机械课程设计减速箱.doc

机械课程设计设计用带传动的传动的减速箱装置 目录一 设计任务-2二 系统总体设计方案-2三 电动机的选择-3四 传动装置总体设计-4五 传动零件的设计计算-5六 轴的计算-15七 轴承的选择-26八 箱体设计-29九 润滑密封-32十 小结-33十一 参考文献-33一、设计任务题目23 设计用于带传动的传动装置原始数据：1. 输送带牵引力，输送带转速，输送带的鼓轮直径：450mm。2. 输送机运转方向不变，载荷平稳；3. 输送带的鼓轮传动效率为0.97；4. 工作寿命2023，每年300工作日，每日16小时。完毕任务： 1）完毕减速器装配图1张（A0或A1）；2）零件工作图13张；3）编写设计计算说明书1份。二初步设计 三电动机的选择1.选择电动机的类型综合考虑一般选择笼型三相异步电动机，该电动机载荷大，价格便宜2.计算电动机的容量运送带机构输出的功率：PW= 粗略估算传动装置的总效率查得：是联轴器效率：0.97是减速器传动效率：0.95是链传动效率：0.96是带传动效率：0.97初步估算总的传动效率，解得：Pd= 3. 拟定电动机的转速：输送带的带速为1.4m/s 输送鼓轮直径为450mmnw=减速机构只有一个二级减速箱和链传动，同时考虑两种传动方式的最大传动比和设计尺寸，选择电机的转速为r/min电动机型号 额定功率 同步转速 满载转速 轴径Y112M-4 4 1500 1440 28mm四传动装置的总体设计1计算传动装置的总转动比并分派各级传动比：1）传动装置的总传动比为：2）分派各级传动比：链传动的传动比常用范围为2-5，圆柱齿轮传动比常用范围为3-5。由于减速箱有两级减速，所以选择链传动的传动比为2，减速箱的传动比为12.5两级齿轮的传动比可计算出：所以减速箱高速级传动比为4.03，低速级传动比为3.1，链传动的传动比为22.计算传动装置的运动参数和动力参数：设、分别为1、2、3和工作轴的转速；、分别为相应轴的功率；、分别为输入转矩；、分别为各轴之间的传动比；、分别为电动机轴到1轴、1轴到2轴、2轴到3轴、3轴到工作轴之间的传动效率。若按电动机的工作顺序进行推算，可求得各轴的动力和运动参数如下：1） 各轴输入转速：1轴 2轴 3轴 2） 各轴功率：设：=0.97为联轴器效率=0.96为链传动效率=0.99为一对滚动轴承效率=0.99为一对齿轮传动的效率1轴 2轴 3轴 工作轴 3） 各轴转矩：1轴 2轴 3轴 工作轴 将运动和动力参数计算结果进行整理：1轴2轴3轴工作轴转速（r/min）1500372.2112060输入功率P(kw)3.3953.3273.2613.1转矩T(N.m)21.685.36259.52493.42传动比(i)4.033.12五传动零件的设计计算：1、链传动的设计已知积极链轮的转速为120r/m，从动链轮的转速为60r/m，传递的功率为3.261KW（1）选择链轮齿数取小链轮齿数=19，大链轮齿数=38（2）拟定计算功率根据链传动的工作情况、积极链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率：输送机运转方向不变，工作载荷稳定，所以工况系数=1，查表得齿数系数=1.55，由于该链传动速度低传动比小，所以选用单排链，则计算功率为：（3）选择链条型号和节距根据，及积极链轮转速为120r/m 查图表得链条型号为20A，查表得链条节距为31.75（4）计算链节数和中心距初选中心距取，相应的链长节数为取链长节数节，查表得中心距系数f=0.24896，则链传动的最大中心距为：所以选取中心距为1000mm合适（5）计算链速V，拟定润滑方式由V=1.2065m/s和连号20-A，查图得应采用油池润滑或油盘飞溅润滑（6）计算压轴力Fp有效圆周力为：压轴力：（7）链轮的基本参数和重要尺寸分度圆直径：2.高速级齿轮的设计计算1） 齿轮类型，精度等级，材料及齿数的选定如图所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动运送机为一般工作器，速度不高，所以选用7级精度材料选择，查表选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。2） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数为： =，取=1053）.