毕设论文--开展式二级圆柱齿轮减速器设计课程设计说明书.doc

机械设计课程设计
说明书

题 目：展开式二级圆柱齿轮减速器
所属院系： 机械工程学院
专 业： 机械工程及自动化
目录
一 设计任务书............................................................... 2
1.设计题目.............................................................. 2
2.总体方案分析.......................................................... 2
二 电动机的选择和运动及动力参数计算................................... 3 1.电动机的类型和结构的选则............................................... 3
2. 传动比的分配.......................................................... 4
3.传动装置的运动和动力参数计算............................................4
三 齿轮的设计及参数计算.......................................................6
1.高速级齿轮的设计........................................................ 6
2.低速级齿轮的设计........................................................ 7
四 轴系零件设计计算............................ ................ .............9
1.轴的材料选择和最小直径的估算........ ....................... ............9
2.轴的结构设计............................................................ 9
3.轴的强度校核计算....................................................... 11
4.滚动轴承的选择及计算................................................... 14
5.键连接的选择和校核..................................................... 15
6.联轴器的选择........................................................... 16
六 箱体及附件的结构设计和选择............................................... 17
1.箱体主要结构尺寸....................................................... 17
2.其他部件的确定.......................................... ............... 18七 心得体会................................................................. 19
八 参考文献................................................................. 20

一，设计任务书
1.设计题目
展开式二级圆柱齿轮减速器,用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简图如右图所示。
(1)带式运输机数据
见数据表格。
(2)工作条件
单班制工作，空载启动，单向、连续运转，工作中有轻微振动。运输带速度允许速度误差为±5%。
(3)使用期限
工作期限为十年，检修期间隔为三年。
(4)生产批量及加工条件
小批量生产。
2.设计任务
1)选择电动机型号；
2)确定带传动的主要参数及尺寸；
3)设计减速器；
4)选择联轴器。
3.具体作业
1)减速器装配图一张；
2)零件工作图二张（大齿轮，输出轴）；
3)设计说明书一份。
4.数据
运输带工作拉力2200F/N
运输带工作速度1.45v/(m/s)
运输带滚筒直径280D/mm
2.总体方案分析
本方案由电动机驱动，由电动机经过联轴器连接，由高速轴1带动齿轮1、2传动到中间轴2，再由中间轴2带动齿轮3、4传动，轴3通过联轴器与滚筒连接，试试传动。
减速器部分是本次课题的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分相互抵消的重点设计部分，本课题中的减速器是展开式二级圆柱齿轮减速器。展开式的减速器结构简单，但齿轮的位置不对称。高速级齿轮布置在远离转矩输入端。可使轴在转矩作用下产生，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。
二 电动机的选择和运动及动力参数计算
1，电动机的类型和结构的选择
电动机为380v交流电，选用Y系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。
1.1工作机所需功率
根据公式,F运输带工作拉力，V运输带工作速度。
1.2计算传动装置总效率
由于动力经过一个传动副或者运动副就会发生一次损失，故多级串联总效率
本题中：—滚动轴承效率 =0.99
—鄙式齿轮效率， =0.97
—联轴器效率，=0.99
—传动滚筒的传递效率，=0.96

由此得出：
3.选择电动机转速
根据表推荐的传动副传动比合理范围
联轴器传动 i联=1
两级减速器传动 i减=8～40(i齿=3～10)
则传动装置总传动比的合理范围为
i总= i联×i齿1×i齿2
i‘总=1×（8～40）=（8～40）
电动机转速的可选范围为

通常二级圆柱齿轮减速器为8-40之间，则总传动比范围为8-40之间，电动机转速范围为（8-40）98.95=791.6-3958之间。选用同步转速为1500r/min，输出轴直径为20mm
选定电动机型号为Y112M-4。
2，传动比的分配
1.传动装置总传动比
i总= nm / nw=1440/100.23＝14.36
式中nm----电动机满载转速，1440 r/min;
nw----工作机的转速，100.23 r/min。
2.分配传动装置各级传动比
i总=i联×i齿1×i齿2
分配原则：
（1） i齿=3～10 i齿1=（1.3～1.4）i齿2
减速器的总传动比为
i = i总/ i联=14.36
双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为
i齿1 = = 4.003
低速级的传动比
i齿2 = i/i齿1 =3.17
3，传动装置的运动和动力参数计算
其中：0轴为电动机轴。1轴为高速轴。2轴为中间轴。3轴为低速轴。
3.1，各轴转速的计算

3.2，各轴输入功率

3.3，各轴输入转矩

三 齿轮的设计及参数计算
1，高速级齿轮的设计
1，选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数
按传动方案选用直齿圆柱齿轮传动。
材料选择 选择小齿轮45钢，调制处理，平均硬度为235HBS。
大齿轮材料为45钢，正火，硬度为190HBS，二者硬度差为45HBS。
选小齿轮齿数z1=28,则，取。
2，按齿面接触疲劳强度计算

