用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器

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1、页第 30 页 共 30 页 机械设计课程设计 计算说明书 设计题目用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器 理学院 （院） 机械电子工程 （专业） 班 级: 学 号: 设 计 人 指导教师 2012年 月 日 目 录 1 设计任务书 3 1.1设计题目 3 1.2原始数据和技术要求 3 1.3设计内容与要求 4 1.4进

2、度安排 4 2 设计计算及说明 5 2.1传动方案的拟定及说明 5 2.2电动机的选择 5 2.3传动装置的运动和动力参数的选择和计算 5 2.4传动零件的设计计算 7 2.5轴的设计计算 11 2.6轴承的选择和计算 22 2.7键连接的选择和计算 25 2.8减速器附件的选择和密封类型的选择 26 2.9联轴器的选择 27 2.10减速器箱体的设计 27 3 设计小结 28 参考文献 28 1 设计任务书 1.1 设计题目 用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动

3、装置简图如右图所示 1.2 原始数据和技术要求 (1)工作条件 单班制工作，空载启动，单向、连续运转，工作中有轻微振动。运输带速度允许速度误差为5%。 (2)使用期限 工作期限为十年，检修期间隔为三年。 (3)生产批量及加工条件 小批量生产。 （4）数据要求 运输机工作轴转矩T（Nm） 800 运输机带速v(m/s) 1.3 卷筒直径D（mm） 370 1.3 设计内容与要求 设计的内容包括：确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联接件的选择及校核计算；箱体结构及

4、其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。 在设计中完成以下工作： 　　① 减速器装配图1张（A1或A2图纸）； 　　② 零件工作图2～3张（传动零件、轴、箱体等）； 　　③ 设计计算说明书1份，6000～8000字。 1.4 进度安排 内 容 时间安排 1．设计准备 1天 2．传动装置的总体设计 1天 3．传动零件的设计计算 5天 4．装配图设计 2天 5．零件工作图设计 1天 6．编写设计计算说明书 2天 7．设计总结和答辩 1天 2 设计计算及说明

5、 计算及说明 结果 2.1传动方案的拟定及说明 两级展开式圆柱齿轮减速器,结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同，但轴向尺寸大，且中间轴较长、刚度差，使载荷沿齿宽分布不均匀，因此考虑选择两级展开式圆柱齿轮减速，卷筒与输出轴之间直接使用联轴器相连。 2.2电动机的选择 2.2.1确定电动机类型 按工作要求和条件,选用y

6、系列三相交流异步电动机。 2.2.2确定电动机的容量 (1)运输带工作的拉力 (2)运输机所需的功率 (3)电动机所需的输出功率 设η1、η2、η3、η4、η5分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为7级）， 滚动轴承、v带、滚筒的效率，由[2]表2-2 P6查得η1 = 0.99，η2 = 0.98，η3 = 0.99， η4 = 0.96，η5 = 0.96，则传动装置的总效率为 η总=η1η22η33η4η5 = 0.99 x 0.982 x 0.993 x 0.96x0.96=0.85 5.6/0.85=6.6kw 查机械设计手册选用Y 1

7、32M-4电动机，其功率为7.5kw，额定转速为1440r/min,同步转速为1500r/min. 2.3传动装置的运动和动力参数的选择和计算 2.3.1总传动比 运输机的转速 i总= =1440/67.14＝21.4 2.3.2分配各装置传动比 展开式二级圆柱齿轮减速器，查表可得V带传动单级传动比常用值2~4 取 2.3.3各轴的转速 2.3.4各轴输入功率 2.3.5各轴输入转矩 表1 传动装置各轴运动参数和动力参数表 项目 轴号 功率 转速 转

8、矩 传动比 Ⅰ轴 7.2 576 119.38 2.5 Ⅱ轴 6.99 172.46 385.07 3.34 Ⅲ轴 6.78 67.11 964.82 2.57 2.4传动零件的设计计算 2.4.1 v带传动的设计计算 1. 确定计算功率 查《机械设计手册》表得工作情况系数 则 2. 选择V带型号 根据查图可以选用A型带 3. 确定带轮的基准直径并验算带速 查《机械设计手册》取V小带轮基准直径d1=125mm 验算带速 因为5

9、定 500mm 查《机械设计基础》普通V带基准长度表取L=1800mm 按选取的基准长度计算中心距 考虑安装调整，中心距的变化范围为（a-0.015L）~(a+0.03L) 即（518.5mm~599.5mm） 5. 验算小带轮上的包角 6. 计算带的根数 V带根数的计算公式为 由d1=125mm，i=2.5和n=1440r/min 查《机械设计基础》表得 由查《机械设计基础》表 得，将查得得值代入得 故取V带的根数为4根 7. 计算单根V带的初拉力 查表可得A带单位长度质量q=0.1kg/m 普通V带的初拉力计算公式 8.

