(二級直齒圓柱齒輪減速器)機械設(shè)計課程設(shè)計.doc

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1、機械設(shè)計課程設(shè)計題 目: 二級圓柱齒輪減速器 姓 名: X X 專 業(yè)： 機械設(shè)計及其自動化 學(xué) 號: 0000000 班 級： 09機械三班 指導(dǎo)教師： X X 成 績： X X 學(xué)院：XXXXXX 2012年3月 目 錄1 前言2 傳動裝置的總體設(shè)計2.1比較和選擇傳動方案2.2選擇電動機2.3 計算總傳動比和分配各級傳動比2.4 計算傳動裝置運動和動力參數(shù)3 傳動零件的設(shè)計計算3.1 第一級齒輪傳動設(shè)計計算3.2 第二級齒輪傳動設(shè)計計算4 畫裝配草圖4.1 初估軸徑4.2 初選聯(lián)軸器4.3 初選軸承4.4 箱體尺寸計算5 軸的校核計算5.1 高速軸受力分析5.2 中速軸校核計算5.3 低

2、速軸校核計算6 軸承驗算6.1 高速軸軸承驗算6.2 中速軸軸承驗算6.3 低速軸軸承驗算7 鍵聯(lián)接的選擇和計算7.1 高速軸與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接的選擇和計算7.2 中間軸與大齒輪鍵聯(lián)接的選擇和計算7.3 低速軸與齒輪鍵聯(lián)接的選擇和計算7.4 低速軸與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接的選擇和計算8 齒輪和軸承潤滑方法的確定8.1 齒輪潤滑方法的確定8.2 軸承潤滑方法的確定9 密封裝置的選擇10 結(jié)論參考文獻致謝67二級圓柱齒輪減速器1 前言機械設(shè)計課程設(shè)計是學(xué)生第一次較全面的在機械設(shè)計方面的訓(xùn)練，也是機械設(shè)計課程的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是：第一、通過機械設(shè)計課程設(shè)計，綜合運用機械設(shè)計課程和其它有關(guān)先修課程的理論和知

3、識，結(jié)合生產(chǎn)實際知識，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，并使學(xué)生知識得到鞏固，深化和擴展。第二、學(xué)習(xí)機械設(shè)計的一般方法，掌握通用機械零件部件、機械傳動裝置和簡單機械的設(shè)計原理和過程，第三、進行機械設(shè)計基本技能的訓(xùn)練，如計算、繪圖、熟悉和運用設(shè)計資料(手冊、圖冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等)以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，進行經(jīng)驗估算和數(shù)據(jù)處理等。 機械設(shè)計課程設(shè)計的題目是帶式運輸機的傳動裝置的設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括：確定傳動裝置總體設(shè)計方案，選擇電動機；計算傳動裝置運動和動力的參數(shù)；傳動零件，軸的設(shè)計計算；軸承，聯(lián)軸器，潤滑，密封和聯(lián)接件的選擇與校核計算；箱體結(jié)構(gòu)及其附件的設(shè)計；繪制裝配工作圖及零件工作圖；編寫設(shè)計說明書

4、；畢業(yè)設(shè)計總結(jié)；最后完成答辯。2 傳動裝置的總體設(shè)計2.1比較和選擇傳動方案2.2、選擇電動機類型及功率2.2.1選擇電動機類型: 用Y系列電動機 2.2.2確定電動機功率:計 算 及 說 明結(jié) 果4工作機的效率 傳動裝置中各部分的效率,查手冊中表1-77級精度的一般齒輪傳動效率 彈性聯(lián)軸器傳動效率 齒式聯(lián)軸器傳動效率 滾子軸承傳動效率 電動機至工作機之間傳動裝置的總效率 工作機所需功率所需電動機功率2.2.3 確定電動機轉(zhuǎn)速由所需電動機功率查手冊中表12-1，可選Y160M-4型電機，額定功率11kW，滿載轉(zhuǎn)速1460r/min,電機級數(shù)：4級。由,得。2.3 計算總傳動比和分配各級傳動比傳

