二级展开式直齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书.doc.doc

机械设计课程设计计算说明书设计题目 二级展开式直齿圆柱齿轮减速器 航空 系 飞行器动力工程 专业年级 2008级 设 计 者 指导教师 2011 年 7 月 8 日目录一前 言3二设计方案41.电动机的选择42.传动装置的传动比及运动动力参数63.V带传动的设计计算74.齿轮传动的设计计算95.轴的设计计算136.轴承的设计计算247.键的选择与校核268.联轴器的选择279.齿轮结构的设计2810.减速箱的机体设计2811.减速器的附件设计3012.润滑与密封31三设计小结32四参考资料32一前 言（一）题目分析：由已知运输带与卷筒的相关数据来设计合适的减速器，其基本思路为：首先，通过运输带的工作速度和工作拉力确定发动机的类型，各部分的传动比，以及总体参数；其次，根据传动比，以及求出的减速系统的总体参数确定使用的传动零件，即带传动与齿轮传动，同时进一步设计计算出传动零件的相关参数；再次，根据传动零件来设计计算连接部件，即轴，轴承，连轴器等，并校核设计的数据。最后，根据各个部件的设计参数来确定减速器机箱的总体设计，以及附件的选择。（二）设计方案的拟定1. 组成：传动装置由电机、传动带，减速器、卷筒组成。其中外传动为V带传动，减速器为两级展开式圆柱齿轮减速器。2. 特点： 由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本，适合于小批量生产。减速器部分采用二级直齿圆柱齿轮减速器，展开式布局，这是两级减速器中应用最广泛的一种齿轮相对于轴承不对称分布，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。电动机部分为Y系列三相交流异步电动机。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。 图一 减速系统方案拟定二设计方案1.电动机的选择计算及说明结果1、 选择电动机类型：按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机， 封闭式结构，电压380V，Y 型系列2、 输出功率的计算：电动机所需功率1带传动效率：0.962每对轴承传动效率：0.983圆柱齿轮的传动效率：0.974联轴器的传动效率：0.995卷筒的传动效率：0.96a电机至工作机之间的传动装置的总效率所以3、确定电机转速： 卷筒轴工作转速为： 依据指导书P7表1推荐的传动比合理范围：取V带传动比为，二级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比，故电动机转速的可选范围为：符合这一范围的同步转速有：1500r/min,3000r/min两种。根据电动机所需功率和转速查机械设计课程设计手册P155，有2种适用的电动机型号，即Y160M1-2和Y160M-4，如下表：方案电动机型号额定功率kw电动机转速r/min同步满载1Y160M1-211300029302Y160M-41115001460考虑到转速越慢造价约高，所以选择转速为3000r/min的电动机，最后确定为Y160M1-2型Y系列三相异步电动机。相关信息如下：表一 电动机主要技术数据额定功率kW满载转速同步转速质量KgADEFGHLAB1129303000117254421101237160600330电动机选择所用的有关数据和计算公式引自机械设计课程设计指导书P11-P15。注：本说明书所引用的各类书籍简称如下：机械设计课程设计指导书-指导书机械设计基础-教材。2.传动装置的传动比及运动动力参数计算及说明结果（一）确定传动装置总传动比及分配传动比：1、电动机型号为Y160M1-2,满载转速，总传动比2、分配传动装置传动比： 为V带的传动比，取普通V带的传动比为，即，分别为减速箱低速级齿轮和高速级齿轮的传动比减速器传动比3、分配减速器各级传动比：按展开式布置，考虑润滑条件，由课程设计指导书P17图12可得：，（二）、传动装置的运动和动力参数：1、各轴转速 轴：轴：轴：卷筒轴：2、各轴输入功率轴：轴：轴：卷筒轴 ：各轴输出功率分别为输入功率乘轴承效率0.98，具体数值见表二3、各轴输入转矩 电动机输出转矩： 轴： 轴： 轴： 卷筒轴转矩：各轴输出转矩分别为输入转矩乘轴承效率0.98，具体数值见表二传动装置传动比及总体参数的设计计算公式引自机械设计课程设计指导书P19-P21。