机械设计课程设计二级斜齿轮减速器硬

1、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学 院：机电工程系专业班级：机械设计制造及其自动化技术学 号：学 生：指导老师 青岛理工大学琴岛学院教务处 2013 年 07月 04 日机械设计课程设计评阅书题目带式输送机传动装置设计学生姓名学号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 日摘 要机械设计综合课程设计是重要的综合性和实践性的教学环节，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

2、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，应用非常广泛。本课程设计高度采用现代化的设计手段，使用AutoCAD环境下运行的计算机辅助设计平台，进行传动设计、圆柱齿轮传动设计、轴的结构设计、轴承的选择、轴承端盖设计、轴系零件紧固件设计、减速器基本附件以及基本连接件的设计等，使得设计高度地自动化，将

3、现代计算机技术与我们传统的机械设计理论及实际相联系，提高了设计效率。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。关键词：减速器 齿轮 轴 轴承 键目 录摘 要1 设计任务.11.1 课程设计的目的.11.2 课程设计要求11.3 课程设计的数据12 传动系统方案的拟定.22.1方案简图和简要说明.22.2电动机选择.32.3传动比分配.32.4传动系统的运动和动力参数的计算.43传动零件的设计计算.53.1齿轮传动的主要参数和几何参数计算.53.2轴的设计计算（初估轴颈、结构设计和强度校核）.123.3滚动轴承选择和寿命计算173.4键连接选择和校核183.5

4、联轴器的选择和计算193.6润滑和密封形式的选择194 箱体及附件的结构设计和选择.21总 结.23参考文献.24设计任务1.1 课程设计的目的（另有斜软、直软、直硬、蜗轮蜗杆等课程设计。另有完美图纸，扣扣 八刘一起思儿刘酒）该课程设计是继机械设计课程后的一个重要实践环节，其主要目的是：（1）综合运用机械设计课程和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固和拓展所学的知识（有需要各种减速器图纸的）（2）通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。（3）通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关

5、设计资料，进行全面的机械设计基本技能的能力的训练。（请联系q86174269）1.2 课程设计要求（1）选择电动机型号；（2）确定传动的主要参数及尺寸；（3）设计减速器；（4）选择联轴器。（5）设计箱体，理论结合实际。具体作业:（1）减速器装配图一张；（2）零件工作图二张（齿轮,轴）；（3）设计说明书一份。1.3 课程设计的数据课程设计的题目是：带式输送机减速系统设计数据：F=2000N,V=1.7m/s,D=320mm，硬齿面斜齿轮。 工作条件：带式输送机连接单向运转，载荷变化不大，空载启动，室内工作，有粉尘，使用年限10年，工作时间为2班制（每班8小时计算），大修期为3年，在大中型机械厂中

6、可小批生产量。2 传动系统方案的拟定2.1方案简图和简要说明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c如下图2-1所示。 图2-1 两级展开式圆柱齿轮减速器 2.2电动机选择 电动机类型和结构型式类型和结构型式：Y160M-6系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。 电动机容量电动机所需工作功率（kW）为 (2-1)工作机所需功率（kW）为 =FV/1000=3.4kw (2-2) 传动装置的总效率为 (2-3)按机械设计/机械设计基础 课程设计表2-4确定各部分效率为:滚动轴承效率（一对），共三对。闭式齿轮传动效率（共有2个），联轴器效率，共两个，卷筒滑动轴承效率（一对），代入得所

7、需电动机功率为: =4.1Kw (2-4)因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。由机械设计/机械设计基础 课程设计表20-1，Y系列(IP44)三相电动机电动机技术数据，选电动机的额定功率为5.5kW。卷筒轴工作转速 (2-5)通常，二级圆柱齿轮减速器总传动比的范围为 ，故电动机转速的可选范围为 (2-6)可见同步转速为1000r/min、1500r/min、和3000r/min的电动机符合，这里初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较，如表2.1表2.1 方案对比表方案电动机型 号额定功率（kw）电动机（r/min）电动机质量（kg）电动机装置的传动比同

