1、机械设计课程设计姓名：芦伟学号：2009011129机电系 机械工程及自动化专业南京航空航天大学金城学院- 1 -目 录设计任务书： 3第一章 电动机的选择及运动参数的计算 411 电动机的选择 412 装置运动及动力参数计算 5第二章 斜齿圆柱齿轮减速器的设计 62.1 高速轴上的大小齿轮传动设计 62.2 低速轴上的大小齿轮传动设计 11第三章 轴的设计各轴轴径计算 153.1 轴的选择与结构设计 1632 中间轴的校核 19第四章 滚动轴承的选择及计算 244.1 轴承的选择与结构设计 2442 深沟球轴承的寿命校核 25第五章 键联接的选择及计算 2451 键的选择与结构设计 285.
2、2 键的校核 28第六章 联轴器的选择及计算 306.1 联轴器的选择和校核 30- 2 -第七章 润滑和密封方式的选择 317.1 齿轮润滑 3172 滚动轴承的润滑 32第八章 箱体及设计的结构设计和选择 33第九章 减速器的附件 3491 窥视孔和视孔盖 3492 通气器 3493 轴承盖 359.4 定位销 3595 油面指示装置 369.6 放油孔和螺塞 369.7 起盖螺钉 379.8 起吊装置 37结束语 38参考文献 39- 3 -机械课程设计任务书及传动方案的拟订一、设计任务书设计题目:二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器工作条件及生产条件: 该减速器用于带式运输机的传动装置。工作时
3、有轻微振动，经常满载，空载启动，单向运转，单班制工作。运输带允许速度差为5%。减速器小批量生产，使用期限为 5 年（每年 300 天） 。第 19 组减速器设计基础数据卷筒直径 D/mm 300运输带速度 v(m/s) 1.00运输带所需转矩 F(N) 2600二、传动方案的分析与拟定图 1-1 带式输送机传动方案带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经连轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用斜齿圆柱齿轮传动。4一、 电动机的选择1.1 电动机的选
4、择1.1.1 电动机类型的选择电动机的类型根据动力源和工作条件,选用 Y 系列三相异步电动机。1.1.2 电动机功率的选择根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为：=60000/3.14300=63.694 r/min601/wnVD工作机所需要的有效功率为:=2600/1000=2.6 kW/PF为了计算电动机的所需功率 ，先要确定从电动机到工作机之间的总效dP率 。 设 为 弹 性 联 轴 器 效 率 为 0.99， 为 滚 动 轴 承 传 动 效 率 为1 20.99， 为 齿 轮 传 动 （ 8 级 ） 的 效 率 为 0.97， 为 滚 筒 的 效 率 为3 40.96。 则 传 动 装
5、 置 的 总 效 率 为 :0.8512412423.9.6电动机所需的功率为:2.6/0.851= 3.055kWPdw在机械传动中常用同步转速为 1500r/min 和 1000r/min 的两种电动机，根据电动机所需功率和同步转速，由2P148 表 16-1 查得电动机技术数据及计算总传动比如表 31 所示。表 11 电动机技术数据及计算总传动比转速 (r/min)方 案 型 号 额定功率 (kW)同步 满载质量N参考价格(元) 总传动比1 Y112M-4 4.0 1500 1440 470 230.00 125.652 Y132M1-6 4.0 1000 960 730 350.00
6、83.77对以上两种方案进行相关计算，选择方案 1 较合适且方案 1 电动机质量最小，价格便宜。选用方案 1 电动机型号 Y112M-4，根据2P149 表 16-2 查得电动机的主要参数如表 32 所示。表 12 Y112 M-4 电动机主要参数型 号 中心高 Hmm 轴伸mm 总长 LmmY112M-4 05.0.94286051.2 装置运动及动力参数计算1.2.1 传动装置总传动比和分配各级传动比根 据 电 动 机 的 满 载 转 速 和 滚 筒 转 速 可 算 出 传 动 装 置 总 传 动 比mnwn为 ：1440/63.964=22.61wi双 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器 分
