机械设计课程设计论文

1、机械设计课程设计说明书专业班级：2012机械设计制造及其自动化 姓 名： 汪展文 学 号： 080812027 指导教师： 袁圆 设计时间: 2014年6月 物理与电气工程学院 2014 年 6 月 15 日摘要本设计讲述了带式运输机的传动装置二级圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式等部分内容）。运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计，完成齿轮减速器的二维装配图的绘制和手工绘制减速器的平面零

2、件图。 本次设计综合运用机械设计、机械制图、机械制造基础、几何精度、理论力学、材料力学、机械原理等知识，进行结构设计，并完成带式输送机传动装置中减速器装配图、零件图设计及主要零件的工艺、工装设计。机械设计课程设计的题目是减速器的传动装置的设计，设计内容包括：确定传动装置总体设计方案，选择电动机；计算传动装置运动和动力的参数；传动零件，轴的设计计算；轴承，联轴器，润滑，密封和联接件的选择与校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计说明书；毕业设计总结；最后完成答辩。关键词：减速器设计目录1.传动装置的总体方案设计11.1 传动装置的运动简图及方案分析11.1.1 运动

3、简图11.1.2 方案分析11.2电动机的选择21.2.1 电动机的类型和结构形式2选择电动机的容量2确定电动机的转速21.3计算总传动比和分配各级传动比3确定总传动比3分配各级传动比31.4计算传动装置的运动参数和动力参数3计算各轴的转速32.传动零部件的设计计算52.1高速齿轮传动5选择精度等级，材料及齿数5按齿面接触疲劳强度设计52.1.3.按齿根弯曲疲劳强度设计7几何尺寸的计算9圆整后中心距的强度校核102.1.6 结构设计及绘制齿轮零件图11主要设计结论112.2低速级齿轮传动11齿轮参数的选择11按齿面接触疲劳强度设计11按齿根弯曲疲劳强度设计12几何尺寸的计算13圆整后中心距的强

4、度校核142.2.6 结构设计及绘制齿轮零件图14主要设计结论142.3轴系部件设计15第1轴及其部件的设计15第2轴及其部件的设计21第3轴及其部件的设计233.减速器装配图的设计253.1 箱体主要结构尺寸的确定25铸造箱体的结构形式及主要尺寸253.2 减速器附件的确定264.润滑 密封及其它274.1润滑274.2密封274.3其它275.总结28参考文献29 1.传动装置的总体方案设计FV1.1 传动装置的运动简图及方案分析1.1.1 运动简图表11 原始数据学 号 080812027 题 号 2输送带的牵引力 2.2输送带速度 () 1.3滚筒直径 3901.1.2 方案分析因工作

5、机有轻微振动，故在选择连接电动机轴与高速轴的联轴器时，由于轴的转速较高，可以选用具有缓冲吸振作用的联轴器，如弹性柱销联轴器。减速器部分用两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部为Y系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。1.2电动机的选择1.2.1 电动机的类型和结构形式 电动机选择Y系列三相交流异步电动机，电动机的结构形式为封闭式。1.2.2选

6、择电动机的容量工作时所需的功率为：传递装置的总效率为：式中：弹性联轴器效率；一对轴承效率；齿轮传动效率；滚筒的效率；得出：则电动机所需的功率为：因为工作时有轻微振动，所以电动机的额定功率稍大于即可1.2.3确定电动机的转速输送机卷筒的转速为：通常单级圆柱齿轮传动比的范围为36，则电机的转速范围为：572.942291.76（r/min）符合这一同步转速要求的电机有750（r/min）、1000（r/min）、1500（r/min）等；从电机的重量价格以及上述一些参数来考虑，选用Y132M16型电动机，电动机的主要参数如下表：型号额定输出功率（）电机满载转速（r/min）轴径（mm）最大转矩Y1

