机械课程设计双级直齿圆柱齿轮减速器.docx
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机械课程设计双级直齿圆柱齿轮减速器
机械设计基础课程设计
COURSEPROJECT
题目：
双级直齿圆柱齿轮减速器
系别：
专业：
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
时间：
2.1.传动方案拟定6
3.1选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级………………………………
3.2初选主要参数…………………………………………………………………………
3.3按齿面接触疲劳强度计算……………………………………………………………
3.4确定模数………………………………………………………………………………
3.5按齿根弯曲疲劳强度校核计算………………………………………………………
3.6几何尺寸计算…………………………………………………………………………
3.7验算初选精度等级是否合适…………………………………………………………
4.1齿轮轴的设计……………………………………………………………………………
4.1.1确定轴上零件的定位和固定方式…………………………………………………
4.1.2按扭转强度估算轴的直径…………………………………………………………
4.1.3确定轴各段直径和长度……………………………………………………………
4.1.4求齿轮上作用力的大小、方向……………………………………………………
4.1.5轴承支承反力………………………………………………………………………
4.1.6弯矩图………………………………………………………………………………
4.1.7转矩图………………………………………………………………………………
4.1.8当量弯矩图…………………………………………………………………………
4.1.9判断危险截面并验算强度…………………………………………………………
4.2输出轴的设计计算………………………………………………………………………
4.2.1确定轴上零件的定位和固定方式…………………………………………………
4.2.2按扭转强度估算轴的直径…………………………………………………………
4.2.3确定轴各段直径和长度……………………………………………………………
4.2.4求齿轮上作用力的大小、方向……………………………………………………
4.2.5轴承支承反力………………………………………………………………………
4.2.6弯矩图………………………………………………………………………………
4.2.7转矩图………………………………………………………………………………
4.2.8当量弯矩图…………………………………………………………………………
4.2.9判断危险截面并验算强度…………………………………………………………
第5章滚动轴承的选择及校核计算……………………………………………………6
5.1输入轴的轴承设计计算…………………………………………………………………
5.1.1初步计算当量动载荷P……………………………………………………………
5.1.2求轴承应有的径向基本额定载荷值………………………………………………
5.1.3选择轴承型号………………………………………………………………………
5.2输出轴的轴承设计计算…………………………………………………………………
5.2.1初步计算当量动载荷P……………………………………………………………
5.2.2求轴承应有的径向基本额定载荷值……………………………………………
5.2.3选择轴承型号……………………………………………………………………
6.1输入轴和联轴器联接键的选择及计算……………………………………………
6.2输出轴和联轴器联接键的选择及计算……………………………………………
6.3输出轴和齿轮联接键的选择及计算………………………………………………
7.1减速器和输送带联接联轴器选择………………………………………………………
7.1.1类型选择…………………………………………………………………………
7.1.2载荷计算…………………………………………………………………………
7.1.3型号选择…………………………………………………………………………
7.2电动机和减速器联接联轴器选择………………………………………………………
7.2.1类型选择…………………………………………………………………………
7.2.2载荷计算…………………………………………………………………………
7.2.3型号选择…………………………………………………………………………
第8章密封和润滑的设计……………………………………………………………9
8.1密封………………………………………………………………………………
8.2润滑………………………………………………………………………………
第9章箱体及各附件的设计…………………………………………………………10
9.1箱体…………………………………………………………………………………
9.2视孔盖和窥视孔……………………………………………………………………
9.3油螺塞………………………………………………………………………………
9.4油标…………………………………………………………………………………
9.5通气孔………………………………………………………………………………
9.6启盖螺钉……………………………………………………………………………
9.7定位销………………………………………………………………………………
9.8吊钩…………………………………………………………………………………
设计小结……………………………………………………………………………………10
