机械设计基础课程设计二级齿轮减速器设计.doc

《机械设计基础课程设计》说明书

设计题目：二级齿轮减速器设计

目 录
第一部分 设计任务书…………………………………………………2
1.1 机械设计课程设计目的
1.2 机械设计课程设计内容
1.3 机械设计课程设计的步骤
第二部分 设计题目……………………………………………………5
第三部分 电动机的选择………………………………………………6
3.1 电动方案的分析与拟定
3.2 电动相关参数选择与计算
第四部分 齿轮参数计算………………………………………………9
4.1 齿轮设计方案的分析与拟定
4.2高速级齿轮的选择与校核
4.3低速级齿轮的选择与校核
第五部分 各轴参数核算………………………………………………15
4.1 参数核算原因
4.2轴参数核算
第六部分 联轴器的选择………………………………………………17
6.1高速轴连轴器
6.2低速轴联轴器
第七部分 减速器内轴的设计…………………………………………18
7.1高速轴的设计
7.2中间轴的设计
7.3低速轴的设计
第八部分 电动机箱体设计……………………………………………19
第九部分 设计感想……………………………………………………20
第一部分 设计任务书
1.1 机械设计课程设计目的
　　机械设计课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性教学环节，其基本目的是：
　　1、通过机械设计课程的设计，综合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。
　　2 、学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。
　 3、 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。
1.2 机械设计课程设计内容
　　选择作为机械设计课程的题目，通常是一般机械的传动装置或简单机械。课程设计的内容通常包括：确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联接件的选择及校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书，我在在设计中完成了以下工作：
　　① 减速器装配图1张（A1图纸）；
　　② 零件工作图2张(低速级齿轮轴、高速级轴，A3图纸）；
　　③ 减速器设计说明书1份。
1.3 机械设计课程设计的步骤
　　机械设计课程设计的步骤通常是根据设计任务书，拟定若干方案并进行分析比较，然后确定一个正确、合理的设计方案，进行必要的计算和结构设计，最后用图纸表达设计结果，用设计计算说明书表示设计依据，我按照机械设计课程设计一般步骤进行了如下所述的几个阶段：
1.3.1 设计准备
　① 分析设计计划任务书，明确工作条件、设计要求、内容和步骤；　
② 了解设计对象，阅读有关资料、图纸、观察事物或模型以进行减速器装拆试验等；
　③ 熟悉课程有关内容，熟悉机械零件的设计方法和步骤。
　④ 准备好设计需要的图书、资料和用具，并拟定设计计划等。
1.3.2 传动装置总体设计
　① 确定传动方案——圆柱斜齿齿轮传动，画出传动装置简图；
　② 计算电动机的功率、转速、选择电动机的型号；
　③ 确定总传动比和分配各级传动比；
　④ 计算各轴的功率、转速和转矩。
1.3.3 各级传动零件设计
减速器内的传动零件设计，其中主要是齿轮传动。
1.3.4 减速器装配草图设计
　① 选择比例尺，合理布置试图，确定减速器各零件的相对位置；
　② 选择联轴器，初步计算轴径，初选轴承型号，进行轴的结构设计；
　③ 确定轴上力作用点及支点距离，进行轴、轴承及键的校核计算；
　④ 分别进行轴系部件、传动零件、减速器箱体及其附件的结构设计。
1.3.5 减速器装配图设计
　① 标注尺寸、配合及零件序号；
　② 编写明细表、标题栏、减速器技术特性及技术要求；
　③ 完成装配图。
1.3.6 零件工作图设计
　①齿轮类零件工作图；
　②轴类零件工作图。

第二部分 设计题目

第三部分 电动机的选择
3.1 电动方案的分析与拟定
由于该减速器的工作环境为井下，工作环境较为恶劣，并伴有中等的载荷冲击，应选用较为耐用，可靠性佳的方案，综上采用三相鼠龙式异步电动机和圆柱齿轮传动。
3.2 电动相关参数选择与计算
设计计算及说明
结果
A．因已知数据F( kN)=15，v(m/min)=40，D(mm)=600
故可计算得工作机所需功率
考虑到传动过程中存在传动效率问题，涉及到传动效率如下：
名称
效率
弹性联轴器