5、動裝置的總傳動比要求為 式中： nm電動機滿載轉(zhuǎn)速,r/min.一般推薦展開式二級圓柱齒輪減速器高速級傳動比,取.2.4 計算傳動裝置運動和動力參數(shù)該傳動裝置從電動機到工作機有三軸,依次為、軸,則:1.各軸轉(zhuǎn)速式中: nm為電動機滿載轉(zhuǎn)速,r/min;n1、n2、n3 分別為、軸轉(zhuǎn)速,r/min;為高速軸,為低速軸.2.各軸功率式中: Pd為電動機輸出功率,KW; P、P、P 分別為、軸輸入功率,KW； 依次為電動機與軸軸軸的傳動效率。3.各軸轉(zhuǎn)矩3 傳動零件的設(shè)計計算用機械設(shè)計課程設(shè)計手冊所附光盤工具配合Auto CAD 2006設(shè)計各級嚙合齒輪過程及結(jié)果如下：3.1 第一級齒輪傳動設(shè)計計算

6、輸入數(shù)據(jù)如圖：工作模式設(shè)定如圖：校核如圖：第一級齒輪設(shè)計最終結(jié)果如下：計 算 及 說 明結(jié) 果8設(shè)計傳遞功率 /kW: 9.74523小輪最高轉(zhuǎn)速 /(r/min): 1460.00小輪最大扭矩 /(N.mm): 63744.50預(yù)期工作壽命 /h: 38400第公差組精度(運動精度) : 7第公差組精度(運動平穩(wěn)性): 7第公差組精度(接觸精度) : 7名義傳動比 : 5.00實際傳動比 : 5.00使用系數(shù) : 1.10動載系數(shù) : 1.12接觸強度齒間載荷分配系數(shù) : 1.29接觸強度齒向載荷分布系數(shù) : 1.49彎曲強度齒間載荷分配系數(shù) : 1.43彎曲強度齒向載荷分布系數(shù) : 1.4

7、1支承方式 : 非對稱支承傳動方式 : 閉式傳動齒面粗糙度Rz /m : 3.20潤滑油運動粘度V40/(mm2/s): 22.00小輪齒數(shù)z1 : 17小輪齒寬b1 /mm: 68.00小輪變位系數(shù)x1 /mm: 0.0000小輪分度圓直徑 /mm: 68.00齒輪法向模數(shù)mn /mm: 4.00小輪計算接觸應(yīng)力 /MPa: 448.47小輪接觸疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 605.36小輪接觸疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 730.00小輪計算彎曲應(yīng)力 /MPa: 50.57小輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 295.18小輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 275.00小輪材料及熱處理方式 : 合金鋼調(diào)

8、質(zhì)小輪齒面硬度 /HV10 : 280.00大輪齒數(shù)z2 : 85中心距 /mm: 204.000大輪齒寬b2 /mm: 68.00大輪變位系數(shù)x2 /mm: 0.0000大輪分度圓直徑 /mm: 340.00大輪計算接觸應(yīng)力 /MPa: 448.47大輪接觸疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 473.78大輪接觸疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 485.00大輪計算彎曲應(yīng)力 /MPa: 46.71大輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 210.44大輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 195.00大輪齒面硬度 /HBW : 210.00大輪材料及熱處理方式 : 結(jié)構(gòu)鋼正火極限傳遞功率 (kW): 10.87613z1=

9、17b1=68d1=68mn=440Crz2=85b2=68d2=34045鋼3.2 第二級齒輪傳動設(shè)計計算:輸入數(shù)據(jù)如圖：工作模式設(shè)定如圖：校核如圖：第二級齒輪設(shè)計最終結(jié)果如下：計 算 及 說 明結(jié) 果25設(shè)計傳遞功率 /kW: 9.17119小輪最高轉(zhuǎn)速 /(r/min): 292.00小輪最大扭矩 /(N.mm): 299948.18預(yù)期工作壽命 /h: 38400第公差組精度(運動精度) : 7第公差組精度(運動平穩(wěn)性): 7第公差組精度(接觸精度) : 7名義傳動比 : 4.00實際傳動比 : 4.00使用系數(shù) : 1.10動載系數(shù) : 1.07接觸強度齒間載荷分配系數(shù) : 1.28

