两级共轴式圆柱斜齿轮减速器-课程设计论文正文正文--大学毕业论文设计.doc

课 程 设 计 说 明 书

设计题目 两级共轴式圆柱斜齿轮减速器

目录

一、 设计任务书 1
二、 传动方案的拟定及说明 2
三、 电动机的选择计算 3
四、 传动装置的运动和动力参数 4
五、 传动零件的设计计算 6
六、 轴的设计计算 14
七、 键连接的选择及计算 20
八、 滚动轴承的选择及计算 21
九、 联轴器的选择 23
十、 润滑和密封 24
十一、 箱体和附件 25
十二、 设计小结 27
十三、 参考文献 27

一﹑设计任务书
设计题目：设计搅拌机传动装置中的两级共轴式圆柱齿轮减速器。
设计数据：搅拌轴转矩，搅拌轴转速
传动比误差：△n≤-5％~5％
工作环境：有灰尘；
载荷特性：载荷变化较大；
工作年限：10年，每年300天，1班制
二﹑传动方案的拟定及说明
2.1.根据设计任务设计传动方案草图

图1 带式运输机传动装置简图
2.2选择传动机构类型
采用两级共轴式圆柱齿轮减速器。
2.3多级传动的合理布局
①闭式齿轮传动 ②采用圆柱齿轮传动 ③高速区采用角接触球轴承，低速区采用圆锥滚子轴承。
④考虑其载荷变化较大，选用弹性联轴器，有利于减震。
2.4方案的比较
① 圆柱齿轮分为圆柱直齿轮和圆柱斜齿轮。
②方案a采用圆柱直齿轮；方案b采用圆柱斜齿轮。
③分析比较

方案
结构尺寸
传动效率
平稳性
工作寿命
成本
环境适应性
方案a
简单
较高
较低
中等
较低
较强
方案b
较复杂
高
高
中等
较高
强
三﹑电动机的选择
3.1电动机的类型与结构型式的选择
卧式封闭型Y(IP44)系列电动机。
3.2计算搅拌机工作所需功率

3.3计算电动机的输入功率

①为传动装置的传动效率。
②功率主要的损失分为：弹性联轴器，滚动轴承，齿轮副，搅拌筒。
查机械设计手册表2-4取=0.99，=0.98，=0.97，=0.97，则
则

3.4选择电动机的功率
①查机械设计手册表2-5，选用电动机的额定功率为2.2kw。
②验算电动机的功率是否满足要求。
则
则

③转速误差

所以所选电动机合格。
3.5选择电动机转速
①估算电动机转速
查机械设计手册，得单级圆柱齿轮的传动比i=3-6,则两级圆柱齿轮传动的传动比i=9-36，即
电动机转速：9，即

一般选择中间转速，所以选择电动机同步转速为1000r/min和1500r/min两种。
②确定电动机型号
由上选择的两种电动机，进行对比：
方案号
型号
额定功率（w）
同步转速（r/min)
满载转速（r/min）
总传动比i
质量（kg）
1
Y100L-4
2.2
1000
940
24.08
34
2
Y112M-6
2.2
1500
1460
15.94
45

表中总传动比i=
由表中数据可知，两种方案均可，但方案2的传动比较小，结构尺寸小，所以选择方案2,选择电动机型号为Y112M-6。
四﹑计算传动装置的运动和动力参数
4.1双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为

4.2低速级的传动比为

4.3运动及动力参数计算
(1)各轴的转速计算：

(2)各轴的输入功率计算：

(3)各轴的输入转矩计算：

将上述计算结果列于表2中，以供查用。
表2 各轴的运动及动力参数
轴号
转速n
/(r/min)
功率P
/kW
转矩T
/(N·m)
传动比i
Ⅰ
940
2.178
22.128
4
Ⅱ
235
2.07
84.121
4
Ⅲ
58.75
1.968
319.905

