r/min7.31 Kw46.55 Nm258.72r/min7.02Kw259.72

6、 Nm60 r/min6.74Kw1072.46 Nm60r/min6.47 Kw1029.88 Nm四、传动零件的设计计算：（一）斜齿圆柱齿轮的基本参数及强度计算：1.选择齿轮的材料：HRC55小齿轮选用 40Cr 表面淬火HRC47HBS大齿轮选用 45 表面淬火许用接触应力H 由式H =H limZ NSH min确定齿轮精度等级，按P组公差 8 级vm(0.013 0.022)n3估 计齿1n1宽中点分度圆上的圆周速度 vm3.686 m/s。查表取：7小轮大端分度圆 d1 由式：d132KT1u 1 ( Z EZHZ ) 2计算：duH 齿宽系数d按齿轮相对轴承为非对称布置：小轮齿数

7、 Z1在推荐值 20 40 中选：大轮齿数 Z 2Z2iZ15.81 21 122齿数比 uuZ2 /Z15.81传动比误差u / uu / u 在4% 范围内，小轮转矩 T1载荷系数 KKK AK VKK使用系数 K A查表得：动载荷系数 K V查得：齿向载荷分布系数 K齿间载荷分布系数 K由推荐值 1.0 1.2载荷系数 K 的初值 K tK tK AK VKK11.21.1弹性系数 Z E查表得：节点影响系数 Z H查表得：许用接触应力 H H H lim ZN / SH min接触疲劳极限H lim接触寿命系数 Z N应力循环次数 N 由式：N 160 n1 jL h609701(5

8、350 8)N 2N 1 / u8.148108 / 1.4则：查表得 Z N1， Z N2 （不允许有点蚀）硬化系数 ZW查表得：接触安全系数SH查表得：则：H 1 7001 / 1H 2 5001.05 /1d =0.4Z121Z2122合适！T1207.29605 NmK A1K V1.2K 1.1 K =1.1K t1.71Z E189.8 N mm2Z H2.52H lim 1700 N/mm2H lim 2550 N/mmN 18.148108N 25.8210 8Z N 11Z N 21.05ZW1SH min1H1 2700 N/mmH 2 2577 .5 N/mm8故：d1

9、的值为：d1t 321.452 49233.07(189.8 2 2.50.87 ) 2 1.4 10.8577.51.4齿轮模数 mmd1 / Z11.23圆整：小轮分度圆直径 d1 为：d1m Z13 2163大轮分度圆直径 d 2d2m Z23 122366m(Z1Z2 )标准中心矩： a2202齿宽 bd d1 88大轮齿宽 b2b小轮齿宽 b1b2(5 10)3.齿根弯曲疲劳强度校核计算：由式 F2KT1 YF aYS a Y F bd 1m齿形系数 YF a查表得：小轮 YF a1大轮 YF a2应力修正系数 YS a查表得 :小轮 YS a1大轮 YS a 2重合度系数 Y由式许

10、用弯曲应力 F FF limYN Yx弯曲疲劳极限应力SFF lim查表得：弯曲寿命系数 YN查表得：尺寸系数 Yx查表得：安全系数 SF查表得：d185.55mmm3dt63 mmd2366 mma 220b 90 mmb290 mmb195mmYF a12.72YF a 22.15YS a11.52YS a 21.812F lim1280N/mm9则： F 1 F lim1YN1Yx1 / SF373.3F 2 F lim 2YN 2Yx 2 / SF426.67所以：F 1 F1F 2F24.齿轮的其他基本几何参数与结构图模数 m齿数 Z1，Z2压力角*齿顶高系数ha传动比 i2F li

11、m 2320N/mmYN1YN 21Y x1SF1.5F 1 2373.3 N/mmF 2 426.672N/mm齿根弯曲强度足够分度圆直径d齿顶高ha齿根高h f齿全高h齿顶圆直径da齿根圆直径d f基圆直径db齿距p齿厚、槽宽s , e顶隙 c中心距ahaha*mhf(h*c* )mahhahfda 1d12hada 2d22had f 1d12h fd f 2d 22hfdbd cospmsep / 2cc* mm3Z121， Z2122200ha*1c*0.25i5.81d163 mmd2366 mmha3 mm齿宽b（二） 直齿圆柱齿轮的基本参数及强度计算：hf3.75 mm101.

