机械设计基础课程设计双级圆柱齿轮减速器.docx

1、机械设计基础课程设计双级圆柱齿轮减速器机械设计课程设计任务书姓名： 田毅 班级：交通运输工程 2 班学号： 201131150118指导老师：夏红梅设计时间： 2013.12.1 2013.12.26华南农业大学工程学院1机械设计课程设计题目及传动方案 32电动机的选择计算 43传动装置运动和动力参数的选择计算 53.1分配传动比 53.2运动和动力参数计算 54传动零件的设计计算 74.1减速器外传动及传动零件设计 74.2减速器内传动及传动零件设计 85轴的设计计算 125.1高速轴 125.2中间轴 135.3低速轴 156轴承的设计 177联轴器的设计 188键的设计 189润滑与密封

2、 1910箱体及附件的结构设计和选择 1911设计小结 2012参考资料 201机械设计课程设计题目及传动方案设计题目：带式输送机传动装置传动方案：链传动两级圆柱齿轮减速器 电机一两级圆柱齿轮减速器一链传动一工作机III5电动机4联轴器3减速器2链传动1输送带鼓轮设计参数：输送带的牵引力：F=10KN 输送带的速度：v=0.48m/s 提升机鼓轮的直径：D=390mm设计要求：1） 输送机运转方向不变，工作载荷稳定。2） 输送带鼓轮的传动效率取为0.97。3） 工作寿命为8年，每年300个工作日，每日工作16小时2电动机的选择与计算（1）选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用 丫系列三相笼型

3、异步电动机，全封闭自扇冷式结 构，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PWFv1000传动装置的总效率为确定各部分的效率为：滚子链传动效率0.96，滚动轴承（一对）效率=0.99，联轴器传动效率4 = 0.99闭式齿轮传动效率 3 =0.97，输送带鼓轮传动效率5 = 0. 97代入得二0.833 所需电动机功率为巳=5. 76kW因载荷平稳，电动机额定功率 P，d略大于Pd即可，查表：丫系列电动机技术数 据，选电动机的额定功率为7.5kW.（3）确定电动机的转速60 1000v兀D=28. 65r / min通常，链传动的传动比常用范围为2-5，二级圆柱齿

4、轮减速器为8-40，则总传动比的范围为ia =16-200，所以电动机转速的可选范围为nd =匚入=(16 200厂 28. 65r/min = (458 - 5730) r/min符合这一范围的同步转速有 750,1000,1500和3000r/min。选用1500r/min和1000r/min的电动机进行比较，查表得：（安装型定为B3）万案电动机型 号额定功率/kw同步转速/ 满载转速（r/mi n）外形尺寸L安装尺寸A电动机 中心高H轴伸尺寸D,E,F1Y132M-47.51500/1440515216132+0.018,80,102Y160M-67.51000/970600254160

5、+0.018,110,12由于方案1转速高，占用体积也小，故采用方案 1.3传动装置运动和动力参数的选择计算3.1分配传动比（初步）nmnw144028. 65二 50. 26（2）分配传动比,取滚子链传动比i34 = 3，则对于展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比i12 1.4i23 （低速级传动比），总传动比i二汙=16. 75，i 34i 12i 23 = 16. 75，解得 i 12 = 4. 84，i 23 二 3. 463.2计算传动装置的运动和动力参数电动机轴 二巳=5. 76kWn0 nw 1440r / min T0 = 9550=38.2N mn01 轴（高速轴） q =

6、n0 二 1440 r minR = R 4 二2轴（中间轴）E =印 2口3 =3轴（低速轴）B B 2 3 =4轴（鼓轮轴）5 70kW T = 9550 E = 37. 8N mnin2 = 297. 52/mini 12F25 47kW T2 = 9550 一 = 175. 6N mi 23n厂亠i 34-85. 99 r，minF3T； = 9550二 583. 1N m n3=28. 66 r minFT4 二 9550 丄二 1662. 8N m5. 25kWp4 = =4gW n4n2各轴运动和动力参数轴名功率P/kw转矩T/N m转速传动比效率输入输出输入输出电动机轴5.76

7、38.2144010.991轴5.705.6437.837.414404.840.962轴5.475.42173.8173.8297.523.460.963轴5.255.20583.1577.385.9930.954轴4.994.941662.81646.228.664传动零件的设计计算4.1减速器外传动及传动零件设计 链传动由之前的计算，得知从减速器箱体出来后就是链传动，即低速轴输出P=5.20kw,n=85.99r/min,传动比 i=3 （滚子链）1链轮齿数选Z1=25,大齿轮齿数Z2=i*Z仁3*25=752链条节数初定中心a0 =40p,则LP =2更-却 字卫（兰 Zl）2=131

8、.6节p 2 a0 2 兀取链节数为1323计算功率KA = 1.0, FC 二 KaP 二 5. 20kW （载荷平稳）4链条节距由式P。 9 估计此链传动工作，Kz =（3）1.08 = 1.34，采用单排链，km =1.0，KZKm 19故p。=3.88kw，查表得当n=85.99r/min时，12A链条能传递的功率为 4.0kW, 故采用12A链条，节距p =19.05mm5实际中心距将中心距设计成可调节的，不必计算实际中心距。可取 a a0 = 40p = 762mm6计算链速v= =p 0. 68m/ s . 0. 6m/ s，符合一般规定。60 10007作用在轴上的压力P取 F

9、q=1.3F,F = 1000 VC = 7647.1N，FQ = 9941. 2N8润滑方式查表得可选用L-AN100（040C环境），人工定期润滑或滴油润滑均可。4.2减速器内传动零件设计设计的减速器为两级直齿圆柱齿轮减速器1高速级传动比i 1=4.84，高速轴转ni=1440r/min，传动功率Pi=5.64kw，采用软齿面。(1)选择材料及确定许用应力小齿轮材料选用40MnB调质，齿面硬度为 241-286HBS 口 H lim1 = 730MPa，cFE1 =600MPa大齿轮为 ZG35SiMn调质,齿面硬度为 241-269HBS，二 Hlim2 =620MPa，二fe2 =51

10、0MPa应力循环次数N = 8 300 16 60 480 二 1.1 109 次查表得寿命系数 Khn =0.92 ； Kfn =0.86。取 Sf =1.25, Sh =1,；H仁 Khn - Hlim1 二 0.92 730MPa =671.6MPa SH匚 H 2= 0.92 620 MPa 二 570.4MPaF 仁 Kfn FE1 = 0.86 600MPa =412.8MPa Sf 1.250.86 汉 510E2=-T25TMPa= 350.9MPa(2)按齿面接触疲劳强度设计设齿轮按8级精度制造，取载荷系数K=1.2，齿宽系数I二0. 8小齿轮上转矩T厂9.55 106巳=3

11、.6 104N m取 ZE = 189. 8 , ZH = 2. 5i1 1(ZeZi12)2=45.42mm齿数取乙=23，贝U Z2=4. 8423 二111，模数m旦二 1. 97mmZ1 故实际传动比i 1111 , “23 4.83 齿宽,b= ddi= 0.8 45. 42mm 36.34mm取 bi = 45mmb2 = 40mnr，m=2mn实际的 =乙汇 m = 23汇 2mm= 46mm,d2 =111 2mm二 222mm中心距a =勞2=(46 222) / 2 = 134mm(3)验算轮齿弯曲强度齿形系数表查得YFa12.80 ； YFa2 = 2. 20 ； Ysa

12、1 沁58 ；Ysa2 = 1.822KTYFaYSa1b2m2 Z1106. 8MPaz 匚F1二 412. 8MPaYFa2Sa2-F1 -F1 YFaXa196. 6MPa 二 F 2-350. 9MPa安全。(4)计算圆周速度d1n1(5)采V60 汉 1000齿轮的其他参数用ha*二 1. 0,c*二 0. 25, ha齿顶圆直径da1二 d1 2hada2齿根圆直径df1=3. 41 ms ，查表知选用8级精度即可。50mm工 d2 2ha = 226mm=g -2hf =41mmdf2 二 d2 - 2hf 二 2仃mm2. 0, hf 二(ha *c*)m = 2. 502低速

