机械设计课程设计计算说明书二级斜齿圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计计算说明书目录一 设计题目：二级斜齿圆柱齿轮减速器3二 传动装置总体设计3三 选择电机3四 确定传动装置的总传动比和分配传动比4五 传动装置动力参数及运动参数4六 齿轮的设计51. 高速级52. 低速级73. 开式齿轮10七 轴的设计121.初算轴颈122.各轴段直径及轴上零件的确定13八 输出轴的校核15九 轴承的校核19十 键的校核20十一润滑方式20十二联轴器的选择20十三减速器附件20十四参考文献211 设计题目：二级斜齿圆柱齿轮减速器年限 15年工作班制 一班制工作环境灰尘较少载荷性质 轻微冲击生产批量 单件滚筒圆周力 15000N带速 0.26m/s滚筒直径 450mm滚筒长度800mm2 传动装置总体设计1. 组成：电机、减速器、开始齿轮、工作机2. 特点：齿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：减速器高速轴端通过弹性柱销联轴器与电机输出轴连接，低速轴端与滚筒通过联轴器与开始齿轮连接，达到减速传动的目的。4. 传动方案图示： 3 选择电机1. 计算电机所需功率：7级精度啮合传动效率0.98滚动轴承球轴承0.99联轴器效率 0.99滚筒效率0.96故电机至工作机之间的传动装置的总效率：2. 确定所需功率及转速：卷筒所需功率：所需电机功率：滚筒转速：对比如下两种电机，选择Y132M2-6更为合适Y132-S额定功率5.5转速1440额定转矩2.2传动比130.43Y132M2-6额定功率5.5转速960额定转矩2传动比80.95四确定传动装置的总传动比和分配传动比总传动比：取开式齿轮传动比：减速器总传动比：高速级传动比：低速级传动比：5 传动装置动力参数及运动参数0轴 电机轴：P0=Pr=4.63kw n0=960r/min T0=9.55P0/n0=9.55*4.63/960=46.06kNm1轴 减速器高速轴：P1=P0*联=4.58kw n1=n0=960r/min T1=9.55P1/n1=45.61Nm2轴 减速器中间轴P2=P1*齿*承=4.45kw n2=n1/i12=217.04r/min T2=9.55P2/n2=195.72Nm3轴 减速器低速轴P3=P2*齿*承=4.32kw n3=n2/i23=66.24r/min T3=9.55*P3/n3=622.15Nm4轴 输出轴P4=P3*承*联=4.23kw n4=n3=66.24r/min T4=9.55*P4/n4=609.77Nm5轴 传动滚筒轴P5=P4*齿*承=4.10kw n5=n4/i45=11.04r/min T5=9.55*P5/n5=3549.60Nm故各轴运动及动力参数如下：轴序号功率kw转速r/min转矩Nm04.6396046.0714.5896045.6724.45217.04195.7234.3266.24622.1544.2366.24609.7754.1011.043549.60传动形式传动比效率开式齿轮60.98齿轮传动4.420.98齿轮传动3.230.98联轴器10.996 齿轮的设计1. 高速级1) 选择材料及齿数： 高速级小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为280HBS。高速级大齿轮选用45钢调质，齿面硬度为240HBS，7级精度。小齿轮24齿，大齿轮齿数由传动比可知106，螺旋角14。2) 按齿面接触强度计算：1 试选Kt=1.6 由图10-30及表10-6查得ZH=2.433. ZE=189.8 由图10-26查得a1=0.78 a2=0.87则a=（a1+a2）=1.65 应力循环次数，由图10-19得 KHN1=0.9，KHN2=0.95，取失效概率1%，安全系数S=1，有，许用接触应力2 试算小齿轮分度圆直径：3 计算圆周速度：4 计算齿宽b与模数：； 5 计算纵向重合度：6 计算载荷系数K： 使用系数，根据速度v=2.2m/s,7级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。 