按齿面接触强度设计由设计计算公式: 拟定公式内的各数值（1） 试选载荷系数 （2） 计算小齿轮传递的转矩 （3） 查表选取齿宽系数 （4） 查表选取材料的弹性影响系数 （5） 查表得小齿轮大齿轮 （6） 计算应力循环次数： （7） 查表得接触疲劳寿命系数 （8） 计算接触疲劳许用应力为： 取失效概率为1%，安全系数S=1，得： 4）计算（1） 试算小齿轮分度圆直径d1t, 代入中较小的值=（2） 计算圆周速度v(3)计算齿宽b(4)计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 （5）计算载荷系数根据v=3.4m/s,7级精度。查表得动载系数直齿轮，假设，由表查得查表得使用系数 查表得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时将数据代入，得由查图得，故载荷系数为：（6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径（7）计算模数mm=d1/Z1=42.936/24mm=1.74mm 5） 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为3式（10-5）：拟定公式内的各计算数值（1） 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳极限 （2） 由图查得弯曲疲劳寿命系数 （3） 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，得：（4） 计算（5） 查取齿形系数 （6） 查取应力校正系数 （7） 计算大，小齿轮的 并加以比较设计计算：= 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m大于由齿根计算的模数，由于齿轮模数m的大小重要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由接触强度算得的模数1.14并就近圆整为标准值m=1.5mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=43.31mm,算出小齿轮齿数大齿轮齿数 取=113这样设计出的齿轮传动既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。6）几何尺寸计算计算分度圆直径 计算中心距： 计算齿轮宽度取B2=42 ，B1=477）验算 合适3.低速级齿轮的设计1） 齿轮类型，精度等级，材料及齿数的选定如图所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动运送机为一般工作器，速度不高，所以选用7级精度材料选择，又查表选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。2) 选小齿轮齿数，大齿轮齿数为： =，取=813）.按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a）试算，即：拟定公式内的各数值（1）试选载荷系数 （2）小齿轮传递的转矩 （3）查表选取齿宽系数 （4）查表取材料的弹性影响系数 （5）查表得小齿轮大齿轮（6）计算应力循环次数：（7）查表得接触疲劳寿命系数 （8）计算接触疲劳许用应力为： 取失效概率为1%，安全系数S=1，得： 4)计算(1)试算小齿轮分度圆直径d2t, 代入中较小的值=(2)计算圆周速度v(3)计算齿宽b(4)计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 （5）计算载荷系数根据v=1.33m/s,7级精度。查表得动载系数直齿轮，假设，查表得查表得使用系数 由表查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时将数据代入，得由查图得，故载荷系数为：（6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径（7）计算模数mm=d2/Z3=71.458/26mm=2.75mm 5) 按齿根弯曲请度设计由110-5式 弯曲强度的设计公式为：拟定公式内的各计算数值 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳极限 由图查得弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，得： 计算载荷系数 查取齿形系数 由表查得 查取应力校正系数 由表查得 计算大，小齿轮的 并加以比较设计计算：=对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m大于由齿轮计算的模数，由于齿轮模数m的大小重要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由接触强度算得的模数，就近圆整为标准值m=2.5mm，按接触强度算得的分度圆直径d2=71.458mm,算出小齿轮齿数大齿轮齿数取Z4=876)几何尺寸计算(1)计算分度圆直径 (2)计算中心距 (3)计算齿轮宽度取B4=70 ，B3=75 六 轴的计算1.