带式运输机的二级圆柱齿轮减速器设计课程设计.docx

唐山学院机械设计课程设计1 前言机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为直齿圆柱齿轮减速器，第二级传动为闭式齿轮传动。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之。本设计采用的是二级直齿轮传动，直齿轮不产生轴向力，但传动平稳性较差，适合低速传动。说明减速器的结构特点、材料选择和应用场合。综合运用机械设计基础、机械制造基础的知识和绘图技能，完成传动装置的测绘与分析，通过这一过程全面了解一个机械产品所涉及的结构、强度、制造、装配以及表达等方面的知识，培养综合分析、实际解决工程问题的能力。2 设计任务书2.1设计题目，内容及要求 2.1.1设计题目：用于带式运输机的二级圆柱齿轮减速器设计设计二用于带式运输机上的两级展开式圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化较平稳, 运输机工作转速允许误差为5%。,减速器小批量生产，工作在室外，灰尘较大，常温,使用期限10年(250天/年),三班制工作,检修间隔期为三年一大修。车间有三相交流,电压380/220V。2.1.2内容及要求：1）机械装置的总体设计电机的选择、总传动比的计算及机械传动运动和动力参数的计算2）传动装置的设计传动零件的设计计算；传动装置装配草图和零部件的结构设计；装配图的设计与绘制。 3）零件图设计：轴零件图绘制；齿轮零件图的绘制。4）撰写设计说明书一份，不少于60008000字。2.2原始资料 2.2.1传动方案及工作条件1）工作情况：三班制单向连续运转，载荷较平稳；运输机工作转速允许误差5% ；2）使用折旧期：10年，每年工作250天；3）工作环境：室外，灰尘较大，常温；4）动力来源：电力，三相交流，电压380/220V ；5）检修间隔期：三年一大修，半年一小修；6）制造条件及生产批量：一般机械制造工厂，批量生产； 2.2.2原始技术数据数据编号C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10运输带工作拉力F（N）5000520040004500420044005300580030003500运输带工作速度V(m/s)0.50.40.80.360.550.450.650.380.480.66卷筒直径D(mm)4604503904704804004104204654752.3设计步骤1）传动装置总体设计方案2)电动机的选择3)确定传动装置的总传动比和分配传动比4)计算传动装置的运动和动力参数5)设计V带和带轮6)齿轮的设计7)滚动轴承和传动轴的设计及键和联轴器的选择。8)箱体结构设计9)润滑密封设计3 总体设计方案1.传动装置的组成：传动装置由电机、减速器、卷筒等组成。2.传动装置的特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3.确定传动方案：其传动方案如下：图3-1 传动装置总体设计图初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。选择二级圆柱齿轮减速器（同轴式式）。4 电动机的选择1.选择电动机类型按工作要求选用Y系列全封闭自扇式笼型三相异步电动机，电压380V。2.选择电动机容量电动机所需工作功率为工作机所需功率为各部分效率：V带传动效率；滚动轴承效率；闭式齿轮传动效率；联轴器效率；传动滚筒效率 。代入得 所需电动机功率为 因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。选电动机的额定功率为3KW。3.确定电动机转速滚筒轴工作转速二级圆柱齿轮减速器的传动比i=840,故电动机转速的可选范围为符合这一范围的转速有1500和3000的电动机。3000总传动比大，传动装置外廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑。故取1500的电动机综上所述，符合以上数据要求的电动机只有Y100L2-4型电动机。5 传动比、运动和动力参数计算1.计算传动比总传动比2.分配传动装置各级传动比取V带传动比 则减速器的传动比 为 由于为同轴式减速器，故高速级和低速级的传动比为 3.运动和动力参数计算0轴（电动机轴）1轴（高速轴） 2轴（中间轴） 3轴（低速轴） 4轴（滚筒轴） 各轴运动和动力参数计算结果：轴名功率P/kW转矩T/Nm转速n/(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电动机轴2.8419.11420111轴2.732.7055.0854.53473.3330.962轴2.622.59144.31142.87173.382.730.963轴2.522.49378.93375.1463.512.730.96滚筒轴2.472.45371.41367.7063.5110.986 齿轮的设计6.1高速级齿轮传动设计1.选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取为。 （2）带式输送机为一般工作机器，选用7级精度。 （3）材料选择。由表10-1，选择小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢，齿面硬度为240HBS。280HBS-240HBS=40HBS30HBS （4）、选小齿轮齿数,大齿轮齿数,取。2.按齿面接触疲劳强度设计试算小齿轮分度圆直径，即。确定公式中各参数的值。 试选； 计算小齿轮传递的转矩； 由表10-7选取齿宽系数；由图10-20查得区域系数; 由表10-5查得材料的弹性影响系数； 由式10-9计算接触疲劳强度用重合系数： 计算疲劳许用应力； 由图10-25d查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为、。 计算应力循环次数： 由图10-23查取接触疲劳寿命系数、，取失效概率为1%，安全系数S=1，可得取其中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即。试算小齿轮分度圆直径：取=67.5mm（2）、调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度v：齿宽b：计算实际载荷系数由表10-2查得使用系数;根据V=1.67 m/s、7级精度，由图10-8查得动载系数；齿轮的圆周力：由表103查得齿间载荷分配系数; 在这里由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑不对称布置时，得齿向载荷分布系数；由此得到实际载荷系数：可得按实际载荷系数算得的分度圆直径：及相应的齿轮模数3.