故动载系数7 按实际的载荷系数矫正所算得分度圆直径：8 计算模数mn：3) 按齿根弯曲强度设计：1 ；由图10-28有2 计算当量齿数：；3 查取齿形系数：；4 查取应力校正系数：；5 计算大小齿轮并加以比较： 大齿轮数值大。6 设计计算： 对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取可满足弯曲强度，同时为满足接触疲劳强度，取分度圆直径计算齿数。故，取，则4) 几何尺寸计算：1 计算中心距：圆整为142m2 修正螺旋角：变化不多3 计算齿轮分度圆直径：计算齿轮宽度：故名称代号小齿轮大齿轮中心距a142传动比i4.42模数m2.5齿数z2090分度圆直径d51.54232.36齿顶圆直径da56.80237.532. 低速级1) 选择材料及齿数： 高速级小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为280HBS。高速级大齿轮选用45钢调质，齿面硬度为240HBS，7级精度。小齿轮24齿，大齿轮齿数由传动比可知79，螺旋角14。2) 按齿面接触强度计算：1 试选Kt=1.6 由图10-30及表10-6查得ZH=2.43. ZE=189.8 由图10-26查得a1=0.78 a2=0.85，则a=（a1+a2）=1.63 应力循环次数，由图10-19得 KHN1=0.9，KHN2=0.95，取失效概率1%，安全系数S=1，有，许用接触应力2 试算小齿轮分度圆直径：3 计算圆周速度：4 计算齿宽b与模数：； 5 计算纵向重合度：6 计算载荷系数K： 使用系数，根据速度v=0.82m/s,7级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。 故动载系数7 按实际的载荷系数矫正所算得分度圆直径：8 计算模数mn：3) 按齿根弯曲强度设计：1 ；由图10-28有2 计算当量齿数：；3 查取齿形系数：；4 查取应力校正系数：；5 计算大小齿轮并加以比较： 大齿轮数值大。6 设计计算： 对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取可满足弯曲强度，同时为满足接触疲劳强度，取分度圆直径计算齿数。故，取，则4) 几何尺寸计算：1 计算中心距：圆整为188m2 修正螺旋角：变化不多3 计算齿轮分度圆直径：4 计算齿轮宽度：故名称代号小齿轮大齿轮中心距a188传动比i3.28模数m3.5齿数z2480分度圆直径d86.78289.24齿顶圆直径da94294.463. 开式齿轮1) 选择材料及齿数： 高速级小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为280HBS。高速级大齿轮选用45钢调质，齿面硬度为240HBS，7级精度。小齿轮20齿，大齿轮齿数由传动比可知120，螺旋角14。2) 按齿面接触强度计算：1 试选Kt=1.6 由图10-30及表10-6查得ZH=2.433. ZE=189.8 由图10-26查得a1=0.76 a2=0.90则a=（a1+a2）=1.66应力循环次数，由图10-19得 KHN1=0.9，KHN2=0.95，取失效概率1%，安全系数S=1，有，许用接触应力2 试算小齿轮分度圆直径：3 计算圆周速度：4 计算齿宽b与模数：； 5 计算纵向重合度：6 计算载荷系数K： 使用系数，根据速度v=0.01m/s,7级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。 故动载系数7 按实际的载荷系数矫正所算得分度圆直径：8 计算模数mn：3) 按齿根弯曲强度设计：1 ；由图10-28有2 计算当量齿数：；3 查取齿形系数：；4 查取应力校正系数：；5 计算大小齿轮并加以比较： 大齿轮数值大。6 设计计算： 对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取可满足弯曲强度，同时为满足接触疲劳强度，取分度圆直径计算齿数。