刚性联轴器

圆柱齿轮传动

滚筒轴传动

由此可计算得传动装置的总效率
电动机所需功率
B.滚筒的工作转速
电动机转速

C.由此可以选择电动机，具体参数如下表：
同步转速
1500r/min—4级电动机
型号
Y160M-4
额定功率
11kw
满载转速
1460r/min
堵转转矩
2.2
最大转矩
2.2
工作转速
52.11r/min
D.计算相关参数
a. 传动比
总传动比
又因为存在经验公式
所以可以计算得到高速传动比i12=5.86，低速传动比i34=4.51
b.各轴功率
高速轴
中速轴
低速轴
c.转速
高速轴
中速轴
低速轴
d.扭矩
高速轴
中速轴
低速轴
综上所述，可总结相关参数如下表：
轴 号
功率P
（KW）
转矩T/(Nm)
转速n/(r.min-1)
高速轴
9.126
59.694
1460
中速轴
8.809
337.656
249.147
低速轴
8.503
1360.332
55.243

第四部分 齿轮参数计算
4.1 齿轮设计方案的分析与拟定
因本设计题目工作环境为井下，工作环境较为恶劣，并伴有中等的载荷冲击，应选用较为耐用，可靠性佳的方案，综上应采用标准式圆柱斜齿齿轮，根据硬齿面闭式齿轮传动设计准则，应先按齿面齿面弯曲强度公式进行设计计算，然后再按接触强度设计验算公式进行验算校核。
4.2高速级齿轮的选择与校核（斜齿轮）
设计计算及说明
结果
A.计算齿数
取小齿轮齿数Z1=21，则大齿轮Z2=Z1* i12=21*5.86=123.06
故取大齿轮齿数Z2=124，则i12真= Z2/Z1=5.905
由此可计算得i34= i总/i12真=26.41/5.905=4.472
B.选取材料
小齿轮材料用40Cr钢，表面淬火，齿面硬度48～55HRC
大齿轮材料用40MnB钢，表面淬火，齿面硬度45～55HRC
C.相关参数
查表可得如下数据：
最小安全系数 SH = 1.25, SF=1.6
弹性系数 ZE=189.8，ZH=2.5，Zβ=（cosβ）1/2
齿轮宽度系数 φd=0.8
载荷系数 K=1.6
初选螺旋角 β=15o
D.寿命系数
由题，使用寿命为5年(以350天计)，每天工作10小时,故
小齿轮工作时间 t1=5*350*10*60*1460=1.533*109min
大齿轮工作时间 t2=5*350*10*60*259.325=2.402*108min
查表可得寿命系数 τ1 = 0.93 τ2= 1.06
E.许用接触应力
小齿轮接触疲劳极限σHlim1=1200 Mpa
弯曲疲劳极限σF1=720 Mpa
大齿轮接触疲劳极限σHlim2=1180 Mpa
弯曲疲劳极限σF2=700 Mpa
计算许用接触应力:
[σH1]= τ1σH1/ SH = 892.8 Mpa
[σH2]= τ2σH2/ SH = 1000.64 Mpa
[σF1]= τ1σF1/ SF = 418.5 Mpa
[σF1]= τ2σF2/ SF = 463.75 Mpa
齿形系数 ZV1=Z1/ cos3β=21/ cos315o= 23.302
ZV2=Z2/ cos3β=124/ cos315o= 137.591
查表可得外齿轮的齿形系数YFa1=2.78, YFa2=2.19
外齿轮的齿根修正系数YSa1=1.58, YFa2=1.83
因为YFa1*YSa1/[σF1]=1.050*10-2> YFa2*YSa2/[σF2]=8.442*10-3
所以应对小齿轮进行弯曲强度计算
F.小齿轮计算
法向模数mn≥[2*K*T1*YFa1*YSa1* cos2β/(φd*[σF1]* Z12)]1/3=1.685
取法向模数mn=2.5，则有中心距a=mn *(Z1 +Z2)/(2* cosβ)=187.644mm
取中心距为整，故a=188mm
校核螺旋角 β=arcos[mn *(Z1 +Z2)/(2* a)]=15.40o
分度圆直径 d1= mn *Z1/cosβ=54.455mm
齿轮宽度 b1=φd* d1=43.564mm
取小齿轮齿宽b1=b+5～10mm,取 b1=45mm,大齿轮齿宽b2=40mm
G.验算齿根应力
σH1 =ZE*ZH*Zβ*[2*K*T1 *(1+i总)/(b* i总* d12)]1/2 =605.864 Mpa <[σH1]
符合强度要求，所以齿数选择正确，为安全状态。

