二级直齿圆柱齿轮减速器机械设计课程设计

1、 课程设计题目4：带式运输机传动装置1、运动简图：（由设计者选择方案作出）2、已知条件：1、工作情况：连续单向运转,载荷较平稳；2、工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度35°C；3、滚筒效率：j=0.96（包括滚筒与轴承的效率损失）；4、动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；5、检修间隔期：4年1次大修，2年1次中修，半年1次小修；6、制造条件及生产批量：一般机械厂生产制造，小批量；7、允许运输带工作速度误差为±5%。3原始数据：题号参数31323334353637383940运输带工作拉力F（kN）3.03.54.04.55.05.56.06.57.07.5运

2、输带工作速度v （m/s）1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0滚筒直径D（mm）400400400450400500450400450450每日工作时数T（h）888881616161616使用折旧期（y）88888888884、设计工作量：1、减速器装配图1张（A0或A1）；2、零件工作图13张；3、设计说明书1份。一 课程设计任务书运动简图：1电动机，2弹性联轴器，3两级圆柱齿轮减速器，4高速级齿轮，5低速级齿轮 6刚性联轴器 7卷筒2、已知条件：1、工作情况：连续单向运转,载荷较平稳；2、工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度35°C；3、滚筒效率：j=

3、0.96（包括滚筒与轴承的效率损失）；4、动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；5、检修间隔期：4年1次大修，2年1次中修，半年1次小修；6、制造条件及生产批量：一般机械厂生产制造，小批量；7、允许运输带工作速度误差为±5%。3原始数据：题号参数31323334353637383940运输带工作拉力F（kN）3.03.54.04.55.05.56.06.57.07.5运输带工作速度v （m/s）1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0滚筒直径D（mm）400400400450400500450400450450每日工作时数T（h）888881616161

4、616使用折旧期（y）88888888881电动机，2弹性联轴器，3两级圆柱齿轮减速器，4高速级齿轮，5低速级齿轮 6刚性联轴器 7卷筒电动机选择，传动系统运动和动力参数计算1、 电动机的选择1.确定电动机类型按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。1） .选择电动机的容量电动机所需工作功率按公式（1），即，由公式（2），即，因此，由电动机至运输带的总效率为，式中，分别代表卷筒，深沟球滚动轴承，七级精度的一般齿轮，弹性联轴器，齿式联轴器的传动效率。由机械设计课程设计手册表1-7知，所以，电动机所需的工作功率为2） .确定电动机转速卷筒工作转速为按机械设计课程设计指导书表一推荐的传动比合

5、理范围，二级展开式圆柱齿轮减速器传动比，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、1000、1500r/min.。根据容量和转速，由机械设计课程设计手册查出有三种适合的电动机型号，因此有三种方案，如表所示。方案电动机型号额定功率/kw满载转速（r/min）堵转转矩最大转矩质量/kg序号额定转矩额定转矩1Y132S-45.514402.22.3682Y132M2-65.59602.02.0843Y160M2-85.57202.02.0119综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量等因素，可见第1方案比较适合。所以，选择电动机型号为Y132S-4，其主要性能为：型号额定功率满载转速（r

6、/min）堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量/kgY132S-45.514402.22.368电动机的主要外形和安装尺寸列于下表：中心高H外形尺寸L*(AC/2+AD)*HD底脚安装尺寸A*B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D*E装键部位尺寸F*GD132475*345*315216*1401238*8010*3. 确定传动装置的总传动比并分配传动比（1） 总传动比（2） .分配传动比考虑润滑等条件的影响，取，（根据机械设计课程设计手册p196查得）所以计算求得，4. 计算传动装置的运动和动力参数 该传动装置从电动机到工作机共有三轴，依次为1,2,3轴。.1） 各轴转速：1轴：2轴：3轴：卷筒轴

7、：2） 各轴的输入功率1轴：2轴：3轴：卷筒轴：3） 各轴的输入转矩为电动机的输入转矩为：1轴：2轴：3轴：卷筒轴：运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名功率P/kw转矩T/(N·mm)转速n/(r/min)传动比效率I轴4.7414405.930.97II轴4.60242.834.240.97III轴4.4757.310.98卷筒轴4.3857.3 4传动零件的设计计算一、渐开线斜齿圆柱齿轮设计（一）高速级直齿圆柱齿轮设计计算表项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查机械设计课程设计手册 表1-7传输机为一般工作机速度不高级72材料选择查机械设计P13

