減速器課程設計(中南大學)解讀

1、機械設計課程設計計算說明書題目設計運輸機傳動裝置（輪式二級圓柱齒輪減速器）指導教師鄭院系機電工程學院班級機械 1103學號08060111021姓名陳雪峰完成時間2014.3.14計算及說明結果一課程設計任務書1.1 設計題目設計一帶式運輸機的傳動裝置（兩級展開式圓柱齒輪減速器） ，傳動示意圖如下：1 電 動 機2 聯(lián) 軸 器3 兩 級 圓 柱齒 輪 減 速 器4聯(lián)軸器5滾筒6輸送帶7 開式齒輪已知條件：運輸帶拽引力 F（N）9000運輸帶速度 v（ m/s)0.85滾筒直徑 D（mm)350技術條件與說明：1）傳動裝置的使用壽命預定為 15 年，每年按 300 天計算， 3 班制工作每班按

2、8 小時：2）工作機的載荷性質是平穩(wěn)、輕微沖擊、單向回轉：3）電動機的電源為三相交流電，電壓為380/220 伏 ;4) 傳動布置簡圖是由于受車間地位的限制而擬訂出來的， 不應隨意修改，但對于傳動件的型式，則允許做適宜的選擇 ;5) 輸送帶允許的相對速度誤差 3-5%。 1.2 設計要求1 ）減速器 A1裝配圖 1 張;2) A2 零件圖 2 張（手工繪圖，高速軸和大齒輪） ；3）設計計算說明書一份（標準格式） 。目錄 程 （ 文）任 1、系 體方案 11.1、 機 11.2、 裝置運 及 力參數(shù) 算12、開式 算 33、 零件的 算 43.1、高速 的 43.2、低速 的 84、 的 124

3、.1、高速 的 124.2、中 的 134.3、低速 的 145、 的 與校核 166 、 承的 與校核 187、箱體及各部位附屬零件的 197.1、 造減速箱體主要 構尺寸表197.2 、各部位附屬零件的 20 與參考文獻 22計算與說明主要結果1 、系統(tǒng)總體方案設計1.1 電動機選擇（ 1） 選擇電動機的類型和結構可選用 Y 系列三相異步電動機，它具有互換性。而且結構簡單、價格低廉。（ 2）確定電動機功率和型號運輸帶機構輸出的功率：PoutFv90000.857.65kw傳動系得總的效率：24234Pout 7.65kw12351230.9920.9940.9720.95 0.98 0.9

4、70.800.80彈性聯(lián)軸器取 0.99滾動軸承（三對角接觸球軸承、一對深溝球軸 承）取 0.99齒輪傳動（ 8級精度，兩隊斜齒圓柱齒輪、一對直齒圓柱齒 輪）閉式取 0.97345開式取 0.95卷筒傳動效率（平帶無張緊輪傳動）取 0.98滑動軸承（潤滑良好）取0.97電機所電動機所需的功率為：PdPout7.65 kw9.56kw0.80Pd 9.56kw由題意知，選擇Y160M4電動機比較合理，額定功率Pd =11kw,滿載轉速 1460r/min.。1.2 傳動裝置運動及動力參數(shù)計算（ 1）各傳動比的計算卷筒的轉速nw46.4r / min總傳動比 :inm / nw 1460 / 46

5、.4 31.33i1一級減速傳動比i2二級減速傳動比i3開式齒輪傳動比考慮潤滑條件，為使兩級大齒輪直徑相近取i11.2i2i 21.5i3則i14.09i23.39i32.26（2）各軸的轉速（ r/min ）。I 電動機軸II 高速級軸III 中間軸 IV 低速級軸 V 連接軸 VI 卷筒軸n1n21460r / minn3358.72r / minn5n4105.81r / minn646.82 r / min（ 3）各軸的輸入功率（ kw）P1 9.56kwP2P119.56 0.99 9.46 kwP3P2239.460.990.979.09kwP4P3239.090.990.978.