8、步满 载总传动比高速级传动比低速级传动比1Y132S-45.5150014406814.124.33.32Y132M2-65.51000960849.413.52.7由表中数据可知两个方案均可以，但是方案2的传动比不符合要求，因此选用方案1，选定电动机的型号Y132S-4.电动机的技术数据和外形、安装尺寸图2-1电动机安装尺寸2.3传动比分配总传动比 (2-7)分配传动装置各级传动比对于展开式齿轮啮合，高速轴等于（1.11.5）选高速级齿轮的传动比为低速级齿轮传动比的1.3倍，即。可求出= 4 2.4传动系统的运动和动力参数的计算 各轴转速：减速器高速轴轴为轴，中间轴为轴，低速轴为 =1440

9、r/min (2-8) = 360r/min (2-9) =102r/min (2-10) 各轴输入功率P(kw)： =5.5KW (2-11) =5.5×0.99 kw=5.445kw (2-12) =5.4450.980.97kw=5.176kw (2-13) =5.1760.980.97kw=4.92kw (2-14) 各轴输入转矩T()： =9550x = 36.10 (2-15) =9550x= 137.31 (2-16) =9550x=460.64 (2-17) 运动和动力参数的计算结果加以汇总，列出表3.2如下：表2.2 各轴运动和动力参数轴名功率 P/kW转矩 T/(

10、N·m)转速n/(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电动机轴5.536.10144010.991轴5.55.44536.1036.10144040.962轴5.4455.176137.31137.313603.50.963轴5.1764.92460.64460.641023传动零件的设计计算3.1齿轮传动的主要参数和几何参数计算 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45Gr，热处理均为调质处理及表面淬火，且大、小齿轮的齿面硬度分别为4855HRC； 初选螺旋角为14度；初步规划该减速器的使用寿命为10年，每年按300天计算，第、公差组

11、精度分别为7、7、7；鉴于该减速器有轻微震动，空载启动，两级圆柱齿轮的使用系数均取1.0。高速级齿轮传动设计由前面运动及动力参数的计算结果知高速级齿轮传动的最大传递功率为5.5kW，小齿轮最高转速为960r/min、最大扭矩为 T=54710Nmm闭式齿轮的小齿齿数. 定齿轮类型、精度等级、材料极其齿数(1)按设计给定的方案，选用斜齿圆柱齿轮(2)运输机为一般工作机器，速度不高，固选级精度(3)按教材表11.8选择齿轮的材料为：小齿轮、大齿轮选用40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48-55HRC。(4)选，则. 按齿面接触强度设计 （3-1）（1）确定公式内各参数的值:1）试选载荷系数=

12、1.6小齿轮传递的转距为查课本图10-30选取区域系数 Z=2.433 2）接触疲劳强度极限由图10-26查得，则。3）由课本公式10-13计算应力值环数N=60nj =60×1440×1×（2×8×300×10）h=4.147×10 （3-2）N= =1.036×10 h(3.5为齿数比,即3.5=) （3-3）4）查课本图10-19查得接触疲劳寿命系数：K=0.90 K=0.955）查课本表10-7查得齿轮的齿宽系数，由于都是硬齿面所以取=0.86）查课本表10-6查得弹性影响系数=189.87）查课本图10-

13、21查得小齿轮的接触疲劳强度极限=1100MPa。大齿轮的8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式10-12得: =0.9×1100MPa=990 （3-4） =0.95×1100=1045 （3-5）许用接触应力=1017.5 （3-6）(2)设计计算1）试算小齿轮的分度圆直径d，由计算公式得： =28.31mm （3-7）2）计算圆周速度。2.13m/s （3-8）3）计算齿宽b和模数。计算齿宽b： b=0.8×28.31mm=22.65mm （3-9）计算摸数m： = （3-10）计算齿宽与高之比。齿高h: h= =2.25