五﹑传动零件的设计计
5.1减速器齿轮副1齿轮的设计计算
Ⅰ、高速级齿轮传动
(1)选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力
①选择齿轮材料、热处理方式
按使用条件，属中速、中载，重要性和可靠性一般的齿轮传动，可选用软齿面齿轮。具体选用：
小齿轮：45号钢，调质处理，硬度为229~286HBS
大齿轮：45号钢，调质处理，硬度为169~256HBS
②确定许用应力
a. 确定极限应力和
齿面硬度：小齿轮按280HBS，大齿轮按240HBS。
查文献【2】，得=600MPa，=550MPa.
查文献【2】，得=500MPa，=380MPa.
b.计算应力循环次数N，确定寿命系数、，由文献【1】：

查文献【2】，，
查文献【2】得，,
c.计算许用应力
由文献【2】取=1，=1.4。

(2)确定齿轮的基本参数和主要尺寸
①选择类型
根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮传动
②选择齿轮精度等级
按估计圆周速度≤6m/s，由文献【2】，初选7级精度。
③初选参数
初选：β=14°，=24，，，=1
④初步计算齿轮的主要尺寸
因电动机驱动，工作机有冲击，查文献【1】，得=1；因齿轮速度不高，取；因非对称布置，轴的刚性较小，取=1.414，=1.4，。由文献【1】，查得=2.433；查文献【2】，得；取，。
初步计算出齿轮的分度圆直径、等主要参数和几何尺寸：
传动比。
由文献【1】得：

按文献【2】，取标准模数=2mm则

圆整后取：a=139mm。
修改螺旋角：

与估计值相符。
，取，。
⑤验算轮齿弯曲强度条件
按文献【2】验算轮齿的弯曲强度条件。
计算当量齿数：

查文献【2】图3-14，得，，查图3-15，得，。取，。
由文献【1】计算弯曲应力：

齿轮强度能够满足要求。
⑥设计结论
,模数m=2mm，压力角，螺旋角，无变位，中心距a=139mm，齿宽。小齿轮材料为40Gr（调质），大齿轮选用45钢（调质），7级精度设计。
⑦结构设计
小齿轮做成实心式齿轮（左旋），大齿轮做成腹板式齿轮（右旋）。
小齿轮（左旋）

大齿轮（右旋）

Ⅱ、低速级齿轮传动
((1)选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力
①选择齿轮材料、热处理方式
按使用条件，属中速、中载，重要性和可靠性一般的齿轮传动，可选用软齿面齿轮。具体选用：
小齿轮：45号钢，调质处理，硬度为229~286HBS
大齿轮：45号钢，调质处理，硬度为169~256HBS
②确定许用应力
b. 确定极限应力和
齿面硬度：小齿轮按280HBS，大齿轮按240HBS。
查文献【2】，得=600MPa，=550MPa.
查文献【2】，得=500MPa，=380MPa.
b.计算应力循环次数N，确定寿命系数、，由文献【1】：

查文献【2】得，，
查文献【2】得，,
c.计算许用应力
由文献【2】取=1，=1.4。

(2)确定齿轮的基本参数和主要尺寸
①选择类型
根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮传动
②选择齿轮精度等级
按估计圆周速度≤6m/s，由文献【2】，初选7级精度。
③初选参数
初选：β=14°，=24，，，=1
④初步计算齿轮的主要尺寸
因电动机驱动，工作机有冲击，查文献【1】，得=1；因齿轮速度不高，取；因非对称布置，轴的刚性较小，取=1.418，=1.4，。由文献【1】，查得=2.433；查文献【1】，得；取，。
初步计算出齿轮的分度圆直径、等主要参数和几何尺寸：
传动比。

按文献【2】，取标准模数=2mm则

圆整后取：a=139mm。
修改螺旋角：

与估计值相符。
，取，。
⑤验算轮齿弯曲强度条件
按文献【1】验算轮齿的弯曲强度条件。
计算当量齿数：

查文献【2】，得，，查图3-15，得，。取，。
计算弯曲应力：

齿轮强度能够满足要求。
⑥设计结论
,模数m=2mm，压力角，螺旋角，无变位，中心距a=139mm，齿宽。小齿轮材料为40Gr（调质），大齿轮选用45钢（调质），7级精度设计。
⑦结构设计
小齿轮做成齿轮轴（右旋），大齿轮做成腹板式齿轮（左旋）。
小齿轮轴（右旋）