6、72kwP5P4128.730.990.998.56kwP6P5238.560.990.958.05kw（ 4）各軸輸入扭矩的計算（Nm ）nw46.4r / mini31.33i 14.09i 23.39i 32.26n1n21460r / minn3358.72r / minn5n4105.81r / minn646.82r / minP19.56kwP29.46kwP39.09kwP48.72kwP58.56kwP68.05kw195501n1 95509.561460 62.53N / m295502n295509.46146061.88 N / m395503n395509.0935

7、8.72242.00N / m495504n495508.72105.81787.94N / m595505n595508.56105.81772.60 N / m695506n695508.0546.821641.98N / m將以上算得的運動和動力參數(shù)列表如下：項 目電動高速軸中間軸低速軸連接軸滾筒軸機軸 IIIIIIIVVVI轉72105.81105.8146.82（r/min）功率9.569.469.098.738.658.05（kW）轉矩62.5361.88242.00787.94772.601641.9（Nm）8傳動比14.073.3912.262、開式齒

8、輪設計計算（1）選定齒輪類型、精度等級材料及齒數(shù) 選用直齒圓柱齒輪 運輸機為一般工作機器，速度不高選用8 級精度 小齒輪材料為 40Cr（調質），硬度為 280HBS，大齒輪材料為45 鋼（調質）硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 小齒輪齒數(shù) Z1 32大齒輪齒數(shù) Z22.263272.23取 73（2）按齒根彎曲強度設計設計公式為 m2kT YFYS32d zF 確定公式內的各計算數(shù)值查的小齒輪的彎曲疲勞強度極限FE 1500MPa大齒輪彎曲強度極限FE 2380MPa取彎曲疲勞壽命系數(shù)FN 10.85FN 20.88123456Z1Z262.53N / m61.88 N

9、/ m242.00N / m787.94 N / m772.60N / m1641.98N / m3273計算彎曲疲勞許用應力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4FN 1FE 10.85 500F 1S303.57MPa1.4FN 2FE 20.88 380F 2S238.86MPa1.4計算載荷系數(shù) KK K A KV K FK F1 1.03 1 1.25 1.2875查取齒形系數(shù)、應力校正系數(shù)YF 12.50YF 22.23YS 11.63YS 21.76YF1YS 12.51.630.01342303.57計算F 1YS 22.23 1.76YF20.01643238.86F 2大齒輪的數(shù)值

10、大 設計計算 m32 1.28757.726 1050.01643 3.76mm0.6322由于開式齒輪主要考慮彎曲疲勞強度， 所以只需要設計模數(shù)， 就近圓整為標準值 m4（3）幾何尺寸計算d1z1m324128m md2z2m734292mmad1d212829222210mmbdd10.612876.8mmB177B2823、傳動零件的設計計算因減速器中的齒輪傳動均為閉式傳動， 且所受的負載且小， 其失效形式主要是點蝕，故先按齒面接觸疲勞強度的要求設計。對于兩級傳動的齒輪可設計為：運輸機要求的速度為0.85m/s ，速度不高，故選用8 級精度的斜齒輪。材料的選擇：選擇兩個小齒輪材料為 40

11、Cr（調質），硬度為 280HBS，兩個大齒輪材料為 45 鋼（調質），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。d1128mmd2292mma 210mm b 76.8mmB177B2823.1 高速級齒輪的設計3.1.1試選小齒輪齒數(shù)z1 22 ，大齒輪齒數(shù)為 z2 4.09 22 89.98 ，取z290 , 精度選為 8 級，初選螺旋角14 度。3.1.2 按齒面接觸強度設計由設計公式：23 2kt T u1 Z H Z EdtudH（ 1）確定公式內的各計算數(shù)值試選 Kt 1.6選取區(qū)域系數(shù)ZH2.433查的1 0.7652 0.87120.7650.871.6351查得材