参考文献…………………………………………………………………………………11
第1章机械设计课程设计任务书
1.1.设计题目
设计用于带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器，如图如示。
参数
F
V
D
单位
N
m/s
mm
数据
2750
0.80
300
已知数据：
1.2.设计要求
1.减速器装配图A0一张
2.设计说明书一份约6000～8000字
1.3.课程设计目的
1.熟悉单级圆柱齿轮减速器的工作原理，设计和计算的方法；
2.运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识，解决材料的选择，强度计算和刚度计算，制造工艺和装配工艺等方面的问题。
3.熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准。
1.4.设计说明书的主要内容
封面（标题及班级、姓名、学号、指导老师、完成日期）
目录（包括页次）
设计任务书
传动方案的分析和拟定（简单说明并附传动简图）
电动机的选择计算
传动装置的运动及动力参数的选择和计算
传动零件的设计计算
轴的设计计算
滚动轴承的选择和计算
键联接选择和计算
联轴器的选择
设计小结（体会、优缺点、改进意见）
参考文献
1.5.课程设计日程安排
表1课程设计日程安排表
1）
准备阶段
12月27日～12月27日
1天
2）
传动装置总体设计阶段
12月28日～12月28日
1天
3）
传动装置设计计算阶段
12月29日～12月31日
3天
4）
减速器装配图设计阶段
1月3日～1月7日
5天
5）
零件工作图绘制阶段
1月8日～1月9日
2天
6）
设计计算说明书编写阶段
1月10日～1月10日
1天
7）
设计总结和答辩
1月11日
1天
第2章传动装置的总体设计
2.1.传动方案拟定
原始数据:
带速V=0.8m/s；
滚筒直径D=300mm；
运输带工作拉力:
F=2750N
2.2.电动机的选择
1）、电动机类型和结构的选择：
选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，价格低廉，维护方便，适用于无特殊要求的各种机械设备。
2）、电动机容量选择：
传动效率的确定：
式中参数：
—弹性联轴器的传动效率
—一对滚动轴承的传动效率
—8级精度的齿轮传动效率
—弹性联轴器的传动效率
—卷筒的传动效率
电机转速：
960
电动机所需工作功率为：
Ｐd＝ＰＷ／η总（kw）
ＰＷ＝ＦV/1000（KW）
所以：
电机所需的工作功率：
Pd =FV/1000η总
=（2750×0.8）/（1000×0.79）
=2.785（kw）
选用电机型号为Y132s-6额定功率P=3.0kw
2.3.确定传动装置的传动比
卷筒工作转速为：
n卷筒＝60×1000·V/（π·D）
=（60×1000×0.8）/（300·π）
=50.93r/min
总传动比i总=n电机/n卷筒=960/50.93=18.84
按展开式二级圆柱齿轮减速器推荐高级传动比i1=（1.3～1.5）i2，取i1=1.3i2，
得
取i1=4.90
i2=3.83取i2=3.78
2.4.传动装置的运动和动力设计
（1）计算各轴的转数：
Ⅰ轴：
nⅠ=n电动机=960（r/min）（电机轴）
Ⅱ轴：
nⅡ=nⅠ/i1
=960/4.9=195.9r/min
Ⅲ轴：
nⅢ=nⅡ/i2=195.9/3.78=51.83r/min
卷筒轴：
nⅣ=nⅢ=51.83r/min
（2）计算各轴的输入功率：
Ⅰ轴：
PⅠ=Pd×η01=Pd×η1
=2.785×0.96=2.67（kw）
Ⅱ轴：
PⅡ=PⅠ×η12=PⅠ×η2×η3
=2.67×0.98×0.97
=2.54（kw）
Ⅲ轴：
PⅢ=PⅡ·η23=PⅡ·η2·η3
=2.55×0.98×0.97
=2.41kw
卷筒轴：
PⅣ=PⅢ·η34=PⅢ·η2·η4
=2.42×0.98×0.96
=2.27kw
（3）计算各轴的输出功率：
由于Ⅰ～Ⅳ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：
故：
P’Ⅰ=PⅠ×η轴承=2.67×0.98=2.63KW
P’Ⅱ=PⅡ×η轴承=2.54×0.98=2.5KW
P’Ⅲ=PⅢ×η轴承=2.41×0.98=2.37KW
P’Ⅱ=PⅣ×η轴承=2.27×0.98=2.23KW
（4）计算各轴的输入转矩：
电动机轴输出转矩为：
Td=9550·Pd/nm=9550×2.785/960
=27.7N·m
Ⅰ轴：
TⅠ=9550·PⅠ/nⅠ=9550×2.67/960
=26.56N·m
Ⅱ轴：
TⅡ=9550·PⅡ/nⅡ=9550×2.54/195.9
=123.82N·m
Ⅲ轴：
TⅢ=9550·PⅢ/nⅢ=9550×2.41/51.83
=444.06N·m
卷筒轴输入轴转矩：
TⅣ=9550·PⅣ/nⅣ=9550×2.27/51.83
=418.26N·m
（5）计算各轴的输出转矩：
由于Ⅰ～Ⅳ轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴承效率：
则：
T’Ⅰ=TⅠ×η轴承
=25.56×0.98=25.05N·m
T’Ⅱ=TⅡ×η轴承
=123.82×0.98=121.34N·m
T’Ⅲ=TⅢ×η轴承
=444.06×0.98=435.18N·m
T’Ⅳ=TⅣ×η轴承
=418.26×0.98=409.9N·m
综合以上数据，得表如下：
轴名
效率P（KW）
转矩T（N·m）
转速n
r/min
输入
输出
输入
输出
电动机轴
2.785
27.66
960
Ⅰ轴
2.67
2.62
26.56
25.05
960
Ⅱ轴
2.54
2.49
123.82
121.34
195.9
Ⅲ轴
2.41
2.36
444.06
435.18
51.83
卷筒轴
2.27
