机械设计课程设计-二级斜齿圆柱齿轮减速器.docx

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目：　二级斜齿圆柱齿轮减速器　　　　　　　　　　　

专　 业：机械设计制造及其自动化
班　　级：机核01班
设 计 者：张明昊
学　　号：20134410928
组 员：
指导教师：王剑彬

2016年01月13日

目录
一、设计目的 1
二、设计要求 1
2.1设计题目 1
2.2设计任务 2
2.3设计提示 2
2.4确定传动方案 2
三、设计步骤 3
3.1电动机的类型选择 3
3.2电动机的选择 3
3.2.1电动机功率计算 3
3.3计算传动装置的运动和动力参数 4
3.3.1各轴的转速： 4
3.3.2各轴的输入转矩： 5
3.3.3整理列表 6
四、齿轮的设计 7
4.1齿轮传动设计（1、2轮的设计） 7
4.1.1 齿轮的类型 7
4.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计） 11
4.2.1 齿轮的类型 11
五、轴的设计 14
5.1拟定轴上零件的装配方案 14
5.2 轴的材料和热处理的选择 15
5.3 轴几何尺寸的设计计算 16
5.3.1 按照扭转强度初步设计轴的最小直径 16
5.3.2 轴的结构设计 16
5.3.3 轴的强度校核 16
六、轴承、联轴器的选择与校验 18
6.1 轴承的选择及校核 18
6.2 联轴器的选择 18
6.2.1联轴器的功能 18
6.2.2 联轴器的类型特点 19
七、减速器附件的选择及简要说明 20
7.1.检查孔与检查孔盖 20
7.2通气器 20
7.3油塞 20
7.4油标 20
7.5吊环螺钉的选择 20
7.6定位销 20
7.7启盖螺钉 20
八、减速器润滑与密封 21
8.1 润滑方式 21
8.1.1 齿轮润滑方式 21
8.1.2 齿轮润滑方式 21
8.2 润滑方式 21
8.2.1齿轮润滑油牌号及用量 22
8.2.2轴承润滑油牌号及用量 22
8.3密封方式 22
九、机座箱体结构尺寸 23
9.1箱体的结构设计 23
9.2注意事项 24
十、设计小结 25
十一、参考文献 26

一、设计目的
机械设计课程设计是高等工科院校机械类本科学生第一次较全面的机械设计训练，也是机械设计课程的一个重要的实践性教学环节。
其目的是：
1、综合运用先修课理论，培养分析和解决工程实际问题的能力。
2、学习简单机械传动装置的设计原理和过程。
3、进行机械设计基本技能训练。（计算、绘图、使用技术资料）

二、设计要求
2.1设计题目
名称：带式输送机传动装置（二级圆柱齿轮减速器）。
要求：有轻微冲击,工作经常满载,原动机为电动机,齿轮单向传动, ,运输带速度误差为±5%,减速器使用寿命5年,每年按300天计。

图2-1 带式输送机传动系统简图

2.2设计任务
（1）二级圆柱齿轮减速器一般由齿轮、输入轴、输出轴、轴承、箱体和箱盖等零部件构成。
（2）根据设计要求确定系统的传动比。
（3）绘制减速器的结构运动简图。
2.3设计提示
完整的减速器设计包括减速器外部设计及减速器外部设计。外部设计包括传动方案的设计、原动机的选择、联轴器的选择等；内部设计包括减速器内部各个零件的选择及设计校验。
2.4确定传动方案
（1）根据减速器的工作环境及状态，选择使用二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器，此传动方案承载能力和速度范围大，传动比恒定、尺寸小、工作可靠、寿命长、效率高，由于齿轮的位置不对称，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和弯曲变形部分相互抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。
（2）为了保护电动机，其输出端选用带式传动，这样一旦减速器出现故障停机，皮带可以打滑，保证电动机的安全。