12、料的彈性影響系數(shù)ZE189.8MPa 2 許用接觸應力H 1H 2540 522.5H2531.25 MPa2 齒寬系數(shù)d1（ 2）計算 試算小齒輪分度圓直徑21.66.1881045.072.4332189.82d1t48.49mm311.6354.07531.25 計算圓周速度d1t n148.49 1460601000603.7m / s1000 計算齒寬 b 及模數(shù) mntbd d1t148.4948.49mmmntd1t cos48.49 cos14z12.14mm22h2.25mnt2.252.14 4.81mmb 48.49 10.08 h 4.81 計算縱向重合度Kt 1.6V

13、=3.7m/sb=48.49mmmt =2.14mmh=4.81mmb/h=10.080.318 d z1 tan0.318 1 22 tan14 1.903 計算載荷系數(shù) kka13.7m / s8級精度查得動載荷系數(shù)k1.16查得 kH1.463kF1.38kHkF1.4故載荷系數(shù) kk AkvkHkH 1 1.16 1.4 1.463 2.38 按實際的載荷系數(shù)矯正所得的分度圓直徑d1d1tk48.4932.38mm3kt1.6 計算模數(shù)mnd1cos55.35cos142.44z1223.1.3 按齒根彎曲強度設計2k 1Y cos2YF YSmn3d z12F（1）確定計算參數(shù) 計算

14、載荷系數(shù)kkA kvkF kF1 1.16 1.4 1.4632.376 根據(jù)縱向重合度1.903查得螺旋角影響系數(shù)Y0.88 計算當量齒數(shù)z 1z12224.08cos3cos314zv2z29098.02cos3cos314 查取齒形系數(shù)、應力校正系數(shù)YF 12.65YF 22.19YS 11.58YS 21.79K=2.38d1 =55.35mmK=2.376 計算大小齒輪 YF YS并加以比較FYF 1YS 12.65 1.580.01379F 1303.53YF 2YS 22.19 1.790.01641F 2238.86大齒輪數(shù)值大（2）設計計算322.376618800.88mn

15、12221.6350.01642 1.75mm對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取mn2.0mm 已可滿足彎曲強度，但為了同mn2mm時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d155.35mm來計算應有的齒數(shù)。d1 cos55.35 cos14z126.8mn2取 z1 27則 z2 4.07 27 109.29取 z2 109（4）幾何尺寸計算 計算中心距az1 z2mn27 109 2140.16mm2 cos22 cos14將中心距圓整為 140mm 按圓整后的中心距修正螺旋角arccos z1z2mnarccos27109

16、213 7 32a2140因 值改變不多，故參數(shù)、 k 、zH 等不必修正 計算大小齒輪的分度圓直徑d1z1mn27255.59mmcoscos13 7 3d2z2mn1092224.41mmcoscos13 7 3Z1 =27Z 2 =109a=140mmd1 =55.59mmd 2 =224.41mm 計算齒輪寬度bd d1 155.59 55.59mm圓整后取B1 =60mmB160mmB2 =55mmB255mm3.1.5 小結實際傳動比為： i11094.03727誤差為：4.094.0375%4.091.296%由此設計有模數(shù)分度圓直徑齒寬齒數(shù)小齒輪255.596027大齒輪222

17、4.41551093.1.6 結構設計以大齒輪為例。 因齒輪齒頂圓直徑大于 160mm，而又小于 500mm，故以選用腹板式為宜。D450mmD31.6D4 鋼材1.65080mmD0da10 14 mn224.41 12 2200mmD1D0D3 2200 802140m mD20.25 0.35 D0D30.320080 36mmn10.5mn0.52 1mmr5mmC0.2 0.3 B0.255514mm3.2低速級齒輪的設計3.2.1選精度等級、材料及齒數(shù) 材料及熱處理與高速級齒輪相同 精度仍選 8 級精度 試選小齒輪齒數(shù) z136，大齒輪齒數(shù)z23.39 32 122.04 ，取。1