7、配到各级传动比为： 高 速 级 的 传 动 比 为 ： = = =5.521ii5 低 速 级 的 传 动 比 为 ： = / =22.61/5.52=4.1021.2.2 传动装置的运动和动力参数计算：a) 各轴的转速计算：= =1440r/min1nm= / =1440/5.52=260.870r/min21i= / =260.870/4.10=63.694r/min3= =63.694r/min4nb) 各轴的输入功率计算：= =3.055 0.99=3.024kW1Pd= =3.024 0.97 0.99=2.904kW23= =2.904 0.97 0.99=2.789kW3= =2
8、.789 0.99 0.99=2.733kW4P12c) 各轴的输入转矩计算：=9550 9550 3.055/1440=20.26NmdTdmn= =20.260.99=20.06 Nm11= =20.065.520.990.97=106.34 Nm2i23= =106.344.100.990.67=418.69 Nm3T= =418.690.990.99=410.36Nm4126由以上数据得各轴运动及动力参数见表 13。1 3 各轴运动及动力参数轴号 转速n/(r/min) 功率 P/kW 转矩 T/N.mm 传动比1 1400.000 3.024 20.06 5.522 260.870
9、2.904 106.344.103 63.694 2.789 418.694 63.694 2.733 410.36 1.00二 、 传 动 零 件 的 设 计 计 算斜 齿 圆 柱 齿 轮 减 速 器 的 设 计 选 用 标 准 斜 齿 圆 柱 齿 轮 传 动 。 标准结构参数压力角 ，齿顶高系数 ，顶隙系数 。20n *1anh*0.25nc2.1 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算1) 选择齿轮材料及热处理方式：由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合：根据1P102 表 8-1 得：小齿轮选择 45 钢调质,HBS =217255；
10、1大齿轮选择 45 钢常化,HBS =162217；2此时两齿轮最小硬度差为 217-162=55；比希望值略小些，可以初步试算。2) 齿数的选择：现为软齿面齿轮，齿数以比根切齿数较多为宜，初选=231z= =5.52 23=126.962z1i取大齿轮齿数 =127，则齿数比（即实际传动比）为2= / =127/23=5.5217。与原要求仅差(5.1328-5.1304)/5.1304=0.05%，故2z1可以满足要求。3) 选择螺旋角 ：按经验 ，81，按 1 计算得：Y 1- 11 0.89220320计算齿形系数与许用应力之比值： 1 2limli2 1885.3012075FHBS
11、HBSMPa969861.3410.31FFNhFNSKnt由 P表 取 安 全 系 数lim11li24.863.5FNFFKSY / =2.7002/148.9744=0.0181a1Y / =2.1365/137.1795=0.0162F2F由于 Y / 较大，用小齿轮的参数 Y / 代入公式，计算齿1Fa1 1Fa1轮所需的法面模数： 3 121ncos mFadzKT= =1.0783208.6.8.0111) 决定模数由于设计的是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效是齿面疲劳点蚀，若模数过小，也可能发生轮齿疲劳折断。所以对比两次求出的结果，按接触疲劳强度所需的模数较大，齿轮易于发生点蚀破
12、坏，即应以 mn1.53mm 为准。根据标准模数表，暂定模数为：m =2.0mmn12) 初算中心距：2.0 (23+127)/2cos13=154.004mm12a()/cosnmz标准化后取 a=154mm13) 修正螺旋角 按标准中心距修正 ：12()2.0(317)arcosarcos3.08153“54nz14) 计算端面模数：102.0.53cos1387ntmm15) 计算传动的其他尺寸：11.54.9tdz22031276031tm1.8.8dbm12416) 计算齿面上的载荷： 1208517.9tTFNdtantan2.318rtNt51t.03198aFN17) 选择精度
