机械课程设计二级齿轮减速器.doc

第一章 任务书 2
1.1课程设计说明 2
1.2课程设计任务书 2
1.2.1运动简图 2
1.2.2原始数据 3
1.2.3已知条件 3
1.2.4设计工作量： 3
第二章 减速器设计步骤 4
2.1电动机的选择 4
2.1.1选择电动机的类型 5
2.1.2选择电动机的容量 5
2.1.3确定电动机转速 6
2.2确定传动装置的总传动比和分配传动比 7
2.2.1分配减速器的各级传动比 7
2.2.2计算各轴的动力和动力参数 7
2.3传动零件的设计计算 10
2.3.1 V带设计 10
2.3.2齿轮设计： 12
2.4减速器结构设计 17
2.5轴的设计及效核 18
2.5.1初步估算轴的直径 18
2.5.2联轴器的选取 18
2.5.3初选轴承 19
2.5.4轴的结构设计（直径，长度来历） 19
2.5.5低速轴的校核 20
2.6轴承的寿命计算 24
2.7键连接的选择和计算 26
2.8减数器的润滑方式和密封类型的选择 27
2.8.1齿轮传动的润滑 27
2.8.2润滑油牌号选择 27
2.8.3密封形式 27
2.9设计总结 28
第一章 任务书
1.1课程设计说明
本次设计为课程设计，通过设计二级齿轮减速器，学习机械设计的基本过程、步骤，规范、学习和掌握设计方法，以学习的各种机械设计，材料，运动，力学知识为基础，以《机械设计》、《机械原理》、《机械制图》、《机械设计课程设计手册》、《制造技术基础》、《机械设计课程设计指导书》以及各种国标为依据，独立自主的完成二级减速器的设计、计算、验证的全过程。亲身了解设计过程中遇到的种种问题和解决的方法，思考、分析最优方案，这是第一次独立自主的完成设计过程，为毕业设计以及以后的就业工作做下铺垫。

1.2课程设计任务书
课程设计题目1：带式运输机
1.2.1运动简图

1.2．2原始数据
题 号
参 数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
运输带工作拉力F（KN）
3.0
3.2
3.5
3.8
4
4.2
4.5
5
5.5
6
运输带工作速度v（m/s）
2.0
1.8
1.6
1.9
1.9
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
滚筒直径D（mm）
400
450
400
400
400
450
450
450
450
450
每日工作时数T（h）
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
使用折旧期（y）
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
3、已知条件：
1、工作情况：传动不逆转，载荷平稳，允许运输带速度误差为±5%；
2、滚筒效率：ηj=0.96（包括滚筒与轴承的效率损失）；
3、工作环境：室内，灰尘较大，最高环境温度35°C；
4、动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；
5、检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；
6、制造条件及生产批量：一般机械厂生产制造，小批量。
4、设计工作量：
1、减速器装配图1张（A0或A1）；
2、零件工作图1～3张；
3、设计说明书1份。

第二章 减速器设计步骤
1、组成：
传动装置由电机、减速器、工作机组成。
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：
考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。
其传动方案如下：

2.1电动机的选择
2.1.1选择电动机的类型
按工作要求和条件，选用三机笼型电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。
选择V带传动和二级圆柱斜齿轮减速器（展开式）。
传动装置的总效率
；
其中：
——为V带的效率,
——为滚动轴承效率=0.983=0.941
——为闭式齿轮传动效率，
——为联轴器的效率,
——卷筒效率=0.96(包括其支承轴承效率的损失)。
2.1.2选择电动机的容量
负载功率:

折算到电动机的功率为:

2.1.3确定电动机转速
卷筒轴工作转速为：

经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比，二级圆柱斜齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为，电动机转速的可选范围为＝×n＝（16～160）×80.68＝1290.88～12908.80r/min。
可供选择电机有：
序号
电动机型号
额定功率Kw
满载转速r/min
堵转转矩
最大转矩

额定转矩
额定转矩
1
Y160M1-2
11
2930
2.0
2.2
2
Y160M-4
11
1460
2.2
2.0
3
Y160L-6
11
970
2.0
2.0
4
Y180L-8
11
730
1.7
2.0
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减速器的传动比，可以选择的电机型号为Y160M-4，其主要性能如上表的第2种电动机
2.2确定传动装置的总传动比和分配传动比
2.2.1分配减速器的各级传动比
由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为
＝×
式中分别为带传动和减速器的传动比。
为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取＝2.3，则减速器传动比为＝＝18.096/2.3＝7.87
按展开式布置。考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，可由展开式曲线查得，则。
2.2.2计算各轴的动力和动力参数
（1）各轴转速
 Ⅰ轴：＝＝1460/2.3＝634.78r/min
 Ⅱ轴：＝＝634.78/2.81＝225.90r/min
 Ⅲ轴：＝/＝183.46/2.8= 80.68r/min
卷筒轴：==80.68r/min

