机械设计之二级圆柱齿轮减速器.docx
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机械设计之二级圆柱齿轮减速器
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机械设计之二级圆柱齿轮减速器
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机械设计综合实践报告
——二级圆柱齿轮减速器
姓名：
学号：
指导老师：
东南大学机械工程学院
2010年1月日
摘要
摘要内容：
根据具体任务，完成了输送系统的减速器设计。
设计内容包括传动系统总体方案的确定，传动系统的设计，重要零件的设计计算，以及箱体的结构设计和一些辅助零件的设计，使自己对机械设计课程内容有了更深刻的认识。
初步掌握了机械设计的一般过程，训练了绘图能力以及应用AutoCAD的能力
关键词：
机械设计，减速器，传动系统
Abstract
Theabstractcontents:
Completedtotransportthedesignofthedecelerationmachineofthesystemaccordingtotheconcretemission,designacontentstoincludetospreadtomoveatotalprojectofsystemtoreallysettle,spreadthestructuredesignofthedesigncalculationandboxbodyof,mainsparepartsofmovethesystemwithsomedesignsthatlendsupporttozeropartses.Passthisdesignmakestheoneselfdesigntheprocesscontentstohavedepperunderstandingtothemachine,thefirststepcontrolledthegeneralprocessofthemachinedesign,traningthepaintingabilityandapplyinganAutoCADability.
Keyword:
Design,machine,principle,machine,
Spareparts,decelerateamachineandspreadtomovesystem.
摘要………………………………………………………………………………2
第一章绪论
1.1引言…………………………………………………………………4
1.2目的…………………………………………………………………4
第二章设计项目
2.1设计任务……………………………………………………………4
2.2传动方案的选择……………………………………………………5
2.3电动机的选择………………………………………………………5
2.4传动比的计算与分配………………………………………………6
2.5传动参数的计算……………………………………………………6
2.6各级传动零件的设计计算…………………………………………6
2.7轴的尺寸设计——按许用应力计算………………………………15
2.8联轴器的选择………………………………………………………17
2.9键的选择——按轴颈选择…………………………………………17
2.10滚动轴承的选择……………………………………………………18
2.11箱体及减速器附件说明……………………………………………19
2.12滚动轴承的外部密封装置…………………………………………20
第三章 装配图设计……………………………………………………20
第四章 零件图设计……………………………………………………22
第五章小结…………………………………………………………………23
第六章参考文献…………………………………………………………23
附页:
轴的强度校核受力分析图………………………………………24
绪论
1.1引言
机械设计综合课程设计是对我们一个学年内学习状况的考察，也是锻炼同学自主创新、设计及思考的一项课题。
本次机械设计课程设计的主题为“二级展开式圆柱齿轮减速器”，在设计过程中涉及到了很多在过去的一年中我们所学到的知识，例如齿轮、轴和与它们相关的知识。
这次是我们第一次接触实际进行设计，相信无论对于我们知识的强化还是创新能力、思考能力都是一次锻炼和挑战。
目的
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。
设计项目
2.1设计任务
带式运输机双级闭式齿轮传动装置设计
设计图例：
1—电动机2—V带传动3—二级圆柱齿轮减速器
4—联轴器5—卷筒6—运输带
设计要求：
1．设计用于带式运输机的传动装置
2．连续单向运转，载荷较平稳，空载起动，运输带允许误差为5%
3．使用期限为5年，小批量生产，两班制工作
设计基本参数：
设计任务:
1．完成装配图1张（A0），零件图（低速轴齿轮和低速轴）2张（A3）。
2．编写机械设计综合实践报告。
2.2传动方案设计
传动方案：
电动机通过带传动输入到双级圆柱齿轮减速器，其中高速级采用圆柱斜齿轮，低速级也采用圆柱斜齿轮。
然后低速级通过联轴器输入到滚筒上。
2.3电动机的选择
类型选择：
由于生产单位普遍使用三相交流电源，所以一般多选用三相交流异步电动机；此外，还应该根据电动机的防护要求，选择电动机的机构形式；根据电动机的安装要求，选择其安装形式。
额定功率选择：
电动机输出功率为Pｗ=Fv/1000=3500×0.5/1000=1.75kw
工作机所需功率为Pd=Pw/η=kFv/1000η（载荷平稳时k=1）
由电动机至工作机之间的总效率为：
η=
式中，η1、η2、η3、η4、η5分别为带、联轴器、齿轮、角接触球轴承和滚筒的效率。
查表21—1可取η1=0.96，η2=0.99，η3=0.97，η4=0.98，η5=0.96。
则η=0.96×0.99×0.972×0.984×0.96=0.7918
所以，
=7.1kw
（3）转速的选择：
按表1推荐传动比合理范围，v带传动取，二级圆柱齿轮传动比。
总传动比为，故电机可选范围：
。
符合范围的同步转速有1500r/min，3000r/min，综合考虑，选第一种方案，选择Y132M-4型电机。
所以得到
2.4传动比的计算与分配
（1）计算总传动比
输送机滚筒的转速n3=60000v/πD=60000×1.3/（π×370）=67.10r/min
总传动比i=n/n3=1440/67.10=21.46
（2）分配传动比（取i带=2.3）
齿轮减速器传动比i=i/i带=21.46/2.3=9.33.
