二级同轴式减速箱设计.doc

机械设计课程设计计算说明书设计题目 二级同轴式圆柱齿轮减速器 机电工程 院(系) AP05 班设计者 指导老师 _2008_年 9 月 18 日目 录一、机械设计课程设计任务书1（一）总体布置简图1（二）设计要求1（三）原始技术数据1二、机械装置的总体方案设计1（一）电动机选择1（二）分配传动比2（三）运动和动力参数计算3三、主要零部件的设计计算4（一）带传动的设计计算4（二）齿轮传动设计计算6（三）轴的设计计算9（四）滚动轴承的选择及计算17（五）键连接的选择及校核计算18（六）联轴器的选择18四、减速器箱体及附件的设计选择（一）减速器附件的选择19（二）润滑与密封19五、参考文献20一、机械设计课程设计任务书题目：设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器（一）总体布置简图（二）设计要求（1）设计用于带式运输机的传动装置（2）连续单向运转，载荷较平稳，空载起动，运输带允许速度误差为5%。（3）使用期限为10年，小批量生产，两班制工作。（三）原始技术数据（1）同轴式二级圆柱齿轮减速器简图如右图所示。（2）同轴式二级圆柱齿轮减速器设计原始数据运输机工作轴转矩运输带工作速度卷筒直径二、机械装置的总体方案设计（一）电动机选择（1）选择电动机类型按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。（2）选择电动机容量工作轴转矩工作速度卷筒直径则卷筒轴工作转速根据，有传动装置的总效率为各部份效率为：V带传动效率为：，滚动轴承效率（一对），闭式齿轮传动效率，联轴器效率，卷筒效率，代入得所需电动机功率为因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可，参考Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为11kw。（3）确定电动机转速卷筒轴工作转速通常，V带传动的传动比常用范围，二级圆柱齿轮减速器为，则总传动比的范围为，故电动机转速的可选范围为根据计算出的容量，由表查出有两种适用的电动机型号，其技术参数比较情况见下表：方 案电动机型号额定功率/Kw同步转速(r/min)满载转速(r/min)1Y161M1-211300029302Y160M-41115001460综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及链传动和减速器的传动比，可知方案1比较适合。因此选定电动机型号为Y160M-4，所选电动机的额定功率P = 11kw，满载转速n= 1460r/min 。（二）分配传动比（1）总传动比（2）分配传动装置各级传动比取V带传动的传动比，则减速器的传动比i为由于减速箱是同轴式布置，所以近似取，则速度偏差为0.4%<5%，所以可行（三）运动和动力参数计算电动机轴高速轴中间轴低速轴卷筒轴各轴转速、输入功率、输入转矩轴名功率P（kw）转矩T（N·m）转速（r/min）传动比i效率输入输出输入输出电动机轴高速轴中间轴低速轴卷筒轴9.939.549.168.9810.349.739.449.078.89162.44681348.11321.667.63160.8463.31361.71308.41460584194.6764.8964.892.53310.960.960.960.98三、主要零部件的设计计算（一）带传动的设计计算1、确定计算功率带式运输机空载起动，两班制工作，由机械设计表8-7查得工作情况系数KA=1.3，故2、选择V带的带型根据，n1由机械设计图8-11选用B型。3、确定带轮的基准直径并验算带速v（1）初选小带轮的基准直径。由机械设计表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径（2）验算带速v因为，故带速合适。（2）计算大齿轮的基准直径大齿轮基准直径4、确定V带的中心距a和基准长度Ld（1）根据机械设计式（8-20），初定中心距（2）根据机械设计式（8-22）计算带所需的基准长度由机械设计表8-2选带的基准长度为Ld=2240mm.（3）按机械设计式（8-23）计算实际中心距5、验算小带轮上的包角6、计算V带的根数（1）计算单根V带的额定功率由和，查机械设计表8-4a，得根据，和B型带，查机械设计表8-4b，得查机械设计表8-5和表8-2，分别得于是，（2）计算V带的根数z ，取整数5根7，单根V带的初拉力的最小值由机械设计表8-3查得B型带的单位质量为0.18kg/m，所以8、计算压轴力压轴力的最小值为（二）齿轮传动设计计算（以下图表、公式均查自机械设计第八版）1、选精度等级、材料及齿数（1）选用直齿齿轮传动；（2）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。（3）精度等级选用7级精度；（4）试选小齿轮齿数，大齿轮齿数；2、按齿面接触强度设计因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算按式（109a）进行试算，即 确定公式内的各计算数值（1）试选Kt1.3（2）（3）由表107选取尺宽系数d1（4）由表106查得材料的弹性影响系数（5）由图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的解除疲劳强度极限（6）由式（1013）计算应力循环次数N160n1jLh60×194.67×1×（2×8×300×10）N2N1/3（7）由图1019查得接触疲劳寿命系数KHN10.90；KHN20.95（8）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 