按齿根弯曲疲劳强度设计（1）试算模数，即确定公式中各参数的值试选；由式10-5计算弯曲疲劳强度用重合度系数：；计算由图10-17查得齿形系数、；由图10-18查得应力修正系数、；由图10-24c查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为、；由图10-22查得弯曲疲劳寿命系数、；取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得：取其较大者，即试算模数：（2）调整齿轮模数计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度V。齿宽b。宽高比b/h。计算实际载荷系数根据、7级精度，查得动载系数；由；查表得齿间载荷分配系数；由表10-4用插值法查得，结合，得，则载荷系数：;可得按实际载荷系数算得的齿轮模数：为使其满足要求，取m=1.5mm，取。1.1.4、几何尺寸计算由上有m=2mm，；则，。（4）齿面接触疲劳强度校核 按前述类似做法，有，有 （5）齿根弯曲疲劳强度校核 按前述类似做法，有，有，m=2mm，。有 齿根弯曲疲劳强度满足要求主要设计结论：6.2低速级齿轮传动设计1.选齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用斜齿圆柱齿轮，压力角=20，初选螺旋角=，精度等级选用7级精度；材料及热处理：选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。试选小齿轮齿数z121，大齿轮齿数z2=z1*i=23*5.848=122.8.圆整z2=122。此时，i=122/21=5.809，误差为0.658%。2. 按齿面接触强度设计3. 2.按式（1021）试算小齿轮分度圆直径，即 确定公式内的各计算数值试选Kt1.3 由图1020选取区域系数2.433由表10-7选取尺宽系数d1 计算小齿轮传递的转矩 T21=表105查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa 计算接触疲劳强度用重合度系数.= =1.2125=1.649=0.75697螺旋角系数=0.985由图1025d查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1550MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2550MPa；由式（1015）计算应力循环次数N160n1jLh607101（2425010）2.566N2N1/53.99由图1023查得接触疲劳寿命系数KHN10.93；KHN20.96 MPa558MPa MPa528MPa 取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,因此可得=528MPa 计算小齿轮分度圆直径=mm=37.78mm（2）调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷系数前的数据准备：圆周速度v。=0.4348m/s齿宽b。b=1x41.54mm=41.54mm。计算实际载荷系数。已知载荷平稳，所以取=1根据v=0.4348m/s,7级精度，由图108查得动载系数=1.02=44.92N/mm100N/mm查表10-3得齿间载荷分配系数=1.2。由表104用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑对称布置时，得齿向载荷分配系数=1.4293。故实际载荷系数K=2.062由式（10-12）可得按实际的载荷系数算得的分度圆直径，=44.05mm及相应的齿轮模数=2.20mm3.齿根弯曲疲劳强度校核 由式（10-7）计算模数，即 （1）确定公式中各参数的值：试选=1.3。由式（10-5）计算弯曲疲劳强度用重合度系数。=1.2786=0.8366由式（10-19），可计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数。=0.8076计算。由当量齿数=22.988，=134.646，查10-17得齿形系数=2.71,=2.18。由图10-18查得应力修正系数=1.56、=1.82。由图1024c查得小齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限Flim1500MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Flim2380MPa；由图1022查得弯曲疲劳寿命系数KFN10.92,KFN20.96。 取弯曲疲劳安全系数S1.4，由式（10-14）得=328.57MPa=260.57MPa=0.0128=0.01556因为大齿轮的大于小齿轮，所以取=0.01556试算模数=1.780mm调整齿轮模数计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度v。=28.986mm=1.07757m/s齿宽b。b=1x28.986mm=28.986mm齿宽高比b/h。=3.0134b/h=28.986/3.0134=9.619计算实际载荷系数。根据v=1.07757m/s,7级精度，由图108查得动载系数=1.06；N=N=94.643N/mm100N/mm查表10-3得齿间载荷分配系数=1.4。由表104用插值法查得齿向载荷分配系数=1.43,结合b/h=9.619,查图10-13，得=1.35故实际载荷系数K=1.547由齿根弯曲疲劳强度校核式代入数值得=226.5MPa1.210齿轮端面与内机壁距离8机盖，机座肋厚1010轴承端盖外径+（55.5）150轴承旁联结螺栓距离15010润滑和密封设计1.齿轮的润滑由于所设计的减速器的双级圆柱齿轮减速器， 两个大齿轮的转速均不高，均小于 12m/s，减速器的齿轮采用浸油润滑，由于高、低速级的大齿轮的尺寸不同，因而浸油深度就不一样。为了使两齿轮均润滑良好，推荐对大圆柱齿轮通至少一个齿高，即10mm，。而锥齿轮应浸入0.5到1个齿宽，但是不小于10mm，总体上油深不能超过大直齿圆柱齿轮分度圆直径的三分之一，因此确定油深度为60mm,最高深度为70mm，为保证润滑及散热的需要，减速器内应有足够的油量。根据运动粘度选择L-AN32型号的润滑油，其凝点为-5摄氏度，闪点为150摄氏度。2.轴承的润滑对于角接触球轴承， dn机械工业出版社2009；6刘朝儒彭福荫高治一机械制图（第四版)高等教育出版社编2001；7周明衡减速器选用手册化学工业出版社2002；8廖念钊古莹庵莫雨松李硕根杨兴骏互换性与技术测量（第四版）中国计量出版社2001。附录：减速器设计图四十