18、22 初選螺旋角143.2.2按齒面接觸強度設計3 2kt T u2dt1Z H Z EudH（ 1）確定公式內的各計算數(shù)值 試選 kt1.6 選取區(qū)域系數(shù) zH2.433 查得1 0.82420.890121.714其余參數(shù)均與高速級齒輪相同。（2）計算試算小齒輪分度圓直徑d1t21.6242000 4.392.43323189.8d1t11.7143.3976.18mm531.25 計算圓周速度d1t n2 76.18 358.72=1.43m/sv=601000601000 計算齒寬 bb dd1t176.1876.18mm計算齒高與齒高之比mntd1t cos76.18 cos14z1

19、2.05mm36h 2.25mnt4.62mmb 76.18 16.49 h 4.62計算載荷系數(shù)已知使用系數(shù) kA10.664m / s8級精度查得動載荷系數(shù)k1.03kH1.45根據(jù)kF1.46kHkF1.4故動載荷系數(shù)kk A k kH K H1 1.031.4 1.452.091按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直V=1.43m/sb=76.18mmm=2.05mmh=4.62mmb/h=16.49KA=1K F=1.46K=2.091k2.091mm33d1d1t76.18kt83.291.6計算模數(shù)mnd1 cos83.29 cos14mmz1362.243.2.3 按齒根彎曲強度設

20、計2k 1Y cos2YFYSmn3d z12F（1）確定計算參數(shù)計算載荷系數(shù)k kA kvkF kF 11.031.4 1.46 2.11根據(jù)縱向重合度2.85查得螺旋角影響系數(shù) Y0.88計算當量齒數(shù)z 1z136cos3cos339.4114zv2z2122cos3cos3133.5614查取齒形系數(shù)YF 12.45YF 22.16查取應力校正系數(shù)YS 11.65YS 21.81其余參數(shù)均與高速級齒輪相同 計算大、小齒輪的并YFaYSa 加以比較FYFa 1YSa22.451.650.01332303.57F 1YFa 2YSa22.161.810.01637238.86F 2d183.

21、29mmmn2.24mm大齒輪的數(shù)值大。（2）設計計算mn3 2 2.11 242 1050.88 cos2 1413620.01637 1.76mm1.714取 mn 2.0mmd138.66mm來計算齒數(shù)z1d1 cos83.29 cos14mn40.42取 z1 40, 則z23.3940135.6取z2 1363.2.4幾何尺寸計算(1) 計算中心距az1z2 mn40 136 22 cos181.39mm2 cos14將中心距圓整為 182mm（2）按圓整后的中心距修正螺旋角arccos z1z2mnarccos40136 214 452a2182因 值改變不多，故參數(shù)、k 、 zH

22、 等不必修正（3）計算大、小齒輪的分度圓直徑d1z1mn40282.73mmcoscos14 45d2z1mn1362281.23mmcoscos14 45（4）計算齒輪寬度bd d11 82.7382.73mm圓整后取B185mmB280mm3.2.5小結實際傳動比為： i11093.205934m=2.0mmz140z2136a=182mmd1 =82.73mmd 2 =281.23mmB185mmB280mm誤差為：3.20593.20.18% 5%3.2由此設計有模數(shù)分度圓直徑齒寬齒數(shù)小齒輪282.738540大齒輪2281.23801363.2.6 結構設計以大齒輪為例。 因齒輪齒頂

23、圓直徑大于 160mm，而又小于 500mm，故以選用腹板式為宜。D480mmD31.6D4 鋼材1.680128mmD0da10 14 mn281.23122258mmD1D0D3 22581282193mmD20.25 0.35 D0D30.3258128 39mmn10.5mn0.52 1mmr5mmC0.2 0.3 B0.258020mm4、軸的設計4.1 高速軸設計：P9.46kw(1)2 61.88 N m圓周力 Ft2T22618802226.3Nd255.59(2) 徑向力 FrFttan an2226.3tan 20834.1Ncoscos13 7 3橫向力 FaFrtan2

