机械设计(及机械设计基础)课程设计_双级斜齿轮减速器.doc

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1、机械设计计算说明书设计题目 双级斜齿轮减速器山东大学机械工程学院 机械制造及其自动化专业完成日期 2012年1月13日一、设计任务书（一）设计任务铸工车间一造型用砂型运输带，系由电动机驱动传动装置带动，该减速器传动装置由一个双级齿轮减速器和其他传动件组成，运输带每日两班制工作，工作7年。设计此传动装置。（二）原始数据运输带主动鼓轮轴输入端转矩Tw700N/m主动鼓轮直径D 450mm运输带速度vw 0.94m/s减速器设计寿命7年（三）设计工作条件两班制工作,空载启动，轻微载荷，常温下连续(单向)运转，工作环境多尘；三相交流电源，电压为380/220V二、传动总体方案设计（一） 平面布置简图：

2、此传动系统由电动机驱动。电动机先通过联轴器将动力传入带轮，再由带轮传到两级圆柱减速器，然后通过联轴器及开式链传动将动力传至砂型运输带。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但是齿轮相对于轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级及低速级均为斜齿圆柱齿轮传动。（二） 电机和工作机的安装位置：电机安装在远离高速轴齿轮的一端；工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。（三） 运输带功率： 传动效率传动装置选用装置效率带传动 V带 =0.95一对滚动轴承球轴承=0.99圆柱齿轮传动八级精度 =0.97联轴器弹性联轴器 =0.993链传动 滚子链（开式）=0.92总效率： 电动机所需输出功率：

3、（四） 确定电动机型号： 电机型号额定功率PM满载转速nm同步转速nsY112M-44KW1440r/min1500r/min（五） 计算各级传动比和效率：总传动比：各级传动比：初取传动比： 解得 高速级传动比：i高=3.6 低速级传动比：i低=2.8（六） 计算各轴的转速功率和转矩：1、各轴输入功率： 轴I： 轴II： 轴III： 轴IV：轴V： 轴VI：2、转速：轴I： 轴II： 轴III： 轴IV、轴V： 轴VI：3、输出转矩： 轴I： 轴II： 轴III： 轴IV： 轴V： 轴VI：轴号参数IIIIIIIVVVI输入功率P(Kw)3.7983.6083.4653.3273.2712.9

4、79转速n(r/min)1440800222.22279.36579.36539.902输入转矩T(Nmm)2518843071三、V带传动设计计算计算项目计算内容计算结果工作情况系数计算功率选带型小带轮直径取滑动率大带轮直径大带轮转速计算带长求Dm求初取中心距带 长L基准长度Ld求中心距和包角中心距a小轮包角求带根数带速传动比带根数求轴上载荷张紧力轴上载荷V带尺寸顶宽b节宽 bp高度 h带质量q轮毂尺寸参数带宽B由表11.5Pc=KAP0=1.2x3.798kw由图11.15由表11.6 0.7(D1+D2)a2(D1+D2) 即195a556 取a=400mm 由图11.4由表 11.8

5、Po=1.306 由表11.7 =0.98由表 11.2 KL = 0.96 由表11.16 Po=0.168由表11.4 q=0.1kg/m表11.4 KA=1.2Pc=4.558kwA型D1=100mmD2=178mmn2=801r/minLd=1400mma=480.1mm=170.3v=7.54m/si=1.798取Z=4根Fo=122.9NFQ=979.7Nb=13mmbp=11mmh=8mmq=0.1kg/mB=65mm四、齿轮传动设计（一）对高速齿轮设计: i=3.600计算项目计算内容计算结果选材大齿轮小齿轮齿面转矩T齿宽系数接触疲劳极限初步计算许用接触应力Ad值初步计算小轮直

6、径初步计算齿宽 b校核计算圆周速度v齿数Z模数m螺旋角使用系数KA使用系数KV齿间载荷分系数齿向载荷分布系数载荷系数弹性系数节点区域系数重合度系数螺旋角系数接触最小安全系数工作时间应力循环次数接触寿命系数许用接触应力确定传动主要尺寸中心距圆整中心距两齿轮实际分度圆直径齿宽b螺旋角齿形系数应力修正系数重合度系数 螺旋角系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布系数载荷系数弯曲疲劳极限弯曲最小安全系数应力循环系数弯曲寿命系数尺寸系数许用弯曲应力验算45钢 调质 硬度240HB40Cr 调质 硬度240+30=270HB齿面接触疲劳强度计算 由图12.17C，小齿轮为合金钢，大齿轮为碳钢由表12.16估计 取