12、选择齿轮的材料：查表：小齿轮选用 40Cr 调质小齿轮选用45调质2.按齿面接触疲劳强度设计计算：确定齿轮精度等级，按vt(0.013 0.022) n23 P，n1估取圆周速度 vt4 m/s。查表取：小轮大端分度圆直径d1 由式：d12KT1u1ZE ZHZ2计算：3(H )du齿宽系数d按齿轮相对轴承非对称布置，取：小轮齿数 Z1在推荐值20 40 中选：大轮齿数 Z 2Z 2i Z14.323 99齿数比 uuZ2 /Z160/254.3传动比误差u / uu / u 误差在4% 范围内：小轮转矩 T1载荷系数 KKK AK VKK使用系数 K A查表得：动载荷系数 K V 值查得：齿

13、向载荷分布系数 K查表：齿向载荷分布系数 K由0 及式1.883.2( 11 ) cosZ1Z 21.88 3.2( 11 ) 1.69867 取：2560载荷系数 K 的初值 K tK t1 1.21.1 1.1弹性系数 Z E查表得：节点影响系数 Z H（0, x1x20)查表得：h6.75mmda169 mmda 2372 mmd f 155.5 mmd f 2362.25mmdb1217.8mmdb2343.92 mmse4.7125 mmc0.75 mma220 mmb190 mmb295 mmHBS1220HBSHBS2260HBS组公差 8 级11重合度系数 Z（0 ）查表得：许

14、用接触应力 H H H lim ZN ZW / SH接触疲劳极限应力H lim应力循环次数N 160 njL h60692.85714 1(5 350 8)N 2N1 / u 5.82108 / 2.4则：查表得接触寿命系数 Z N 1 Z N 2 （不允许有点蚀） :硬化系数 ZW查表得：接触强度安全系数 SH按一般可靠度查 SH min1.0 1.1取：H 1 70011/ 1H 2 5501.05 1/ 1故： d1 的值为：齿轮模数 mmd1t / Z1122.1199 / 254.8848 mm圆整：小轮分度圆直径的值为：d1m Z132369d 0.8Z123Z299u2.4合适！

15、T164866 .13 NmmK A1K V1.2K 1.1 K 1.1大轮分度圆直径d2K t1.452d2 m Z2 4 99 396Z E189.8 N / mm 2Z H2.5中心距 aam(Z1Z2 )3( 2560)22Z0.87齿宽 bdd1 t min0.8 55.478 44.3824 mm大轮齿宽 b2b小轮齿宽 b1b2(5 10)3.齿根弯曲疲劳强度校核计算：H lim1 H lim25502N/mm7002N/mm由式N 15.82108N 22.42510812F2KT1 YF aYS a Y F bd1 m齿形系数 YF a查表得：小轮 YF a1大轮 YF a2

16、应力修正系数 YS a查表得 :小轮YS a1大轮YS a 2许用弯曲应力 F F F lim YN YxSF弯曲疲劳极限应力F lim查表得：弯曲寿命系数 YN查表得：尺寸系数 Yx查表得：安全系数 SF查表得：则： F 1 F lim 1YN 1Yx1 / SF54011/ 1.4F 2 F lim 2YN 2Yx2 / SF42011/ 1.4所以：F 1F1 F2 F14.齿轮的其他基本几何参数与结构图1）基本几何尺寸计算：模数 m齿数 Z1，Z2压力角齿顶高系数ha*顶隙系数cZ N11， ZN 21.05ZW1SH1 H 1913N/mm 22H 2666.67N/mmm4d192

17、 mmd 2180 mma 127.5 mmb 100 mmb2100 mmb1105 mmYF a12.69YF a 22.1813分度圆直径 d齿顶高 hahah*ma齿根高 h fhf(ha*c* )m齿全高 hhhahf齿顶圆直径 dada 1d12hada 2d22ha齿根圆直径d fd f 1d12h fd f 2d 2 2hf基圆直径dbdbd cos齿距 ppm齿厚、槽宽 s , esep / 2基圆齿距pbpbp cos法向齿距pnpnpb顶隙 ccc*m中心距a齿宽b五、轴的结构设计及强度计算：（一）输入轴的结构设计和强度计算：1.计算作用在齿轮上的力：转矩： T1 9.5

18、5106 P1n1圆周力：249233.1Ft2T1 / d150径向力：FrFt tan2.初步估算轴的直径：选取 45 号钢作为轴的材料，调质处理5402F lim 1N/mm4202F lim 2N/mmYN1YN2 1Y x1SF1.42齿根弯曲强度足够m4Z 123Z 299200ha*1c*0.25i4.3d192mmd2396 mmha4mm14根据公式 d A3 P1计算轴的最小直径，并加大hf5mmn1h9mm3%以考虑键槽的影响。da1100 m查表取 A=112da 2404 mm则： dmin 20 mm3.轴的结构设计：d f 182 mm（1）确定轴的结构方案：d

