机械设计课程设计说明书用于带式运输机的展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器

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1、课程设计目录1、课程设计书及设计要求-12、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算-33、传动零件的设计计算（确定齿轮传动的主要参数）-64、轴的设计计算及校核及滚动轴承的选择和计算-145、箱体设计及说明-276、键联接的选择和计算-297、联轴器的选择-318、润滑和密封的选择-329、减速器附件的选择及说明-3210、设计总结-33参考资料-331. 机械设计课程设计任务书专业：机械设计制造及其自动化 班级： 姓名： 学号： 一、设计题目设计用于带式运输机的展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器二、原始数据(f6)运输带工作拉力F = 2500 Nm运输带工作速度 v = 1.30 m/s卷筒

2、直径 D= 300 mm三、工作条件连续单向运转，工作时有轻微振动，空载启动，使用期限为8年，小批量生产，单班制工作，运输带速度允许误差为5%。四、应完成的任务1、减速器装配图一张（A0图或CAD图）2、零件图两张（A2图或CAD图）五、设计时间2009年12月21日至2010年1月8日六、要求1、图纸图面清洁，标注准确，符合国家标准；2、 设计计算说明书字体端正，计算层次分明。七、设计说明书主要内容1、内容（1）目录（标题及页次）；（2）设计任务书；（3）前言（题目分析，传动方案的拟定等）；（4）电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算；（5）传动零件的设计计算（确定带传动及齿轮传动的主要

3、参数）；（6）轴的设计计算及校核；（7）箱体设计及说明（8）键联接的选择和计算；（9）滚动轴承的选择和计算；（10）联轴器的选择；（11）润滑和密封的选择；（12）减速器附件的选择及说明；（13）设计小结；（14）参考资料（资料的编号 及书名、作者、出版单位、出版年月）；2、要求和注意事项必须用钢笔工整的书写在规定格式的设计计算说明书上，要求计算正确，论述清楚、文字精炼、插图简明、书写整洁。本次课程设计说明书要求字数不少于6-8千字（或30页），要装订成册。机械制造教研室2、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算1.电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算； （1）选择电动机的类型 按要

4、求选择Y系列三相异步电动机，电压380V （2）选择电动机的容量电动机所需工作功率为： PP/工作机需要的工作功率： =F*V=2500Nm*1.3m/s=3250w=3.25kw传动装置的总效率为： 滚动轴承的传动效率为 闭式齿轮的传动效率为 联轴器的效率为 传动滚筒的效率为 带效率 动机的效率为 =3.25kw/0.80=4.06kw 因载荷工作时有轻微振动，电动机额定功率略大于P即可。由表16-1，Y系列电动机技术数据，选动机的额定功率为5.5kw。 （3）确定电动机的转速 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格减速器的传动比，选定型号为Y132S-4的三相异步电动机，额定功率为5.

5、5kw，额定电流8.8A，满载转速1440 r/min，同步转速1500r/min。 2.确定传动装置的总传动比和分配传动比（1）总传动比由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为n/n1440/82.8=17.39（2）各级传动装置传动比高速级传动比为 4.93 则低速轴传动比 14.56/4.51=3.533.计算传动装置的运动和动力参数电机轴： P0=Pd=4.06 KW n0=1440r/min T0=26.9 N高速轴：P1= P1* n01=4.06*0.99=4.02 KW n1= n0=1440r/min T1=26.66 N中间轴：P2=P1* n1

6、2=4.02*0.97*0.95=3.70 KW n2=1440/4.93=292.09 r/min T2=120.97N低速轴：P3=P2*n23 =3.70*0.97*0.95=3.41 KW n3= = 292.09/3.53=82.75r/min T3= =393.54 N 滚筒轴： P4=P3* n34 =3.41*0.95*0.96=3.11 KW n4= n3/1 =82.75/1=82.75 r/min T4= 358.92 N运动和动力参数结果如下表：轴名功率P KW转矩T Nm转速r/min输入输出输入输出电动机轴4.0626.901440高速轴4.023.9826.662

7、6.391440中间轴3.703.66120.97119.76292.09低速轴3.413.38393.54389.6082.75滚筒轴3.113.08358.92355.3382.753、传动零件的设计计算（确定齿轮传动的主要参数）A高速齿轮的计算1选精度等级、材料及齿数（1）材料及热处理；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，二者材料硬度差为40HBS。（2）精度等级选用7级精度；（3）试选小齿轮齿数z124，大齿轮齿数z2z1*i=24*4.93=118.32；选螺旋角，初选螺旋角=142 按齿面接触强度设计因为低速级的载荷