（2）各轴输入功率
Ⅰ轴：＝×＝9.88×0.96＝9.48kw
Ⅱ轴：＝×η2×＝9.48×0.941×0.941＝8.39kW
Ⅲ轴：＝×η2×＝8.39×0.941×0.941＝7.43kW
卷筒轴：＝×η2×η4=7.43×0.941×0.99＝6.92kW
各轴输入转矩
=×× N·m
电动机轴的输出转矩=9550 =9550×9.88/1460=64.63N·m
所以:
Ⅰ轴： ＝×× =64.63×2.3×0.96=142.70 N·m
Ⅱ轴：＝×××=142.70×2.81×0.941×0.941=355.07 N·m
Ⅲ轴：＝×××=355.07×2.8×0.941×0.941=880.34 N·m
卷筒轴：=××=880.34×0.941×0.99=820.12 N·m
运动和动力参数计算结果整理表如下：

轴名
功率 P/KW
转距T/N*M
转速n
r/min
转动比i
效率

输入
输出
输入
输出

电机轴

9.88

64.63
1460
2.3
0.96
Ⅰ轴
9.48
8.39
142.70
355.07
634.78
2.81
0.941
Ⅱ轴
8.39
7.43
355.07
880.34
255.90
2.80
0.941
Ⅲ轴
7.43
6.92
880.34
820.12
80.68
1
0.99
卷筒轴
6.92
7.98
820.12
787.32
80.68
1
0.96

2.3传动零件的设计计算
2.3.1 V带设计
（1）、已知条件和设计内容
设计V带传动时的已知条件包括：带传动的工件条件；传动位置与总体尺寸限制；所需传递的额定功率P；小带轮转速；大带轮……
（2）、设计步骤：
1）、确定计算功率
根据工作条件——载荷平稳，由表5.5[1]
查得=1.2，计算功率为
2）、选择V带的带型
根据计算功率 ,小带轮的转速，由图5.14[1] 选用A型带。
3）、确定带轮的基准直径，并验算带速v
①初选小带轮基准直径
根据v带的带型，由表5.4[1]和表5.6[1]，取小带轮的基准直径=125mm。
②验算带速 v

由于5 m/s< v < 25 m/s ，故带速合适。
4）、计算大带轮的基准直径
由,传动比,有 =2.3×125=287.5mm，根据表5.6[1]，取=280 mm
5）确定V带的中心距 ,并选V带的基准长度
①确定小带轮中心距
根据式5.18[1]
0.55(+)+h=230.75≤≤2(+)=810
初定中心距=520mm。
②计算相应的带长

由表5.2[1]选带的基准长度=1400mm
③计算实际中心距a及其变动范围

中心距的变化范围为

6）、验算小带轮上的包角
包角合适。
7）、计算带的根数
计算单根V带的额定计算功率，
由 和，查表5.3[1]得P0=2.20kw
查表5.4[1]得
查表5.7[1]得，
查表5.2[1]得=0.96，

取6根。
8）确定带的最小初拉力
由表5.1[1]得A型带的单位长度质量 q=0.10 kg/m,

9)计算带传动的压轴力Fp
压轴力的最小值为

(3) 把带传动的设计计算结果记入表2-4中
表2-4 带传动的设计参数
带型
A
中心距
548.3
小带轮直径
125
包角
163.8
大带轮直径
280
带长
1400
带的跟数
6
初拉力
177.92
带速
9.55
压轴力
1330.13
2.3.2齿轮设计：
一、高速级齿轮传动计算
已知条件：输入功率=9.48kw,小齿轮转速
传动比 =2.81,工作寿命为8年（年工作日250天），两班制。
(1)选定齿轮类型、材料和齿数
1）选用斜齿圆柱齿轮传动
2）材料选择。由表6.1[1]选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。
3）选择小齿轮齿数=32，大齿轮齿数==2.81×32=89.92,取=90。

