青岛理工大学琴岛学院机械设计说明书

1、机械设计课程设计说明书青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：带式输送机传动装置设计系 部：机电工程系专业班级：机械设计制造及其自动化115班学 号：20110201174学 生：韩加双指导老师：李明涛青岛理工大学琴岛学院教务处2014年7月2日5机械设计课程设计评阅书题目展开式二级圆柱齿轮减速器学生姓名韩加双学号20110201174指导教师评语及成绩 指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩 答辩教师签名 年 月 日教研室意见总成绩 ： 室主任签名： 年 月 日 机械设计课程设计说明书摘 要 机械设计综合课程设计在机械工程学科中占有重要地位，它是理论应用于实际的重要实践环节。本课程设计

2、培养了我们机械设计中的总体设计能力，将机械设计系列课程设计中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合进行综合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。此外，它还培养了我们机械系统创新设计的能力，增强了机械构思设计和创新设计。本课程设计的设计任务是展开式二级圆柱齿轮减速器的设计。减速器是一种将由电动机输出的高转速降至要求的转速比较典型的机械装置，可以广泛地应用于矿山、冶金、石油、化工、起重运输、纺织印染、制药、造船、机械、环保及食品轻工等领域。本次设计综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固

3、、加深和扩展；学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；提高我们在计算、制图、运用设计资料（手册、 图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能，同时给了我们练习电脑绘图的机会。 最后借此机会，对本次课程设计的李明涛老师以及参与校对、帮助的同学表示衷心的感谢。由于缺乏经验、水平有限，设计中难免有不妥之处，恳请各位老师及同学提出宝贵意见。关键词：带式传送，直齿软齿面，两级减速器，校核设计I目 录摘 要I1 设计任务11.1 设计题目11.2 工作条件11.3 原始技术数据11.4 设计工作量12 传动系统方案

4、的拟定22.1选择电动机22.2 传动比分配32.3 运动和动力参数计算33齿轮传动的设计53.1 高速机齿轮传动设计计算53.2 低速级齿轮传动设计104 传动轴的设计164.1高速轴的轴系结构设计164.2 中间轴的轴系结构设计174.3 低速轴的轴系结构设计185 各轴键、键槽的选择及其校核226 箱体结构分析237 联轴器的选择计算257.1高速轴输入端联轴器的选择257.2低速轴输入端联轴器的选择258 润滑方式269 减速器附件27总 结28参考文献29机械设计课程设计说明书1设计任务1.1设计题目用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简图如下图1-1所示。图 1-1

5、传动装置简图1.2 工作条件带式输送机连续单向运转，载荷变化不大，空载启动，输送带速度允许速度误差为室内工作，有粉尘，两班制工作，使用期限为10年，大修期3年，在中小型机械厂小批量生产。1.3 原始技术数据表1.1 原始技术数据工作机轴圆周力矩T(N/m)950运输带工作速度m/s 1.35滚筒直径 D/mm 3901.4 设计工作量（1）减速器装配图一张；（0号图纸）（2）零件工作图二张（大齿轮，输出轴，3号图纸）；（3）设计说明书、报告各一份。2传动系统方案的拟定2.1选择电动机按工作要求选用Y系列（IP44）全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。该电动机的工作条

6、件为：环境温度-15- +40，相对湿度不超过90%，电压380V，频率50HZ。1、选择电动机容量电动机所需工作功率（kW）为 工作机所需功率（kW）为 传动装置的总效率为按机械课程设计手册表2-4确定各部分效率为:滚动轴承效率，闭式齿轮传动效率，联轴器效率，卷筒效率，代入得所需电动机功率为因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可由机械课程设计手册表20-1，Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为7.5KW。2、确定电动机转速 卷筒轴工作转速通常，二级圆柱齿轮减速器为，故电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有750 r/min,1500r/min和3000r/min,其中减速器以15

7、00r/min和1000r/min的优先，所以现以这两种方案进行比较。由机械课程设计手册第二十章相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表2.2表2.1 额定功率为时电动机选择对总体方案的影响方案电动机型号额定功率/kW同步转速/满载转速/(r/min)电动机质量/kg总传动比1Y132M-475144081222Y160 M -67.597011914.7表2中，方案1与方案2相比较，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及总传动比，为使传动装置结构紧凑，兼顾考虑电动机的重量和价格，选择方案1，即所选电动机型号为Y160M-6。2.2 传动比分配1、总传动比2、分配传动装置各级传动比 减

