二级直齿圆柱齿轮减速器-(机械设计课程设计)..doc

机械设计——减速器 课程设计说明书
课程名称:机械设计课程设计
设计题目:展开式二级圆柱齿轮减速器 院系:机械工程学院
班级:10 2班
学号:102903054036
指导教师:迎春
目录
1. 题目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1
2. 传动方案的分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
3. 电动机选择,传动系统运动和动力参数计算„„„„„„ 2
4. 传动零件的设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
5. 轴的设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16
6. 轴承的选择和校核„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26
7. 键联接的选择和校核„„„„„„„„„„„„„„„„ 27
8. 联轴器的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 28
9. 减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择„„„„„„„„ 28 10. 减 速 器 箱 体 设 计 及 附 件 的 选 择 和 说 明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 29 11. 设 计 总 结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 31
12. 参 考 文 献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 31
题目:设计一带式输送机使用的 V 带传动或链传动及直齿圆柱齿轮减速器。 设计 参数如下表所示。

3. 工作寿命 10年,每年 300个工作日,每日工作 16小时
4. 制作条件及生产批量 : 一般机械厂制造,可加工 7~8级齿轮;加工条件:小 批量生产。生产 30台
6. 部件:1. 电动机, 2.V 带传动或链传动 ,3. 减速器 ,4. 联轴器 ,5. 输送带 6. 输送 带鼓轮
7. 工作条件:连续单向运转,工作时有轻微振动,室内工作;
运输带速度允许误差±5%;
两班制工作, 3年大修,使用期限 10年。
(卷筒支承及卷筒与运输带间的摩擦影响在运输带工作拉力 F 中已考 虑。
8. 设计工作量:1、减速器装配图 1张 (A0或 A1 ;
2、零件图 1~2张;
3、设计说明书一份。
§2传动方案的分析