7、取Z1=22，Z2=iZ1=79由表12.3 mn=2.5由表12.9由图12.9由表12.10先求由此得 由表12.11 非对称分布由表12.12由图12.16由式12.31 由表12.14，一般可靠度，取假定工作时间七年 ,每年工作300天，双班制,则有由图12.18计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸不需再次调整。取a=129, 则齿根疲劳强度计算由图12.21由图12.22由表12.11注前已求得 由图12.14由图12.23c由表12.14由图12.24由图12.25此对齿轮弯曲疲劳强度足够取b=40mmZ1=22Z2=79mt=2.545mn =2.5KA=1.25KV=1

8、.14K=2.94a=129mmK=2.40（二）对低速级齿轮设计: i=2.800计算项目选材大齿轮小齿轮齿面转矩T齿宽系数接触疲劳极限初步计算许用接触应力Ad值初步计算小轮直径初步计算齿宽 b校核计算圆周速度v齿数Z模数m螺旋角使用系数KA动载系数KV齿间载荷分系数齿向载荷分布系数载荷系数弹性系数节点区域系数重合度系数螺旋角系数工作时间应力循环次数接触寿命系数许用接触应力验算中心距螺旋角两齿轮实际分度圆直径齿宽b齿形系数应力修正系数重合度系数 螺旋角系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布系数载荷系数许用弯曲应力验算计算内容45钢 调质 硬度240HB40Cr 调质 硬度240+30=270HB齿

9、面接触疲劳强度计算 由表13.13 由图12.17c估计 取取Z1=27 , Z2=iZ1=75.6 由表12.3 mn=3由表12.9由图12.9由表12.10先求由此得 由表12.11由表12.12由图12.16由式12.31因取故假定工作时间七年 ,每年工作300天，双班制,则有由图12.18计算表明,接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。确定传动主要尺寸mm将中心距圆整到158mm, 则齿根疲劳强度计算由图12.21由图12.22由表12.11注前已求得 故 由图12.14 此对齿轮弯曲疲劳强度足够。计算结果取d1=83mmb=64Z1=27 , Z2=76 mt=3.074mn=3

10、KA=1.25KV=1.09K=3.196a=158mm齿轮设计小结：材料齿数螺旋角分度圆直径mm齿顶圆直径mm齿宽mm中心距mm模数mm旋向高速级小齿轮40Cr 调制2211510656.08761.087451292.5左旋大齿轮45钢调制79201.913206.91340右旋低速级小齿轮40Cr 调制271245683.15889.158661583右旋大齿轮45钢调制76232.842238.84261左旋五、轴的设计斜齿螺旋角齿轮直径带对轴上载荷小齿轮受力转矩圆周力径向力轴向力画轴受力图计算支承反力水平面反力垂直面反力许用应力许用应力值应力校正系数当量转矩当量弯矩校核轴颈轴受力图水

11、平面受力图水平弯矩图垂直受力图垂直弯矩图合成弯矩图转矩图当量弯矩图轴的结构化斜齿螺旋角齿轮直径小齿轮3受力转矩圆周力径向力轴向力大齿轮2受力转矩圆周力径向力轴向力画轴受力图计算支承反力水平面反力垂直面反力许用应力许用应力值应力校正系数当量转矩当量弯矩校核轴颈轴的结构化轴受力图水平面受力图水平弯矩图垂直受力图垂直弯矩图合成弯矩图转矩图当量弯矩图斜齿螺旋角齿轮直径小齿轮受力转矩圆周力径向力轴向力画轴受力图计算支承反力水平面反力垂直面反力许用应力许用应力值应力校正系数当量转矩当量弯矩校核轴颈轴的结构化轴受力图水平面受力图水平弯矩图垂直受力图垂直弯矩图合成弯矩图转矩图当量弯矩图对轴II进行设计初定轴长

12、：根据指导书5-1图所给出的参数初定主动轴的长度如后图所示：1、 大带轮中心到左轴承中心的距离：2、 左轴承中心到高速级小齿轮中心的距离：3、 高速级小齿轮中心到右轴承中心的距离： 由此前计算结果可知 T1=TII图形如后页轴材料为40Cr调质插入法查表16.3得右轴颈中间截面MeB=小齿轮中间截面MeC=N最小轴颈估算FQ=980NFR1=1352NFa1=322NFr1=571NFR2=943NFR1=474NFt1=1536NFR2=1062N960404566454694615969604076676823744301725181992868070582374对轴III进行设计初定轴长

13、：根据指导书5-1图所给出的参数初定主动轴的长度如后图所示：1、 左轴承中心到低速级小齿轮中心的距离：2、 低速级小齿轮中心到高速级大齿轮中心的距离：3、 高速级大齿轮中心到右轴承中心的距离： 由此前计算结果可知 T3=TIIIT2=TIII图形如后页轴材料为45钢调质插入法查表16.2得右轴颈中间截面MeB=小齿轮中间截面MeC=N最小轴颈估算Fa2=310NFr3=1333NFr2=549NFR4=630NFa3=767NFR3=154NFR3=2747NFR4=2309NFt2=1475NFt3=3581N5243107804267136540对轴IV进行设计初定轴长：根据指导书5-1图

