机械课程设计-展开式二级减速器设计说明书

展开式二级圆柱齿轮减速器 洛阳理工学院 机械设计基础课程设计24--31-机械设计课程设计[机械设计基础]2013年6月28日课程名称：机械设计基础设计课题：二级展开式圆柱齿轮减速器专业：材料成型及控制工程指导教师：张旦闻班级：B100304姓名：武鑫鑫（B10030414）

目录前言 3第一章设计任务书 41.1设计题目 41.2设计参数 41.3传动方案分析 4第二章电动机类型和结构形式选择 52.1类型选择 52.2功率选择 52.3转速确定 5第三章计算传动装置的运动参数 63.1传动装置的总传动比及其分配 63.2各轴转速的确定 63.3各轴功率的确定 63.4各轴转矩 7第四章V带的设计 74.1选择V带型号 74.2确定带轮 74.3确定带长和中心距 84.4验算包角 84.5确定V带根数 84.6确定拉力和压力 94.7带轮的结构设计 9第五章传动件设计（齿轮） 95.1高速级齿轮传动设计（斜齿轮） 95.1.1齿轮精度及材料选择 95.1.2确定许用应力 95.1.3按齿轮强度计算 105.1.4验算齿面强度 115.2低速级齿轮(直齿轮) 115.2.1齿轮精度材料选择 115.2.2确定许用应力 125.2.3按齿面强度计算 125.2.4验算齿面强度 13第六章轴的设计 136.1高速轴的设计 136.1.1轴的材料及结构设计 136.1.2轴的受力分析及校核 156.1.3轴承寿命校核 186.2中间轴的设计 186.2.1轴的材料及结构设计 186.2.2轴的受力分析及校核 196.2.3轴承寿命校核 216.3低速轴的设计 226.3.1轴的材料的确定 226.3.2初选联轴器和轴承 226.3.3轴的结构设计 23第七章键连接设计及校核 247.1高速轴连接设计及校核 247.2中间轴连接设计及校核 247.3低速轴连接及校核 25第八章箱体及其附件的结构设计 258.1箱体的结构设计 258.2附件的结构设计 26设计总结 28参考文献 29前言机械设计课程设计是机械设计基础中一项重要的综合性与实践性过程，是培养学生动手能力的重要方法，通过课程设计可以让我们综合运用机械设计课程和其他相关课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓展所学的知识。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。本次课程设计的题目选择通用机械的传动装置——减速器。设计内容包括：传动装置的总体设计；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图零件图的设计；编写设计计算说明书等。通过这些设计及计算让我们将课堂中所学的知识与实践充分的结合起来，并学会查阅各种资料及相关的机械工具书。在课程设计中应熟悉和正确采用各种有关技术标准与规范，尽量采用标准件。另外在设计中应吸收和应用先进的设计手段，运用计算机辅助设计，优化设计方案，提高设计质量。然而由于涉及但本人的水平有限及各种因素，在设计过程定会存在某些不合理的设计规范，出现一些错误。王老师能够批评指正。设计内容计算及说明结果第一章、设计任务书1.1、设计题目：带式运输机两级斜齿圆柱齿轮减速器1.2、设计参数及要求：1）、设计参数：运输带工作拉力:F=1200N运输带工作速度:V=1.2m/s卷筒直径:D=400mm2）、工作条件：连续单向运转，载荷有轻微振动，室外工作，有粉尘；运输带速度允许误差土5％；两班制工作，3年大修，使用期10年。(卷筒支承及卷筒与运输带间的摩擦影响在运输带工作拉力F中已考虑)。3）、加工条件:生产20台，中等规模机械厂，可加工7—8级。1.3、传动方案的分析带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经联轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用直齿圆柱齿轮传动。