1—电动机, 2—联轴器, 3—两级圆柱齿轮减速器, 4—卷筒, 5—轴承
方案分析 :
由计算 (下页 可知电机的转速的范围为 : 601~1671r/min由经济上考虑可选择 常用电机为 960r/min .功率为 5.5kw. 又可知总传动比为 14.36. 如果用带传动 , 刚减速器的传动比为 5— 10, 用二级圆柱齿轮减速器则传动比太小 , 从而齿轮过 大 , 箱体就随着大 . 因而不用带传动直接用联轴器 , 因有轻微振动 , 因而用弹性联 轴器与电机相连 .
两级展开式圆柱齿轮减速器的特点及应用:结构简单, 但齿轮相对于轴承的位置 不对称,因此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端,这样, 轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互 相抵消,以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。
高速级一般做成斜齿,低速级可做成直齿。两级同轴式圆柱齿轮减速 : 特点及 应用:减速器横向尺寸较小, 两对齿轮浸入油中深度大致相同。 但轴向尺寸大和 重量较大,且中间轴较长、刚度差,使载荷沿齿宽分布不均匀,高速级齿轮的承 载能力难于充分利用。
从性能和尺寸以及经济性上考虑选择两级展开式圆柱齿轮减速 .
卷筒同输出轴直接同联轴器相连就可以 , 因为这样可以减少能量的损耗 .
§3电动机选择,传动系统运动和动力参数计算
一、电动机的选择 1. 确定电动机类型
按工作要求和条件 , 选用 y 系列三相交流异步电动机。 2. 确定电动机的容量
(1工作机卷筒上所需功率 P w
P w = Fv/1000 =3200 X 1.4/1000 =4.48kw (2电动机所需的输出功率
为了计算电动机的所需的输出功率 Pd ,先要确定从电动机到工作机之间的 总功率 η总 。设 η1、 η2、 η3、 η4、分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动(设齿轮 精度为 8级、滚动轴承、弹性联轴器、工作机的效率,由 [2]表 2-2 P6查得 η1 = 0.99, η2 = 0.97, η3 = 0.985, η4 = 0.99, η5 = 0.96,则传动装置的总效 率为
η总 =η12η22η33η4 = 0.992 x 0.982 x 0.993 x 0.96=0.824
==
总
ηw
d P P 4.48/0.824=5.43kw
3. 选择电动机转速
由 [2]表 2-3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 =9~25(i齿 =3~5 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×(9~25 =(9~25 电动机转速的可选范围为 n w =D
V 60=60x1000x1.4/3.14x400=66.84r/min
n d =i‘ 总 ×n w =(9~25×n w =9nw ~25n w =601~1671r/min 根据电动机所需功率和同步转速, 查机械设计手册 (软件版 R2.0-电器设备 -常用 电动机规格,符合这一范围的常用同步加速有 1500、 1000min r 。 选用同步转速为 1000r/min,输出轴直径为 38mm
选定电动机型号为 Y132M-2。
二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配 1. 传动装置总传动比
i总 = n
m
/ n
w
=960/66.84=14.36式中 n
m
----电动机满载转速, 960
r/min;
n
w
----工作机的转速, 66.84 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 =3~5 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
= i 3. = 4.4 低速级的传动 比
i齿 2 = i/i
齿 1
= 8.30/4.877 =3.2 三、运动
参数和动力参数计算 1. 各轴转速计算
n 0 = n
m
=960 r/min
nⅠ = n
m
/ i
联
=960 r/min
nⅡ = n
Ⅰ
/ i
齿 1
= 960/4.4=218.18 r/min
n Ⅲ = n
Ⅱ
/ i
齿 2
=218.18/3.2=66.84r/min
2. 各轴输入功率
P 0 = P
d
=5.5kw
P Ⅰ = P
d
η
4
= 5.5x0.99=5.37kw
PⅡ = PⅠ η
2
η
3
=5.37x0.98x0.99=5.13kw
P Ⅲ = PⅡ η
2
η
3
=5.13x0.98x0.99=4.78kw
3. 各轴输入转矩
T 0 = 9550P
d
/n
=9550x5.5/960=54.01m N ⋅
T Ⅰ = 9550P
Ⅰ
/n
Ⅰ
=9550x5.37/960=53.42m N ⋅
T Ⅱ = 9550P
Ⅱ
/n
Ⅱ
= 9550x5.13/218.18=163.305m N ⋅
T Ⅲ = 9550P
Ⅲ
/n
Ⅲ
= 9550x4.78/66.84=682.95m N ⋅

5

4传动零件的设计计算 一、渐开线斜齿圆柱齿轮设计

6
7

8

9

§5联轴器的选择
Ⅰ轴的联轴器 :
由于电机的输出轴轴径为 38mm
查表 14-1由于转矩变化很小可取 K A =1.5
==3T K T A ca 1.5×53.42=80.13N.m 又由于电机的输出轴轴径为 38mm
查表 13-5,选用弹性套柱销联轴器 :TL6,其许用转矩 [n]=250N.m,许用最大转速 为 3800r/min,轴径为 32~42之间, 由于电机的轴径固定为 38mm, 而由估算可得 1轴的轴径为 38mm 。 故联轴器合用。
Ⅲ的联轴器 :
查表 14-1转矩变化很小可取 K A =1.5
==3T K T A ca 1.3×690.1=1035.15 N.m
查 [2]p128表 13-5,选用弹性套柱销联轴器 :TL7,其许用转矩 [n]=500N.m,许用最大 转速为 3600r/min, 轴径为 40~48之间 , 由估算可选两边的轴径为 40mm. 联轴器合 用 .
§5轴的设计计算
减速器轴的结构草图

以上轴的顺序为 3, 2, 1,且 1号轴为齿轮轴 一、Ⅰ轴的结构设计
1.选择轴的材料及热处理方法
查表 15-1选择轴的材料为 40Cr ;根据齿轮直径 mm 100≤,热处理方法为正火。 2.确定轴的最小直径
查式 15-2的扭转强度估算轴的最小直径的公式:
=22mm
再查 表 15-3, A 0=(112 ~ 97
D ≥=22mm
考虑键:有一个键槽, D ≥ 22×(1+5% =23.01mm
查 “润滑方式” ,及说明书“ (12计算齿轮圆周速度 v ” v =2.2 s m 2〉,故选 31
1
062. 01055. 9n P
A n P d =⨯≥τ

