机械设计课程设计-三轴线双级斜齿圆柱齿轮减速器

机械设计课程设计计算说明书设计题目三轴线双级斜齿圆柱齿轮减速器车辆工程（汽车）专业07汽车（1）班目录页设计计算及说明结果设计任务书题目：设计一用于带式运输机传动装置中的三轴线双级斜齿圆柱齿轮减速器总体布置简图工作情况工作有轻震，经常满载，空载起动，单向运转原始数据运输带拉力F（N）卷筒的直径D（mm）运输带速度V（m/s）带速允许偏差（%）使用期限（年）工作制度（班/日）22003000.9551设计内容电动机的选择与参数计算斜齿轮传动设计计算轴的设计滚动轴承的选择键和联轴器的选择与校核装配图、零件图的绘制设计计算说明书的编写设计计算及说明结果设计任务减速器总装配图一张（0号或1号图纸）齿轮、轴零件图各一张（3号或4号图纸）设计计算说明书一份传动方案的拟定及说明如任务设计书中总体布置简图所示，传动方案采用V带三轴线双级斜齿级圆柱齿轮减速箱。设计计算及说明结果电动机的选择与运动参数计算电动机类型选择根据所给定的工作条件和要求，可选择小型三相异步电动机（封闭式），型号为Y（IP44）。该类型的电动机的结构特征为自扇冷却，封闭式结构，能防止灰尘、水滴大量进入电动机内部，故常用作一般用途的驱动源，即用于驱动对起动性能、调速性能及转差率无特殊要求的机器和设备；亦可用于灰尘较多、水土飞溅的场所电动机容量选择工作机所需功率PW电动机的输出功率Pd其中，传动装置的总效率式中，为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由《机械设计手册（新编软件版）2008》（如无特殊注明，下同）“机械传动效率”条目查得：弹性联轴器；滚子轴承（稀油润滑）；8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑）；卷筒轴滑动轴承，则故电动机额定功率的确定由“电动机的基座号与转速及功率的对应关系”条目查得电动机的额定功率设计计算及说明结果电动机转速选择工作机主轴转速各级传动比可选范围由《机械设计课程设计》表2-1查得，单级圆柱齿轮传动比范围，则总传动比可选范围电动机转速的确定电动机转速的可选范围故选取6级电动机，同步转速，满载转速确定电动机型号由额定功率，同步转速750r/min，选取电动机型号为Y132M-8，主要技术数据如下：型号额定功率（kW）满载转速（r/min）Y132M-837102.02.2质量（kg）轴径D（mm）EF×GDG84388010×833设计计算及说明结果传动装置的总传动比及分配总传动比分配各级传动比根据《机械设计手册（第二版）》第四卷37-8减速器传动比的分配，图37.1-2，取传动比（高速级齿轮组），（低速级齿轮组）此时，在5%的允许范围内。计算传动装置的运动和动力参数各轴转速n（r/min）记减速器高速轴为１轴，中间轴为２轴，低速轴为３轴各轴转速如下：各轴输入功率P（kW）各轴输入转矩T（N•ｍ）设计计算及说明结果项目电动机轴高速轴1中速轴2低速轴3转速（r/min）960960195.957.3功率（kW）2.3052.2822.1692.062转矩（N•ｍ）22.9322.70105.74343.67传动比4.93.42效率0.990.98*0.970.98*0.97设计计算及说明结果斜传动件的设计计算低速齿轮组选定齿轮类型、精度、材料及齿数=1\*GB3①斜齿圆柱齿轮=2\*GB3②运输机为一般工作机器，速度和精度要求不是非常高，故选7级精度（GB10095-88）=3\*GB3③材料：选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS=4\*GB3④初选小齿轮齿数：大齿轮齿数，圆整取=5\*GB3⑤选取螺旋角按齿面接触疲劳强度进行设计计算依《机械设计》（本部分如无特别说明，下同）P218式(10-21）试算，即确定公式内各计算数值试选载荷系数由图10-30选取区域系数由图10-26查得，小齿轮传递的传矩由表10-7选取齿宽系数根据既定的齿轮材料，由表10-6查得材料弹性影响系数设计计算及说明结果由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限由式10-13计算应力循环次数：由图10-19查得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，由式(10-12)得许用接触应力计算试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得计算圆周速度齿宽b及模数设计计算及说明结果计算纵向重合度计算载荷系数K根据工作情况，由表10-2查得使用系数；根据，7级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得的值与直齿轮的相同，故；因，由表10-3查得；图10-13查得；故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径模数按齿根弯曲强度设计，由式（10-17）确定计算参数计算载荷系数根据纵向重合度，由图10-28查得螺旋角影响系数设计计算及说明结果计算当量齿数查取