将带传动布置于高速级将传动能力较小的带传动布置在高速级，有利于整个传动系统结构紧凑，匀称。同时，将带传动布置在高速级有利于发挥其传动平稳，缓冲吸振，减少噪声的特点。设计内容计算及说明结果第二章、电动机类型和结构形式的选择2.1、类型选择电动机的类型根据动力源、场所和工作条件、,选用具有防止灰尘、铁屑或其他杂物入侵作用的全封闭自扇冷龙式三相异步电动机Y系列。2.2、功率选择(1)设电动机机工作功率查[2]表得，代入数据得：电动机工作功率为：式中，，，代入上式得：因为电动机的额定功率应略大于或等于其工作功率，查表得Y系列电动机的技术参数知，确定电动机的功率为。2.3、转速的确定查表得，皮带的传动比为；二级圆柱齿轮的传动比范围为。则，代入数据求得：查阅设计手册知，符合电动机转速及确定的额定功率的电动机由三种，。考虑到电动机的价格及经济实用性，选用型号的电动机。其主要性能如下：电动机型号额定功率满载转速2.2kW940r/min2.02.0电动机的型号第三章、计算传动装置的运动参数3.1、传动装置的总传动比及其分配根据电动机的满载转速和滚筒转速，可算出传动装置总传动比为：,取，又因为：二级圆柱齿轮减速器分配到各级传动比为：高速级的传动比为：低速级的传动比为3.2、各轴的转速的确定将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴，则：3.3、各轴功率的确定3.4、各轴的转矩输出转矩：机构参数项目电动机轴高速轴中间轴低速轴转速(r/min)940320113.1158.35功率（kW）2.21.681.591.53转矩（N·m）22.3564.37169.46322.20各轴转速各轴功率各轴的转矩第四章、V带的设计4.1、选择V带型号查表得,由式得:则由，查阅得：选用A型V带，4.2、确定带轮的基准直径，并验算带速查表得，小带轮的直径推荐范围：，则取，且，则，查表取。带速4.3、确定带长和中心距查阅资料得：中心距，，则此处取值且有下式查表得取带长，实际中心距：所以，，则取4.4、验算小带轮包角有以上验算可知，包角合适。4.5、求V带根数Z查表得，由。可知，，且传动比：查表得，，由查表知，,则,圆整后取4.6、确定初拉力和带对轴上的压力查表取则且4.7、带轮的结构设计查表知，当带轮基准直径（为轴的直径）时，可采用实心式结构；当时，采用腹板式结构；当时，采用轮复式结构。根据设计数据，大小带轮均采用腹板式结构。选取A型V带带轮采用腹板式结构第五章、传动件设计（齿轮）5.1、高速级齿轮传动设计（斜齿轮）5.1.1、齿轮的精度及材料选择由于本设计为二级展开式圆柱齿轮传动运输机机构，考虑到齿轮的传动稳定性，高速级齿轮的设计采用斜齿轮。该机构为一般机器，运转速度不高，查阅机械设计手册，选用8级精度。小齿轮材料为40Cr（调质），取齿面硬度280HBS，接触疲劳极限，取,弯曲疲劳极限；大齿轮材料为45钢（调质处理），取齿面硬度240HBS，接触疲劳极限，弯曲疲劳强度极限；二者材料硬度差为40HBS；因为减速器要求结构紧凑，故采用硬齿面组合。5.1.2、确定许用应力查表得，取5.1.3、按齿轮弯曲强度计算因为齿轮精度等级为8级精度；取载荷系数K=1.3。齿宽系数：由于齿轮选取的为硬齿面，且为非对称布置，，又由于过大增大了齿宽和轴向尺寸，增加了载荷的分布不均匀性，故取。初选螺旋角：一般制造精度的斜齿轮螺旋角常用值为，当精度较高或对振动、噪声有特殊要求的齿轮，取或更大值，故在本设计中取。齿数：在硬齿面的传动中，由于齿根弯曲度较弱，需适当减少齿数，以保证有较大的模数m，推荐,则取,所以齿形系数：查表得，则所以应对小齿轮进行弯曲强度计算：法向模数代入数据求得：代入数据得，，查表圆整后取中心距：确定螺旋角：齿轮分度圆直径：齿宽：，取5.1.4、验算齿面的接触强度则,故安全。