13、等级齿轮的圆周转速：3.558 m/s13.497.2460601dnv对照1P107 表 8-4,因运输机为一般通用机械，故选齿轮精度等级为 8 级是合宜的。18）齿轮图：112.2 低速级斜齿圆柱齿轮的传动设计计算1) 选择齿轮材料及热处理方式：由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合：根据1P102 表 8-1 得：小齿轮选择 45 钢调质,HBS =217255；1大齿轮选择 45 钢常化,HBS =162217；2此时两齿轮最小硬度差为 217-162=55；比希望值略小些，可以初步试算。2) 齿数的选择：现为软齿面齿轮，齿数以
14、比根切齿数较多为宜，初选=251z= =4.10 25=102.52zi取大齿轮齿数 z =103，则齿数比（即实际传动比）为2=z /z1=103/25=4.12。与原要求仅差 (4.12-4.10)/4.10=0.487%，故可以满足2要求。3) 选择螺旋角 ：按经验 ，81，按 1 计算得：Y 1- 11 0.90832020计算齿形系数与许用应力之比值：Y / =2.585/144.846=0.01781Fa1Y / =2.174/134.615=0.01622F由于 Y / 较大，用大齿轮的参数 Y / 代入公式1Fa1 1Fa1计算齿轮所需的法面模数： 3 12ncos mFadz
15、KT= =1.77732078.68.15.011) 按接触强度决定模数值，取m =2.5mmn12) 初算中心距：a=m(z1+ z )/2cos =2.5 (25+103)/2cos12=163.599 mm2标准化后取 a=164mm13) 修正螺旋角 ：按标准中心距修正 ： 12()2.0(513)arcosarcos2.686412408“nmz14) 计算端面模数： 2.52.56coscs168nt m15) 计算传动的其他尺寸：11.4.03tdmz225612698t10.8.dbm12:1416) 计算齿面上的载荷： 12063194.ItTFNdtan9tan2.523r
16、t316874t15齿轮的主要参数高速级 低速级齿数 z23 127 25 103中心距 a154 164法面模数 nm2.0 2.5端面模数 t 2.053 2.563螺旋角 13512408法面压力角 n20端面压力角 t 7 5齿宽 b 40 38 58 52齿根高系数标准值 *anh1 1齿顶高系数 t*cos0.9724 0.9810齿顶系数标准值 *0.25 0.25当量齿数 vz24.863 131.30 26.709 110.043分度圆直径 d47.259 260.731 64.063 263.938齿顶高 ah2.0 2.5齿根高 f 2.5 3.125齿全高 4.5 5.
17、625齿顶圆直径 ad51.259 264.731 69.063 268.938齿根圆直径 f42.259 255.731 57.750 257.68816三、 轴的结构设计和计算轴是组成机械的主要零件，它支撑其他回转件并传递转矩，同时它又通过轴承和机架连接。所有轴上零件都围绕轴心做回转运动，形成一个以轴为基准的组合体轴系部件。3.1 轴的结构设计3.1.1 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 号钢调质处理。按扭转强度法估算轴的直径,由1P207 表 122。高速轴：取 A =1160mm133min.0461.85Pd中间轴：取 =1120=112 =25.007mm320minAd3
18、87.6094低速轴：取 =1070=37.714mm330min694.17Pd3.1.2 确定轴的结构与尺寸轴的选取及计算1 因为轴通过联轴器与电动机的轴径 28mm，查联轴器标准，选联轴器为弹性柱销联轴器。标准型号 HL2，与联轴器相联的轴径选取为 25mm。2 零件的轴向定位需用定位轴间。H0.07d。为了加工装配方便而设置非定位轴肩，一般为 23mm。4. 与联轴器相联。5. 为扳手位置和端盖。6. 为轴承位置。7. 为低速齿轮的空间，以不发生干涉为主。8. 为齿轮轴。9. 为齿轮端面和内壁的空隙和部分内壁距离。1710. 为轴承位置。轴承的尺寸如图所示 II 轴的设计1 根据前述所