二、Ⅱ轴的结构设计
1.选择轴的材料及热处理方法
查表 14-1选择轴的材料为优质碳素结构钢 45;根据齿轮直径大于 200,热处理 方法为调质。
2.确定轴的最小直径
15
16
查的扭转强度估算轴的最小直径的公式:
306
2. 01055. 9Ⅱ
Ⅱ n P A n P
d =⨯≥τ=40 再查 表 15-2, 103~1260=A
考虑键:d ≥ 40×(1+5% =45mm

查 [2]20P (2 “润滑方式” ,及说明书“ (12计算齿轮圆周速度 v ” v =0.99,故
17

1.选择轴的材料及热处理方法
查 [1]表 15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢 45;根据齿轮直径大于 200,热处 理方法为调质。 周三联轴器为 GY7型刚性联轴器, 为了配合联轴器尺寸, 所以将 最小尺寸定位 55. 2.确定轴的最小直径
查 [1]246P 的扭转强度估算轴的最小直径的公式:
06
2. 01055. 9Ⅱ
Ⅱ n P A n P
d =⨯≥τ=45 再查 [1]
表 15-2, 103~1260=A
考虑键: d≥ 45×(1+5%=47.25mm 输入到此处

18

查 [2]25P (二 “ 滚 动 轴 承 的 润 滑 ” , 及 说 明 书 “ 六 、 计 算 齿 轮 速 度 v ”
0.9002v

s ,由于第一轴选用了油润滑 , 故也用油润滑 ,

四、校核Ⅱ轴的强度
齿轮的受力分析:

1
19
20

y
截面顺序为 A,C,D,B; 从左到右
轴的跨度和齿轮在轴上的位置的受力如上图。 AC=48.5 CD=79.5 DB=61
在 X0Y 平面上:
BY R =376.95N AY R =255.47N C 断面 CZ M =4.5AY R =12.39X310N mm D断面 DZ M =61BY R =22.99X310N mm 在 XOZ 平面上:
BZ R =376.98N AZ R =255.55N C 断面 CY M =AZ R X48.5=12.394X310N mm DY M =BZ R X61=22.995X310N mm
21
合成弯矩 C 断面 C M

310 合成弯矩 D 断面 D M

=32.516X310 因为 D M >C M , 所以 D 断面为危险截面。 T=53420N
ca
σ

查表 15-1得 [1-σ]=60mpa,因为 ca σ<[1-σ],所以安全。
2.校核轴 1的强度 1,小齿轮的受力分析
齿轮轴

2.

22
轴的跨度和齿轮在轴上的位置的受力如上图。 A-C-B-D
AC=38.5 CB=123.5 DB=70.5
在 X0Y 平面上:
BY R =30.95N AY R =99.29N C 断面 CZ M =38.5AY R =3.822X310N mm
在 XOZ 平面上:
BZ R =11.54N AZ R =37.25N
C 断面 CY M =AZ R X38.5=1.434X310N mm
合成弯矩 C 断面 C M

310
23
T=53420N
ca σ

查表 15-1得 [1-σ]=60mpa,因为 ca σ<[1-σ],所以绝对安全。 3. 轴 3的校核 (1 . 受力分析
Ft1

2.

24
D-A-C-B
在 X0Y 平面上:
BY R =156.28N AY R =354.04N C 断面 CZ M =49AY R =17.347X310N mm
在 XOZ 平面上:
BZ R =56.88N AZ R =127.69N C 断面 CY M =AZ R X49=6.256X310N mm
合成弯矩 C 断面 C M

