机械设计课程设计说明书-二级圆柱齿轮减速器

I机械设计课程设计设计说明书———(二级圆柱齿轮减速器)专业：机械设计制造及其自动化班级：000姓名：000学号：2000000000指导老师：马利云吕梁学院学院矿业工程系完成时间：2016年12月13日2011级机械设计制造及其自动化专业机械设计课程设计任务书学生姓名：班级：8888学号：一、设计题目：设计一用于带式运输机上的XX减速器二、给定数据及要求已知条件：运输带工作拉力F=18000N；运输带工作速度v=0.24m/s（允许运输带速度误差为±5%）；滚筒直径D=400mm；两班制，连续单向运转，载荷轻微冲击；工作年限5年；环境最高温度350C；小批量生产。三、应完成的工作减速器装配图1张；零件工作图2—4张（从动轴、齿轮）；设计说明书1份。系主任：科室负责人：指导教师：发题日期完成日期目录TOC\o"1-3"\h\u21281第一章机械传动装置的总体设计 3221151.1选择电机 3295001.1.1电机类型的选择 3144101.1.2电机容量的选择 3102451.1.3电动机转速的选择 4100011.2传动比的分配 4241641.3传动系统的运动和动力参数计算 5321211.3.1各轴的转速、功率和扭矩计算 5270711.3.2各轴的运动参数表 515950第二章V带传动的设计 5211652.1V带的参数设计 612472.2V带的主要参数表 728680第三章齿轮的设计 7312943.1.齿轮参数设计 7178483.1.1高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 7321043.1.2低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 10160483.2齿轮的主要参数表 12240043.3斜齿圆柱齿轮上作用力的计算 13173923.3.1高速级齿轮传动的作用力 13170603.3.2低速级齿轮传动的作用力 14144第四章轴的设计 15285794.1中间轴的设计 15253704.1.1已知条件 15217794.1.2选择轴的材料 15119674.1.3轴的结构设计并绘制结构草图 1553474.1.4键连接 17171964.1.5轴的受力分析及校核 17101444.2高速轴的设计 18143454.2.1已知条件 18272554.2.2选择轴的材料 1844514.2.3轴的结构设计并绘制结构草图 18262194.2.4键连接 21155164.2.5轴的受力分析及校核 21251164.3低速轴的设计 21167844.3.1已知条件 2268594.3.2选择轴的材料 22128054.3.3轴的结构设计并绘制结构草图 2298604.3.4键连接 24291074.3.5轴的受力分析及校核 2520628第五章箱体设计及参数 25859设计小结 262740参考文献 2711210附表1第一章各轴的运动参数表 288341附表2第二章V带传动的主要参数表 28442附表3第三章齿轮的主要参数表 282219高速级斜齿圆柱齿轮 2831211低速级斜齿圆柱齿轮 2914579附表4第五章箱体的结构尺寸表 29课程设计说明书设计计算内容结果第一章机械传动装置的总体设计1.1选择电机1.1.1电机类型的选择选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。1.1.2电机容量的选择（1）卷筒轴所需功率，取工作机的传动效率，则卷筒轴所需功率电动机输出功率式中分别为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率，查表2-4[1]得V带传动，滚动轴承，圆柱齿轮传动，弹性联轴器。