13、级传动比i 2=3.46，中间轴转速 n2=297.52r/min，传动功率巨=5.42kw.米用软齿面。(1)选择材料及确定许用应力小齿轮、大齿轮材料均选用40M nB调质，齿面硬度为241-286HBS,jiimi =730MPa，二FEi=600MPa应力循环次数N = 8 300 16 60 480 二 1.1 109 次查表得寿命系数 Khn =0.92 ； Kfn =0.86。取 Sf =1.25, Sh =1,-h 1=K HN H lim 1Sh0.92 730MPa =671.6MPa1二f 1=Kfn FE1SF0.86 600MPa =412.8MPa1.25(2)按齿面

14、接触疲劳强度设计设齿轮按8级精度制造，取载荷系数K=1.2，齿宽系数 冷二0.8小齿轮上转矩T2二9.55 忖 =1.76 105N mn2取 Ze = 189. 8 , Zh = 2. 5d13 2KT2 i2/ 1(ZEZH)2 =69.78mm. d i2 二 H齿数取乙=28，则Z2二3. 46 28d196. 88，模数 m=- = 2.49mmz1故实际传动比i 197283. 46，齿宽 b= dd = 0. 8 68. 9mm= 55. 12mm取 d = 65 mm b2 二 60 mm, m=2.5mm,实际的 = Z疋 m = 28疋 2.5mm = 70mm, d2二

15、97 2. 5mm 242. 5mm中心距ad1 d2T5 242.5)/ 25625mm(3)验算轮齿弯曲强度齿形系数表查得YFa1 = 2.65 ； Ypa2二2. 22 ；Ysa1 =161 ； Ysa2 二 1.80(4)(5)2KTYFa1YSa1 二仃.bMPaHrhbm乙412. 8MPa-F1YFa2YSa2YFa1YSa1二 160. 8MPa空r2计算圆周速度v 。d1n260 10001. 09 m s齿轮的其他参数412. 8MPa,查表知选用安全。9级精度即可。采用正常齿制，则ha* 二 1. 0,c*二 0. 25, haha* m = 2. 5, hf = ( h

16、a *c*)m = 3. 125齿顶圆直径da1=d12ha75mmda2=d22ha二 247. 5mm齿根圆直径d二 d1-2hf工 63. 75mmdf 2 = d2 - 2hf - 236. 25mm5轴的设计计算5.1高速轴i L - 1 11r ! 1轴的形状如图，由齿轮数据，定轴从左至右直径分别为32mm,40mm,50mm,40mm,32mm,27mm,22mm 长 度 分 别 为 17mm,12mm,45mm,113.2mm,17mm,20mm,38mm由于小齿轮太小，故将小齿轮和轴并在一起设计成齿轮轴，由之前算的数据，得:da1 =50mm， * = 46mm, b = 4

17、5mm, = 23，T1 = 37. 4N m,取=20 ，得直齿圆柱齿轮上圆周力Ft%=1626.1N，径向力d1Fr = F tan、= 591. 9NMav 二 L = 23.0N mMh = F1H L = 61. 7N mFv/b ”Mav2（1）求垂直面的支承反力2. 8FF.z 436. 1NF2v = Fr - F = 155. 8N3. 8（2）求水平面的支承反力F1H二 2生二 1198. 2N3. 8F2H = F - FH = 427. 9N（3）求垂直面和水平面的弯矩图:(4)合成弯矩图M = 23. 02 61. 72=65. 8N m(5)危险截面的当量弯矩Me

