减速器课程教学设计(中南大学).doc

/*机械设计课程设计计算说明书题 目 设计运输机传动装置（带式二级圆柱齿轮减速器） 指导教师 郭海波 院 系 机电工程学院 班 级 机械0807 学 号 0806080808 姓 名 李长福 完成时间 计 算 及 说 明结 果一课程设计任务书1.1设计题目设计一带式运输机的传动装置（两级展开式圆柱齿轮减速器），传动示意图如下：1电动机 2V带传动 3减速器 4联轴器5鼓轮 6输送带已知条件：鼓轮上轴的转矩T（N.m）1300 鼓轮上转度n（r/min）48电机同步转速n（r/min）1500技术条件与说明：1）传动装置的使用寿命预定为10年，每年按300天计算，3班制工作每班按8小时：2）工作机的载荷性质是平稳、轻微冲击、单向回转：3）电动机的电源为三相交流电，电压为380/220伏;4) 传动布置简图是由于受车间地位的限制而拟订出来的，不应随意修改，但对于传动件的型式，则允许做适宜的选择;5)输送带允许的相对速度误差3-5%。1.2设计要求 1）减速器A1装配图1张; 2) A3零件图2张（CAD绘图，低速轴和闷盖）；3）设计计算说明书一份（标准格式）。 目 录课程设计（论文）任务书1、 系统总体方案设计11.1、电动机选择11.2、传动装置运动及动力参数计算12、 V带传动的设计与计算 33、 传动零件的设计计算43.1、 高速级齿轮的设计43.2、 低速级齿轮的设计84、 轴的设计124.1、 高速轴的设计124.2、 中间轴的设计134.3、 低速轴的设计145、 键的设计与校核16 6、 滚动轴承的选择与校核187、 箱体及各部位附属零件的设计197.1、铸造减速箱体主要结构尺寸表197.2、各部位附属零件的设计20 设计总结与参考文献22计算与说明主要结果1 、系统总体方案设计1.1 电动机选择（1） 选择电动机的类型和结构因为装置的载荷平稳，且在有粉尘的室内环境下工作，温度不超过35，因此可选用Y系列三相异步电动机，它具有国际互换性，有防止粉尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B级绝缘，工作环境也能满足要求。而且结构简单、价格低廉。（2）确定电动机功率和型号运输带机构输出的功率： Pw = = =6.53kw传动系得总的效率：= 3 2=0.868电机所电动机所需的功率为： 由题意知，选择Y132M-4比较合理，额定功率=11kw,满载转速1460r/min.。1.2 传动装置运动及动力参数计算（1）各传动比的计算卷筒的转速 总传动比: 取V带的传动比为: 则减速器的传动比为：高速级齿轮传动比：；低速级圆柱齿轮传动比:;由 ，可令； 。Pw=6.53kw （2）各轴的转速（r/min）。电机转速=1460 高速轴 中间轴 低速轴 滚动轴 （3）各轴的输入功率（kw） 高速轴 中间轴 低速轴 滚动轴 P=9.740.990.99=9.55（4）各轴输入扭矩的计算（） T=95509.55/48=1900将以上算得的运动和动力参数列表如下：项 目电动机轴高速轴I中间轴II低速轴III滚筒轴转速（r/min）14607301764848功率（kW）1110.5610.149.749.55转矩（Nm）72138550.21937.91900传动比2.44 ： 3.9 ： 3.2 ： 12、V带传动的设计与计算（1） 确定计算功率Pca 由表8-7查得工作情况系数KA=1.3, 故 Pca=KAP=1.311kw=14.3kw（2）选择V带的型号 根据Pca、由图8-10选用B型。（3）确定带轮的基准直径d1和d2 并验算带速 初选小带轮的基准直径d1。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径d1=132mm验算带速v,根验算带的速度V=3.14 d1/601000=3.141401460/(601000)=10.99m/s 因为5m/sV25m/s，故带速合适。 计算大带轮的基准直径。计算大带轮的基准直径d2 d2=id1=2.44140=341.6(mm)（4） 确定V带的中心距a和基准长度L00.7（d1+d2）a2（d1+d2）得 323.4a924初定中心距a0=600（mm）。计算带所需的基准长度L0=2a+3.14（d1+d2）/2+(d2-d1)2/4a =2600+3.14（140+341.6）/2+（341.6-140）2/(4600)=1973（mm）由表8-2选带的基准长度L=1800（mm）得实际中心距:a= a0+（L- L0）/2=600+（1800-1973）/2=513.5（mm）（5）验算小带轮上的包角=1800 -（d2-d1）57.30 /a =1800 -（341.6-140）57.30/571=176.481200 合适。