310 所以 C 断面为危险截面。 T=224546N
ca σ

查表 15-1得 [1-σ]=60mpa,因为 ca σ<[1-σ],所以安全。
§6轴承的选择和校核
一、Ⅱ轴承的选择和校核
1.Ⅱ轴轴承的选择
选择Ⅱ轴轴承的一对深沟 6209轴承,查机械手册软件版
校核轴承,轴承使用寿命为 10年,每年按 300天计算。
2.根据滚动轴承型号,查出 r C 和 or C 。
Cr=31500N
Cor=21500N
3.校核Ⅱ轴轴承是否满足工作要求
(1
画轴的受力简图。

(2求轴承径向支反力 1r F 、 2r F
(a 垂直平面支反力 v F 1、 v F 2
v F 1= AY R =255.47N
v F 2=BY R =376.95N
(b 水平面支反力 h F 1、 h F 2
h F 1=AZ R =255.55N
h F 2=BZ R =376.98N
(c 合成支反力 1r F 、 2r F
1r F =361.34N
2r F =533.1N
(5计算轴承的当量载荷 1r P 、 2r P
由于 Fa 3=30.628N
查表 13-5 :X1=1.41,Y1=0
查表 13-6取载荷系数 =P f 1.1
P1=fP*Fr1=1.1×361.34=397.474N
查 表 13-5 :X2=1 ,Y2=0
P2=fP*Fr2=1.1×533.1=586.41N
(6校核所选轴承
由于两支承用相同的轴承, 故按当量动载荷较大的轴承 P2计算, 查表 13-6取载 荷系数 =P f 1.1 ,查表 13-4取温度系数 =t f 1 ,计算轴承工作寿命:
6310( 60r h C L n P
= =11840263h 结论:所选的轴承远远超出寿命要求。
二 . 校核 1轴的轴承
1. 1轴轴承的选择
选择Ⅱ轴轴承的一对深沟 6208轴承,查机械手册软件版
校核轴承,轴承使用寿命为 10年,每年按 300天计算。
2.根据滚动轴承型号,查出 r C 和 or C 。
Cr=29500N
Cor=18000N
3.校核 1轴轴承是否满足工作要求
(1画轴的受力简图。

(2求轴承径向支反力 1r F 、 2r F
(a 垂直平面支反力 v F 1、 v F 2
v F 1= AY R =99.29N
v F 2=BY R =30.95N
(b 水平面支反力 h F 1、 h F 2
h F 1=AZ R =37.25N
h F 2=BZ R =11.54N
(c 合成支反力 1r F 、 2r F
1r F =106.04N
2r F =33.03N
(5计算轴承的当量载荷 1r P 、 2r P
由于 Fa 1=30.628N
查表 13-5 :X =1,Y =0
查表 13-6取载荷系数 =P f 1.1
P1=fP*Fr1=1.1×106.04=116.644N
查 表 13-5 :X2=1 ,Y2=0
P2=fP*Fr2=1.1×33.03=36.333N
(6校核所选轴承
由于两支承用相同的轴承, 故按当量动载荷较大的轴承 P2计算, 查表 13-6取载 荷系数 =P f 1.1 ,查表 13-4取温度系数 =t f 1 ,计算轴承工作寿命:
6310( 60r h C L n P
= =2878198267h 寿命远远超出要求。
三 . 校核三轴的轴承
1. 3轴轴承的选择
选择Ⅱ轴轴承的一对深沟 6213轴承,查机械手册软件版
校核轴承,轴承使用寿命为 10年,每年按 300天计算。
2.根据滚动轴承型号,查出 r C 和 or C 。
Cr=57200N
Cor=40000N
3.校核 3轴轴承是否满足工作要求
(1画轴的受力简图。