8、2 表6.1小齿轮40Cr(调质)大齿轮45钢(调质)小齿轮280HBS,大齿轮240HBS3选择齿数ZZ2=5.93x24=142.32个241425按齿面接触疲劳强度设计（1）试选K试选1.5K=1.5(2)计算小齿轮传递的转矩T1T=9550x4740/1440=31400NmmT=31400(3)齿宽系数d由机械设计表6.80.81.4d=1(4)材料系数ZE由机械设计 表6.3锻钢ZE=189.8(5) 齿轮接触疲劳强度极限由机械设计图6.14600550600550（6）应力循环次数N由1式（7）接触疲劳强度寿命系数由机机械设计图6.16 （8）计算接触疲劳强度许用应力H查机械设计

9、表6.5安全系数为H1= =545.45 H2= = 500 H1= 545.45H2= 500（9）试算小齿轮分度圆直径按机械设计式（6.6）试算mm41.90（10）计算圆周速度vv=3.16m/sV=3.16（11）计算齿宽Bb = dd1tB1=1×41.90mmB1=41.90（12）模数41.90/241.746h = 2.25mnt =3.93b/h =41.90/3.93=10.66mm=1.746h =3.93b/h= 10.66（13）计算载荷系数K由1表10-2查得使用系数查得动载荷系数1.10,K=1.452（14）按实际的载荷系数校正分度圆直径由1式10-1

10、0d1=d1t=42.35d1=42.35（15）计算模数=42.35/24=1.765mmmn=1.7656按齿根弯曲疲劳强度设计（1）计算载荷系数KK1.452(2)齿形系数由机械设计 表6.4=2.65=2.18+()(142-100)/(150-100)=2.1464=2.65=2.1464（3）应力校正系数由机械设计表6.4=1.58=1.79+(1.83-1.79)(142-100)/(150-100)=1.8236=1.58=1.8236（4）齿轮的弯曲疲劳强度极限由机械设计 图6.15500380500380（5）弯曲疲劳强度寿命系数由机械设计 图6.17（6）计算弯曲疲劳许用

11、应力取弯曲疲劳安全系数S1.5，= 333.33，= 253.33=333.33=253.33（7）计算大小齿轮的并加以比较0.0126结论：取0.01550.0126=0.0155大齿轮值大（8）齿根弯曲强度设计计算由机械设计式（6.8）=1.1987mm1.1987结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取1.75mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1= 42.35应有的齿数。于是由=42.35/1.75 =24.2，取Z1=24,Z2=1423几何尺寸计算（1）计算中心距aA=(24+14

12、2)1.75/2=145.25mma=145.25（2）计算齿轮的分度圆直径dd=zmnd1=1.75x24=42d2=1.75x142=248.5mmd1=42d2=248.53）计算齿轮的齿根圆直径df=42-2.5*1.75=37.625=248.5-2.5*1.75=244.125mmdf1=37.625df2=244.125（4）计算齿轮宽度Bb = dd1圆整后取：B1 = 50B2 = 45mm B1 = 50B2 = 45（5）验算=2x31500/42N =1500N=1x1500/45N/mm = 33.33N/mm100N/mm合适（二）低速级直齿圆柱齿轮设计计算表项目计

13、算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查机械设计课程设计手册 表1-7传输机为一般工作机速度不高级72材料选择查机械设计P132 表6.1小齿轮40Cr(调质)大齿轮45钢(调质)小齿轮280HBS,大齿轮240HBS）3选择齿数Z=23=4.24x23=97.52个=23=985按齿面接触强度设计（1）试选KtKt=1.3(2)计算小齿轮传递的转矩T=181000Nmm181000(3)齿宽系数d由机械设计表6.8d=0.81.4d=1(4)材料系数ZE由机械设计 表6.3锻钢MPa1/2ZE=189.8(5) 齿轮接触疲劳强度极限由机械设计图6.1460055060

14、0550（6）应力循环次数N由机械设计式（6.11 N3=60n3jLh=60x295.26x16x300x15=1.2755x109N4 = N3/ i齿2 =1.28x109/3.752=0.34x109N3=1.28X109N4=0.34x109（7）接触疲劳强度寿命系数KHN由1P203图10-19KHN3 = 0.90 KHN4 = 0.95KHN3 = 0.90 KHN4 = 0.95（8）计算接触疲劳强度许用应力H取失效概率为，安全系数为S=1，由1式得H3= =600X0.90/1540H4= 0.95x550/1522.5 H3=540H4=522.5（9）试算小齿轮分度圆直