14、15;1.19mm=2.68 （3-11） =8.45 （3-12）计算纵重合度 =0.318= （3-13） 计算载荷系数K 根据v=2.75m/s, 7级精度，查得 动载系数 对于斜齿轮 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 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=33.66×=30.5 （3-14）计算模数= （3-15）. 按齿根弯曲强度计算： （3-16）确定公式内各计算数值计算载荷系数KKKKK=1×1.1×1.4×1.251.925 （3-17） 根据综合重合度=1.46从图10-28查得

15、螺旋角影响系数=0.88 查取齿形系数和应力校正系数查课本由表10-5得:齿形系数2.69 2.182  应力校正系数1.575 1.789   工作寿命两班制，10年，每年工作300天小齿轮应力循环次数: N=60nj =4.147×10 大齿轮应力循环次数: N= 1.036×10 查课本由表10-20d得到弯曲疲劳强度极限                   &

16、#160;查课本由图10-18得弯曲疲劳寿命系数:K=0.85 K=0.89 计算弯曲疲劳许用应力    取弯曲疲劳安全系数 S=1.4。= （3-18） = （3-19） 计算大、小齿轮的并加以比较 （3-20） （3-21）小齿轮的数值大.所以选用小齿轮.  设计计算 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm，已可满足弯曲疲劳。但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径30.5来计算应有的齿数.于是由: z=20

17、.8 （3-22） 取z=21,那么z=4×21=84 （3-23）4.几何尺寸计算(1）计算中心距,将中心距圆整位108mm。2）按圆整后的中心距修正螺旋角，因为螺旋角改变不多，故参数、等不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径d1 （3-24）d2= （3-25）4）计算齿轮宽度B= （3-26）圆整后取 5）结构设计以大齿轮为例，因为齿轮分度圆直径接近160mm,故采用腹板式结构为宜。3.1.2低速级齿轮传动的设计计算1.选齿轮类型、材料、精度等级及齿数。 (1)按设计给定的方案，选用斜齿圆柱齿轮(2)运输机为一般工作机器，速度不高，固选级精度(3)按教材表11.8选择齿轮的材

18、料为：小齿轮、大齿轮选用40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48-55HRC。(4)选，则 选=81. 按齿面接触强度设计 （3-27）（1）确定公式内各参数的值:1）试选载荷系数=1.6小齿轮传递的转距为查课本图10-30选取区域系数 Z=2.433 2）接触疲劳强度极限由图10-26查得，则。3）由课本公式10-13计算应力值环数N=60j =60×360×1×（2×8×300×10）h=1.037× N= =2.96× h(3.5为齿数比,即3.5=) 4）查课本图10-19查得接触疲劳寿命系数：K=0.

19、94 K=0.975）查课本表10-7查得齿轮的齿宽系数，由于都是硬齿面所以取=0.86）查课本表10-6查得弹性影响系数=189.87）查课本图10-21查得小齿轮的接触疲劳强度极限=1100MPa。8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式10-12得: =0.94×1100MPa=1034 （3-28）=0.97×1100=1067 （3-29）许用接触应力=1050.5 （4-6） (2)设计计算1）试算小齿轮的分度圆直径d，由计算公式得： =43.8mm （3-30）2）计算圆周速度。0.83m/s （3-31）3）计算齿宽b和模数。计算

20、齿宽b： b=0.8×43.8mm=35.1mm （3-32） 计算摸数m： = （3-33）4）计算齿宽与高之比。齿高h: h= =2.25×1.85mm=4.2 =8.36 （3-34）5）计算纵重合度 =0.318= （3-35）6）计算载荷系数K 根据v=0.83m/s, 7级精度，查得 动载系数 对于斜齿轮 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 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=48×=47.2 （3-36）计算模数= （3-37）. 按齿根弯曲强度计算： （3-38） 确定公式内各计算数值计算载

