二级圆柱齿轮减速器设计过122.docx
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二级圆柱齿轮减速器设计过122
机械设计课程设计
题目：
院（系、部）：
机械工程学院
姓名：
班级：
学号：
指导教师：
2014年1月5日
设计任务
目录
一、传动装置总体设计
1.选择电动机
2.计算传动装置的总传动比及分配
3.传动装置运动及动力参数
二、传动零件设计
1.带传动的设计计算
2.齿轮传动的设计计算
3.联轴器的选择计算
三、轴的结构设计
1.高速轴的设计
2.中间轴的设计
3.低速轴的设计
四、键的选择与校核
五、轴承的设计与校核
六、箱体及附件的设计
七、主要零件的三维造型及装配造型
八、绘制工程图
九、设计体会
十、参考资料
十一、机械设计课程设计教学大纲
一、传动装置总体设计
1.选择电动机
选择电动机的容量应保证额定功率Ped等于或大于工作机所需电动机功率Pd
（1）电动机所需工作功率Pd
Pw-工作机所需功率，KW，η-电机至工作机总效率（参见机械设计课程设计P14表2-3）
确定传动装置总效率（以下图为例）：
（2）工作机所需功率Pw
滚筒轴的工作转速:
F-工作机工作阻力，N；V-工作机线速度，m/s；T-工作机阻力矩，mN；nw-工作机转速，转/分。
（3）确定电动机转速
选择电机为Y系列三相异步电动机，参见课程设计指导书p18516-1
电机同步转速有：
300015001000750
（注意：
减速机采用二级减速器，如果采用直齿圆柱齿轮传动，电机和减速机采用V带传动，则总传动比ia不得小于1.5*5*4=30，根据ia，选定电机的额定转速不能小于30nw）
初步确定传动比分配：
初步确定带传动传动比：
初步确定第一级齿轮传动传动比：
初步确定第二级齿轮传动传动比：
最后确定电机所需功率Ped及转速。
2.计算传动装置的总传动比及分配
（1）确定总传动比ia
（2）分配各级传动比：
i1—带传动传动比；i2—第一级齿轮传动传动比；i3—第二级齿轮传动传动比；
3.传动装置运动及动力参数
（1）计算各轴的功率P、转速n和转矩T
注意：
A．按工作机所需电动机功率Pd计算，而不按电动机额定功率Ped计算。
B．设计轴时应按其输入功率计算、设计传动零件时应按主动轴的输出功率计算。
如图1二级齿轮减速器传动示意图
如图1所示为二级齿轮减速器传动示意图，计算方法参见课程设计指导P19。
各轴传动功率及扭矩列汇总表：
二、传动零件设计
1.带传动的设计计算（参见机械设计教材P151）
（1）确定计算功率Pca＝KAP（KA工况系数，参见机械设计教材P156表8-8）
（2）根据n1、Pca选择带的型号（参见机械设计教材P157图8-11）
（3）确定带轮基准直径dd1、dd2（参见机械设计教材P157表8-9）
（带轮愈小，弯曲应力愈大，所以dd1≥dmin）
（4）验算带速v（v＝5～25m/s）
（v越大，离心应力越大。
一般取V=5-25m/s）
（5）计算大带轮的基准直径dd2
dd2=idd1，并根据机械设计教材P157表8-9加以圆整。
（6）确定中心距a，并选择V带的基准长度Ld
1）初选中心距a0
0.7（dd1+dd2）≤a0≤2（dd1+dd2）
2）初定V带基准长度：
根据Ld0由机械设计教材P145表8-2选取接近的基准长度Ld，然后计算中心距：
考虑带的制造误差等，常给出带中心距变动范围为：
amin=a-0.015Ld
amax=a+0.03Ld
（7）验算主动轮的包角α1
若包角过小，可增大中心距和带长。
（
8）计算带的根数z
P0—单根普通V带的基本额定功率，参见机械设计教材P151表8-4；
△P—单根V带额定功率的增量，参见机械设计教材P153表8-5；