15、径按1式（1021）试算64.5788mm64.579（10）计算圆周速度vv=3.14m/sv=0.998（11）计算齿宽Bb = dd3t B=1X64.579=64.579mmB=64.579（12）模数mnt=64.579/23=2.808h=2.25mnt =6.318b/h =64.579/6.318=10.221度mnt=2.808h=6.318b/h =10.221（13）计算载荷系数K由1P190表10-2查得使用系数根据v= 0.998级精度，由1P192图10-8查得动载荷系数1.06由1表P194查得KH=1.12+0.18(1+0.6d2)d2+0.23×1

16、03b=1.12+0.18(1+0.6X)+0.23X103X64.579=1.42由1图10-13P195查得KF=1.35假定，由1P193表查得1.2故载荷系数K=KAKVKHKH=1X1.06X1.2X1.42=1.806K=1.806（14）按实际的载荷系数校正分度圆直径d3由1式10-10D3=d3t=72.058D3=72.058（15）计算模数=72.058/23=3.133mm=3.1336按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数KK=KAKVKFKFK=1X1.06X1.2X1.35=1.7172K=1.717（2）齿形系数YFa由1P197表YFa3=2.69YFa4=2.2

17、2+(2.20-2.22)(86-80)/(90-80)=2.208YFa3=2.69YFa4=2.208（3）应力校正系数YSa由1P197表10-5YSa3=1.575YSa4=1.77+(1.78-1.77)(86-80)/(90-80)=1.776YSa3=1.575YSa4=1.776（4）齿轮的弯曲疲劳强度极限由1P204图10-20500380500380（5）弯曲疲劳强度寿命系数由1P202图10-180.850.880.850.88（6）计算弯曲疲劳许用应力F取弯曲疲劳安全系数S1.35，由式10-2得F3= =0.85x500/1.35=314.8148F4= =0.88x

18、380/1.35=247.7037F3=314.815F3=247.704（7）计算大小齿轮的并加以比较=(2.69+1.575)/314.815=0.013547=2.208+1.776/247.704=0.016083结论：大齿轮值大大齿轮值大（8）齿根弯曲强度设计计算由1式=2.17962.18结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2.5mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d3= 72.058mm来计算应有的齿数。于是由=72.058/2.5= 28.8 取29，则Z4 = Z3

19、5;i齿2 = 29x3.752=108.8 取Z4 = 1093几何尺寸计算（1）计算中心距aA=(29+109)2.5/2=172.5将中心距圆整为173mma=173（2）计算齿轮的分度圆直径dd3=29x2.5=72.5d4=109x2.5=272.5mmd3=72.5d4=272.5（3）计算齿轮的齿根圆直径df=72.5-6.25=66.25=272.5-6.25=266.25mmdf1=66.25df2=266.25（4）计算齿轮宽度Bb = dd3圆整后取：B3 =80B4 = 75mm B3 =80B4 = 75（5）验算=2x99.2x103 /72.5 N = 2.736

20、6x103N=1x2.7366x103 /75N/mm = 36.488N/mm100N/mm 合适（三）直齿轮设计参数表传动类型模数齿数中心距齿宽高速级直齿圆柱齿轮2211021235045低速级直齿圆柱齿轮2.5291091738075§5联轴器的选择轴的联轴器:由于电机的输出轴轴径为28mm查1表14-1由于转矩变化很小可取KA=1.31.3×20.964=27.253N.m又由于电机的输出轴轴径为28mm查2p128表13-5，选用弹性套柱销联轴器:TL4(钢性),其许用转矩n=63N.m,许用最大转速为5700r/min,轴径为2028之间，由于电机的轴径固定为2

21、8mm,而由估算可得1轴的轴径为20mm。故联轴器合用:的联轴器:查1表14-1转矩变化很小可取KA=1.31.3×361.174=469.52 N.m查2p128表13-5，选用弹性套柱销联轴器:TL7,其许用转矩n=500N.m,许用最大转速为3600r/min, 轴径为4048之间,由估算可选两边的轴径为40mm.联轴器合用.§5轴的设计计算减速器轴的结构草图一、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为40Cr；根据齿轮直径，热处理方法为正火。2确定轴的最小直径查1式15-2的扭转强度估算轴的最小直径的公式：=14.296mm再查 1表15-