则故电动机额定功率由表20-1[1]选取电动机额定功率1.1.3电动机转速的选择工作机卷筒轴的转速为：由表2-1[1]查得V带传动常用传动比范围，二级圆柱齿轮减速器传动比范围，则电动机转速的可选范围为可见同步转速为750r/min、1000r/min、1500r/min的电动机均符合，这里初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min两种电动机进行比较，如表1-1所示表1-1电动机型号选择表由表中数据可知两个方案均可行，但方案2的传动比较小，传动装置结构尺寸较小，因此选用Y132M2-6型电动机，电动机安装及有关尺寸如下：/mm中心高外形尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓直径轴伸尺寸HA×BKD×E132515×(270/2+210)×315216×1781238×801.2传动比的分配传动装置总传动比分配各级传动比取V带传动比，则减速器的传动比，对于二级圆柱齿轮减速器，为使两级的大齿轮有相近的浸油深度，高速级传动比和低速级传动比有1.3传动系统的运动和动力参数计算1.3.1各轴的转速、功率和扭矩计算（1）各轴转速各轴输入功率按电动机额定功率计算各轴输入功率，即（3）各轴输入转矩1.3.2各轴的运动参数表见附表1第二章V带传动的设计2.1V带的参数设计确定计算功率查表8-7[2]得工况系数选择带型根据计算功率和小带轮转速由图8-7[2]确定A型普通V带确定带轮的基准直径D1和D2由表8-4[2]取主动轮直径，则从动轮直径为取验算带的速度确定中心距a和带的基准长度Ld根据初步确定中心距确定带的计算长度由表8-3[2]选取基准长度计算实际中心距验算主动轮包角确定带的根数由查表8-6(a)[2]和表8-6(b)[2]得查表8-9[2]得,查表8-10[2]得，采用化学纤维线绳结构的带，取K=1.33根确定带的预紧力计算轴上的压轴力带轮结构设计小带轮结构采用实心式，查表得电动机轴径轮缘宽：轮毂宽：大带轮结构采用孔板式结构，轮缘宽可与小带轮相同，轮毂宽可与轴的结构设计同步进行2.2V带的主要参数表见附表2第三章齿轮的设计3.1.齿轮参数设计3.1.1高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算1、选择材料，确定许用应力由表9-1[3]根据工作要求，采用齿面硬度≤350HBS。小齿轮选用40Cr，调质处理，硬度为260HBS；大齿轮选用45钢，调质处理，硬度为240HBS；选用8级精度。因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为选择齿数通常，取小齿轮传递转矩为T1=147010N·mm初定载荷系数Kt因v未知，Kv值不能确定，可初步选载荷系数，初选选择齿宽系数齿轮采用非对称简支布置，查表9-6[3]取齿宽系数初选螺旋角，由图9-11[3]查取节点区域系数ZH=2.433螺旋角系数Zβ=0.985，弹性系数ZE=189.8计算重合度系数Zε端面重合度：纵向重合度：则重合度系数（8）初算小齿轮的分度圆直径d1t确定载荷系数查表9-2[3]可得使用系数KA=1.0，因，查图9-8[3]得动载系数KV=1.1，齿间载荷分配系数Kα=1.2，齿向载荷分配系数Kβ=1.11，则载荷系数为因K与Kt有较大差异，故需对Kt计算出的进行修正，即确定模数，取mn=2.5mm确定齿轮传动尺寸中心距，取a=201mm则螺旋角所以校核齿根弯曲疲劳强度K、T1、m和d1同前齿宽b=b2=52.22mm齿形系数和齿根应力修正系数当量齿数为查表9-5[3]得重合度系数螺旋角系数所以3.1.2低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算1、选择材料，确定许用应力由表9-1[3]根据工作要求，采用齿面硬度≤350HBS。小齿轮选用40Cr，调质处理，硬度为280HBS；大齿轮选用45钢，调质处理，硬度为260HBS；选用8级精度。2、因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为（1）选择齿数通常，取（2）小齿轮传递转矩为T2=820650N·mm（3）初定载荷系数Kt因v未知，Kv值不能确定，可初步选载荷系数，初选选择齿宽系数齿轮采用非对称简支布置，查表9-6[3]取齿宽系数初选螺旋角，由图9-11[3]查取节点区域系数ZH=2.433螺旋角系数Zβ=0.985，弹性系数ZE=189.8计算重合度系数Zε端面重合度：纵向重合度：则重合度系数初算小齿轮的分度圆直径d1t确定载荷系数查表9-2[3]可得使用系数KA=1.0，因，查图9-8[3]得动载系数KV=1.02，齿间载荷分配系数Kα=1