[硕士论文精品]双极圆柱齿轮减速器设计 机械设计课程设计.pdf

机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 - 1 - 目录 一、设计任务 . 1 二、传动系统方案拟定 1 三、电动机选择 1 四、传动比选择 2 五、传动系统的运动和动力参数计算 . 3 六、传动件的选择计算 4 七、减速器轴的设计 . 13 八、滚动轴承的选择 . 21 九、键联接联轴器的选择计算校核 . 22 十、减速器箱体的设计 24 十一、减速器附件设计 25 十二、润滑与密封 28 十三、设计小结 28 十四、参考资料 29 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 1 计 算 及 说 明 结 果 一、设计任务书 1、设计任务 设计带式输送机的传动系统，采用两级圆柱齿轮减速器 2、原始数据 输送带有效拉力 F=3000N 输送带工作速度 v=1.4m/s（允许误差±5%） 输送带滚筒直径 d=350mm 减速器设计寿命为 5 年 3、工作条件 两班制工作，空载起动，载荷有轻微震动，常温下连续（单 向）运转，工作环境多尘，电压三相交流电源为 380/220V 的。 二、传动系统方案拟定 带式输送机传动系统方案如下图所示： 带式输送机由电动机驱动，电动机 1 通过联轴器 2 将动力 传入减速器 3， 再经过联轴器 4 将动力传至输送机滚筒 5， 带动 输送带 7 工作。 三、电动机的选择 1、电动机容量的选择 由已知条件可以计算出工作机所需的有效功率 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 2 计 算 及 说 明 结 果 Pw= 1000 FV = 1000 4 . 13000 = 4.2 kw 总=01×12×23×34×4w =0.99×0.99×0.96×0.98×0.98×0.95 =0.84 Pr= wP = 84. 0 4.2 =5 kw 取电动机额定功率 Pm=5.5kw 2、电动机转速的选择 输送机滚筒轴的工作转速 n= d v60000 = 3504.13 4 . 160000 =76.43r/min 由于整个传动系统采用二级减速，因此总传动比不易过 大，所以选择同步转速 ns=750r/min 的电动机为宜。 3、电动机型号的确定 根据工作条件：单向运转、两班制连续工作，工作机所需 电动机功率 Pr=750r/min 等，选用 Y 型系列三相异步电动机， 卧式封闭结构，型号为 Y160M28，其主要数据如下： 电动机额定功率 Pm=5.5kw 电动机满载转速nm=720r/min 电动机轴伸直径 D=42mm 电动机轴伸长度 E=110mm 电动机中心高 H=160mm 四、传动比的分配 带式输送机传动系统的总传动比 i= n nm = 43.76 720 =9.42 由系统方案知 Pw=4.2 kw 总=0.84 Pr=5 kw Pm=5.5kw ns=750r/min Y160M28 i=9.42 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 3 计 算 及 说 明 结 果 i01=1；i34=1 取高速传动比 i12= .3i1=42. 9.31=3.5 低速传动比 i23= 12 i i = 5 . 3 42. 9 =2.69 传动系统各传动比分别为： i01=1，i12=3.5，i23=2.69，i34=1 五、传动系统的运动和动力参数计算 0 轴（电动机轴） ： n0=nm=720r/min p0=pr=5kw T0=9550 0 0 n P =9550× 5 720=66.32N· M 1 轴（减速器高速轴） ： n1= 01 0 i n =720 1 =720r/min p1=p001=5×0.99=4.95kw T1=T0i0101=66.32×1×0.99=65.67N· m 2 轴（减速器中间轴） ： n2= 12 1 i n =720 3.5=205.71 r/min P2=p112=4.95×0.9603=4.75kw T2=T1i1212=65.67×3.5×0.9603=220.72N· m 3 轴（减速器低速轴） ： n3= 23 2 i n =205.71 2.69 =76.47r/min p3=p223=4.75×0.9603=4.56kw T3=T2i2323=220.72×2.69×0.9603=570.17N· m 上述计算结果和传动比效率汇总如下： i12=3.5 i23=2.69 n0=720r/min p0=5kw T0=66.32N· M n1=720r/min p1=4.95kw T1=65.67N· m n2=205.71r/min P2=4.75kw T2=220.72N· m n3=76.47 r/min p3=4.56kw T3=570.17N· m 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 