7、32M164960242.01.3计算总传动比和分配各级传动比1.3.1确定总传动比电动机满载速率，工作机所需转速总传动比为各级传动比的连乘积，即1.3.2分配各级传动比取高速齿轮传动比为低速级传动比的1.2倍；所求得=3.5；=4.3；1.4计算传动装置的运动参数和动力参数 1.4.1计算各轴的转速传动装置从电动机到工作机有五个轴，依次为0、1、2、3、4轴；0轴电动机轴；（r/min）；1轴高速轴；（r/min）2轴中速轴3.3（kw）；（r/min）三轴低速轴3.1（kw）（r/min）四轴卷筒轴2.传动零部件的设计计算2.1高速齿轮传动2.1.1选择精度等级，材料及齿数 （1） 选用直

8、齿圆柱齿轮传动，压力角取为。（2）运输机为一般工作机，速度不高，故选用7级精度。 （3）材料选择。选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45刚（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数2.1.2按齿面接触疲劳强度设计（1）由公式试算小齿轮分度圆直径，即 （21）确定公式中的各参数值试选。计算小齿轮传递的转矩：由表选取齿宽系数。由图查的区域系数。由表查得材料的弹性影响系数。由式计算接触疲劳强度用重合度系数。 =1.7390.868 （22）计算接触疲劳许用应力。由图查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为；由式计算应力循环次数

9、： 2.76=0.788由图查得接触疲劳寿命系数，取和中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即试算小齿轮分度圆直径： =41.753mm（2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度。=2.10齿宽b：mm2）计算实际载荷系数由表查得使用系数。根据、7级精度，由图查得动载系数齿轮的圆周力。1662.63N=49.7N查表得出齿间载荷分配系数由表用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷分布系数。由此得到实际载荷系数3）由实际载荷系数求得的分度圆直径55.302mm及齿轮的相应模数1.975mm2.1.3.按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由公式试算模数，即（

10、23）1） 确定公式中的各参数值 试选。 由公式计算弯曲疲劳强度用重合度系数。计算。由图查得齿形系数。由图查得修正系数。由图查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限分别为。由图查得弯曲疲劳寿命系数。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式计算可得因为大齿轮的大于小齿轮，所以取2） 试算模数 =1.103mm（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 u齿宽b：宽高比。2）计算实际载荷。根据圆周速度、7级精度，由图查的动载系数。由，查表得出。由表用插值法查得，结合b/h=12.448查得则载荷系数为3） 由公式可按实际载荷系数算的齿轮模数 （24）对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计

11、算的模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于模数m的大小主要取决于弯曲疲劳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，仅与齿轮直径有关，可取弯曲疲劳强度计算得出的模数1.237mm并就近圆整为m=1.5mm按接触疲劳强度算得的分度圆直径为55.302，算出小齿轮齿数为55.3021.5=36.7取则大齿轮齿数=129.5，取为130，互为质数。2.1.4几何尺寸的计算（1）计算分度圆的直径(2)计算中心距：（3）计算齿轮宽度：=55mm为了保证设计齿宽b和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（510）mm，即 取=63mm，而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即。2.1.5圆整后中心距的强度

12、校核（1）计算变位系数和计算啮合角、齿数和、变位系数和、中心距变动系数和齿顶高降低系数。 分配变位系数。由图可知坐标点（）=（83.5, 0）位于lin11和lin12之间，由相应的规则可以求出=0.2、=0.2。(2)齿面接触疲劳强度校核按照上述的方法分别计算各个参数，计算结果如下：将他们带入公式448.40MPa< (24)齿面接触疲劳强度满足要求；（3）齿根弯曲疲劳强度校核 按照前所述分别计算各个参数，计算结果如下： 得到： （25）齿根弯曲疲劳强度满足要求；2.1.6 结构设计及绘制齿轮零件图零件图见图纸2.1.7主要设计结论齿数模数，压力角，变位系数，中心距齿宽小齿轮选用40C

