機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)二級齒輪減速器設(shè)計(jì)說明

1、. . . . 中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：二級齒輪減速器設(shè)計(jì)學(xué) 院：xxxx 班 級：設(shè) 計(jì) 者：xxx學(xué) 號：xxxxxxxx指導(dǎo)老師：xxx完成日期：2011年7月6日目 錄第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書21.1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)目的1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)容1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的步驟第二部分 設(shè)計(jì)題目5第三部分 電動機(jī)的選擇63.1 電動方案的分析與擬定3.2 電動相關(guān)參數(shù)選擇與計(jì)算第四部分 齒輪參數(shù)計(jì)算94.1 齒輪設(shè)計(jì)方案的分析與擬定4.2高速級齒輪的選擇與校核4.3低速級齒輪的選擇與校核第五部分 各軸參數(shù)核算154.1 參數(shù)核算原因4.2軸參數(shù)核算第六部分

2、 聯(lián)軸器的選擇176.1高速軸連軸器 6.2低速軸聯(lián)軸器第七部分 減速器軸的設(shè)計(jì)187.1高速軸的設(shè)計(jì)7.2中間軸的設(shè)計(jì)7.3低速軸的設(shè)計(jì)第八部分 電動機(jī)箱體設(shè)計(jì)19第九部分 設(shè)計(jì)感想20第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)目的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)和部分非機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練，是機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程重要的綜合性與實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其基本目的是：1、通過機(jī)械設(shè)計(jì)課程的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問題的能力，并使所學(xué)知識得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。2 、學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，掌握通用機(jī)械零

3、件、機(jī)械傳動裝置或簡單機(jī)械的設(shè)計(jì)原理和過程。 3、進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，如計(jì)算、繪圖、熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊、圖冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)等）以與使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和數(shù)據(jù)處理等。1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)容選擇作為機(jī)械設(shè)計(jì)課程的題目，通常是一般機(jī)械的傳動裝置或簡單機(jī)械。課程設(shè)計(jì)的容通常包括：確定傳動裝置的總體設(shè)計(jì)方案；選擇電動機(jī)；計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)；傳動零件、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算；軸承、聯(lián)軸器、潤滑、密封和聯(lián)接件的選擇與校核計(jì)算；箱體結(jié)構(gòu)與其附件的設(shè)計(jì)；繪制裝配工作圖與零件工作圖；編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，我在在設(shè)計(jì)中完成了以下工作：減速器裝配圖1（A1圖紙）；零件工作圖2(低速級齒輪軸、高速級軸

4、，A3圖紙）；減速器設(shè)計(jì)說明書1份。1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的步驟機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的步驟通常是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，擬定若干方案并進(jìn)行分析比較，然后確定一個正確、合理的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行必要的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后用圖紙表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果，用設(shè)計(jì)計(jì)算說明書表示設(shè)計(jì)依據(jù)，我按照機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一般步驟進(jìn)行了如下所述的幾個階段：1.3.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備分析設(shè)計(jì)計(jì)劃任務(wù)書，明確工作條件、設(shè)計(jì)要求、容和步驟；了解設(shè)計(jì)對象，閱讀有關(guān)資料、圖紙、觀察事物或模型以進(jìn)行減速器裝拆試驗(yàn)等；熟悉課程有關(guān)容，熟悉機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法和步驟。準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)需要的圖書、資料和用具，并擬定設(shè)計(jì)計(jì)劃等。1.3.2 傳動裝置總體設(shè)計(jì)確定傳動方案圓柱斜齒

5、齒輪傳動，畫出傳動裝置簡圖；計(jì)算電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速、選擇電動機(jī)的型號；確定總傳動比和分配各級傳動比；計(jì)算各軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。1.3.3 各級傳動零件設(shè)計(jì) 減速器的傳動零件設(shè)計(jì)，其中主要是齒輪傳動。1.3.4 減速器裝配草圖設(shè)計(jì)選擇比例尺，合理布置試圖，確定減速器各零件的相對位置；選擇聯(lián)軸器，初步計(jì)算軸徑，初選軸承型號，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；確定軸上力作用點(diǎn)與支點(diǎn)距離，進(jìn)行軸、軸承與鍵的校核計(jì)算；分別進(jìn)行軸系部件、傳動零件、減速器箱體與其附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1.3.5 減速器裝配圖設(shè)計(jì)標(biāo)注尺寸、配合與零件序號；編寫明細(xì)表、標(biāo)題欄、減速器技術(shù)特性與技術(shù)要求；完成裝配圖。1.3.6 零件工作圖設(shè)計(jì)齒輪類