各轴转速：各轴输入功率：各轴输入转矩：表二 传动装置各轴运动参数和动力参数表轴名功率P kw转矩T N·m转速r/min输入输出输入输出电动机轴10.8235.2729301轴10.3910.1867.7266.3714652轴9.889.68331.53324.90284.473轴9.399.201062.061040.8284.414轴9.118.931030.411009.8084.413.V带传动的设计计算计算及说明结果由前计算知；小带轮，大带轮， 1、确定带传动功率：查教材P205 表13-6 可知； 2、选择V带型号：根据教材P219图13-16，根据，选择窄V带SPZ型3、确定大小带轮直径：（1）由课本图13-9，应不小于，现选取小带轮直径（2）、验算带速 ： 在速度范围内，带速合适（3）、从动带轮直径：4、确定中心距和带长（1）、初选中心距 取符合（2）、求带的计算基础准长度查课本表13-2对A型带选用(3)计算中心距:a5、验算小带轮包角:6、确定V带根数(1)、 时，查表13-3 由V带型号和传动比，查表13-5得由 查表13-7 (包角修正系数)由基准长度 查表13-2 (带长修正系数)(2)、计算V带根数Z， 取7、计算单根V带初拉力查表13-1 ，为带速8、 计算对轴的压力V带传动的设计计算公式引自机械设计基础P204-P222,参考例题13-2。V带类型：普通V带A型V带主要参数：V带根数4.齿轮传动的设计计算计算及说明结果1.高速级大小齿轮的设计：材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为250HBS。高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为220HBS。相关数据： 查课本166页表11-1得：，查课本171页表11-5得：SH=1.1,SF=1.25， 按齿面接触强度设计：8级精度制造，查课本第169页表11-3得：载荷系数，取齿宽系数 (表11-6)。查表11-4，取取，则。（）模数，取标准模数（表4-1）中心距 取 齿数 =28.13 取 齿宽 取，所以高速轴的设计： 验算轮齿弯曲强度：查课本图11-8，11-9得：查齿形系数 ，齿根修正系数 ， 所以： 故安全。齿轮的圆周速度： 对照表11-2知选用8级的的精度是合适的。2.低速级大小齿轮的设计：材料：低速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为250HBS。高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为220HBS。相关数据： 查课本166页表11-1得：，查课本171页表11-5得：SH=1.1,SF=1.25， 按齿面接触强度设计：8级精度制造，查课本第169页表11-3得：载荷系数，取齿宽系数 (表11-6)。查表11-4，取初取，则取标准模数（表4-1）中心距 取 取，实际, 齿宽取，所以高速轴的设计： 验算轮齿弯曲强度：查课本图11-8，11-9得：查齿形系数 ，齿根修正系数 ， 所以： 故安全。齿轮的圆周速度： 对照表11-2知选用8级的的精度是合适的。齿轮计算公式和有关数据皆引自机械设计基础P165-P182,并参考例11-1。齿轮主要参数：（高速级）小齿轮：大齿轮：校核强度适宜精度等级8级齿轮主要参数：（低速级）小齿轮：大齿轮：校核强度适宜精度等级8级表三 四个齿轮参数模数m(mm)齿数z中心距a(mm)分度圆直径d(mm)齿宽(mm)齿轮圆周速度(m/s)高速齿轮小齿轮132826084556.44大齿轮214543550低速齿轮小齿轮3437320148952.21大齿轮4123492905.轴的设计计算计算及说明结果均选用45号钢调质处理(一)、中间轴设计：由前面的计算求得轴的相关数据为， 1、各轴段尺寸的确定：(1) 、段：轴承装配段由教材P230 式14-2可知：式中C的取值范围为107-118，取则取最小直径，考虑到键槽对轴强度的削弱，将轴径增大5%，该段为轴承装配段，由轴的最小直径确定轴承的型号为：6408号轴承，其主要数据为：，。