由课程设计指导书中图（12）查得减速器高速级齿轮传动的传动比i1=3.5，因此低速级齿轮传动的传动比i2=i÷i1=9.33/3.5=2.666
2.5传动参数的计算
（1）各轴转速：
轴Ⅰn1=1440/2.3=626.10r/min
轴Ⅱn2=n1/i1=626.10/3.5=178.88r/min
轴Ⅲn3=n2/i2=178.88/2.666=67.10r/min
各轴输入功率：
轴ⅠP1=7.5×0.96=6.816kW
轴ⅡP2=6.816×0.98×0.97=6.479kW
轴ⅢP3=6.479×0.98×0.97=6.159Kw
各轴输出功率:
轴Ⅰ=6.816×0.98=6.680kw
轴Ⅱ=6.479×0.98=6.349kw
轴Ⅲ
各轴输入转矩:
电机输出转矩
轴ⅠT1=47.08×2.3×0.96=103.96N·m
轴ⅡT2=103.96×3.5×0.98×0.97=345.89N·m
轴ⅢT3=345.89×0.98×0.97×2.666=876.48N·m
滚筒轴
输出转矩为各自输入转矩乘以0.98，整理得下表：
2.6传动零件的设计计算
高速级大小齿轮均选用硬齿面渐开线斜齿轮
低速级大小齿轮均选用硬齿面渐开线斜齿轮
一、高速级齿轮的设计计算
1、齿轮材料、热处理及精度
小齿轮材料用45钢，调质+表面淬火，硬度为241～286HBS，平均硬度260HBS，大齿轮选用20Cr2Ni4A，渗碳+表面淬火、回火，硬度为305～405HBS，平均硬度355HBS。
因为为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。
根据图9.55和图9.58，
齿面最终成形工艺为磨齿。
齿轮精度按GB/T10095，6级，齿面粗糙度0.8um,齿根喷丸强化。
装配后齿面接触率为70%。
2、计算小齿轮传递的转矩
T1=103.96N·m
3、确定齿数z
取=24=i1×Z1=3.5×24=84（取）
传动比误差i1=/=84/24=3.5
△=︱（3.5-3.5）/3.5︱×100%=0允许
4、初选齿宽系数
由非对称布置，查表9.16得=0.6
5、初选螺旋角β=12°
6、载荷系数K
使用系数KA可由表9.11查得KA=1.0
动载荷系数KV假设齿轮圆周速度v=2.0m/s查图9.44得KV=1.08
齿向载荷分布系数预估齿宽b=40mm，查表9.13得=1.170初取b/h=6，再由图9.46查得=1.135。
齿间载荷分配系数由表9.12得==1.1。
载荷系数KK=KAKV=1.0
7、齿形系数YFa和应力修正系数Ysa
当量齿数Zv1=Z1/cos³β=24/cos³12°=25.64
Zv2=Z2/cos³β=84/cos³12°=89.76
查图9.53得YFa1=2.65，YFa2=2.18
由图9.54得Ysa1=1.59，Ysa2=1.78。
8、重合度系数Yε
端面重合度近似为
则重合度系数为
9、螺旋角系数
轴向重合度
10、许用弯曲应力
安全系数查表9.15得SF=16（按0.1%失效概率考虑）
小齿轮应力循环次数：
大齿轮应力循环次数：
查图9.59得寿命系数，
据式9.57，实验齿轮应力修正系数
由图9.60预取尺寸系数
许用弯曲应力
=
=
比较与，取==0.007486
11、计算模数
按表9.3取mn=2.0mm
12、计算主要尺寸
初算中心距
取α=110.4mm
修正螺旋角：
分度圆直径：
齿宽
取b2=30mm,b1=30+8=38mm
齿宽系数
13、验证载荷系数K
圆周速度
由图9.44查得kv=1.05，相差不大。
按，由表9.13查得
又因为：
b/h=
由图9.46查得，不变
又和不变，则K=1.3109
故无需校核大小齿轮齿根弯曲疲劳强度
14、确定载荷系数K
其中，=1.0，=1.05，，=1.170
K==