8、大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算。 （1）确定公式内的各计算数值1）试选Kt1.62）选取尺宽系数d13）材料的区域系数ZH2.4354） 则5 5）小齿轮传递的转矩为105.42 N.m6)材料的弹性影响系数ZE189.87）小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa 大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa8）计算应力值环数N=60nj =60319.31（183658）=4.4810hN=4.4810/3.23=1.3910h 9）查得：K=1.03 K=1.0810）齿轮的接触疲劳需用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,=1.03600=618=1.08550

9、=594 许用接触应力（2）设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模数计算齿宽b b=36.1mm计算摸数mt=1.46 初选螺旋角=14=计算齿宽与高之比 h=2.25 mt=2.25*1.46=3.29 = =10.97计算纵向重合度=0.318=1.903计算载荷系数K使用系数=1.25根据,7级精度, 查课本由表10-8得动载系数K=1.18查课本由表10-4得K=1.446查课本由表10-3 得: K=1.4故载荷系数:KK K K K =1.25*1.18*1.4*1.35=2.79按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径:d=d=36.1=43.45计算模数:=(3)

10、. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式:1) 确定公式内各计算数值 计算载荷系数KKK K K K=1.25*1.18*1.4*1.35=2.788轴向重合度 1.903 螺旋角影响系数 0.88计算当量齿数zz/cos24/ cos1426.27 zz/cos119/ cos14130.27查取齿形系数 Y2.592 Y2.211应力校正系数YY1.596 Y1.775弯曲疲劳寿命系数:K=0.86 K=0.93 弯曲疲劳应力=计算大小齿轮的 大齿轮的数值大.选用.2）设计计算 计算模数按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm z=21.07 那么z=104 3 几何尺

11、寸计算（1）计算中心距 a=128.82将中心距圆整为129（2）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos 因值改变不多,故参数,等不必修正.（3）计算大.小齿轮的分度圆直径d=43.344d=214.656（4）计算齿轮宽度B=圆整的 B低速齿轮的计算1选精度等级、材料及齿数（1）材料及热处理；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，二者材料硬度差为40HBS。（2）精度等级选用7级精度；（3）试选小齿轮齿数z124，大齿轮齿数z285；2 按齿面接触强度设计 （1）确定公式内的各计算数值1）试选Kt1.62）选取尺宽系数d13）

12、材料的区域系数ZH2.4354） 则 5）小齿轮传递的转矩为24.4 N.m6)材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa7）小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa 大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa8）计算应力值环数N=60nj =60319.31（183658）=4.4810hN=4.4810/3.23=1.3910h 9）查得：K=1.03 K=1.0810）齿轮的接触疲劳需用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,=1.03600=618=1.08550=594 许用接触应力（2）设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模数计算齿宽b b=60.5mm计算摸

13、数m 初选螺旋角=14=计算齿宽与高之比 h=2.25 mt=2.52*2.45=5.5125mm = =10.98计算纵向重合度=0.318=1.903计算载荷系数K使用系数=1.25根据,7级精度, 查课本由表10-8得动载系数K=1,查课本由表10-4得K=1.35查课本由表10-3 得: K=1.4故载荷系数:KK K K K =1.25*1*1.4*1.35=2.3625按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=60.5=68.89计算模数=(3). 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式1) 确定公式内各计算数值 计算载荷系数KKK K K K=1.25*1*1.4*1.35=

14、2.3625轴向重合度 1.903 螺旋角影响系数0.88计算当量齿数zz/cos24/ cos1426.27 zz/cos85/ cos1493.05查取齿形系数 Y2.592 Y2.195应力校正系数YY1.596 Y1.775弯曲疲劳寿命系数:K=0.82 K=0.84 弯曲疲劳应力=计算大小齿轮的 大齿轮的数值大.选用.2）设计计算 计算模数按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=6mm z=17.26=11.14 那么z=11*3.53=38.33=39 z=11z=39 3 几何尺寸计算（1）计算中心距 a=154.59（2）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改

15、变不多,故参数,等不必修正.（3）计算大.小齿轮的分度圆直径d=68.02d=241.16（4）计算齿轮宽度B=圆整的 4、轴的设计计算及校核及滚动轴承的选择和计算1、轴1（高速轴）的设计：初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调制处理。根据表15-3，取=112，于是得dmm=16.19mm与联轴器采用单键连接，则轴允许的最小直径d=14.38*(1+0.06)=17.33mm角接触轴承的选型设计：将角接触轴承反装，F=1.23kN=F*=296.93N=*sin1190.93N (压力角为20)两轴承径向分力：=0.5*=595.47N高速级选择左选，则轴承11被放松，轴承12被压紧=