18、二 Ma (: T )2 = 69.5N m(6)计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调制处理,匚 b 二 650MPa ,查表得；j二 60MPa,则d 3 0. J 60 二 22. 6mm而d 22. 6mm故设计合理。5.2中间轴1 3 4 2轴的形状如图，由齿轮数据，定轴从左至右直径分别为32mm,44mm,50mm,44mm,38mm,35mm,32mm 长 度 分 别 为 17mm,9.5mm,50mm,35.7mm,65mm,10mm,17mm由之前算的数据，得：d2 =50mm，=38mm，小齿轮 = 70mm dai = 75mm = 28,大齿轮d? = 222mm

19、da2 = 226mm Z2 = ill,T =仃3. 8N m,取：=20 ,得直齿圆柱齿轮上圆周力 Ft =1565.8N, Ft二红=4965.7Nt d2 t di径向力 Fr = F tan G = 569. 9N , Fr = F tan a = 1807. 4N(1)求垂直面的支承反力195. 7F1v = 144.2Fr 51Fr = 890. 9N二 543. 8 1771 - 862 二 1486. 4N(2)求水平面的支承反力F1H二 1442F 51F = 2447.8N195. 7F2H= 1494 4866 - 2369 二 4083. 7N(3)求垂直面和水平面的

20、弯矩图：Mv1 = L = 45. 9N mMU = Fq L= 75. 7N - m虬屮=F1H L = 126. 1N mMLh2 二 F2H L 二 208. 7N m(4)合成弯矩图M = pMaf + Moh/ = 134. 2N mMa2 二.Ma2 Ma = 222. 0N m(5)危险截面的当量弯矩皿二 Ma2 (： T)2 二 245. 3N m(6)计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调制处理，二b二650MPa ,查表得.b二60MPa,则Me d工Vo況60 = 34 . 4mm 而di 34.4mm，故设计合理。5.3低速轴2 3 1轴的形状如图，由齿轮数据，定

21、轴从左至右直径分别为 46mm,50mm,54mm,60mm,65mm,60mm,54mm 长 度 分 别 为 30mm,30mm,25mm,89.7mm,60mm,17mm,25mm由之前算的数据，得：da 二 247.5mm, d 二 242.5mm，z 二 97T二577. 3N m,取:=20，得直齿圆柱齿轮上圆周力 Ft =4762.1N,d径向力 Fr 二 F tan ：二 1733. 2N(1)求垂直面的支承反力132.2Fr 二 1122. 1N204. 2(2)求水平面的支承反力F1H61Ft 3083.0N204. 2F - F1H = 1679. 1N(3)F力在支点上产

22、生的反力二 53竺=2604. 6N 204. 29960 2609. 5 二 12545. 8N(4)绘弯矩图:叫二 L = 80.7N mIh = F伯 L = 221. 7N mF力产生的弯矩:MU = F1F 204. 2mm= 531. 9N m72mm 二 187. 5N m在3点处：MaF = F|F（5）求合成弯矩，考虑最不利的情况,= ,；MaV MV = 423. 4N m,而 MU = 531. 9N m（6） 求危险截面的当量弯矩，由（5）可知，在2处的截面最危险，其当量弯矩/ 2 2M 二 M2F （: T）二 634. 7N m（7） 计算危险截面处轴的直径轴的材料

23、选用45钢，调制处理，二b =650MPa ,查表得二Jb二60MPa ,则=47. 3mm 而 54mm 47. 3mm，故设计合理。6轴承的设计（1）高速轴：由此前设计的高速轴选定滚动轴承代号为 7305AC的角接触球轴承（一对），已知轴承载荷 Fri 二 436. 1N，巳 二 155. 8N，n=1440r/min,预期 寿命 Lh = 38400h（ 8 16 300） ， Fs1 = 0.68Fr1 = 296. 5N ，Fs2 = 0. 68Fr2 = 105. 9N，因为 FS2，所以轴承2为压紧端，轴承1为放松端，Fa1 = Fa? = 2 965N ，查表得 e=0.68，