4 计 算 及 说 明 结 果 轴 号 电动机 两级圆柱齿轮减速器 工作机 0 轴 1 轴 2 轴 3 轴 4 轴 转速 n(r/min) 720 720 205.71 76.44 76.44 功率 P(kW) 5 4.95 4.75 4.56 4.56 转矩 T(N· m) 66.32 65.67 220.72 570.17 570.17 两轴连接件、 传动件 联轴器 齿轮 齿轮 联轴器 传动比 i 1 3.5 2.69 1 传动效率 099 0.9603 0.9603 0.9801 六、减速器传动零件的设计计算 1、高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及热处理方法 小齿轮选用 45 钢，调质处理 HBS=230250 大齿轮选用 45 钢，调质处理 HBS=190210 （2）确定许用弯曲应力： 弯曲疲劳极限应力 由图 13-9c 小齿轮 Flim1=250MPa 大齿轮 Flim2=220MPa 寿命系数 应力循环次数 NF1= jFn1t = 60 × 1 × 720 × (5 × 250 × 16) = 0.865 × 109 NF1 = jFn1t = 60 × 1 × 205.71 × (5 × 250 × 16) = 2.47 × 108 由图 13-10 YN1=0.87 YN2=0.92 应力修正系数 Yst=2 最小安全系数 由表 13-4，按一般可靠度 SFlim=1.25 HBS=230250 HBS=190210 NF1= 0.965×109 NF2= 2.47×108 YN1=0.87 YN2=0.92 Yst=2 SFlim=1.25 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 5 计 算 及 说 明 结 果 许用弯曲应力 由试（13-8） MPa S YY F STNF F 348 25. 1 287. 0250 lim 11lim 1 F2= MPa S YY F STNF 84.323 25. 1 292. 0220 lim 11lim （3）许用接触应力计算 由机械设计图 1313（以下所用依据均为机械设计课本 中的图表）得： 两齿轮接触疲劳极限应力为 小齿轮 Hlim1=580MPa 大齿轮 Hlim2=550MPa 应力循环次数 NF1= jFn1t = 60 × 1 × 720 × (5 × 250 × 16) = 0.865 × 109 NF1 = jFn1t = 60 × 1 × 205.71 × (5 × 250 × 16) = 2.47 × 108 由图 1314 得 ZN1 = 0.91 ZN2 = 0.94 由表 13 4 得 最小安全系数 SHmin = 1 则需用接触应力为： H1= Hlim1 N1Hlim1 S Z = 1 0.91580 =527.8MPa H2= Hlim2 N2Hlim2 S Z = 1 0.94550 =517MPa H1 H2 H = H2 = 517MPa （4）按齿面接触应力强度确定中心距 载荷系数 由表 132，取 K=1.2 齿宽系数 F1 =348MPa F2 =323.84MPa NH1 =0.865×109 NH2 =2.47×108 ZN1=0.91 ZN2=0.94 SHmin=1 H1 =527.8MPa H2 = 517MPa H =517MPa K=1.2 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 6 计 算 及 说 明 结 果 由表 136 ，软齿面取 d=1 由式 1315，a= 1u 2 d = 15 . 3 12 =0.44 弹性系数 由表 135 ， ZE=189.8 节点区域系数 初设螺旋角 =12° 由图 1312 ，ZH=2.46 重合度系数 取 Z1=25 ，Z2=iZ1=25×3.5 = 87.6，取 Z2=88 i=u=88 25=3.52（误差 0.1% 1 Z= 1 = 1 1.72 = 0.76 螺旋角系数 由式 1325 ，Z=cos=0.989 设计中心距 由式 1313， a（u±1）3 2 H HE a ZZZZ u KT500 =（u±1）3 2 517 989. 076. 046. 28 .189 52. 344. 0 65.672 . 