浙江理工大学机械设计课程设计

1、机械设计课程设计计算说明书题目：二级齿轮减速器班级： 12 机械电子工程 1 班学号： 2012330300010设计者：包 XX指导老师：竺志超一.题目及总体分析题目：设计一个带式运输机的减速器给定条件： 输送带的牵引力4. 2，运输带速度v 1. 8m/ s，运输机滚筒直径为D500，FkNmm滚筒效率0.96 。工作情况：连续单向运转，载荷较平稳，两班制，每班8 小时；使用年限为八年；检修间隔期：四年一大修，两年一次中修；动力来源：电力三相电流，电压380/220V 。减速器类型选择：选用展开式二级齿轮展开式圆柱直齿轮减速器。特点及应用：结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴

2、有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。高速级与低速级均为斜齿。整体布置如下：图示： 5 为电动机， 4 为联轴器，为减速器，2 为链传动，1 为输送机滚筒，6 为低速级齿轮传动， 7 为高速级齿轮传动， 。辅助件有 :观察孔盖 ,油标和油尺 ,放油螺塞 ,通气孔 ,吊环螺钉 ,吊耳和吊钩 ,定位销 ,启盖螺钉 ,轴承套 ,密封圈等 .。二.各主要部件选择部件因素选择动力源电动机齿轮斜齿传动平稳高低速级做成直齿轴承深沟球轴承联轴器结构简单，耐久性好弹性联轴器三.电动机的选择

3、目的过程分析结论类型根据一般带式输送机选用的电动机选择选用 Y 系列封闭式三相异步电动机圆柱齿轮传动 (7 级精度 )效率 (两对 )为 12电动机输出功率为 0.97滚动轴承传动效率(三对 )为 2 0.99 3Pd 9.92kw弹性联轴器（两对）传动效率3 0.992输送机滚筒滑动轴承效率为4 0.96功率从电动机至工作机主动轴之间的效率12340.97 20.99 30.99 20.960.86电动机输出有效功率为PdPw4. 21. 8 kw8. 79kw0. 86根据输出功率，选取额定功率Ped11kw选用型号 Y160L -6 封闭工作机卷筒轴的转速式三相异步电动机nw60 100

4、0v6010001. 8 r /min69r/ minD500型号单级圆柱齿轮传动比i 3 6，两级圆柱齿轮减速器总传动比i 9 36 则电动机转速可选范围为nnwi621 2484r /min可见同步转速为 750r / min 、1000 r / min 、1500 r / min 的电动机均符合。对这三种电动机进行比较，如下表型号额定功率（ kw) 同步转速（ r/min)满载转速（ r/min ）质量（kg)总传动比Y160M-4111500146012327.04Y160L-611100097014717.96Y180L-81175073012.5213.52由表中数据可知三个方案均

5、可行，但方案 2 的传动比较小， 传动装置结构尺寸较小，因此，可采用方案2，选定电动机的型号为Y160L -6。四.分配传动比目的过程分析传动系统的总传动比 inm 其中 i 是传动系统的总传动比，多级串联传nw动系统的总传动等于各级传动比的连乘积；nm 是电动机的满载转速，r/min ； nw 为工作机输入轴的转速，r/min。计算如下 nm 970r / min , nw54r / mininm970nw14. 08分69配传按展开式取i 11. 15i 2 ，则动比i14. 08i1i 23. 504. 02i：总传动比i 1 ：高速级齿轮传动比i 2 ：低速级齿轮传动比结论i14.08

6、i 14.02i23.50五.传动系统的运动和动力参数计算目的过程分析结论设：从电动机到运输机卷筒轴分别为1 轴、 2 轴、 3 轴、 4 轴；对应于各轴的转速分别为、；对应各轴的输入功率分别为、；对应名轴的输入转矩分别为、；相邻两轴间的传动比分别为、传动、；相邻两轴间的传动效率分别为、。系统的电动机两级圆柱减速器运轴号动1 轴2 轴3 轴和转速动0123=69力n(r/min)n =970n =970n =243n参功率 P(kw)P=11P1=10.82P2=10.78P3=10.35数计转矩算T1=108.30T 2=424.53T3 =1432.5T(N·m)两轴联接联轴器齿

7、轮齿轮联轴器传动比 ii 01i12=4.02i23=3.5034=1i=1传动效率 0112=0.9623=0.9634=0.99=0.99六、高速级齿轮的设计1选精度等级、材料及齿数，齿型1）确定齿轮类型两齿轮均为标准圆柱斜齿轮2）材料选择小齿轮材料为40 （调质），硬度为 280 ，大齿轮材料为45 钢（调质），硬度为 240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。3）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7 级精度4）选小齿轮齿数Z 22 ，大齿轮齿数Z Z ·? 22× 4.00=88, 取 Z =88 。121122按齿面接触强度设计3 2? ?±1?