故，取，则4) 几何尺寸计算：1 计算中心距：将其圆整为422m2 修正螺旋角：变化不多3 计算齿轮分度圆直径：4 计算齿轮宽度：故名称代号小齿轮大齿轮中心距a423传动比i6模数m36.5齿数z18108分度圆直径d120.86725.17齿顶圆直径da134.29738.607 轴的设计1.初算轴颈1 高速轴： 选择材料45钢（调质），硬度217255HBS，对称循环弯曲需用应力 -1=180MPa，由A的范围103126，选择A=115，由于轴上开有键槽，使强度下降，故去最小轴径为，为20mm。2 中间轴： 选择材料45钢（调质），硬度217255HBS，对称循环弯曲需用应力 -1=180MPa，由A的范围103126，选择A=115，由于轴上开有键槽，使强度下降，故去最小轴径为，为35mm。3 低速轴： 选择材料45钢（调质），硬度217255HBS，对称循环弯曲需用应力 -1=180MPa，由A的范围103126，选择A=115，由于轴上开有键槽，使强度下降，故去最小轴径为，为54mm。2.各轴段直径及轴上零件的确定1 高速轴：段：通过联轴器与电机相连，根据传动装置的工作条件拟选用HL2弹性柱销联轴器，计算转矩，故取高速轴外伸段轴径32mm，为使轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故取长度略小于L1，为80mm可满足要求。键的尺寸段：满足半联轴器轴向定位要求，故制出轴肩，取d=35mm，由轴承座总宽度，故选该段轴长47mm。段：与轴承配合。选取角接触球轴承7208AC，尺寸参数，故取该段轴径d=40mm，轴长18mm。段：无配合自由表面，由轴承轴向定位要求，故取该轴段轴径48mm，轴长由箱体尺寸及其他零件位置可微调。段：齿轮轴段，由前述计算可得，该段长度55mm。并在该轴段左右各留出齿轮加工的退刀槽。段：用于定位轴承，可取直径同段直径48mm，由于齿轮与箱体内壁相聚10mm，且滚动轴承距箱体内壁5mm，故该段轴长15mm（包括齿轮加工退刀槽）。段：与角接触球轴承7208AC配合，故尺寸同段。2 中间轴：段：与轴承配合。选取角接触球轴承7208AC，尺寸参数，故取该段轴径d=40mm，轴长18mm。段：用于满足轴承轴向定位要求，取该段轴径d=48mm，由于齿轮与箱体内壁距离10mm，轴承与箱体内壁相距5mm，故该段轴长15mm。段：齿轮轴段，由前所述，该段长度90mm，并在齿轮轴段左右留出齿轮加工的退刀槽。段：齿轮轴向定位轴肩，轴径50mm，轴段长10mm。段：与齿轮配合，齿轮右端通过套筒定位。已知齿轮轮毂尺寸50mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略小于轮毂宽度，取48mm。齿轮左端通过轴肩定位，故该段轴径46mm。键的尺寸段：套筒及轴承的配合。轴承选取角接触球轴承7208AC，故该段轴径d=40mm，由于轴承与箱体内壁相距5mm，故该段轴长17.5mm。3 低速轴：段：与轴承配合。选取角接触球轴承7212AC，尺寸参数，故取该段轴径d=60mm，长度42mm。段：与齿轮配合，直径64mm。齿轮左端通过套筒定位。已知齿轮轮毂尺寸85mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略小于轮毂宽度，取83mm。齿轮右端通过轴肩定位。故该段轴径64mm。键的尺寸。段：轴环满足齿轮轴向定位要求，取74mm。长度取7mm。段：无配合自由表面，由轴承轴向定位要求，故取该轴段轴径70mm，长度72mm。段：与轴承配合。选取角接触球轴承7212AC，尺寸参数，故取该段轴径d=60mm，长度22mm。段：满足半联轴器轴向定位要求，故制出轴肩，取d=56mm，由轴承座总宽度，故选该段轴长57mm。段：通过联轴器与开式齿轮相连，取联轴器HL5,故该段轴径50mm，长度略小于半联轴器长度，取为110mm，键的尺寸。8 输出轴的校核1) 受力分析 根据轴的结构图做出轴的计算简图，确定轴承支点位置及各段长度，。