1500 =102.67 d=1 a= 0.44 ZE=189.8 ZH=2.46 Z1=25 Z2=88 Z=0.76 Z=0.989 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 7 计 算 及 说 明 结 果 mn 21 cos2 zz =2×102.67×cos12° 25:88 =1.78 取 mn=2mm; 重求中心距 a = cos2 )(m 21n zz =2×(25:88) 2×cos12° =115.52mm 圆整中心距，取 a =115mm 调整 , = cos-1 a zzmn 2 )( 21 =cos-12×(25:88) 2×115 =10.7° （在 8°20°取值范围内） （5）确定齿轮参数与尺寸 齿数： z1=25， z2=88 ； 模数： mn=2mm 确定实际齿数比：u = Z1 Z2 = 88 25 = 3.52 分度圆直径： d1= cos 1 zmn = 2×25 cos110.7°=51mm; d2= cos 2 zmn = 2×88 cos10.2°=179mm 确定齿宽： b=b2=aa=115×0.44 =50.6mm 取 b=b2=50mm b1=b2+5=50+5=55mm （6）验算齿轮弯曲强度 由表 134 、 式 138 得 当量齿数 zv1= 3 1 cos z =44.25 7 .10cos 25 3 (按 25 查表) zv2= 3 2 cos z =55.89 7 .10cos 88 3 （按 90 查表） 齿形系数 YFa和修正系数 YSa 由表 133，YFa1=2.62 YSa1=2.20 mn=2mm a =115mm =10.7° d1=51 mm d2=179mm b=50mm b1=55mm YFa1=2.62 YSa1=2.20 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 8 计 算 及 说 明 结 果 YFa2=1.59 YSa2=1.78 重合度系数 Y由式 1319 cos 11 2 . 388. 1 21 ZZ a 72. 17 .10cos 88 1 25 1 2 . 388. 1 69. 0 72. 1 75. 0 25. 0 75. 0 25. 0 a Y 螺旋角系数 查图 1317 ， 取 Y= 0.88 校核弯曲强度 F1 = Y YY mbd KT2000 1Fa n1 = 2000 × 1.2 × 65.67 50 × 51 × 2 × 2.62 × 1.58 × 0.88 =77.68MPa H2 H = H2 = 500MPa （4）按齿面接触应力强度确定中心距 小齿轮转矩T1= 570.17N · m 齿数比 u = Z2 Z1 = n1 n2 = 205.71 76.44 = 2.69 载荷系数 由表 132，取 K=1.6 齿宽系数 由表 136 ，软齿面取 d=1 由式 1315，a= 1u 2 d = 169. 2 12 =0.4 弹性系数 由表 135 ， ZE=189.8 节点区域系数 由图 13-12 ZH=2.5 重合度系数 由图 1.1 至 1.9 之间选取，初选 = 1.75 NH1=2.47×108 NH2=0.917×108 ZN1=0.91 ZN2=0.94 SHmin=1.0 H1 =532MPa H2 = 500 MPa H =500 MPa K=1.6 d=1 a= 0.4 ZE=189.8 ZH=2.5 = 1.75 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 11 计 算 及 说 明 结 果 由式（13-10） ， ZE =4; 3 = 0.866 （5）设计中心距 由式 1313， a（u±1）3 2 H HE a ZZZZ u KT500 =（2.69+1）3 2 500 866. 05 . 28 .189 69. 24 . 0 72.2026 . 1500 =177.25 取 a=180mm （6）确定齿轮参数与尺寸 初取齿数 Z1=30 Z2=uz1=2.69×30=80.7 取 81 计算模数 m = 2a Z1:Z2 = 2×18 30:81 = 3.24 取标准模数 m=3.5 确定齿数 解 Z1+ Z2= 2a m u = Z2 Z1 得 Z1=28 Z2=75 实际齿数比 u = Z2 Z1 = 75 28=2.68 确定重合度系数 12 11 1.883.2cos ZZ 11 1.883.21.729 2875 由式（13-10） Z= 4; 3 = 4;1.729 3 = 0.87 ZE 确定齿宽： b=b2=aa=180×0.4 =72mm 取 b=b2=75mm b1=b2+5=75+5=80mm （7）验算齿轮弯曲强度 齿形系数 YFa和修正系数 YSa 由表 133，YFa1=1.65 YSa1=1.83 YFa2=1.59 YSa2=1.78 重合度系数 Y由式 1319 Z=0.87 Z=0.989 YFa1=1.65 YSa1=1.83 Fa2=1.59 YSa2=1.78 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 12 计 算 及 说 明 结 果 0.750.75 0.250.250.72 1.6 a Y 齿根弯曲应力 由式（13-16） F1 = Y YY mbd KT2000 1Fa n1 = 2000 × 1.6 × 220.72 80 × 3.52 × 29 × 2.52 × 1.65 × 0.72 =74.40MPa 10mm 箱体外壁至轴承座端 面距离 K K=c1+c2+(58) 40 剖分面至底面高度 H H(11.2)a 160mm 十一、减速器附件的设计 1、 窥视孔及窥视孔盖 由于减速器属于中小型，查表确定尺寸如下 A 120mm A1 156mm A2 138mm B 96mm B1 136mm B2 1160mm d4 M6 R 5mm h 3mm 2、 通气器 选用简单式通气器参照机械设计 课程设计表 6-4，选用 M27×1.5 型通 气器。 