课程设计说明书-二级减速器设计

课程设计计算说明书题目:二级减速器设计学院:机械工程学院专业:机械制造及自动化【设计任务书】1．传动装置简图带式输送机传动装置2．已知条件工作情况：两班工作制，单向连续运转，载荷平稳，输送带水平放置。工作环境：室内，有灰尘，最高环境温度35℃，通风条件一般。动力来源：电力，三相交流，电压380V/220V。工作寿命：8年。检修间隔期：4年一次大修，2年一次中修，半年一次小修。制造条件：一般机械制造厂，小批量生产。齿轮减速器浸油润滑；取大齿轮的搅油效率；取滚筒-输送带效率。3．设计任务选择电动机型号。选择联轴器类型和规格。设计圆柱齿轮减速器。设计滚筒轴滑动轴承。绘制圆柱齿轮减速器装配工作图。绘制带式输送机总装图。绘制减速器中2～3个零件工作图（由教师指定）。编写设计计算说明书。4．技术参数题号参数12345678910输送带拉力F/kN76.565.55.254.84.54.24输送带速度v/（m/s）1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0滚筒直径D/mm400400400450400500450400450450注：输送带速度允许误差±5%6号题：参数：输送带拉力F/kN5输送带速度v/（m/s）1.6滚筒直径D/mm500滚筒长度L/mm550二、【选电机】1．类型的选择电动机是一般机械广为使用的原动机，已经标准化、系列化。在机械设计中，通常是根据工作载荷、工作要求和工作环境等条件，从产品目录中选择电动机的型号、结构形式、容量（功率）和转速，确定具体型号。通用的电动机为Y系列三相交流异步电动机，Ｙ系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机式，是我国新设计的统一系列，其安装尺寸和功率等级符合国家标准，具有高效、节能、起动转矩大、噪声底、振动小、运行安全可靠等优点，因此，工业上应用最为广泛，应优先选用。各种型号电动机的技术数据、外型及安装尺寸可查阅有关机械设计手册或产品目录。2.功率的确定工作机所需的功率由题意得：，滚筒-输送带效率。代入数据计算得：总效率：故要确定各级效率：题目已给大齿轮搅油效率：。其他的根据已知条件或计算，查表1-7机械传动和摩擦副的效率概略值。本题对联轴器没有要求故选弹性联轴器，得。滚动轴承效率选择：本题轴承径向与轴向载荷都较大，应该选球轴承，得。齿轮传动效率选择：本题齿轮传动在后面还得详细计算，所以这里先预选8级精度的一般齿轮传动，。滑动轴承效率选择：选润滑正常得，得。带入各级效率计算得：所需电动机的工作功率：代入数据得：根据实际工作功率和减速箱大小预选电机为Y160L—6，额定功率11kW，满载转速970r/min，额定转矩=最大转矩=2.0N.m，质量147kg，中心高160mm，轴径，键槽尺寸12mm。3．传动装置的总传动比计算及各级传动比分配由电动机的满载转速和工作机的转速可定出传动装置的总传动比：i=/总传动比为各级传动比、、，……，in的连乘积，即i=……由上面计算得满载转速为=970r/min。减速箱输出转速：代入数据计算得总传动比i=/=970/61.14=15.86选择展开式二级圆柱齿轮减速器，，计算得=4.62，=3.43。输出转矩的计算：4．轴的转速代入前面数据计算得：5．轴的输入功率带入数据计算得：6．各轴的转矩代入数据计算得：综上得各轴数据填入下表：功率P（KW）转速n（r/min）扭矩T（N×m）传动比i效率h电机轴Ⅰ轴9.9397098.71.000.99Ⅱ轴9.54210433.84.620.96Ⅲ轴8.9761.221399.33.430.94Ⅳ轴8.3361.221299.41.000.93三、【设计齿轮】要求:1)工作情况：两班工作制，单向连续运转，载荷平稳，输送带水平放置，传递11kW的功率，高速级传动比=4.62，低速级传动比=3.43。2)工作环境：室内，有灰尘，最高环境温度35℃，通风条件一般。