螺旋输送机的单级斜齿圆柱齿轮减速器机械课程设计说明书大学论文.doc

机械设计基础课程设计 任务书 机械设计课程设计说明书 设计题目 螺旋输送机的单级斜齿圆柱齿轮减速器 机电工程学院 院（系）过程装备与控制工程 专业班级 装控14-2 学号 设 计 人 指导教师 周瑞强 完成日期 2016 年 12 月 30 日广东石油化工学院目录机械设计课程设计任务书3选题的目的和意义4确定传动方案1第二章 电动机的选择1选择电动机类型1选择电动机的容量1确定电动机转速1第三章 传动参数的计算3计算各轴转速3计算各轴功率3计算各轴的转矩3计算结果4第四章 齿轮传动的设计计算5第五章 轴的设计11高速轴设计11低速轴的设计13联连轴器的选择14滚动轴承的选择及计算17轴上零件的固定方法和紧固件18轴上各零件的润滑和密封18键的选择及校核计算18第六章 箱体的结构设计20箱体的结构设计20减速器润滑方式22减速器附件的选择22润滑与密封22设计小结24参考文献25机械设计课程设计任务书一、设计题目：设计一螺旋输送机的单级斜齿圆柱齿轮减速器给定数据及要求：原始数据:序号34学 号49螺旋输送机功率(KW)5螺旋轴转速n(r/min)60传动装置简图二、应完成的工作：1. 减速器装配图1张（A0图纸）；2. 零件工作图12张（从动轴、齿轮等）；3. 设计说明书1份。选题的目的和意义减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。 与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机（从动机）的载荷状态，通常分为三类：均匀载荷;中等冲击载荷;强冲击载荷。减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。此外，在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。 我们通过对减速器的研究与设计，我们能在另一个角度了解减速器的结构、功能、用途和使用原理等，同时，我们也能将我们所学的知识应用于实践中。在设计的过程中，我们能正确的理解所学的知识，而我们选择减速器，也是因为对我们过控专业的学生来说，这是一个很典型的例子，能从中学到很多知识。4确定传动方案根据工作要求和工作环境，选择展开式二级圆柱斜齿轮减速器传动方案。此方案工作可靠、传递效率高、使用维护方便、环境适用性好，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。此外，总体宽度较大。为了保护电动机，其输出端选用带式传动，这样一旦减速器出现故障停机，皮带可以打滑，保证电动机的安全。第二章 电动机的选择 选择电动机类型 选择电动机类型，按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。 选择电动机的容量 电动机所需的功率为由电动机到工作机的传动总效率为式中、分别为开式齿轮、轴承、齿轮传动、联轴器和工作机的传动效率。取0.97，0.95，0.99，0.99，0.98（工作机效率，包含轴承效率），则：=0.867 所以=5.77 根据机械设计手册可选额定功率为7.5KW的电动机。确定电动机转速 减速器输出轴转速为×=227.50 取开式齿轮传动比=3.5一级圆柱齿轮减速器传动比i=615，则从电动机到工作机轴的总传动比合理范围为3-5。故电动机转速的可选范围为60=360900r/min 取750r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减速器的传动比，选电动机型号为Y160L-8，电机主要技术参数，如表2.1所示。表2.1 电动机主要技术参数方案电动机型号额定功Kw同步转速满载转速电动机重量总传动比1Y180L-8117507308410.4电动机型号为Y180L-8，主要外形尺寸见表 2.2。图2.1 电动机安装参数表2.2 电动机主要尺寸参数中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸 A×B地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸D×E中心高H160600×417.5×210254×2101542×10160第三章 传动参数的计算计算各轴转速将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，.以及i0,i1，.为相邻两轴间的传动比01，12，.为相邻两轴的传动效率P，P，.为各轴的输入功率 （KW）T，T，.为各轴的输入转矩 （Nm）n,n,.为各轴的输入转矩 （r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数nI=nm=720r/minnII=nm/ig1=180r/minnIII=nII=180r/minnw=nIII/ig2=60r/min计算各轴功率各轴功率轴 =7.35KW轴 =7.06 KWIII机轴 P3=P2=6.85KW=6.51 KW计算各轴的转矩电动机的输出转矩为99.48 轴输入转矩97.49 轴输入转矩374.57I轴输入转矩 363.43工作机轴输入转矩1036.18 各轴的输出转矩分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.99。计算结果 运动和动力参数计算结果整理后填入表 3.1中。 