齿轮的圆周速度：对照表选8级制造精度合适。5.2、低速级齿轮（直齿轮）5.2.1、齿轮的精度材料选择由于本设计为二级展开式圆柱齿轮传动运输机机构，考虑到齿轮的传动稳定性，且低速级齿轮转速较小，采用直齿轮。该机构为一般机器，运转速度不高，查阅机械设计手册，选用8级精度。小齿轮材料为40Cr（调质），取齿面硬度280HBS，接触疲劳极限，取,弯曲疲劳极限；大齿轮材料为45钢（调质处理），取齿面硬度240HBS，接触疲劳极限，弯曲疲劳强度极限；二者材料硬度差为40HBS；因为减速器要求结构紧凑，故采用硬齿面组合。初选小齿轮的齿数为，则大齿轮齿数，查表得，5.2.2、确定许用应力查表得，取5.2.3、按齿面接触强度计算取载荷系数;齿宽系数齿轮分度圆直径为:代入数据得：实际传动比；模数,圆整后取。齿宽，取。则分度圆直径中心距5.2.4、验算齿轮弯曲强度齿形系数：则则齿轮的圆周速度：齿轮精度为8级小齿轮为40Cr（调质处理）硬度280HBS大齿轮为45钢（调质处理）硬度240HBSK=1.3选用8级精度小齿轮40Cr齿面硬度280HBS大齿轮为45钢（调质处理）硬度240HBS设计内容计算及说明结果第六章轴的设计6.1、高速轴的设计6.1.1、轴的材料及结构设计选取轴的材料为45号钢，调质处理。按扭转强度法估算高速轴的直径，由[1]表14-2，取常数，由公式(14-2)，轴的最小直径满足：；且根据经验公式，高速输入轴的轴径可按与其相连的电动机的直径D估算，,则查表得，又因为此轴需要安装带轮，则需配合带轮的孔径。选取带轮的材料为HT150或HT200，则轮毂宽,轮缘宽，并与小带轮的数据相同，所以。段：考虑到该段轴安装带轮需要开设键槽，则此段轴的轴径需在增加5%，所以，圆整后取整数为。长度。段：为满足带轮的的轴向定位要求，轴段右端要求制出一轴肩，故取段的直径；轴承端盖的总宽度为（由减速器和轴承端盖的机构设计而定），根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面与带轮的距离为10mm。故取。段此段要安装轴承，因此首先选取轴承型号，考虑到轴主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许一定的内外圈轴线偏斜量，大量生产价格最低等因素，根据[1]表16-2选用深沟球轴承。又根据设计尺寸，由[2]表18-2选用轴承型号为6306，其。并且为了防止箱体内的稀油进入轴承内需在轴承与箱体间安装密封圈，根据密封圈的尺寸要求，轴承的综合考虑取。段:为满足轴承的轴向定位要求，及其与轴的配合，取。段：有前面计算的齿轮分度圆直径知，齿轮的分度圆直径较小，故此段的齿轮采用齿轮轴，。段：由右端轴承轴向固定定位需求，取直径，长度；段：此处安装轴承。轴的结构及尺寸：6.1.2、轴的受力分析及校核首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。确定轴的支点位置，对于轴承6306，由于它的对中性好所以它的支点在轴承的正中位置。因此作为简支梁的轴的支撑跨距为266.5mm。轴上齿轮的圆周力：，径向力：作用在轴1带轮上的外力：求垂直面的支反力：求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：求水平面的支承力：由得求并绘制水平面弯矩图：求F在支点产生的反力：求并绘制F力产生的弯矩图：F在a处产生的弯矩：求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把与直接相加。求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径：因为材料选择调质，查课本225页表14-1得，查课本231页表14-3得许用弯曲应力，则：因为，所以该轴是安全的。