机械设计斜齿硬二级说明书.doc

1、 机械设计课程设计 说明书课题名称：带式输送机传动装置设计学 院：机电工程系摘 要本课程设计的设计任务是展开式二级圆柱齿轮减速器的设计。减速器是一种将由电动机输出的高转速降至要求的转速比较典型的机械装置，可以广泛地应用于矿山、冶金、石油、化工、起重运输、纺织印染、制药、造船、机械、环保及食品轻工等领域。按照任务书的设计要求，完成了的减速器设计。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，重要零件零件图的绘制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，进一步巩固了所学的机械制图的知识。初步掌握了机械设计的一般过程，并在设计减速器的

2、过程中对机械设计这个行业产生了浓厚的兴趣。关键词：机械设计，减速器，传动系统II 目录课程设计说明书I摘 要I1 设计任务书11.1设计任务12 传动系统方案的总体设计22.1电动机的选择22.2传动比的分配32.3传动系统的运动和动力学参数设计33 高速级齿轮设计43.1按齿面强度设计43.2按齿根弯曲强度设计54 低速级齿轮设计84.1按齿面强度设计84.2按齿根弯曲强度设计95 各轴设计方案125.1中间轴的设计及轴承的选取125.2高速轴的设计及联轴器的选取135.3低速轴的设计及联轴器的选取146 键的选择与设计方案197 减速器润滑方式与密封类型的选择208 减速器附件的选择与设计

3、219 减速器箱体结构的设计22总 结23参考文献241 设计任务书1.1设计任务1、设计带式输送机的传动系统，采用两级圆柱齿轮减速器的齿轮传动。2、原始数据输送带的有效拉力 F=2100N输送带的工作速度 v=1.45输送带的滚桶直径 d=380mm3、工作条件两班制工作，空载启动。载荷平稳，常温下连续（单向）运转，三相交流电源，电压为380/220V，使用寿命为十年。 4、设计要求（1）.减速器装配图一张(A0)。（2）.设计说明书一份。2 传动系统方案的总体设计一、带式输送机传动系统方案如图2-0所示图2-0 传动方案图2-01. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2. 特点：齿

4、轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3. 确定传动方案2.1电动机的选择1电动机容量选择根据已知条件由计算得知工作机所需有效功率设： 一对滚动轴承效率。 =0.99为弹性联轴器的效率。 =0.99为圆柱齿轮传动的效率。 =0.97输送机滚筒效率。 =0.96估算传动系统的总效率：工作机所需的电动机攻率为： Y系列三相异步电动机技术数据中应满足：。,因此综合应选电动机额定功率2、电动机的转速选择根据已知条件由计算得知输送机滚筒的工作转速表2.1 方案比较方案号型号额定功率同步转速满载转速总传动比Y132M-64KW100096013.15Y112M-44KW150

5、0144019.72通过两种方案比较可以看出：方案选用电动机的总传动比较小，适合于二级减速传动，故选方案较为合理。选定电动机型号为Y132M-6。2.2传动比的分配带式输送机传动系统的总传动比：高速级 低速级2.3传动系统的运动和动力学参数设计传动系统各轴的转速、功率和转矩的计算如下：0轴电动机轴 1轴减速器高速轴 2轴减速器中间轴 3轴减速器低速轴 3 高速级齿轮设计一、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用斜齿硬齿面圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机，速度不高，表面淬火，轮齿变形不大。故用7级精度（GB10095-88）3)材料选择。由书表10-1得可选大小齿轮材料为40Cr并经调质及

6、表面淬火，齿面硬度为4855HRC4)选取小齿轮齿数Z1=24，大齿轮齿数：Z2=iZ1=424=96，,取Z2=95。5)选取螺旋角。初螺旋角为=1403.1按齿面强度设计即：1） 确定公式内的各计算数值（1）试选Kt=1.6（2）由书图10-30得ZH=2.433（3）由书图10-26得：（4）计算小齿轮传递的转矩P1/n1=95.51053.96/960=3.39104Nm（5）书表10-7得：（6）书表10-6得：材料弹性影响系数 (7)由书图10-21e按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的疲劳强度极限。（8）设每年工作时间按300天计算（9）由书图10-19查得接触疲劳寿

