展开式二级圆柱齿轮减速器设计说明书

1、青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：展开式二级圆柱齿轮减速器学 院：青岛理工大学琴岛学院专业班级：机械设计制造及其自动化专业05.3 学 号：20050281004学 生: 刘波指导教师：常育传 青岛理工大学琴岛学院教务处 2008年7月11日 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刘波学号20050281004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 目录前 言4第一章 设计说明书5§1.1 设计题目5§1.2 工作条件5§1.3原始技术数据

2、（表1）5§1.4 设计工作量5第二章机械装置的总体设计方案6§2.1 电动机选择6选择电动机类型6选择电动机容量6确定电动机转速6§2.2 传动比分配7总传动比7分配传动装置各级传动比考虑到传动装置的外部空间尺寸取V7§2.3 运动和动力参数计算7§2.3.1 0轴（电动机轴）：7§2.3.2 1轴（高速轴）：7§2.3.3 2轴（中间轴）：8§2.3.4 3轴（低速轴）：8§2.3.5 4轴（卷筒轴）：8第三章 主要零部件的设计计算9§3.1 展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计9§

3、;3.1.1 高速级齿轮传动设计9§3.1.2 低速级齿轮传动设计12§3.3 轴系结构设计16§3.3.1 高速轴的轴系结构设计16§3.3.2 中间轴的轴系结构设计18§3.3.3 低速轴的轴系结构设计21第四章减速器箱体及其附件的设计25§4.1箱体结构设计25§4.2减速器附件的设计27第五章运输、安装和使用维护要求281、减速器的安装282、使用维护283、减速器润滑油的更换：28参 考 文 献28小 结30 前 言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。本课程设计培养了

4、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、加深

5、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，对本次课程设计的各位指导老师以及参与校对、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。第一章 设计说明书§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所示。 图 1 §1.2 工作条件连续单向运转，有轻微振动，

6、空载启动，运输带速度允许速度误差为。使用期限为10年，小批量生产，两班制工作。§1.3原始技术数据（表1）表1 展开式二级圆柱齿轮减速器设计原始技术数据数据组编号12345678910运输机工作轴转矩T/(N·m)800850900950800850900800850900运输带工作速度v/(m/s)1.21.251.31.351.41.451.21.31.351.4运输带滚筒直径D/mm360370380390400410360370380390本设计说明书以第1组数据为设计依据§1.4 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

7、，输出轴，3号图纸）；（3）设计说明书一份。第二章 机械装置的总体设计方案§2.1 电动机选择§2.1.1选择电动机类型按工作要求选用Y系列（IP44）全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。该电动机的工作条件为：环境温度-15- +40，相对湿度不超过90%，电压380V，频率50HZ。§2.1.2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:联轴器效率为，闭式齿轮传动效率，滚动轴承，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，

8、Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为7.5kW。§2.1.3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1500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：表2 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-47.51500/14408122.52Y160M-67.5

9、1000/97011915.2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2，即所选电动机型号为Y160M-6。§2.2 传动比分配§总传动比§分配传动装置各级传动比 减速器的传动比 为15.2,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§2.3.1 0轴（电动机轴）：§2.3.2 1轴（高速轴）：§2.3.3 2轴（中间轴）：§

10、2.3.4 3轴（低速轴）：§2.3.5 4轴（卷筒轴）： 运动和动力参数的计算结果加以汇总，列出表3如下：项目电动机轴高速轴中间轴低速轴卷筒轴转速（r/min）970970227.263.863.8功率(kW)7.57.4256.996.576.5转矩(N*m)7373294983953.5传动比14.273.561效率0.990.940.940.98第三章 主要零部件的设计计算§3.1 展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计§3.1.1 高速级齿轮传动设计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。2）运输机为一般工作，速度

11、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，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、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

12、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 对于直齿轮 查得使用系数 用插值法查得7级精度小齿轮非对称布置时， 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

13、=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,可取弯曲强度算得的模数2.2，并接近圆整为标准值,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 ，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

14、算（1） 分度圆直径： （2）中心距： （3）齿轮宽度：取 §3.1.2 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。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，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、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2) 确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数2）

15、 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： 查得 动载系数 对于直齿轮 查得使用系数 用插值法查得7级精度小齿轮非对称布置时， 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