19、f 2386 mm该轴（输入轴）的轴承分别从两端装入，由挡油盘定db186.4 mm位。db2371.8 mmp12.56 mmse4.7125 mmpb8.8566 mmpn8.8566 mm轴段主要用于安装联轴器， 其直径应于联轴器的孔径相配合，因此要先选择联轴器。联轴器的计算转矩为Tca K A T1 ，根据工作情况选取 K A1.5 ，则：Tca69.825Nm。根据工作要求选用弹性柱销联轴器，型号为 HL3,许用转矩T 630Nm。与输入轴联接的半联轴器孔径d120 mm，因此选取轴段 的直 径为 d120 mm 。 半 联轴器 轮 毂总长 度L 52 mm ，（ J 型轴 孔），与

20、轴配合的轮毂孔长 度为L138 mm。（2）确定各轴段的直径和长度：轴段 :为配合轴颈，按半联轴器孔径，选取轴段直径为 d1 20 mm。为保证定位要求，轴段的长度应比半联轴器配合段轮毂孔长度（ mm）略短 2 3 mm；半联轴器右端用套筒轴向定位， 其长度为扳手的有效活动距离c 0.75mm a 250 mmb1100 mmb2105 mm15和输入轴轴承盖长度之和。 此处取为45mm。所以，轴段总长为 L171 。轴段 :为支撑轴颈，用来安装轴承。预选轴承型号为 6208 深沟球轴承。宽度 B 14 mm。所以轴段直径应为轴承内圈直径 d2 24 mm；为保证轴承的轴向定位用挡油盘定位，长

21、度为 24 mm，轴段长度应比轴承宽度短1 2 mm，确定其长度为 L45 mm。轴段：此轴段为连接轴身， 为了保证定位轴肩有一定的高度和轴承有足够的支撑跨距其直径和长度确定为：d334 mm， L74 mm轴段：为齿轮轴的齿轮部分，其分度圆的直径为d=63mm,因此其尺寸 L=75mm。轴段：也是支撑轴颈，其直径应为 d5 40 mm，为保证轴承的轴向定位用挡油盘定位，长度为 32mm， 即长度为 L 55mm。4.绘制轴的弯矩图和扭矩图：（1）求反力H 水平面Ft 178.5984.466278.5NRH178.5143.5348.111143.578.5Ft 1 143.5984.466

22、2143.5NRH 278.5143.5636.35542143.578.5V 垂直面Fr178.5358.316478.5RV 178.5143.578.5143.516126.702 NFr1143.5358.316478.5RV 278.5143.578.5143.5231.614 N（2）求齿宽中点出的弯矩T146.55 NmmH 水平面M H 143.5RH 1143.5348.11149953.9285 NmmV 垂直面Ft1984.4662 NM V 143.5RV 1143.5126.70218181.737 Nmm合成弯矩 MMMH2M V249953.9285218181.

23、7372扭矩 TTT10.649233.129539 .86Nmm当量弯矩 M caM caM 2T 2504236.3852123082.7042弯矩图和扭矩图：dmin20 mmTca69.825 Nmd120 mmL52 mm17Rh1d120 mmFFr1t1Rv1Rv2Rh284143.578.5Rh1Ft1水平面Rh249953.9285Rv1Fr 1垂直面Rv218181.737L172 mm53159.8583合成29539.8624 mm扭矩d2当量弯矩60815.901445 mm29539.86Ld334 mm5.校核轴的强度：L74 mm查表得b640 N/mm 2 ,

24、材料的许用应力即 1 b 60N/mm 2 ,轴的计算应力为：M ca d463 mmcaWL75 mm（二）中间轴的结构设计：d 540 mm1.计算作用在齿轮上的力：18转矩： T2259.72 NmL55 mm大齿轮上受到的力与小齿轮上的力护卫相反力，则：轴向力：Ft 1Ft 2984.4662 N径向力：Fr 2Fr1358.3164 N2.初步估算轴的直径：选取 45 号钢作为轴的材料，调质处理根据公式 dA3P1计算轴的最小直径，并加大n13%以考虑键槽的影响。查表取 A=115则： dmin 34.69mm3.轴的结构设计：确定轴的结构方案：该轴（中间轴）左端齿轮轴，大圆柱齿轮从