（6）确定带的根数Z= Pca/（P0+P）Ka KL ;由d1=140和=1460r/min,查表得 P0=2.806（kw）根据=1460r/min ，i=2.44和B型带，查表得P=0.463(kw）查表得Ka=0.952,KL=0.95 于是：Z=14.3/(2.806+0.463)0.9520.95=4.83 取Z=5根（7）确定初拉力和计算轴上的压力查得B型带的单位长度质量q=0.18 (kg/m) 初拉力F0=500 Pca（2.5/ Ka -1）/（Ka zv）+qv2=500*14.3*（2.5-0.952）/(0.948510.99)+0.1810.412=233.3(N)（8）计算压轴力=2Z F0Sin(/2)=25233.3Sin（1760/2）=2331.5(N)3、传动零件的设计计算因减速器中的齿轮传动均为闭式传动，且所受的负载且小，其失效形式主要是点蚀，故先按齿面接触疲劳强度的要求设计。对于两级传动的齿轮可设计为：运输机要求的速度为1.1m/s，速度不高，故选用7级精度的直齿轮。材料的选择：选择两个小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，两个大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。3.1 高速级齿轮的设计3.1.1试选小齿轮齿数，大齿轮齿数为，取,精度选为7级。 n0=1440r/minKA=1.3d1=140mmV=10.99m/sd2=341.6mmL0=1973mma=513.5mm=176Z=53.1.2按齿面接触强度设计 由设计公式：2.32（1）确定公式内的各计算数值试选Kt1.3计算小齿轮传递的转矩。 由表107选取尺宽系数d1由表106查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa12由图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限MPa； 由式1013计算应力循环次数60n1jLh6014601（3830010）6.3072 图1019查得接触疲劳寿命系数由1图1019查得接触疲劳寿命系数:0.88；0.96计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1，由式（1012）得 0.89600MPa528MPa 0.93550MPa528MPa（2）计算试算小齿轮分度圆直径d1t，代入中较小的值。=76.294计算圆周速度v=5.83m/s计算齿宽bb=d=172.294mm=72.294 mm计算齿宽与齿高之比模数 =3.179mm齿高 h=2.25m=2.253.179mm=7.153mmb/h=72.294/6.01=10.667计算载荷系数。根据v=5.83m/s,7级精度，由图108查得动载系数=1.15；直齿轮=1由表10-2查得使用系数KA=1.25由表104查得7级精度小齿轮相对支撑非对称布置时 =1.425由b/h=10.667，=1.425查表1013查得 =1.35故载荷系数 K=KAKVKHKH=1.251.1511.425=2.048按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（1010a）得 =mm=88.774mm计算模数m m=mm=3.21mm3.1.3按齿根弯曲强度设计由式(105) m（1）确定公式内的计算数值由图10-20c查得小齿轮得弯曲疲劳强度极限=500Mpa；大齿轮得弯曲疲劳极限强度=380MPa由10-18查得弯曲寿命系数=0.82 =0.86计算弯曲疲劳许用应力取安全系数S=1.4 见表10-12得=（）/S=292.86Mpa= （）/S=233.43Mpa计算载荷系数=1.251.1511.35=1.941查取应力校正系数由表105查得 =2.65；=1.748查取齿形系数 由表105查得 =2.192计算大、小齿轮的并加以比较=0.014297=0.01675 大齿轮的数值大。(2)设计计算m=2.67对结果进行处理取m=3=/m=88.774/330大齿轮齿数， = =3.930=117 取=1173.1.4几何尺寸计算(1)计算大、小齿轮的分度圆直径=m=213=90mm =m=1173 =351mm(2)计算中心距a=(+)/2=(90+351)/2=220.5mm，(3)计算齿轮宽度 b=d=90=95mm，=90mm 3.1.5小结实际传动比为：误差为： 由此设计有模数分度圆直径齿宽齿数小齿轮3909530大齿轮3351901173.1.6结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。 