kL—带长修正系数，参见机械设计教材P145表8-2；
Ka—包角修正系数，参见机械设计教材P155表8-6；
（9）确定初拉力F0
Pca-计算功率kw；
q-V带每米长的质量参见机械设计教材P149表8-3，kg/m；
z-V带根数；
v-带速m/s；
ka-包角修正系数。
（10）计算压轴力FP
α1-小带轮包角
（11）带轮结构设计
1）带轮材料：
铸铁，常用材料的牌号为HTl50或HT200；转速较高时宜采用铸钢；小功率时铸铝或塑料。
2）根据带轮基准直径选择结构型式：
a实心式b腹板式c孔板式d轮辐式
2.齿轮传动的设计计算
直齿轮设计参见机械设计教材P210例题10-1，斜齿轮设计参见机械设计教材P220例题10-2
（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
选择直齿轮或斜齿轮传动，选用8或7级精度
选择齿轮材料：
经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢，对于强度速度要求不高的齿轮，采用软齿面（硬度≤350HBS），配对齿轮要求：
小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度稍高于大齿轮（约30~50HBS）。
（见机械设计教材P191表10-1）
（2）选择小齿轮齿数Z1和大齿轮齿数Z2
闭式齿轮传动：
Z1=20-40；一般Z1和Z2互为质数。
（3）按齿面接触疲劳强度设计（参见机械设计教材P212）
求出d1→选择z1→计算m=d1/z1
（4）按齿根弯曲疲劳强度校核（参见机械设计教材P216）
（5）齿轮几何尺寸计算
包括分度圆直径、中心距和齿宽
（6）齿轮的结构设计（如图2所示为齿轮结构图）
采用齿轮轴
如图2齿轮结构图
（7）齿轮传动的润滑（见机械设计教材P234表10-8、表10-9）
●当齿轮的圆周速度:
v>12m/s时，采用喷油润滑
●当齿轮的圆周速度:
v<12m/s时,一般采用浸油润滑。
●当齿轮的圆周速度:
v<1.5~2m/s时，因飞溅到箱壁上的油量很少不能满足轴承的润滑的需要，则轴承常用润滑脂单独润滑。
3.联轴器的选择计算
（1）选择联轴器类型（参见机械设计课程设计P144表14-1，14-2等）；
（2）计算联轴器的计算转矩：
Tca=KAT（工作情况系数KA见机械设计教材P347表14-1）
（3）确定联轴器的型号：
Tca≤[T]（参见机械设计课程设计P144表14-1，14-2等）
（4）校核最大转速：
n≤nmax
（5）协调轴孔直径
三、轴的结构设计
1.高速轴的设计
如图3高速轴结构示意图
如图3所示为高速轴结构示意图
（1）d①的确定:
注意：
d①=（0.8~1.2）D（D为所选电机的轴径）
L①长度小于安装在该段上的带轮宽度1-2mm；
（2）d②的确定:
d②:
带轮右端的定位轴肩
●d②=d①+2h1=d①+2h1
●h1=（2+0.07）d①
h:
定位轴肩的高度
L②长度要保证带轮与轴承盖离开10~20mm；
（3）d③的确定：
d③为安装轴承的位置，L③与L②之间有非定位轴肩，该段轴肩可以任意选取，但不宜过大，一般选取h2=1~5mm为宜。
d③=d②+2h2（一定要选取5的倍数）。
除了轴承的宽度以外，该段轴也可以留出安装固定齿轮的套筒的长度。
注意：
d③=d⑦,轴承是成对安装；
（5）d④的确定:
d④与齿轮配合的轴段，L④和L③之间是非定位轴肩，轴肩可以任意选取，但不宜过大，一般选取h3=1~5mm为宜，d④=d③+2h3
注意：
该段轴的长度要比轴上安装的齿轮的宽度小2~5mm。
（6）d⑤的确定:
d⑤固定齿轮的轴环，L⑤和L④之间是定位轴肩，一般选取h4=2+0.07d4mm为宜，
