用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器设计论文.doc

机械设计课程设计说明书设计题目设计一用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器（院）（专业） （班级） 姓名 学号 指导教师 2 0 0 9年7月1 0日 目 录一 设计题目 3二 给定数据和要求 3三 应完成的工作 3四 设计内容 31. 总体设计 42. 传动零件的设计计算 83. 轴的设计 184. 轴的校核 235. 键的选择和校核 296. 滚动轴承的选择和校核 307. 联轴器的选择 328. 箱体及其附件设计 329. 润滑、密封的设计 35五 设计小结 36六 参考资料 37一、设计题目 设计一用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器。二、给定数据和要求已知条件：运输带工作拉力F=3000N；运输带工作速度v=1.5m/s（允许运输带速度误差为5%）；滚筒直径D=250mm。其中运输机工作平稳，单向运转，单班工作，使用期限8年，大修期3年，减速器由一般规模厂中小批量生产。三、应完成的工作 1减速装配图一张 2零件工作图2张（轴和齿轮）。 3设计说明书1份。四、设计内容 1. 总体设计 2. 传动零件的设计计算 3. 轴的设计 4. 轴的校核 5. 键的选择和校核 6. 滚动轴承的选择和校核 7. 联轴器的选择 8. 箱体及其附件设计 9. 润滑、密封的设计 四、设计内容一总体设计： 图1 带式运输机的专用传动装置 传动方案：如图1所示。（一） 电动机的选择：1电动机类型的选择：根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。2电动机功率的选择： 取工作机的传动效率为0.96。 工作机所需要的有效功率为： 其中，为工作机传动效率。 为了计算电动机所需功率，需确定传动装置总效率。设各效率分别为：（V带）、（8级闭式齿轮传动）、（滚动轴承）、（弹性联轴器）。由表22查得：；则传动装置的总效率为： 电动机所需功率为： 由表16 1选取电动机的额定功率为5.5。3电动机转速的选择：选用常用同步转速1000r/min、1500r/min和3000r/min三种作对比。工作机转速： 总传动比，其中为电动机的满载转速。现将三种电动机的有关数据列于表1比较。表1 两种电动机的数据比较方案电动机型号额定功率kW同步转速/（）满载转速/（）总传动比IY132M265.51000 9608.373IIY132S45.51500 144012.560IIIY132S125.53000 2900 25.294由上表可知方案I总传动比过小，方案III总传动比过大，为了能合理的分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案II。 4电动机型号的确定： 根据电动机功率和同步转速，选定电动机型号为Y132S4，查表162知电动机的机座中心高为132mm，外伸轴径为38mm，外伸轴径长度为80mm。 图2 Y132S4电动机 3 总传动比的分配：现总传动比。由表23.，选V带的传动比为；减速器传动比为；考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度。两级齿轮减速器高速级传动比与低速级传动比的比值取为，即=，则=；。（三）传动装置的运动和动力参数计算： 3 各轴转速的计算： 2各轴输入功率计算： 3各轴的输入转矩计算： 将各轴的运动和动力参数列于表2。表2 各轴的运动和动力参数轴号转速功率/kW转矩/传动比 二传动零件的设计计算：（一） V带传动的设计：1 确定计算功率：已知；。由课本表8-7查得工作情况系数，则：。2 选取窄V带带型：根据、，由课本图8-9选用SPZ型窄V带。3 确定带轮基准直径：由课本表8-6及表8-8取主动轮基准；从动轮基准直径，由课本表8-7取。实际传动比，与原分配传动比一致。按式（8-13）验算带的速度，带的速度合适。4 确定窄V带的基准长度和传动中心距：根据，初步确定中心距。 。由课表8-2选带的基准长度。实际中心距。 5 验算主动轮上的包角： ，主动轮上的包角合适。6 计算窄V带的根数：由；查课本表8-4a，由线性关系得：；查课本表8-4b得：；查课本表8-5得：；查课本表8-2得：。则：。取根。7 计算预紧力：查课本表8-3得：，则： 。8 计算作用在轴上的压轴力： 。 V带传动的主要参数归于表3。 表3 V带传动的主要参数名称结果 名称 结果 名称 结果 带型 传动比 根数带轮基准直径 基准长度 预紧力中心距 压轴力9 带轮设计：由课本表8-10查得：；。则带轮轮缘宽度：。大带轮毂孔直径由后续高速轴设计而定，。大带轮毂宽度：当时，取。带轮结构图（略）。