表 3.1 运动和动力参数计算结果轴名称转速n/(r/min)功率P/kW转矩T/(Nmm)电机轴7207.599.48高速轴7207.3597.49低速轴1807.06374.57圆锥齿轮轴1806.85363.43螺旋轴607.511036.18第四章 齿轮传动的设计计算 （1）减速器内传动零件的设计1、选择齿轮材料 热处理方法和精度等级小齿轮材料：40Cr调质，硬度HBW280大齿轮材料：45Cr调质, 硬度HBW220查图得：6Hlim1=720MPa 6Hlim2=550MPa6Flim1=290MPa6Flim2=210MPa 选7级精度2、按齿面接触疲劳强度设计主要尺寸设计公式：a(1) 小齿轮转矩T=97.49Nm(2) 齿数比u=(3) 齿宽系数 取(4) 载荷系数 取K=1.6(5) 许用应力按失效效率低于1%，取按无限寿命查得因为，故应以代入计算：a 取a=170mm（6）按经验公式选取模数 取标准模数（7）计算主要几何参数初选，则 精确计算螺旋角（8）计算齿宽b=取 取 齿轮参数如下表：表4.1 各齿轮主要参数参数或几何尺寸符号小齿轮大齿轮法面模数22法面压力角2020法面齿顶高系数1.01.0齿数z33132分度圆直径d68272齿顶圆直径da72276齿宽b75 68中心距a170校核齿面接触疲劳强度（1） 齿面接触疲劳应力为切向力：根据图、表查得： 齿面接触应力 强度校核满足齿面接触疲劳强度要求校核齿根弯曲疲劳强度（1） 齿根弯曲疲劳许用应力取 考虑齿轮弯曲折断产生的严重后果，选择失效概率低于1/1000，则取许用应力：=（2） 齿根弯曲疲劳应力查图可得： =0.59=强度校核 满足齿根弯曲疲劳强度要求减速器外传动零件的设计圆锥齿轮传动大小齿轮均采用20Cr渗碳淬火，表面硬度HRC56-62,采用6级精度按齿面接触疲劳强度设计主要尺寸简化设计公式：R小齿轮转矩 T=齿数比 u=i=3齿宽系数 取=0.35载荷系数 取K=2许用应力 按失效概率低于1/1000,取按无限寿命查得：代入计算R 149.19mm 取R=150mm选取齿数取 则按经验公式选取模数取标准模数m=3.5mm计算几何参数分度圆直径： 分锥角： 锥距：R=齿宽：b= 取b=53mm当量齿数：端面重合度： =齿宽中点圆周速度：中点分度圆直径：中点分度圆模数：校核齿面接触疲劳应力 切向力:根据图、表查得： 未修缘齿面接触疲劳应力：强度校核 满足齿面接触疲劳强度要求齿根弯曲疲劳许用应力取 考虑齿轮弯曲折断产生的严重后果，选择失效概率低于1/1000，则取 查图得许用应力：=校核齿根弯曲疲劳查图可得： .=强度校核 满足齿根弯曲疲劳强度要求第五章 轴的设计 减速器轴为一般用途轴，可选45钢，调质处理高速轴设计利用扭转强度法D P=7.35kw n=720r/min 取C=112故最小轴径为由于最小轴段截面上要开1个键槽，故将轴径增大5%取确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%取=28mm，根据计算转矩查标准GB/T 58432003，选用YL7型凸缘联轴器，半联轴器长度为44mm,轴段长42mm右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取36mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为32mm，故取该段长为=74mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，初步选择滚动轴承。因轴承仅受径向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d = 40 mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6008，其尺寸为d×D×B = 40×68×15mm，长度为L3=22mm 右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径取D4=45mm，长度取L4=24mm右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为72mm，分度圆直径为68mm，齿轮的宽度为75mm，则，此段的直径为D5=64mm，长度为L5=66mm右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径取45mm 长度取L6=24mm 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为40mm，长度L7=22mm已初步确定了轴的各段直径和长度。轴段123456 7直径(mm)283640456845 40长度(mm)427422247524 22低速轴的设计利用扭转强度法D P=7.06kw n=180r/min 取C=112故最小轴径为由于最小轴段截面上要开1个键槽，故将轴径增大5%取确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取40mm，根据计算转矩=1.5×374.57=561.85N.m，查标准GB/T 50142003，选用HL3型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=112mm,轴段长L1=110mm右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取50mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为L2=74mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，初步选择滚动轴承。因轴承仅受径向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d = 55 mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6011，其尺寸为d×D×B= 55×90×18mm，长度为L3=22mm 右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为272mm，则第四段的直径取64mm,齿轮宽为b=68mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=66mm右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=70mm ,长度取L5=8mm右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，60mm 长度取L6=20mm右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为55mm，长度L7=20mm已初步确定了轴的各段直径和长度。