d⑤=d④+2h4。
（7）d⑥的确定:
为过渡段，L⑥和L⑦之间是定位轴肩，该轴肩的高度不得超过轴承的内圈厚度。
（8）d⑦的确定：
d③=d⑦，L⑦长度与所选轴承宽度相等（参见机械设计课程设计p120）。
完成高速轴草图如图4所示：
图4高速轴草图
（9）初选轴承（高速轴）
1）如果选用直齿圆柱齿轮，则没有齿轮的轴向力，因此可以选用6类轴承；如果轴向力不大也可选用6类轴承；如果有较大轴向力，可选用7类或3类轴承；
2）轴承内径由d③和d⑦确定，建议初选轻载系列。
如d③=40，选用深沟球轴承，则初选的型号为6208
3）布置齿轮：
参考机械设计课程设计指导书
4）齿轮与齿轮间的距离一般选取5~20mm，齿轮与箱体内壁之间的距离也可选用5~20mm。
2.低速轴的设计
（1）根据减速机输出轴的转矩T3，选择联轴器（参考教材和指导书），确定联轴器的型号，因此也就确定了联轴器的内径D，和半联轴器的长度L；
（2）d①安装联轴器的那一段）一定要等于联轴器的内径（d①=D），该段轴的长度
L①=L-3~5mm；
（3）d②要计算安装联轴器的定位轴肩h1=2+0.07d1来确定，d②=d①+2h1。
L②长度，要保证联轴器与低速端轴承盖离开10~20mm；
（4）d③是安装轴承的，该段轴与d②之间有非定位轴肩，该段轴肩可以任意选取，但不宜过大，一般选取h2=1~5mm为宜，d3=d2+2h2（一定要选取5的倍数）。
除了轴承的宽度以外，该段轴也可以留出安装固定齿轮的套筒的长度；
（5）d④安装齿轮的，d④和d③轴之间是非定位轴肩，轴肩可以任意选取，但不宜过大，一般选取h3=1~5mm为宜，d4=d3+2h3
（6）d⑤固定齿轮的轴环，d⑤和d④之间是定位轴肩，一般选取h4=2+0.07d4mm为宜，d5=d4+2h4。
该段轴的长度要比轴上安装的齿轮的宽度小2~5mm
（7）d⑥的确定:
为过渡段，L⑥和L⑦之间是定位轴肩，该轴肩的高度不得超过轴承的内圈厚度。
（8）d⑦的确定：
d③=d⑦，L⑦长度与所选轴承宽度相等（参见机械设计课程设计p120）。
绘制低速轴草图如图5：
图5低速轴草图
（9）初选轴承（低速轴）
1）如果选用直齿圆柱齿轮，则没有齿轮的轴向力，因此可以选用6类轴承；如果轴向力不大也可选用6类轴承；如果有较大轴向力，可选用7类或3类轴承
2）轴承内径由第三段和第七段的轴径确定，建议初选轻载系列。
如d3=50，选用深沟球轴承，则初选的型号为6210
3）布置齿轮：
参考课程设计指导书
4）齿轮与齿轮间的距离一般选取5~20mm，齿轮与箱体内壁之间的距离也可选用5~20mm
3.中间轴的设计
（1）轴承的类型一般选用与高速轴一致；
（2）内径的大小可以取高速轴和低速轴的中间值，如高速轴选的6208，低速轴选的6210，则中间轴的轴承可初选6209；
（3）中间轴的结构设计略（参考高速轴和低速轴）；
（4）绘制草图：
布置好齿轮之后，在0号或1号坐标纸上绘制草图，先绘制俯视图，注意各轴相互之间的位置关系。
1）绘制箱体内壁，（注意，箱体内壁与齿轮间应留出5~20mm的距离）；
2）绘制轴承，轴承画法参见机械设计课程设计P214，轴承与箱体内壁应有5mm左右的距离，避免轴承悬空；
3）绘制高速轴，高速轴的第一段距离轴承盖要留出距离，避免带轮与轴承盖干涉，考虑拆装轴承端盖时螺钉所需长度。
（参考高速轴的尺寸部分）；
4）绘制中间轴轴（中间轴的两端的轴承盖都是闷盖），注意高速轴和中间轴位置配合关系，参见机械设计课程设计P214；
5）绘制低速轴，低速轴的第一段距离轴承盖要留出距离，避免联轴器干涉（参考高速轴的尺寸部分）。
确定各轴正确位置草图如图6所示。
图6确定各轴正确位置
4．高速轴的校核
高速轴简化力学模型（如图7所示）
图7高速轴简化力学模型