15、确定各系数
材料弹性系数ZE，由表9.14查得ZE=189.8
节点区域系数ZH，由图9.48查得ZH=2.45
重合度系数，由图9.49查得=0.756
螺旋角系数，
16、许用接触能力
试验齿轮的齿面接触疲劳极限
寿命系数，由图9.56查得，
工作硬化系数
尺寸系数，由图9.57查得
安全系数，由表9.15查得
则许用接触应力
取
17、校核齿面接触强度
满足齿面接触强度
18、计算几何尺寸
查GB/T1356-1988知
分度圆直径
齿顶高
齿根高
齿顶圆直径
齿根圆直径
二、低速直齿轮设计计算
选定齿轮材料、热处理及精度：
已知输出功率=6.349kw，小齿轮转速178.88r/min。
传动比=2.66，由高速级驱动，因传动比尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用20Cr2Ni4A，渗碳—淬火—回火，齿面硬度>60HRC；大齿轮用20Cr2Ni4A，渗碳—淬火—回火，齿面硬度>60HRC。
因为为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。
根据图9.55和图9.58，齿面最终成形工艺为磨齿。
齿轮精度按GB/T10095，取6级，齿面粗糙度0.8um,齿根喷丸强化。
装配后齿面接触率为70%。
初步设计齿轮传动的主要尺寸：
1、计算小齿轮传递的转矩
T1=345.89N·m
2、确定齿数z
取Z1=27Z2=i1×Z1=3.5×24=71.98（取）
传动比误差i1=Z2/Z1=72/27=2.667
△=︱（2.667-2.66）/2.667︱×100%=0.038%允许。
3、初选齿宽系数
由非对称布置，查表9.16得=0.6
4、初选螺旋角β=12°
5、载荷系数K
使用系数KA可由表9.11查得KA=1.0
动载荷系数KV假设齿轮圆周速度v=0.6m/s查图9.44得KV=1.03
齿向载荷分布系数预估齿宽b=40mm，查表9.13得=1.170初取b/h=6，再由图9.46查得=1.135。
齿间载荷分配系数由表9.12得==1.1。
载荷系数KK=KAKV=1.0
6、齿形系数YFa和应力修正系数Ysa
当量齿数Zv1=Z1/cos³β=27/cos³12°=28.85
Zv2=Z2/cos³β=72/cos³12°=76.93
查图9.53得YFa1=2.60，YFa2=2.27
由图9.54得Ysa1=1.60，Ysa2=1.73。
7、重合度系数Yε
端面重合度近似为
则重合度系数为
8、螺旋角系数
轴向重合度
9、许用弯曲应力
安全系数查表9.15得SF=16（按0.1%失效概率考虑）
小齿轮应力循环次数
大齿轮应力循环次数
查图9.59得寿命系数，
据式9.57，实验齿轮应力修正系数
由图9.60预取尺寸系数
许用弯曲应力
=
=
比较与，取==0.007651
10、计算模数
按表9.3取mn=2.5mm
11、计算主要尺寸
初算中心距
取α=126.5mm
修正螺旋角
分度圆直径
齿宽
取b2=42mm,b1=42+8=50mm
齿宽系数
12、验证载荷系数K
圆周速度
由图9.44查得kv=1.03，不变。
按，由表9.13查得
又因为：
b/h=
由图9.46查得，不变
又和不变，则K=1.368
故无需校核大小齿轮齿根弯曲疲劳强度
13、确定载荷系数K
其中，=1.0，=1.03，，=1.170
K==
14、确定各系数
材料弹性系数ZE，由表9.14查得ZE=189.8
节点区域系数ZH，由图9.48查得ZH=2.45
重合度系数，由图9.49查得=0.775
螺旋角系数，
15、许用接触能力
试验齿轮的齿面接触疲劳极限
寿命系数，由图9.56查得，
工作硬化系数
尺寸系数，由图9.57查得
安全系数，由表9.15查得
则许用接触应力
取