7、命系数 （10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1。2)计算（1）小齿轮分度圆直径d1t(2)计算圆周的速度：(3)计算齿宽b及模数mnth=2.25mnt=2.537mm b/h=8.798(4)计算重合度(5)计算载荷系数K已知使用系数=1根据v=1.4m/s、7级精度，由书图10-8查得动载系数Kv=1.1由书表10-4查得KH的值与直齿轮的相同，故KH=1.286由书图10-13查得KF=1.24由书表10-3查得KHa=KFa=1.4 。(6)按实际的载荷系数校正所算得的(7)计算模数Mn 3.2按齿根弯曲强度设计1）确定计算参数(1)计算载荷系数(2)根据纵向重

8、合度1.35,从图10-28查得(3)计算当量齿数： (4)查取齿形系数，由表10-5查得：(5)查取应力校正系数，由表10-6得：(6)由图10-20c得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=620MPa大齿轮的弯曲疲劳强度极限(7)由图10-18查得弯曲疲劳强寿命系数KFN1=0.85,KFN2=0.88(8)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S1.4(9)计算大、小齿轮下面的值，并加以比较。 小齿轮的数值大2)设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数Mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取Mn=2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触强度极限算得分度圆直

9、径d1=49.94mm来计算应有的齿数。于是由 取则3)几何尺寸计算（1）计算中心距将中心距圆整为123mm（2）按圆整后中心距修正螺旋角（3）计算大、小齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度圆整后取（5）结构设计（见图纸）4 低速级齿轮设计一、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1)选用斜齿圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机器，速度高，故用7级精度（GB10095-88）3)材料选择。 由书表10-1得可选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为4855HRC。4)选取小齿轮齿数Z1=24，大齿轮齿数：Z2=iZ1=3.2824=78.82取Z2=79。5)选取螺旋角。初螺旋角为=1404.1按齿

10、面强度设计即：2） 确定公式内的各计算数值（1）试选Kt=1.6（2）由书图10-30得ZH=2.433（3）由书图10-30得：（4）计算小齿轮传递的转矩P2/n2=95.51053.8/240=151.2104Nmm（5）书表10-7得：（6）书表10-6得：材料弹性影响系数（7）由书图10-21e按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的疲劳强度极限。（8）设每年工作时间按300天计算（9）由书图10-19查得接触疲劳寿命系数 （10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1。52)计算（1）小齿轮分度圆直径d1t(2)计算圆周的速度：(3)计算齿宽b及模数mntH=

11、2.25mnt=6.41mm b/h=8.79(4)计算重合度(5)计算载荷系数K根据v=2.7m/s、7级精度，由书图10-8查得动载系数Kv=1.0; KH=1.42;KF=1.35;KHa=KFa=1.4(6)按实际的载荷系数校正所算得的(7)计算模数Mn 4.2按齿根弯曲强度设计1）确定计算参数(1)计算载荷系数(2)根据纵向重合度1.35,从图10-28查得(3)计算当量齿数： (4)查取齿形系数，由表10-5查得：(5)查取应力校正系数，由表10-6得：(6)由图10-20C得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500MPa大齿轮的弯曲疲劳强度极限(7)由图10-18查得弯曲疲劳强寿命

12、系数KFN1=0.85,KFN2=0.88(8)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S1.4(9)计算大、小齿轮下面的值，并加以比较。 小齿轮的数值大2)设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数Mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取Mn=2.5mm,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触强度极限算得分度圆直径d1=77.68mm来计算应有的齿数。于是由 取则 取3)几何尺寸计算（1）计算中心距将中心距圆整为165mm（2）按圆整后中心距修正螺旋角（3）计算大、小齿轮的分度圆直径, （4）计算齿轮宽度圆整后取（5）结构设计（见图纸）5 各轴设计方案一、轴的设

13、计轴的布置如图5-0：图5-0 轴的布置5.1中间轴的设计及轴承的选取1.传动轴承的设计.求输出轴上的功率P，转速，转矩P=3.8KW =240r/min=151.2Nm.初步确定轴的最小直径先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本取，轴的最小直径在轴承处，最小轴径处安装滚动轴承，根据设计手，则滚动轴承的标准可以得出d-=30mm。.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 -轴段右端需要制出一轴肩,故取-的直径;为了保证轴端挡圈只压在齿轮上而不压在轴端上, 故-的长度应比齿宽略短一些,现取 初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列