0.90×600MPa540MPa 0.95×550MPa522.5MPa 2）计算（1）试算小齿轮分度圆直径d1t（2）计算圆周速度v=（3）计算齿宽b及模数mtb=dd1t=1×110mm=110mm齿高h=2.25mt=2.25×4.58mm=10.3mmb/h=110/10.3=10.1（4）计算载荷系数根据v=1.12m/s，7级精度，由图108查得动载系数KV=1.11；直齿轮已知载荷平稳，所以取KA=1由表104，用插值法查得7级精度，小齿轮非对称布置时，查的由b/h=10.1，查图10-13，得故载荷系数（5）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（1010a）得d1=（6）计算模数mn =3、按齿根弯曲强度设计由式(105) （1） 确定计算参数1）由图1020c查得小齿轮的弯曲强度极限；大齿轮的弯由疲劳极限2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN10.85，KFN20.903）计算弯曲疲劳许用应力取安全系数S1.4，由式（1012）得 4）计算载荷系数5）查取齿型系数和应力校正系数由表105查得；6）计算大小齿轮的并加以比较=大齿轮的数值大。（2）设计计算取标准值m=5mm按接触强度算得分度圆直径d1=117.6mm算出小齿轮齿数大齿轮齿数4、计算中心距（1）计算分度圆直径 （2）计算中心距（3）计算齿轮宽度b=dd1=120mm 取B2=120mm ，B1=125mm，（4）结构设计因大齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故选用腹板式结构。（三）轴的设计计算轴（中间轴）： 轴上小齿轮直径 大齿轮直径1 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，选取A0=126，于是得2 求作用在齿轮上的受力3 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段轴用于安装轴承6410，直径为50mm。长度为54.5mm。2）II-III段用于安装小齿轮，直径为55mm。长度为122mm。3）III-IV段为分隔两齿轮，外径65mm。长度为117.5mm。4）IV-V段安装大齿轮，直径为55mm。长度为117mm。5）V-VI段安装轴承，直径为50mm。长度为57mm。4 求轴上的载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 5 按弯矩合成应力校核轴的强度从弯矩和扭矩图中可以看出截面A受的载荷较大，判断为危险截面。故在此只校核截面A的强度。由于轴受的载荷脉动循环变应力，所以取。轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计查得。因此，故安全。6 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面 截面A上虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径较大，故不必校核。截面应力集中，且左侧轴直径较小。故对截面左侧进行较核即可。（2）截面左侧截面左侧的弯矩M为截面左侧的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的转切应力为轴的材料为45钢，调质处理。由机械设计表15-1查得，由机械设计附表3-2经插值后查得，截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，又由机械设计附图3-1查得轴的材料敏感系数为，故有效应力集中系数为由机械设计附图3-2查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，轴采用磨削加工，由机械设计附图3-2查得表面质量系数为，轴表面未经强化处理，即，按机械设计式（3-12）及式（3-12a）得综合系数值为又由机械设计第三章1、2节所学内容得碳钢的特性系数，于是，计算轴的疲劳安全系数为故轴的选用安全。轴（低速轴）：1、 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，选取A0=112，于是得输出轴的最小直径为安装联轴器处轴的直径。为了使段轴与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查机械设计表14-1，取KA=1.3，则。查机械设计综合课程设计表6-10，选用HL5型弹性柱销联轴器，其公称转矩为2000N·m。半联轴器的孔径为d=60mm，故取轴的最小直径dmin=60mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=107mm。2、求作用在齿轮上的受力3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段轴用于安装联轴器，直径为60mm。半联轴器与轴配合的长度L1=107mm，为了保证轴挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上。I-II段的长度应比L1略短一些，取I-II段长度为105 mm。2）IV-V段安装大齿轮，直径为75mm。轴段长度要比齿轮轮毂短3mm，齿轮宽为120mm，故取长度为117mm。3）III-IV段安装轴承6314，故外径取70mm。取齿轮与箱体内壁的距离为15mm、轴承与箱体内壁距离取8mm，轴承宽35mm，故III-IV段长度L=（15+8+35+120-117）=61mm。