图8水平面和垂直面的弯矩图以及扭矩图
（1）根据求出的轴承的支反力，绘制轴在水平面和垂直面的弯矩图以及扭矩图（如图8所示）；
（2）求出当量弯矩，
α：
考虑扭矩和弯矩应力循环特性差异的系数；扭转切应力为脉动循环应力、对称循环应力时，分别取α=0.6、1。
（3）精确校核输出轴的强度（参见机械设计教材P367）
5．低速轴的校核
低速轴简化的力学模型（如图9所示）
图9高速轴简化力学模型
（1）根据求出的轴承的支反力，绘制轴在水平面和垂直面的弯矩图以及扭矩图；
（2）求出当量弯矩；
（3）精确校核输出轴的强度（参见机械设计教材P367）。
四、键的选择与校核
安装带轮、联轴器和齿轮（大多为四个齿轮，分流式六个齿轮），除齿轮轴外都要采用普通平键连接，所有键的强度都需要校核；
●键的截面尺寸根据轴径选取，键的长度根据轴的长度确定；
●如果校核后键的强度不够，可以加大轮毂长度或采用双键。
1．键的材料及其尺寸选择
材料:
20，Q235-A钢
键的尺寸:
参见机械设计课程设计P115，表11-26由轴的直径d确定键宽b、键高h，键长L，L=B-（5～10）；B为轮毂的长度（如图10所示为低速轴键选择示意图）。
2．平键联接的失效和强度校核
平键联接的主要失效形式:
工作面的压溃
强度条件:
如图10低速轴键选择示意图
五、轴承的设计与校核
1．根据减速器各轴的尺寸和齿轮的受力，求出轴承的支反力；
2．按照教材轴承的校核步骤，分别校核三对轴承的寿命（参见机械设计教材P315）；
。
3．如果寿命大于预期寿命则初选的轴承可用，否则，根据计算出的轴承的当量动载荷，重选轴承。
如果球轴承的寿命不够，也可换用滚子轴承。
六、箱体及附件的设计
图11所示为二级齿轮减速器箱体结构图，尺寸确定参见机械设计课程设计P30表4-1。
图11二级齿轮减速器箱体结构图
箱座壁厚:
δ=0.025a+3≥8（a为中心距）
轴承旁联接螺栓至箱体外壁的距离:
C1
轴承旁联接螺栓至凸缘边缘的距离:
C2（见:
P30表4-1）
轴承旁联接螺栓的直径:
d1
七、主要零件的三维造型及装配造型
1．完成轴类零件三维造型（如图12所示为齿轮轴三维造型图）
图12齿轮轴三维造型
2．完成齿轮三维造型
3．完成箱体三维造型
4．完成装配造型（如图13所示）
图13二级齿轮减速器三维装配造型
八、绘制工程图
1．完成轴零件工程图绘制（高速轴、中间轴、低速轴）；
2．完成齿轮零件绘制（4张零件图）；
3．完成箱体零件图绘制（2张零件图）；
4．完成装配图绘制
绘图时注意图框、标题栏、零件编号、技术要求、形位公差、尺寸公差、材料、热处理、粗糙度等的正确标注。
参见机械设计课程设计P214-240
九、设计体会
十、参考资料
《机械设计与制造主题实践
（二）》教学大纲
课程编号：
MEE02702
课程名称：
机械设计与制造主题实践
（二）
学分/学时：
3/3周
英文名称：
Topicpracticeofmechanicaldesignandmanufacture（Ⅱ）
大纲执笔人：
姬宜朋、蔡晓君
大纲审核人：
蔡晓君
适用专业：
机械设计及自动化、机械电子
先修课程：
普通物理、理论力学、机械制图、机械设计与制造
（一）
（二）
大纲更新时间：
2014年10月20日
一、教学基本目标：
机械设计与制造主题实践
（二）旨在为机械类学生提供机械结构设计的实践训练，通过实践环节的训练，加强学生的感性认识，巩固理论知识的学习，强化基本原理基本概念的理解，培养理论联系实际的工作作风；通过自主设计，培养学生系统的利用所学理论知识和工具软件进行机械结构设计的能力，掌握通用机械产品结构设计的基本方法。
1．综合运用理论课程及其他已修课程的理论和生产实际知识进行机械结构设计训练，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展。