大齿轮（左旋）

六﹑轴的设计计算
6.1选择轴的材料
选择轴的材料为45号钢，经调质处理，其机械性能由文献【2】查得：，，，；查文献【2】，得。
6.2初步计算轴径
选C=112
高速级：

考虑到轴端装联轴器需开键槽，将其轴径增加4%~5%，故取轴的直径为25mm。
中间级：

无键槽影响，取最小轴径为50mm。
低速级：

考虑到轴端装联轴器需开键槽，将其轴径增加4%~5%，故取轴的直径为38mm。
6.3低速轴的结构设计
⑴按工作要求，轴上所支撑的零件主要有齿轮、轴端联轴器以及滚动轴承。根据轴上零件的定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设的基本要求，可确定轴的各段长度。综合考虑各种因素，故初步选定轴的结构尺寸如图所示。
设计的轴如图所示：

图低速轴结构图
⑵按弯扭合成校核
画受力简图
画轴空间受力简图a，把轴上作用力分解为垂直面受力图b和水平面受力图c，分别求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩可当做集中力作用于轴上零件的宽度中点。

图 轴上受力简图
‚轴上受力分析
轴传递的转矩:

齿轮的圆周力：

齿轮的径向力：

齿轮的轴向力：

ƒ计算作用于轴上的支反力
水平面支反力

垂直面支反力

④计算轴的弯矩，并画弯、转矩图（如图3所示）
分别作出垂直面和水平面上的弯矩图(d)、(e)，并按进行弯矩合成。画转矩图(f)。

⑤计算并画当量弯矩图
转矩按脉动循环变化计算，取α=0.6，则

按计算
(6)按弯扭强度校核轴的强度

强度校核：考虑键槽的影响，查文献【2】附表6-8计算，

故安全。
⑥按安全系数校核
⑺判断危险截面
仍以4截面进行安全系数校核
⑧疲劳强度校核
4截面上的应力
弯曲应力幅：
扭转应力幅：
弯曲平均应力：
扭转平均应力：
材料的疲劳极限
根据，，查文献【2】表6-1得
，
4截面应力集中系数：查文献【2】附表6-1得
，
表面状态系数及尺寸系数：查文献【2】附表6-4、附表6-5得

，
分别考虑弯矩或转矩作用时的安全系数：

故安全

6.4中速轴的结构设计
⑴按工作要求，轴上所支撑的零件主要有齿轮、轴端联轴器以及滚动轴承。根据轴上零件的定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设的基本要求，可确定轴的各段长度。综合考虑各种因素，故初步选定轴的结构尺寸如图所示。
设计的轴如图所示：

图中速轴结构图
⑵按弯扭合成校核
画受力简图
画轴空间受力简图a，把轴上作用力分解为垂直面受力图b和水平面受力图c，分别求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩可当做集中力作用于轴上零件的宽度中点。

图轴上受力简图
‚轴上受力分析
轴传递的转矩:

齿轮的圆周力：

齿轮的径向力：

齿轮的轴向力：

ƒ计算作用于轴上的支反力
水平面支反力

垂直面支反力

④计算轴的弯矩，并画弯、转矩图（如图3所示）
分别作出垂直面和水平面上的弯矩图(d)、(e)，并按进行弯矩合成。画转矩图(f)。

⑤计算并画当量弯矩图
转矩按脉动循环变化计算，取α=0.6，则

按计算
(6)按弯扭强度校核轴的强度

强度校核：考虑键槽的影响，查文献【2】附表6-8计算，

故安全。
⑥按安全系数校核
⑺判断危险截面
仍以3截面进行安全系数校核
⑧疲劳强度校核
3截面上的应力
弯曲应力幅：
扭转应力幅：
弯曲平均应力：
扭转平均应力：
材料的疲劳极限
根据，，查文献【2】表6-1得
，
3截面应力集中系数：查文献【2】附表6-1得
，
表面状态系数及尺寸系数：查文献【2】附表6-4、附表6-5得

，
分别考虑弯矩或转矩作用时的安全系数：

故安全
6.5高速轴的结构设计
⑴按工作要求，轴上所支撑的零件主要有齿轮、轴端联轴器以及滚动轴承。根据轴上零件的定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设的基本要求，可确定轴的各段长度。综合考虑各种因素，故初步选定轴的结构尺寸如图所示。
设计的轴如图所示：