三、设计步骤
3.1电动机的类型选择
由于减速器工作环境稳定、运动载荷平稳、启动频度低，故选择三相鼠笼式异步电动机。
3.2电动机的选择
3.2.1电动机功率计算
减速器的已知条件为拉力的大小为2100N,滚筒的直径为350mm，带速为1.2m/s。
工作机工作所需功率为：
=21001.2/1000=2.5KW
传动装置的总效率为：
==0.950.97=0.80
式中
电动机的输出功率为：
P===2.9KW
因载荷平稳 ，电动机额定功率只需略大于即可，查资料选取电动机额定功率为3KW。
1）电动机转速的计算
滚筒轴工作转速：

展开式减速器的传动比为：
V带的传动比为：
得总推荐传动比为：
所以电动机实际转速的推荐值为：

符合这一范围的同步转速为1500r/min、3000r/min。
综合考虑为使传动装置机构紧凑，选用同步转速1500r/min的电机。
型号为Y100L2-4，满载转速，功率3KW。
2)传动比的分配
1.总传动比为：
根据课本第三篇表3推荐的普通V带传动的范围，选取V带传动的传动比=3，则减速器的传动比为：；
考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。则两级齿轮的高速级与低速级传动比的值取为1.16，取
则：

3.3计算传动装置的运动和动力参数

3.3.1各轴的转速：
0号轴（电机轴）：
1号轴（高速轴）：
2号轴（中间轴）：
3号轴（低速轴）：
滚筒轴：

3.3.2各轴的输入功率
1号轴（高速轴）：
2号轴（中间轴）：
3号轴（低速轴）：
滚筒轴：

3.3.2各轴的输入转矩：
电机轴： ；
高速轴： ；
中间轴 ；
低速轴： ；
滚筒轴：
3.3.3整理列表
将以上参数整理如表3-1所示。
轴名
功率
转矩

转速
电机轴
3
20.2
1420
高速轴
2.85
57.5
473
中间轴
2.7
160.1
161.1
低速轴
2.6
385.6
64.4
滚筒轴
2.6
385.6
64.4
表3-1

四、齿轮的设计
4.1齿轮传动设计（1、2轮的设计）
4.1.1 齿轮的类型
1、依照传动方案，本设计选用二级展开式斜齿圆柱齿轮传动。
2、运输机为一般工作机器，运转速度不高，查《机械设计基础》表11-2，选用7级精度。
3、材料选择：齿轮材料的选择见表4-1。

表4-1

材料

小齿轮
40Cr表面淬火
1072
290
大齿轮
45调质
580.2
148.6

4、螺旋角：8°<β<20°,初选β=15°
5、齿数：初选小齿轮齿数：；
大齿轮齿数：，取。
故实际传动比，则：
<5%
6、齿面接触疲劳强度设计
1）小齿轮传递的转矩

2）选择齿宽系数
由于齿轮为非对称布置，且为软齿面，所以选取ψ=1。
3）确定载荷系数K
查《机械设计》表10-2可知,精度等级选7级，由图10-8可知，Kv=1.25，由表10-3可知，Ka=1.1,由图10-4可知，
因此：
4）计算分度圆直径
由端面重合度可得
则
查《机械设计》图10-20得
大齿轮

则齿轮的模数为：

取m=3
,取整b=50mm
5）验算齿根弯曲疲劳强度
查《机械设计》表10-17、10-18可得，

则

故齿根弯曲疲劳强度足够。
6）齿轮几何尺寸的计算

齿轮几何尺寸整理如表4-2所示：
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
端面模数

2
螺旋角

3
齿顶高

4
齿根高

5
全齿高

6
顶隙

7
齿顶圆直径

8
齿根圆直径

9
中心距

表4-2

4.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计）
4.2.1 齿轮的类型
3、材料选择：齿轮材料的选择见表4-3。
表4-3