3)工作寿命：8年。4)检修间隔期：4年一次大修，2年一次中修，半年一次小修。5)制造条件：一般机械制造厂，小批量生产。高速级齿轮传动设计(1)选择材料和热处理方法，确定许用应力，参考表6-1初选材料。小齿轮：17CrNiMo6，渗碳淬火，54~62HRC；大齿轮：37SiMn2MoV，表面淬火，50~55HRC。根据小齿轮齿面硬度58HRC和大齿轮齿面硬度52HRC，按图6-6MQ线查得齿面接触疲劳极限应力为：按图6-7MQ线查得齿轮弯曲疲劳极限应力为：其中：按图6-8a查得接触寿命系数：按图6-8b查得弯曲寿命系数：。再查表6-3，取最小安全系数：于是(2)失效分析、确定设计准则，由于要设计的齿轮传动是闭式齿轮传动，且为硬齿面齿轮，最大可能的失效形式是齿根疲劳折断；也可能发生齿面疲劳。因此，本齿轮传动可按轮齿的弯曲疲劳承载能力进行设计，确定主要参数，再验算齿面接触疲劳承载能力。（3）按轮齿的弯曲疲劳承载能力计算齿轮主要参数代公式得：确定计算载荷：小齿轮转矩由前面计算得N.m查表6-7，考虑本齿轮传动是斜齿圆柱齿轮传动，电动机驱动，载荷平稳，非对称布置，取载荷系数K=1.3，则齿宽系数查表6-11，硬齿面取，初选，，则查图6-16，得两轮复合齿形系数为。由于，将二齿轮参数代入计算，于是结合实际取标准模数=2.5mm，则取标准中心距，则（4）选齿轮精度等级齿轮圆周速度查表6-9，并考虑该齿轮传动的用途，选择8级精度。（5）精确计算载荷查表6-4，.5；查图6-9，。齿轮传动啮合宽度查表6-6得查表6-5，（6）验算轮齿接触面疲劳承载能力区域系数查图6-13，标准齿轮，弹性系数查表6-8得；因大齿轮许用齿面接触疲劳应力值较小，故将代入，于是齿面接触疲劳强度足够。（7）验算轮齿弯曲疲劳承载能力1.16查图得6-20，得。轮齿弯曲疲劳承载能力足够。（8）斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸计算名称计算公式小齿轮大齿轮2.52.52020低速级齿轮设计(1)选择材料和热处理方法，确定许用应力，参考表6-2初选材料。小齿轮：40CrNi2Mo，调质，齿面硬度294~326HBW；大齿轮：37SiMn2MoV，调质，齿面硬度263~294HBW。根据小齿轮齿面硬度310HBW和大齿轮齿面硬度280HBW，按图6-6MQ线查得齿面接触疲劳极限应力为：按图6-7MQ线查得齿轮弯曲疲劳极限应力为：其中：按图6-8a查得接触寿命系数：按图6-8b查得弯曲寿命系数：。再查表6-3，取最小安全系数：于是(2)失效分析、确定设计准则，由于要设计的齿轮传动是闭式齿轮传动，且为硬齿面齿轮，最大可能的失效形式是齿根疲劳折断；也可能发生齿面疲劳。因此，本齿轮传动可按轮齿的弯曲疲劳承载能力进行设计，确定主要参数，再验算齿面接触疲劳承载能力。（3）按轮齿的弯曲疲劳承载能力计算齿轮主要参数根据式（6-9）有因属减速传动，。确定计算载荷：小齿轮转矩由前面计算得N.m查表6-7，考虑本齿轮传动是斜齿圆柱齿轮传动，电动机驱动，载荷平稳，非对称布置，取载荷系数K=1.3，则区域系数查图6-13，标准齿轮,弹性系数查表6-8，齿宽系数查表6-11，硬齿面取因小齿轮的许用齿面接触疲劳应力值较小，故将代入，于是得：按经验式，取，取标准模数。，考虑到传动比精确及中心距0、5结尾，取。得，取。反算中心距，不符合要求，取再反算中心距，符合要求。检验传动比，传动比误差，符合要求，可用。（4）选齿轮精度等级齿轮圆周速度查表6-9，并考虑该齿轮传动的用途，选择8级精度。（5）精确计算载荷查表6-4，.0；查图6-9，。齿轮传动啮合宽度查表6-6得查表6-5，（6）验算轮齿接触面疲劳承载能力（7）验算轮齿弯曲疲劳承载能力由查图6-16，得两轮复合齿形系数为轮齿弯曲疲劳承载能力足够。