25、右端装入，然后分别自两端装入挡油板和轴承。结构如图：RH 1348.111 NRH 2636.3554NRV 1126.702NRV 2231.614NM H49953.93 NmmM V18181 .737 NmmM53159.8583NmmT29539.86 NmmM ca519041.1 Nmm19（ 2）确定各轴段的直径和长度：轴段：为支撑轴颈， 预选轴承型号为 207 深沟球轴 满足要求！承。其内圈直径 d 35 mm，宽度 B 17 mm。挡油板宽度为 32mm，所以，确定轴段直径为 d1 40 mm，长度为 L 54 mm。轴段：为齿轮轴部分，长度为L105 mm。轴段20的直径

26、为 d292 mm。轴段：为联接轴身。 用于保证轴承的支撑跨距和轴上零件的轴向定位。所以，确定轴段直径为 d378.5 mm， Ft 2984.4662N长度为 L 18 mm。Fr 2358.3164N轴段：用于安装大圆柱齿轮，已知轮毂孔直径为d 140 mm，长度为 L 69 mm。同样为了保证定位精度，取轴段长度为 L 99 mm。轴段：为支撑轴颈，结构尺寸与轴段完全相同。4.绘制轴的弯矩图和扭矩图：（1）求反力H 水平面Ft 377.5 79 Ft 279NRH 36677.5793155.145Ft 26677.5Ft 366NRH 26677.579843.11V 垂直面Fr 37

27、7.579Fr 279NRV 36677.5791148.393Fr 26677.5Fr 366RV 26677.579306.865 N（2）求齿宽中点出的弯矩H 水平面M H166 RH3208239 NmmM H 279 RH266605 .69 Nmm21V 垂直面M V166RV 375793.938 NmmM V 279RV 224242.335 Nmm合成弯矩 MM 1M H21M V21M 2M H2M V2dmin 34.69 mm22扭矩 TTT20.664866.1338919.678Nmm当量弯矩 M caM ca1M 12T 2M ca 2M 22T 2弯矩图和扭矩图

28、22Ft3RV3Rh366Ft3水平面Rh3208239.57Fr3垂直面RV375793.938221604.24合成Fr3Rh2Rv2Fr2Ft277.579Rh2Ft266605.69Rv2Fr224242.33570880.242338919.678扭矩224995.96d140 mm当量弯矩80862.54L54mm5.校核轴的强度：L105 mm查表得b 640 N/mm 2 ,材料的许用应力即 1 b 60 d292 mmN/mm 2 ,轴的计算应力为：23ca（三）输出轴的结构设计：1.计算作用在齿轮上的力：转矩： T39.55 106 P1n1圆周力：Ft 4Ft 34982

29、.76 N径向力：Fr 4Fr 31813.575 N2 .初步估算轴的直径：选取 45 号钢作为轴的材料，调质处理根据公式 dA 3 P1 n1 计算轴的最小直径，并加大3%以考虑键槽的影响。查表取 A=112则： dmin55mmd378.5 mmL18 mmd 4140 mmL99 mmRH 33155.145 NRH 2843 .11 N2.轴的结构设计：（1）确定轴的结构方案：RV 31148.393N该轴（输出轴）左端先后装入大圆柱齿轮、挡油板、轴承、轴承套，右端先装入挡油板、轴承。联轴器将在传动系统装配时安装，减速器装配过程中不应装配。RV 2306.865N结构如图：轴段：用于

30、安装联轴器，与联轴器配合的长度为M H 1208239 Nmm82mm,直径为 d38 mm，轴套长度为 45mm。因此，确定轴段直径为 d138 mm，长度为 L 128mmM H 266605.69 NmmM V 175793.94 NmmM v 224242.3 Nmm24轴段：为支撑轴颈，预选轴承型号为6208 深沟球轴承。其内圈直径 d 40 mm，宽度 B 18 mm。挡油板长 M 1221604.24 NmmM 270880 .54 NmmT38919.678 NmmMMmca1ca 2224.996 Nm80862.54 Nm度为 34mm，所以，确定轴段直径为 d 2 40 mm，长度为 L 18 34 52 mm。轴段：用于安装大圆柱齿轮，其轮毂孔直径为 d 180 mm,长度为 L 45 mm。轴段：为联接轴身。 综合考虑轴承的支撑跨距和轴身的力学性能 ,确定其直径 d460 mm,长度 L99