作受力分析：圆周力径向力轴向力1 水平面故求得水平弯矩最大值2 垂直面故求得，3 总弯矩整理数据如下表载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1740.9N FNH2=3579.8NFNV1=654.4N FNH2=1345.6N弯矩MMH=37777.0NmmMv1=95542.4Nmm MV2=51603.2Nmm总弯矩M1=102739.7Nmm M2=63953.0Nmm扭矩TT=622.15kNmm按弯扭合成应力校核轴的强度合成故安全3) 精确校核轴的疲劳强度 由上分析可知危险截面取弯矩最大处的左右截面。面：抗弯截面系数抗扭截面系数截面上的弯曲应力截面上的扭转应力由表15-1查得，截面上由于轴肩行程的应力集中系数由表3-2查得。 由于,故插值得，轴的材料的敏性系数，故有效应力集中系数尺寸系数 扭转尺寸系数轴按磨削加工，表面质量系数为轴未经强化处理，故，求得综合系数为由碳钢的特性系数范围，取，故安全。面：抗弯截面系数抗扭截面系数截面上的弯曲应力截面上的扭转应力由表15-1查得，截面上由于轴肩行程的应力集中系数由表3-2查得。 由于,故插值得，轴的材料的敏性系数，故有效应力集中系数尺寸系数 扭转尺寸系数轴按磨削加工，表面质量系数为轴未经强化处理，故，求得综合系数为由碳钢的特性系数范围，取，故安全。九轴承的校核1) 求径向载荷故2) 计算当量动载荷P，故，由于工作条件有轻微冲击，故由Cr=42.8kN一班制，故可工作88年，大于15年。10 键的校核1) 齿轮处选择键的尺寸齿轮处键连接的挤压应力故该键安全2) 联轴器处选择键的尺寸齿轮处键连接的挤压应力故该键安全十一润滑方式由于所设计的减速器齿轮圆周速度高于2m/s，故齿轮的润滑方式选用油润滑。故润滑油选用220中负荷工业齿轮油（GB59031986）。润滑油在油池中的深度保持在84-94mm之间。并在箱体内壁设计油沟，使溅起的油沿箱体内壁经斜面流入油沟中，由于铸造油沟工艺性不好，故选择机械加工油沟。12 联轴器的选择 由于电动机的输出轴径（d=38mm）的限制，选择联轴器为HL2型弹性柱销联轴器联，孔径取32mm。由于输出轴上的转矩大，所选联轴器的额定转矩大，故选HL5型，孔径取50mm。十三减速器附件1) 检查孔及检查孔盖 位于传动件啮合区上方，尺寸，并设有M8螺钉6个。检查孔平时用盖板盖住，盖板上方有防漏的垫片。箱盖上安放盖板的表面进行刨削，并留有3mm凸台。2) 油面指示装置 采用M12游标尺，其上刻有最高油面和最低油面的标线。游标尺在箱体安放部位应保证可以自由取出，倾斜角度选定为45。3) 通气孔 由于工作环境有轻微灰尘，故选择有过滤灰尘作用的M18X1.5网式通气孔。4) 放油孔及螺塞 减速器设置一个放油孔。由于圆柱螺纹螺塞自身不能防止漏油，因此在螺塞的下面放置一石棉橡胶纸板封油垫片，螺塞尺寸选择M16X1.5。5) 起吊装置 为了方便装拆与搬运，在机盖上设置吊耳，在机座上设置吊钩。吊耳用于打开机盖，而吊钩用于搬运整个减速器。考虑到起吊用的钢丝直径，吊耳和吊钩的直径都取20mm。6) 启箱螺钉 在机盖与机座联接凸缘的结合面上，为了提高密封性能，常涂有水玻璃或密封胶。因此联接结合较紧，不易分开。为了便于拆下机盖，在机盖地凸缘上设置一个起盖螺栓。取其规格为M1240。其中螺纹长度为34mm，在端部有一个6mm长的圆柱。7) 定位销 本减速器机体为剖分式，为了保证轴承座孔的加工和装配精度，在机盖和机座用螺栓联接后，在镗孔之前，在机盖与机座的连接凸缘上应装配定位销。定位销采用圆锥销，安置在机体纵向两侧的联接凸缘得结合面上，呈非对称布置。圆锥销型号选用GB117-86 A1245。十四参考文献1巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波.2000.机械设计课程设计.沈阳,东北大学出版社.2濮良贵,纪明刚.2006.机械设计第八版.北京,高等教育出版社.3大连理工大学工程图学教研室.2007.机械制图第六版.北京,高等教育出版社.4申永胜.2007.机械原理教程第二版.北京,清华大学出版社.