4）由[1]142页，初选螺旋角=14°。
(2)按齿面接触强度设计
由[1]公式（6.14）知齿面接触强度设计公式为

1)确定上公式内的各计算数值
①计算载荷系数K
由[1]表6.2查得使用系数=1，由[1]134页得=1，，。
由[1]公式（6.2）得载荷系数
K= =1×1×1.1×1=1.89
②计算小齿轮传递的转矩
=9.55×=×9.55×=14.26×Nmm
③由表6.8[1]选取齿宽系数=1。
④由[1]图6.14按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限
=700 MPa;大齿轮的接触疲劳强度极限=550 MPa。
⑤
计算应力循环次数
=60j=60×634.78×1×(16×250×8)=1.2188×109
==4.3373×108
⑥由[1]图6.6取接触疲劳寿命系数=1；=1.2
⑦计算接触疲劳许用应力
由[1]表6.5，取失效概率为1%，安全系数S=1，则
==1×700=700MPa
==1.2×550=660 MPa
⑧查[1]中：图6.12,得节点区域系数=2.433。参考[1]中143页,取Zε=0.86；Zβ=0.985；由表6.3查得材料的弹性影响系数=189.8 MPa。4

⑨许用接触应力
= 660 MPa
2）计算
①试算小齿轮分度圆直径d1,由计算公式得

≈76mm
②计算齿轮模数mn
===2.3 mm；查手册取标准模数mn=3mm
③计算齿轮几何参数
mm
d2=i·d1=2.81×98.969=278.103 mm
中心距： mm
圆整中心距为5、0结尾的数，取a=190mm
按圆整a后的中心距修正螺旋角β
=arccos= arccos=15.478°
齿轮宽度：因为b=ψd=1×98.969=98.969 mm，故取b1=70mm；b2=65mm
④计算圆周速度，确定齿轮精度
V===3.29 m/s
参考[1]中图6.18（a），取齿轮精度8级。

(3)按齿根弯曲强度校核
由[1]公式（6.15）知弯曲强度校核公式为

1)确定校核公式中的计算参数
①载荷系数（前面已经得到）
K= =1×1×1.1×1=1.89
②参考[1]中143页取螺旋角影响系数=0.88；参考[1]中137页取重合度系数Yε=0.85
③计算当量齿数
===35.06
===98.61
④查[1]中表6.4得取齿形系数
=2.45, =2.18
⑤查[1]中表6.4得取应力校正系数
=1.65, =1.79
⑥计算弯曲疲劳许用应力
查[1]中图6.15(b)得小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFlim1=280MPa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限σFlim2=220MP
查[1]中图6.17取弯曲疲劳寿命系数YN1= YN2=1，查[1]中表6.5取弯曲疲劳安全系数S=1.4则
[1]===200 MPa
[2]===175.14 MPa
2）校核计算
=MPa
81.523 MPa
因， 故弯曲强度足够。
二、低速机齿轮传动计算
三、圆柱齿轮传动参数表
各级大齿轮、小齿轮几何尺寸和参数的计算结果如下
表2-5 圆柱齿轮传动参数表
名称
代
号
单
位
高速级
低速级
小齿轮
大齿轮
小齿轮
大齿轮
中心距
a
mm
188.536
195
传动比
i

2.81
3.38
模数
mn
mm
3
3.0
螺旋角

°
15.478
12.3
端面压力角

°
20
20
啮合角
′
°
20
20
齿数
z

32
90
29
98
分度圆直径
d
mm
99.61
279.90
89.04
300.96
节圆直径
d′
mm
99.61
279.90
89.04
300.96
齿顶圆直径
da
mm
105.61
285.90
95.04
304.96
齿根圆直径
df
mm
92.11
272.4
81.54
293.46
齿宽
b
mm
60
52
92
87
螺旋角方向