2.22
418.26
409.9
51.83
第3章传动零件的设计计算
第一对齿轮传动的设计
3.1.1选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级
选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为220HBW，大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBW。
齿轮精度初选8级
3.1.2初选主要参数
Z1=20，u=4.90Z2=Z1·u=20×4.90=98
查教材表7.7得齿宽系数ψd=0.8
3.1.3按齿面接触疲劳强度计算
计算小齿轮分度圆直径
d1≥
确定各参数值
载荷系数查教材表7-6取K=1.0
小齿轮名义转矩
T1=26.56×103N·mm
③齿数比u=4.9
④许用应力
小轮的齿面硬度为220HBW，查7-21得
=550MPa，由图7-23得
=260MPa，取安全系数
=1，
=1.25，许用应力为：
大轮的齿面硬度为220HBW，查7-21得
=400MPa，由图7-23得
=170MPa，取安全系数
=1，
=1.25，许用应力为：
取两式计算中的较小值，即［σH］=400MPa
于是d1≥
=
=48.23mm
3.1.4确定模数
m=d1/Z1=48.23/20mm=2.41mm
由表7-1选取第一系列标准模数m=2
3.1.5按齿根弯曲疲劳强度校核计算
由齿根数Z1=20，Z2=98，查表7-8得齿形系数YF1=2.92,YF2=2.20.代入校核公式:
故满足齿根弯曲疲劳强度要求
3.1.6几何尺寸计算
d1=m·Z1=2×20=40mm
d2=m·Z2=2×98=196mm
a=m×（Z1+Z2）/2=2×（20+98）/2=118mm
大齿轮宽度b2=ψd×d1=0.8×40=32mm圆整b2=35mm
取小齿轮宽度b1=b2+10mm=45mm
3.1.7验算初选精度等级是否合适
齿轮圆周速度:
v=π·d1·n1/（60×1000）
=3.14×40×960/（60×1000）
=2.01m/s
对照教材表7-4可知选择8级精度合适。
第二对齿轮传动的设计
3.2.1选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级
选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为220HBW，大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBW。
齿轮精度初选8级
3.2.2初选主要参数
Z3=23，u=3.78Z4=Z3·u=23×3.78=87
查教材表7.7得齿宽系数ψd=0.8
3.2.3按齿面接触疲劳强度计算
计算小齿轮分度圆直径
D3≥
确定各参数值
载荷系数查教材表7-6取K=1.0
小齿轮名义转矩
T2=123.82×103N·mm
③齿数比u=3.78
④许用应力
小轮的齿面硬度为220HBW，查7-21得
=550MPa，由图7-23得
=260MPa，取安全系数
=1，
=1.25，许用应力为：
大轮的齿面硬度为220HBW，查7-21得
=400MPa，由图7-23得
=170MPa，取安全系数
=1，
=1.25，许用应力为：
取两式计算中的较小值，即［σH］=400MPa
于是d3≥
=
=82mm
3.2.4确定模数
m=d3/Z3=82/23mm=3.57mm
由表7-1选取第二系列标准模数m=3
3.2.5按齿根弯曲疲劳强度校核计算
由齿根数Z3=23，Z4=87，查表7-8得齿形系数YF3=2.92,YF4=2.24.代入校核公式:
故满足齿根弯曲疲劳强度要求
3.2.6几何尺寸计算
d3=m·Z3=3×23=69mm
d4=m·Z4=3×87=261mm
a=m×（Z3+Z4）/2=3×（23+87）/2=165mm
大齿轮宽度b4=ψd×d3=0.8×69=55.2mm圆整b4=60mm
取小齿轮宽度b3=b4+10mm=70mm
3.2.7验算初选精度等级是否合适
齿轮圆周速度:
v=π·d3·n2/（60×1000）
=3.14×69×195.9/（60×1000）
=0.577m/s
对照教材表7-4可知选择8级精度合适
第4章轴的设计计算
齿轮轴的设计
4.1齿轮轴Ⅰ（输入轴）的设计
4.1.1按扭转强度估算轴的直径
选用45#调质，硬度217~255HBW，轴的输入功率为PⅠ=2.67kw，转速为nⅠ=960r/min
根据教材P230（13-2）式，并查表13-2，取A=118
d≥
4.1.2确定轴各段直径和长度
（1）从联轴器开始右起第一段，由于联轴器和轴通过键联接，则轴应该增加5%，圆整后取D1=22mm，又联轴器长度L=60mm
则第一段长度L1=58mm
（2）右起第二段直径取D2=25mm,根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面和带轮的左端面间的距离为30mm，则取第二段的长度L2=70mm
（3）右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6206型轴承，其尺寸为d×D×B=30×62×16，那么该段的直径为D3=Φ30mm，长度为L3=20mm
（4）右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=35mm，长度取L4=10mm
（5）右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为Φ44mm，分度圆直径为Φ40mm，齿轮的宽度为45mm，则此段的直径为D5=44mm，长度为L5=45mm
（6）右起第六段，应为轴Ⅱ两齿轮的安装留出充足空间,留出130mm的长度,D6=30mm
