1、青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：展开式二级圆柱齿轮减速器学 院：青岛理工大学琴岛学院专业班级：机械设计制造及其自动化专业 05.3 学 号：20050281004学 生: 刘波指导教师：常育传青岛理工大学琴岛学院教务处2008 年 7 月 11 日机械设计课程设计说明书2机械设计课程设计评阅书题目 展开式二级圆柱齿轮减速器学生姓名 刘波 学号 20050281004指导教师评语及成绩指导教师签名：年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名：年 月 日教研室意见总成绩 ： 室主任签名：年 月 日机械设计课程设计说明书3目录前 言 4第一章 设计说明书 51.1 设计题目 .51.2 工作条
2、件 .51.3 原始技术数据（表 1） 51.4 设计工作量 .5第二章 机械装置的总体设计方案 62.1 电动机选择 62.1.1选择电动机类型 .62.1.2选择电动机容量 .62.1.3 确定电动机转速 .62.2 传动比分配 .72.2.1总传动比 .72.2.2 分配传动装置各级传动比考虑到传动装置的外部空间尺寸取 V .72.3 运动和动力参数计算 72.3.1 0轴（电动机轴）： .72.3.2 1轴（高速轴）： .72.3.3 2轴（中间轴）： .82.3.4 3轴（低速轴）： .82.3.5 4轴（卷筒轴）： .8第三章 主要零部件的设计计算 9机械设计课程设计说明书43.1
3、 展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计 93.1.1 高速级齿轮传动设计 93.1.2 低速级齿轮传动设计 123.3 轴系结构设计 .163.3.1 高速轴的轴系结构设计 163.3.2 中间轴的轴系结构设计 183.3.3 低速 轴 的 轴 系 结 构 设计 .21第四章 减速器箱体及其附件的设计 254.1 箱体结构设计 .254.2 减速器附件的设计 .27第五章 运输、安装和使用维护要求 .281、减速器的安装 282、使用维护 283、减 速 器 润 滑 油 的 更 换 ： .28参 考 文 献 28小 结 30前 言机械设计综合课程设计在机械工程学科中占有重要地位，它是理论应用于
4、实际的重要实践环节。本课 程设计培养了我们机械设计中的总体设计能力，将机机械设计课程设计说明书5械设计系列课程设计中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合进行综合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。此外，它 还培养了我们机械系统创新设计的能力，增强了机械构思设计和创新设计。本课程设计的设计任务是展开式二级圆柱齿轮减速器的设计。减速器是一种将由电动机输出的高转速降至要求的转速比较典型的机械装置，可以广泛地应用于矿山、冶金、石油、化工、起重运输、纺织印染、制药、造船、机械、环保及食品轻工等领域。本次设计综合运用机械设
5、计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；提高我们在计算、制 图、运用 设计资料（手册、 图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能，同时给了我们练习电脑绘图的机会。 最后借此机会，对本次课程设计的各位指导老师以及参与校对、帮助的同学表示衷心的感谢。由于缺乏经验、水平有限，设计中难免有不妥之处，恳请各位老师及同学提出宝贵意见。第一章 设计说明书1.1 设计题目机械设计课程设计说明书6用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简
6、图如下图 1 所示。图 11.2 工作条件连续单向运转，有轻微振动，空 载启动，运输带速度允 许速度误差为 。使用%5期限为 10 年，小批量生产，两班制工作。1.3 原始技术数据（表 1）表 1 展开式二级圆柱齿轮减速器设计原始技术数据数据组编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10运输机工作轴转矩T/(Nm) 800 850 900 950 800 850 900 800 850 900运输带工作速度v/(m/s) 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.2 1.3 1.35 1.4运输带滚筒直径D/mm 360 370 380 390 400 410 360 370
7、 380 390本设计说明书以第 1 组数据为设计依据1.4 设计工作量（1）减速器装配图一张；（0 号图纸）（2）零件工作图二张（大齿轮，输出轴， 3 号图纸）；（3）设计说明书一份。机械设计课程设计说明书7第二章 机械装置的总体设计方案2.1 电动机选择2.1.1 选择电动机类型按工作要求选用 Y 系列（IP44）全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。该电动机的工作条件为：环境温度-15- +40，相对湿度不超过 90%，电压 380V，频率 50HZ。2.1.2 选择电动机容量电动机所需工作功率 （kW）为 dPwdP工作机所需功率 （kW）为 w kWTnw4.590传动装置的总效率为43