10、接觸強度齒向載荷分布系數(shù) : 1.51彎曲強度齒間載荷分配系數(shù) : 1.42彎曲強度齒向載荷分布系數(shù) : 1.43支承方式 : 非對稱支承傳動方式 : 閉式傳動齒面粗糙度Rz /m : 3.20潤滑油運動粘度V40/(mm2/s): 22.00小輪齒數(shù)z1 : 17小輪齒寬b1 /mm: 110.00小輪變位系數(shù)x1 /mm: 0.0000小輪分度圓直徑 /mm: 110.50齒輪法向模數(shù)mn /mm: 6.50小輪計算接觸應(yīng)力 /MPa: 471.33小輪接觸疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 595.63小輪接觸疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 730.00小輪計算彎曲應(yīng)力 /MPa: 53.70小輪彎曲疲

11、勞許用應(yīng)力 /MPa: 258.79小輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 275.00小輪材料及熱處理方式 : 合金鋼調(diào)質(zhì)小輪齒面硬度 /HV10 : 280.00大輪齒數(shù)z2 : 68中心距 /mm: 276.250大輪齒寬b2 /mm: 110.00大輪變位系數(shù)x2 /mm: 0.0000大輪分度圓直徑 /mm: 442.00大輪計算接觸應(yīng)力 /MPa: 471.33大輪接觸疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 490.75大輪接觸疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 485.00大輪計算彎曲應(yīng)力 /MPa: 49.26大輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 183.62大輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 195.00大輪齒

12、面硬度 /HBW : 210.00大輪材料及熱處理方式 : 結(jié)構(gòu)鋼正火極限傳遞功率 (kW): 9.94242z1=17b1=110d3=110.50mn=6.540Crz2=68b2=110d4=44245鋼4 畫裝配草圖4.1 初估軸徑在畫裝配草圖前需初估軸徑,從而提高設(shè)計效率,減少重復(fù)設(shè)計的工作量,并盡可能的降低生產(chǎn)成本。由式16.2,得各軸的最小直徑分別為:式中: C為軸強度計算系數(shù),40Cr和45鋼所對應(yīng)的系數(shù)分別為102和112?？紤]到實際情況,可將這三軸的最小軸徑定為22mm, 35mm和52mm。4.2 初選聯(lián)軸器聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外,有些還具有補償兩軸因制造和安裝誤差

13、而造成的軸線偏移的功能,以及具有緩沖、吸振、安全保護等功能。電動機軸和減速器高速軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于軸的轉(zhuǎn)速較高,為減小啟動載荷,緩和沖擊,應(yīng)選用具有較小轉(zhuǎn)動慣量和具有彈性的聯(lián)軸器,該設(shè)計選用彈性柱銷聯(lián)軸器。減速器低速軸與工作機聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于軸的轉(zhuǎn)速較低,不必要求具有較小的轉(zhuǎn)動慣量,但傳遞轉(zhuǎn)矩較大,又因減速器與工作機不在同一底座上,要求具有較大的軸線偏移補償,因此選用鼓型齒式聯(lián)軸器。根據(jù)上述分析并考慮到實際情況,聯(lián)軸器選擇如下: 電動機軸和減速器高速軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器選用LT6聯(lián)軸器 ;減速器低速軸與工作機聯(lián)接用的聯(lián)軸器選用GY7聯(lián)軸器 58432003。4.3 初選軸承軸承是支承軸頸的

14、部件。由于該傳動裝置采用兩對直齒輪傳動，經(jīng)比較選擇，采用兩對深溝球軸承。從高速軸到低速軸，選用的軸承分別為6305,6308,6312。4.4 箱體尺寸計算查手冊中表11-10.025，可計算出箱體各部分尺寸，具體如下：名稱符號具體數(shù)值箱座壁厚10mm箱蓋壁厚110mm箱蓋凸緣厚度b115mm箱座凸緣厚度b15mm箱座底凸緣厚度b225mm地腳螺釘直徑df24mm地腳螺釘數(shù)目n6軸承旁聯(lián)接螺釘直徑d118mm蓋與座聯(lián)接螺釘直徑d212mm聯(lián)接螺栓d2的間距l(xiāng)150mm軸承端蓋螺釘直徑d312mm視孔蓋螺釘直徑d410mm定位銷直徑d10mm軸承旁凸臺半徑R124mmdf、d1、d2至外箱壁距離