13、r（调质），大齿轮选用45钢（调质）。齿轮按7级精度设计。小齿轮设计成实心式齿轮；大齿轮做成腹板式；2.2低速速级齿轮传动 2.2.1齿轮参数的选择 选用直齿圆柱齿轮传动，压力角的大小取为；精度等级为7；选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45刚（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40选小齿的轮齿数，大齿轮齿数。2.2.2按齿面接触疲劳强度设计(1)由公式（21）试算小齿轮分度圆直径：确定公式中的各参数值：选、 、 、由（22）求出=0.858、；由公式（23）计算应力循环次数：、 ；由图查得接触疲劳寿命系数、取和中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即

14、38.69mm(2)调整小齿轮分度圆直径、 mm计算实际载荷系数、(3)由实际载荷系数求得的分度圆直径46.12mm及齿轮的相应模数1.537mm2.2.3按齿根弯曲疲劳强度设计由公式（23）进行计算(1)确定公式中的各参数值 选计算。由图查得齿形系数。由图查得修正系数。、。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式计算可得取 试算模数 =1.010mm（2）调整齿轮模数 、由公式（24）得出取m=1.237mm并就近圆整为m=1.5mm按接触疲劳强度算得分度圆直径为46.12mm，算出小齿轮齿数为46.121.5=30.7取则大齿轮齿数=133.3，取为134，互为质数。2.2.4几何尺寸的计算计

15、算分度圆的直径：中心距为：、齿轮宽度=47mm为了保证设几齿宽b和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（510）mm，即取=55mm，而。2.2.5圆整后中心距的强度校核(1)计算变位系数和采用变位法将中心距圆整至其他参数保持不变计算啮合角、齿数和、变位系数和、中心距变动系数和齿顶高降低系数。 分配变位系数。由图可知坐标点（）=（82.5, 0.34）位于lin13和lin14之间，由相应的规则可以求出=0.42、=0.26。(2)齿面接触疲劳强度校核按照上述的方法分别计算各个参数，计算结果如下：将他们带入公式（24）得：齿面接触疲劳强度满足要求；(3)齿根弯曲疲劳强度校核 按照前所述分别计算各个参

16、数，计算结果如下： 由公式（25）得到：齿根弯曲疲劳强度满足要求；2.2.6 结构设计及绘制齿轮零件图2.2.7主要设计结论齿数模数，压力角，变位系数，中心距齿宽小齿轮选用40Cr（调质）大齿轮选用45钢（调质）。齿轮按7级精度设计。小齿轮做成实心式；大齿轮做成腹板式；2.3轴系部件设计2.3.1第1轴的设计（1）如上述第1轴上的功率、转速、和转矩分别为：；（r/min）；（2）求作用在齿轮上的力因已知1轴上齿轮的分度圆直径为而 ，（3）初步确定轴的最小直径先按公式初步估算轴的最小直径。选用轴的材料为45钢，调质处理。取，于是得：1轴的最小直径显然安装联轴器除的直径，故需同时选取联轴器的型号。

17、联轴器的计算转矩，取则：按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件查得手册，选用LX1型弹性注销联轴器，其公称转矩为250000（Nmm），孔径；故取=18mm，半联轴器的长度为L=42mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为（4）轴的结构设计1)拟定轴上的零件装配方案选用图纸上所示的装配方案2）根据轴向定位的要求确定轴的各段长度和直径如下表所示（5）确定1轴的各段直径和长度1）确定1轴的各段直径1.各段轴直径的确定位置直径（mm）理由18由前面算得半联轴器的孔径22为满足联轴器轴向定位要求，轴段需制出一个轴肩，取2mm ，故。25根据选取0基本游隙组标准精度级的单列圆柱滚子轴承N205其尺寸为。故。