8、 ? ?2? 1按式（ 1021）试算， ?1? ? ?(? ? ? )?1）确定公式内的各计算数值（ 1）试选 KHt1. 3（ 2）由图 10-20，选取区域系数 Z H2. 5（ 3）由式（ 10-9）计算接触疲劳强度用重合度系数Z a?1 =cos-1(?1/+ 2?)=cos-122 ×cos20° /(22+2 ×1)=30.528 °?1?a?2=cos-1?(?/+ 2?) =cos-188 ×cos20° /(88+2 ×1)=23.247 °22?=z (tan tan )+ z(tan tan

9、 )/21a12a2=22 ×(tan30.528° -tan20° )+88 ×（tan23.247° - tan20°） /2 =1.709Z =4- ?=4-1.709=0.8743 3（ 4）计算小齿轮传递的转矩T0=9.55 × 106× P/n0=9.55× 106× 11/970=1.08× 105 N mm（ 5）由表 10-7选取齿宽系数d1（ 6）由表 10-5查得材料的弹性影响系数 Z E 189 .8MPa 1/ 2（ 7）由图 10-25d 按齿面硬度查得小齿

10、轮的接触疲劳强度极限H lim 1600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限H lim2550MPa（ 8）由式 10-15应力循环次数N1 60njL h 60970 1(2 88 365)2.72 109N2=N1/u=2.72× 109/4.00=0.68 × 109（ 9）由图 10-23查得接触疲劳强度寿命系数K HN10.90 KHN 2 0.95（ 10）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1%全系数为S=1，由式 10-14K HN1H lim10.90600MPa540MPaH 1SKHN 2H lim20.95550MPa522.5MPaH 2 S取 ? 1

11、 和 ? 2 中的较小者作为该齿轮副的解除疲劳许用应力，即? ? ? = ? 2 =523MPa?2）计算（ 1）试算小齿轮分度圆直径d1t3 2?±1 ? ? ?232× 1.3× 1.0852.5 × 189.82? 1× 10 4+1× 0.874?1? ?(? ? ?= ×4×(? )1523) =60.432mm?（2）计算圆周速度v= ?d1tn1/(60×1000)= ?×60.432×970/(60 ×1000)m/s=3.1m/s（ 3）计算齿宽b 及模数

12、mnt?= ? ?d1t =1×60.432=60.432 mm（ 5）计算实际载荷系数K H。查表 10-2 得使用系数K A1根据 v=3.1m/s， 7 级精度，由图10-8 查得动载荷系数KV1.11Ft1=2T 1/d1t=2×1.083×105/60.432 N=3.584 ×10 3NKA Ft1 /b=1×3.584×10 3/60.432 N/mm=59.31N/mm 100 N/mm查表 10-3得齿间载荷分配系数 K H =1.2由表 10-4查得K H1.42故载荷系数 K H AvKH H =KKK =1&#

13、215;1.11×1.2×1.42=1.89（ 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10-12 得3 K?= 60.4323 1.89= 68.46 mm11t×d = d?1.3?（ 7）计算模数m?m = ?1 = 68.46/22 =3.11mm13按齿根弯曲强度设计（ 1）由式 10-7 试算模数，即2KFtT1YYF YSmt 3 F d Z121） 确定计算参数试选 KFt =1.3。由式（ 10-5）计算弯曲疲劳强度用重合度系数。Y =0.25+0.75/ =0.25+0.75/0.709=0.689? 计算YFYS 。F 由图 10-1

14、7 查得齿形系数 YF1 =2.75、 YF 2 =2.23由图 10-18 查得齿形系数 YS1 = 1.57 、 YS 2 =1.77由图10-24c 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限分别是?1= 500?、= 380?.。?2由图 10-22 查得弯曲疲劳寿命系数 ?1=0.85 、 ?2= 0.88 。取弯曲疲劳安全系数S1.4，由式 10-14得?0.85 × 500 F1=?1 ?1=303.57Mpa?=1.4?0.88 × 380F 2=?2 ?2=238.86Mpa?=1.4YFYS2.75 × 1.5711= 0.0142F 1303.