(2求轴承径向支反力 1r F 、 2r F
(a 垂直平面支反力 v F 1、 v F 2
v F 1= AY R =354.04N
v F 2=BY R =156.28N
(b 水平面支反力 h F 1、 h F 2
h F 1=AZ R =127.69N
h F 2=BZ R =56.88N
(c 合成支反力 1r F 、 2r F
1r F =376.36N
2r F =166.3N
(5计算轴承的当量载荷 1r P 、 2r P
由于 Fa 1=0N
查表 13-5 :X =1,Y =0
查表 13-6取载荷系数 P f 1.1
P1=fP*Fr1=1.1×376.36=413.996N
查 表 13-5 :X2=1 ,Y2=0
P2=fP*Fr2=1.1×166.3=182.93N
(6校核所选轴承
由于两支承用相同的轴承, 故按当量动载荷较大的轴承 P2计算, 查表 13-6取载 荷系数 =P f 1.1 ,查表 13-4取温度系数 =t f 1 ,计算轴承工作寿命:
6310( 60r h C L n P
= =644750079h 寿命远远超出要求。
§7键联接的选择和校核
一、 2轴大,小齿轮键 ,
1.大键的选择
选用普通 圆头平键 A型 , 轴径 d=47mm ,查 [1]103P 表 6-1,得宽度 b=14mm,高度 h=9mm,
2.键的校核
键长度小于轮毂长度 mm mm 10~5且键长不宜超过 d 8. 1~6. 1, 前面算得大齿轮宽 度 75 ,根据键的长度系列选键长 L=65mm 。 (查表
键,轴,轮毂的材料都为钢,查得许用挤压应力 [οp ]=100~120Mpa,取 [ο
p ]=100Mpa.
键的工作长度 l =L-b=65-14=51mm,
键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=0.5×9=4.5mm
由式 6-1得 οp =30.6Mpa
所以所选用的平键强度足够。
2.小键的选择
相同的选择 键的 L=37
二. 3号轴的大齿轮键
B=20 h=12 L=55
§9减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择
一、传动零件的润滑
1.齿轮传动润滑 因为齿轮圆周速度 s m s m v 12≤=,故选择浸油润滑。
2.滚动轴承的润滑
因为 I 轴 II 轴齿轮圆周速度 v>2m/s,滚动轴承采用油润滑而 III 轴的齿轮圆周 速度 v<2m/s,由于第一轴选用了油润滑 , 故也用油润滑 , 但由于齿轮不能飞溅润 滑 , 故要用刮油板把油从三轴大齿轮边引到槽从而达到润滑轴承目的。
二、减速器密封
1. 轴外伸端密封
I 轴：与之组合的轴的直径是 38mm，查红书表 15-8P145，选 d=40mm 毡圈油封 II 轴：无需密封圈 III 轴：与之配合的轴的直径是 55mm，查红书表 15-8P145，选 d=55mm 选毡圈油 封 2.箱体结合面的密封 软钢纸板 §10 减速器箱体设计及附件的选择和说明 一、箱体主要设计尺寸 名称 箱座壁厚 d 箱盖壁厚 d 1 计算依据 计算过程 0.025*123+3＝ 6.075 (0.8 ~ 0.85 × 计算结果 (m m d = (0.025 ~ 0.03a + D ³ 8 (0.8 ~ 0.85d ³ 8 8．5 8 箱 座 凸 缘 厚 1.5d 度b 箱盖凸缘厚 1.5d 1 度 b1 箱座底凸缘 厚度 b2 地 脚 螺 栓 直 0.036a+12=0.036x123+12=16 .428 查[3]表 3P26 径df 地脚螺钉数 目n 轴承旁联接 螺栓直径 d1 箱盖与箱座 联接螺栓直 径 d2 联接螺栓 d2 查[3]表 3P26 的间距 轴承端盖螺 钉直径 d 3 查[3]表 3P26 (0.4-0.5df 30 8=0.8x8=6.4 1.5×8 1.5×8 12.75 12.75 2.5d 2.5×8 21.25 16 a £ 250时, n = 4 6 0.75×20=15 12 0.75d f (0.5 ~ 0.6)d f 0.5x20=10 7.2 150～200 160 d 3 ＝0.4x20=8 8