16、算：弯曲强度设计公式为(3) 确定公式内的各计算数值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;查图取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力.取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得计算载荷系数K.8) 查取齿形系数. 查表得 9) 查取应力校正系数.查表得 10) 计算大、小齿轮的并加以比较.大齿轮的数值大.(4) 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,可取弯曲强度算得的模数3，并接近圆整为标准值,按接触强度算得的分

17、度圆直径105,算出小齿轮齿 ， 大齿轮齿数 ，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 , §3.3 轴系结构设计§3.3.1 高速轴的轴系结构设计一、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,其中第5段为齿轮,如图2所示: 图2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,热处理为调制处理, 材料系数为110。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

18、%,于是有: 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6 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)21.762560第2段(由唇形密封圈尺寸确定)30(27.848)50第3段由轴承尺寸确定(轴承预选6007 )3525第4段42.5(41.3)145第5段齿顶圆直径齿宽6570第6段4110第7段3525二、轴的受力分析及计算轴的受力模型简化(见图3)及受力计算图3L1=92.5 L2=192.5 L3=40三、轴承的寿命校核鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装.预设轴承寿命为3年即12480h.校核步骤及计算结果见下表:表7 轴承寿命校核步骤

19、及计算结果计算步骤及内容计算结果6007轴承A端B端由手册查出Cr、C0r及e、Y值Cr=12.5kNC0r=8.60kNe=0.68计算Fs=eFr(7类)、Fr/2Y(3类)FsA=1809.55 FsB=1584.66计算比值Fa/FrFaA /FrA>e FaB /FrB< e确定X、Y值XA= 1,YA = 0, XB =1 YB=0查载荷系数fP1.2计算当量载荷P=Fp(XFr+YFa)PA=981.039 PB=981.039计算轴承寿命9425.45h小于12480h由计算结果可见轴承6007合格.§3.3.2 中间轴的轴系结构设计一、轴的结构尺寸设计根

20、据结构几使用要求该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分五段,其中第II段和第IV段为齿轮,如图4所示:图4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8 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6008 )33.64025第2段(考虑键槽影响)45(44.68)77.5第3段5012.5第4段99109第5段 4639第6段4025二、轴的受力分析及计算轴的受力模型简化(见图5)及受

21、力计算L1=51 L2=105.75 L3=106图5由高速轴的受力分析知：三、轴承的寿命校核鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装.预设轴承寿命为3年即12480h.校核步骤及计算结果见下表:表9 轴承寿命校核步骤及计算结果计算步骤及内容计算结果6007A端B端由手册查出Cr、C0r及e、Y值Cr=29kNC0r=19.2kNe=0.68确定X、Y值X= 1 Y=0查载荷系数fP1.2计算当量载荷P=Fp(XFr+YFa)PA=4976.72 PB=5982.60计算轴承寿命10179.13h小于12480h由计算结果可见轴承6007合格,§3.3.3 低速轴的轴系结构设计一、 轴的结

22、构尺寸设计根据结构几使用要求该轴设计成阶梯轴,共分八段,如图6所示:图6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: 标准化取其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:表10 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)52.4960(55.64)142第2段(由唇形密封圈尺寸确定)64(63.84)50第3段6616第4段由轴承尺寸确定(轴承预选6014C )7024第5段7875第6段208820第7段齿宽+1080(79.8)119第8

23、段7024二、轴的受力分析及计算轴的受力模型简化(见图7)及受力计算图7L1=71.5 L2=119 由中间轴的受力分析知：三、轴承的寿命校核鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装.预设轴承寿命为3年即12480h.校核步骤及计算结果见下表:表11 轴承寿命校核步骤及计算结果计算步骤及内容计算结果6014A端B端由手册查出Cr、C0r及e、Y值Cr=98.5kNC0r=86.0kNe=0.68计算比值Fa/FrFaA /FrA<e FaB /FrB> e确定X、Y值XA=1 YA =0 查载荷系数fP1.2计算当量载荷P=Fp(XFr+YFa)PA=5796.24 PB=6759.14

24、计算轴承寿命763399h大于12480h由计算结果可见轴承6014AC、6007均合格，最终选用轴承6014。四、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。§3.3.4 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.一、 高速级键的选择及校核:带轮处键:按照带轮处的轴径及轴长选 键B8X7,键长50,GB/T1096联结处的材料分别为: 45钢(键) 、40Cr(轴)二、中间级键的选择