轴段123456 7直径(mm)40505564706055长度(mm)11074226682020联连轴器的选择（1） 类型选择由于两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选用弹性柱销联轴器或凸缘联轴器。 （2）载荷计算计算转矩 其中为工况系数， =1.5（3）型号选择根据，轴径，轴的转速,查标准GB/T 5843-2003，输入轴选用YL7型凸缘联器，其额定转矩T=160Nm, 许用转速n=4800r/m ,故符合要求。根据，轴径，轴的转速， 查标准GB/T 5014-2003，输出轴选用HL3型弹性柱销联轴器，其额定转矩T=630Nm, 许用转速n=5000r/m ,故符合要求。高速轴上的轴承校核轴承型号内径(mm)外径(mm)宽度(mm)基本额定动载荷(kN)600840681513.2小齿轮的分度圆直径=2867.35N根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：= /2 =1433.68N垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =/2=537.63N作出轴上各段受力情况及弯矩图低速轴上的轴承校核轴承型号内径(mm)外径(mm)宽度(mm)基本额定动载荷(kN)601155901823.2根据前面的计算，选用611深沟球轴承，内径d=55mm，外径D=90mm，宽度B=18mm由于不存在轴向载荷轴承基本额定动载荷Cr=23.2kN，轴承采用正装。假设要求寿命为Lh=48000h。大齿轮的分度圆直径=2754.19N根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：= /2 =1377.10mm垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0RA=RB =/2=516.41N作出轴上各段受力情况及弯矩图滚动轴承的选择及计算根据条件，轴承预计寿命Lh=2×8×300×5=24000小时1.输入轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P 因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=752.4N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 （3）选择轴承型号选择6207轴承 Cr=19.8KN预期寿命足够 此轴承合格2.输入轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷P 因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=714.5N （2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 （3）选择轴承型号选择6209轴承 Cr=24.5KN预期寿命足够 此轴承合格轴上零件的固定方法和紧固件（1）齿轮的安装高速轴的齿轮与轴设计为齿轮轴式设计，既齿轮与轴在同一零件上，该结构主要是当齿轮的齿顶圆直径与轴的直径相差不大是，可以做成齿轮轴。低速轴的齿轮与轴的安装方法为键连接，考虑低速轴的直径较大，因此齿轮与轴分开制造，采用键连接主要是由于齿轮要承受一定的载荷，键槽加工相对简单。（2）联轴器与低速轴的装配联轴器初选类型为弹性套柱销联轴器，本联轴器具有一定补偿两轴线相对偏移和减震缓冲能力，适用于安装底座性能好，冲击载荷不大的中，小功率轴系传动，可用于经常正反转，启动频繁的场合。联轴器与轴的连接选用键连接方式。轴上各零件的润滑和密封当低速大齿轮转速>2m/s时，轴承润滑方式为油润滑；当2m/s时，轴承润滑方式为脂润滑。低速大齿轮线速度为2.62 m/s，轴承润滑方式选择为油润滑。 密封件的选择上选毡封油圈，主要是考虑结构比较简单，由于减速器结构简单，毡封油圈的条件已经满足减速的设计要求。并且毡封油圈工作性能可靠。选择的毡圈材料是半粗羊毛毡，型号为毡圈31 JB/TQ4606。键的选择及校核计算高速轴端键选择的型号为键C8×48 GB/T1096键的工作长度为l=L-b/2=48-8/2=44mm，轮毂键槽的接触高度为k=h/2=3.5mm，根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查得150MPa，则其挤压强度34.58 MPa150MPa满足强度要求。低速轴齿轮处键选择的型号为键A14×49 GB/T1096键的工作长度为l=L-b=49-14=35mm，轮毂键槽的接触高度为k=h/2=4.5mm，根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查得150MPa，则其挤压强度58.30 MPa150MPa满足强度要求。低速轴端联轴器键选择的型号为键C10×80 GB/T1096键的工作长度为l=L-b=80-10/2=75mm，轮毂键槽的接触高度为k=h/2=4mm，根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，查得150MPa，则其挤压强度41.10 MPa150MPa满足强度要求。第六章 箱体的结构设计箱体的结构设计1.窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。2.