.2，齿向载荷分配系数Kβ=1.07，则载荷系数为因K与Kt差异不大，故无需对Kt计算出的进行修正确定模数，取确定齿轮传动尺寸中心距，取则螺旋角所以校核齿根弯曲疲劳强度K、T1、mn和d1同前齿宽b=b2=52.22mm齿形系数和齿根应力修正系数当量齿数为查表9-5[3]得重合度系数螺旋角系数所以3.2齿轮的主要参数表高速级斜齿圆柱齿轮序号名称符号计算公式及参数选择1模数mn,mt2螺旋角3分度圆直径4齿顶高5齿根高3.125mm6全齿高h5.625mm7顶隙0.625mm8齿顶圆直径9齿根圆直径10中心距201mm低速级斜齿圆柱齿轮序号名称符号计算公式及参数选择1模数mn,mt2螺旋角14.30°3分度圆直径4齿顶高3.5mm5齿根高4.375mm6全齿高h7.875mm7顶隙0.875mm8齿顶圆直径9齿根圆直径10中心距242mm3.3斜齿圆柱齿轮上作用力的计算3.3.1高速级齿轮传动的作用力（1）已知条件高速轴传递的转矩T1=147010N·mm，转速n1=343r/min,高速级齿轮的螺旋角β=14.03°，小齿轮左旋，大齿轮右旋，小齿轮分度圆直径（2）齿轮1的作用力圆周力其方向与力作用点圆周速度方向相反径向力其方向为由力的作用点指向齿轮1的转动中心轴向力其方向可用左手法则确定，即用左手握住轮1的轴线，并使四指的方向顺着轮的转动方向，此时拇指的指向即为该力方向法向力为法向力为齿轮2的作用力从动齿轮2各个力与主动齿轮1上相应的力大小相等，方向相反3.3.2低速级齿轮传动的作用力已知条件中间轴传递的转矩，转速n2=59r/min,低速级齿轮的螺旋角β=14.30°，为使齿轮3的轴向力与齿轮2的轴向力互相抵消一部分，低速级的小齿轮右旋，大齿轮左旋，小齿轮分度圆直径（2）齿轮3的作用力圆周力其方向与力作用点圆周速度方向相反径向力其方向为由力的作用点指向齿轮3的转动中心轴向力其方向可用左手法则确定，即用左手握住轮1的轴线，并使四指的方向顺着轮的转动方向，此时拇指的指向即为该力方向法向力为法向力为（3）齿轮4的作用力从动齿轮4各个力与主动齿轮3上相应的力大小相等，方向相反第四章轴的设计4.1中间轴的设计4.1.1已知条件中间轴传递的功率，转速,齿轮分度圆直径，齿轮宽度4.1.2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，查资料常选用45钢，调质处理4.1.3轴的结构设计并绘制结构草图查表14-2[3]得A=103~126，考虑轴端不承受转矩，只承受少量的弯矩，故取较小值A=105，则结构设计轴的结构构想如图所示轴承部件的结构设计轴承采用两端固定方式。然后按照轴上零件的安装顺序，从最小直径处开始设计轴承的选择与轴段①及轴段⑤的设计轴段①、⑤上安装轴承，其直径应便于安装而且符合轴承内径系列。取轴承7211C进行设计，验算其寿命符合要求，查表3-19[4]得轴承内径d=55mm,外径D=100mm，宽度B=21mm，内圈定位轴肩直径，外圈定位内径直径，对轴的力作用点与外圈大端面的距离，故通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则轴段②和轴段④的设计轴段②上安装齿轮3，轴段④上安装齿轮2，为便于齿轮的安装，d2和d4应分别略大于d1和d5，可初定，齿轮2轮毂宽度范围为，齿轮2轮毂宽度，左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定。由于齿轮3的直径比较小，采用实心式，取其轮毂宽度与齿轮宽度相等，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段②和轴段④的长度应比相应齿轮的轮毂略短，故取（4）轴段③该段为中间轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为，取其高度为,故齿轮3左端面与箱体内壁距离与高速轴轮右端面距箱体内壁距离均取为,齿轮2与齿轮3的距离初定为，则箱体内壁之间的距离为则箱体内壁之间的距离为，则轴段③的长度为（5）轴段①及⑤的长度该减速器齿轮的圆周速度小于2m/s，故轴承采用脂润滑，需要用挡油盘阻止箱体内润滑油渐入轴承座，轴承内端面距箱体内壁的距离取为，中间轴上两个齿轮的固定均由挡油盘完成，则轴段①的长度为轴段⑤的长度为（6）轴上力作用点的间距轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距离，则可得轴的支点及受力点间的距离为4.1.4键连接（1）齿轮与轴间采用A型普通平键连接，查表3-22[4]得键的型号分别为键18×90GB/T1096-2003和键18×63GB/T1096-2003（2）键联接的强度齿轮3与轴的键连接：查表5-2[3]得。