（二） 高速级齿轮传动的设计：1 选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数：1）按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。3）材料选择：由课本表10-1选择小齿轮材料为45钢，调质处理，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。 4）选小齿轮齿数，则：，取。齿数比。5）初选螺旋角。2 按齿面接触疲劳强度设计： 1） 确定公式内的各项数值：（1） 试选载荷系数。（2） 由课本图10-30选取区域系数。（3） 由课本图10-26查得；则：。（4） 小齿轮传递的转矩：（5） 由课本表10-7选取齿宽系数。（6） 由课本表10-6查得材料的弹性影响系数（大小齿轮均采用锻造）。（7） 由课本图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；由课本图10-21c按齿面硬度查得大齿轮的接触疲劳强度极限。（8） 按式（10-31）计算应力循环次数： ； 。 （9） 由课本图10-19查得接触疲劳寿命系数，。（10） 计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数，；。2） 计算：（1） 计算小齿轮分度圆直径 ： （2） 计算圆周速度：（3） 计算齿宽和模数： ； 。（4） 齿高：，。 （5） 计算纵向重合度： 。 （6） 计算载荷系数：由课本表10-2查得：使用系数；根据、8级精度，由课本图10-8查得：动载系数；由课本表10-3查得：（假设）；由课本表10-4查得8级精度、调质小齿轮相对支承非对称布置时： 。 根据，由课本图10-13查得：。故载荷系数：。 （7） 按实际的载荷系数校正说算的的分度圆直径： （8） 计算模数： 3 按齿根弯曲疲劳强度设计： 1） 确定计算参数： （1） 计算载荷系数。（2） 根据纵向重合度，从课本图10-28查得螺旋角影响系数。（3） 计算当量齿数：；。 （4） 查取齿数系数及应力校正系数：由课本表10-5查得：，；，。 （5） 由课本图10-20c按齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；由课本图10-20c按齿面硬度查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限。（6） 由课本图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，。（7） 计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数，（8） 计算大小齿轮的并加以比较： ；， 大齿轮的数值大。 2） 计算（按大齿轮）： 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度说决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数于齿轮的乘积）有关。故可取由弯曲强度算的的模数并就近圆整为标准值，而按接触强度算得的分度圆直径重新修正齿轮齿数，取，则：，取。实际传动比，与原分配传动比基本一致。 4 几何尺寸计算：1）中心距计算： ，将中心距圆整为。2）按圆整后得中心距修正螺旋角： 。（9） 计算大小齿轮的分度圆直径： ； 。4）计算齿轮宽度，圆整后取。则：（大齿轮）；（小齿轮）。因、发生变化，故相应有关参数、等需修正，然后再修正计算结果，看齿轮强度是否足够。5）修正计算结果：（1） ；，根据课本表10-5查得：；。（2） 由课本图10-26查得：；则：。 （3） ，根据纵向重合度，从课本图10-28查得螺旋角影响系数。（4），根据 、8级精度，由课本图10-8查得：动载系数。（5） 齿高，由课本表10-查得8级精度、调质小齿轮相对支承费对称布置时： 根据、，由课本图10-13查得：。 （6） ，故查取、时，假设的是合适的。仍用。（7） 齿面接触疲劳强度计算用载荷系数；齿根弯曲疲劳强度计算用载荷系数。（8） 由课本图10-30选取区域系数。 （9） 。 （10） ，大齿轮的数值大。 （11） ， 实际、，均大于计算的要求值，故齿轮的强度足够。 5 齿轮结构设计：小齿轮1由于直径较小，采用齿轮轴结构；大齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按经验公式和后续设计的中间轴配合段直接计算，见表4；大齿轮2结构草图如图3。高速级齿轮传动的尺寸归于表5。 图3 大齿轮结构草图 （三） 低速级齿轮传动的设计：低速级齿轮传动的设计过程同高速级的，这里从略。低速级齿轮传动的尺寸见表6。 