由以上计算所得的数据画出各不同力的图示分析轴的受力分析图如下6.1.3、轴承寿命校核因为采用的是深沟球轴承6306型号，查表得基本额定动载荷，轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查课本259页表16-9，10取温度系数载荷系数，取寿命指数。按最不利考虑，则有：则，根据设计要求知，所选该轴承符合要求。6.2、中间轴的设计6.2.1、轴的材料及结构设计选取轴的材料为45号钢，调质处理。按扭转强度法估算高速轴的直径，由[1]表14-2，取常数，由[1]公式(14-2)，轴的最小直径满足：；考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许一定的内外圈轴线偏斜量，大量生产价格最低等因素，根据[1]表16-2选用深沟球轴承。又根据设计尺寸取，由[2]表18-2选用轴承型号为6206，其，。1、拟定轴的结构方案如图：2、各轴段直径与长度的确定1)、根据所选轴承的直径，取中间轴最小直径；综合壁厚及箱体尺寸等因素，现取；2)、为满足齿轮的轴向定位要求，轴段右端及轴段左端要求制出一轴肩，并且这两段轴要安装齿轮，需要开键槽，因此轴径应在原有的设计基础上，增加5%，用来弥补开键槽带来的应力不足，故取，同时为了保证齿轮与轴配合得有良好得对中性，固选择齿轮轮毂与轴得配合选H7/n6。根据高速级大齿轮及低速级小齿轮的齿宽，分别取，；3)、为满足齿轮的轴向定位要求，取。根据齿轮间间隙推荐值，取；至此已初步确定各轴段的直径与长度。6.2.2、轴的受力分析及校核作用在大（表示为2）小齿轮（表示为3）上的圆周力轴上齿轮的圆周力：，径向力：求垂直面的支反力计算垂直弯矩：求水平面的支承力：计算、绘制水平面弯矩图：求合成弯矩图，按最不利情况考虑：求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径：n-n截面:m-m截面:与前面所取得轴径比较，所取得轴是安全的。轴的受力分析图如下图所示6.2.3、轴承寿命校核：查表得，,轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查课本259页表16-9，10取温度系数载荷系数取寿命指数。则，轴承使用寿命在3年范围内，因此该轴承符合要求。6.3、低速轴的设计6.3.1、轴的材料选取轴的材料为45号钢，调质处理。按扭转强度法估算高速轴的直径，由[1]表14-2，取常数，由[1]式(14-2)，轴的最小直径满足：；此轴的最小直径即安装在联轴器处轴的最小直径，为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应，所以需要同时选取联轴器的型号。6.3.2、初选联轴器及轴承查[1]表17-1，取,则计算转矩：；按照及电动机轴尺寸等限制条件，查[3]表13-1，选用HL3型弹性柱销联轴器。其公称转矩，半联轴器的孔径，故取低速轴的最小直径。考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许一定的内外圈轴线偏斜量，大量生产价格最低等因素，根据[1]表16-2选用深沟球轴承。又根据设计尺寸，由[2]表18-2选用轴承型号为6209，其，。6.3.3、轴的结构设计轴的结构如下图所示1、各轴段直径与长度的确定1)、由所选半联轴器的孔径，取低速轴最小直径；半联轴器与轴配合的毂孔长度为，段的长度应比略短一些，现取；2)、为满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端要求制出一轴肩，故取段的直径；轴承端盖的总宽度为30mm（由减速器和轴承端盖的机构设计而定），根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面与联轴器的距离为10mm。故取。