左旋
右旋
右旋
左旋
材料

40Cr
45
40Cr
45
热处理状态

调质
调质
调质
调质
齿面硬度

HBS
280
240
280
240

2.4减速器结构设计
表2-6 减速箱机体结构尺寸
名称
符号
减速器型式及尺寸关系/mm
箱座壁厚

8
箱盖壁厚

8
箱盖凸缘厚度

12
箱座凸缘厚度

12
箱座底凸缘厚度

20
地脚螺钉直径

20
地脚螺钉数目

4
轴承旁联接螺栓直径

16
机盖与座联接螺栓直径

12
联接螺栓的间距

180
轴承端盖螺栓直径

10
视孔盖螺钉直径

8
定位销直径

16
、、到外箱壁距离

26、22 、18
、至凸缘边缘距离

24、16
轴承旁凸台半径

24
凸台高度

由结构确定
外箱壁至轴承座端面距离

40
大齿轮顶圆与内箱壁距离

10
齿轮端面与内箱壁距离

10
箱盖、箱座肋厚
、
7、7
轴承端盖外径

轴承端盖凸缘厚度

10
轴承旁联接螺栓距离

80

2.5轴的设计及效核
2.5.1初步估算轴的直径
在进行轴的结构设计之前，应首先初步计算轴的直径。一般按受扭作用下的扭转强度估算各轴的直径，计算公式为，式中：
P—轴所传递的功率，kw；
n—轴的转速，r/min;
A—由轴的需用切应力所确定的系数。
由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，故选择常用材料45钢，调质处理，查得A=103～126，则
I 轴 ==27.09 mm
Ⅱ 轴==36.70 mm
Ⅲ 轴==46.51 mm
将各轴圆整为=30mm , =40 , =50 mm。
2.5.2联轴器的选取
Ⅲ 轴I段需要与联轴器连接，为使该段直径与联轴器的孔径相适应，所以需要同时选用联轴器，又由于本减速器属于中小型减速器，其输出轴与工作机的轴线偏移不大。其次为了能够使传送平稳，所以必须使传送装置具有缓冲，吸振的特性。因此选用弹性注销联轴器,由表10.1[1]查得：工作情况系数=1.5,由表8.5[3]查得：选用LT9型弹性注销联轴器 LT9型弹性注销联轴器主要参数为：
公称转矩Tn=1000N·m
轴孔长度112mm(Y型)
孔径=50mm
表2-7联轴器外形及安装尺寸
型号
公称
扭矩
N·m
许用
转速
r/min
轴孔
直径
mm
轴孔长度
mm
D
mm
转动惯量
kg·m2
许用补偿量
轴向
径向
角向
LT9
1000
2850
50
112
250
0.213
±1.5
0.4
10
2.5.3初选轴承
I 轴选轴承为：7006AC；
Ⅱ 轴选轴承为：7007AC；
Ⅲ 轴选轴承为：7012AC。
所选轴承的主要参数如表2-8
表2-8 轴承的型号及尺寸
轴承代号
基本尺寸/mm
安装尺寸/mm
基本额定/kN
a
mm
d
D
B
dn
Da
动载荷Cr
静载荷Cor
7006AC
30
55
13
36
49
14.5
9.85
16.4
7007AC
35
62
14
41
56
18.5
13.5
18.3
7012AC
60
95
18
67
88
36.2
31.5
27.1

2.5.4轴的结构设计（直径，长度来历）
一 低速轴的结构图

图2-2 低速轴结构简图
根据轴向定位要求，确定轴的各段直径和长度
（1）I段与联轴器配合
取=50,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上取=102。
（2）为了满足半联轴器的轴向定位，Ⅱ段右侧设计定位轴肩，由表7-12[3]毡圈油封的轴颈取=55mm,由轴从轴承孔端面伸出15-20mm,由结构定取=50mm。
（3）轴肩Ⅲ为非定位轴肩初选角接触球轴承，取=60mm
考虑轴承定位稳定，略小于轴承宽度加挡油环长度，取=31mm。
(4)根据轴上零件（轴承）的定位要求及箱体之间关系尺寸，取=66mm, =69mm。
(5)轴肩V为定位轴肩，直径应大于安装于轴上齿轮内径6-10mm,且保证⊿≥10mm ,取= 78mm，=8mm。
（6）VI 段安装齿轮，取=70 mm,考虑齿轮轴向定位，略小于齿宽，齿轮右端用套筒定位。取=87mm
(7)VII 齿轮右端用套筒定位，=66mm , =15mm
(8)轴肩VⅢ间安装角接触球轴承为7012AC 取=60mm，根据箱体结构 取=24
（9）轴上齿轮、半联轴器零件的轴向定位均采用平键连接。由表4-1[3]查得平键b×h=20×12（GB1095-2003）,键槽用键槽铣刀加工，长为63mm。同样半联轴器与轴的联接，选用平键b×h=16×10，键长选择90。
轴端倒角1.5×45°，各轴肩处圆角半径R=1.6mm。
二、中速轴尺寸