18、 30由表查得轴承左端面也是依靠轴肩定位，由设计手册可查的。34由，进行倒推，即结合与得出：29取安装齿轮处的轴的直径。25见段理由。2）确定轴上各段的长度位置长度（mm）理由40为保证轴承挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故段长度应比略短些，取。50轴承端盖总长度为20mm，取端盖外端面与半联轴器右端面间距离,故取。15为轴承的宽度，故 7912轴环处轴肩的高度，轴环宽度，取59已知齿轮轮毂宽度为63mm，为了使套筒可靠地压紧齿轮，取轴段略短于轮毂宽度，故取43取齿轮距箱体内壁距离为，第II轴上大齿轮距第III轴上大齿轮。考虑到箱体铸造误差，在确定滚动轴承时应距箱体内壁一段距离,取。滚

19、动轴承宽度。第II轴上小齿轮轮毂长。则 2）轴向零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由平键连接强度计算公式得：通过查阅表可知平键截面，键槽用键铣刀加工，长为10mm同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性故选择的配合为；同理得半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的由此选轴的直径尺寸的公差为m6。（6）求轴上的载荷（7）按弯矩合成应力校核轴的强度取，轴的计算应力：因为材料为45钢，调质处理，由表可知由此，故安全。（8）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面截面A、B受扭转作用，虽然键槽、轴肩、及过度配合所引起的应力集中均将减弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直

20、径是按照扭转强度校核的，较为宽裕。故A、B均无需校核。这里只需校核齿轮与轴的配合的截面即可。截面右侧抗弯截面系数：截面右侧的弯矩：截面上是扭矩：；截面上的弯曲应力：；截面上的扭转切应力:；由轴的材料为45号钢，调质处理查得：由表查得理论应力集中系数及的值由图可得材料的敏性系数为：故有效应力集中系数按式为：，。由图得尺寸系数，扭转尺寸系数，表面质量系数为：；得到综合系数为：；由前面知识可知碳钢的特性系数为： 取 取则计算安全系数的值：；=5.84S=1.5；故可知其安全。截面左侧抗弯截面系数： ；截面左侧的弯矩：；截面上是扭矩： ；截面上的弯曲应力： ；截面上的扭转切应力： ；过盈配合处由附表可

21、查得，并取于是得：轴的按磨削加工，得表面质量系数为：；故的综合系数为：；所以轴在截面左侧的安全系数为：；=8.21S=1.5；故该轴的左侧的强度也是足够的。2.3.2第2轴的设计因为轴的设计思路相同，故以下设计过程仅列出一些重要参数和最终设计结果。（1） 由前面数据可以得出；根据最小直径查手册选取N206E。轴承的规格为轴的各段直径如表：位置直径（mm）理由30根据轴承的尺寸 35根据取小齿轮安装处直径。43小齿轮右端用轴肩定位，轴肩高度，取故，则轴环处直径。 35取大齿轮安装处直径。30理由同段。确定各段长度为了使套筒可靠地压紧齿轮，分别使段和段长度略短于齿轮轮毂宽4mm。轴环处轴肩的高度，

22、轴环宽度。轴环处长度为两个齿轮的距离，由前面可知其长度为其它轴的尺寸，根据第I轴算出的尺寸进行确定。即得到如下结果：轴的结构如下图所示：2.3.3第3轴设计由前面已知条件得：3.1（kw）（r/min）所以求出轴的最小直径为：轴的最小直径显然安装联轴器除的直径，故需同时选取联轴器的型号LX4由已知条件求出轴的各段长度和直径如下：同理根据第一根轴的方法求出轴的各段长度如下所示：轴的结构如下图所示：2.3.4轴系零部件的选择根据前面轴的设计内容可以确定各个轴上的零部件。现将各轴系零件列表如轴系的零件表轴承（GB/T2971994）键（GB/T10962003）联轴器（GB/T50141985）轴I