则取，。() 、段：装配低速级小齿轮轴段，取，。(3) 、段：轴肩，定位高速级大齿轮。则取，。(4) 、段：装配高速级大齿轮，取，。(5) 、段：轴承装配段,6408号轴承，其主要数据为：，。则取，。（为考虑到高速级小齿轮与机体内壁距离和高速级大小齿轮的装配关系即）故机体内壁距离第二根轴的各段数据轴段54321直径d4042504240长度L53931048572、校核该轴：，(1) 、求圆周力，径向力作用在齿轮上的圆周力为：作用在齿轮上的径向力为： () 、求垂直面的支承反力：()、求水平面的支承反力：(4)、求并绘制垂直弯矩图：(5)、求并绘制水平弯矩图：(6)、求合成弯矩图：(7)、轴传递的转矩：(8)、求危险截面当量弯矩：a-a处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）则第二根轴的弯矩图如图五所示：图五 第二根轴的受力图于弯矩图(9)、计算危险截面处轴的直径：因为材料选择45号钢调质处理，查课本P225 表14-1 得查课本P231 表14-3 得许用弯曲应力,则：m-m截面： n-n截面： 该轴是安全的。轴的计算公式和有关数据皆引自机械设计基础P240-P249,并参考例题14-1。第二根轴的长度及直径数据见左表第二根轴的弯矩参数该轴式安全的计算及说明结果(二)、高速轴设计：由前面的计算求得轴的相关数据为，1、各轴段直径的确定：确定各段轴的思路为：根据可以确定下来的零件（如齿轮，轴承，皮带带轮等）的长度及轮毂宽度来大概定出轴段，再根据由中间轴段确定的机箱内壁长度具体分配各段轴的长度以及宽度。(1) 、段：由教材P230 式14-2可知：式中C的取值范围为107-118，取则取最小直径，考虑到键槽对轴强度的削弱，将轴径增大5%，取，再由V带得。(2) 、段：因为大带轮要靠轴肩定位，且要配合密封圈，取，因为所以(3) 、段：该段为轴承装配段和挡油板，由轴的最小直径确定轴承的型号为：6406号轴承，其主要数据为：，。则取，。(4) 、段：装配齿轮，。 (5) 、段：轴肩用于定位高速级小齿轮 ，。(6) 、段：过渡段主要是定位轴承，取，。 (7) 、段：装配轴承并定位齿轮，同段，。第一根轴的各段数据如下：轴段7654321直径d30364032302822长度L2311610534875382、校核该轴和轴承，(1) 、求圆周力，径向力作用在齿轮上的圆周力为：作用在齿轮上的径向力为：作用在轴上的轮带外力：() 、求垂直面的支承反力：()、求水平面的支承反力：()、求F在支点产生的反力：()、求并绘制垂直弯矩图：(6)、求并绘制水平弯矩图：()、求并绘制F 力产生的弯矩图：F在aa 截面处产生的弯矩：(8)、求合成弯矩图：(9)、轴传递的转矩：(10)、求危险截面当量弯矩：a-a处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）第一根轴的受力图与弯矩图见下页(11)、计算危险截面处轴的直径：因为材料选择45号钢调质处理，查课本P225 表14-1 得查课本P231 表14-3 得许用弯曲应力,则：，所以该轴是安全的第一根轴的长度与直径数据见左表第一根轴的弯矩参数：该轴是安全的计算及说明结果（三)、从动轴设计：由前面的计算求得轴的相关数据为，1、各轴段直径的确定：(1) 、段：装配联轴器：由教材P230 式14-2可知：式中C的取值范围为107-118，取则取最小直径，考虑到键槽对轴强度的削弱，将轴径增大5%，段装配联轴器，选用GYL12刚性联轴器，取，(2) 、段：使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，取，(3) 、段：该段为轴承装配段，由轴的最小直径确定轴承的型号为：6014号轴承，其主要数据为：，。则取，。（4) 、段：装配低速级大齿轮。 ，。 (5) 、段： 轴肩定位,(6) 、段： ，。