21、荷系数KKKKK=1×1.1×1.4×1.251.925 （3-39） 根据综合重合度=1.46从图10-28查得螺旋角影响系数=0.88 2)计算当量齿数 （3-40）查取齿形系数和应力校正系数查课本由表10-5得:齿形系数2.69 2.182  应力校正系数1.575 1.789   查课本由表10-20d得到弯曲疲劳强度极限                 &#

22、160;  查课本由图10-18得弯曲疲劳寿命系数:K=0.85 K=0.89 计算弯曲疲劳许用应力    取弯曲疲劳安全系数 S=1.4。= （3-41）= （3-42）  计算大、小齿轮的并加以比较 （3-43） （3-44）小齿轮的数值大.所以选用小齿轮.  设计计算 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.5mm，已可满足弯曲疲劳。但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径47.2来计算应有的齿数.于

23、是由: =22.3 （3-45） 取=23,那么=3.5×23=81 （3-46）4.几何尺寸计算(1）计算中心距,将中心距圆整位134mm。2）按圆整后的中心距修正螺旋角，因为螺旋角改变不多，故参数、等不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径 （3-47） = （3-48）4）计算齿轮宽度B= （3-49）圆整后取 5）结构设计以大齿轮为例，因为齿轮分度圆直径大于160mm,故采用腹板式结构为宜。6.齿轮基本参数总结： =43 =173 a=108 =59.3 a=1343.2轴的设计计算（初估轴颈、结构设计和强度校核） 低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

24、该轴设计成阶梯轴,共分7段。考虑低速轴的载荷较大，材料选用45,热处理调质处理,取材料系数=112各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表: 表3.1 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)5084第2段5639第3段由轴承尺寸确定(轴承预选30311 )6084第4段7043第5段 80第6段7068第7段由轴承尺寸确定(轴承预选30313 ）6036 中间轴的轴系结构设计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3-2所示:由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此

25、其材料须与齿轮材料相同,均为合金钢,热处理为渗碳淬火,对于非外伸轴，计算时取较大的材料系数A值，估算的轴颈可作为安装齿轮处的直径。所以,有该轴的最大轴径为: （3-50） 其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表：表3.2 中间轴结构尺寸设计阶梯轴段设计计算依据和过程实际结果第1段由轴承尺寸确定(轴承预选30307 T=22.75)3539第2段6055第3段5015第4段考虑到键槽4053第5段 3542 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该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分5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,均为合金钢,热处理为

26、氮化,取材料系数 =112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%,因为要与联轴器配合，选取联轴器为TL5因此取其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表: 表3.3 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，联轴器配合)(由联轴器宽度尺寸确定)2542第2段3056第3段由轴承尺寸确定(轴承预选30307 )3525第4段4111第5段 -第6段41102第6段由轴承尺寸确定(轴承预选30307 )3526高速轴的强度校核1.求出轴上的功率、转速和转矩若取每级齿轮传动的效率，则=5.445kW =1440r/min =36100N&#

27、183;mm2.求出作用在齿轮上的力已知低速级分度圆上的直径为=43mm Ft=3323N （3-51）径向力 Fr= （3-52）轴向力 Fa= Fatan=846N （3-53）图3-5 受力分析=75mm =47.75mm =108.75mm （3-54） （3-55） （3-56） （3-57）=27482.52 N·mm=46204N·mm=30490 N·mm （3-58） （3-59）表3.4 对照表载荷水平面H垂直面V支反力F(N)=2309 =1013=968 =280.73弯矩M(N·mm)=27482.5M=46204总弯矩 M1=

28、119649 M2=114389扭矩T(N·mm )4724606.按弯扭合成应力校核该轴的强度取=0.6。轴的应力计算 （3-60）由于是齿轮轴，故轴的材料和齿轮一样都为由表查得=70Mpa,因此<，故安全。3.3滚动轴承选择和寿命计算轴承的选择（1）低速轴轴承选择由低速轴直径轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度等级的角接触球轴承轻窄系列7212C，其尺寸位d×D×T=60mm×110mm×22mm。（2）高速轴轴承选择由低速轴直径轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度等级的接触球轴承轻窄系列7207C，其尺寸位d