3)、根据所选轴承直径尺寸确定，取，；4)、为满足轴承的轴向定位要求，取，综合中间轴设计取；5)、为满足齿轮的轴向定位要求，取该段直径，长度；6)、根据齿轮几何尺寸，段直径，长度取；至此已初步确定各轴段的直径与长度。45钢调质处理选用6306深沟球轴承45钢调质处理轴承型号620645号钢调质处理HL3型弹性柱销联轴器轴承型号为6209第七章键连接设计校核7.1、高速轴连接设计及校核1、选择键连接的类型和尺寸高速轴与带轮的周向定位采用圆头普通平键(A型)联接。按，查得平键的截面尺寸，，由该轴段长度取。2、校核键联接的强度由[1]式(10-26)有平键连接的挤压强度条件：；1)键、轴和联轴器的材料都是钢，承受轻微冲击，查得许用挤压应力，取；2)键的工作长度，则由上式得：；故所选的平键满足强度要求。键的尺寸及型号为：键6×6×36GB/T1095-2003。7.2、中间轴连接设计及校核1、选择键连接的类型和尺寸高速轴与齿轮的周向定位采用圆头普通平键(A型)联接。按，查得平键的截面尺寸，，由各轴段长度取；。2、校核键联接的强度由[1]式(10-26)有平键连接的挤压强度条件：；1)键、轴和联轴器的材料都是钢，承受轻微冲击，查得许用挤压应力，取；2)键的工作长度，，则由上式得：；故所选的平键满足强度要求。键的尺寸及型号分别为：键10×8×45GB/T1095-2003。键10×8×40GB/T1095-20037.3、低速轴连接设计及校核1、选择键连接的类型和尺寸高速轴与联轴器的周向定位采用圆头普通平键(A型)联接。按，查得平键的截面尺寸，，由该轴段长度取。2、校核键联接的强度由[1]式(10-26)有平键连接的挤压强度条件：；1)键、轴和联轴器的材料都是钢，承受轻微冲击，查得许用挤压应力，取；2)键的工作长度，则由上式得：；故所选的平键满足强度要求。键的尺寸及型号为：键10×8×70GB/T1095-2003。键6×6×36GB/T1095-2003键10×8×45GB/T1095-2003键10×8×70GB/T1095-2003设计内容计算及说明结果第八章、箱体及其附件设计8.1箱体的结构设计1、确定箱体的尺寸与形状箱体的尺寸直接影响它的刚度，首先确定合理的箱体壁厚。为了保证结合面连接处的局部刚度与接触刚度，箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘，箱座底面凸缘厚度设计得更厚些。2、合理设计肋板；在轴承座孔与箱底接合面处设置加强肋，减少了侧壁的弯曲变形。3、合理选择材料；因为铸铁易切削，抗压性能好，并具有一定的吸振性，且减速器的受载不大，所以箱体可用灰铸铁制成。4、减速器的具体结构尺寸如下表格。减速器铸造箱体的结构尺寸名称公式数值(mm)下箱座壁厚δ=0.025+3≥810上箱盖壁厚δ1=0.9δ≥810箱体凸缘厚度箱座b=1.5δ15箱盖b1=1.5δ113.5箱座底p=2.5δ25加强肋厚箱座上的肋板m≈0.85δ10箱盖m1≈0.85δ8地脚螺钉直径和数目df=0.036+12M16n=6轴承旁联接螺栓直径d1=0.72dfM12箱盖和箱座联接螺栓直径d2=0.6dfM10轴承盖螺钉直径和数目高速轴d3=0.4-0.5dfM8n=6中间轴M6低速轴M8轴承盖外径D2高速轴=+2.5d3112中间轴92低速轴125观察孔盖螺钉直径d4=0.4dfM10df、d1、d2至箱外壁距离dfC120d120d220df、d1、d2至凸缘边缘的距离dfC216d116d216大齿轮齿顶圆与内壁距离Δ1>1.2δ15齿轮端面与内壁距离Δ2>δ15外壁至轴承座端面的距离l1=C2+C1+(5～8)438.2附件的结构设计1、检查孔和视孔盖检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，检查要开在便于观察传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖用铸铁制成，它和箱体之间加密封垫。2、放油螺塞放油