(7) 、段：装配轴承，第三根轴的各段数据轴段7654321直径d70748074706860长度L3271108846761422、校核该轴和轴承：，(1) 、求圆周力，径向力作用在齿轮上的圆周力为：作用在齿轮上的径向力为： () 、求垂直面的支承反力：()、求水平面的支承反力：(4)、求并绘制垂直弯矩图：(5)、求并绘制水平弯矩图：(6)、求合成弯矩图：(7)、轴传递的转矩：(8)、求危险截面当量弯矩：a-a处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）则第三根轴的弯矩图(9)、计算危险截面处轴的直径：因为材料选择45号钢调质处理，查课本P225 表14-1 得查课本P231 表14-3 得许用弯曲应力,则：所以取齿轮轴，,所以该轴是安全的。第三根轴的长度及直径数据见左表第三根轴的弯矩参数：,所以该轴是安全的。6.轴承的设计计算计算及说明结果工作温度最高35度，预期寿命：10年1、轴承的选择与校核轴转速：，选用6408号轴承轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，取，取则年轴承使用寿命满足工作需要，因此所该轴承符合要求。2、轴承的选择与校核轴转速：，选用6406号轴承同上，轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，取，取则年轴承使用寿命满足工作需要，因此所该轴承符合要求。3、轴承的选择与校核轴转速：，选用6014号轴承同上，轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，取，取则年轴承使用寿命满足工作需要，因此所该轴承符合要求。轴承选用6408号轴承，校核可行轴承选用6406号轴承，校核可行。轴承选用6014号轴承校核可行7.键的选择与校核计算及说明结果键的材料选用强度极限的碳素45钢，在轻微冲击下取其许用值1、 轴上键的选择：已知，参考书本156页知：分别取，因，故分别初选键长35和50根据挤压强度条件，键的校核为所以算选键为和2、 轴上键的选择已知，参考书本156页知：因，故分别初选键长90和45根据挤压强度条件，键的校核为所以算选键为和3、 轴上键的选择已知，参考书本156页知：分别取，因，故分别初选键长139和85根据挤压强度条件，键的校核为所以算选键为和带轮的键选择：A型平键8×7强度符合要求齿轮1键的选择：A型平键8×7强度符合要求齿轮2的键选择：A型平键12×8强度符合要求齿轮3的键选择：A型平键12×8强度符合要求联轴器的键选择：A型平键18×11强度符合要求齿轮4的键选择：A型平键18×11强度符合要求8.联轴器的选择计算及说明结果1、 选择类型选用刚性联轴器2、 计算转矩由传动系统的计算已知，第三根轴的输出转矩为，由教材表17-1可以查出工作机为传输带的工作情况系数为则转矩为： 3、 确定型号有设计手册选定联轴器GYL12，它的额定转矩为，材料为钢时，许用转速为3000r/min,允许的周孔直径在50-80mm之间，。选定GYL12刚性联轴器9.齿轮结构的设计项目计算公式结果高速级小齿轮高速级大齿轮低速级小齿轮低速级大齿轮分度圆直径84435148492齿顶高3344齿根高3.753.7555齿顶圆直径90441156500齿顶根直径76.5427.5138482齿距齿厚结构形式实心式腹板式实心式腹板式10.减速箱的机体设计减速箱机体结构尺寸如下：（单位mm， a 取低速级中心距即231mm。）名称符号计算公式结果机座壁厚11机盖壁厚10机座凸缘厚度17机盖凸缘厚度15机座底凸缘厚度27.5地脚螺钉直径M24地脚螺钉数目n时，6轴承旁联结螺栓直径M20盖与座联结螺栓直径M16联接螺栓的间距150200180轴承端盖螺钉直径M12窥视孔盖螺钉直径M8,至外箱壁的距离M24时，M20时，M16时，-,至凸缘边缘距离M24时，M16时，-轴承旁凸台半径24凸台高度h根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准57外机壁至轴承座端面距离60大齿轮顶圆与内机壁距离15齿轮端面与内机壁距离12机盖肋厚8机座肋厚10轴承端盖外径轴 150轴 170轴 170轴承端盖凸缘厚度t10轴承旁联结螺栓距离s轴 200轴 294轴24611.