初步拟定各轴的最小直径估算轴的最小直径，选取轴材料为45钢，调质解决，由于所受弯矩较小，载荷平稳，所以查表取【】=35。有公式算得=111速轴最小直径：d1min =输出轴的最小径显然是安装联轴器处的直径，为了使所选轴与联轴器吻合，故需同时选取联轴器型号，查机械设计手册选取LT4型弹性柱消联轴器，公称转矩63NM，轴孔直径28mm与轴配合长度为40mm。2.根据轴向定位的规定拟定轴的各段直径和长度第一段轴：由于联轴器轴孔直径为38mm,与轴配合长度40mm，所以取，第二段轴：此处装配轴承，取，选用轴承型号为6207轴孔直径为35，宽度为17。所以设计轴段第三段轴：此处为定位轴段，取第四段轴：此处做成齿轮轴，由于齿轮宽度为47mm所以去第五段轴：定位轴段，用于与套筒配合，去第六段轴：装配轴承，中速轴的最小直径1、选取轴材料为45钢，调质解决，由于所受弯矩较小，载荷平稳，所以查表取【】=35d2min =2、根据定位规定拟定轴的各段直径和长度第一段轴：此处装配滚动轴承，选择轴承型号为，为了使轴承轴向固定，使大于轴承宽度，所以取，第二段轴：此处装配低速级小齿轮，为了方便小齿轮轴向定位，所以轴段的长度要小于齿轮宽度，所以选取第三段轴：此处为定位轴肩，取第四段轴：此处装配高速级大齿轮，为了方便齿轮的轴向定位，所设计轴段的长度要小于齿轮宽度，所以取第五段轴：此处装配轴承，低速轴的最小直径、选取轴材料为45钢，调质解决，由于所受弯矩较小，载荷平稳，所以查表取【】=3d3min =2、根据定位规定拟定轴的各段直径和长度第一段轴：此处装配滚动轴承，选取轴承型号为6211，轴承宽度为21，额定动载荷为33.5，内孔径为55，所以设计第一段轴第二段轴：此处装配齿轮，由于低速级大齿轮宽度为70mm，所以取第三段轴：此处为定位轴段，取第四段轴：此处安装滚动轴承，取第五段轴：此处与链轮的轮毂配合，由于有键槽同时是该轴径的最小处，所以取该轴段直径轴强度校核：按弯曲扭转合成强度 .低速轴（1）轮齿的受力分析及支反力分析深沟球轴承的受力点在其宽度的中心，作为简支梁的轴的支承跨距 水平面支反力垂直面支反力垂直面上的弯矩分别为水平面上产生的弯矩分别为合成弯矩（2）做出弯矩图：（3）校核该轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受的最大弯矩强度。已知轴的弯矩和扭矩后，可对危险截面做弯扭合成强度计算，按第三强度理论为了考虑两者循环特性的不同影响，引入折合系数，则计算应力为由于该轴的扭转切应力为脉动循环应变力，所以取，对直径为d的圆轴，弯曲应力为，扭转切应力，将带入上式得：式中：为轴的计算应力 M为轴所受的弯矩 T为轴所受的扭矩 W为轴的抗弯截面系数 为对称循环应变力时轴的许用弯曲应力由于高速轴的第一段是根据扭转强度设计，所以不用校核，从弯扭矩图中可以看出，危险截面为B点，所以由公式得查表得45号钢调质的许用弯曲应力=60由于，所以该轴强度安全。（4）轴上键的选择由于键槽是开在轴端，所以选择C型单圆头平键，由轴径为28mm查表选取键的长、宽、高分别为L=40，b=8,h=7,材料为铸铁键的强度计算：假设载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为T：传递的扭矩N.mK：键与轮毂键槽的接触高度，K=0.5h，mmL：键的工作长度mmd：轴的直径：键、轴、轮毂三者中最弱的材料的许用压应力由于三中最弱的材料为键，查表得铸铁的=55，=13.8所以强度合格中速轴（1）轮齿的受力分析及各支反力分析大齿轮1小齿轮2垂直支反力水平支反力垂直面上产生的弯矩为水平面上产生的弯矩为合成弯矩(2)做出弯矩图（3）校核该轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受的最大弯矩强度。