10、 计算作用在带轮轴上的压力 9. 带轮的轮宽 大带轮的带轮宽 2.2.4高速级齿轮的设计 1. 选定齿轮类型、精度等级、材料 （1）选用斜齿圆柱齿轮，且速度不高，故选用9级精度 （2）查《机械设计基础》表取小齿轮为20CrMnTi（渗碳淬火）， 齿面硬度为56~62HRC, 大齿轮材料为20Cr（渗碳淬火），齿面硬度为56~62HRC， 2.按齿轮弯曲强度设计 查《机械设计基础》表取 查《机械设计基础》表取载荷系数K=1.5，齿宽系数 弹性系数， 初选螺旋角β=15 齿数取 实际传动比 当量齿数 查《机械设计基础》表取齿形系数 应力修正系数

11、 需进行弯曲强度计算 法面模数 查《机械设计基础》表取模数m=2 中心距 取中心距为127mm 确定螺旋角 齿轮分度圆直径 齿宽 3. 齿面接触强度 所以是安全的 4. 圆周速度 查《机械设计基础》表可知选用9级精度是合适的 2.2.5 速级齿轮的设计 1. 选定齿轮类型、精度等级、材料 （1）选用直齿圆柱齿轮，且速度不高，故选用9级精度 （2）查《机械设计基础》表取小齿轮为45钢（调质）， 齿面硬度为197~286HBS 大齿轮材料为45钢（正火），齿面硬度为156~217HRC， 2. 齿面接触疲劳强度

12、设计 查《机械设计基础》表取 查《机械设计基础》表取载荷系数K=1.5，齿宽系数 弹性系数 齿数取 模数 齿宽 3. 齿弯曲强度 查《机械设计基础》表取齿形系数 应力修正系数 所以是安全的 4. 齿轮的圆周速度 查《机械设计基础》表可知选用9级精度是合适的 2.5轴的设计计算 2.5.1高速轴的设计 1. 作用在齿轮上的力 高速级齿轮的分度圆直径为 2选择轴的材料 可选轴的材料为45钢，调质处理，查表得 由插值法得 3.计算轴的最小直径，查表取C=110， 考虑到轴上开有键槽，故

13、将轴的直径增大5％则 将其圆整后取28mm 应该设计成齿轮轴，轴的最小直径是安装连接大带轮。 4.拟定轴的装配草图 5.根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度 （1）取左端与带轮连接处轴直径，查《机械设计手册》取，为满足大带轮的定位要求，则其右侧有一轴肩，故取，根据轴的直径初选角接触球轴承7208AC，则其尺寸为，左右轴承取相同型号，右侧轴肩，由前面设计知齿轮齿宽为65mm，齿面和箱体内壁距离取,根据计算及配合知 （2）大带轮与轴的周向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为,大带轮与轴的配合为，深沟球轴承与轴的轴向定位是通过轴套和轴承内圈固定的，此外选轴的直径尺寸公差为m

14、6. 6.轴的强度校核 （1）画轴的受力简图 （2）求支反力并画出弯矩图 垂直面内 其中 解得 截面C左侧弯矩 截面C右侧弯矩 水平面内 解得 截面C处弯矩 （3）绘制合成弯矩图 根据 （4）绘制扭矩图 (5) 绘制当量弯矩图 由前面图可知，C处可能是危险截面，轴和齿轮的交界处也有可能是危险截面 此处的轴的扭矩应力视为脉动循环，取 C截面 （6）校核危险截面处得强度 用齿轮轴左侧轴直径来校核 所设计轴满足要求。 2.5．2中间轴的设计 1.求作用在

15、齿轮上的力 高速级齿轮的分度圆直径为 低速级齿轮的分度圆直径为 2选择轴的材料 可选轴的材料为45钢，调质处理，查表得 由插值法得 3.计算轴的最小直径，查表取C=110， 考虑到轴上开有键槽，故将轴的直径增大5％则 将其圆整后取40mm 4.拟定轴的装配草图 5.根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度 （1）取左端轴直径，根据轴的直径初角接触球轴承7208AC，则其尺寸为，左右轴承取相同型号，齿面和箱体内壁距离取，由前面设计知齿轮齿宽为155mm，右侧轴肩，齿面和箱体内壁距离取20mm，右侧齿轮齿宽为60mm，直径取45

16、mm。 （2）左侧齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为,轴向定位采用轴套，右侧齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为，齿轮与轴配合都为，角接触球轴承与轴的轴向定位是通过轴套和轴承外圈固定的，此外选轴的直径尺寸公差为m6. 6.轴的强度校核 （1）画轴的受力简图 （2）求支反力并画出弯矩图 垂直面内 其中 解得 截面C弯矩 截面D弯矩 水平面内解得 截面C处弯矩 截面D处弯矩 （3）绘制合成弯矩图 根据 （4）绘制扭矩图 （4）绘制当量弯矩