25、及校核:(1) 高速级大齿轮处键: 按照轮毂处的轴径及轴长选 键B14X9GB/T1096联结处的材料分别为: 20Cr (轮毂) 、45钢(键) 、20Cr(轴)此时, 键联结合格.三、低速级级键的选择及校核(1)低速级大齿轮处键: 按照轮毂处的轴径及轴长选 键B22X14,键长 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(2)联轴器处键: 按照联轴器处的轴径及轴长选 键16X10,键长100,GB/T1096联结处的材料分别为: 45钢 (联轴器) 、45钢(键) 、45(轴)其中键

26、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.第四章 减速器箱体及其附件的设计§4.1箱体结构设计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12 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=8.99考虑铸造工艺，所有壁厚都不应小于8箱盖壁厚10.02a+388箱座凸缘厚度b1.513.35箱盖凸缘厚度b11.5112箱座底凸缘厚度b22.522.25地脚螺栓直径df0.036a+1220.1地脚螺栓数目na250时，n=44轴承旁联结螺栓直径d10.75df16箱

27、盖与箱座联接螺栓直径d 2(0.50.6)df12轴承端盖螺钉直径和数目d3，n(0.40.5)df,n6,4窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4)df8定位销直径d(0.70.8) d 28轴承旁凸台半径R1c216凸台高度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l1c1+c2+ (510)42大齿轮顶圆距内壁距离11.210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轴承端盖凸缘厚度t(11.2) d310轴承端盖外径D2D+(55.5) d3120螺栓扳手空间与凸缘厚度安装螺栓直径dxM8M10M12M

28、16至外箱壁距离c1min13161822至凸缘边距离c2min11141620沉头座直径Dmin20242632表13 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107箱底至箱底内壁得距离202齿轮端面与内壁距离 10H减速器得中心高2253轴承端面与内壁距离5L1箱体内壁至轴承座孔端面得距离594旋转零件间轴向距离15e轴承端盖凸缘的厚度75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§4.2减速器附件的设计油塞 1第五章 运输、安装和使用维护要求1、减速器的安装 （1）减速器输入轴直接与原动机连接时，推荐采用弹性联轴器；减速器输出轴

29、与工作机联接时，推荐采用齿式联轴器或其他非刚性联轴器。联轴器不得用锤击装到轴上。 （2）减速器应牢固地安装在稳定的水平基础上，排油槽的油应能排除，且冷却空气循环流畅。 （3）减速器、原动机和工作机之间必须仔细对中，其误差不得大于所用联轴器的许用补偿量。 （4）减速器安装好后用手转动必须灵活，无卡死现象。（5）安装好的减速器在正式使用前，应进行空载，部分额定载荷间歇运转13h后方可正式运转，运转应平稳、无冲击、无异常振动和噪声及渗漏油等现象，最高油温不得超过100；并按标准规定检查轮齿面接触区位置、面积，如发现故障，应及时排除。 2、使用维护 本类型系列减速器结构简单牢固，使用维护方便，承载能力

30、范围大，公称输入功率0.856660kw，公称输出转矩100410000N.m，不怕工况条件恶劣，是适用性很好，应用量大面广的产品。可通用于矿山、冶金、运输、建材、化工、纺织、轻工、能源等行业的机械传动。但有以下限制条件： 1.减速器高速轴转速不高于1000r/min; 2.减速器齿轮圆周速度不高于20m/s; 3.减速器工作环境温度为4045，低于0时，启动前润滑油应预热到8以上，高于45时应采取隔热措施。 3、减速器润滑油的更换：（1）减速器第一次使用时，当运转150300h后须更换润滑油，在以后的使用中应定期检查油的质量。对于混入杂质或变质的油须及时更换。一般情况下，对于长期工作的减速器，每5001000h必须换油一次。对于每天工作时间不超过8h的减速器，每12003000h换油一次。 （2）减速器应加入与原来牌号相同的油，不得与不同牌号的油相混用。牌号相同而粘度不同的油允许混合用。 （3）换油过程中，蜗轮应使用与运转时相同牌号的油清洗。 （4）工作中，当发现油温温升超过80或油池温度超过100及产生不正常的噪声等现象时，应停止使用，检查原因。如因齿面胶合等原因所致，必须排除故障，更换润滑油后，方可继续运转。 减速器应定期检修。如发现擦伤、胶合及显著磨损，必须采用有效措施制止或予以排除。备件必须按标准制造，更新的备件必