15、57YF2YS22.23 × 1.77F 2= 0.0165238.86因为大齿轮的YF YS大于小齿轮，所以取F YF YS=0.0165F 2）试算模数235mKFt TY1YF YS·0.0165 = 1.877mm3= 2× 1.3 × 1.083 × 10× 0.689t2 F 1× 222d Z1（2）调整齿轮模数1）计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度v。d1 =m1z1=1.877 ×22=41.294mmv= ?d1tn1/(60×1000)= ?×41.294×9

16、70/(60 ×1000)m/s=2.10m/s齿宽 b。?= ? d1t =1×41.294=41.294 mm?高比 b/h。h= ( 2?×1 + 0.25 ) ×1.877 = 4.22?+ ?) ?= ( 2b41.294= 9.79h4.222)计算实际载荷系数K F。根据 v= 2.10m/s， 7 级精度，由图10-8 查得动载荷系数K v=1.08 。3? ? ? ?= 1 ×5.245 ×10 3? 41.294 = 127 > 100?/? ?1查表 10-3，得齿间载荷分配系数K Fa=1.0由表10-4

17、 用插值法查得K H=1.417，结合bh=9.79 ，查图1.-13 得K ?=1.35则，载荷系数为K = K K KK=1×1.08×1.0×1.35=1.458? ? ?3)由式（ 10-13），可得按实际载荷系数算得的齿轮模数3 ?31.458= 1.95mmm=m t = 1.877 × 1.3?1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，取m2.0mm ，已可满足弯曲强度。但为了同时满足齿面接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1 = 60.432mm 来计算应有的齿数。小齿轮齿数d 160.

18、432130m2大齿轮齿数24.0230 120. 6 取 Z2=121，Z2 与 Z1 互质。4几何尺寸计算(1)计算分度圆直径d1=z1m1=30×2=60mmd2=z2m2 =121×2 = 242?(2) 计算中心距 a=?1 +?2 = 30+242 = 151?22(3)计算齿轮宽度 bd d 113030mm(4)齿顶圆直径 da 1( z12)m( 302) × 2 64mmda 2 ( z2 2)m( 1212)×2246mm(5)齿根圆直径 ? = ? - 4.5? = 64 - 4.5 ×2 = 55?1?1?= ?- 4

19、.5? = 246 - 4.5 ×2 = 237?2?2七.设计低速级齿轮1选精度等级、材料及齿数，齿型1）确定齿轮类型两齿轮均为标准圆柱斜齿轮2）材料选择小齿轮材料为40 （调质），硬度为 280 ，大齿轮材料为45 钢（调质），硬度为 240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。3）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7 级精度4）选小齿轮齿数 z125 ，大齿轮齿数 z 2i 23 z1 3. 50 25 87. 5 , 取 Z2=88 。2按齿面接触强度设计32?±1 ? ? ?2?1按式（ 1021）试算， ? ? ? ?( ? )1?1）确定公式内的各计算数

20、值（ 1）试选 KHt1. 3（ 2）由图10-20，选取区域系数 Z H2. 5（ 3）由式（ 10-9）计算接触疲劳强度用重合度系数Z a?1 = cos-1 ?(1?1/+ 2? ?) =cos -1 25 ×cos20° /(25+2 ×1)=29.531 °a?2 = cos-1(?2/+ 2?)=cos-188 ×cos20° /(88+2 ×1)=23.247 °?2? =z 1(tana1 tan )+ 2z(tana2 tan )/2?=25 ×(tan29.531° -tan

21、20° )+88 ×（tan23.247° - tan20°） /2 =1.7244- ?4-1.724Z = 3=3=0.871（ 4）计算小齿轮传递的转矩T0=9.55 × 106× P/n0=9.55× 106× 11/970=4.245× 105 N mm（ 5）由表 10-7 选取齿宽系数d 1（ 6）由表10-5 查得材料的弹性影响系数Z E189 .8MPa 1/ 2（ 7）由图10-25d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限H lim 3600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限H lim

22、 3550MPa（ 8）由式10-15 应力循环次数?3 =(2 ×8 ×8 ×365)= 6.81 ×108= 60 ×243 ×1 ×60?N4=N3/u=6.81× 108/3.50=1.95 × 108（ 9）由图10-23 查得接触疲劳强度寿命系数?= 0.95 、 ?= 0.95?3?4（ 10）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为 1%全系数为 S=1，由式 10-14? ? 3?3 ?30.95×600?= 570?=?= ? 4?4?4×550?=522.5?=?=