8、21按机械课程设计手册表 2-4 确定各部分效率为:联轴 器效率为 ，闭9.01式齿轮传动效率 ，滚动轴承 ，卷筒效率 ，代入得96.02 98.036.4.8.9.042所需电动机功率为 kWPwd5.78.04因载荷平稳，电动机额定功率 略大于 即可。由机械课程设计手册表 20-edPd1，Y 系列 电动 机技术数据，选电动机的额定功率 为 7.5kW。edP2.1.3 确定电动机转速卷筒轴工作转速机械设计课程设计说明书8min)/(69.3014.32.606rDvnw 通常，二级圆柱齿轮减速器为 ，故 电动机转速的可选范围为82ii/4051n/69.)8( rriwd符合这一范围的同
9、步转速有 750 r/min,1500r/min 和 3000r/min,其中减速器以1500 和 1000r/min 的优先，所以 现以这两种方案进 行比较。由机械课程设计手册第二十章相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表 2：表 2 额定功率为时电动机选择对总体方案的影响方案 电动机型号 额定功率 /kW同步转速/满载转速/(r/min)mn电动机质量 /kg 总传动比1 Y132M-4 7.5 1500/1440 81 22.52 Y160M-6 7.5 1000/970 119 15.2表 2 中，方案 1 与方案 2 相比较， 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及总传动比
10、，为使传动装置 结构紧凑，兼 顾考虑电动 机的重量和价格， 选择方案2，即所 选电动机型号为 Y160M-6。2.2 传动比分配2.2.1 总传动比 2.1569.37wmani2.2.2 分配传动装置各级传动比减速器的传动比 为 15.2,对于两级卧式展开式圆柱齿轮减速器的i，为了分配均匀取 ，计算得两级圆柱齿轮减速器高速级的21)5.(ii21.i传动比 ，低速级的 传动比 。7.456.3机械设计课程设计说明书92.3 运动和动力参数计算2.3.1 0 轴（电动机轴）： mNnPTrkWmd73950i/.2.3.2 1 轴（高速轴）：mNnPTrkWk73950i/425.91102.
11、3.3 2 轴（中间轴）： mNnPTri kWkW29450in/.7. 9.68.021322.3.4 3 轴（低速轴）： mNnPTri kWkW98350i/.657.698.03232.3.5 4 轴（卷筒轴）： mNnPTrkWkW5.9350i/8.637.698.0744342运动和动力参数的计算结果加以汇总，列出表 3 如下：机械设计课程设计说明书10项目 电动机轴高速轴 中间轴 低速轴 卷筒轴转速（r/min） 970 970 227.2 63.8 63.8功率(kW) 7.5 7.425 6.99 6.57 6.5转矩(N*m) 73 73 294 983 953.5传动
12、比 1 4.27 3.56 1效率 0.99 0.94 0.94 0.98第三章 主要零部件的设计计算3.1 展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计3.1.1 高速级齿轮传动设计1 选定齿轮类型、精度等级、材料及 齿数1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作，速度不高，故选用 7 级精度（GB 10095-88）。3) 材料 选择。考 虑到制造的方便及小齿轮容易磨 损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢， 热处理均为调质处理且大、小 齿轮的齿面硬度分别为 240HBS,280HBS，二者材料硬度差 为 40HBS。4）选小齿轮的齿数 ，大齿轮的齿数为 ，
13、取 。20z 4.85207.42z862z2 按齿面接触强度设计由设计公式进行试算，即机械设计课程设计说明书11.)(1.32. 21 HEdt zuKTd(1) 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数 3.1t2) 由以上 计算得小齿轮的转矩 mNT713) 查 表及其 图选取齿宽系数 ，材料的弹性影响系数 ，按d 218.9MPaZE齿面硬度的小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强PaH601lim度极限 。.502limMPaH4)计算 应力循环次数91 10736.2)10382(19706hjLnN925435) 按接触疲劳寿命系数92.01HN 96.02HN6) 计算
14、接触疲劳许用应力，取失效概率为 1，安全系数 S=1由 得SNlimMPaSHN528096lim22li1 （2） 计算：1) 带 入 中较小的值，求得小齿轮分度圆直径 的最小值为H1td19.60)528.(7.403.7512.)(1.32. 31 HEdt zuKTd2) 圆 周速度： smndt /.31069.106机械设计课程设计说明书123) 计 算齿宽： mdbt 19.60.14) 计 算齿宽与齿高比： 模数: mtt 095.32.61齿高: mht 7.6.5. 89.7.60b5) 计 算载荷系数： 根据 ,7 级精度，查得 动载系数 sm/05.3 1.V对于直齿轮