材料

小齿轮
40Cr表面淬火
1072
290
大齿轮
45调质
580.2
148.6

4、螺旋角：8°<β<20°,初选β=15°
5、齿数：初选小齿轮齿数：；
大齿轮齿数：，取。
故实际传动比，则：
<5%
6、齿面接触疲劳强度设计
1）小齿轮传递的转矩

2）选择齿宽系数
由于齿轮为非对称布置，且为软齿面，所以选取ψ=1。
3）确定载荷系数K
查《机械设计》表10-2可知,精度等级选7级，由图10-8可知，Kv=1.12，由表10-3可知，Ka=1.1,由图10-4可知，
因此：

4）计算分度圆直径
由端面重合度可得
则
查《机械设计》图10-20得
大齿轮
则齿轮的模数为：

取m=3
,取整b=85mm
5）验算齿根弯曲疲劳强度
查《机械设计》表10-17、10-18可得，

则

故齿根弯曲疲劳强度足够。
6）齿轮几何尺寸的计算

齿轮几何尺寸整理如表4-4所示：
表4-4
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
端面模数

2
螺旋角

3
齿顶高

4
齿根高

5
全齿高

6
顶隙

7
齿顶圆直径

8
齿根圆直径

9
中心距

五、轴的设计
5.1拟定轴上零件的装配方案
拟定轴上零件的装配方案是进行轴结构设计的前提，它决定着轴的基本形
轴结构设计的基本要求有：
1. 便于轴上零件的装配
轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。
2. 保证轴上零件的准确定位和可靠固定
轴上零件的轴向定位方法主要有：轴肩定位、套筒定位、圆螺母定位、轴端挡圈定位和轴承端盖定位。
1） 轴向定位的固定

图 5-1
① 轴肩或轴环：轴肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用轴肩定位会使轴的直径加大，而且轴肩处由于轴径的突变而产生应力集中。因此，多用于轴向力较大的场合。定位轴肩的高度h=(0.07—0.1)d，d为与零件相配处的轴径尺寸。要求r轴<R孔或r轴<C孔
② 套筒和圆螺母：定位套筒用于轴上两零件的距离较小，结构简单，定位可靠。圆螺母用于轴上两零件距离较大，需要在轴上切制螺纹，对轴的强度影响较大。
③性挡圈和紧定螺钉： 这两种固定的方法，常用于轴向力较小的场合。
④轴端挡圈圆锥面： 轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端起到双向固定。装拆方便，多用于承受剧烈振动和冲击的场合。
（二）周向定位和固定
轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴发生相对转动。常用的固定方式有：a.键联接、b.过盈配合联接、c.圆锥销联接 、d.成型联接、e.销联接、f.过盈联接。定位图如图6-4所示。
过盈配合是利用轴和零件轮毂孔之间的配合过盈量来联接，能同时实现周向和轴向固定，结构简单，对中性好，对轴削弱小，装拆不便。成型联接是利用非圆柱面与相同的轮毂孔配合，对中性好，工作可靠，制造困难应用少。

图 5-2
5.2 轴的材料和热处理的选择
由《机械设计》中的表15-1查得
选材料为40Cr，调质处理，HBS241～286
=700MPa =500MPa =340MPa

5.3 轴几何尺寸的设计计算
5.3.1 按照扭转强度初步设计轴的最小直径
查《机械设计》表15-3可知A=112～97，取A=100
从动轴=A=100=24.1
考虑键槽=24.1×1.04=25.1
选取标准直径=30mm
5.3.2 轴的结构设计
根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。
1.确定各轴段的直径
最小轴的直径取30mm 向中间递增半径2~3mm。
2确定各轴段的长度
与轴承配合段分别为31mm 17mm 有键槽段36mm，总长138mm。
3轴上零件的周向固定
齿轮处均采用A型普通平键连接，查得键的尺寸31×6×9
5.3.3 轴的强度校核
从动轴的强度校核
圆周力==2000×133.70/83.72=3194
径向力=tan=3194×tan20°=1162.5N
由于为直齿轮，轴向力= tan=3194×tan14.213°=809N
L=97mm
==0.5=0.5×3194=1597
=0.5L=1597×97×0.5/1000=77.45
==0.5=0.5×1162.5N =581.25
=0.5L=581.25×97×0.5/1000=28.19
转矩T=133.70
校核
===82.42
===115.01
由《机械设计》表14-4查得，=75MPa
d≥10=10=24.84(mm)
考虑键槽d=24.84mm < 45mm