23、0.95取 ? 3 和 ? 4 中的较小者作为该齿轮副的解除疲劳许用应力，即? ? ? = ?4=523MPa2）计算（ 1）试算小齿轮分度圆直径d1t3 2?±1? ? ?232× 1.3510 4+12.5 × 189.82? 2× 4.245 ×× 0.871?3? ?(? ? ?= ×4×(? )1523) =95.153mm?（2）计算圆周速度v= ?d3tnII /(60×1000)= ?×95.153 ×970/(60×1000)m/s=4.88m/s（ 3）计

24、算齿宽b 及模数 mnt?= ? ?d3t =1×95.153=95.153 mm（ 5）计算实际载荷系数K H。查表 10-2 得使用系数K A1根据 v=4.88 m/s，7 级精度，由图10-8 查得动载荷系数? = 1.2?Ft3=2T 2/d3t=2×2.425×105/95.153 N=5.10 ×10 3NKA Ft3 /b=1×5.10×103/95.153N/mm=53.60N/mm 100 N/mm查表 10-3得齿间载荷分配系数K H =1.2由表 10-4查得KH?=1.426=1×1.2×

25、1.2×1.426=2.05故载荷系数 K H=K AK vK H K H（ 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10-12 得d = d3K ?= 95.153×3 2.05= 110.76 mm33t?1.3（ 7）计算模数m?3m = ? = 110.76/25 =4.43mm33按齿根弯曲强度设计（ 1）由式 10-7 试算模数，即m32KFt TII YtdZ 322） 确定计算参数试选 KFt =1.3。YF YSF 由式（ 10-5）计算弯曲疲劳强度用重合度系数。Y =0.25+0.75/ =0.25+0.75/1.724=0.685? 计算YFY

26、S。F 由图 10-17 查得齿形系数 YF1 =2.65、 YF 2 =2.23由图 10-18 查得齿形系数 YS1 = 1.63 、 YS 2 =1.77由图10-24c查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限分别是?3= 500?、?4= 380?.。由图 10-22 查得弯曲疲劳寿命系数 ? =0.92 、 ?= 0.94 。?3?4取弯曲疲劳安全系数S1.4，由式 10-14得1=?1?10.92 × 500F?=1.4=328.57MpaF 2?2?20.94 × 380=?=1.4=255.14MpaYF1YS 12.65 × 1.63F 1=32

27、8.57= 0.0131YFYS2.23 × 1.7722=255.14= 0.0155F 2因为大齿轮的 YF YS大于小齿轮，所以取F YF YS=0.0155 F 2）试算模数2KTY1Y Y3 2×1.3 ×5Ft4.2453 × 10× 0.685mtFS·0.0155 = 2.657mm32= 2F 1× 25d Z1（2）调整齿轮模数1）计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度v。d3 =m3z3=2.657 ×25=66.425mmv= ?d3tnII /(60 ×1000)= ?×

28、; 66.425 ×243/(60 ×1000)m/s=0.845m/s齿宽 b。?= ? d3t =1×66.425=66.425 mm?高比 b/h。(2?)(2 ×1 + 0.25)×2.657 = 5.978?h=?+ ? ?=b66.425= 11.11h5.9782)计算实际载荷系数K 。F根据 v= 0.845m/s， 7 级精度，由图10-8 查得动载荷系数 K v=1。由 F t3= 2×TII/d3=2×4.245×105/66.425N= 3.65×10 3 ?,?3? ?= 1 &

29、#215;3.65 ×10 3? 66.425 = 54.95 > 100?/?查表 10-3，得齿间载荷分配系数 K Fa=1.2 由表 10-4 用插值法查得K H=1.417，结合 hb=11.11，查图 1.-13 得K ?=1.30则，载荷系数为K=KKKK =1×1×1.2×1.30=1.56? ? ?3)由式（ 10-13），可得按实际载荷系数算得的齿轮模数3?3 1.56m=m t ?= 2.657 × 1.3= 2.823mm?3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，取m3mm ，已

30、可满足弯曲强度。但为了同时满足齿面接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1 = 95.153mm 来计算应有的齿数。小齿轮齿数 z 3d 395.153m333大齿轮齿数 z 4z 3 u3. 5 32 112，Z2 与 Z1互质。4几何尺寸计算(1)计算分度圆直径d3=z3m3=33×3=99mmd4=z2m2 =112×3 = 336? +?199+336= 217.5?(2) 计算中心距 a= 12=22(3)计算齿轮宽度 bd d 319999mm(4)齿顶圆直径 da 3( z 32) m( 332) × 3 105mmda 4 ( z 4