综上所述，可得高速端齿轮相关参数如下如下

Z1
Z2
模数m
2.5
2.5
齿数
21
124
分度圆直径d(mm)
54.455
321.545
齿顶圆直径da(mm)
59.455
326.545
齿根圆直径df(mm)
48.205
315.625
齿宽(mm)
45
40
齿全高(mm)
5.625
5.625
螺旋角
15.4
15.4
中心距(mm)
188

4.3低速级齿轮的选择与校核(直齿轮)
设计计算及说明
结果
A.选取材料
小齿轮选用钢调质，齿面硬度为250HBS；
大齿轮选用钢正火，齿面硬度为220HBS。
B.相关参数
查表可得如下数据：
最小安全系数 SH = 1.1, SF=1.3
接触疲劳极限σHlim1/MPa 。
弯曲疲劳极限σFlim/Mpa 。
故：
。

C. 按齿面接触强度设计：
9级精度制造，查表得：载荷系数，取齿宽系数

计算中心距：
取 则取,
计算传动比误差： 合适
齿宽: 则取 ，
低速级小齿轮：；
低速级大齿轮：；
D.验算齿轮弯曲强度：
查表得
按最小齿宽计算：
安全
符合强度要求，所以齿数选择正确，为安全状态。
综上所述，可得低速端齿轮相关参数如下如下

Z3
Z4
模数m
4
4
齿数
24
101
分度圆直径d(mm)
96
404
齿顶圆直径da(mm)
104
412
齿根圆直径df(mm)
86
394
齿宽(mm)
125
130
齿全高(mm)
6.75
6.75
中心距(mm)
250

第五部分 各轴参数核算
5.1 参数核算原因
在计算齿轮时，因选择齿轮齿数必须为整数造成了传动比等传动参数的改变，在此必须进行修正。
5.2轴参数核算
设计计算及说明
结果
计算相关参数
a. 传动比 i总真=24.85 i12真=5.905 i34真=4.208
b. 各轴功率
高速轴
中速轴
低速轴
c.转速
高速轴
中速轴
低速轴
d.扭矩
高速轴
中速轴
低速轴

综上所述可得如下参数：
轴 号
功率P
（KW）
转矩T/(Nm)
转速n/(r.min-1)
高速轴
9.126
59.694
1460
中速轴
8.809
337.656
249.147
低速轴
8.503
1360.332
55.243

第六部分 联轴器的选择
6.1高速轴连轴器：
T = T0 = 59.694N·m
取KA = 1.5 则
TCA = KA·T = 1.5×59.694 N·m = 89.541 N·m
又由电动机输出轴直径＝42mm
查GB/T4323-1984，选用TL7型弹性套柱销轴联轴器。
公称转矩：500N·m
许用最大转速：3600r/min
主动端：Y型轴孔，A型键槽，d=42mm,L=112mm
从动端：Y型轴孔，A型键槽，d＝40mm,L=112mm
6.2低速轴联轴器：
T=1360.332N·m
取KA = 1.5 则TCA = KA·T = 1.5×1360.332=2040.498 N·m
查GB/T4323-1984，选用TL6型弹性套柱销轴联轴器。
许用转矩：2000 N·m
转速：1900r/min
主动端：J轴孔，A型键槽，d=65mm,L=100mm
从动端：J轴孔，A型键槽，d＝70mm,L=107mm

第七部分 轴的设计
1、高速轴设计：
①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取 A=100。
②各轴段直径的确定：根据课本第230页式14-2得：d=A=18.402mm 又因为装小带轮的电动机轴径，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，且所以查手册第9页表1-16取。L1=1.75d1-3=60。
因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册85页表7-12取，L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。
段装配轴承且，所以查手册62页表6-1取。选用6009轴承。
L3=B++2=16+10+2=28。
段主要是定位轴承，取。L4根据箱体内壁线确定后在确定。
装配齿轮段直径：判断是不是作成齿轮轴：
查手册51页表4-1得：
得：e=5.9＜6.25。
段装配轴承所以 L6= L3=28。
③键的设计与校核:
根据，确定V带轮选铸铁HT200，参考教材表10-9,由于在范围内，故轴段上采用键：,
采用A型普通键:
键校核.为L1=1.75d1-3=60综合考虑取=50得查课本155页表10-10所选键为：
2、中间轴的设计：
①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取A=100。
②根据课本第230页式14-2得：d=A=32.821mm
段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取，查手册62页表6-1选用6208轴承： L1=B+++=18+10+10+2=40。
装配低速级小齿轮，且取，L2=128，因为要比齿轮孔长度少。
段主要是定位高速级大齿轮，所以取，L3==10。
装配高速级大齿轮，取 L4=84-2=82。
段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取，查手册62页表6-1选用6208轴承，L1=B+++3+=18+10+10+2=43。
③键的设计与校核：
已知参考教材表10-11，由于所以取
因为齿轮材料为45钢。查课本155页表10-10得
L=128-18=110取键长为110. L=82-12=70取键长为70
根据挤压强度条件，键的校核为：