六、轴承、联轴器的选择与校验
6.1 轴承的选择及校核
考虑到轴向力较大，故选用圆锥滚子轴承轴承根据轴颈值查《机械零件设计手册》选择的轴承型号有70205 70206 70207各一对（GB/T297）
1、轴承的寿命验算
两轴承受径向、轴向载荷
P=X+Y Fa 查《机械设计手册》表7-2-91，可知
由于，因此选取 X=0.4，Y=1.6
则N
查《机械设计手册》表5-2可知，Cr=43.2KN，查《机械设计》表13-6得
则：
预期寿命为：8年，单班制L=8×300×5=12000h<
轴承寿命合格。
6.2 联轴器的选择
6.2.1联轴器的功能
联轴器是将两轴轴向联接起来并传递扭矩及运动的部件并具有一定的补偿两轴偏移的能力，为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷，联轴器还应具有一定的缓冲减震性能。联轴器有时也兼有过载安全保护作用。

6.2.2 联轴器的类型特点
刚性联轴器：刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。挠性联轴器：具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，最大量随型号不同而异。
无弹性元件的挠性联轴器：承载能力大，但也不具有缓冲减震性能，在高速或转速不稳定或经常正、反转时，有冲击噪声。适用于低速、重载、转速平稳的场合。
非金属弹性元件的挠性联轴器：在转速不平稳时有很好的缓冲减震性能；但由于非金属（橡胶、尼龙等）弹性元件强度低、寿命短、承载能力小、不耐高温和低温，故适用于高速、轻载和常温的场合
金属弹性元件的挠性联轴器： 除了具有较好的缓冲减震性能外，承载能力较大，适用于速度和载荷变化较大及高温或低温场合。
安全联轴器：在结构上的特点是，存在一个保险环节（如销钉可动联接等），其只能承受限定载荷。当实际载荷超过事前限定的载荷时，保险环节就发生变化，截断运动和动力的传递，从而保护机器的其余部分不致损坏，即起安全保护作用。
起动安全联轴器：除了具有过载保护作用外，还有将机器电动机的带载起动转变为近似空载起动的作用。

由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经济问题，选用TL型弹性套柱销联轴器
查《机械设计》表15-1，根据减速器工作情况取K=1.3
=9550=9550×=173.81
选用TL7型弹性套柱联轴器，公称尺寸转矩=500，<。采用Y型轴孔，A型键轴孔直径d=40～45，选d=45，轴孔长度L=112

TL7型弹性套柱销联轴器有关参数见表6-1
表6-1
型号
公称
转矩T/(Nm)
许用
转速

轴孔
直径
d/mm
轴孔
长度
L/mm
外径
D/mm
材料
轴孔
类型
键槽
类型
TL7
500
2800
45
112
190
HT200
Y型
A型

七、减速器附件的选择及简要说明
7.1.检查孔与检查孔盖
二级减速器总的中心距，则检查孔宽,长，检查孔盖宽,长．螺栓孔定位尺寸：宽，，圆角,孔径,孔数，孔盖厚度为,材料为Q235．
7.2通气器
可选为．
7.3油塞
为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱体底部最低位置设置一个排油孔，排油孔用油塞及封油圈堵住．在本次设计中，可选为，封油圈材料为耐油橡胶，油塞材料为Q235
7.4油标
选用带螺纹的游标尺，可选为．
7.5吊环螺钉的选择
可选单螺钉起吊，其螺纹规格为．
7.6定位销
为保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度，在箱体分箱面凸缘长度方向两侧各安装一个圆锥定位销，其直径可取：,长度应大于分箱面凸缘的总长度．
7.7启盖螺钉
启盖螺钉上的螺纹段要高出凸缘厚度，螺纹段端部做成圆柱形．
八、减速器润滑与密封
8.1 润滑方式
8.1.1 齿轮润滑方式
齿轮，可采用大齿轮浸入油池的油浴，齿轮转动时将油带入啮合区，同时甩到箱璧上散热。
8.1.2 齿轮润滑方式
轴承采用润滑脂润滑

