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1、机械设计基础 课程设计说明书设计题目: 二级（同轴式）圆柱齿轮减速器 院系： 机电工程学院 专业： 材料成型及控制工程 班级： 10级模具制造班 姓名: XX指导老师：XXX 学号： 1005XXXX完成日期2013年1月11日目录一、 设计任务书2-3 二、 传动装置的总体设计3-7 三、 传动零件的设计计算7-14 四、 轴的设计计算 14-24五、 键连接的选择和计算24-25 六、 滚动轴承的设计与计算25-26 七、 箱体的结构设计 26-29八、 设计小结29-30 九、 参考文献 31一、 设计任务书1、 设计题目： 设计二级（同轴式）圆柱齿轮减速器2、 设计要求： 设计一用于带
2、式运输机上的同轴式二级圆柱齿轮减速器（如图），连续工作，单向运转;空载启动较平稳。运输带容许速度误差为5%。每天8小时，使用期限8年，大修期为3年，中批量生产。 设计参数：运输机最大有效拉力2800N，运输带速度v=1.4m/s，卷筒直径D=450。 特点：同轴式二级减速器径向尺寸紧凑，但轴向尺寸较大，减速器的输入轴、输出轴位于同一轴线两端。3、 设计内容： 1）传动方案的分析与拟定 2）电动机的选择 3）传动装置运动与动力参数计算 4）传动零件、轴、滚动轴承及连接键的设计计算 5）滚动轴承、键、联轴器的选择与校核 6）装配图、零件图的绘制 7）编写设计计算说明书4、 设计任务： 1) 装配图
3、1张 (A1/A2) 2) 上/下箱体1 张 (A1/A2) 3) 轴1张(A2/A3) 4) 齿轮1张(A2/A3) 5）转子部件图1张（A1/A2） 6) 设计说明书1份二、 传动装置的总体设计采用二级减速器，瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节约材料。轴向尺寸大，要求两级传动中心距相同。减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。但减速器轴向尺寸及重量较大；高级齿轮的承载能力不能充分利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长，刚度差；仅能有一个输入和输出端，限制了传动布置的灵活性。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。综合上述，该传动方案满足工作机的性能
4、要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低,传动效率高。1、 电机的选择（1）电动机运行功率 = = 电动机到输送机的总效率： 根据机械设计课程设计中表格10-11取滚动轴承传递效率（三对和卷筒轴承），齿轮传动效率，卷筒传动效率，联轴器传动效率=kW=4.61kW由机械设计课程设计表12-1可得所选电动机额定功率为=5.5kW（2）确定电动机转速卷筒轴的工作转速：同轴式二级圆柱齿轮减速器传动比=840电动机转速可选范围=（840）59.45 rmin =（475.62378）rmin符合这一范围的同步转速为750 rmin、1000 rmin和1500 rmin三种。由表1
5、2-1选取合适的电机参数如下型号功率（kW）同步转速（r/min）满载转速（r/min）额定转矩（）最大转矩（）电机轴直径D（mm）Y132S2-45.5150014402.22.3382、 传动装置运动及动力参数计算。（1） 传动装置总传动比和分配各级传动比 传动装置总传动比 = =24.24 分配各级传动比其中， 所以 符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。（2） 传动装置的运动和动力参考数的计算a. 各轴转速电动机轴为0轴，减速器高速轴为I轴，中速轴为轴，低速轴为 轴。=1440r/min b. 各轴功率 c. 各轴扭矩 Nm Nm Nm Nm Nmd. 运动和动力参
6、数如下表：轴名参数电动机轴高速轴中速轴低速轴卷筒轴转速n (rmin)14401440292.6259.4659.46功率P（kW）5.55.395.184.974.63扭矩T（Nm）36.4835.75169.06798.24743.63传动比 i14.9214.9211效率0.980.960.960.94三、 传动零件的设计计算高速级齿轮强度设计1、 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。（1） 根据所要求的传动方案，选择直齿圆柱齿轮传动。运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。选用软齿面齿轮传动（2） 材料选择。选择小齿轮材料为40Cr，调质，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢
7、，调质，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。2、 按齿面接触强度设计（1） 确定公式内的各计算数值。 1）选择载荷系数， 2）计算小齿轮传递的扭矩， 3）由于同轴式联轴器需要轴向尺寸，由机械设计表10-7选取齿轮宽系数 ， 4） 由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数 5）由机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限， 6）由机械设计式10-13计算应力循环次数。=60=4.98=7）由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数，8）计算接触疲劳须用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得
8、（2）计算 1）计算小齿轮分度圆直径 2）计算圆周速度6m/s3）计算齿宽bb=4）计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 h=2.25=4.39mm5)计算载荷系数 由机械设计表10-2差得使用系数=1，由=1.4m/s,8级精度，由机械设计图10-8查得动载荷系数=1.08。由机械设计表10-4查得，由图10-13得，直齿齿轮传动，齿间载荷分配系数 故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径7）计算模数m 3、 按齿根弯曲疲劳强度设计由机械设计式（10-5）得弯曲强度的设计公式为（1） 确定公式内的各计算数值1） 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限500MPa，大齿轮的弯曲
9、强度极限=380MPa，2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，=0.88。3） 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4） 计算载荷系数K5） 查取齿形系数由表10-5查得 ；6） 查取应力校正系数由表10-5查得 ；7） 计算大，小齿轮的并加以比较大齿轮的数值较大。（2） 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度计算得的模数1.50mm并就近圆整为标准值m=1.5mm，按接触强度算得的分度
10、圆直径，算出小齿轮齿数 大齿轮齿数 取 这样设计出来的齿轮传动，既满足了齿面接触强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4、 几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径（2） 计算中心圆（3） 计算齿轮宽度取，。得齿轮结构设计参数：高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮传动比4.921模数（mm）1.5中心距（mm）124.5啮合角齿数2813828138齿宽（mm）55505550直径（mm）分度圆d4220742207齿根圆3920439204齿顶圆45.75210.7545.75210.75四、 轴的设计计算1、 高速轴I 参数=5.39kW，n=1440r/min,(1)选择轴
11、的材料，确定许用应力由于设计的是二级减速器的输入轴，属于一般轴的设计问题，选用45#正火钢，硬度170217HBS，抗拉强度b=650Mpa，许用弯曲应力600（2）估算轴的基本直径根据机械设计表15-3，对45钢取A=110，由式15-2得图4-1（3）确定各轴段轴颈直径和长度各段轴的直径A段：考虑有键槽，将直径增大5%，则d1=17.079(1+5%)mm=17.933mm ，由于与联轴器配合，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查教材表14-1，考虑到转矩变化小，故取，则：，按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，选用凸缘联轴器GY2，查表取B段：（取轴肩高0.07）C段：（与深沟
12、球轴承6005配合，取轴承内径）D段：E段：（与深沟球轴承6005配合，取轴承内径）各段轴的长度A段：=60mm,由联轴器确定。B段：=60mm，C段：=35mm, 与轴承（深沟球轴承6005）配合,加上轴套长度D段：=50mm, 由小齿轮宽度确定E段：，与轴承（深沟球轴承6005）配合，加上轴套长度（4）考虑轴的工艺特性考虑轴的结构工艺特性，在轴的左右两端均制成倒角；左端支撑轴轴承的轴颈磨削加工到位，留有砂轮越程槽；为便于加工，齿轮，半联轴器处的键槽处在同一母线上。（5）强度计算 a. 求齿轮上作用力大小和方向先做出力学模型，如图取集中载荷作用于齿轮及轴承中点。转矩 圆周力 轴向力 各力方向