14、圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据d-=30mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306型.2.从动轴的设计 对于根据手册及直径选取的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为,故;由于挡油盘的设计而取 .右端滚动轴承采用挡油盘进行轴向定位.由手册上查得30310型轴承定位轴肩高度范围，因此取mm取轴段。已知齿轮的宽度为85mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取. 大齿轮取.轴承端盖的宽度为9.6mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取。至此,已初步确定了轴的各端直径和长度.用阿拉伯数字表示各段

15、，并列出各段长度：d21=30mm，d22=34mm，d23=44mm，d24=34mm，d25=30mm。L21=46.75，L22=81，L23=17，L2,4=46，L25=48.75。5.2高速轴的设计及联轴器的选取1.传动轴承的设计.求输出轴上的功率P，转速，转矩P=3.96KW =960r/min=39.4Nm.初步确定轴的最小直径先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本取考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故需将估算直径加大3%5%，取为17.34，再根据联轴器轴径要求，由设计手册取标准直径d1min=20mm。输出轴的最小直径显

16、然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号查课本,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以经查机械设计手册，选取HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为63000Nmm,半联轴器的孔径.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,-轴段左端需要制出一轴肩,故取-的直径;取初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306型.2.从动轴的设计 对于根据手册及直径选取的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为,故;由于挡油盘的

17、设计而取 .右端滚动轴承采用挡油盘进行轴向定位.由手册上查得30306型轴承定位轴肩高度范围，因此取mm已知齿轮的宽度为55mm,采用齿轮轴，.齿轮的右端.轴承端盖的宽度为9.6mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 ,故取。至此,已初步确定了轴的各端直径和长度用阿拉伯数字表示各段，并列出各段长度：L11=22.75，L12=111.5，L13=55，L14=11.5，L15=30.75,L16=50.5，L17=50d11=30mm，d12=40mm，d13=49.5mm，d14=40mm，d15=3

18、0mm，d16=26mm，d17=20mm。5.3低速轴的设计及联轴器的选取1.传动轴承的设计.求输出轴上的功率P，转速，转矩P=3.65KW =73.47r/min=470Nm.求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为 =252.66而 F= F= F F= Ftan=3720.415tan=937.27N圆周力F，径向力F及轴向力F的方向如图示:.初步确定轴的最小直径先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本取考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故需将估算直径加大3%5%，取为39.77，再根据联轴器轴径要求，由设计手册取标准直径d1

19、min=40mm。输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号查课本,选取，因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以经查机械设计手册，选取HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000Nmm,半联轴器的孔径根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,-轴段右端需要制出一轴肩,故取-的直径;为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故-的长度应比 略短一些,现取初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级

20、的单列圆锥滚子轴承30310型.2.从动轴的设计 对于根据手册及直径选取的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为,故;由于挡油盘的设计而取 .右端滚动轴承采用挡油盘进行轴向定位.由手册上查得30310型轴承定位轴肩高度范围，因此取mm取轴段。已知齿轮的宽度为80mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取. 齿轮的右端采用轴肩定位,取.轴环宽度,取b=10mm.轴承端盖的宽度为12mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 ,故取。 取齿轮距箱体内壁之距离a=16,两圆柱齿轮间的距离c=20.考虑到

21、箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离 s,取s=8,已知滚动轴承宽度T=16,高速齿轮轮毂长L=50,则至此,已初步确定了轴的各端直径和长度.用阿拉伯数字表示各段，并列出各段长度：L31=110，L32=50，L33=57.25，L34=76，L35=10,L36=72，L37=41.25d31=40mm，d32=46mm，d33=50mm，d34=54mm，d35=64mm，d36=60mm，d37=50mm。3.校核轴上载荷 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时,查机械设计手册20-149表20.6-7，对于30310型的圆锥滚子轴承,a=23mm

22、,因此,做为简支梁的轴的支承跨距. T=470000Nm4. 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度根据=前已选轴材料为45钢，调质处理。查表15-1得=60MP因此 ， 此轴合理安全图5-3-1 轴的载荷分析图 图5-3-2 轴的简图5.校核轴承寿命 (1) 对于30310轴承,查得派生轴向力,则有 (2)轴承2被放松,轴承1被压紧,(3)查表13-5得,轻微冲击,取,则有 (4)计算载荷寿命 由于,圆锥滚子轴承,动载荷,则寿命所以轴承合格。6 键的选择与设计方案所有的键均采用45钢，=130MPa轴：，选用A型平键，键长40mm， 轴：对左边齿轮处：按轴径34选用A型平键，截面尺寸为bh=128m