19、算的最小的轴径为 25.88mm。选轴承型号为 GB/T29793 7207C 角接触球轴承。2. 按轴肩规格。设置轴的结构，及定位关系。为轴承安装空间，轴承为 GB/T93 7207C 型号 为齿轮端面和内壁的空隙和部分内壁距离。为齿轮轴。为低速齿和高速齿端面距离。为低速齿安装处。为套筒定位和安放轴承。轴承的具体尺寸如图所示18 III 输出轴的设计1根据算的轴径最小值 。选取 d=55mm。2轴的结构及定位关系取法步骤同前。段为套筒定位和安放轴承。段为高速级齿轮和安装空间以不发生干涉为主。段为齿轮定位轴间。为高速齿轮的空间，以不发生干涉为主。为轴承位置。段为扳手空间位置和轴承端盖。与联轴器
20、相联。轴承的具体尺寸如图所示19 3.3 中 间 轴 的 校 核 ：1) 中 间 轴 的 各 参 数 如 下 ：=106.34Nm =260.87r/min =2.904kWT2 nP2) 中 间 轴 上 的 各 力 ：低 速 级 小 齿 轮 ： Ft1=3319N Fr1=1235N Fa1=747N高 速 级 大 齿 ： Ft2=851N Fr2=318N Fa2=198N 3） 绘 制 轴 的 计 算 简 图20（ 1） 计 算 支 反 力1705NRF246 0RFACM0力H H2t2t1AADAB水 平 面 ：21剪 力 图 ：弯 矩 图 ：22垂 直 面 ：NADdFABdFaa
21、468R09 R22ACM0力v1v2 r1r1垂 直 面 ：剪 力 图 ：23弯 矩 图 ：扭 矩 图 ：合 弯 矩 图 ：24校 核 轴 的 强 度 ：由 上 述 可 知 ， 危 险 截 面 在 C 截 面 处 。按 第 三 强 度 理 论 求 出 弯 矩 M 图 ， 由 公 式 M =ACA22)(M = = =155.275ca2)(1C 22)34.06*.()56.14(轴 为 45 号 钢 ， 查 表 可 知 = 60 Mpa1由 公 式 可 得 ： PaWcac 576.1804.13/275.*3/ 3 1所 以 中 间 轴 满 足 强 度 要 求 。四、 滚动轴承的选择及计
22、算轴 承 是 支 承 轴 的 零 件 ， 其 功 用 有 两 个 ： 支 承 轴 及 轴 上 零 件 ， 并 保持 轴 的 旋 转 精 度 ； 减 轻 转 轴 与 支 承 之 间 的 摩 擦 和 磨 损 。与 滑 动 轴 承 相 比 ， 滚 动 轴 承 具 有 启 动 灵 活 、 摩 擦 阻 力 小 、 效 率 高 、润 滑 简 便 及 易 于 互 换 等 优 点 ， 所 以 应 用 广 泛 。 它 的 缺 点 是 抗 冲 击 能 力差 ， 高 速 时 有 噪 声 ， 工 作 寿 命 也 不 及 液 体 摩 擦 滑 动 轴 承 。4.1 轴 承 的 选 择 与 结 构 设 计 :由 于 转 速
23、 较 高 ， 轴 向 力 又 比 较 小 ， 故 选 用 深 沟 球 轴 承 。 下 面以 高 速 级 轴 为 例 初 选 轴 承 型 号 为 6207， 具 体 结 构 图 如 下 。254.2 高 速 轴 轴 承 的 校 核 ：， NCr50NCr15200Ft81Fr38F98Fa/Fr=198/318=0.623 e查 表 利 用 插 值 法 得 ： e=0.204， 则 有e 则 有 X=0.56， 利 用 插 值 法 ： Y=2.16 623.0/arF由 公 式 P= (X +Y )可 得pfraFP=1.2（ 0.56 318+2.16 198） =726.912由 公 式 h
24、 12000h 45.7504*6363CnL26所 以 满 足 要 求 。 即 高 速 级 选 用 6207 型 号 的 轴 承4.3 中 间 轴 轴 承 的 校 核 :中 间 轴 选 择 6208: ， NCr950NCr180RHv 764817221Nv 50965222 高 速 级 大 齿 轮 ： Fr318F18低 速 级 小 齿 轮 ： Nr25N74035.18/49/0CFa所 以 利 用 插 值 法 得 e=0.227Fa/Fr=549/917=0.59e所 以 选 用 X=0.56， Y=1.93由 公 式 得 ：P= (X +Y ) =1.2(0.56 917+1.93