2．学习和掌握通用机械零部件、机械传动及一般机械设计的基本方法及步骤，培养工程设计能力和分析问题、解决问题的能力。
3．提高学生在计算、制图、运用设计资料、进行经验估算、考虑技术决策等机械设计方面的基本技能。
4．培养学生的工程意识及实际动手能力，训练学生完成产品和机械结构设计的能力。
二、学习收获：
实践训练以机械结构设计为着眼点，将相关理论课程中的各种理论和方法融会贯通，综合运用相关理论知识，分析和解决工程的实际问题，巩固和加深学生所学的理论知识。
使学生感性的认识机械传动结构，对机械结构的分析与设计方法有一个较完整的概念。
在此基础上进行自主的结构设计，培训其初步的机构设计能力、开发和创新机械产品的意识。
在实践内容的设置上，充分考虑学生的积极性和主动性的调动，从培养学生能力出发，锻炼其归纳和整理资料,分析处理信息的能力；提高其运算、绘图、运用专业软件完成机械系统结构设计的独立工作能力。
通过编写说明书、答辩等训练，培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。
1．能够根据机器功能要求，制定或分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零部件。
2．能够根据工况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择材料，正确计算零件工作能力，确定传动零件的主要参数和尺寸。
3．充分考虑加工工艺，安装与调整，使用与维护，经济和安全等问题对机器和零件进行结构设计。
4．设计的图纸视图投影正确，符合制图标准；尺寸公差标注正确，技术要求合理。
5．掌握用计算机绘图的能力。
三、内容提要与要求
（一）内容提要
1．建议设计题目类型：
设计题目分为三类。
第一类为基本题目，即通用机械传动装置设计。
题目类型和数据见《机械设计课程设计》。
这类题目的比例可在50%-60%；第二类为机械创新设计题目，类型结合全国机械创新设计大赛，由教师确定，比例所占10%-20%；第三类为学生自选题，比例占10%-20%左右，其工作量相当于二级齿轮减速器设计或单级蜗杆减速器设计。
2．设计准备：
根据设计任务书要求，明确设计目标、工作条件、内容和步骤；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定设计计划。
3．传动装置的总体设计：
根据任务书中所给参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率；完成传动装置方案简图。
4．各级传动零件的设计计算：
通过设计计算，确定各传动零件的主要参数和尺寸，一般包括带传动、联轴器、齿轮传动（或蜗杆蜗轮传动）、轴承选择校核、轴结构设计等。
5．主要零部件的三维造型设计与三维装配设计：
在设计过程中应注重三维设计软件的应用与训练，在完成机械零部件初步结构设计后，能够运用三维设计软件完成主要零件的三维造型设计、三维装配设计等，并进行装配干涉检查，并可选择进行主要零件有限元分析，对所做设计进行修正。
6．设计图纸：
学生应完成的工作量为手绘装配草图一张（A0或A1图幅），AUTOCAD总装配图一张（A0或A1图幅），零件工作图若干张，通常箱体类零件工作图（A2图幅一张），齿轮（或蜗轮）和轴类零件工作图（A3或A4图幅4-6张），采用计算机绘图或符合国家标准的投影图。
自选题目的工作量与上述相当即可。
7．设计计算说明书：
设计计算说明书是最重要的技术文档之一，每个课程设计小组或个人都必须按规定格式整理和编写一份《机械设计课程设计说明书》。
说明书以设计计算内容为主，包括：
