二级同轴式减速器机械设计基础课程设计说明书.docx
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二级同轴式减速器机械设计基础课程设计说明书
湖南电子科技职业技术学院
课程设计说明书
学生姓名：
学号：
系部：
机电工程
专业：
机电一体化
题目：
机械设计基础课程设计
指导教师:
职称:
教师
2011年12月
目录
一、设计任务书·······································3
二、传动方案分析····································5
三、电机的选择······································5
四、传动比分配······································6
五、运动及动力参数计算······························7
六、齿轮转动的设计··································9
七、轴的结构设计及计算·····························12
八、滚动轴承的选择及寿命···························21
九、键的选择及强度计算·····························23
一十、联轴器的选择···································24
一十一、箱体的结构设计······························25
一十二、密封件，润滑剂及润滑方式的选择··············26
一十三、设计小结····································26
一十四、参考文献····································27
一、设计任务书
1．设计目的：
1）、综合运用本课程的理论和生产实际知识进行设计训练，使所学的知识得到进一步的巩固和发展；
2）、学习机械设计的一般方法和步骤，初步培养学生分析和解决工程实际问题的能力，树立正确的设计思想，为今后毕业设计设计和工作打下良好的基础；
3）、进行方案设计、结构设计、机械制图和运用设计手册、标准及规范等技能的训练，使学生具有初步机械设计的能力。
2．设计内容和要求
技术要求：
工作条件：
连续单向运转，工作平稳，室内工作；输送带速度允许误差±5%；每天两班制工作，每年工作300天，使用期限15年,5年大修。
加工条件：
减速器成批生产，可加工7～8级齿轮
原始数据：
输送带主动轴转矩＝ 650 ，滚筒直径＝ 300，
输送带工作速度＝ 0.68 。
1、电动机2（6）、联轴器3、减速器
4、高速级齿轮5、低速级齿轮7输送机滚筒
3．设计工作任务及工作量的要求
电动机的选择与运动参数计算；
直齿齿轮传动设计计算
轴的设计
滚动轴承的选择
键和连轴器的选择与校核；
装配图、零件图的绘制
设计计算说明书的编写
4．设计成果形式及要求：
1、完整合理的设计计算说明书1本（25—35页，不少于3000字）
2、齿轮减速箱总装配图1张A1图纸（手绘）
3、轴类零件1张A3图纸（要求CAD出图）
4、齿轮零件1张A3图纸（要求CAD出图）
5、专业资料和参考文献阅读不少于5篇专业文献
二、传动方案分析
由题目所知传动机构类型为：
同轴式二级圆柱齿轮减速器。
故只要对本传动机构进行分析论证。
本传动机构的特点是：
减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。
结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，中间轴承润滑较困难。
考虑到使用寿命以及承载能力，减速器中齿轮采用圆柱斜齿轮；轴承选用滚动轴承；由于弹性联轴器的诸多优点，所以考虑选用它。
三、电动机的选择
1）电动机类型和结构的选择
因为本传动的工作状况是：
载荷平稳、单向旋转。
所以选用常用的封闭式Y
（IP44）系列的电动机。
2）电动机容量的选择
1）工作机所需功率
由任务书可知：
输送带主动轴转矩，滚筒直径＝350，输送带速
度＝0.68，可得滚筒转速
由式子：
2）电动机的输出功率
查课程设计指导书表12-7效率的选择：
弹性套柱销联轴器：
η1=0.99
8级精度圆柱齿轮传动：
η2=0.97
滚动轴承：
η3=0.98
传动滚筒效率：
η4=0.96
3）传动装置总效率为
电动机的工作功率
3）电动机转速的选择
按表2-1知，二级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为
符合这一范围的同步转速有，，三种，可查得
三种方案，见表2-2.