24、而 Fa1 / F“ = 0.68 ，Fa2/Fr2=1.9，查表得：X仁1, 丫仁0, X2=0.41，Y2=0.87,故当量动载荷为P 二 X1Fr1 策陷=436. 1NP2 二 X2&2 Y2Fa2 二 321. 8N ，查表得 fp 二 1.0, ft = 1 ，Cr1 二 f（6?Lh）1/3 二 6504. 3N，查表得 C 21500N G，故所选f t 107305AC轴承适用。（2）中间轴：由此前设计的中间轴选定滚动轴承代号为 7305AC的角接触球轴承（一对），已知轴承载荷 Fr1 二 890. 9N，Fr2 二 1486. 4N，n=297.52r/min, 预期寿命

25、Lh =38400h（8 16 300） ， Fs1 = 0. 68Fr1 = 605.8N ，Fs2二0. 68Fr2二1010. 8N，因为Fs: Fs2，所以轴承1为压紧端，轴承2为放松端，Fa1 = Fa2 = 1010. 8N，查表得 e=0.68，而 Fa1/F = 1.15，Fa2/Fr2 =0.68，查表得：X2=1, Y2=0, X1=0.41, 丫仁0.87,故当量动载荷为P 二 X,Fr1 YFa1 二 1244. 7N巳=X2Fr 2 丫2Fa2 二 1486. 4N ,查表得 f p = 1.0, ft = 1 ,fpP| 60n 1/3Cr1 ”（ 了 Lh）二 1

26、3106. 0N，查表得 Cr = 21500N 6，故所选ft 107305ACW承适用。（3）低速轴：由此前设计的低速轴选定滚动轴承代号为 7309AC的角接触球轴承（一对），已知轴承载荷 Fr1 二 1122. 1N , Fr2 二 611. 1N , n=85.99r/min,预期寿命 Lh =38400h（8 16 300） , F$1 二 0. 68F,二 763. 0N ,Fs2二0. 68Fr2二415. 5N ,因为 FS2,所以轴承2为压紧端，轴承1为放松端，Fa1 = Fa2 = 7 6 30N ,查表得 e=0.68 ,而 Fa1 / Fr1 二 0.68 ,Fa2/F

27、r2 =1.25 ,查表得：X仁1 , 丫仁0, X2=0.41, Y2=0.87,故当量动载荷为P 二 X1Fr1 Y1Fa1 二 1122. 1NB - X2F r 2 丫2Fa2 = 9M. 4N ,查表得 fp =1.0, ft =1 ,fpR 60n 1/3Cr1 f（ 了 Lh） = 6541. 5N ,查表得 0 = 21500N - CM,故所选T t 107309AC轴承适用。7联轴器的设计由之前的计算知电动机轴输出转矩 T=38.2Nm,转矩n=1440r/min,由于工作机为带式输送机，Ka = 1.5, Tc 二 KAT = 57. 3N m ,22 汇 52选用型号为

28、GYS2联轴器 GB/T5843配合高速轴,J22汉 38查得公称转矩Tn =63N m ,许用转速np = 10000r/min , Tn Tc,np n符合规定。8键的设计(1)高速轴上安装联轴器处采用圆头普通平键(A型)，查表得：b=6,h=6,L=30,挤压强度校核：普通平键二p4TdhL二37. 8MPa，查表得L-p =12 51 5M0P a g，故符合设计(2)中间轴上安装小齿轮处采用圆头普通平键(A型)，查表得：b=10,h=8,L=50,挤压强度校核：普通平键-p4TdhL=45. 7MPa，查表得-p =1 2-1 5M0 P a p，故符合设计。(3)中间轴上安装大齿轮处采用圆头普通平键(A型)，查表得：b=14,h=9,L=38,挤压强度校核：普通平键-p4TdhL二40. 7MPa，查表得二p =1 2-1 5M0P a p，故符合设计。(4)低速轴上安装联轴器处采用圆头普通平键(A型)，查表得：b=18,h=11,L=50,挤压强度校核：普通平键-p红=64. 6MPa 杳表得dhl ，杳表得=1 2-1 5M0 P a p，故符合设计。9润