键的工作长度，则，所以键18×90GB/T1096-2003可用。齿轮2与轴的键连接方法同上，经计算键18×63GB/T1096-2003可用。4.1.5轴的受力分析及校核轴的受力分析如图经校核符合强度要求4.2高速轴的设计4.2.1已知条件小齿轮分度圆直径,齿轮宽度4.2.2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选常用的材料45钢，调质处理4.2.3轴的结构设计并绘制结构草图按扭转强度式估算最小轴径，查表14-2[3]得A=103～126，考虑轴端既承受转矩又承受弯矩，故取中间值A=110，则由于V带轮配合段直径处有一键槽，应增大3%取绘制轴系结构草图，如图所示轴承部件的结构设计为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用部分式结构，该减速器发热小、轴不长，故轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从轴的最细处开始设计轴段①轴段①上安装带轮，此段轴的设计应与带轮轮毂轴孔设计同步进行。初定,带轮轮毂的宽度为80mm，轴段①的长度略小于毂孔宽度，取密封圈与轴段②在确定轴段②的轴径时，应考虑带轮的轴向固定及密封圈的尺寸。带轮用轴肩定位，轴肩高度。轴段②的轴径,其最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度小于3m/s,可选用毡圈油封，查表3-28[4]选毡圈40JB/ZQ4606-86，则（4）轴承与轴段③及轴段⑦考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承。轴段③上安装轴承，其直径应符合轴承内径系列。现暂取轴承为7209C.查表3-19[3]轴承内径d=45mm，外径D=85mm，宽度B=19mm，内圈定位轴肩直径，外圈定位内径，在轴上力作用点与外圈大端面的距离，故取轴段③的直径。轴承采用脂润滑，需要用挡油盘，为补偿箱体铸造误差和安装挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距离取，挡油盘的挡油凸缘内侧面凸出箱体内壁，挡油盘轴孔宽度初定，轴承外端盖的止口m不宜太小，以免拧紧螺钉时端盖歪斜，通常，则，通常一根轴上的两个轴承应取相同的型号，则，（5）齿轮与轴段⑤该段上安装齿轮，为便于齿轮的安装应略大于，可初定，查表3-22[4]知该处键的截面尺寸为，轮毂键槽深度，则该处齿轮上齿根圆与毂孔键槽顶部的距离为则有，（6）轴段④和⑥的设计该轴段直径可取略大于轴承内圈定位轴肩的直径，则，齿轮右端面距箱体内壁距离为，则轴段⑥的长度为，轴段④的长轴段②的长度该轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座的宽度为，查表3-2[4]箱座壁厚，取，取轴承旁连接螺栓为M16，则，箱体轴承座宽度，取，取箱体凸缘连接螺栓为M12，地脚螺栓为M20，则有轴承端盖连接螺钉直径为，取，轴承端盖凸缘厚度为，取，轴承端盖与轴承座间的调整垫片厚度为Δt=2mm，端盖连接螺钉可用GB/T5781M8×25；为方便不拆卸带轮的条件下可以装拆轴承端盖连接螺钉，取带轮凸缘端面距轴承端盖表面距离K=28mm，带轮采用腹板式，螺钉的拆装空间足够。