15、C1342618df、d2至凸緣邊緣距離C22816箱座肋厚m9mm大齒輪齒頂圓與內(nèi)箱壁距離114mm齒輪端面與內(nèi)箱壁距離210mm結(jié)合以上參數(shù),可設(shè)計出傳動裝置的裝配草圖,其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示:70194減速器布局草圖921007294176ABC5軸的校核計算5.3 低速軸校核計算i) 當(dāng)量彎矩圖T3=1123236N.mmf) 垂直面彎矩圖低速軸結(jié)構(gòu)和受力分析圖如下: i) 當(dāng)量彎矩圖e) 垂直面受力圖541552212270.8g) 合成彎矩圖581667.8h) 轉(zhuǎn)矩圖N.mm581667.8T3=1123236N.mma) 軸結(jié)構(gòu)圖b) 軸受力圖c) 水平面受力圖d) 水平面彎矩圖

16、f) 垂直面彎矩圖低速軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì), .軸的彎曲應(yīng)力校核步驟如下:計 算 及 說 明結(jié) 果計算齒輪受力齒輪所受的力:圓周力 徑向力 轉(zhuǎn)矩 T3=1123236N.mm計算支承反力水平面反力 垂直面反力水平面受力圖,如c)圖所示垂直面受力圖,如e)圖所示 畫軸彎矩圖水平面彎矩圖,如d)圖所示垂直面彎矩圖,如f)圖所示合成彎矩圖,如g)圖所示 合成彎矩 畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩T=T3轉(zhuǎn)矩圖,見圖h) 許用應(yīng)力用插入法由表16.3,查得 應(yīng)力校正系數(shù) 畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩: 在齒輪中間處當(dāng)量彎矩圖,見圖i) 校核軸徑軸徑 經(jīng)檢驗軸所用尺寸合格。T3=1123236N.mm合格。低速軸安

17、全系數(shù)校核計算如下：計 算 及 說 明結(jié) 果經(jīng)過初步判斷，截面的應(yīng)力較大，并且較集中。因此，下面將對截面進行安全系數(shù)校核。材料選用45鋼，。對稱循環(huán)疲勞極限 脈動循環(huán)疲勞極限 等效系數(shù) 截面上的應(yīng)力水平面彎矩：垂直面彎矩：合成彎矩： 彎曲應(yīng)力幅：彎曲平均應(yīng)力：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力： 應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù) 因在此截面處，有軸徑變化，過渡圓角半徑r=3mm，由和，從附錄表1中查出。表面狀態(tài)系數(shù) 由附錄5查出尺寸系數(shù) 由附錄6查出安全系數(shù)彎曲安全系數(shù) 設(shè)為無限壽命，由式16.5得 扭轉(zhuǎn)安全系數(shù) 復(fù)合安全系數(shù) 經(jīng)檢驗軸所用尺寸合格。=64.85S=6.261.5S合格6軸承驗

18、算6.1 高速軸軸承驗算計 算 及 說 明結(jié) 果軸承壽命計算經(jīng)計算：水平受力分析: 對C點取矩,則有對A點取矩,則有垂直面受力分析:對C點取矩,則有: 左邊軸承徑向力 右邊軸承徑向力 沖擊載荷系數(shù)，查表18.8得取，當(dāng)量動載荷 基本額定壽命由于,所以只需要對該軸右邊的軸承進行壽命校核：故高速級軸承滿足壽命要求。 軸承載荷計算當(dāng)量靜載荷 安全系數(shù)S0 正常使用圓柱滾子軸承，查表18.14，得計算額定靜載荷 許用轉(zhuǎn)速驗算載荷系數(shù)f1 由,查圖18.19，得 由，查圖18.19，得許用轉(zhuǎn)速N 均大于工作轉(zhuǎn)速1460r/min。檢驗結(jié)果 該軸承合格。合格6.2 中速軸軸承驗算計 算 及 說 明結(jié) 果軸