减速器的附件设计说明备注1、窥视孔盖与窥视孔 减速器机盖顶部要开窥视孔，以便检查传动件的啮合情况，润滑情况，接触斑点及齿侧间隙等。窥视孔应设在能看到传动零件啮合区的位置，并有足够的大小，以便手能伸入进行操作。减速器内的润滑油也有窥视孔注入，为了减少油的杂质，可在窥视孔装一过滤。窥视孔要有盖板，机体上开窥视孔处应凸起一块，以便机械加工出支撑工盖板的表面并用垫片加强密封。2、放油螺塞 放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封。因此油孔处的机体外壁应凸起一块，经机械加工成为螺塞头部的支撑面。3、油标 油标用来检查油面高度，因此要安装于便于观察油面及油面稳定之处；用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。油尺的安装位置不宜太低，以防又进入油尺座孔而溢出。为了避免因油搅动而影响检查效果，可在油尺外装隔离套。4、通气器 减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，对减速器密封性不利所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由逸处，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带空螺钉制成。但通气孔不要直通顶端，以免灰尘进入。5、启盖螺钉 为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖 。6、定位销 为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定位精度。定位销直径一般取，为机体连接螺栓直径。其长度应大于机盖和及座连接凸缘的总厚度，以利于装拆。7、吊环和吊钩 为了拆卸及搬运，应在机盖上铸出吊钩、吊环，并在机座上铸出吊钩，用以起吊或搬运较重的减速器。减速器附件说明部分参考机械设计课程设计指导书。设计参数见机械零件设计手册。12.润滑与密封说明备注1、润滑(1)、传动装置的润滑 因为传动装置属于轻型的，其传动件的圆周速度v12m/ s ，故采用浸油润滑。选用40 号机械油润滑，换油时间为半年左右。(2)、轴承的润滑由于浸油齿轮圆周速度大于2m/ s ，故轴承采用润滑油润滑。润滑油为40 号机械油润滑。2、密封 机盖与机座之间可以使用玻璃胶或水玻璃密封，放油螺塞加封油圈加强密封，轴与机盖交接处用毡圈密封。I轴，II轴，III轴：由于轴承采用脂润滑，要有两个挡油盘密封。润滑与密封说明部分参考机械设计课程设计指导书。 三设计小结这三个星期以来，天天做机械课程设计，很是辛苦。做完感觉收获不少，这点辛苦还是值得的。做机械设计的意义，我觉得就在于学会把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去。在已度过的大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论。而实际中的各种机械设计，面对的是实际的加工过程，产品的经济性、寿命和可靠性等等实际问题。在设计过程中，还要充分利用前人经验和各种标准。这就要求我们必须学会查找各种设计资料、手册和标准。在设计时，和同学多探讨遇到的问题，对提高效率、增进对问题的理解有很大的帮助。闭门造车是很不可取的。我觉得我的很大一部分设计知识就是通过和同学交流得到的。还有，细节问题也是应该注意的。在设计的大部分时间里，我都是在做些细节设计。细节也确实是机械设计中容易被忽视的。即便画完设计图，我也仍然发现有些细节没做好。零件图我是用solidworks画的。以后工作中，如果要画图必然是用软件了。因此，有必要学一个或几个软件。用软件画图，方便，简单。只是需要一定的时间学习，才能熟练使用软件。四参考资料1杨可桢、程光蕴主编，机械设计基础（教材），高等教育出版社，1999年6月第4版。2龚桂义、罗圣国、李平林等编写，机械设计课程设计指导书，高等教育出版社，1990年4月第2版。3徐锦康主编，机械设计，机械工业出版社，1992年7月第3版。4陈心爽、袁耀良编著，材料力学.，同济大学出版社，2006年11月第一版。5吴宗泽、罗胜国编著，机械设计课程设计手册，高等教育出版社，1992年5月第1版。 33