16、0.68=404.9196N=+=296.93+404.9196N=701.8496N=1.180.68根据教材，x=0.41,y=0.87=x*+y*=854.75N 由c=,=23360h得； C=10.802kN 根据寿命要求选择7005AC型角接触轴承；则轴上安装轴承的轴径为20轴的结构设计1） 拟定轴上零件的装配方案假设轴直径的最大部分为28mm,其e=34.5-1.6-28-3.3=1.6而1.6=2.56 即e0.68根据教材，x=0.41,y=0.87=x*+y*=932.8N由c=,=23360h得； C=7.2kN 根据寿命要求选择7005AC型角接触轴承；则轴上安装轴的直

17、径径为25；3，轴3（低速轴）的设计：选取轴的材料为45钢，调制处理。根据表15-3，取=112，于是得dmm=36.87mm暂定轴与滚筒的连接采用单键，则轴的最小直径d1.06*34.85mm=36.94mm角接触轴承的选型设计：将角接触轴承反装，F=2820.58kN=F*=677N=F*=2737.98N=*sin20=936.25N两轴承径向分力：=0.5*=468N高速级选择左选，则轴承11被放松，轴承12被压紧=0.68=318.32N=+=677+318=995N=2.120.68根据教材，x=0.41,y=0.87=x*+y*=815.11N 由c=,=23360h得； C=4

18、.12kN 根据寿命要求选择角接触轴承轴承内径为大于15，结合扭转强度的要求，选择角接触球轴承7010AC,安装内径50mm;轴的结构设计2） 拟定轴上零件的装配方案输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径（如上图），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，查表14-1，考虑到转矩化很小，故取1.3，则=*T=326.7*1.5=490.05N*m按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-1985或手册，选用YL9型凸缘联轴器，其公称转矩为400N*m。半联轴器的孔径=38mm，故取YL4半联轴器长度L=82mm，半联轴器与轴

19、配合的毂孔长度=164mm取齿轮距箱体内壁之距离为25 mm。半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由手册查得平键截面bh=10882，半联轴器与轴的配合为H7/k6轴的校核1，轴3（低速轴）按弯扭组合强度校核： 对齿轮的受力分析：总的力F=2820N =F*sin=686 N =F*=2737N =*sin20=936N=*20=2572NX平面（水平面）+=0+122+(122+75)=0解得：=-1.15N=-934NY平面（垂直平面）+=0122+(122+75)=0解得：=-979N=-1592N根据x,y平面弯曲图形则弯曲的的最大值M:M=138431N.mm其扭矩图如下：其危险

20、截面为轴3与联轴器的结合面，其抗弯曲截面系数W为： W=4314.167d,为轴的直径t,为轴上键槽的深度b,为键的宽度所以按弯扭组合强度校核： ，轴的计算应力N.mm,折合系数,轴所受的弯矩N.mm，轴所受的扭矩，抗弯截面系数 求得：=37.78Mpa45号钢的安全系数去1.5则=236.67Mpa所以 此轴安全。对于轴向分力对轴的稳定性，这里不进行分析校核了（它不属于细长轴）2，对轴2（中间轴）按弯扭组合强度校核：对齿轮2进行受力分析： 对于齿轮2(B)F1=1133.3N=F*=275.5N，=F*=1099N =，*sin20=375.88N （x方向)=，20=1032.72N (y

21、方向) 对于齿轮3 (C) F2= =2890 =F*=694.5N= F*=-2805N=*sin20=959.37N （x方向） =* 20=2635.8N (y方向)X平面（水平面）： +-+=0*81.5+*153/2-*122.5+*30+*197=0解得：=355.18N=228.3NY平面+=0*81.5+*122.5+*197=0解得：=-1602.3N=-2066.2N轴2的扭矩图：根据x,y平面弯曲图形则弯曲的的最大值M:M=167436N.mm其危险截面为轴2（中间轴）与齿轮2的结合面，其抗弯曲截系数W为：W=4710.635d,为轴的直径t,为轴上键槽的深度b,为键的宽

22、度所以按弯扭组合强度校核： ，轴的计算应力N.mm,折合系数,轴所受的弯矩N.mm，轴所受的扭矩，抗弯截面系数 求得：=35.97Mpa45号钢的安全系数去1.5则=236.67Mpa所以 此轴2(中间轴)安全。3，对轴3（高速轴）按弯扭组合强度校核:对齿轮1的受力分析：F= =1.205kn=F*sin=293.1N=F* =1168.8N=*sin20=-400N=*=-1098.35NX平面（水平面）： -+=0 -*35/2 -*63.5+*197=0解得： =254N=155.0NY平面（垂直平面）：-+=0-*63.5+*197=0解得：=744N=354N轴1（高速轴）的扭矩图：