（7）右起第七段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D7=40mm，长度取L7=10mm
（8）右起第八段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D8=35mm，长度L8=18mm
4.1.3求齿轮上作用力的大小、方向
（1）小齿轮分度圆直径：
d1=40mm
（2）作用在齿轮上的转矩为：
T1=2.656×104N·mm
（3）求圆周力：
Ft
Ft=2T1/d1=2×2.656×104/40=1330.N
（4）求径向力Fr
Fr=Ft·tanα=1330×tan20°=500N
4.2齿轮轴Ⅱ（中间轴）的设计计算
4.2.1按扭转强度估算轴的直径
选用45#调质，硬度217~255HBS，轴的输入功率为PⅡ=2.54KW，转速为nⅡ=195.9r/min
根据教材P230（13-2）式，并查表13-2，取A=118
d≥
4.2.2确定轴各段直径和长度
（1）轴应该增加5%，圆整后取D=35mm，右起第一段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6207型轴承，其尺寸为d×D×B=35×75×17，那么该段的直径为D1=35mm，长度为L1=20mm
（2）右起第二段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D2=40mm，长度取L2=15mm
（3）右起第三段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的分度圆直径为Φ196mm，齿轮的宽度为35mm，则此段的直径为D3=45mm，长度为L3=35mm
（4）右起第四段,此处应留出60mm的距离以免齿轮打齿,则此段的直径为D4=50mm，长度为L4=60mm
（5）右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮Ⅲ的分度圆直径为Φ75mm，齿轮的宽度为69mm，则此段的直径为D5=75mm，长度为L5=70mm；
（6）右起第六段,留出直径为60mm,宽为6mm的一段距离.
（7）右起第七段，该段为滚动轴承的定位肩位置，则此段的直径为D7=40mm，长度为L7=10mm；
（8）右起第八段，该段为滚动轴承的安装位置，则此段的直径为D8=35mm，长度为L8=17mm；
4.3齿轮轴Ⅲ（输出轴）的设计计算
4.3.1按扭转强度估算轴的直径
选用45#调质，硬度217~255HBS，轴的输入功率为PⅡ=2.41kw，转速为nⅡ=51.83r/min
根据教材P230（13-2）式，并查表13-2，取A=118
d≥
4.3.2确定轴各段直径和长度
（1）从联轴器开始右起第一段，由于联轴器和轴通过键联接，则轴应该增加5%，圆整后取D1=50mm，则第一段长度L1=112mm
（2）右起第二段直径取D2=65mm
根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面和带轮的左端面间的距离为55mm，则取第二段的长度L2=74mm
（3）右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6212型轴承，其尺寸为d×D×B=60×110×22，则该段的直径为D3=Φ60mm，长度为L3=22mm
（4）右起第四段，此处留出D4=65mm，长度取L4=113mm
（5）右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的分度圆直径为Φ261mm，齿轮的宽度为60mm，则此段的直径为D5=75mm，长度为L5=60mm
（6）右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=80mm，长度取L6=16mm
（7）右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=60mm，长度L7=22mm
4.3.3求齿轮上作用力的大小、方向
（1）大齿轮分度圆直径：
d4=261mm
（2）作用在齿轮上的转矩为：
T4=4.1826
10
N·mm
（3）求圆周力：
Ft
Ft=2T4/d4=2×4.182
10
/261=3204N
（4）求径向力Fr
Fr=Ft·tanα=4341×tan20°=1166N
4.3.4轴承支承反力
根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。
L1为齿轮到A轴承距离L1=154mm，L2为齿轮到B轴承的距离L2=57mm
水平面的支反力：
RAH=
=426.8N
RBH==Fr—RAH=1153.2N
垂直面的支反力：
由于选用深沟球轴承则Fa=0，那么RAV=RBV=Ft/2=2170.5N
轴承A总的支反力：
RA=
=2212.06N
轴承B总的支反力：
RB=
=2457.83N
4.3.5弯矩图
水平面上弯矩：
M=65.727N·m
垂直面上弯矩：
Mv=334.257N·m
合成弯矩：
4.3.6转矩图
T=5.665
10
N·mm
4.3.7当量弯矩图
因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6
可得右起第四段剖面C处的当量弯矩：
4.3.8判断危险截面并验算强度
右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径和相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。
已知Mca=481.2Nm,
［σ
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