方案
电动机型号
额定功率/kw
电动机转速/（
同步转速
满载转速
1
Y112M-4
4
1500
1440
2
Y132M1-6
4
100
960
3
Y160M1-8
4
750
720
由前面计算可知工作机转速=43.31r/min，根据课程指导书表12-6常用机械传动的单级传动比推荐值，可选电动机主要有下表所列几种范围。
电动机同步转速
750
1000
1500
系统总传动比
17.317
23.089
34.632
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格以及总传动比，960转的低速电动机传动比虽小，但电动机极数大价格高，故不可取。
1440转的电动机重量轻，价格便宜，但总传动比大，传动装置外廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑，也不可取。
剩下两种相比，如为使传动装置结构紧凑，选用720转的电动机较好；如考虑电动机重量和价格，则应选用1440转的电动机。
综合考虑各方面因素，现选用同步转速为720转的电动机。
选用第三方案。
因此电动机型号为Y160M1-8，其主要性能如表2-3
型号
同步转速
额定功率
满载转速
堵转转矩/额定转矩
最大转矩/额定转矩
Y160M1-8
720r/min
4kW
720r/min
2.0
2.0
Y160M1-8电动机主要外形和安装尺寸见表2-4。
中心高
H
外形尺寸
安装尺寸
AB
轴伸尺寸
DE
平键尺寸
FG
160
四、传动比分配
1、传动装置的总传动比及其分配
总传动比
==
2、合理分配各级传动比：
由于减速箱是同轴式布置，所以＝。
因为＝17；所以＝=4；
五、运动及动力参数计算
计算与说明
结果
1、各轴的转速计算
I轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
滚筒轴
速度偏差为0.05%<5%，所以可行。
2、各轴输入功率的计算
按电动机的额定功率=4kw
计算各轴输入功率:
I轴的输入功率:
Ⅱ轴的输入功率：
Ⅲ轴的输入功率：
3、各轴的输入转矩计算
I轴的转矩N·m
Ⅱ轴的转矩N·m
Ⅲ轴的转矩N·m
滚筒轴转矩N.m
N·m
N·m
N·m
N.m
各轴转速、输入功率、输入转矩
项目
电动机轴
高速轴I
中间轴II
低速轴III
滚筒轴
转速（r/min）
720
720
180
45
45
功率（kW）
4
3.96
3.76
3.57
3.46
转矩（N·m）
53.06
52.53
199.49
757.63
734.29
传动比
1
1
4
4
1
效率
0.99
0.95
0.95
0.97
六、齿轮转动的设计
计算与说明
结果
1、齿轮设计：
因为齿轮有中等冲击，精度为7级，为防止小齿轮过早失效，采用软，硬齿面组合较为合理。
其失效形式以齿面疲劳点蚀为主。
1）确定配对齿轮的材料：
大，小齿轮均选45号钢，参照表9-4，大齿轮调质齿面硬度为（229~286）HBS。
小齿轮表面淬火齿面硬度为（40~50）HRC。
2）单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动:
输入转速n1=720r/min，i=4，可知输出转速n2=180r/min，为中速减速器中的齿轮，参照表9-5，初选定齿轮为7级精度。
3）查图9.34，可得：
σHlim1=1130MPa，σHlim2=570MPa
4）查图9.35，可得：
σFlim1=210MPa，σFlim2=180MPa
5）根据给定条件确定两轮循环应力作用次数：
查图9.32得：
=1.0查图9.33得=1.0
查图9.32得：
=1.14。
查图9.33得：
设备的可靠性要求较高，根据表9-10确定：
6）确定齿轮设计计算的部分参数。
小齿轮的名义转矩：
大齿轮的名义转矩：
齿轮传动有中等冲击，查表9-7，确定载荷系数K=1.5；
初步选定小齿轮的齿数=24，；
齿轮相对于轴承为对称布置，查表9-9，确定齿宽系数=1；
配对齿轮均为锻钢查表9-8，齿轮的材料系数
标准直齿圆柱齿轮啮合，查图9.31，齿轮传动的节点区域系数
7）齿面点蚀是齿轮传动的主要失效形式，故用齿面接触疲劳强度进行设计计算。
确定小轮直径：
==67.33
确定齿轮的模数：
，查表9-1圆整为标准值：
m=3
8）校验小轮的线速度：
经查表9-5知，7级精度齿轮符合要求。
9）强度齿轮的各基本参数。
齿轮分度圆直径：
齿轮的中心距：
齿宽：
，取
10）根据齿根弯曲疲劳强度进行校核。
查图9.36，得齿面的复合齿形系数为：
=40.22MPa小齿轮合格；
=38MPa大齿轮合格。
其他有关尺寸参看齿轮零件图。
齿轮的参数列表如下
名称
高速级
中心距a（mm）
180
法向模数
3
螺旋角
旋
向
小齿轮
右
大齿轮
左
齿
数
24
96
分度圆直径（mm）
72
288
齿顶圆直径（mm）
78
294
齿根圆直径（mm）
65.25
281.25
齿（mm）
宽
72
78
材料及热处理
45调质表面淬火
=24
=67.33
m=3
v=
=72，
a=180
=78
小齿轮合格
大齿轮合格
七、轴的结构设计及计算
计算与说明
结果
I轴输入轴的设计：
1）材料及热处理
考虑到I轴为高速，以及齿轮材料后，选I轴材料为45号钢，调质220~240HBS。
查[2]表12-3得，查[2]表12-3得。
2）轴的最小直径计算：
查[2]表12-2取C=117
根据公式有：
mm
考虑到与联轴器联接键槽,d值应增大5%，
3）初选联轴器
轴伸出段装有联轴器，考虑到补偿轴的可能位移，选用弹性柱销联轴器。
查[2]表4-1取K=1.5由，根据速度，考虑电机轴直径，查[3]表13-2电动机外伸直径为D=42mm，选用HL7型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为500,标准孔径，所以轴伸出段直径。
半联轴器与轴配合的毂孔长度为112mm。
4）I轴结构初步设计
因为I轴为装有联轴器的直齿轮轴，所以，结构采用外伸梁布局，外伸部分装联轴器，两轴承布置在齿轮轴段两端。
轴系采用两端单向固定布置，左右轴承均采用加轴肩定位，为避免因温度升高而卡死，轴承端盖与
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