13、如图所示图4-2b. 按平面力系列平衡方程式进行计算Xy面 得 ,zy面 得 ,得画当量弯矩图,图4-3（6）判断危险面及验算强度c. 当剖面在处当量弯矩最大，而其直径与旁边相差不大故剖面为危险面。已知,=59MPa d. 剖面处虽然扭矩小，但直径小，也为剖面危险面。， 0所以，强度满足要求2、 中速轴速轴 参数=5.18Kw，n=292.62r/min，T=169.06N/m（1） 选择轴的材料，确定许用应力由于设计的是单级减速器的输入轴，属于一般轴的设计问题，选用45#正火钢，硬度170217HBS，抗拉强度b=650Mpa，许用弯曲应力600（2） 估算轴的基本直径根据机械设计基础式14
14、-2，对45钢取A=110图4-43、确定各轴段轴颈直径和长度 1）周径。初选滚动轴承。因轴承只受有径向力的作用，故机械设计课程设计书选用圆柱滚子轴承选轴承N207E参数为，故从轴承开始向左取为=35mm=42mm（d+0.14d）=48mm=齿轮安装尺寸=35mm轴承内径 2）轴长。取决于轴零件的宽度以及他们的相对位置 。选用N209E其宽度为B=10；齿轮端面到箱体壁间距离a=15mm；考虑铸造误差，装配时留有余地，取滚轮轴承与箱体内边距s=5mm；轴承处箱体凸缘宽度，应按箱体与箱座连接螺母尺寸及结构要求确定，暂定：该宽度B=轴承宽+0.1a+20mm.综上，每段取值为=36mm，=60m
15、m，=110mm，=65mm，=36mm4、强度计算速轴强度校验同高速轴得：度满足要求低速轴速轴 参数=4.97Kw，n=59.46r/min，T=798.24N/m1、选择轴的材料，确定许用应力由于设计的是单级减速器的输入轴，属于一般轴的设计问题，选用45#正火钢，硬度170217HBS，抗拉强度b=650Mpa，许用弯曲应力600MPa2、估算轴的基本直径根据机械设计基础式14-2，对45钢取A=110有键槽轴颈增加5%，=50.51mm，查机械设计课程设计表14-2的联轴器标准。故=50mm。图4-53)确定各轴段轴颈直径和长度 1）周径。开始向左取为=48mm=54mm（d+0.14d
16、）=55mm查轴承内径初选滚动轴承。因轴承只受有径向力的作用，故查机械设计课程设计表14-4选用圆柱滚子轴承选轴承N211E参数为故=60mm安装尺寸=70mm轴承内径=74mm =55mm轴承内径 2）轴长。取决于轴零件的宽度以及他们的相对位置 。选用N209E其宽度为B=10；齿轮端面到箱体壁间距离a=15mm；考虑铸造误差，装配时留有余地，取滚轮轴承与箱体内边距s=5mm；轴承处箱体凸缘宽度，应按箱体与箱座连接螺母尺寸及结构要求确定，暂定：该宽度B=轴承宽+0.1a+20mm.综上，每段取值为=84mm，=56mm，=41mm，=65mm， =10mm，=10mm，=20mm，=21mm
17、4强度计算低速轴强度校验同高速轴得：强度满足要求五、 键连接的选择和计算a. 低速轴与齿轮键联接的选择和计算（1）键的类型及尺寸选择 齿轮与轴配合对中性要好，轴与轮毂孔应构成静连接，为便于装配，选择A型圆头普通平键，根据轴径d=60mm，有机械设计基础表8-1查得，键宽b=18mm，键高h=11mm；由于轮毂长度60mm，故取标准长度50mm。键的工作长度l=L-b=39mm;又遇见槽尺寸查得轴槽深，毂槽深（2）键的强度校核由机械设计基础表8-2按静键连接，钢材料齿轮，轻微冲击载荷，查得许用应力所以强度足够其余键的选择原理同上，分别为：b. 低速轴与联轴器键联接的选择和计算 键将轴端与联轴器连
18、接起来，选用圆头平键，轴径d=48mm，查机械设计课程设计表13-28应选键的截面尺寸为 ，此段轴长为82mm,取键长L=63mm，键宽b=14mm键高h=9mm. c. 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算此处选用圆头平键，轴径d=48mm，查机械设计课程设计表13-28应选键的截面尺寸为 ，此段轴长为60mm,取键长L=50mm，键宽b=12mm键高h=8mm.校核该键强度满足要求d. 高速轴与齿轮键联接的选择和计算此处选用圆头平键，轴径d=30mm，查机械设计指导书表13-28应选键的截面尺寸为 ，此段轴长为60mm,取键长L=56mm，键宽b=10mm键高h=8mm.校核该键强度满足要求e