4）为了使齿轮轴向定位可靠，定位轴肩高度应达5mm，故V-VI直径为85mm。长度为12mm。5）-段用于固定轴承，直径为80mm。长度为11mm。6）-段安装轴承，外径70mm。长度为35mm。7）综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸。取II-III段直径为65mm。长度为50mm。4、求轴上的载荷 根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。水平面垂直面5、按弯扭合成应力校核轴的强度结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面A是轴的危险截面。所以只校核截面A的强度。由于轴受的载荷脉动循环变应力，所以取。轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计查得。因此，故安全。轴（高速轴）1、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，选取A0=126，于是得取整数2、作用在齿轮上的力3、 轴的结构设计1） 轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段轴安装轴承6309，外径45mm。长度为35.5mm。2）为了使齿轮轴向定位可靠，定位轴肩高度应达5mm，故II-III段直径为60mm。长度为10mm。3）III-IV段安装小齿轮，直径为50mm。轴段长度要比齿轮轮毂短3mm，齿轮宽为125mm，故取长度为122mm。4）IV-V段安装轴承6309，故外径取45mm。取齿轮与箱体内壁的距离为12.5mm、轴承与箱体内壁距离取8mm，轴承宽25mm，故III-IV段长度L=（12.5+8+25+125-122）=48.5mm。5）综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度。取V-段直径为40mm。长度为50mm。6）-段接皮带轮，外径35mm。长度为100mm。4、求轴上的载荷 根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 5、按弯扭合成应力校核轴的强度结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面A是轴的危险截面。所以只校核截面A的强度。由于轴受的载荷脉动循环变应力，所以取。轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计查得。因此，故安全。（四）滚动轴承的选择及计算1、轴（高速轴）：轴承6309 由于轴外伸部分接皮带轮，上面带轮设计计算出带轮压轴力所以显然轴承2所受径向力比轴承1受到的径向力大，故以轴承2进行验算轴承2所受径向力由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为轴承寿命2、（中间轴）：轴承6410 显然轴承1受的径向力较大，故用轴承1进行验算径向力由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为轴承寿命3、 轴（低速轴）：轴承6314水平面垂直面径向力 由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为轴承寿命（五）键连接的选择及校核计算代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（N·m）极限应力（MPa）高速轴14×9×11050964.5162.415中间轴16×10×1105594546836.216×11×1105594546836.2低速轴20×12×110759061348.166.618×11×90（单头）60815.51348.1100.9由于键采用静联接，冲击轻微，最大许用挤压应力为，所以上述键皆安全。（六）联轴器的选择(1)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1.3，计算转矩从GB/T 50141985中查得TL5弹性柱销联轴器的许用转矩为，许用的最大转速为3500r/min，轴径为5575之间。故合用。四、减速器箱体及附件的设计选择（一）减速器附件的选择1、通气器由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.52、油面指示器选用游标尺M163、螺塞选用外六角油塞及垫片M18×1.5（二）润滑与密封1、齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为64.89r/min，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为60mm。2、 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为584r/min，所以采用脂润滑。选用ZL-1润滑脂。3、 润滑油的选择考虑到该装置用于小型设备，故齿轮选用L-AN15润滑油。4、 密封方法的选取采用凸缘式端盖加毡圈油封实现密封。轴承盖结构尺寸与毡圈尺寸按轴承与轴径尺寸决定。参考文献1 王之栎，王大康主编机械设计课程设计北京：机械工业出版社，20032 濮良贵，纪名刚主编机械设计（第八版）北京：高等教育出版社，20063 李 柱，徐振高，蒋向前主编互换性与技术测量北京：高等教育出版社，20044 金忠谋主编材料力学（）北京：机械工业出版社，20055 周凤云，毛志远工程材较及应用（第二版）武汉：华中科技大学出版社，2002