8、速器的传动比 为14.7,对于两级卧式展开式圆柱齿轮减速器的，为了分配均匀取，计算得两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比，低速级的传动比。2.3 运动和动力参数计算（1） 0轴（电动机轴）：（2） 1轴（高速轴）：（3） 2轴（中间轴）：（4） 3轴（低速轴）：（5） 4轴（卷筒轴）：3.齿轮传动的设计3.1高速机齿轮传动设计计算1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。压力角取2）运输机为一般工作，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。3) 材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的小齿轮材料为40Cr，大齿轮材

9、料为45钢，热处理为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为240HBS,280HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取。2、按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 (1)确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数2) 由以上计算得小齿轮的转矩3) 查表及其图选取齿宽系数，材料的弹性影响系数，按齿面硬度的小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。4) 计算应力循环次数5) 按接触疲劳寿命系数 6) 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1，安全系数S=1由 得（2） 计算： 1) 带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为2) 圆周速度： 3) 计算齿

10、宽： 4) 计算齿宽与齿高比： 模数: 齿高: 5) 计算载荷系数： 根据 ,7级精度，查得 动载系数 , 对于直齿轮 ,查得使用系数 用插值法查得7级精度小齿轮非称布置时， 由， 可查得 故载荷系数 6) 按实际载荷系数校正分度圆直径： 7） 计算模数： 3按齿根弯曲强度计算： 弯曲强度设计公式为(1)确定公式内的各计算数值1)查图得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限;2)查图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K.5) 查取齿形系数. 查表得 6) 查取应力校正系数.查表得 7) 计算大、小齿轮的并加以比较. 大齿轮

11、的数值大.(2)设计计算 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小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(即模数与齿数的成积)有关,可取圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数， 大齿轮齿数 . 这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。4. 几何尺寸计算（1） 分度圆直径： （2）中心距： （3）齿轮宽度： 取 5强度校核1)齿面接触疲劳强度校核:齿面接触疲劳强度满足要求，并且齿面接触力比标准齿轮有所下降。2) 齿根弯曲疲劳

12、强度校核: 齿根弯曲疲劳强度满足要求3) 主要设计结论表3.1 高速级齿轮传动的几何尺寸名称计算公式结果模数2法面压力角分度圆直径62268齿顶圆直径66272齿根圆直径57263中心距165齿宽65703.2 低速级齿轮传动设计1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。压力角取2）运输机为一般工作，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。3) 材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的小齿轮材料为40Cr，大齿轮材料为45钢，热处理为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为240HBS,280HBS，二者材料硬度差

13、为40HBS。4）选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取。2 按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 (1)确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数2）由以上计算得小齿轮的转矩3）查表及其图选取齿宽系数，材料的弹性影响系数，按齿面硬度的小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。4)计算应力循环次数5) 按接触疲劳寿命系数 6） 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1，安全系数S=1由 得（2） 计算：1) 带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为2) 圆周速度： 3) 计算齿宽： 4) 计算齿宽与齿高比： 模数: 齿高: 5) 计算载荷系数： 根据 ,7级精度，查得 动载系数 ，

14、对于直齿轮 .2 ，查得使用系数 ，用插值法查得7级精度小齿轮非对称布置时， ， 由b/h=10.8， 可查得 故载荷系数 6) 按实际载荷系数校正分度圆直径： 7） 计算模数： 3按齿根弯曲强度计算：弯曲强度设计公式为(1)确定公式内的各计算数值1) 查图得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限;2) 查图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K.5) 查取齿形系数. 查表得 6) 查取应力校正系数.查表得 7) 计算大、小齿轮的并加以比较. 大齿轮的数值大.(2) 设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿

15、根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小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(即模数与齿数的成积)有关,可取圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数大齿轮齿数 . 这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.4. 几何尺寸计算（1） 分度圆直径： （2）中心距： （3）齿轮宽度： 取 5强度校核 1) 齿面接触疲劳强度校核齿面接触疲劳强度满足要求，并且齿面接触力比标准齿轮有所下降。 2) 齿根弯曲疲劳强度校核 齿根弯曲疲劳强度满足要求 3) 主要设计结论表3.2 高速级齿轮传

16、动的几何尺寸名称计算公式结果模数25法面压力角分度圆直径95327.5齿顶圆直径100332.5齿根圆直径88.75321.25中心距211.25齿宽100954 传动轴的设计4.1高速轴的轴系结构设计1、轴的结构尺寸设计 根据结构及使用要求,把该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分七段。 由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为45钢,热处理为调制处理, 材料系数为115。所以,有该轴的最小轴径为: 考虑到该段开键槽的影响,轴径增大6%,于是有: 标准化取为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩，考虑到转矩变化很小，查表取=1