19、. 高速轴与联轴器键联接的选择和计算此处选用圆头平键，轴径d=30mm，查机械设计课程设计表13-28应选键的截面尺寸为 ，此段轴长为60mm,取键长L=19mm，键宽b=6mm键高h=6mm.校核该键强度满足要求六、 滚动轴承的选择计算a. 高速轴轴承的计算中间轴轴承的计算1、 滚动轴承的选择计算轴承预期寿命 高速轴上滚动轴承的选择计算轴上轴承的选择选用型圆柱滚子轴承，参数，。2、 两轴承所受到的径向载荷和，由高速轴的校核过程可知，。3、 轴承当量动载荷和查机械设计课程设计表15-4可得 ，数， 4、 验算轴承寿命因为，所以按照轴承1的受力大小验算，所以选N206E轴承满足寿命。b. 中速轴
20、轴承的计算中间轴轴承的计算 轴上轴承的选择选用型圆柱滚子轴承，参数，经校核同高速轴的轴承，校核满足寿命。c. 低速轴轴承的计算中间轴轴承的计算轴上轴承的选择选用型圆柱滚子轴承，参数，经校核同高速轴的轴承，校核满足寿命。七、 箱体的结构设计1）减速器箱体的结构设计箱体采用剖分式结构，剖分面通过轴心。下面对箱体进行具体设计：名称符号尺寸关系尺寸大小箱体壁厚8箱盖壁厚8箱座、箱盖、箱座底凸缘厚度b、b、b地脚螺栓直径及数目、轴承旁联接螺栓直径12箱盖、箱座联接螺栓直径10轴承端盖螺钉直径轴承外圈直螺钉数目检查孔盖螺钉直径双级减速器、螺栓直径M10M16M20162226142024轴承座外径1301
21、50185轴承旁联接螺栓距离一般取轴承旁凸台半径轴承旁凸台高度由结构决定，可取38mm箱外壁至轴承座端面距离40箱盖、箱座肋厚、大齿轮顶圆与箱内壁间距离15齿轮端面与箱内壁距离152）减速器附件的结构设计（1）检查孔和视孔盖检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，检查要开在便于观察传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖用铸铁制成，它和箱体之间加密封垫。（2）放油螺塞放油孔设在箱座底面最低处，其附近留有足够的空间，以便于放容器，箱体底面向放油孔方向倾斜一点，并在其附近形成凹坑，以便于油污的汇集和排放。放油螺塞为六角头细牙螺纹，在六角头与放油
22、孔的接触面处加封油圈密封。（3）油标油标用来指示油面高度，将它设置在便于检查及油面较稳定之处。（4）通气器通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转时箱内温度升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。将通气器设置在检查孔上，其里面还有过滤网可减少灰尘进入。（5）起盖螺钉为便于起盖，在箱盖凸缘上装设2个起盖螺钉。拆卸箱盖时，可先拧动此螺钉顶起箱盖。（7）定位销在箱体连接凸缘上相距较远处安置两个圆锥销，保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度。八、 结束语 通过设计，该二级圆柱齿轮减速器具有以下特点及优点：1）能满足所需的传动比齿轮传动能实现稳定的传动比，该减速器为满足设计要求而设计了124.22
23、的总传动比。2）选用的齿轮满足强度刚度要求由于系统所受的载荷不大，在设计中齿轮采用了腹板式齿轮不仅能够满足强度及刚度要求，而且节省材料，降低了加工的成本。3）轴具有足够的强度及刚度由于二级同轴齿轮减速器的齿轮相对轴承位置不对称，当其产生弯扭变形时，载荷在齿宽分布不均匀，因此，对轴的设计要求最高，通过了对轴长时间的精心设计，设计的轴具有较大的刚度，保证传动的稳定性。4）箱体设计的得体设计减速器的具有较大尺寸的底面积及箱体轮毂，可以增加抗弯扭的惯性，有利于提高箱体的整体刚性。5）加工工艺性能好设计时考虑到要尽量减少工件与刀具的调整次数，以提高加工的精度和生产率。此外，所设计的减速器还具有形状均匀、
24、美观，使用寿命长等优点，可以完全满足设计的要求。6）个人体会这次关于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器的课程设计是真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过16天的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想、训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反应和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。设计中还存在不少的错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养 0 设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。参考文献1 刘建华，任义磊机械设计课程设计 M北京： 化学工业出版社, 20112 濮良贵，纪名刚机械设计 M高等教育出版社，20123廖汉元，孔建益.机械原理 M.机械工业出版社，2010.