22、3，A0=(112 97)D13.546mm考虑键：有一个键槽，D14.296×（1+5）=15.01mm3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果大于轴的最小直径15.01且考虑与联轴器内孔标准直径配合20大带轮定位d2= d1+2（0.070.1）d1=20+2.84=22.824考虑密封圈查2表15-8 P143得d=2525考虑轴承d3> d2选用6206轴承从机械设计手册软件（R2.0）B=16mm， da=36mm，d3=30mm,D=6230考虑轴承定位查表2 9-7da3636考虑到齿轮分度圆与轴径相差不大齿跟<2.5m，选用齿轮轴，此时d5=d1a

23、=4646>查表2 9-736（同一对轴承） 304选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（2）“润滑方式”，及说明书“（12）计算齿轮圆周速度” =3.467 ，故选用油润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果箱体壁厚查3表3P26 小于8选88地脚螺栓直径及数目n查3表3P26df=0.036a+12a<250时,n=4=204n=4轴承旁联接螺栓直径查3表3P26=0.75=0.75×20=15=16轴承旁联接螺栓扳手空间、查3表3P26=22=20轴承盖联接螺钉直径查3表4 P27=(0.4-0.5)=0.5x20=1010轴承盖厚度查 2

24、表14-1 e=(11.2) =(11.2)×10=101212小齿轮端面距箱体内壁距离查3表4 P27（或1015）10轴承内端面至箱体内壁距离查3P43=354.5轴承支点距轴承边端面距离a查机械手册软件版85.计算各轴段长度。名称计算公式单位计算结果(联轴器)=38-（23）36L2=8+22+20+（58）-4.5-16+8+29=70.570.5=16(轴承B)16 2+(3-5)+B3+(8-15)-(B1-B2)/2=4.5+10+80+10-2.5=102102=B1=50502+(3-5)10+4.5=14.514.5B-2=16-2=1414L（总长）L =36+

25、70.5+16+102+50+14.5+14=287.5303L(支点距离)L=303-36-71.5-16+2=178.5181.5二、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表14-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：=24再查 1表15-2， 考虑键：d24×（1+5%）=25.2mm3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果大于轴的最小直径25.2且考虑与轴承公称直径配合试选代号6207B=17,da=42,D=7235与键bxh=10x835+2x(0.070.1)x35=3

26、9.94240轴环定位= d2+2（0.070.1）d2=40+2(0.070.1)40=45.648查表29-7p73取4048=40=（一对同型号轴承）354选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（2）“润滑方式”，及说明书“（12）计算齿轮圆周速度” =2.91，故选用油润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承边端面距离a查机械手册软件版8.55.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果17+（53）+10+233.533.580-27878 （815）1045-2434317+（35）+10+2.5+23434L（总长）L 33.5+78+10+43

27、+34198.5198.5L（支点距离）L 198.517+2183.5183.5三、轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：再查 1表15-2， 考虑键： d37.6×（1+5）39.4mm3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果大于最小直径39.4mm且考虑到与联轴器内孔标准直径配合, =4040>,考虑联轴器定位查,并考虑与密封垫配合查附表：158接触式密封d=4545考虑与轴承公称直径配合> ，轴承代号：6210B20

28、da5750d4=da5757考虑到齿轮定位, d5=d4+(510)=63查63= 57= 504选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（二）“滚动轴承的润滑”，及说明书“六、计算齿轮速度” ，由于第一轴选用了油润滑,故也用油润滑, 名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a从机械手册软件版105.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果与联轴器配合长度短23mm84-（23）82828+22+20+5+8+29-20-4.567.567.520204.5+10+2.5+45+10+2.5-1262.562.5轴肩1275-27373 20-2+4.5+10+2.5+23737L

29、（总长）L 82+67.5+20+62.5+12+73+37354354L(支点距离)L 354-82-67.5-20+2186.5mm186.5四、校核轴的强度齿轮的受力分析：齿轮2上的圆周力小齿轮上的经向力小齿轮上的轴向力=N972.549*=353.979N0齿轮3上的圆周力小齿轮上的经向力小齿轮上的轴向力=N2736.552*=996.023N01求支反力、绘弯矩、扭矩图轴的跨度和齿轮在轴上的位置的受力如上图。AC=8.5+17+=48 CD=+10+=72.5BD=8.5+4.5+10+40=63在XAY平面上：X48+X（72.5+48）=（48+72.5+63）972.549X4