16、校核齿面接触强度
满足齿面接触强度
17、计算几何尺寸
查GB/T1356-1988知
分度圆直径
齿顶高
齿根高
齿顶圆直径：
齿根圆直径：
2.7轴的尺寸设计——按许用应力计算
轴Ⅰ的设计：
选材
选择轴材料为45钢、调质处理，硬度为217～255HBS。
由表19.1查得对称循环弯曲许用应力。
初步计算轴径
据式19.3取，由表19.3选参数A=115，得：
。
因为轴端开键槽，会削弱轴的强度，故将轴径增加4%～5%，取轴的直径为20mm
轴的结构设计
根据轴上的齿轮、轴承、轴承盖、圆盘等零件的装配方向、顺序和相互关系，轴上零件的布置方案如下：
根据轴的受力，选取7207C滚动轴承，其尺寸为，与其配合轴段的轴径为35mm，两端轴承采用套筒定位，由手册确定套筒处的直径为42mm，两轴承配合段长度为37mm。
具体方案见零件图。
轴结构的工艺性
取轴端倒角为，按规定确定各轴肩圆角半径，键槽位于同一轴线上。
轴Ⅱ的设计：
选材
选择轴的材料为40CrNi，查机械设计手册有：
，取，其硬度为5662HRC。
初步设计轴径
据式19.3取，由表19.3选参数A=115，得：
因为轴端开键槽，会削弱轴的强度，故将轴径增加4%～5%，取轴的直径为40mm
轴的结构设计
根据轴上的齿轮、轴承、轴承盖、圆盘等零件的装配方向、顺序和相互关系，周上零件的布置方案如下：
根据轴的受力，选取7208C滚动轴承，其尺寸为，与其配合轴段的轴径为40mm，其中一轴承末端采用套筒定位，由手册确定套筒处的直径为47mm，配合段长度20mm，一轴承末端也采用轴套作轴向定位,套筒长度为18mm。
用于周向定位大斜齿轮采用的平键尺寸为。
用于周向定位小斜齿轮采用的平键尺寸为。
轴的工艺性
取轴端倒角为，按规定确定各轴肩的圆角半径，键槽位于同一轴线上。
轴Ⅲ的设计：
选材
选择轴材料为40CrNi、调质处理，硬度为229～286HBS。
由表19.1查得对称循环弯曲许用应力。
初步计算轴径
据式19.3取，由表19.3选参数A=115，得：
。
因为轴端开键槽，会削弱轴的强度，故将轴径增加4%～5%，且需装联轴器，故取轴的直径为55mm。
轴的结构设计
根据轴上的齿轮、轴承、轴承盖、圆盘等零件的装配方向、顺序和相互关系，轴上零件的布置方案如下：
根据轴的受力，选取7212C滚动轴承，其尺寸为，与其配合轴段的轴径为60mm，其中一轴承采用轴肩定位，由手册确定轴肩处的直径为64mm，另一轴承采用套筒轴向定位，套筒长度为20mm。
用于周向定位大斜齿轮采用的平键尺寸为。
轴结构的工艺性
取轴端倒角为，按规定确定各轴肩圆角半径，键槽位于同一轴线上。
按照弯扭合成校核轴的强度
eq\o\ac（○,1）画轴空间受力图，将轴作用力分解为垂直面受力和水平面受力，取集中力作用于齿轮和轴承宽度的中点。
eq\o\ac（○,2）轴上受力分析
齿轮圆周力：
齿轮径向力：
齿轮轴向力：
eq\o\ac（○,3）计算作用于轴上的支反力
其中，
水平面内的支反力
垂直面内的支反力
eq\o\ac（○,4）计算轴的弯矩、并画弯矩图
计算截面C处的弯矩
分别画出垂直面和水平面的弯矩图，求和成弯矩并画其弯矩图
eq\o\ac（○,5）画扭矩图（g）（见后面）
eq\o\ac（○,6）校核轴的强度
其中取
故安全。
2.8联轴器的选择
由表18.1得，联轴器工作情况系数为k=1.3，T==876.48N·m，
Tc=k×T=1.3×876.48=1139.424N·m
查GB/T5014-1985，选择YL4型弹性柱销联轴器，J型轴孔，其公称转矩[T]=1250N·m，孔径d1=55mm,与轴配合为H7/k6，联轴器毂孔长107mm。
2.9键的选择——按轴颈选择
所有的键均采用45钢，[]=130MPa，大齿轮处键用特优质钢，取其[]=150MPa。
轴Ⅰ：