定位销直径 d (0.7 ~ 0.8)d 2 查表 （0.7～0.8）×10 5.76 27 27 27 d d d f 、 1、 2 至 外箱壁距离 C1 d f 、 d 2 至凸 缘边缘距离 查表 24 14 C2 轴承旁凸台 半径 R1 凸台高度 h 作图得到 轴承座宽度 d + C1 + C2 + (5 ~ 10 B1 大 齿 轮 顶 圆 ≥ 1.2d 与内箱壁距 离 D1 齿 轮 端 面 与 ≥10~15 内箱壁距离 10 8+22+20+5 h=54 55 R1 ＝10 1.2×8=9.6 10 D2 箱盖、 箱昨筋 厚 m1 、 m 轴承端盖外 径 D2 轴承旁联接 螺栓距离 S m1 > 0.85d 1 m > 0.85d 0.85×8 6.8 6.8 102 112 130 102 112 130 D + (5 ~ 5.5d 3 ; D - 轴承外径 62+5×8=102 72+5×8=112 100+5×8=130 S » D2 二、附属零件设计 1 窥视孔和窥视孔盖 其结构见表 14-4 p133, 其尺寸选择为： l1 = 180, l2 = 165l 3 = 150, b1 = 140, b2 = 125 b3 = 110, d = 7, n = 8, d = 4, R = 5 , , 2.通气塞和通气器 31
通气器结构见表 14-9,p136 主要尺寸：M16x1.5,D=22,D1=19.8,S=17,L=23,l=12,a=2,d1=5 3.油标、油尺 由于杆式油标结构简单，应用广泛，选择杆式油标尺，其结构见[2]表 14-8p135 其尺寸选择为:M12 4.油塞、封油垫 其结构见表 14-14 p139 其尺寸选择为:M20X1.5 5.起吊装置 选择吊耳环和吊钩 结构见表 14-12 p137 6.轴承端盖、调整垫片 查[2]表 14-1 p132 §11 设计小结 我们这次机械设计课程设计是做《带式运输机用的二级圆柱齿轮减速器》 。 在两个星期的设计过程中， 让我明白一个简单机械设计的过程，知道一个设计所 必须要准备些什么，要怎样去安排工作，并学习机械设计的一般方法，掌握机械 设计的一般规律； 也通过课程设计实践，培养了我综合运用机械设计课程和其他 先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力； 学会怎样去 进行机械设计计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范。还有就是激发了 我的学习兴趣，能起到一种激励奋斗的作用，让我更加对课堂所学内容的更加理 解和掌握。 这次机械课程设计中， 我遇到了很多问题，但同学讨论和老师 指导起到了 很大的作用，这就是团队的精神。自己在设计中所遇到的困难，让我明白要做好 一个机械设计是一件不容易的事，必须有丰富的知识面和实践经验，还必须有一 个好的导师。设计让我感到学习设计的紧张，能看到同学间的奋斗努力，能让大 家很好地回顾以前所学习的理论知识，也明白只有在学习理论基础上才能做设 计， 让我以后更加注重理论的学习并回到实践中去。还这次自己没有很好地把握 设计时间的分配， 前面传动方案设计和传动件设计时间太长， 而在装配草图设计、 装配工作图设计时间太紧，还有就是在装配草图设计中遇到一些尺寸不是很确 定。这是自己设计思维不太严谨，没有很好地熟悉一些理论知识，没有过此类设 计的经验； 在设计过程中自己也做了一些重复的计数，很多往往是一个参数所取 不正确或没有太在意一些计数， 而在尺寸计算校核才发现问题，而白白花了重复 工作的时间，但也能让我更加深刻一些设计的过程，积累了一些设计的经验。 这次机械设计课程设计是我们一次进行的较长时间、较系统、 较全面的工 程设计能力训练， 很好地提高了我们实践能力和运用综合能力的水平。我们可以 通过设计，明白到学习的内容的目的，更加明确大学学习的目标方向，能激起学 生学习激情，也让我们有学习的成就感，希望以后有更多合适实训教学安排。 §12 参考资料 [1] 濮良贵主编. 《机械设计》 （第七版）.高等教育出版社 [2] 唐增宝；常建娥.主编机械设计课程设计.华中科技大学出版社 [3]王利华主编；侍红岩，迎春，王耕耘，张丹丹副主编《机械设计实践教程》 ， 32
华中科技大学出版社 [4]机械设计手册 33