图高速轴结构图
⑵按弯扭合成校核
画受力简图
画轴空间受力简图a，把轴上作用力分解为垂直面受力图b和水平面受力图c，分别求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩可当做集中力作用于轴上零件的宽度中点。

图轴上受力简图
‚轴上受力分析
轴传递的转矩:

齿轮的圆周力：

齿轮的径向力：

齿轮的轴向力：

ƒ计算作用于轴上的支反力
水平面支反力

垂直面支反力

④计算轴的弯矩，并画弯、转矩图（如图3所示）
分别作出垂直面和水平面上的弯矩图(d)、(e)，并按进行弯矩合成。画转矩图(f)。

⑤计算并画当量弯矩图
转矩按脉动循环变化计算，取α=0.6，则

按计算
(6)按弯扭强度校核轴的强度

强度校核：考虑键槽的影响，查文献【2】附表6-8计算，

故安全。
⑥按安全系数校核
⑺判断危险截面
仍以3截面进行安全系数校核
⑧疲劳强度校核
3截面上的应力
弯曲应力幅：
扭转应力幅：
弯曲平均应力：
扭转平均应力：
材料的疲劳极限
根据，，查文献【2】表6-1得
，
3截面应力集中系数：查文献【2】附表6-1得
，
表面状态系数及尺寸系数：查文献【2】附表6-4、附表6-5得

，
分别考虑弯矩或转矩作用时的安全系数：

故安全。

七﹑键连接的选择及计算
7.1键连接的选择
键规格查文献【3】根据轴颈和轴段长度选取。
高速轴伸出段，d=25mm，选用键C40 GB/T 1096-2003；
高速轴与齿轮配合段，d=30mm，选用键C40 GB/T 1096-2003；
中间轴大齿轮处，d=54mm，选用键A GB/T 1096-2003；
低速轴齿轮处，d=54mm，选用键AGB/T 1096-2003；
低速轴伸出段，d=38mm，选用键CGB/T 1096-2003；
7.2键连接的校核计算
校核低速轴上的连接键。
键连接类型为静连接
齿轮处键尺寸为，L=45mm，
l=L-b=45-16=29mm,h=10mm，d=54mm

伸出段键尺寸为，L=50mm，
l=L-0.5b=50-5=45mm,h=8mm,d=38mm

故都安全。
八﹑滚动轴承的选择及计算
8.1滚动轴承的选择
高速和中速区考虑载荷中等，转速较高，有冲击，选择角接触球轴承；低速区选用圆锥滚子轴承。
高速轴选用角接触轴承7206C GB/T 292-2007
中间轴选用角接触轴承7010C GB/T 292-2007
低速轴选用圆锥滚子轴承32910CGB/T 292-1994
8.2低速轴滚动轴承的校核计算
⑴查文献【3】表12-6，得
,

由文献【3】表8-8查得
（轴承受冲击载荷）
计算派生轴向力

由文献【2】查得32910系列圆锥滚子轴承的派生轴向力为：，则可求得轴承I、II的派生轴向力分别为:

‚计算轴承所受的轴向载荷

图4 轴向力示意图
因，并由图4分析知，轴承2被压紧，轴承1被放松。故
，
。
ƒ计算当量动载荷
轴承1：
轴承2：
则
所以

④轴承寿命计算
因，故按轴承2计算轴承的寿命：

，所选轴承合格。
九﹑联轴器的选择
9.1高速轴
转速高，为减小启动载荷，缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器。又轴与电机轴的直径相差较大，为了满足条件，选用弹性套柱销联轴器。
电机轴轴径d=28mm，高速轴轴径d=25mm
故选取联轴器型号为LT4型联轴器 GB/T4323-2002
9.2低速轴
同样选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，选用弹性柱销联轴器。
选取联轴器型号为LX3型联轴器 GB/T 5014-1995
十﹑润滑和密封
10.1润滑
(1)齿轮的润滑
第一对齿轮圆周速度,第二对齿轮圆周速度。
由于两大齿轮的直径相差不大，满足油池浸油润滑的条件，所以润滑方式选择为油池浸油润滑。
查文献【2】在50℃时润滑油黏度推荐值为82，
查文献【2】选用中负荷工业齿轮油L-CKC150 GB/T 5903-1995
(2)滚动轴承的润滑
因为，所以轴承采用脂润滑。同时为了达到良好的润滑在减速器箱体内部开有导油槽以便达到良好的润滑。
10.2密封
工作环境为有灰尘，故采用J型油封，以防外界杂质侵入为主，油封唇边对箱体外。
轴1密封处直径为30mm采用J型油封301002HG 4-338—2003
轴2密封处直径为80mm 采用J型油封801002HG 4-338—2003
轴3密封处直径为72mm 采用J型油封721002HG 4-338—2003
十一﹑箱体和附件
11.1采用铸造箱体，结构尺寸按文献【2】计算得出，列于表3中
表3 减速器铸造箱体结构尺寸
名称
符号
结构尺寸/mm
箱座（体）壁厚
δ
8
箱盖壁厚
δ1
8
箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度
b,b1,b2
b=b1=12,b2=30
箱座、箱盖上的肋厚
m,m1
m=m1=7
轴承旁凸台的高度和半径
h,R1
h=40,R1=50
轴承盖（即轴承座）的外径
D2
100
地脚螺钉
直径与数目
,n
=18,n=4
通孔直径

18
沉头座直径
D0
32
底座凸缘尺寸
c1min,c2min
c1min=20,c2min=22
连接螺栓
轴承旁连接螺栓直径
d1
d1=14
d2=10
箱座、箱盖连接螺栓直径
d2
通孔直径
d'
16
11
沉头座直径
D

凸缘尺寸
c1min,c2min
15,17
15,17
定位销直径
d
6（共轴架），8（箱座）
轴承盖螺钉直径
d3
10
视孔盖螺钉直径
d4
6
箱体外壁至轴承座端面的距离
h
10
大齿轮顶圆与箱体内壁的距离

齿轮端面与箱体内壁的距离

减速器箱座附图：

箱盖附图：

11.2附件结构设计及选择
（1）轴承盖：
由轴承外径可确定轴承盖外径都为1000mm,其余各参数由文献【2】表14-1查得。
注意安装时用调整垫片调整间隙。
（2） 窥视孔及视孔盖：
根据文献【2】，因为，所以选择
L1=139mm，L1=139mm，b1=8mm，b2=4mm。
（3） 游标尺：
根据文献【1】表14-8，选用M11。其上刻有最高油面和最低油面的标线。游标尺在箱体安放部位应保证可以自由取出，倾斜角度选定为40°。
（4） 通气器：
由于工作环境有轻微灰尘，故选择有过滤灰尘作用的通气罩，根据文献【1】表14-10，选用A型通气罩M206
⑸吊耳和吊钩：
根据文献【2】
吊钩：B=40mm,H=22mm,h=65mm,R=20mm
（6） 螺塞及封油垫：
根据文献【1】表14-14，选用M16，封油圈2816。由于圆柱螺纹螺塞自身不能防止漏油，因此在螺塞的下面放置一石棉橡胶纸板封油垫片。
完整装配图：

十二﹑设计小结
经过三周的课程设计，我基本上完成了减速器这一简单而又完整的机械产品的设计。通过此次的课程设计，我深刻地理解了理论与实践相互结合的重要性。理论是为实践服务的，而反过来时间又促使我们去创新理论。一份好的设计离不开辛勤的努力更离不开扎实的基础，这也提醒了我应该更加努力地学习，丰富自己的设计知识，同还要多去实践，这样自己才能有所收获。最后感谢我的设计老师不厌其烦地为我指导。
十三﹑参考文献
【1】机械设计，第九版，西北工业大学出版社
【2】机械设计手册1-6卷
【3】杨家军主编.机械原理【M】.武汉：华中科技大学出版社，2009

Y112M-6

=27
=108

校核合格

=27
=108

a=139mm

=27

=2mm

校核合格

=27

a=139mm

校核合格

校核合格

校核合格

校核合格

校核合格

校核合格

C40 GB/T 1096-2003

A GB/T 1096-2003

AGB/T 1096-2003

CGB/T 1096-2003
校核合格

7206C GB/T 292-2007

7010C GB/T 292-2007

32910CGB/T 292-1994

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9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它