15、 1FH查得使用系数 用插值法查得 7 级精度小齿轮25.A非对称布置时， 由 ， 可40H89.hb48.1H查得 3.1F故载荷系数 5.2.1.25HVA6) 按 实际载荷系数校正分度圆直径： mdtt 75.6.19.603317） 计算模数： m2.75.13按齿根弯曲强度计算：弯曲强度设计公式为321FSadYzKTm(1) 确定公式内的各计算数值1) 查图得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极;501MPaFE机械设计课程设计说明书13限 ;MPaFE38022) 查图取弯曲疲劳寿命系数 ;8.0,5.21FNFNK3) 计算弯曲疲劳许用应力.取弯曲疲劳安全系数 S=
16、1.4,得 MPaSKFNFE286.4.130913.7.5862211 4) 计算载荷系数 K.785.13.25FVA5) 查取齿形系数.查表得 .21;80.21FaFaY6) 查取应力校正系数.查表得 76.;5.21SaSa7) 计算大、小齿轮的 并加以比较.FY0167.28.471330521FSaY大齿轮的数值大.(2) 设计计算mm2.2013.785.34对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面机械设计课程设计说明书14接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的
17、成积)有关,可取弯曲强度算得的模数 2.2，并接近圆整为标准值 ,按接触强度算得的分度5.2m圆直径 ,算出小齿轮齿数md75.61，2.1z大齿轮齿数 ，取 .1267.42z1z这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.4. 几何尺寸计算（1） 分度圆直径： mmd28015.621（2）中心距： a5.7621（3）齿轮宽度：mdb651取 B2B7013.1.2 低速级齿轮传动设计1 选定齿轮类型、精度等级、材料及 齿数1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作，速度不高，故选用 7 级精度（GB 10095
18、-88）。3) 材料 选择。考 虑到制造的方便及小齿轮容易磨 损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢， 热处理均为调质处理且大、小 齿轮的齿面硬度分别为 240HBS,280HBS，二者材料硬度差 为 40HBS。4）选小齿轮的齿数 ，大齿轮的齿数为 ，取 。24z 4.856.32z 862z机械设计课程设计说明书152 按齿面接触强度设计由设计公式进行试算，即.)(1.32. 21 HEdt zuKTd2) 确定公式内的各计算数值1 试选载荷系数 5.1t2 由以上计算得小齿轮的转矩 mNT29413 查表及其图选取齿宽系数 ，材料的弹性影响系数 ，按d 218.9MPa
19、ZE齿面硬度的小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲aH601lim劳强度极限 。.502limMPaH4 计算应力循环次数91 106543.)10382(176 hjLnN92 4.05.35) 按接触疲劳寿命系数96.01HN 9.02HN6)计算接触疲劳许用应力，取失效概率为 1，安全系数 S=1由 得SNlimMPaSHN5.409.76.lim22li1 （2） 计算：1) 带 入 中较小的值，求得小齿轮分度圆直径 的最小值为H1td机械设计课程设计说明书1656.9)28.1(56.31094.253.)(1.32. 21 HEdt zuKTd2) 圆 周速度： smnt /
20、1527.1065.94.31063) 计 算齿宽： dbt 6.9.4) 计 算齿宽与齿高比： 模数: mmtt 04.256.91齿高: ht 9 70b5) 计 算载荷系数： 查得 动载系数 1.V对于直齿轮 1FH查得使用系数 用插值法查得 7 级精度小齿轮25.A非对称布置时， 由 ， 可查43H89.hb43.1H得 43.1F故载荷系数 6.1HVA6) 按 实际载荷系数校正分度圆直径： mdtt 1065.98.63317） 计算模数： m4.2013按齿根弯曲强度计算：弯曲强度设计公式为机械设计课程设计说明书17321FSadYzKTm(3) 确定公式内的各计算数值查图得小齿
21、轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度;501MPaFE极限 ;查图取弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲MPaFE3802 ;8.0,.21FNNK疲劳许用应力.取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,得 MPaSKFNFE14.254.138092211 计算载荷系数 K.785.13.25FVA8) 查取齿形系数.查表得 .21;65.21FaFaY9) 查取应力校正系数.查表得 75.;8.21SaSa10)计算大、小齿轮的 并加以比较.FY0154.286.47133021FSaY大齿轮的数值大.(4) 设计计算mm324109.785.35机械设计课程设计说明书18对比计算结果,由齿面接触疲劳强