31、2)m( 1122)×3342mm(5)齿根圆直径 ?3 = ?3-4.5? = 99 - 4.5 ×3 = 85.5?4 = ?4 - 4.5?= 342 - 4.5 ×3 = 328.5?5高速级齿轮齿面接触疲劳强度校核（ 1） KH=K A K vK H K H由表 10-2 得 K A=1计算圆周速度v= ?d1tn1/(60×1000)= ?×60×970/(60 ×1000)m/s=3.05m/s根据 v=3.05m/s， 7 级精度，由图10-8 查得动载荷系数KV1.11Ft1=2T 1/d1t=2 

32、5;1.083×105/60 N=3.58 ×103NKA Ft1 /b=1×3.58×103/60 N/mm=59.7N/mm 100 N/mm查表 10-3 得齿间载荷分配系数K H=1.2由表 10-4 查得K H1.42故载荷系数 K HAKvKH H ×1.11×1.2×1.42=1.89=KK=1（2）由图 10-20，选取区域系数Z H2. 5（3）由式（ 10-9）计算接触疲劳强度用重合度系数Z a?1=cos-1?(?/+ 2?) =cos -130 ×cos20° /(30+2 

33、15;1)=28.241 °11?a?2 =cos-1(?2/+ 2?)=cos-1121 ×cos20°/(121+2 ×1)=22.421 °?2?=z (tan tan )+ z(tan tan )/21a12a2=30 ×(tan28.241° -tan20° )+121×（ tan22.421° - tan20°） /2 =1.6984- ? 4-1.698Z=3=3=0.875（ 4）由表10-5 查得材料的弹性影响系数Z E189 . 8MPa1 / 2将上述数据带入式（

34、10-10）得2?1?+ 1 = 3··? ? ? ? ? 12 ×1.89 ×1.083×10 54.02 + 1·2.5 ×189.8 ×0.875 = 531MPa ?= 1 ×603·4.026低速级齿轮齿面接触疲劳强度校核（ 1） KH=K A K vK H K H由表 10-2 得 K A=1计算圆周速度v= ?d1tn1/(60×1000)= ?×97×970/(60 ×1000)m/s=4.9m/s根据 v=4.9m/s，7 级精度，由图1

35、0-8 查得动载荷系数KV1.11Ft1=2T 1/d1t=2 ×4.2×105/60 N=14 ×10 4NKA Ft1 /b=1×1.4×104 /60 N/mm=233N/mm 100 N/mm查表 10-3 得齿间载荷分配系数K H=1.0由表 10-4 查得K H1.42故载荷系数 K HAvKH H×1.11×1.0×1.42=1.58=KKK=1（2）由图 10-20，选取区域系数Z H2. 5（3）由式（ 10-9）计算接触疲劳强度用重合度系数Z a=cos-1(?)=cos-1?1?/+ 2?33

36、×cos20° /(33+2×1)=27.626°11a?2=cos-1 ?(?/+ 2?) =cos-1 119 ×cos20° /(119+2×1)=22.459 °22?=z (tan tan )+ z(tan tan )/21a12a2=33 ×(tan27.626° -tan20° )+119×（ tan22.459° - tan20°） /2=1.774- ? 4-1.78=0.734Z=3= 3（ 4）由表 10-5 查得材料的弹性影响系数Z

37、 E189 . 8MPa1 / 2将上述数据带入式（10-10）得2?1?+ 1? = 3··? ?1?2 ×1.89 ×4.2 ×10 53.5+ 1·2.5 ×189.8 ×0.734 = 520MPa ?= 1 ×973·3.57.高速级齿轮齿根弯曲疲劳强度校核（ 1 ） K? = K?K?K?K?由表 10-2 得使用系数 K? = 1根据 v= ?d1tn1/(60×1000)= ?×60×970/(60 ×1000)m/s=3.05 m/s，7

38、 级精度， 查图 10-8 得动载荷系数 K? = 1.10由 Ft1= 2×TI/d3=2×1.083×105/60N= 3.934×103 ?,? ? ?= 1 ×3.934 ×10 3 ? 60 = 65.6 < 100?/? ?1查表 10-3，得齿间载荷分配系数K Fa=1.2b 由表 10-4 用插值法查得K H=1.417，结合 h=9.79 ，查图 1.-13 得K ?=1.35则，载荷系数为K = K K K K =1×1.1×1.2×1.35=1.71? ? ? ? ?由图 10-17查得齿形系数 Y