24、226 .3tan13 7 3543.9N(3) 初步確定軸的最小直徑根據(jù)小齒輪的材料為 40Cr，調質處理A0 100mmdmin A0 32100 3946n218.64mm1460考慮軸與聯(lián)軸器連接有鍵槽，軸徑增加5%d 1.05dmin 19.58mm 查表的 kA 1.5cakA1.56188092820N mm（4）軸的結構設計 考慮與聯(lián)軸器的連接，并且受制于電動機軸（d=42mm)只能選擇 ML4型聯(lián)軸器，且從動端選擇J 型軸孔 d125mmLM 5聯(lián)軸器 YA4262 GB / 5272 2002JA2544考 慮 選 用 的 是 斜 齒 輪 ， 軸 承 選 擇 7207C型d

25、 DB 35mm 72mm 17mm, 定位軸肩 dmin42mm，取 42mm 兩軸承之間的長度與中間軸長度保持一致L=240mm（5）軸的校核FNHA1603.64NFNHB622.66NFNHA215.6Ft155.3FNHA1603.64N水平支反力215.6Ft60.3FNHB622.66NFNHB垂直支反力FNVAFr 155.3 Fa28 834 155.3 544 28671.39 NFNVA671.39N215.6215.6FNVB530.09NFNVBFr60.3Fa28834155.3 54428215.6215.6530.09 N作彎矩圖水平彎矩圖 M HM HCM H

26、CFNHA90.31603.6490.3144808.69Nmm144808.69 N m mM HCM HCFNHB125.3622.66125.378019.30Nmm78019 .30N mm作彎矩圖垂直彎矩圖M vM VCFNVA90.3FadFr302671.3990.3544288343020374.52NmmM VCFNVB125.3530.09125.366420.28N mm作合成彎矩圖合成彎矩MM CM HC22220374.522146234.25N m mM VC144808.69M CM HC222( 66420 .28) 2102462.58N mmM VC7801

27、9.30作扭矩圖扭矩2 61880 N mm作合成彎矩圖 M ca ，該軸單項工作，轉矩產(chǎn)生的彎曲應力按脈動循環(huán)應力考慮，取0.59M caCM C2()2146234.252(0.5961880) 2150722.61N mmM caCM C2102462.5820.5961880 2108772.16N mmM VC20374 .52N mmM VC66420.28N mmM caC150722.61N mmM caC108772.16 N m m按彎扭合成應力校核軸的強度校核 C剖面caCM caC150722.6120.35 MPa30.14230.1 d校核 D 剖面M caD0.5

28、96188023.37MPacaD30.12530.1dB735MPa40Cr 質處理時查得1355MPa200MPa1170MPacaDcaC1故該軸安全（6）精確校核軸的疲勞強度 校核 C 截面bCM C102462.5813.83MPaW0.1423T61880CWT0.24234.18MPacaCcaDbCC20.35MPa23.37MPa13.83MPa4.18MPaD56d1.3342r30.07d 42查得尺寸影響系數(shù)2.117；1.490.76；0.87q0.82k10.822.117 -11.92k10.821.4911.40精車表面質量系數(shù)0.86軸的綜合影響系數(shù)k11.9

29、2112.69K10.760.86k11.4111.77K10.870.86材料特性系數(shù)0.1 0.2,取0.150.01 0.1, 取0.05安全系數(shù)S13559.542.69 13.83Km0.15 0S120052.584.18Km1.770.054.1822S S9.5452.589.39Sca2 S 29.54252.582SSca S1.5 1.8故可知安全 校核 D 截面此剖面無彎矩作用，故只按扭矩進行T61880TDWT0.2253 19.80MPaSca9.39TD19.80MPaD截面因軸肩引起的理論應力集中系數(shù)r30.12, D321.28,時d25d251.34敏感系數(shù) q 0.73有效應力集中系數(shù)k1 q11 0.73 1.34 11.248尺寸系數(shù)0.93精車加工0.86Kk1