图2-3 中速轴结构简图
三、高速轴尺寸

图2-4 高速轴结构简图
2.5.5低速轴的校核
由于低速轴上所承受的转矩最大，所以仅对低速轴按弯扭合成强度条件进行校核计算。
（1） 轴强度的校核计算
1）轴的计算简图

图2-5 低速轴结构简图

2）由于水平面受力未知，所以只按垂直面进行校核。
将轴简化为如下简图

图2-6轴的计算简图
（2）弯矩图
根据上述简图，按垂直面计算各力产生的弯矩，做出垂直面上的弯矩图（图2-7）。
已知=880.34 Nm, ′=820.12 Nm≈，齿轮分度圆直径d=300.94,对于7012AC型轴承，由手册中查得a=27,得到做为简支梁的轴的支撑跨距L2+L3=48+120=168mm
5850.60N
2179.47N
1275.64N

载荷分析图水平垂直面由装配图俯视受力视角决定
水平面

总弯矩

从轴的结构以及扭矩图中可以看出截面C是危险截面，现将计算出的截面C处的弯矩值列下表
表2-9 截面C弯矩值数据表
载荷
水平面H
垂直面V
支反力F

弯矩

总弯矩

扭矩T
Tm=8.8034×N·mm

（3）扭矩图
如图2-7
（4）校核轴的强度
取=0.6，由表15.1[2]查得[]=60MPa，由表4-1[3]查得t=6
mm

57.63 MPa﹤=60MPa

图2-7 轴的载荷分析图

2.6轴承的寿命计算
（1）低速轴轴承寿命计算
1）预期寿命
从减速器的使用寿命期限考虑，轴承使用期限为8年（年工作日为250天）。
预期寿命=8×250×16=32000h=3.2×h
2）寿命验算

图2-8 轴承的受力简图
①轴承所受的径向载荷,
，
②当量动载荷和
低速轴选用的轴承7012AC ,查表8.6[1]得到=1.2
已知，温度系数=1（常温）
由表6-6[3]得到
查表8.5[1]得到e=0.68,
,

③验算轴承寿命
因为＞，所以按轴承2的受力验算
7.8×h＞
所以所选轴承可满足寿命要求。

2.7键连接的选择和计算
（1）低速轴齿轮的键联接
1） 选择类型及尺寸
根据d=70mm,L′=87mm,选用A型，b×h=20×12,L=70mm
2）键的强度校核
①键的工作长度l及键与轮毂键槽的接触高度k
l=l-b=70-20=50mm
k=0.5h=6mm
②强度校核
此处，键、轴和轮毂的材料都是钢，取110MPa
8.8034×10N·mm
﹤
键安全合格
（2）低速轴联轴器的键联接
1）选择类型及尺寸
根据d=50mm,L′=102mm,选用C型，b×h=16×10,L=90mm
2）键的强度校核r
①键的工作长度l及键与轮毂键槽的接触高度k
l=L-b/2=90-8=82mm
k=0.5h=5mm
②强度校核
此处，键、轴和轮毂的材料都是钢，取110MPa
8.8034×105N·mm
﹤
键安全合格

2.8减数器的润滑方式和密封类型的选择
2.8.1齿轮传动的润滑
本设计采用油润滑。润滑方式为飞溅润滑，并通过适当的油沟来把油引入各个轴承中。
1）齿轮的润滑
采用浸油润滑，浸油高度为30-50mm。另外传动件浸油中深度要求适当，要避免搅油损失太大，又要充分润滑。油池应保持一定的深度和储油量。两级大齿轮直径应 尽量相近，以便浸油深度相近。
2）滚动轴承的润滑
滚动轴承宜开设油沟、飞溅润滑。
2.8.2润滑油牌号选择
由表7.1[3]得：闭式齿轮传动润滑油运动粘度为220mm/s
选用L-CKC220润滑油。
2.8.3密封形式
用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇形密封圈实现密封。轴与轴承盖之间用接触式毡圈密封，型号根据轴段选取。

2.9设计总结
通过本次二级减速器的设计，让我对机械行业中产品的设计过程有了亲身体会，同时体会到机械设计的过程是严谨的分工步骤，开放的设计思想，细致的计算验证，反复推倒重来的过程，任何一个环节都不能疏漏，借鉴前人的经验技巧，参阅各种标准手册，站在全局来设计产品。通过本次设计过程，我更认识了自己的不足，一个产品的设计需要方方面面的知识，经验，技巧作为基础，这也是我一个身为机械设计学生的执着追求。