表4 大齿轮结构尺寸名 称结构尺寸经验计算公式结果毂孔直径由中间轴设计而定轮毂直径轮毂宽度（取为与齿宽相等）腹板最大直径板孔分布圆直径板孔直径腹板厚度表5 高速级齿轮传动的尺寸 表6 低速级齿轮传动的尺寸名称计算公式结果名称 计算公式结果法面模数法面模数 法面压力角法面压力角螺旋角螺旋角齿数齿数传动比 传动比 分度圆直径分度圆直径齿顶圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿根圆直径中心距 中心距齿宽齿宽 三轴的设计：（一） 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，调质处理。按扭转强度法进行最小直径估算，即。初算轴径时，若最小直径轴段揩油键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段界面上有一个键槽时，增大57，两个键槽时，增大1015。值有课本表15-3确定：高速轴，中间轴，低速轴。 高速轴： ，因高速轴最小直径处安装大带轮，设有一个键槽，则：，取为整数。中间轴：，因中间轴最小直径处安装滚动轴承，取为标准值。低速轴： ，因低速轴最小直径处安装联轴器，设有一个键槽，则：，参见七、联轴器的选择，取为联轴器的孔径，。（二） 轴的材料选择和最小直径估算：根据轴上零件的结构、定位、装配关系、轴向宽度及零件间的相对位置等要求，参考表4-1、图4-11，初步设计减速器装配草图图4。 图4 减速器装配草图（三） 轴的结构设计：1 高速轴的结构设计：高速轴的结构设计：高速轴轴系的结构设计如图4所示。（1） 各轴段直径的确定： ：最小直径，安装大带轮的外伸轴段，。 ：密封处轴段，根据大带轮的轴向定位要求，定位高度，已经密封圈的标准（拟采用毡圈密封），。 ：滚动轴承处 轴段，。滚动轴承选取30210，其尺寸。 ：过渡轴段，由于各级齿轮传动的线速度均小于，滚动轴承采用脂润滑，考虑挡油盘的轴向定位，。 齿轮处轴段：由于小齿轮直径较小，采用齿轮轴结构。所以轴和齿轮的材料和热处理方式需一样，均为45钢，调质处理。 ：滚动轴承处轴段，。（2） 各轴段长度的确定： ：由大带轮的毂孔宽度确定，。 ：由箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定，。：由滚动轴承、挡油盘及装配关系等确定，。：由装配关系、箱体结构等确定，。：由高速级小齿轮宽度确定，。：由滚动轴承、挡油盘及装配关系等确定，。 2 中间轴的结构设计： 中间轴轴系的结构如图5。 图5 中间轴轴系结构（1） 各轴段直径的确定： ：最小直径，滚动轴承处轴段，。滚动轴承选取30210，其尺寸为。 ：低速级小齿轮轴段，。 ：轴环，根据齿轮的轴向定位要求，。 ：高速级大齿轮轴段，。 ：滚动轴承处轴段，。（2） 各轴段长度的确定： ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系等确定，。 ：由低速级小齿轮的毂孔宽度确定，。 ：轴环宽度，。 ：由高速级大齿轮的毂孔宽度确定，。 ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系等确定，。（3） 细部结构设计：由表10-1查出高速级大齿轮处键；低速级小齿轮处键；齿轮轮毂与轴的配合选为；滚动轴承与轴的配合采用过渡配合，此轴段的直径公差选为；查表7-19，各轴肩处的过渡圆角半径见图6；查表7-19，各倒角为；参考表17-10，各轴段表面粗糙度见图6。 图6 中间轴结构3 低速轴的结构设计： 低速轴轴系的结构如图4所示。（1） 各轴段直径的确定： ：滚动轴承处轴段，。滚动轴承选取30218，其尺寸为。 ：低速级大齿轮轴段，。 ：轴环，根据齿轮的轴向定位要求，。 ：过渡轴段，考虑挡油盘的轴向定位，。 ：滚动轴承处轴段，。 ：密封处轴段，根据联轴器的轴向定位要求，以及密封圈的标准（拟采用毡圈密封），。 ：最小直径，安装联轴器的外伸轴段，。（2） 各轴段长度的确定： ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定，。 ：由低速级大齿轮的毂孔宽确定，。 ：轴环宽度，。 ：由装配关系、箱体结构等确定，。 ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系等确定，。 ：由箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定，。 ：由联轴器的毂孔宽确定，。（3） 细部结构设计略，参见中间轴。四轴的校核： 这里只以中心轴为例。（一） 轴的力学模型的建立：1 轴上力的作用点位置和支点跨距的确定：齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的中点，因此可决定中间轴上的两齿轮力的作用点位置。