齿形系数：由表10-5查得查取应力校核系数：由表10-5查得计算弯曲疲劳许用应力由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限取弯曲疲劳安全系数S=1.4比较大、小齿轮的大齿轮的数值大设计计算取模数设计计算及说明结果齿数，圆整至33计算实际齿数取，则，圆整至113几何尺寸计算计算中心距，圆整至151mm按圆整后的中心距修正螺旋角计算大、小齿轮的分度圆直径计算齿轮齿宽，圆整至高速齿轮组选定齿轮类型、精度、材料及齿数=1\*GB3①斜齿圆柱齿轮=2\*GB3②同上，7级精度（GB10095-88）=3\*GB3③材料：选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS=4\*GB3④初选小齿轮齿数：大齿轮齿数，圆整取=5\*GB3⑤选取螺旋角设计计算及说明结果按齿面接触疲劳强度进行设计计算依《机械设计》（本部分如无特别说明，下同）P218式(10-21）试算，即确定公式内各计算数值试选载荷系数由图10-30选取区域系数由图10-26查得，小齿轮传递的传矩由表10-7选取齿宽系数根据既定的齿轮材料，由表10-6查得材料弹性影响系数由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限由式10-13计算应力循环次数：由图10-19查得接触疲劳寿命系数设计计算及说明结果计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，由式(10-12)得许用接触应力计算试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得计算圆周速度齿宽b及模数计算纵向重合度计算载荷系数K根据工作情况，由表10-2查得使用系数；根据，7级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得的值与直齿轮的相同，故；设计计算及说明结果因，由表10-3查得；图10-13查得；故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径模数按齿根弯曲强度设计，由式（10-17）确定计算参数计算载荷系数根据纵向重合度，由图10-28查得螺旋角影响系数计算当量齿数查取齿形系数：由表10-5查得查取应力校核系数：由表10-5查得计算弯曲疲劳许用应力设计计算及说明结果由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限取弯曲疲劳安全系数S=1.4比较大、小齿轮的大齿轮的数值大设计计算取模数齿数，圆整至18计算实际齿数取，则，圆整至89几何尺寸计算计算中心距，圆整至111mm按圆整后的中心距修正螺旋角设计计算及说明结果计算大、小齿轮的分度圆直径计算齿轮齿宽，圆整至总结根据设计和校验，两组齿轮都满足齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的要求。下面对以计算的两齿轮组进行传动比校验如下：传动比误差在许可范围内。为使中间轴的轴向力尽量小，布置上采用高速级小齿轮采用左旋，大齿轮采用右旋，低速级小齿轮右旋大齿轮左旋的结构。考虑各个齿轮的齿顶圆直径，各齿轮的结构如下：高速级小齿轮采用齿轮轴结构；高速级大齿轮采用腹板式结构；低速级小齿轮采用实心式结构；低速级大齿轮采用腹板式结构。润滑方案，由轮齿速度可知，应选用油润滑，润滑方式为浸油润滑。设计计算及说明结果总体情况列简表如下：高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮传动比4.93.42模数（mm）22螺旋角中心距（mm）111151齿数188933113齿宽（mm）43387469直径（mm）分度圆37.3184.768.3233.7齿根圆32.3179.763.3228.7齿顶圆41.3188.772.3237.7旋向左旋右旋右旋左旋设计计算及说明结果轴的设计计算高速轴高速轴上的功率、转速和转矩转速（）轴功率（）转矩T（）9602.28222.7求作用在高速轴上的力已知高速轴上齿轮（高速级齿轮组小齿轮）分度圆直径初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢调质处理。根据《机械设计》（本部分如无特殊说明则取自本书，下同）表15-3，取，输入轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩，查《机械设计》表14-1，考虑到转矩变化小，故取，则按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，选用TL4型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为，半联轴器，故，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度（GB/T4323-2002）设计计算及说明结果轴的结构设计拟定的装配方案示意图图如下ⅧⅧⅦⅥⅤⅣⅢⅡⅠ根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度为了满足联轴器的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ轴段左端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端档圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故I-II段的长度应比L1略短一些，现取；初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30305，其尺寸为，故；右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。取轴肩高度2.5mm，得。左端滚动轴承采用圆螺母与止动垫片及套筒定位，取，齿轮部分，轴段Ⅳ-Ⅴ-Ⅵ为固结的齿轮轴，取，设计计算及说明结果至此，各轴段的直径和长度已经初步确定。轴上零件的周向定位轴与联轴器的周向定位选用平键，为了保证良好的对中性，选定的配合为H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为j6。确定轴上圆角和倒角尺寸参考《机械设计》表15-2，取轴端倒角，各轴肩处圆角半径见图。综合以上，列简表如下轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明Ⅰ-Ⅱ3420联轴器Ⅱ-Ⅲ4924毡圈油封，轴承端盖Ⅲ-Ⅳ2025滚动轴承Ⅳ-Ⅴ9030齿轮轴Ⅴ-Ⅵ4337.3Ⅵ-Ⅶ4.530Ⅶ-Ⅷ23.7525滚动轴承总长度264.25校核依要求，此部分从略设计计算及说明结果低速轴低速轴上的功率、转速和转矩转速（）轴功率（）转矩T（）57.22.062344.27求作用在低速轴上的力已知低速轴上齿轮（低速级齿轮组大齿轮）分度圆直径初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢调质处理。根据《机械设计》（表15-3，取，同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩，查《机械设计》表14-1，考虑到转矩变化小，故取，则按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，选用TL6型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为，半联轴器，故，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度（GB/T4323-2002）设计计算及说明结果轴的结构设计拟定的装配方案示意图图如下ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度设计思路与高速轴基本相同Ⅰ-Ⅱ段用于与联轴器连结，右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度，故取；初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为，故；左滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，；右端滚动轴承采用圆螺母与止动垫片及套筒定位，取，；齿轮部分，轴段Ⅴ-Ⅵ与齿轮配合，取；综合考虑各段直径与箱体内部宽度，取，至此，各轴段的直径和长度已经初步确定。设计计算及说明结果轴上零件的周向定位轴与联轴器的周向定位选用平键，配合为H7/n6；轴与齿轮间的周向定位选用平键配合同上；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为j6确定轴上圆角和倒角尺寸参考《机械设计》表15-2，取轴端倒角，各轴肩处圆角半径见图综合以上，列简表如下轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明Ⅰ-Ⅱ5638联轴器Ⅱ-Ⅲ4144毡圈油封，轴承端盖Ⅲ-Ⅳ2950滚动轴承Ⅳ-Ⅴ6260Ⅴ-Ⅵ6755齿轮Ⅵ-Ⅶ46.2550滚动轴承总长度301.25设计计算及说明结果中速轴中速轴上的功率、转速和转矩转速（）功率（）转矩T（）195.92.169105.74求作用在中速轴上的力中速轴上大齿轮与高速级齿轮组小大齿轮受力情况相同中速级上小齿轮在低速轴设计中已经计算过初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢调质处理。根据《机械设计》（表15-3，取，轴的结构设计拟定的装配方案示意图图如下ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ设计计算及说明结果根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度根据轴的最小直径可得，初步选择滚动轴承。