23、N205E(小齿轮)（联轴器LX1型轴IIN206E(小齿轮)(大齿轮）轴IIIN210E(联轴器）(大齿轮)LX4型2.3.5轴系零部件的校核1)轴上的键进行校核：键、轴 、轮毂的材料 都是钢，由表查得挤压应力取其平均值键的工作长度，由式可得：可见满足要求；同理，对其余的键进行一一校核，其同样也满足连接的挤压强度。 2)轴承的寿命校核：由上述可知，轴承的型号为N205E，所以查表得因为轴承只受纯径向载荷，所以P=460N所以由轴承寿命计算公式可得：同理对其余轴承一一校核其均满足额定的工作时间3.减速器装配图的设计3.1 箱体主要结构尺寸的确定3.1.1铸造箱体的结构形式及主要尺寸减速器为展开

24、式二级圆柱齿轮减速器，主要尺寸如表31名称符号齿轮减速器箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘壁厚12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地角螺栓直径18地角螺栓数目4轴承旁连接螺栓直径14连接螺栓的间距150轴承端盖螺钉直径8视孔盖螺钉直径6定位销直径8至外箱壁距离24/20/16至凸缘边缘距离22/14轴承旁凸台半径18凸台高度低速轴承外径确定外箱壁至轴承座端面距离46铸造过度尺寸x,yx=5 y=25大齿轮顶圆与内箱壁距离10齿轮端面与内箱壁距离>8箱盖箱座肋厚 轴承端盖外径201轴承旁连接螺栓距离s201盖与座连接螺栓直径10箱体前后两内壁间的距离由轴的结构设计时就已经确定，左右两内壁距离通

25、过低速级大齿轮距箱体内壁的距离也同样可以确定。箱体下底面距低速级大齿轮齿顶圆距离大于3050mm，由此可以确定下箱体的内壁距大齿轮中心的距离。3.2 减速器附件的确定视孔盖：由表得，由是双级减速器和中心距，可确定视孔盖得结构尺寸。透气孔：由表得，选用型号为的通气塞液位计：由表得，选用型号的杆式油标排油口：油塞的螺塞直径可按减速器箱座壁厚22.5倍选取。取螺塞直径为16mm.起盖螺钉：起盖螺钉数量为2，直径与箱体凸缘连接螺栓直径相同，取螺钉直径为10mm定位销：由表的定位销直径为8mm吊环：由表得，吊耳环在箱盖上铸出。根据表31中确定的尺寸可以确定吊耳环的尺寸；4.润滑 密封及其它4.1润滑4.

26、1.1.齿轮的润滑因齿轮的圆周速度<12 m/s，所以才用浸油润滑的润滑方式。高速级齿轮浸入油里约0.7个齿高，但不小于10mm，低速级齿轮浸入油高度约为1个齿高（不小于10mm）,1/6齿轮。4.1.2.轴承的润滑轴承采用润滑油进行润滑，润滑油直接采用减速器油池内的润滑油通过输油沟进行润滑。4.2密封为保证机盖与机座连接处密封，连接凸缘应有足够的宽度，连接表面应精创其表面粗糙度为Ra=6.3。密封的表面应进过刮研，而且凸缘连接螺柱之间的距离不应过大应均匀分布。轴承端盖选用凸缘式轴承盖易于调整，采用密封圈实现密封。端盖直径见表31。密封圈型号根据轴承直径确定。密封圈材料为半粗羊毛毡。4.3其它（1）装配图图纸选用画图软件画。（2）装配前零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，机内不许有任何杂物存在，内壁图上不被机油侵蚀的涂料两次。（3）齿啮合侧隙用铅丝检验不小于0.6mm，铅丝不得大于最小侧隙的四倍。（4）用涂色法检验斑点，按齿高接触斑点不小于40%，按齿长接触斑点不小于50%，必要时间可用研磨或刮后研磨以便改善接触情况。（5）应调整轴承轴向间隙，F35为0.030.008mm F45为0.060.12mm F750.080.15mm.检查减速器剖封面，各接触面积密封处，均不许漏油，剖封面允许涂密封油漆或水玻璃，不许使用任何填料。（6