29、5;D×T=35mm×72mm×17mm。（3）中间轴轴承选择由低速轴直径轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度等级的接触球轴承轻窄系列轴承7207C，其尺寸位d×D×T=35mm×72mm×17mm。轴承的寿命计算（大修期为三年，17520h）由前面计算得： 所以 由,取Y=1.9,e=0.31,计算得 由于， （3-61） （3-62）3.4键连接选择和校核选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 中间轴： d=40mm 高速轴： d=25mm 低速轴： d=50mm d=7

30、0mm 查课本表6-1取：中间轴：b×h×L=12x8x20 高速轴：b×h×L=8x7x40 低速轴：b×h×L =16x12x30 20x12x100 校和键联接的强度 查课本表表6-2得 =110120MP取=110MPa键工作长度中间轴： 12 高速轴： 21低速轴： 518 13键与轮毂键槽的接触高度中间轴： （3-62） 高速轴： （3-63）低速轴： K=0.5 h=4 K=0.5 h=4 MPa MPa三者都合适取键标记为： 中间轴：键2：14×9 GB/T1096-79 高速轴：键1：8×7 GB

31、/T1096-79 低速轴：键3：20×12 GB/T1096-79 键3：20×12 GB/T1096-793.5联轴器的选择和计算载荷计算：公称转矩：T=（1）低速轴联轴器选择，取K3=1.3，则：由 根据手册查表，选择HL5型弹性柱销联轴器其公称转矩为1250N·m半联轴器孔径 =50mm，长度L=112mm半联轴器与轴配合的毂孔长度 =84mm。（2）高速轴联轴器选择，取K3=1.3，则：由 根据手册查表，选择HL2型弹性柱销联轴器其公称转矩为315N·m半联轴器孔径 =16mm，长度L=62mm半联轴器与轴配合的毂孔长度=44mm。3.6润滑和

32、密封形式的选择、润滑方式的确定 由于所设计的减速器的双级圆柱齿轮减速器，两个大齿轮的转速均不高。减速器的齿轮采用浸油润滑,由于高、低速级的大齿轮(Z2,Z4)的尺寸不同，因而浸油深度就不一样。为了使两齿轮均润滑良好,并考虑到V4很小，约0.8，低速级大齿轮浸油深度可多一些, h分度圆半径(从齿轮向上算起)，取h=,取h=20mm,这样Z2也有>10mm的浸油深度,润滑油能带到啮合面上,润滑可靠。、轴承润滑由于浸油零件（Z2，Z4）的圆周速度小，溅油功用不大，且轴速度较高（1440），发热也较大，为了减少各轴承之间的磨擦，减少磨损和发热量，考虑到寿命只三年，一般不需拆卸，故采用油脂润滑轴承

33、。、润滑剂的选择 齿轮的润滑：由于轴承的润滑是油脂润滑， 对齿轮：选用齿轮油SYB1103-625 冬用HL20 E100 2.73.2 夏用HL30 E100 4.04.5 对轴承:选用钠基润滑脂(GB49265)、油的密封及防止脂的稀释 由于轴承采用脂润滑,为了防止沿齿合面的齿轮挤出的热油流入轴承,靠小齿轮轴的轴承采用了档油板(第轴上)。第、轴上部装有大齿轮,而大齿轮是浸在油中的,为了防止箱内的油进入轴承,稀释脂,故采用了甩油环结构。嵌入式轴承盖不用螺栓联结，结构简单，但密封性差。在轴承盖中，设置O型密封圈能提高其密封性能，适用于油润滑。另外，采用嵌入式轴承盖时，利用垫片调整轴向间隙要开启

34、箱盖。 4 箱体及附件的结构设计和选择减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构1. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油.为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为3. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油