14、所给出的参数初定主动轴的长度如后图所示：1、 左轴承中心到低速级大齿轮中心的距离：2、 低速级大齿轮中心到右轴承中心的距离： 由此前计算结果可知 T4=TIV图形如后页轴材料为45钢 调质插入法查表16.2得右轴颈中间截面MeB=小齿轮中间截面MeC=最小轴颈估算Fa4=736NFr4=1286NFR5=1286NFR6=6NFR5=2293NFR6=1146NFt4=3439N84480792取L1=98mm取L2=130mm取L3=58mmd1=56.087mmT1=43017Nmm取L1=70mm取L2=70mm取L3=58mmd2=201.913mmd3=83.158mmT3=NmmT

15、2=Nmm取L1=66mm取L2=132mmd4=232.842mmT4=Nmm六、轴承的选择与设计1、 轴II上滚动轴承的设计由齿轮受力情况可求出轴承受力和轴向力 预期寿命取13000h按承载较大的滚动轴承选择其型号。应支承跨距不大，故采用两端单向固定式轴承组合方式，轴承类型选为角接触球轴承，型号7000AC计算项目计算内容计算结果外载荷轴向力e径向载荷附加轴向力轴承轴向力由Fa/Fr，确定X、Y值冲击载荷系数当量动载荷计算额定动载荷选轴承Fa=3227N表18.7因由表18.7表18.8因为P1Cr 可得，应选用7207AC轴承Cr=22000NCrFa=322Ne=0.68X1=1 Y1

16、=0X2=0.41 Y2=0.87fd=1.1选用7207AC轴承2、 轴III上滚动轴承的设计Fa4=310NFa3=767N 按承载较大的滚动轴承选择其型号。应支承跨距不大，故采用两端单向固定式轴承组合方式，轴承类型选为角接触球轴承，型号7000AC计算项目计算内容计算结果外载荷轴向力e径向载荷附加轴向力轴承轴向力由Fa/Fr，确定X、Y值冲击载荷系数当量动载荷计算额定动载荷选轴承 指向轴承4表18.7因由表18.7表18.8因为P3Cr 可得，应选用7207AC轴承Cr=22000NCre=0.68X3=1 Y3=0X4=0.41 Y4=0.87fd=1.1选用7207AC轴承3、 轴I

17、V上滚动轴承的设计Fa=736N 按承载较大的滚动轴承选择其型号。应支承跨距不大，故采用两端单向固定式轴承组合方式，轴承类型选为角接触球轴承，型号7000AC计算项目计算内容计算结果外载荷轴向力e径向载荷附加轴向力轴承轴向力由Fa/Fr，确定X、Y值冲击载荷系数当量动载荷计算额定动载荷选轴承Fa=736N表18.7因由表18.7表18.8因为P6Cr 可得，应选用7210AC轴承Cr=31600NCrFa=736Ne=0.68X5=1 Y5=0X6=0.41 Y6=0.87fd=1.1选用7210AC轴承七、键联接的设计设计要求：根据轴径选择键 选用平键键圆头A型 取=100MPa设计参数：轴

18、径d 键槽宽 b 轮毂长L1 键长L(比轮毂小510mm,标准值) 有效长度L=L-b 连接传递的转矩T = p挤压应力 p许用挤压应力材料：标号位置dmmbhL1mmLmmLmmTN.mmpMPapMPa深度轴t(mm)毂t(mm)1大带轮258x76556484301720.57504.03.32高速大齿轮4012x840322693.071005.03.33低速小齿轮4012x866564442.301005.03.34低速大齿轮5416x1061564074.131006.04.35联轴器4012x81121008856.861005.03.3八、联轴器的计算与设计初步分析，选用GB5

19、014-85 弹性柱销联轴器T=Nmm由表19.3，动力机为电动机，工作机载荷平稳，取 K=1.4Tc=KT=1.4X=根据：TnTc 取HL3型 Y型轴孔 Tn=N.mm d=40mm L=112mm 九、 减速器润滑方式，润滑油牌号及密封方式的选择 齿轮的润滑方式及润滑剂的选择齿轮润滑方式的选择高速级小齿轮圆周速度：高速级大齿轮圆周速度：低速级小齿轮圆周速度：低速级大齿轮圆周速度： 滚动轴承的润滑方式和润滑剂的选择滚动轴承润滑方式的选择高速级大齿轮齿顶圆线速度：低速级大齿轮齿顶圆线速度：滚动轴承内径和转速的乘积为：高速轴（II轴）：中间轴（III轴）：低速轴（IV轴）： 滚动轴承润滑剂的选