名称计算公式小齿轮大齿轮332020（8）直齿圆柱齿轮传动几何尺寸计算四、【轴的设计】轴的设计参考图公共参数：,取则取10mm则取8mm选取：根据润滑方式的不同，有不同取值，油润滑=2~5脂润滑=8~10润滑方式选择根据轴承内径d与轴承转速n乘积大小确定选择油润滑选择脂润滑（1）I轴的设计：1）选择材料，初步计算参数当轴的支撑距离未定时，无法由强度确定轴径，要用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d。如果还受不大的弯矩，则采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。并且应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。轴的扭转强度条件为：

式中，查表8-4，取45号钢。可得轴最细部分直径对于的轴，同一截面上开有一个键槽，因此轴径应加大5%，则取2）选择输入端联轴器（查设计手册表8-7）电动机轴与减速器高速级连接用的联轴器，由于轴的转速较高，为减小启动载荷、缓和冲击，应选用具有较小的转动惯量和具有弹性的联轴器，一般选用有弹性元件的挠性联轴器，例如弹性柱销联轴器。查阅手册，选择联轴器的标记及主要参数如下：型号公称转矩Nm许用转速r/min轴孔直径mm轴孔长度Mm转动惯量kgm质量kgLX31250470030、4282、1120.0268标记：LX3联轴器GB/T5014-20033）选择轴与联轴器的连接键（查设计手册表4-1）标记：GB/T1096键4)选择角接触球轴承（查设计手册表6-6）Ⅰ轴上因有一个斜齿轮而受轴向力作用，因此初选角接触球轴承7209AC因此轴Ⅰ选用脂润滑，=9.5mm选择轴承类型、型号及主要参数轴承代号内径d/mm外径D/mm宽度B/mma/mm45851924.77209AC极限转速r/min基本额定动载荷Cr/KN基本额定静载荷Cor/KN润滑方式670036.827.2脂润滑查轴承安装尺寸，取4）各部分尺寸设计如图：5）计算轮齿受力：轴转矩圆周力径向力轴向力6）校核：①轴承强度校核：1、计算轴承支反力：水平面竖直面合成轴承支反力：2、计算两轴承轴向力：因而轴有向右运动的趋势，即轴承1被压紧，轴承2被放松3、计算当量动载荷X=0.41,Y=0.87X=1,Y=0因此当量动载荷所以只需要校核轴承2的寿命4、求轴承2的寿命滚动轴承载荷系数滚动轴承温度系数满足寿命要求。②轴的强度校核：1、受力图水平面受力图：水平面弯矩及弯矩图：竖直面受力图：竖直面弯矩及弯矩图：合成弯矩图：扭矩图：②判断危险截面：初步分析，1-1截面有较大的应力和应力集中。③确定许用应力：轴材料选用17CrNiMo6，渗碳淬火，54~62HRC查表8-2得：抗拉强度屈服强度弯曲疲劳极限剪切疲劳极限查表1-1得：④求危险截面应力：弯矩：弯曲应力：切应力：由于弯曲应力属于对称循环变应力，所以由于扭转切应力属于脉动循环变应力，所以⑤求断面有效应力集中系数1-1：因在此断面处，有轴的直径变化，过度圆角半径r=2mm,，。有效应力集中系数可由表1-3查得。由，插值法计算：600Mpa：：：700Mpa：：：⑥表面质量系数及绝对尺寸系数和查表1-6，插值法计算得查表1-5得⑦求安全系数按应力循环特性r=C的情况计算安全系数轴只受正应力时的安全系数：轴只受切应力时的安全系数：计算安全系数：这里，设计安全系数取S=1.5结论：根据校核，断面1-1足够安全。③键的强度校核：键的许用挤压应力连接联轴器的键的规格为。满足要求（2）Ⅱ轴：1、选择材料，初步计算参数选择45号钢，可得轴最细部分直径同一截面上开有一个键槽，因此轴径应加大5%，则由于连接轴承部分轴的直径必须以0或5结尾，所以选择2、选择圆锥滚子轴承Ⅱ轴上因有一个斜齿轮而受轴向力作用，因此选用圆锥滚子轴承因此轴Ⅱ选用脂润滑，=9.5mm选择轴承类型、型号及主要参数轴承代号内径d/mm外径D/mm宽度B/mma/mm轴承宽T/mm45851918.620.7530209极限转速r/min基本额定动载荷Cr/KN基本额定静载荷Cor/KN润滑方式450067.883.5