23、根据x,y平面弯曲图形则弯曲的的最大值M:M=72326.92N.mm其危险截面为轴2（中间轴）与齿轮2的结合面，其抗弯曲截面系数W为： W=459.765d,为轴的直径t,为轴上键槽的深度b,为键的宽度所以按弯扭组合强度校核： ，轴的计算应力N.mm,折合系数,轴所受的弯矩N.mm，轴所受的扭矩，抗弯截面系数 求得：=0.16Mpa45号钢的安全系数去1.5则=236.67Mpa所以 1.220齿轮端面与内箱壁距离25箱盖，箱座肋厚8.58.5轴承端盖外径+（55.5）82（1轴）87（2轴）108（3轴）轴承旁联结螺栓距离82（1轴）87（2轴）108（3轴）6、键联接的选择和计算（1）a

24、,低速级的校核两键均采用圆头普通平键与齿轮联接处的键为查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa，键工作长度L=L-b=50-14=36mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.45mm, 得(合格)b,低速级与联轴器联接处键为查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，键工作长度，键与轮毂键槽的接触高度=5mm,得（合格）（2）中间轴键校核：两键均采用圆头普通平键与宽齿轮联接处键为:查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，取其中间值=110Mpa，键工作长度，键与轮毂键槽的接触高度得 (合格)与细齿轮联接处键为查表得6-2查得许用应力=100120Mp

25、a，取其中间值=110Mpa。键工作长度，键与轮毂键槽的接触高度,得 合格(3)轴1（高速轴）与联轴器配合的键键为查表得6-2查得许用应力=100120Mpa，键工作长度，键与轮毂键槽的接触高度 （合格）7、联轴器的选择由于凸缘联轴器的诸多优点，所以考虑选用它。联轴器的设计计算：（1），高速级由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为查手册选用HL4型凸缘联轴器其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径18mm半联轴器与轴配合的毂孔长度L=42mm.（2），对于低速轴联轴器的选择：工况系数，计算转矩查手册选用Yl9型凸缘联轴器其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴

26、孔直径38mm半联轴器与轴配合的毂孔长度L=82mm8、润滑和密封的选择 对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.为避免油池中稀油溅入轴承座，在齿轮与轴承之间放置挡油环。输入轴与输出轴处用毡圈密封。 9、减速器附件的选择及说明（1）窥视孔窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能伸进箱体进行检查操作为宜。窥视孔处应设计凸台以便于加工。 （2）通气器通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部制成一定曲路，并设置金属网。考虑到环境因素选用了防尘性能好的二次过滤通

27、气器。（3）油面指示器用油标尺，其结构简单、在低速轴中常用。油标尺上有表示最高及最低油面的刻线。油标尺的安装位置不能太低，以避免有溢出油标尺座 孔。（4）放油孔放油孔应设置在油池的最低处，平时用螺塞堵住。采用圆柱螺塞时，箱座上装螺塞处应设有凸台，并加封油垫片。放油孔不能高于油池底面，以免排油不净。（5）定位销常采用圆锥销做定位销。两定位销间的距离越远越可靠，因此，通常将其设置在箱体联接凸缘的对角处，并做非对称布置。（6）起盖螺钉起盖螺钉螺纹有效长度应大于箱盖凸缘厚度。起盖螺钉直径可与凸缘联接螺钉直径相同。10、设计总结转眼三周半的课程设计临近尾声，通过这次设计实践，我对机械设计有了更全面、更深

28、入地了解与认识。本次课程设计填补了以往课堂上，我们只是很公式化的解题，对于实际的工程设计计算没有具体的概念。查表、计算、绘图这些对于还不是很熟练的我们来说真不是很容易，进度慢，返工多是比较普遍的现象，但是通过老师不辞辛劳的指导，解答我们的疑问，指出我们设计上的缺陷，指引我们的思路，使我们在设计过程中获益匪浅，在此表示衷心的感谢。机械设计课程设计是机械课程当中一个重要环节通过了3周的课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件是可能会出现

29、误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。虽然三个星期的时间并不算长，但却使得我获得了很多课上学不到的知识，初步掌握了查找工程用工具书进行机械设计的基本步骤与技能，翻书查表，定尺寸取公差，直至最后的绘图，将设计付诸于图纸这一系列的过程和经验，对我今后的学习和工作无疑是十分珍贵的。参考资料：1机械设计第八版高等教育出版社，2006、5（09年重印）2机械原理第七版高等教育出版社3机械制图清华大学出版社，2006、74机械设计课程设计北京工业大学出版社，2000、25工程力学高等教育出版社- 34 -