20、择 V VVV（1）齿轮润滑方式的选择V=MAX【V, V, V, V】=2.35m/sV2 m/s,齿轮采用油润滑。V12 m/s，齿轮采用浸油润滑。即将齿轮浸于减速器油池内，当齿轮转动时，将润滑油带到啮合处，同时也将油甩直箱壁上用以散热。（2）齿轮润滑剂的选择由表6-29查得，齿轮润滑油选用工业闭式齿轮油，代号是：L-CKC220,GB44384运动粘度为：28.835.2（单位为：，40）。VVdn=35801=28035mmr/mindn=35222.222=7777.77mmr/mindn=5079.365=3968.25mmr/min可见，dn均未超过2105mm r/min。由于

21、脂润滑易于密封，结构简单，维护方便，在较长的时间内无须补充及更换润滑剂，所以滚动轴承的润滑选用脂润滑。脂的种类为通用锂基润滑脂（GB7342-87）,代号为ZL-2，滴点不低于175，工作锥入度,25每150g 265295（1/10mm）。V2.35m/sV2.35m/sV0.97m/sV0.97m/s齿轮采用油润滑齿轮采用浸油润滑工业闭式齿轮油代号是：L-CKC32V2.35m/sV0.97m/s滚动轴承采用脂润滑代号为ZL-2 密封方式的选择滚动轴承在透盖处的密封选择滚动轴承靠近箱体内壁的密封箱体密封选择放油螺塞凸缘式轴承端盖检查孔盖滚动轴承采用毡圈密封。使用挡油环箱体剖分面上应该用水玻

22、璃密封或者密封胶密封采用材质为石棉橡胶板的油封垫使用调整垫片组进行密封采用软钢纸板进行密封十、装配图设计（一）、装配图的作用作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。（二）、减速器装配图的绘制1、装备图的总体规划：（1）、视图布局：、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。布

23、置视图时应注意：a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。（2）、尺寸的标注：、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。（3）、标题栏、序

24、号和明细表：、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查GB10609.1-1989和GB10609.2-1989标题栏和明细表的格式。、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。（4）、技术特性表和技术要求：、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式参考机械设计标准，布置在装配图右下方空白处。、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。2、绘制过程：（1）、画三视图：、绘制装配图时注意问题： a先画中心线，然后由中心向外依次画出轴、传动零件、

25、轴承、箱体及其附件。b、先画轮廓，后画细节，先用淡线最后加深。c、3个视图中以俯视图作基本视图为主。d、剖视图的剖面线间距应与零件的大小相协调，相邻零件剖面线尽可能取不同。e、同一零件在各视图上的剖面线方向和间距要一致。十一、零件图设计（一）、零件图的作用： 作用：1、反映设计者的意图，是设计、生产部门组织设计、生产的重要技术文件。 2、表达机器或部件运载零件的要求，是制造和检验零件的依据。（二）、零件图的内容及绘制：1、选择和布置视图：（1）、轴：采用主视图和剖视图。主视图按轴线水平布置，再在键槽处的剖面视图。（2）、齿轮：采用主视图和侧视图。主视图按轴线水平布置（全剖），反映基本形状；侧视

26、图反映轮廓、辐板、键槽等。2、合理标注尺寸及偏差：（1）、轴：参考机械设计课程设计P92，径向尺寸以轴线为基准标注，有配合处径向尺寸应标尺寸偏差；轴向尺寸以轴孔配合端面及轴端面为基准，反映加工要求，不允许出现封闭尺寸链。（2）、齿轮：参考机械设计课程设计P99：径向尺寸以轴线为基准，轴孔、齿顶圆应标相应的尺寸偏差；轴向尺寸以端面为基准，键槽尺寸应相应标出尺寸偏差。十二、 课程体会与小结这次关于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过两个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.

27、为我们以后的工作打下了坚实的基础. 在这次设计中，我越发觉得机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融目前我们已经学过的所用专业知识于一体。通过本次设计，让我把以上学科的知识融会贯通了起来，更重要的是，通过长达三周的机械设计过程，我对机械设计和机械行业有了更深的认识，这是一个需要稳重、耐心、以及细心的人舞台，只有牢固的掌握的了各种基本功，才能在这个舞台上展示出自己的风采，并进行创新设计与发明。这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想、训练综合运用设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反应和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械 设计方面的知识等方面有重要的作用。本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助。最后，感谢老师的细心指导和不厌其烦的讲解，初次设计，不免有很多瑕疵，望老师斧正。十三、参考文献1 邱宣怀主编.机械设计.第四版.北京：高等教育出版社，19972 黄珊秋主编.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，1999（2010重印）3 山东大学机械工程学院.机械设计常用标准.20104 廖希亮，邵淑玲主编.机械制图.济南：山东科学技术出版社，20025 吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京：化学工业出版社，2003