脂润滑注：计算系数e=0.4，Y=1.53）选择轴与联轴器的连接键连接直齿圆柱齿轮的键标记：GB/T1096键连接斜齿圆柱齿轮的键标记：GB/T1096键4、各部分尺寸设计如图：5、计算轮齿受力轴转矩：T=95509550圆周力：F径向力：F轴向力：因为3齿轮为直齿圆柱齿轮，不受轴向力，所以F6、校核：轴承校核：1、计算轴承支反力：水平面径向力产生的径向支反力：竖直面圆周力产生的径向支反力：合成径向支反力：2、两轴承轴向力：FF选择1齿轮为右旋，由右手定则判断Ⅰ轴的轴向力指向背离电机方向，则Ⅱ轴轴向力指向小齿轮方向。F因而轴有向右运动的趋势，即轴承1即小齿轮侧轴承被压紧，轴承2即大齿轮侧轴承被放松FFF3、计算当量动载荷P所以只需校核小齿轮侧的轴承1的寿命。4、求轴承1的寿命由于无冲击，故由表9-6，取f。工作温度低于100，查表9-5得f。轴承的寿命为L轴承寿命符合要求。校核轴的强度：①受力图水平面受力图：水平面弯矩及弯矩图：竖直面受力图：竖直面弯矩及弯矩图：合成弯矩图：转矩图：②判断危险截面：初步分析，1-1截面有较大的应力和应力集中③确定许用应力：轴材料选用45钢，调制，硬度217~255HBW查表8-2得：抗拉强度屈服强度弯曲疲劳极限剪切疲劳极限查表1-1得：④求危险截面应力：1-1：弯矩：弯曲应力：切应力：由于弯曲应力属于对称循环变应力，所以由于扭转切应力属于脉动循环变应力，所以⑤求断面有效应力集中系数1-1：因在此断面处，有轴的直径变化，过度圆角半径r=2mm,，。有效应力集中系数可由表1-3差得。由，插值法计算：600Mpa：：：700Mpa：：：600Mpa：：：700Mpa：：：最终：⑥表面质量系数及绝对尺寸系数和查表1-6，插值法计算得查表1-5得⑦求安全系数按应力循环特性r=C的情况计算安全系数轴只受正应力时的安全系数：轴只受切应力时的安全系数：计算安全系数：这里，设计安全系数取S=1.5结论：根据校核，断面1-1足够安全。键的强度校核：键的许用挤压应力连接直齿圆柱齿轮的键的规格为连接斜齿圆柱齿轮的键的规格为。符合要求。（3）Ⅲ轴：1）选择材料，初步计算参数选择45号钢，可得轴最细部分直径同一截面上开有一个键槽，因此轴径应加大5%，则2）、选择输出端联轴器由于低速级轴转速较低，不必要求具有较小的转动惯量，但传递的转矩较大，又因为减速器与工作机常不在同一底座上，要求有较大的轴线偏移补偿，因此常选用无弹性元件的挠性联轴器，比如齿式联轴器。查阅手册，选择联轴器的标记及主要参数如下型号公称转矩Nm许用转速r/min轴孔直径mm轴孔长度Mm转动惯量kgm质量kgGICL45000540065142、840.16738标记：GICL4联轴器GB/T8854.3-2001键的选择连接直齿圆柱齿轮的键标记：GB/T1096键连接联轴器的键标记：GB/T1096键4)选择深沟球轴承因此轴Ⅰ选用脂润滑，=9.5mmⅠ轴上因只有直齿圆柱齿轮而不受轴向力，选用深沟球轴承选择轴承类型、型号及主要参数轴承代号内径d/mm外径D/mm宽度B/mm60168012522润滑方式极限转速r/min基本额定动载荷Cr/KN基本额定静载荷Cor/KN脂润滑480047.539.85）各部分尺寸设计如图:6）计算轮齿受力：轴转矩：圆周力:径向力:径向合力：7)校核：校核轴承强度计算轴承支反力：，由当量动载荷较大的轴承计算额定动载荷。由于四年一次大修，可以更换轴承所以轴承预期寿命=当量动载荷转速n=61.22r/min滚动轴承载荷系数滚动轴承温度系数则为轴承满足预期寿命要求所应具备的额定当量动载荷轴承寿命：轴承寿命符合要求校核轴的强度：①受力图水平面支反力求解及受力图：水平面弯矩及弯矩图：竖直面支反力求解及受力图：竖直面弯矩及弯矩图：，合成弯矩图：转矩图：②判断危险截面：初步分析，1-1截面有较大的应力和应力集中。③确定许用应力：轴材料选用45钢，调制，硬度217~255HBW查表8-2得：抗拉强度屈服强度弯曲疲劳极限剪切疲劳极限查表1-1得：④求危险截