19、承壽命計算左邊軸承徑向力 右邊軸承徑向力 沖擊載荷系數(shù)，查表18.8得，當(dāng)量動載荷基本額定壽命查機械設(shè)計手冊第67頁表6-2，得，。因，只計算左邊軸承：故中速級軸承滿足壽命要求。 軸承載荷計算當(dāng)量靜載荷 安全系數(shù)S0 正常使用圓柱滾子軸承，查表18.14，得計算額定靜載荷 許用轉(zhuǎn)速驗算載荷系數(shù)f1 由,查圖18.19，得 由，查圖18.19，得許用轉(zhuǎn)速N 均大于工作轉(zhuǎn)速194r/min。經(jīng)檢驗該軸承合格。合格。6.3 低速軸軸承驗算計 算 及 說 明結(jié) 果軸承壽命計算左邊軸承徑向力 右邊軸承徑向力 沖擊載荷系數(shù)，查表18.8得取，當(dāng)量動載荷 基本額定壽命 由于,所以只需要對該軸左邊的軸承進行壽

20、命校核：查機械設(shè)計手冊第66頁表6-1，得。故高速級軸承滿足壽命要求。 軸承載荷計算當(dāng)量靜載荷 安全系數(shù)S0 正常使用圓柱滾子軸承，查表18.14，得基本額定靜載荷C0r=51.8kN計算額定靜載荷 許用轉(zhuǎn)速驗算載荷系數(shù)f1 由,查圖18.19，得 由，查圖18.19，得許用轉(zhuǎn)速N 均遠遠大于工作轉(zhuǎn)速73r/min。校驗結(jié)果 該軸承合格。合格7鍵聯(lián)接的選擇和計算7.1 高速軸與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接的選擇和計算高速軸與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接的軸的直徑為22mm,查表4-1，可知時可選用鍵，即鍵寬8mm、高7mm，鍵長。鍵的接觸長度。聯(lián)軸器采用35鍛鋼制造，。校核鍵的聯(lián)接強度：，符合要求。鍵標(biāo)記：鍵 。材料選用45

21、鋼。7.2 中間軸與大齒輪鍵聯(lián)接的選擇和計算中間軸與大齒輪鍵聯(lián)接的軸的直徑為48mm，查表4-1，可知當(dāng)時可選用鍵，即鍵寬14mm、高9mm，鍵長80mm。齒輪采用45鋼制造，則此聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：，滿足使用要求。鍵標(biāo)記：鍵 。材料選用45中碳鋼。7.3 低速軸與齒輪鍵聯(lián)接的選擇和計算低速軸與大齒輪鍵聯(lián)接的軸的直徑為68mm，查表4-1，可知當(dāng)時可選用鍵，即鍵寬20mm、高12mm，鍵長90mm。齒輪采用45鋼制造，則此聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：，滿足使用要求。鍵標(biāo)記：鍵 。材料選用45中碳鋼。7.4 低速軸與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接的選擇和計算低速軸與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接的軸的直徑為52mm，查表4-1，可知當(dāng)

22、時可選用鍵 即鍵寬16mm、高10mm，鍵長90mm，鍵的接觸長度。聯(lián)軸器采用45鍛鋼制造，則此聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：，滿足使用要求。鍵標(biāo)記：鍵 。材料選用45中碳鋼8 齒輪和軸承潤滑方法的確定8.1 齒輪潤滑方法的確定由于低速級齒輪周向速度低，所以采用浸油潤滑，浸油高度約為六分之一大齒輪半徑，箱體內(nèi)選用SH0357-92中的50號潤滑，裝至規(guī)定高度。8.2 軸承潤滑方法的確定因為傳動裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以采用脂潤滑。9 密封裝置的選擇選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用密封圈實現(xiàn)密封。密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。10 結(jié)論由于時間緊迫，所以這次的設(shè)計存在許多缺點，比如說箱體結(jié)構(gòu)龐大，重量也很大。齒輪的計算不夠精確等等缺陷，我相信，通過這次的實踐，能使我在以后的設(shè)計中避免很多不必要的工作，有能力設(shè)計出結(jié)構(gòu)更緊湊，傳動更穩(wěn)定精確的設(shè)備。參考資料：機械設(shè)計課程設(shè)計手冊(第二版)清華大學(xué) 吳宗澤，北京科技大學(xué) 羅圣國主編。機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書（第二版）羅圣國，李平林等主編。指導(dǎo)教師評語：成績評定： 指導(dǎo)教師： 年 月 日