选用单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为；左滚动轴承用套筒定位，；右滚动轴承用轴环定位，；齿轮用轴环、套筒定位，；，；轴段Ⅲ-Ⅳ为轴环，，至此，各轴段的直径和长度已经初步确定。轴上零件的轴向定位轴段Ⅱ-Ⅲ与齿轮的周向定位选用平键，配合为H7/n6；轴段Ⅳ-Ⅴ与齿轮间的周向定位选用平键，配合同上；确定轴上圆角和倒角尺寸参考《机械设计》表15-2，取轴端倒角，各轴肩处圆角半径见图综合以上，列简表如下轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明Ⅰ-Ⅱ32.7525滚动轴承Ⅱ-Ⅲ3630高速级大齿轮Ⅲ-Ⅳ7.536轴环Ⅳ-Ⅴ7230低速级小齿轮Ⅴ-Ⅵ31.2525滚动轴承总长度179.5设计计算及说明结果0求轴上的载荷0做出轴的计算简图查《机械设计手册》“单列圆锥滚子轴承（摘自GB/T297-1994）”条目知，单列圆锥滚子轴承30305的a值为13mm，则轴上跨距分别为，，0126046.1688564.01做出弯矩图0126046.1688564.01设计计算及说明结果10574010574014395.7840959.5812379.790上图为H面10574010574014395.7840959.5812379.79018640.5818640.5800上图为V面做出扭矩图设计计算及说明结果按弯扭合成应力计算轴的强度根据之前计算，列出简表如下载荷水平面H垂直面V支反力F最大截面弯矩M总弯矩扭矩由《机械设计》式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力已选定轴的材料为40Cr，调质处理。由《机械设计》表15-1查得。因此，故该轴安全。精确校核轴的疲劳强度判断危险截面截面Ⅲ-ⅠⅤ仅受弯矩作用，虽然轴肩及过渡配合引起的应力集中将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面Ⅱ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅴ处过盈配合引起应力集中最严重，且均有键槽引起的应力集中；从受载情况来看，截面Ⅳ的应力最大。因此应校核该轴段截面的左侧。截面C左侧抗弯截面系数抗扭截面系数弯矩设计计算及说明结果扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为40Cr，调质处理。由《机械设计》表15-1查得由附表3-2查得零件与轴过盈配合处由附表3-4查得轴上键槽处有效应力集中系数由附图3-2查得尺寸系数由附图3-3查得扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4查得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即βq=1，则得综合系数值为合金钢的特性系数由P25得,取；,取；按式(15-6)～(15-8)计算安全系数值，得设计计算及说明结果强度足够设计计算及说明结果滚动轴承校核计算轴承的预期寿命高速轴上的轴承基本数据选用的是0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30305，其尺寸为，由《机械设计课程设计》表15-1查得，，，。在高速轴的校核计算过程中，已计算出跨距，，，两轴承的计算轴向力左端压紧轴承当量动载荷设计计算及说明结果轴承寿命低速轴上的轴承基本数据选用的是0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为，由《机械设计课程设计》表15-1查得，，，。在低速轴的校核计算过程中，已计算出跨距，，，两轴承的计算轴向力左端压紧满足要求设计计算及说明结果轴承当量动载荷轴承寿命中速轴上的轴承基本数据选用的是0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30305，其尺寸为，由《机械设计课程设计》表15-1查得，，，。在中速轴的校核计算过程中，已计算出，，两轴承的计算轴向力左端压紧满足要求设计计算及说明结果轴承当量动载荷轴承寿命满足要求设计计算及说明结果联轴器的校核计算高速轴上的联轴器根据计算转矩，由《机械设计课程设计》表17-1查得选用TL4型弹性套套柱销联轴器GB/T4323-2002，其公称扭矩为。低速轴上的联轴器根据计算转矩，查《机械设计课程设计》表17-1查得选用TL6型弹性套套柱销联轴器GB/T4323-2002，其公称扭矩为。符合要求符合要求设计计算及说明结果键连接的校核计算由《机械设计》式(6-1）得，键、轴和轮毂的材料都是钢，由《机械设计》p106表6-2，取高速轴联轴器上的键取普通平键6×28GB/T1096键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度中速轴大齿轮上的键取普通平键8×28G/T1096键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度中速轴小齿轮上的键取普通平键8×63G/T1096键的