轴上安装的30210轴承，从表12-6可知它的负荷作用中心到轴承外端面的距离，故可计算出支点跨距和轴上各力作用点相互位置尺寸。支点跨距（实际）；低速级小齿轮的力作用点C到左支点A距离（实际）；两齿轮的力作用点之间的距离（实际）；高速级大齿轮的力作用点D到右支点B距离（实际）。2 绘制轴的力学模型图：初步选定高速级小齿轮为右旋，高速级大齿轮为左旋；根据中间轴所受轴向力最小的要求，低速级小齿轮为左旋，低速级大齿轮为右旋。根据要求的传动速度方向，绘制的轴力学模型见图7a。 图6 轴的力学模型及转矩、弯矩图a）力学模型图 b）V面力学模型图c）V面弯矩图 d）H面力学模型图e）H面弯矩图 f）合成弯矩图g）转矩图 h）当量弯矩图4设计轴上的作用力：齿轮2： 齿轮3： （三）计算反支力：4 垂直面反支力（XZ平面）参看图7b。 由绕支点B的力矩和，得： ，方向向下。同理，由绕支点A的力矩和，得：，方向也向下。由轴上的合力，校核：，计算无误。5 水平面支反力（XY平面）参看图7d。 由绕支点B的力矩和，得： ，方向向下。同理，由绕支点A的力矩和，得：，方向也向下。由轴上的合力，校核：，计算无误。3 A点总反支力B点总反支力（四） 绘转矩、弯矩图：6 垂直面内的弯矩图参看图7c。 C处弯矩： D处弯矩： 2水平面内的弯矩图参看图7e。 C处弯矩： D处弯矩：合成弯矩图，参看图7f。 C处： D处： 4 转矩图，参看图7g。 5 当量弯矩图，参看图7h。因为是单向回转轴，所以扭转切应力视为脉动循环变应力，折算系数。 C处： D处： （五） 弯扭合成强度校核：进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面（即危险截面C）的强度。 根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由课本表15-1查得。因，故强度足够。（六） 安全系数法疲劳强度校核：对一般减速器的转轴仅使用弯矩合成强度校核即可，而不必进行安全系数法校核。本处仅对安全系数叫合法作应用实例。 1判定校核的危险截面： 对照弯矩图、转矩图和结构图，从强度、应力集中方面分析，C截面是危险截面。需对C截面进行校核。2轴的材料的机械性能： 根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由课本表15-1查得：，。取，。7 C截面上的应力：因C截面有一键槽，。所以：抗弯截面系数：。抗扭截面系数：。 弯曲应力幅： ，弯曲平均应力。 扭转切应力幅： ，平均切应力。8 影响系数：C截面受有键槽和与齿轮的过盈配合的共同影响，但键槽的影响比过盈配合的影响小，所以只需考虑过盈配合的综合影响系数。由课本附表3-8用插值法求出：，取，轴按磨削加工，由课本附图3-4求出表面质量系数：。故得综合影响系数：， 。9 疲劳强度校核：所以轴在C截面的安全系数为： 取许用安全系数，有，故C截面强度足够。五键的选择和校核：这里只以中间轴上的键为例。由中间轴的西部结构设计，选定：高速级大齿轮处键1为，标记：键GB/T 10961979；低速级小齿轮键2为，标记：键GB/T 10961979；由于是同一根轴上的键，传递的转矩相同，所以只需校核短的键1即可。齿轮轴段；键的工作长度；键的接触高度；传递的转矩；按课本表6-2查出键静联接时的挤压须用应力（键、齿轮轮毂、轴的材料均为45钢调质）。，键联接强度足够。六滚动轴承的选择与校核：这里只以中间轴上的滚动轴承为例。（二） 滚动轴承的选择：根据载荷及速度情况，拟定选用圆锥滚子轴承。由中间轴的结构设计，根据，选取30210.其基本参数查表12-4，。（三） 滚动轴承的校核：轴承受力图如图8所示。1径向载荷： 根据轴的分析，可知：A点总反支力，B点总反支力。 图8 轴承受力图 2轴向载荷： 外部轴向力，从最不利受力情况考虑，指向A处1轴承（方向向左）；轴承派生轴向力由圆锥滚子轴承的计算公式求出：（方向向右）；（方向向左）。 因为，所以A处1轴承被压紧，B处2轴承放松。故：，。 3当量动载荷： 根据工况（无冲击或轻微冲击），由课本表13-6查出载荷系数。 1轴承：因，由表12-6可知 2轴承：因，由表12-6可知 4验算轴承寿命： 因，故只需验算1轴承。轴承预期寿命与整机寿命相同，为8（年）365（天）8（小时）=23360。 其中，温度系数（轴承工作温度小于），轴承具有足够寿命。七联轴器的选择：根据工作要，为了缓和冲击，保证减速器的正常工作，输出轴选用弹性柱销联轴器。考虑到转矩变化很小，取，则。按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，差标准GB/T 50141985或手册，选用HL6型弹性柱销联轴器，其公称转矩为，孔径，须用转速为，故适用。标记：HL6联轴器GT/T 50141985。