17、图 由前面图可知，C处可能是危险截面，轴和齿轮的交界处也有可能是危险截面 此处的轴的扭矩应力视为脉动循环，取 C截面 （5）校核危险截面处得强度 校核C处轴 所设计轴满足要求。 2.5.3低速轴的设计 1.求作用在齿轮上的力 低速级齿轮的分度圆直径为 2选择轴的材料 可选轴的材料为45钢，调质处理，查表得 由插值法得 3.计算轴的最小直径，查表取C=110， 考虑到轴上开有键槽，故将轴的直径增大5％则 将其圆整后取55mm 4.拟定轴的装配草图 5.根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度 （1）取左端轴直径

18、，齿面和箱体内壁距离取17.5mm，根据轴的直径初选角接触球轴承7213AC，则其尺寸为，左右轴承选相同型号，由前面设计知齿轮齿宽为150mm，取直径右侧轴肩，为满足联轴器的定位要求，则其左侧有一轴肩，直径取60mm，长度为50mm，与联轴器相配合轴直径取为55mm，查表取长度为112mm。 （2）左侧角接触球轴承与轴的轴向定位是通过轴套和轴承外圈固定的，齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为,轴向定位采用轴端挡圈，右侧轴承轴向定位是通过轴肩和轴承内圈固定的，齿轮与轴配合都为，此外选轴的直径尺寸公差为m6,联轴器的轴向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为 6.轴的强度校核 （1）

19、画轴的受力简图 （2）求支反力并画出弯矩图 垂直面 其中 解得 截面C弯矩 截面D弯矩 水平面 其中 解得 截面C弯矩 截面D弯矩 （3）绘制合成弯矩图 根据 （4）绘制扭矩图 （5）绘制当量弯矩图 由前面图可知，C处可能是危险截面，轴和齿轮的交界处也有可能是危险截面 此处的轴的扭矩应力视为脉动循环，取 C截面 （6）校核危险截面处得强度 用D轴直径来校核 所设计轴满足要求。 2.6轴承的选择和计算 2.6.1高速轴承 由前面设计

20、可得初选角接触球轴承7208AC，则其尺寸为，查《机械设计基础》，可得 （1） 计算轴承受到的径向载荷 由前面计算知 （2） 计算轴承所受轴向力 查表知 齿轮受到轴向力 ,则轴承1压缩，轴承2放松 轴承1所受轴向力 轴承2所受轴向力 (3) 算轴承当量动载荷 查《机械设计基础》可得e=0.68 轴承1 轴承2 查《机械设计基础》可得径向动载荷系数和轴向动载荷系数 当量动载荷分别为 (4)验算轴的寿命 应以1轴承的当量动载荷为计算依据，由轴承温度正常， 查表得，因载荷平稳无冲击，取 轴

21、承预期寿命 故所选轴承满足要求 2.6.2中间轴轴承 由前面设计可得初选角接触球轴承7208AC，则其尺寸为，查《机械设计基础》，可得 （1）轴承受到的径向载荷 由前面计算知 （2）计算轴承所受轴向力 查表知 齿轮受到轴向力 ,则轴承1压缩，轴承2放松 轴承1所受轴向力 轴承2所受轴向力 (3)计算轴承当量动载荷 《机械设计基础》可得e=0.68 轴承1 轴承2 查《机械设计基础》可得径向动载荷系数和轴向动载荷系数 当量动载荷分别为 (4)验算轴的寿命 应以1轴承的当量动载荷为计算依据，由轴承

22、温度正常， 查表得，因载荷平稳无冲击，取 轴承预期寿命 故所选轴承满足要求 2.6．3低速轴承 由前面设计可得初选角接触球轴承7213AC，则其尺寸为，查《机械设计基础》，可得 （1）计算轴承受到的径向载荷 由前面计算知 (2) 计算轴承当量动载荷 查《机械设计基础》可得径向动载荷系数和轴向动载荷系数 当量动载荷分别为 (3) 验算轴的寿命 应以1轴承的当量动载荷为计算依据，由轴承温度正常， 查表得，因载荷平稳无冲击，取 轴承预期寿命 故所选轴承满足要

23、求 2.7键连接的选择和计算 大带轮与轴的周向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为 设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度 轴2左侧齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为 设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度 轴2右侧齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为 设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度 轴3齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为 设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度 轴3联轴器的轴向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为 设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度 由以上计算

24、知键符合要求 2.8减速器附件的选择和密封类型的选择 2.8.1减速器附件的选择 1窥视孔和窥视孔盖 设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能够伸进箱体进行检查操作为宜。 其尺寸选择为： 2.通气塞和通气器 通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上，较完善的通气器内部制成一定曲路，并设置金属网。 主要尺寸：M16x1.5,D=22,D1=19.8,S=17,L=23,l=12,a=2,d1=5 3.油标、油尺 由于杆式油标结构简单，应用广泛，选择杆式油标尺，其尺寸选择为:M12 4.油塞、封油垫 其尺寸选择为:M20X1.5 5.起吊装置 选择吊耳环和吊