则轴上力作用点的间距轴承反力的作用点距离轴承外圈大端面的距离，则轴的支点及受力间的距离为4.2.4键连接（1）带轮与轴段①间采用A型普通平键连接，查表3-22[4]得键10×70GB/T1096-2003（2）键的联接强度同4.1.4，经计算键符合强度要求可用4.2.5轴的受力分析及校核经校核符合强度要求4.3低速轴的设计4.3.1已知条件低速轴传递的功率,转矩转速,齿轮4分度圆直径,齿轮宽度4.3.2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选常用的材料45钢，调质处理4.3.3轴的结构设计并绘制结构草图查表14-2[3]得A=103～126，考虑轴端只承受转矩，故取A=105，则由于轴与联轴器连接，有一个键槽，轴径应增大3%取轴的结构构想图如图所示轴承部件的结构设计该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最小轴径处开始设计（2）联轴器及轴段①轴段①上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择同步进行为补偿联轴器所连接两轴的安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器。查表15-1[3]取，则计算转矩查表3-12[4]得GB/T5014-2003HL7型联轴器符合要求：公称转矩为，许用转速,轴孔直径范围为。考虑，取联轴器毂孔直径为85mm，轴孔长度132mm，J型轴孔，A型键，相应的轴段①的直径，长度密封圈与轴段②在确定轴段②的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及轴承端盖密封圈的尺寸。联轴器用轴肩定位，轴肩高度。轴段②的轴径，最终由密封圈确定，该处轴的圆周速度小于3m/s，可选用毡圈油封，查得选用毡圈110JB/ZQ4606-86,则轴承与轴段③及轴段⑥的设计轴段③及轴段⑥上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承。先暂取轴承为7024C，查得轴承内径，外径D=180mm，宽度B=28mm，轴上定位端面圆角半径最大为，轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距离，故,轴承采用脂润滑，需要挡油盘，挡油盘宽度初定为,故通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，故齿轮与轴段⑤该段上安装齿轮4，为便于齿轮的安装，应略大于，可初定,齿轮4轮毂的宽度范围为，大于齿轮宽度，取其轮毂宽度，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段⑤的长度应比齿轮轮毂略短，故取轴段④该轴段为齿轮提供定位和固定作用，定位轴肩的高度为，取，则,齿轮左端面距箱体内壁距离为，则轴段④的长度轴段②和轴段⑥的长度轴段②的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承端盖连接螺栓为螺栓GB/T5781M8×25,其安装圆周大于联轴器轮毂外径，轮毂外径不与端盖螺栓的拆装空间干涉，故取联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离为，则有，轴段⑥的长度轴上力作用点的间距轴承反力的作用点与轴承外圈大端面的距离，则轴的支点及受力点间的距离为4.3.4键连接联轴器与轴段①及齿轮4与轴段⑤间均采用A型普通平键连接，查得其型号为键22×14GB/T1096-2003和键32×18GB/T1096-20034.3.5轴的受力分析及校核轴的受力分析如图经校核符合强度要求第五章箱体设计及参数见附表4Pd=5.17kWPed=5.5kWi=80iv=2.8i减=28.5i1=5.8i2=4.8设计小结这次的课程设计对于我来说有着深刻的意义。这种意义不光是自己能够独立完成了设计任务，更重要的是在这段时间内使自己深刻感受到设计工作的那份艰难。开始的时候感觉设计对我们这些刚刚入门的人来说,无非就是按照条条框框依葫芦画瓢的过程，有的时候感觉挺无聊的，反正按照步骤一定可以完成设计任务。其实不然，设计过程中有许多内容必须靠我们自己去理解，去分析，去取舍。就拿电动机型号选择来说，可以分别比较几种型号电动机总传动比，以结构紧凑为依据来选择；也可以考虑性价比来选择。前者是结构选择，后者确实经济价格选择。如何将两者最优化选择才是值得我们好好深思的。课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，通过本次每天都过得很充实的课程设计