23、m，键长70mm，选用一般键联接，。对右边齿轮处：按轴径=34选用A型平键，截面尺寸为bh=128mm，键长40mm，选用一般键联接， 。轴：对右边齿轮处：按轴径=54，选用A型平键，截面尺寸为bh=1610mm，键长63mm，选用一般键联接，。对左边联轴器处：按轴径=40选用A型平键，截面尺寸为bh=128mm，键长100mm，选用一般键联接，。 7 减速器润滑方式与密封类型的选择1.润滑1）.齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度小，所以浸油高度约为3050。2）.滚动轴承的润滑采用润滑脂润滑，加入封油盘防止油脂混合变质。2.密封形式轴与轴承盖之间用接触式毡圈密封，型号根据轴段选取。8

24、 减速器附件的选择与设计A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机

25、盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 起盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G 吊耳：在机盖上直接铸出吊耳，用以起吊或搬运较重的物体.其他技术说明：1.装配前，全部零件用煤油清洗，箱体内不许有杂物物存在。在内壁涂两次不被机油浸蚀的涂料。2.用涂色法检验斑点。必要时可用研磨或刮后研磨，以便改善接触情况。3.（1）各密封处，接合处不应有漏油、渗油现象； （2）各联接件、紧固件、联接密封可靠，无松动现象； （3）

26、滚动轴承轴向间隙应调整正确；9 减速器箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合.1. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为30mm，为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创。3. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10，圆角半径为R=2。机体外型简单，拔模方便。表9.1 箱体结构尺寸名称符号参数设计原则箱体壁厚80.025a+3 =8箱盖

27、壁厚180.02a+3 =8凸缘厚度箱座b121.5箱盖b1121.51底座b2202.5箱座肋厚m6.80.85地脚螺钉型号dfM200.036a+12数目n4轴承旁联接螺栓直径d1M160.75 df箱座、箱盖联接螺栓直径尺寸d2M10（0.5-0.6）df轴承盖螺钉直径d3M10（0.4-0.5）df观察孔盖螺钉d4M6（0.3-0.4）dfd1,d2至外箱壁距离C122C1=C1mind2至凸缘边缘距离C220C2=C2min箱体外壁至轴承盖座端面的距离l150C1+ C2+(510)轴承端盖外径D2112 112 160轴承旁连接螺栓距离S130 130 180总 结本次设计综合运用

28、机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；提高我们在计算、制图、运用设计资料（手册、 图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能，同时给了我们练习电脑绘图的机会。在这段时间里，我们充分运用了大学三年里所学的知识进行设计，每次遇到困难，经过研究以后才发现，那是我们学过的内容。这次设计内容涉及之广，连贯性之强，让我深深体会到课程设计的严谨。无论是在设计或是制图过程中，出现一点毛病就可能重新开始检查，这也对我们的能力有了锻炼。设计完毕

29、后，还是感觉有点小漏洞，但经过思考，发现无论是设计的思路，还是设计各个过程的联系，我都对这些更加熟悉，在初次做一个体系较庞大的课程设计后，我积累了更多的经验，增加了熟练度、耐心、也更加细心。设计的减速器采用齿轮传动，传动效率高，可以减少能耗，降低运行费用。电动机与工作机分部两侧，结构稳定，但总体尺寸变大，机器较笨重，这一点有待改进。本次设计的重点和难点就是齿轮与轴的选择和设计，而传动比的分配则是其基础。由于经验及理论的不足，设计存在缺陷，应重点研究整个传动装置的性能及合理性。本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助.设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。参考文献1.机械设计西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著。高等教育出版社2.机械原理西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著。高等教育出版社3.现代工程图学教程 湖北科学技术出版社 2002年8月版4.机械零件设计手册 国防工业出版社 1986年12月版5.机械设计手册 机械工业出版社 2004年9月第三版6.机械课程设计指导书 第二版其他有关数据见装配图的明细表和手册中的有关数据。24