17、.3，则：，按照计算转矩Tca应小于联轴器公称直径的条件，查标准GB/T5014-2003或手册，选用HL5弹性注销联轴器。半联轴器的孔径mm,长度L=82mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度。其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:表4.1 高速轴结构尺寸设计阶梯轴段设计计算依据和过程计算结果第1段(考虑键槽影响)25第2段55第3段由轴承尺寸确定(轴承预选6207 )3541第4段4088第5段5010第6段45117.5第7段35172、轴的受力分析及计算4.2 中间轴的轴系结构设计1、轴的结构尺寸设计由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为合金钢,热处理为

18、调制处理,取材料系数 所以,有该轴的最小轴径为: 因键槽开在中间，其影响不预考虑，标准化取其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:表4.2 中间轴结构尺寸设计阶梯轴段设计计算依据和过程计算结果第1段由轴承尺寸确定(轴承预选6208 )4018第2段4725第3段75101第4段805第5段 5061第6段 47 22.5第7段402、轴的受力分析及计算4.3 低速轴的轴系结构设计1、轴的结构尺寸设计考虑到低速轴的载荷较大，材料选用45,热处理调质处理,取材料系数 所以,有该轴的最小轴径为: 考虑到该段开键槽的影响,轴径增大6%,于是有: 标准化取联轴器的计算转矩，考虑到转矩变化很大，查表

19、取=1.3，则：，按照计算转矩Tca应小于联轴器公称直径的条件，查标准GB/T5014-2003或手册，选用HL5弹性注销联轴器。半联轴器的孔径mm,长度L=142mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度。 其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:表4.3 低速轴结构尺寸设计阶梯轴段设计计算依据和过程计算结果第1段(考虑键槽影响)(由联轴器宽度尺寸确定)56105第2段6655第3段 (轴承预选6214C )7053第4段7591第5段8912第6段8285.5第7段70242、轴的受力分析及计算轴的受力模型简化(见图1)及受力计算L2=58 L3=156.5图4-1由中间轴的受力分析知：图4-

20、23、轴的强度校核经分析知C、D两处为可能的危险截面， 现来校核这两处的强度：（1）合成弯矩（2）扭矩T图（3）当量弯矩（4）校核由手册查材料45的强度参数C截面当量弯曲应力：由计算结果可见C截面安全。5 各轴键、键槽的选择及其校核因减速器中的键联结均为静联结,因此只需进行挤压应力的校核.1、高速级键的选择及校核:联轴器处键: 按照联轴器处的轴径及轴长选 键B87，键长50，GB/T1096联结处的材料分别为: 45钢(键) 、40Cr(轴)2、中间级键的选择及校核:高速级大齿轮处键:按照轮毂处的轴径及轴长选 键B128，键长70，GB/T1096联结处的材料分别为: 20Cr (轮毂) 、4

21、5钢(键) 、20Cr(轴)此时, 键联结合格.3、低速级级键的选择及校核低速级大齿轮处键:按照轮毂处的轴径及轴长选 键B2214，键长70，GB/T1096，联结处的材料分别为: 20Cr (轮毂) 、45钢(键) 、45(轴)，其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其该键联结合格4、联轴器处键: 按照联轴器处的轴径及轴长选 键1610,键长80,GB/T1096联结处的材料分别为: 45钢 (联轴器) 、45钢(键) 、45(轴)其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其该键联结合格.6 箱体结构分析根据箱体的支撑强度和铸造、加工工艺要求及其内部传动零件、外部附件的空

22、间位置确定二级齿轮减速器箱体的相关尺寸如下：（表中a=225）表6.1 箱体结构尺寸名称符号设计依据设计结果箱座壁厚0.025a+3=8.98考虑铸造工艺，所有壁厚都不应小于8箱盖壁厚0.02a+388箱座凸缘厚度b1.512箱盖凸缘厚度b1.5112箱座底凸缘厚度b2.520地脚螺栓直径d0.036a+1218.2地脚螺栓数目na250时，n=44轴承旁联结螺栓直径d0.75df14箱盖与箱座联接螺栓直径d(0.50.6)df10轴承端盖螺钉直径和数目d，n(0.40.5)df,n8,4窥视孔盖螺钉直径d(0.30.4)df6定位销直径d(0.70.8) d 28轴承旁凸台半径Rc216凸台