3.2 低速级齿轮的设计3.2.1试选小齿轮齿数，大齿轮齿数为，取77。3.2.2按齿面接触强度设计按式（1021）试算，即 2.32（1）确定公式内的各计算数值试选Kt1.3计算小齿轮传递的转矩。 由表107选取齿宽系数d1由表106查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa由图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限MPa；由式1013计算应力循环次数60jLh60153.41（3830010）2.5834 由图1019查得接触疲劳寿命系数由1图1019查得接触疲劳寿命系数:0.93；1.01计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1，由式（1012）得 0.93600MPa558MPa 1.01550MPa555.5MPa（2）计算试算小齿轮分度圆直径d1t=116.23mm 计算圆周速度v=3.64m/s 计算齿宽bb=d=1116.23mm=116.23mm计算齿高与齿高之比m=4.843h=2.25m=2.254.843mm=10.90mmb/h=116.23/10.90=10.66计算载荷系数。 已知载荷平稳，所以取=1.25根据v=3.64m/s,7级精度，由图108查得动载系数=1.12；由表104查得7级精度小齿轮相对支撑非对称布置时的计算公式和直齿轮的相同. =1.12+0.18(1+0.6d)d+0.2310b =1.435由b/h=11.56，=1.435查表1013查得 =1.35由表103查得=1。故载荷系数 K=KAKVKHKH=1.251.1211.429=2.009 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（1010a）得 =mm=134.378mm计算模数m m=mm=5.59mm3.2.3按齿根弯曲强度设计由式(105) m（1）确定计算参数由图10-20c查得小齿轮得弯曲疲劳强度极限=500Mpa；大齿轮得弯曲疲劳极限强度=380MPa由10-18查得弯曲寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力取安全系数S=1.4 见表10-12得=（）/S=300Mpa= （）/S=244.29Mpa计算载荷系数K=KAKV=1.251.1211.35=1.89查取应力校正系数由表105查得； 查取齿形系数 由表105查得 计算大、小齿轮的并加以比较=0.013957=0.016074 大齿轮的数值大。（2）设计计算m=3.97对结果进行处理取m=3=/m=134.378/434 大齿轮齿数， = =3.234=108.8 3.2.4几何尺寸计算（1）计算大、小齿轮的分度圆直径=m=344=136mm =m=1094 =436mm（2）计算中心距a=(+)/2=(136+436)/2=286mm （3）计算齿轮宽度 b=d=136mm=145mm，=145mm 3.2.5小结实际传动比为：误差为： 由此设计有模数分度圆直径齿宽齿数小齿轮413614534大齿轮44361361093.2.6结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。 4、轴的设计4.1高速轴设计：（1）材料：选用45号钢调质处理，查表15-3取=35Mpa，A=120（2）各轴段直径的确定由，P=10.56kw,n=598.4r/min,则右起第一段装带轮，由V带的结构及其尺寸，查表得取；右起第二段其左端用轴端定位，其右端轴肩高（0.07-0.1）d1，取3mm，则 ；右起第三段装滚动轴承，初选6208，则d3=40，其右端用轴肩定位，查表得；第七段装轴承，所以d7=40；第六段装齿轮，采用R20系列，取，其右端用轴肩定位，右端轴肩高（0.07-0.1）d6，取3.5mm，则； 端盖的总宽为，根据轴承端盖的拆卸及便于对轴进行润滑，取齿轮距箱体内壁10mm，6208轴承厚18mm，齿轮宽95mm，所以初取，。综上所述：该轴的长度L=419m4.2中间轴设计：（1）材料：选用45号钢调质处理，查表15-3取=35Mpa，A=120（2）各轴段直径的确定： 由, p=10.14,n=153.4则mm,段要装配轴承，选用6210轴承，=50mm，=38mm装配低速级小齿轮，由上边方法判断的e>5，故无需用齿轮轴，且取=56mm，=90-5=85mm，段主要是定位高速级大齿轮，取=64mm，=12mm，装配高速级大齿轮，取=56mm，=140mm段要装配轴承，取=50mm，=35mm取齿轮距箱体内壁距离为：16mm；由于箱体铸造误差，在确定轴承位置时，应距箱体内壁一段距离：8mm。