按轴径Φ=27选用A型平键，截面尺寸为b×h=8×7mm，键长41mm，选用一般键联接，轴N9，毂Js9。
强度校核：
，故合格。
轴Ⅱ：
按轴径Φ=50选用A型平键，截面尺寸为b×h=14×9mm，键长26.5mm，选用一般键联接，轴N9，毂Js9。
强度校核：
，故合格。
按轴径Φ=46选用A型平键，截面尺寸为b×h=14×9mm，键长44mm，选用一般键联接，轴N9，毂Js9。
强度校核：
，故合格。
轴Ⅲ：
按轴径Φ=55选用A型平键，截面尺寸为b×h=16×10mm，键长68m
选用一般键联接，轴N9，毂Js9。
强度校核：
，故合格。
②按轴径Φ=64选用A型平键，截面尺寸为b×h=18×11mm，键长36mm，选用一般键联接，轴N9，毂Js9。
强度校核：
，故合格。
2.10滚动轴承的选择
轴Ⅲ上的轴承：
根据工况，初选轴承角接触球轴承7212C。
查机械课程设计指导书，得：
。
再由表17.8得：
（轴承所受载荷平稳）
计算附加轴向力
计算轴承所受轴向载荷
因为，分析得知，右端轴承被“压紧”，左端轴承被“放松。
由此可得：
计算当量动载荷
左端轴承：
由表17.7，用线性插值法可求得：
0.4139，故
再由线性插入法，可得：
由此可得：
右端轴承：
由表17.7，用线性插值法求得，故
再由线性插入法，可得：
由此可得：
轴承寿命计算
因，故按右端轴承计算轴承寿命：
，故所选轴承7212C合格。
轴Ⅱ上的轴承：
根据工况,初选轴承角接触球轴承7207C。
查机械课程设计指导书得：
，dDB=40×80×18mm。
再由表17.8得：
（轴承所受载荷平稳），然后再应用上述方法进行轴承寿命校验，可知所选轴承符合要求。
轴Ⅰ上的轴承：
根据工况，初选角接触球轴承7208C。
查机械课程设计指导书，得：
，dDB=35×72×17mm。
再由表17.8得：
（轴承所受载荷平稳），然后再应用上述方法进行轴承寿命校验，可知所选轴承符合要求。
2.11箱体及减速器附件说明
箱体说明：
箱壳是安装轴系组件和所有附件的基座，它需具有足够的强度、刚度和良好的工艺性。
箱壳多数用HT150或HT200灰铸铁铸造而成，易得道美观的外表，还易于切削。
为了保证箱壳有足够的刚度，常在轴承凸台上下做出刚性加固筋。
当轴承采用润滑时，箱壳内壁应铸出较大的倒角，箱壳接触面上应开出油槽，一边把运转时飞溅在箱盖内表面的油顺列而充分的引进轴承。
当轴承采用润滑脂润滑时，有时也在接合面上开出油槽，以防润滑油从结合面流出箱外。
箱体底部应铸出凹入部分，以减少加工面并使支撑凸缘与地量好接触。
减速器附件说明：
1）视孔和视孔盖
箱盖上一般开有视孔，用来检查啮合，润滑和齿轮损坏情况，并用来加注润滑油。
为了防止污物落入和油滴飞出，视孔须用视孔盖、垫片和螺钉封死。
视孔和视孔盖的位置和尺寸由查表得到。
2）油标
采用油池润滑传动件的减速器，不论是在加油还是在工作时，均续观察箱内油面高度，以保证箱内油亮适当，为此，需在箱体上便于观察和油面较稳定的地方，装上油标油标已标准化。
3）油塞
在箱体最底部开有放油孔，以排除油污和清洗减速器。
放油孔平时用油塞和封油圈封死。
油塞用细牙螺纹，材料为235钢。
封油圈可用工业用革、石棉橡胶纸或耐油橡胶制成。
4）吊钩、吊耳和吊环螺钉
为了便于搬运减速器，常在箱体上铸出吊钩、吊耳或在箱盖上安装吊环螺钉。
起调整个减速器时，一般应使用箱体上的吊钩。
对重量不大的中小型减速器，如箱盖上的吊钩、吊耳和吊环螺钉的尺寸根据减速器总重决定，才允许用来起调整个减速器，否则只用来起吊箱盖。
5）定位销
为了加工时精确地镗制减速器的轴承座孔，安装时保证箱盖与箱体的相互位置，再分箱面凸缘两端装置两个圆锥销，以便定位。
圆锥销的位置不应该对称并尽量远离。
直径可大致取凸缘连接螺栓直径的一半，长度应
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