确定传动装置总体方案，电动机选择，传动装置的运动学和动力学计算，传动零件的设计计算，轴、轴承、键联接的校核计算，联轴器的选择等内容。
8．产品模型制作：
对具有创新性结构新的设计，教师可要求学生制作产品模型，通过设计-制作一体化训练，提高学生的动手能力和工程素质。
9.答辩:
答辩以小组或个人为单位，学生须向教师展示设计方案、设计计算过程、零部件三维造型设计、工程图等，每个设计题目答辩时间为10-15分钟，其中学生演讲8分钟，教师提问7分钟。
（二）基本要求
1.必须完成机械设计与制造主体实践
（二）的所有内容，并具有完整方案说明书；
2.主题设计方案必须体现实践设计过程，并有一定的创新；
3.实践以小组或个人为单位进行，组织学生对机器的结构、传动方式、工作原理等进行分析学习，最终具有独立设计能力。
组内每个同学均需根据各人的设计参数独立完成整个结构的设计工作、三维模型建造和装配，所设计的机构能够满足方案设计的所有要求；
4.总体结构和传动方案确定后，能够利用已学知识对承载零件进行力学分析，并设计出符合工艺要求的零件结构；
5.每个学生可利用UG/ProE/Solidworks等三维建模软件完成机械零件和装配的三维设计，并根据装配模型，对设计进行修正，对重要零件可进行有限元分析；
6.完成设计装配图和零件图等工程图的绘制工作；
7.写一份完整的设计计算说明书。
设计工作的重点应着眼于零件的承载能力分析、结构工艺性能设计、应用专业软件对结构进行预装配并根据模型对结构进行调整，并改进最终完成设计任务。
四、建议教学进度：
课程设计可以采用集中和分散式结合的运行方式，设计过程采用集中讲解课外完成的策略，零件的受力分析、结构设计和三维建模均要求学生课外完成，单独辅导，并定期集中检查，具体进度：
1.讲课、布置课程设计题目 0.5天
2．拟定和分析传动方案 0.5天
3．传动方案的总体设计 1天
4．零件结构设计 2天
5．绘制装配草图2天
6.三维零件建模和装配（含检查和答疑）3天
7.装配图和零件图工程图绘制（含检查和答疑）4天
8.编写说明书及制作模型1天
9.资料提交及答辩1天
合计15天
五、教学方式：
1．总体结构和传动方案确定阶段以小组为单位进行；
2．结构设计、三维建模以及工程图制作在教师指导下由学生独立完成。
3．课程设计的选题应与教学目的相一致。
选题要能体现出培养学生的知识获取和应用能力，实践动手能力，并在此基础上培养学生的创新意识与能力。
在具体的操作上，采用老师提供可选的设计题目与学生自选设计题目相结合的方式进行选题。
教师提供的选题，主要是一些经过时间考验的经典设计题目，如齿轮减速器、蜗杆减速器、差速器等；学生的自由选题是在教师帮助下进行的，主要目的是使得选题与学生掌握的理论知识及课程设计的学时相适应，避免出现选题过于繁难或过于简单的情况。
4．注意事项：
课程设计中教师和学生都要严格遵守学校及系有关纪律和规定。
七、建议教材或参考书：
建议教材：
《机械设计课程设计指导书》王大康、卢颂峰编著，北京工业大学出版社，2010。
阅读书目：
1.李继庆、陈作模主编，《机械设计基础》，高等教育出版社，1999年
2.杨家军主编，《机械设计基础》，华中科技大学出版社，2004年
3.程光蕴主编，《机械设计基础学习指导书》，高等教育出版社，2004
4.Ye Zhonghe主编，《Mechanisms and Machine Theory》， Higher Education Press，2001
5.杨明忠主编，《Machinery Design》，武汉理工大学出版社，2004
6.陈秀宁主编，《机械设计课程设计》，浙江大学出版社，2004
7.龚桂仪主编，《机械设计课程设计图册》，高等教育出版社，2004
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