故该轴总长为：L=310mm4.3低速轴设计：（1）材料：选用45号钢调质处理，查表15-3取=35Mpa，A=112（2）各轴段直径的确定：由, 则,第一轴段装联轴器，查表取，第二段右端用轴端定位，轴肩高为（0.07-0.1）d7,取2，则 第三段装配轴承,选用6216,取, 第四段右端用轴肩定位，取，第五段靠轴定位，取,第六段装齿轮，采用R20系列，取，第七段装配轴承，选用6216轴承,取,该轴的总长为：L=501mm（3）校核该轴 =93mm,=203mm作用在齿轮上的圆周力为：径向力为求垂直面的支承反力：求水平面的支承反力：由得绘制垂直面弯矩图绘制水平面弯矩图求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把直接相加 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）算危险截面处轴的抗弯系数 W=d332-bt(d-t)22d=mm3计算危险截面处轴的应力因为材料选择调质，查得，查课本231页表14-3得许用弯曲应力，则：所以该轴是安全的。(4)弯矩及轴的受力分析图如：5 键的设计与校核选择A型普通键 =100120选择C型普通键 =1001205.1高速轴上键的设计与校核(1)与V带轮联接的键 由d=32mm，查表选 bh=108， 取L =45mm则工作长度 l=L-b=35 k=0.5h=5所以强度 所以所选键为: bhL=10845 (2)与齿轮联接的键 由d=50mm，选 bh=149，取L=80则 l=L-b=66，k=0.5h=4.5 所以 所以所选键为:bhL=149805.2中间轴上键的设计与校核(1) 与小齿轮联接的键 已知d=56，取bh=1610 L=70 则 l=L-b=54 k=0.5h=5根据挤压强度条件，键的校核为：所以所选键为:bhL=161070(2)与大齿轮联接的键已知d=56，取bh=1610 L=110 则L=L-b=94 k=0.5h=5所以所选键为:bhL=16101105.3低速轴上键的设计与校核(1)与齿轮联接的键已知=90mm，取bh=2514， L=100 则l=L-b=75, k=0.5h=7根据挤压强度条件，键的校核为：所以所选键为:bhL=2514100(2) 与联轴器联接的键 已知=71mm，取bh=2012 L=90 则l=L-b/2=80, k=0.5h=6根据挤压强度条件，键的校核为：所以所选键为:bhL=201290 6、滚动轴承的校核（1）已知两轴承径向:取较大值 轴向力：为0 （2）初步计算当量动载荷P，根据P=根据表13-6，=1.01.2，取=1.1。所以P=1.116501.13=7151.24N计算轴承6216的寿命：已知轴承的额定动载荷C=55KN轴承的预期寿命Lh0=1030038=0.72105h>72000h故可以选用。Kt1.3=2.490.880.96V=5.83m/sb=72.294mm=3.179mmh=7.153mmb/h=10.667=1.425K=2.048=64.176mmK=1.941m=3=30=117a=220.5mm=90mm=351mm=95mm=90mm=2.5834 V=3.64m/sb=116.23mmm=4.843h=10.90b/h=10.66KA=1.25=1.35K=2.009m=5.59 =300=244.29 K=1.89； m=4=136mm=436mma=286mmmmmmd7=40mm=50mm=56mm=64mm=56mm=50mm=38mm=85mm=12mm=140mm=35mm W=71431.88mm3bhL=8745bhL=14980bhL=161070bhL=1610110bhL=2514100bhL=201290 7、箱体的设计及各部位附属零件的设计箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并保证传动件的齿合精度，使箱体内有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约见减速器的一半，所以箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、重量及成本等有很大的影响。箱体结构与受力均较复杂，目前尚无成熟的计算方法。所以，箱体各部分尺寸一般按经验设计公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。