八箱体结构的设计：（一）机体有足够的刚度：在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度（二）考虑到机体内零件的润滑，密封散热：因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm，为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为。（三）机体结构有良好的工艺性：铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便。（四）对附件设计：1视孔盖和窥视孔：在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固。2油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。3油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。4通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。5螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。6位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。7吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体。九. 润滑密封设计：对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。油的深度为（），所以。其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，连接表面应精创，其表面粗度应为密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，。并匀均布置，保证部分面处的密封性。五、设计小结这次关于带式运输机上的两级展开式圆柱斜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。通过三星期的设计，使我对机械设计有了更多的了解和认识。我们以后的工作打下了坚实的基础。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，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、公差与配合、CAD实用软件、机械工程材料、机械设计手册等于一体。这次的课程设计，对于培养我们理论联系实际的设计思想；训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论，结合生产实际关系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。在这次的课程设计过程中，综合运用先修课程中所学的有关知识与技能，结合各个教学实践环节进行机械课程的设计，一方面，逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力，特别是提高了分析问题和解决问题的能力，为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。六、参考资料1机械零件手册，第5版。北京：高等教育出版社，2001。2机械设计课程设计手册，第2版。北京：高等教育出版社，1999。3机械原理与设计课程设计。北京：机械工业出版社，2005。4机械设计课程设计图册，第3版。北京：高等教育出版社，1989。5机械设计手册，第4版。北京：化学工业出版社，2002。6机械设计，第7版。北京：高等教育出版社，2001。7机械零件。北京：高等教育出版社，1987。8机械设计课程设计。武汉：华中理工大学出版社，1995。9齿轮手册。北京：机械工业出版社，1990。10几何量公差与检测，第3版。上海：上海科学技术出版社，1993。11机械设计手册，第2版（修订）。北京：化工学院出版社，1987。12宝钢减速器图册。北京：机械工业出版社，1995。13机械设计实用手册。北京：化工学院出版社，1999。14新编机械设计师手册。北京：机械工业出版社，1995。15机械设计课程设计手册。北京：中央广播电视大学出版社，1998。16简明机械零件设计实用手册。北京：机械工业出版社，1999。17机械设计课程设计，第3版。北京：机械工业出版社，2000。18机械设计综合课程设计。北京：机械工业出版社，2003。1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. 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