23、高度h根据位置及轴承座外径确定，以便于扳手操作为准34外箱壁至轴承座端面距离lc1+c2+ (510)42大齿轮顶圆距内壁距离11.215齿轮端面与内壁距离210箱盖、箱座肋厚m1 , mm10.851 =7.565， m0.85=6.87,7轴承端盖凸缘厚度t(11.2) d9轴承端盖外径D2D+(55.5) d,(D是轴承外径) 150螺栓扳手空间与凸缘厚度安装螺栓直径dxM8M10M12M14至外箱壁距离c1min13161820至凸缘边距离C2min11141618沉头座直径D20242630表6.2 减速器零件的位置尺寸代号名称荐用值代号名称荐用值1大齿轮顶圆距内壁距离 157箱底至

24、箱底内壁的距离202齿轮端面与内壁距离 10H减速器的中心高2253轴承端面与内壁距离5L箱体内壁至轴承座孔端面的距离594旋转零件间轴向距离15e轴承端盖凸缘的厚度105齿轮顶圆至箱体内壁得距离106大齿轮齿顶圆至箱底内壁的距离50 7 联轴器的选择计算7.1高速轴输入端联轴器的选择高速级的转速较高，选用有缓冲功能的弹性套柱销联轴器。由表6.5查出载荷系数K=1.5，则计算转矩 工作转速 轴径，电动机 查表6.9选用联轴器为：合乎上述工作要求。7.2低速轴输入端联轴器的选择低速级同样选用有缓冲功能的弹性套柱销联轴器计算转矩 工作转速 轴径 查表6.9选用联轴器为：8 润滑方式 由于所设计的减

25、速器齿轮圆周速度较小，低于2m/s，故齿轮的润滑方式选用油润滑，轴承的润滑方式选用脂润滑。考虑到减速器的工作载荷不是太大，故润滑油选用中负荷工业齿轮油（GB59031986），牌号选68号。润滑油在油池中的深度保持在6880mm之间。轴承的润滑脂选用合成锂基润滑脂（SY14131980）。牌号为ZL2H。 由于轴承选用了脂润滑，故要防止齿轮的润滑油进入轴承将润滑脂稀释，也要防止润滑脂流如油池中将润滑油污染。所以要轴承与集体内壁之间设置挡油环。9 减速器附件1、窥视孔及窥视孔盖：由于受集体内壁间距的限制，窥视孔的大小选择为长99mm，宽55mm。盖板尺寸选择为长115mm，宽90mm。盖板周围分

26、布4个M8的全螺纹螺栓。由于要防止污物进入机体和润滑油飞溅出来，因此盖板下应加防渗漏的垫片。考虑到溅油量不大，故选用石棉橡胶纸材质的纸封油圈即可。考虑到盖板的铸造加工工艺性，故选择带有凸台的铸铁盖板。2、通气器：为防止由于机体密封而引起的机体内气压增大，导致润滑油从缝隙及密封处向外渗漏，使密封失灵。故在窥视孔盖凸台上加安通气装置。由于减速器工作在情节的室内环境中，故选用结构简单的通气螺塞即可，其规格为M27×1.5。3、放油孔及放油螺塞：为了能在换油时将油池中的污油排出，清理油池，应在机座底部油池最低处开设放油孔。为了能达到迅速放油地效果，选择放油螺塞规格为M20×1.5。

27、考虑到其位于油池最底部，要求密封效果好，故密封圈选用材质为工业用革的皮封油圈。4、油面指示器：为了能随时监测油池中的油面高度，以确定齿轮是否处于正常的润滑状态，故需设置油面指示器。在本减速器中选用杆式油标尺，放置于机座侧壁，油标尺型号选择为M20。5、吊耳和吊钩：为了方便装拆与搬运，在机盖上设置吊耳，在机座上设置吊钩。吊耳用于打开机盖，而吊钩用于搬运整个减速器。考虑到起吊用的钢丝直径，吊耳和吊钩的直径都取17.4mm。6、定位销：本减速器机体为剖分式，为了保证轴承座孔的加工和装配精度，在机盖和机座用螺栓联接后，在镗孔之前，在机盖与机座的连接凸缘上应装配定位销。定位销采用圆锥销，安置在机体纵向两侧的联接凸缘得结合面上，呈非对称布置。圆锥销型号选用GB117-86 A8×35。7、起盖螺钉：在机盖与机座联接凸缘的结合面上，为了提高密封性能，常涂有水玻璃或密封胶。因此联接结合较紧，不易分开。为了便于拆下机