22、度计算的模数 大于由齿根弯曲疲劳强m度计算的模数,由于齿轮模数的大小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(即模数与齿数的成积)有关,可取弯曲强度算得的模数 3，并接近圆整为标准值 ,按接触强度算得的分度圆5.2m直径 105,算出小齿轮齿 ，31051mdz大齿轮齿数 ，取 .1736.2z172z这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.4. 几何尺寸计算（1） 分度圆直径： md3517921（2）中心距： a2921（3）齿轮宽度：mdb91取 , 2BB1043.3 轴系结构设计3.3
23、.1 高速轴的轴系结构设计一、轴的结构尺寸设计机械设计课程设计说明书19根据结构及使用要求,把该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分七段,其中第 5段为齿轮,如图 2 所示: 图 2由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为合金钢,热处理为调制处理, 材料系数 为 110。0A所以,有该轴的最小轴径为: 76.219045.13301 nPd考虑到该段开键槽的影响,轴径增大 6%,于是有:标准化取06.237.106.%)61(1dd 251d其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:表 6 高速轴结构尺寸设计阶梯轴段 设计计算依据和过程 计算结果第 1 段311nPC
24、d(考虑键槽影响)1%6(01L21.762560第 2 段129.dd(由唇形密封圈尺寸确定) lBllL01321 30(27.848)50第 3 段 由轴承尺寸确定d 35机械设计课程设计说明书20(轴承预选 6007 )14BlLh1325第 4 段13409.2dd01ZB42.5(41.3)145第 5 段齿顶圆直径5齿宽1L6570第 6 段46d14110第 7 段37hBL1 3525二、轴的受力分析及计算轴的受力模型简化(见图 3)及受力计算图 3L1=92.5 L2=192.5 L3=4053.81720tan15.24tan67301 rtFdT机械设计课程设计说明书2
25、110.26405.192.87).()(43865.9012462331132 AVHrAryVtAHFL38.2075.16)( .845.9.2213132BVHrBryVtBFL三、轴承的寿命校核鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装.预设轴承寿命为 3 年即 12480h.校核步骤及计算结果见下表:表 7 轴承寿命校核步骤及计算结果计算结果6007 轴承计算步骤及内容A 端 B 端由手册查出 Cr、C0r 及 e、Y值Cr=12.5kNC0r=8.60kNe=0.68计算 Fs=eFr(7 类)、 Fr/2Y(3类)FsA=1809.55 FsB=1584.66计算比值 Fa/Fr Fa
26、A /FrAe FaB /FrB e确定 X、Y 值 XA=1 YA =0 查载荷系数 fP 1.2计算当量载荷P=Fp(XFr+YFa)PA=5796.24 PB=6759.14计算轴承寿命 )max(16700BArhPCnL 763399h大于12480h由计算结果可见轴承 6014AC、6007 均合格，最终选用轴承 6014。机械设计课程设计说明书29四、轴的强度校核经分析知 C、D 两处为可能的危险截面， 现来校核这两处的强度：（1）、合成弯矩 60.391522BVHrBAAF78.263rACFM（2）、扭矩 T 图91063（3）、当量弯矩 61204)(32TMC（4）、校
27、核由手册查材料 45 的强度参数Pab591C 截面当量弯曲应力： 95.1)80(1.624033bCdM由计算结果可见 C 截面安全。3.3.4 各轴键、键槽的选择及其校核因减速器中的键联结均为静联结,因此只需进行挤压应力的校核.高速级键的选择及校核:带轮处键:按照带轮处的轴径及轴长选 键 B8X7,键长 50,GB/T1096联结处的材料分别为: 45 钢(键) 、40Cr(轴)二、中间级键的选择及校核:机械设计课程设计说明书30(1) 高速级大 齿轮处键: 按照轮毂处的轴径及轴长选 键 B14X9GB/T1096联结处的材料分别为: 20Cr (轮毂) 、45 钢(键) 、20Cr(轴
28、)此时, 键联结合格.三、低速级级键的选择及校核(1)低速级大齿轮处键 : 按照轮毂处的轴径及轴长选 键 B22X14,键长 GB/T1096联结处的材料分别为: 20Cr (轮毂) 、45 钢(键) 、45(轴)其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其 MPap10385.104732896336 pp MPalkdT该键联结合格(2)联轴器处键 : 按照联轴器处的轴径及轴长选 键 16X10,键长 100,GB/T1096联结处的材料分别为: 45 钢 (联轴器) 、45 钢(键 ) 、45(轴)其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其 MPap10425.80569124314 pplkdT该键联结合格.第四章 减速器箱体及其附件的设计4.1 箱体结构设计根据箱体的支撑强度和铸造、加工工艺要求及其内部传动零件、外部附件的空间位置确定二级齿轮减速器箱体的相关尺寸如下：（表中 a=225）表 12 箱体结构尺寸