箱体选用球墨铸铁QT40018，布氏硬度。7.1铸造减速箱体主要结构尺寸表:名 称符号尺寸关系取 值箱座壁厚9mm箱盖壁厚8mm箱盖凸缘厚度12mm箱座凸缘厚度13.5mm箱座底凸缘厚度22.5mm地脚螺钉直径20mm地脚螺钉数目a<250mm6轴承旁联接螺栓直径16mm盖与座联接螺栓直径12mm联接螺栓的间距mm视孔盖螺钉直径8mm至直外箱壁距离查手册至凸缘边缘距离查手册轴承旁凸台半径凸台高度30mm外箱壁至轴承座端面距离48mm大齿轮顶圆与内箱壁距离11mm齿轮端面与内箱壁距离10mm轴承端面至箱体内壁的距离33=3-55mm旋转零件间的距离410-1510mm齿顶圆至轴表面的距离51012mm大齿顶圆至箱底内壁的距离6>30-5040mm箱底至箱底内壁的距离72020mm减速器中心高HRa+6+7280mm箱盖箱座肋厚m=7.65mm轴承端盖外径轴承旁连接螺栓距离7.2各部位附属零件的设计窥视孔盖与窥视孔：在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔, 大小只要够手伸进操作可。以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙,了解啮合情况.润滑油也由此注入机体内. 放油螺塞放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封。 油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量.因此要安装于便于观察油面及油面稳定之处即低速级传动件附近；用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。 通气器 减速器运转时，由于摩擦发热,机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏,所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由逸处，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带空螺钉制成.启盖螺钉为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖；螺钉上的长度要大于凸缘厚度，钉杆端部要做成圆柱形伙半圆形，以免顶坏螺纹；螺钉直径与凸缘连接螺栓相同。在轴承端盖上也可以安装取盖螺钉,便于拆卸端盖.对于需作轴向调整的套环,装上二个螺钉,便于调整. 定位销为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定位精度。如机体是对称的,销孔位置不应对称布置. 环首螺钉、吊环和吊钩 为了拆卸及搬运，应在机盖上装有环首螺钉或铸出吊钩、吊环，并在机座上铸出吊钩。 调整垫片 用于调整轴承间隙,有的起到调整传动零件轴向位置的作用.10.9密封装置在伸出轴与端盖之间有间隙,必须安装密封件,以防止漏油和污物进入机体内. 7.3润滑方式的确定 传动零件的润滑采用浸油润滑。 滚动轴承的润滑采用脂润滑 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，装至规定高度设计总结在老师的指导以及本组各位同学的讨论下，用三周多的时间设计完成了本课题带式输送机传动装置，该装置具有以下特点及优点：（1）能满足所需的传动比齿轮传动能实现稳定的传动比。（2）选用的齿轮满足强度刚度要求由于系统所受的载荷不大，在设计中齿轮采用了腹板式齿轮不仅能够满足强度及刚度要求，而且节省材料，降低了加工的成本。（3）轴具有足够的强度及刚度由于二级展开式齿轮减速器的齿轮相对轴承位置不对称，当其产生弯扭变形时，载荷在齿宽分布不均匀，因此，对轴的设计要求最高，通过了对轴长时间的精心设计，设计的轴具有较大的刚度，保证传动的稳定性。（4）箱体设计的得体设计减速器的具有较大尺寸的底面积及箱体轮毂，可以增加抗弯扭的惯性，有利于提高箱体的整体刚性。（5）加工工艺性能好设计时考虑到要尽量减少工件与刀具的调整次数，以提高加工的精度和生产率。此外，所设计的减速器还具有形状均匀、美观，使用寿命长等优点，可以完全满足设计的要求。由于时间紧迫，所以这次设计存在一定缺点，比如说箱体结构庞大，重量大，齿轮的计算不够精确等。但是，我坚信：这次的亲身设计，为我以后设计结构更紧凑，传动更稳定精确的设备奠定了坚实的基础。参考文献【1】濮良贵 纪名刚 机械设计第八版 高等教育出版社【2】王大康 卢颂峰 机械设计课程设计 北京工业大学出版社【3】吴宗则 罗圣国 机械设计课程设计手册 高等教育出版社