8.2 润滑方式
8.2.1齿轮润滑油牌号及用量
齿轮润滑选用50号机械油（GB 443－1989），最低－最高油面距(大齿轮)10～20mm，需油量为1.5L左右
8.2.2轴承润滑油牌号及用量
轴承润滑选用ZL－3型润滑脂（GB 7324－1987）用油量为轴承间隙的1/3～1/2为宜
8.3密封方式
1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封
选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法。
2.观察孔和油孔等出接合面的密封
在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封
3.轴承孔的密封
闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部
轴的外延端与透端盖的间隙，由于，故选用半粗羊毛毡加以密封。
4.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部。

九、机座箱体结构尺寸
9.1箱体的结构设计
在本次设计中箱体材料选择铸铁HT200即可满足设计要求

代号
名称
设计计算
结果

箱座壁厚

箱盖壁厚

箱座加强肋厚

箱盖加强肋厚

箱座分箱面凸缘厚

箱盖分箱面凸缘厚

箱座底凸缘厚

地脚螺栓

=

轴承旁螺栓

联结分箱面的螺栓

轴承盖螺钉

检查孔螺钉

定位销直径

地脚螺栓数目
时，

、、至外箱壁距离
由推荐用值确定

9.2注意事项
（1）装配前，所有的零件用煤油清洗，箱体内壁涂上两层不被机油浸蚀的涂料；
（2）齿轮啮合侧隙用铅丝检验，高速级侧隙应不小于0.211mm，低速级侧隙也不应小于0.211mm；
（3）齿轮的齿侧间隙最小= 0.09mm，齿面接触斑点高度>45%，长度>60%；
（4）角接触球轴承7008C、7014C的轴向游隙均为0.10～0.15mm；用润滑油润滑；
（5）箱盖与接触面之间禁止用任何垫片，允许涂密封胶和水玻璃，各密封处不允许漏油；
（6）减速器装置内装CKC150工业用油至规定的油面高度范围；
（7）减速器外表面涂灰色油漆；
（8）按减速器的实验规程进行试验。
十、设计小结
1.系统了所学的专业知识。贯穿了工程力学、材料力学、机械原理以及机械设计等的知识，使所学知识得以融会贯通。并温故而知新，对知识有了一个更深层次的理解。
2.培养了自己的基本素质，学会查阅手册，借鉴经验。学会了基本的设计思路，积累了经验。
3.养成了严谨认真的设计作风。在设计中，一定要认真对待每一个环节，一个数据的错误、一会的烦躁不安都足以使设计失败。
4.提升自我分析和处理解决的问题的能力，是的，由刚接到题目时的不知所措，到自己摸索，跟同学交流，由不明白到最终完成整个设计方案，我想这本身已是一种考验。
5.提升了AutoCAD的操作水平，由略带生疏到现在可以比较熟练地操作AutoCAD。

十一、参考文献

[1]赵又红、周知进.机械设计课程设计 [M]．中南大学出版社，2013.
[2] 濮良贵．机械设计.第九版［M］．北京：高等教育出版社，2013.
[3]周开勤．机械零件手册.第五版 [M]．北京：高等教育出版社，2001.
[4]潘存云．机械原理 [M]．中南大学出版社，2013.
[5]李必文．互换性与技术测量基础.第二版［M］．中南大学出版社，2012.

计算结果

第 33 页