设在观察孔盖上以使空气自由溢出，查表确定尺寸如下： 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 26 D1 15 b 8 B 30 h1 22 h 12 b1 6 H 45 D3 32 H1 32 D4 18 a 6 L 32 4 孔 数 6 K 10 D2 36 3、凸缘式轴承端盖 用来封闭轴承座孔，固定轴系部件的轴向位置，现确定尺寸如下： 以下依次为高速轴，中间轴，低速轴的轴承端盖 d0=d3+1mm =9mm 轴承外 径（D） 螺栓直径 （d3） 螺栓数 目（n） D0=D+2.5d3=102.5mm D2=D0+2.5d3=122.5mm e=1.2d3=9.6 14=e1e m 由结构确定 D4=D-(1015)mm =70mm b1 、d1 由密封尺寸确定 80mm M8 4 d0=d3+1mm =9mm 80mm M8 4 D0=D+2.5d3=102.5mm D2=D0+2.5d3=122.5mm e=1.2d3=9.6 14=e1e m 由结构确定 D4=D-(1015)mm =70mm b1 、d1 由密封尺寸确定 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 27 d0=d3+1mm =11mm 120mm M10 6 D0=D+2.5d3=145mm D2=D0+2.5d3=170mm e=1.2d3=12 10=e1e m 由结构确定 D4=D-(1015)mm =110mm b1 ，d1 由密封尺寸确定 4、定位销 为保证箱体轴承座的镗制和装配精度， 需在箱体分箱面凸缘长度方 向两侧各安装一个圆锥定位销。定位销直径 d=6mm。 5、起箱螺钉 为便于开启箱盖，在箱盖侧边凸缘上安装一个起盖螺钉，螺钉螺纹 段要高出凸缘厚度，螺钉端部做成圆柱形。 6、油标 指示减速箱内油面的高度，本处选用杆式油标，尺寸如下： d d1 d2 d3 h a b c D D1 M12 4 12 6 28 10 6 4 20 16 7、放油孔及放油螺塞 排放减速箱体内污油和便于清洗箱体内部，尺寸如下： 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 28 d D0 L l a D S D1 d1 H M16×1.5 26 23 12 3 19.6 17 16.15 17 2 8、起吊装置 便于减速器的搬运，选用吊环，尺寸如下 R H d 7.5 20 20 十二、润滑与密封 由于该减速器是一般齿轮减速器，故采用油润滑。 输入轴和输出轴的外伸处， 为防止润滑脂外漏及外界的灰尘等造成轴承的 磨损或腐蚀，要求设置密封装置，所以采用毛毡圈油封，即在轴承盖上开出梯形 槽，将毛毡按标准制成环形，放置在梯形槽中以与轴密合接触；或在轴承盖上开 缺口放置毡圈油封，然后用另一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡密封效果， 它的结构简单，所以用毡圈密封。 十三、设计小结 通过三周的实践设计， 感受颇深， 复习了学过的知识同时也学到了很多东西。 通过课程设计，把大学里学的以前觉的没用的东西用到了实际设计当中，用到了 材料力学、理论力学、热加工、机械设计和机械原理等，把这些课程系统的应用 了一遍，同时也是最好的复习，并且把不同的专业课程串在了一起学习，真正理 解了什么是机械设计。 另外在设计过程中感悟到了设计所必须的严谨态度， 要对设计中出现的每一 个数据都要有理有据，真实合理，不然就会影响到所有的数据计算，在设计中必 机械设计课程设计：双级圆柱齿轮减速器 29 须在设计中不断修改。比如在设计中设计齿轮时由于开始电动机选择不合理，最 终导致以后的一切数据都出错，所以在机械设计中必须要严谨认真，这是每一个 设计者所必须要具备的一种素质。 在做设计过程中由于实际紧张，所以有时候不得不通宵做设计，画图，也初 步体会到了设计者的辛苦， 但也从中得到了不少乐趣， 在设计中几个人在一起做， 可以给对方提出不合理的地方，以便早点修改，在设计结束是看着自己画出来的 图时会有种特别的满足感和成就感。同时也喜欢上了机械这个行业，相信在以后 的学习生活中永远都不会忘记这次设计，因为这是第一次做设计，也第一次感受 到设计结果时的喜悦。 在设计中几位老师不辞辛劳每天都帮助我们，给我们很多指导，在此特别感 谢他们。 十四、参考资料 机械原理及机械设计主编：诸文俊 钟发祥 西北大学出版社 机械设计课程设计主编：任金泉 西安交通大学出版社 附录：草图