其中，一般取0.8~1.2=1
已经算出；u=4
查表得=1.5
则
所以，模数，取标准m=1.5mm。
齿轮相关参数：
取Z1=28，则；，
中心距:
齿宽 ，一般取0.8~1.2 即：=48mm -（5~10）mm=43mm
3，校核齿根弯曲疲劳强度
查表得

即：
2，低速级齿轮的设计
1，按传动方案选用直齿圆柱齿轮传动。
材料选择 选择小齿轮45钢，调制处理，平均硬度为235HBS。
大齿轮材料为45钢，正火，硬度为190HBS，二者硬度差为45HBS。
选小齿轮齿数,则，取。
2，按齿面接触疲劳强度计算
其中
，一般取0.8~1.2=1
已经算出=94.44；u=3.17
查表得=1.5
则
所以，模数，取标准m=2.0mm。
齿轮相关参数：
即：，
；
中心距:
齿宽 即：=65mm -（5~10）mm=60mm
3，校核齿根弯曲疲劳强度
查表得

四，轴系零件设计计算
1.轴的材料选择和最小直径估算
根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调制处理。按扭矩强度法进行最小直径估算，即：。除算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%~7%，两个键槽增大10%~15%，值查表可知，对于45钢为103~126.确定高速轴，中间轴,低速轴。
高速轴：，最小直径处要安装一键槽
来连接联轴器，取
中间轴：，取
低速轴：
最小直径处安装一键槽来连接链
取
2.轴的结构设计
2.1，高速轴的结构设计
（1） 各轴段直径的确定
：最小直径，安装联轴器。=
：密封处轴段，采用毡圈密封，取标准值=24mm
：滚动轴承处，=25mm
：无配合处，=29mm
：为齿轮轴处，=42mm
：无配合处，=29mm
：滚动轴承处，=25mm
(2) 各轴段的长度确定
：由联轴器的宽度决定，选择具有弹性元件的挠性联轴器LT4，轴空长度为38mm， 47mm：由箱体到另一轴承的距离分别为15mm.10mm.102.5mm.48mm.25mm49mm(见附图，比例：1:1)
2.2，中间轴的结构设计
各轴段直径的确定
：最小直径，
：无配合处，=364mm
：齿轮轴3处，=63mm
：无配合处，=36mm
：与齿轮2配合处，=36mm
：轴肩处，=42mm
：无配合处，=30mm
：滚动轴承处，=30mm
各轴段的长度确定，
由最小直径处开始为16mm. 25mm.65mm.5mm.10mm.41mm.47.5 (见草图)
2.3，低速轴的结构设计
（1）各轴段直径的确定
：最小直径，安装联轴器。=38mm
：密封处轴段，采用毡圈密封，取标准值=39mm
：滚动轴承处，=40mm
：无配合处，=46mm
：与齿轮4配合处，=44mm
：轴肩处，=50mm
：无配合处，=40mm
：滚动轴承处，=40mm
(3) 各轴段的长度确定
：由联轴器的宽度决定，选择具有弹性元件的挠性联轴器LT8，轴空长度为50mm，由箱体到另一轴承的距离分别为47mm.18mm.78mm.10mm.58mm47.5mm(见附图，比例：1:1)
3.轴的强度校核计算（以中间轴齿轮轴为例）
3.1，力学模型建立
轴的力学模型图

3.2，计算轴上作用力

水平支反力

3.3总支反力
A点总支反力：

B点总支反力

3.4，绘制转矩、弯矩图
（1）垂直弯矩图
C处弯矩：
D处弯矩：

（2） 水平面弯矩图
C处弯矩：
D处弯矩：

（3） 合成弯矩图：
C处合成弯矩：
D处合成弯矩：

4.滚动轴承的选择及计算
4.1轴承选择（高速轴）
轴承类型：深沟球轴承
轴承代号：6205
轴承参数：
基本额定动载荷：14KN
基本额定静载荷：7.88KN
润滑方式：脂润滑
设计校核
查表得此轴承的当量动载荷：
派生轴向力为：
对于此轴承 e=0.34 Y=1.31
轴承选择（中间轴）
轴承类型：深沟球轴承
轴承代号：6206
轴承参数：
基本额定动载荷：19.5KN
基本额定静载荷：11.5KN
润滑方式：脂润滑
轴承选择（低速轴）
轴承类型：深沟球轴承
轴承代号：6208
轴承参数：
基本额定动载荷：29.5KN
基本额定静载荷：18KN
润滑方式：脂润滑
5.键联接的选择和校核
5.1、Ⅱ轴大齿轮键
键的选择
选用普通 圆头平键 A型,轴径d=36mm ,查表得宽度b=10mm,高度h=8mm,
键的校核
键长度小于轮毂长度且键长不宜超过，前面算得大齿轮宽度 41 ,根据键的长度系列选键长L=33mm 。
查表：键，轴，轮毂的材料都为钢，得许用挤压应力[οp]=100~120Mpa,取[οp]=100Mpa.
键的工作长度 =L－b=33－10=23mm,
键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5×8=4mm
得
所以所选用的平键强度足够。
5.2、低速轴大齿轮键
键的选择
选用普通 圆头平键 A型,轴径d=44mm ,查表得宽度b=12mm,高度h=8mm,
键的校核
键长度小于轮毂长度且键长不宜超过，前面算得大齿轮宽度 58,根据键的长度系列选键长L=54mm 。
查表：键，轴，轮毂的材料都为钢，得许用挤压应力[οp]=100~120Mpa,取[οp]=100Mpa.
键的工作长度 =L－b=42mm,
键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5×8=4mm