所以所选键为:
3、从动轴的设计：
⑴确定各轴段直径
①计算最小轴段直径。
因为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算，由式14-2得：d=A=53.592mm
考虑到该轴段上开有键槽，因此取查手册9页表1-16圆整成标准值，取
②为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段轴径。查手册85页表7-2，此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值，因此取。
③设计轴段，为使轴承装拆方便，查手册62页，表6-1，取，采用挡油环给轴承定位。选轴6215:。
④设计轴段，考虑到挡油环轴向定位，故取
⑤设计另一端轴颈，取，轴承由挡油环定位，挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。
⑥ 轮装拆方便，设计轴头，取，查手册9页表1-16取。
⑦设计轴环及宽度b
使齿轮轴向定位，故取取
,
⑵确定各轴段长度。
有联轴器的尺寸决定

因为,所以
轴头长度因为此段要比此轮孔的长度短

其它各轴段长度由结构决定。
（3）键的设计与校核：
因为d1=63装联轴器查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L1=107初选键长为100,校核所以所选键 为 :
装齿轮查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L6=122初选键长为100,校核
所以所选键为:.
第八部分 电动机箱体设计
根据手册表4-1，查取箱体各部分尺寸如下：
箱座壁厚为δ
10mm
定位销直径d
16mm
箱盖厚为δ1
9mm
连接螺栓d2间距L
150mm
箱座凸缘厚度为b
13.8mm
df、d1、d2至外箱壁距离c1
27, 18, 22mm
箱盖凸缘厚度为b1
12mm
df、d2至凸缘边缘距离c2
24，20mm
箱座底凸缘厚度b2
21.875mm
轴承旁台半径R1
24mm
地脚螺钉df
24mm
外箱壁至轴承座端面距离l1
60mm
地脚螺钉数目
6
大齿轮与内箱壁距离Δ1
13mm
轴承旁连接螺栓直径d1
18mm
齿轮端面与内箱壁距离Δ2
12.5mm
箱盖与箱座连接螺栓直径d2
14mm
箱盖、箱座肋厚m1、m2
7, 8mm
轴承端盖螺钉直径d3
8mm～10mm
毡圈油封高速轴取

视孔盖螺钉直径d4
8mm

第九部分 设计感想
两周的课程设计转瞬即逝，我的课程设计作品也在我的不懈努力中诞生了，在此期间，我经历了各种困难、障碍甚至是痛苦，但我都将他们一一克服，在不断的失败中去寻觅我的成功之路，不断跌倒，又不断爬起来，用自己对设计作品精益求精的态度来将其不断进行完善，一步一步终于到达了成功的顶峰，此间的经历真是使我受益匪浅。
通过这段时间的学习，我对课程设计的一些东西更加的了解。由于这是我们正式进入设计生活的第一步，所以在课程过程中难免有时会感到累、痛苦，但很多时候还是感觉挺不错的，毕竟在这之中还是学到了不少东西。从这次小小的课程设计中我了解了更多关于产品计算机绘图的知识。而且我认识到只要认真的的投入的某件事情，就一定会有收获。而且当我全心的投入到这项设计，配合老师的精心指导，让我更全面的思考课程设计和计算机绘图等应该注意的问题，，为以后的设计之路打下了良好的基础。
在此我要感谢我的舍友们，是他们与我进行不断地探讨与辩论，与我一起共同分析设计作品，使我在设计过程中发现了不少错误，我的作品也有他们的功劳。
至此机械课程设计已经全部结束，我希望在今后的学习与生活当中我也可以像在本次课程设计中这样不断努力，与人合作，虚心请教，为自己在将来取得更大的成就打下坚实的基础。