已知轴的弯矩和扭矩后，可对危险截面做弯扭合成强度计算，按第三强度理论为了考虑两者循环特性的不同影响，引入折合系数，则计算应力为由于该轴的扭转切应力为脉动循环应变力，所以取，对直径为d的圆轴，弯曲应力为，扭转切应力，将带入上式得：式中：为轴的计算应力 M为轴所受的弯矩 T为轴所受的扭矩 W为轴的抗弯截面系数 为对称循环应变力时轴的许用弯曲应力由于高速轴的第一段是根据扭转强度设计，所以不用校核，从弯扭矩图中可以看出，危险截面为C点，所以由公式得查表得45号钢调质的许用弯曲应力=60由于，所以该轴强度安全。（4）传动轴键的选择由于键是用来连接齿轮的，所以选择圆头平键大齿轮键：b=12、h=8、L=32小齿轮键：b=12、h=8、L=63由于所传递的扭矩相同，所以只需须校核接触长度较小的大齿轮键由于三者中最弱的材料为键，查表得铸铁的所以强度合格高速轴（1）轮齿的受力分析及支反力分析垂直面支反力水平面支反力垂直面上的弯矩为水平面上产生的弯矩为合成弯矩为(2)做出弯矩图（3）校核该轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受的最大弯矩强度。已知轴的弯矩和扭矩后，可对危险截面做弯扭合成强度计算，按第三强度理论为了考虑两者循环特性的不同影响，引入折合系数，则计算应力为由于该轴的扭转切应力为脉动循环应变力，所以取，对直径为d的圆轴，弯曲应力为，扭转切应力，将带入上式得：式中：为轴的计算应力 M为轴所受的弯矩 T为轴所受的扭矩 W为轴的抗弯截面系数 为对称循环应变力时轴的许用弯曲应力由于高速轴的第一段是根据扭转强度设计，所以不用校核，从弯扭矩图中可以看出，危险截面为C点，所以由公式得查表得45号钢调质的许用弯曲应力=60由于，所以该轴强度安全。（4）传动轴键的选择连接齿轮的键选择圆头平键，连接轮毂的键选择半圆头平键，取轮毂宽度为40mm，所以查表取键的规格为齿轮键：b=18、h=11、L=63轮毂键：b=14、h=9、L=36轮毂键的校核：选取键的材料为钢，所以强度合格齿轮键的校核：选取键的材料为铸铁，所以强度合格七 轴承的选择 初步拟定轴承 根据第四步轴的计算可以初步拟定轴承为深沟球轴承，这是由于该减速器重要受到径向的载荷，轴向力很较小。深沟球轴承足够承受轴向力。各轴的轴承具体型号初步选定为：低速轴：深沟球轴承6211型GB/T 2761994；中速轴：深沟球轴承6207型GB/T 2761994；高速轴：深沟球轴承6207型GB/T 2761994； 校核轴承传动轴传动轴使用的滚动轴承为6207，其基本额定动载荷为19.8KN，径向力最大处的为：1）求比值轴承所受径向力 所受的轴向力 它们的比值为 根据3表13-5，深沟球轴承的最小e值为0.22，故此时。2）计算当量动载荷P，根据查表X=1，Y=0,取。则3）验算轴承的寿命按规定轴承的最短寿命为 （工作时间）,根据下式（ 对于球轴承取3） 所以所选的轴承6207满足规定。高速轴选用6207深沟球轴承，其基本额定动载荷为19.8KN。径向力最大处的为：1）求比值轴承所受径向力 所受的轴向力 它们的比值为 根据3表13-5，深沟球轴承的最小e值为0.22，故此时。2）计算当量动载荷P，根据查表X=1，Y=0,按照表取则3）验算轴承的寿命按规定轴承的最短寿命为 （工作时间）,根据下式（ 对于球轴承取3） 所以所选的轴承6207满足规定。低速轴由于低速轴所承受的径向压力较大，所以选用6211深沟球轴承，其当量动载荷为33.5KN1）求比值轴上B处轴承所受径向力 轴上D处轴承所受径向力从上面两式可以得出最大径向力为2836N所受的轴向力 它们的比值为 查表深沟球轴承的最小e值为0.22，故此时。2）计算当量动载荷P，根据按照3表13-5，X=1，Y=0,按照1表13-6，取则3）验算轴承的寿命按规定轴承的最短寿命为 （工作时间）,根据下式（ 对于球轴承取3） 所以所选的轴承6211满足规定。八箱体及其附件的结构设计1）减速器箱体的结构设计箱体采用剖分式结构，剖分面通过轴心。下面对箱体进行具体设计：1.拟定箱体的尺寸与形状箱体的尺寸直接影响它的刚度。一方面要拟定合理的箱体壁厚。根据经验公式：（T为低速轴转矩，Nm）可取。为了保证结合面连接处的局部刚度与接触刚度，箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘，箱座底面凸缘厚度设计得更厚些。2.合理设计肋板在轴承座孔与箱底接合面处设立加强肋，减少了侧壁的弯曲变形。3.合理选择材料由于铸铁易切削，抗压性能好，并具有一定的吸振性，且减速器的受载不大，所以箱体可用灰铸铁制成。2）减速器附件的结构设计（1）检查孔和视孔盖检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，检查要开在便于观测传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖用铸铁制成，它和箱体之间加密封垫。（2）放油螺塞放油孔设在箱座底面最低处，其附近留有足够的空间，以便于放容器，箱体底面向放油孔方向倾斜一点，并在其附近形成凹坑，以便于油污的汇集和排放。放油螺塞为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处加封油圈密封。（3）油标油标用来指示油面高度，将它设立在便于检查及油面较稳定之处。（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温度升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。将通气器设立在检查孔上，其里面尚有过滤网可减少灰尘进入。5）起吊装置起吊装置用于拆卸及搬运减速器。减速器箱盖上设有吊孔，箱座凸缘下面设有吊耳，它们就组成了起吊装置。（6）起盖螺钉为便于起盖，在箱盖凸缘上装设2个起盖螺钉。拆卸箱盖时，可先拧动此螺钉顶起箱盖。（7）定位销在箱体连接凸缘上相距较远处安顿两个圆锥销，保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度。箱体材料选为灰铸铁，参考2表15-1，尺寸设计如下：名称符号尺寸/mm底座壁厚8箱盖壁厚8底座上部凸缘厚度1.5=12机盖凸缘厚度12底座下部凸缘厚度2.5=20地脚螺钉dfM=20地脚螺钉数目n4轴承旁螺栓径M=16底座与箱盖连接螺栓直径M=12轴承盖螺栓直径8视孔盖螺栓直径6定位销直径10、至外箱壁的距离26、至凸缘边沿距离24齿顶圆与箱体内壁的距离12齿轮端面与箱体内壁距离9外箱壁至轴承断面距离50箱盖箱座肋厚=7=7轴承盖外径轴承盖凸缘厚度b8轴承旁连接螺栓距离S50底座深度H182机座底厚度25外机壁到轴承座距离50九 润滑、密封(1) 润滑a) 润滑油的作用 减少摩擦、减少温升和防止腐蚀润滑不良时轴承温升剧增，加速轴承的磨损，影响主轴组件的正常工作。优点：摩擦阻力小，冷却效果好，具有冲洗作用。润滑剂的选用和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。b) 润滑的方式 1) 齿轮的润滑 根据机械零部件的工作情况，采用润滑剂的种类及供油量的规定，可采用不同的润滑方式。对于中速，中载较重要的机械，规定连续供油并能起一定的冷却作用时，常采用油浴，油环及溅油润滑方式。故选用油浴润滑。 2) 滚动轴承的润滑 减速器中滚动轴承可采用润滑油或润滑脂进行润滑。若采用润滑油润滑，可直接用减速器油池内的润滑油进行润滑，该设计就选用这个方法。(2) 密封 在机械设备中，为了防止液体，气体工作介质或润滑剂泄露，防止灰尘，水分进入润滑部位，必须设密封装置。密封不仅能大量节约润滑剂，保证机器正常工作，提高机器寿命，并且对改善工厂环境卫生，保障工人健康也有很大作用，是减少成本，提高生产水平中不可忽略的问题。减速器的密封规定是在箱体剖分面，个接触面及密封处均不允许出现漏油和渗油现象。剖分面上允许涂密封胶或水玻璃，但不允许塞入任何垫片或填料。故密封选用毡圈密封。十 小结通过3个星期的努力终于完毕了减速箱的设计，对于我们测控专业的学生来说设计减速箱并不是件容易的事，但我们通过自己的努力和3年来的所学成功完毕了小学期的课程设计。这门课程既是对以前知识的复习又增强了我们的自主学习能力。从刚拿到课程设计时的毫无头绪到现在顺利完毕这次课设，我真是感该良多，三个星期的时间里我将之前的所学更加巩固了，并且学会了使用并查阅机械设计手册。看着这几十页的“成果”，颇有些成就感。上了大学以后很少能有机会能像本次课设这么投入，十几天里，几乎天天都是高负荷地，不断地计算，绘图，查表。过程是漫长的，但是我们完毕了这一设计，对未来的走向工作岗位打下了坚实的基础。十二.参考资料：1 机械设计课程设计 王大康 卢颂峰 主编 北京工业大学出版社2 机械课程设计简明手册 骆素君 朱诗顺 主编 化学工业出版社3 机械设计（第八版） 濮良贵 纪名刚 主编 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 高等教育出版社。4 机械零件手册（第五版） 周开勤 主编 高等教育出版社5 机械设计课程设计 杨光 李波 席伟光 主编 高等教育出版社PW=2.94kwr/mini=25 S=1u=4.03m=1.74m=1.5B2=42B1=47S=1m=2.75m=2.5Z3=28Z4=87d3=70d4=217.5a=143.75b=70B4=70B3=75M=153a