所以所选用的平键强度足够。
6.联轴器的选择
6.1．高速轴联轴器
由于电机的输出轴轴径为20mm
查表：由于转矩变化很小可取KA=1.3

又由于电机的输出轴轴径为20mm
查表得，选用联轴器:LT4(钢性),其许用转矩[n]=63N.m,许用最大转速为5700r/min,轴径为20~24之间，由于电机的轴径固定为24mm。
6.2．低速轴联轴器
转矩变化很小可取KA=1.3

查表，选用联轴器: LT8,其许用转矩[n]=710N.m,许用最大转速为3000r/min, 轴径为50mm.

六 箱体及附件的结构设计和选择
1.箱体的主要结构尺寸如下表所列：

名称
符号
结构尺寸
箱座壁厚

10
箱盖壁厚

10
箱座凸缘厚度
b
15
箱盖凸缘厚度

15
箱座底凸缘厚度
p
25
箱座上的肋厚
m
7
箱盖上的肋厚

7
地脚螺栓直径

16
地脚螺栓数目
n
4
箱盖与箱座连接螺栓直径

12
轴承旁螺栓
螺栓直径

M12
螺栓通孔直径

12.5
螺栓沉头座直径

12.5

上下箱连接螺栓直径

7.5
上下箱螺栓
螺栓直径

M12
螺栓通孔直径

螺栓沉头座直径

剖分面凸缘尺寸

定位销孔直径

8

轴承旁连接螺栓距离
S

轴承旁凸台半径

18

轴承旁凸台高度
h

大齿轮顶圆与箱体内壁距离

17

轴承座与涡轮外圆间距离

8

箱体外壁至轴承座端面距离
K
20

剖分面至底面高度
H
144
①　 箱体的密封：
为了保证箱盖与箱座结合面的密封，对接合面的几何精度和表面粗糙度要精刨到表面粗糙度值小于，重要的需刮研，为了提高结合面的密封性，在箱座连接凸缘上面可铣出回油沟，使渗向结合面的润滑油流回油池。
②　 箱体结构的工艺性：
箱体结构工艺性对箱体制造质量，成本，检修维护有直接影响，因此设计时应重视。
a. 铸造工艺性：
1. 为保证液态金属流动通畅，铸件壁厚适当取大；
2. 为避免缩孔或应力裂纹，壁与壁之间采用平缓的过渡结构；
3. 为避免金属积聚，两壁间避免用锐角连接；

4. 为便于起模，铸件延起模方向有1：10~1：20的斜度；
5. 铸件应尽量避免出现狭缝；
B 机械加工工艺性：
在设计箱体时，要注意机械加工工艺性要求，尽可能减少机械加工面积和刀具的调整次数，加工面和非加工面必须严格区分开。
1，箱体结构设计要避免不必要的机械加工。为保证支撑地脚底面宽度B具有足够的刚度。这一宽度须满足减速器安装是对支撑面宽度的要求。
2，为了保证加工精度和缩短加工时间，应尽量减少机械加工过程中道具的调整次数。
3，铸件箱体的加工面与非加工面应严格分开，并且不应在同一平面内。
2.其他部件的确定
（1） 轴承端盖：
轴承端盖用来固定轴承，承受轴向力，以及调整轴承间隙，轴承盖有嵌入式和凸缘式两种，本题选用嵌入式，拆装定位方便且节约空间。
（2） 密封：
在输入和输出轴向伸处，为防止灰尘，水汽及其他杂质侵入轴承，引起轴承急剧磨损和腐蚀，以防止润滑剂外漏，需在轴承盖中设置密封装置，密封装置分为接触式密封和非接触式密封，本减速器选用油沟密封。
（3） 视孔和视孔盖：
视孔用于检查传动件的啮合情况，润滑状态，接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，其尺寸应足够大，以便一检查和手能伸入箱内操作。视孔盖可用轧制钢板视孔盖，其结构轻便，上下面无需机械加工，无论单件或成批生产均常采用。
（4） 通气器：
通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转时箱内油温升高，内增大，从而引起减速器润滑油的渗透。

八 参考文献

[1] 吴宗泽，罗圣国主编。机械设计课程设计手册。北京：高等教育出版社，1992
[2] 濮良贵，纪名刚主编。机械设计。第七版。北京：高等教育出版社，1996
[3] 徐灏主编。机械设计手册。北京：机械工业出版社，1991
[4] 周开勤主编。机械零件手册。第四版。北京：高等教育出版社，1994
[5] 吴宗泽主编。机械结构设计。北京：机械工业出版社，1988

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