25、 549)=1887.708NpfrFa由 公 式 h 12000h 208.4*60363PCnL所 以 满 足 要 求 。 即 中 间 轴 选 用 6208 型 号 的 轴 承274.4 低 速 轴 轴 承 的 校 核 ：初 选 低 速 级 选 用 7209AC 型 号 的 轴 承 正 装 ， NCr385Nr680求 得 ： =1768N R =2506N RFa=Fa -Fa =747-198=549N12S =0.68R =0.681768=1202.24N11S =0.68R =0.68-2506=1704.08N22Fa+S =549+1704.48=2253.08 S 故 1
26、被 压 缩 ， 2 被 放 松 。2 1求 轴 向 载 荷 ： A =Fa+S =2253.08N128A =S =1704.082求 当 量 动 载 荷 P ,P12A /R =2253.08/1768=1.27 e X =0.41 Y =0.871A /R =1704.08/2506=0.68=e X =1 Y =02 22P = (X R +Y A )=1.2(0.41 1768+0.87 2253.08)=3222.1N1pf1 P = (X R +Y A ) =1.2(1 2506)=3007.2N2pf22由 公 式 12000h4894.3601 8336PCnL 所 以 满 足
27、 要 求 。 即 低 速 级 选 用 7209AC 型 号 的 轴 承五、键联接的选择及计算键 是 标 准 件 ， 通 常 用 于 联 接 轴 和 轴 上 的 零 件 ， 起 到 周 向 固 定 的 作用 并 传 递 转 矩 。 有 些 类 型 的 键 还 可 以 实 现 轴 上 零 件 的 轴 向 固 定 或 轴 向移 动 。 根 据 所 设 计 的 要 求 。 此 次 设 计 所 采 用 的 均 为 平 键 联 接 。5.1 键 选 择 原 则 ：键 的 两 侧 面 是 工 作 面 ， 工 作 时 候 ， 靠 键 与 键 槽 侧 面 的 挤 压 来 传 递转 矩 ； 键 的 上 表 面 与
28、 轮 毂 槽 底 面 之 间 则 留 有 间 隙 。 平 键 联 结 不 能 承 受轴 向 力 ， 因 而 对 轴 上 的 零 件 不 能 起 到 轴 向 固 定 的 作 用 。 常 用 的 平 键 有普 通 平 键 和 导 向 平 键 两 种 。 平 键 联 结 具 有 结 构 简 单 ， 装 拆 方 便 ， 对 中良 等 优 点 ， 因 而 得 到 广 泛 的 应 用 。 普 通 平 键 用 于 静 联 结 。 A 型 号 或B 型 号 平 键 ， 轴 上 的 键 槽 用 键 槽 铣 刀 铣 出 ， 键 在 槽 中 固 定 良 好 ， 但 当轴 工 作 时 ， 轴 上 键 槽 端 部 的
29、应 力 集 中 较 大 。5.2 键 的 选 择 与 结 构 设 计取 本 设 计 中 间 轴 段 的 平 键 进 行 说 明 。由 于 本 设 计 装 置 ， 键 所 承 受 的 应 力 不 是 很 大 ， 我 们 选 择 A 型29型 号号 圆 头 普 通 平 键 。 根 据 中 间 轴 段 的 轴 径 选 择键 的 具 体 结 构 如 下 图 （ 1） .键 的 校 核校 核 ： 先 根 据 设 计 出 轴 的 直 径 从 标 准 中 查 的 键kldTp3102的 剖 面 尺 寸 为 ： 键 宽 b=14mm, 键 高 h=9mm,在 上 面 的 公 式 中 k 为键 与 轮 毂 键
30、槽 的 接 触 高 度 等 于 0.5h, 为 键 的 工 作 长 度 ： =L-bl l查 表 键 联 结 的 许 用 挤 压 应 力 ， 许 用 压 力 （ Mpa）=100 120， 取 中 间 值 =110。PP由 轮 毂 宽 度 并 参 考 键 的 长 度 系 列 ， 取 键 长 L=46mm 校 核 app lhTkldT 1007.55.01210233 轴 键 键槽宽度 b 深度极限偏差一般键联接公称直径d公称尺寸bh键长 L 键的标记 公称尺寸 b轴 N9 榖 JS9轴 t榖 t10 0.0182230 87 52 键 C852 GB1096-2003 8 -0.036 -0.018 4.0 3.33038 108 80 键 C1080 GB1096-2003 10 36.18.5.0 3.30 0.0215-0.043 -0.02153844 128 32 键 1232 GB1096-2003 12-0.043 -0.02155 3.30 0.02153844 128 70 键 C1270 GB1096-2003 12 -0.043 -0.0215 5 3.3