30、8+2736.552X120.5=183.5所以，=2051.427N =+=1657.674N所以，C断面 =48=79.568X D断面 =63=129.24X在XAZ平面上：x48+X183.5=x（48+72.5）353.979x48+x183.5=996.023x120.5 所以，=561.47N =80.574N所以，C断面 =X48=3.868X =X63=35.373X合成弯矩C断面 =79.662X合成弯矩D断面 =133.99X因为> , 所以D断面为危险截面。=22.91MPa查表15-1得=60mpa,因为<,所以安全。§6轴承的选择和校核 一、轴

31、承的选择和校核1轴轴承的选择选择轴轴承的一对6207轴承，查机械手册软件版校核轴承，轴承使用寿命为15年，每年按300天计算。2根据滚动轴承型号，查出和。Cr=25500NCor=15200N3校核轴轴承是否满足工作要求（1）画轴的受力简图。（2）求轴承径向支反力、（a）垂直平面支反力、= =1657.674N=2051.427N（b）水平面支反力、=80.574N=561.47N（c）合成支反力、=1659.631N=2126.876N（5）计算轴承的当量载荷、由于Fa=0查1 表13-5 ：X11.41,Y10查1表13-6取载荷系数 1.1P1fPFr1=1.1×1659.63

32、1=1825.5941N查1 表13-5 ：X21 ,Y20P2fPFr21.1×2126.876=233.95636N（6）校核所选轴承由于两支承用相同的轴承，故按当量动载荷较大的轴承P2计算，查1表13-6取载荷系数 1 ，查1表13-4取温度系数 1 ，计算轴承工作寿命：=73093.9h>(16×300×15)h=72000h结论：所选的轴承满足寿命要求。§7键联接的选择和校核一、轴大齿轮键1键的选择选用普通 圆头平键 A型,轴径d=40mm ,查1表6-1，得宽度b=12mm,高度h=8mm, 2键的校核键长度小于轮毂长度且键长不宜超过，

33、前面算得大齿轮宽度 45 ,根据键的长度系列选键长L=36mm 。(查1表6-1)键，轴，轮毂的材料都为钢，查16-2得许用挤压应力p=100120Mpa,取p=100Mpa.键的工作长度 =Lb=3612=24mm,键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5×8=4mm由式16-1得p=51.67Mpa所以所选用的平键强度足够。§9减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择一、传动零件的润滑1齿轮传动润滑因为齿轮圆周速度，故选择浸油润滑。2滚动轴承的润滑因为I轴II轴齿轮圆周速度v>2m/s,滚动轴承采用油润滑而III轴的齿轮圆周速度v<2m/s,由于第一轴选用了油润

34、滑,故也用油润滑,但由于齿轮不能飞溅润滑,故要用刮油板把油从三轴大齿轮边引到槽从而达到润滑轴承目的。二、减速器密封1.轴外伸端密封I轴：与之组合的轴的直径是25mm，查2表15-8P143，选d=25mm毡圈油封II轴：无需密封圈III轴：与之配合的轴的直径是45mm，查2表15-8P143，选d=45mm 选毡圈油封2.箱体结合面的密封软钢纸板§10减速器箱体设计及附件的选择和说明一、箱体主要设计尺寸名称计算依据计算过程计算结果箱座壁厚0.025*123+36.0758箱盖壁厚×8=0.8x8=6.48箱座凸缘厚度1.5×812箱盖凸缘厚度1.5×81

35、2箱座底凸缘厚度2.5×820地脚螺栓直径0.036a+12=0.036x123+12=16.428查3表3P2620地脚螺钉数目4轴承旁联接螺栓直径0.75×20=1516箱盖与箱座联接螺栓直径0.5x20=1010联接螺栓d2的间距查3表3P26150200160轴承端盖螺钉直径查3表3P26(0.4-0.5)df0.4x20=88定位销直径（0.70.8）×108、至外箱壁距离查3表4262216、至凸缘边缘距离查3表42414轴承旁凸台半径10凸台高度作图得到h=54轴承座宽度8+22+20+555大齿轮顶圆与内箱壁距离1.2×8=9.610齿轮端面与内箱壁距离101510箱盖、箱昨筋厚、0.85×86.86.8轴承端盖外径62+5×8=10272+5×8=112100+5×8=130102112130轴承旁联接螺栓距离102112130二、附属零件设计1窥视孔和窥视孔盖其结构见2表14-4 p133,其尺寸选择为：2.通气塞和通气器通气器结构见2表14-9,p136 主要尺寸：M16x1.5,D