放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。3.油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。4.通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。5.启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。6.定位销为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。7.调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用8.环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。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。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。箱体结构尺寸选择如下表：名称符号尺寸（mm）机座壁厚10机盖壁厚110机座凸缘厚度b15机盖凸缘厚度b 115机座底凸缘厚度b 225地脚螺钉直径df20地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径d116机盖与机座联接螺栓直径d212轴承端盖螺钉直径d310窥视孔盖螺钉直径d48定位销直径d8df，d1, d2至外机壁距离C128, 24, 20df，d1, d2至凸缘边缘距C224, 20，16轴承旁凸台半径R112, 8凸台高度h 根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准外机壁至轴承座端面距离l1 35大齿轮顶圆与内机壁距离112齿轮端面与内机壁距离2 20机盖、机座肋厚m1 ,m28， 8轴承端盖外径D290， 105轴承端盖凸缘厚度t 10轴承旁联接螺栓距离S尽量靠近，以Md1和Md2互不干涉为准，一般s=D2减速器润滑方式减速器齿轮的润滑方式选择为浸油润滑，浸油润滑主要适用于圆周速度v<12m/s的齿轮传动。传动件浸入有种的深度要适当，既要避免搅油损失太大，又要保证充分的润滑。油池要有一定的深度和贮油量。减速器附件的选择通气器由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.5油面指示器选用游标尺M16起吊装置采用箱盖吊耳、箱座吊耳放油螺塞选用外六角油塞及垫片M16×1.5润滑与密封一、 齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。二、 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度，所以宜开设油沟、飞溅润滑。三、 润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。四、 密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。设计小结 这次关于一级圆柱齿轮减速器的课程设计，是我们真正通过理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践行为，对于提高我们机械设计的综合素质大起到了很重要的作用。通过这次的设计实践，我对机械设计有了更多的了解和认知，也为我以后的工作或者考研打下了一定的基础。 在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程和其他课程理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力。首先是自己的心态问题,轻视这次课程设计,以为可以像以前一样轻轻松松地通过,其次就是基本知识问题,由于以前上课不太认真，结果就落下了很大一截,自己很想好好的把它补上来,但一直没补上来,说起这事情自己心里不免有些惭愧!从而就这样,自己面对课程设计困难重重,在一次又次的打击与挫折下,自己心里不免有点不满起来,然而现实就是现实,没办法,课程设计是必须完成的.虽然自己心里有这样的失败感,但在外人看来,我就是行,结果自己只能强迫自己去前进!然而自己心里怎么也没有成就感!1.心态:应该保持认真的态度,坚持冷静独立的解决问题2.基本:认真学好基本知识,扎实自己的基本知识,使面对问题时不会遇到很多挫折,从而打击自己的信心,结果使自己很浮躁,越来越不想搞这设计,故应该好好学习基本知识,一步一步的来,不要急功近利!3.树立自己的良好形象,乐观的面对生活,坚持自己的想法和意识,也许老师和他人对你的要求高一些就不要抱怨,因为那时是对你好,使你更好的发展,满足老师及他们的要求!由于时间紧迫，再加上设计过程中还有考试穿插在其中，所以这次的设计存在了许多不足，比如说箱体结构庞大，重量也很大，而且箱体的整体数据并不是很准确。齿轮和轴的计算不够精确等。不过我相信，通过这次的实践，能让我对于机械设计这一方面较深入的了解，也能帮助我确定了今后研修的方向。很感谢有这次设计的机会。 参考文献 1 张翠华 杨文敏主编. 机械设计. 西北工业大学出版社，2016.8 2 机械设计手册编委会. 机械设计手册（第1 卷、第2 卷、第3卷）（新版）北京机械工业出版社，2004 3 喻全余主编.机械设计课程设计指导书4 龚桂义主编.机械设计课程设计图册（第三版）5 陈铁鸣主编.新比恩机械设计课程设计图册6 吴宗泽，机械结构设计准则与实例M，北京：机械工业出版社，20067 成大先，机械设计手册，5版，北京：化学工业出版社，2008 8洪钟德主编：简明机械设计手册，同济大学出版社，20029机械设计手册编委会编著：机械设计手册第3卷，机械工业出版社，200410陆玉主编：机械设计课程设计，机械工业出版社，200611陈铁鸣主编：新编机械设计课程设计图册，高等教育出版社，200325