25、钩 2.8.2润滑与密封 1．齿轮传动润滑 因为齿轮圆周速度，故选择浸油润滑。 2．滚动轴承的润滑 因为齿轮圆周速度v<2m/s,滚动轴承采用脂润滑 3.轴外伸端密封 I轴：与之组合的轴的直径是25mm，选d=28mm毡圈油封 II轴：无需密封圈 III轴：与之配合的轴的直径是55mm，选d=55mm 选毡圈油封 4.箱体结合面的密封 软钢纸板 2.9联轴器的选择 根据题目的要求要选择弹性套注销联轴器，又因为经各轴功率的计算，低速轴的输出转矩为T=958.250Nm,所以选用LT8Y型联轴器。 2.10减速器箱体的设计 箱座壁厚δ1=10mm； 箱盖壁厚δ1=8

26、mm； 箱座凸缘厚度b=15mm 箱盖凸缘厚度b1=12mm 箱座底凸缘厚度b2=25mm 地脚螺栓直径df=M20 地脚螺栓数目n=4 轴承旁联接螺栓直径d1=16mm 凸缘联接螺栓d2=10mm 轴承端盖螺钉直径d3=10mm 定位销直径d=8mm 检查孔盖连接螺栓直径d4=8mm 轴承旁凸台半径R＝20mm 凸台高度根据低速轴承座外半径确定 外箱壁至轴承座端面距离L1=52mm 齿轮端面与内箱壁距离15mm 选用Y 132M-4电动机

27、 总传动 A型带 a=545.5mm Z=4根 大带轮轮宽B=36mm 小齿轮为20CrMnTi 大齿轮材料为20Cr（渗碳淬火）

28、 载荷系数K=1.5，齿宽系数 实际传动比i=3.36 m=2 a=126.3mm V=1.26m/s 小齿轮为45钢（调质） 大齿轮材料为45钢（正火） m=5

29、 选轴的材料为45钢，调质处理 d=28mm

30、 选轴的材料为45钢，调质处理 d=40mm

31、 材料为45钢，调质处理 d=55mm

32、 初选角接触球轴承7208AC 初选角接触球轴承7208AC

33、 平键C型连接 浸油润滑 选d=28mm毡圈油封 II轴：无需密封圈 选d=55mm 选毡圈油封 选用LT8Y型联轴器 3设计小结 我们这次机械设计课程设计是做《用于带式运输

34、机的展开式二级圆柱齿轮减速器》,在两个星期的设计过程中，让我明白一个简单机械设计的过程，知道一个设计所必须要准备些什么，要怎样去安排工作，并学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律；也通过课程设计实践，培养了我综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力；学会怎样去进行机械设计计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范。还有就是激发了我的学习兴趣，能起到一种激励奋斗的作用，让我更加对课堂所学内容的更加理解和掌握。 这次机械课程设计中，我遇到了很多问题，但同学讨论和老师 指导起到了很大的作用，这就是团队的精神。自己在设计中所遇到的困难，让

35、我明白要做好一个机械设计是一件不容易的事，必须有丰富的知识面和实践经验，还必须有一个好的导师。设计让我感到学习设计的紧张，能看到同学间的奋斗努力，能让大家很好地回顾以前所学习的理论知识，也明白只有在学习理论基础上才能做设计，让我以后更加注重理论的学习并回到实践中去。还这次自己没有很好地把握设计时间的分配，前面传动方案设计和传动件设计时间太长，而在装配草图设计、装配工作图设计时间太紧，还有就是在装配草图设计中遇到一些尺寸不是很确定，而减慢了AutoCAD工程制图的速度，这也很好让我们更加掌握AutoCAD工程制图的操作。这是自己设计思维不太严谨，没有很好地熟悉一些理论知识，没有过此类设计的经验；

36、在设计过程中自己也做了一些重复的计数，很多往往是一个参数所取不正确或没有太在意一些计数，而在尺寸计算校核才发现问题，而白白花了重复工作的时间，但也能让我更加深刻一些设计的过程，积累了一些设计的经验。 这次机械设计课程设计是我们一次进行的较长时间、较系统、 较全面的工程设计能力训练，很好地提高了我们实践能力和运用综合能力的水平。我们可以通过设计，明白到学习的内容的目的，更加明确大学学习的目标方向，能激起学生学习激情，也让我们有学习的成就感，希望以后有更多合适实训教学安排。 参考文献 [1] 王继焕主编. 2011.《机械设计》（第二版）. 华中科技大学出版社 [2]机械设计手册软件版 30