6、零件工作圖；軸類零件工作圖。第二部分設(shè)計(jì)題目第三部分 電動機(jī)的選擇3.1 電動方案的分析與擬定由于該減速器的工作環(huán)境為井下，工作環(huán)境較為惡劣，并伴有中等的載荷沖擊，應(yīng)選用較為耐用，可靠性佳的方案，綜上采用三相鼠龍式異步電動機(jī)和圓柱齒輪傳動。3.2 電動相關(guān)參數(shù)選擇與計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算與說明結(jié)果A因已知數(shù)據(jù)F( kN)=15，v(m/min)=40，D(mm)=600故可計(jì)算得工作機(jī)所需功率 考慮到傳動過程中存在傳動效率問題，涉與到傳動效率如下：名稱效率彈性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器 圓柱齒輪傳動滾筒軸傳動由此可計(jì)算得傳動裝置的總效率 電動機(jī)所需功率 B.滾筒的工作轉(zhuǎn)速 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 C.由此可以選擇電動機(jī)，具體

7、參數(shù)如下表：同步轉(zhuǎn)速1500r/min4級電動機(jī)型號Y160M-4額定功率11kw滿載轉(zhuǎn)速1460r/min堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩2.2最大轉(zhuǎn)矩2.2工作轉(zhuǎn)速52.11r/minD.計(jì)算相關(guān)參數(shù)a. 傳動比總傳動比 又因?yàn)榇嬖诮?jīng)驗(yàn)公式 所以可以計(jì)算得到高速傳動比i12=5.86，低速傳動比i34=4.51b.各軸功率高速軸 中速軸 低速軸 c.轉(zhuǎn)速高速軸 中速軸 低速軸 d.扭矩高速軸 中速軸 低速軸 綜上所述，可總結(jié)相關(guān)參數(shù)如下表：軸 號功率P（KW）轉(zhuǎn)矩T/(Nm)轉(zhuǎn)速n/(r.min-1)高速軸9.12659.6941460中速軸8.809337.656249.147低速軸8.5031360.3325

8、5.243第四部分齒輪參數(shù)計(jì)算4.1 齒輪設(shè)計(jì)方案的分析與擬定因本設(shè)計(jì)題目工作環(huán)境為井下，工作環(huán)境較為惡劣，并伴有中等的載荷沖擊，應(yīng)選用較為耐用，可靠性佳的方案，綜上應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)式圓柱斜齒齒輪，根據(jù)硬齒面閉式齒輪傳動設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，應(yīng)先按齒面齒面彎曲強(qiáng)度公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后再按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)驗(yàn)算公式進(jìn)行驗(yàn)算校核。4.2高速級齒輪的選擇與校核（斜齒輪）設(shè)計(jì)計(jì)算與說明結(jié)果A.計(jì)算齒數(shù)取小齒輪齒數(shù)Z1=21，則大齒輪Z2=Z1* i12=21*5.86=123.06故取大齒輪齒數(shù)Z2=124，則i12真= Z2/Z1=5.905由此可計(jì)算得i34= i總/i12真=26.41/5.905=4.472B.選取

9、材料小齒輪材料用40Cr鋼，表面淬火，齒面硬度4855HRC大齒輪材料用40MnB鋼，表面淬火，齒面硬度4555HRCC.相關(guān)參數(shù)查表可得如下數(shù)據(jù)：最小安全系數(shù) SH = 1.25, SF=1.6彈性系數(shù) ZE=189.8，ZH=2.5，Z=（cos）1/2齒輪寬度系數(shù) d=0.8載荷系數(shù) K=1.6初選螺旋角 =15oD.壽命系數(shù)由題，使用壽命為5年(以350天計(jì))，每天工作10小時(shí),故小齒輪工作時(shí)間 t1=5*350*10*60*1460=1.533*109min大齒輪工作時(shí)間 t2=5*350*10*60*259.325=2.402*108min查表可得壽命系數(shù) 1 = 0.93 2=

10、1.06E.許用接觸應(yīng)力小齒輪接觸疲勞極限Hlim1=1200 Mpa彎曲疲勞極限F1=720 Mpa大齒輪接觸疲勞極限Hlim2=1180 Mpa彎曲疲勞極限F2=700 Mpa計(jì)算許用接觸應(yīng)力:H1=1H1/ SH = 892.8 Mpa H2= 2H2/ SH=1000.64 Mpa F1=1F1/ SF = 418.5 MpaF1=2F2/ SF = 463.75 Mpa齒形系數(shù) ZV1=Z1/ cos3=21/ cos315o= 23.302 ZV2=Z2/ cos3=124/ cos315o= 137.591查表可得外齒輪的齒形系數(shù)YFa1=2.78, YFa2=2.19 外齒輪的

11、齒根修正系數(shù)YSa1=1.58, YFa2=1.83 因?yàn)閅Fa1*YSa1/F1=1.050*10-2> YFa2*YSa2/F2=8.442*10-3 所以應(yīng)對小齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算F.小齒輪計(jì)算法向模數(shù)mn2*K*T1*YFa1*YSa1* cos2/(d*F1* Z12)1/3=1.685取法向模數(shù)mn=2.5，則有中心距a=mn *(Z1 +Z2)/(2* cos)=187.644mm取中心距為整，故a=188mm校核螺旋角 =arcosmn *(Z1 +Z2)/(2* a)=15.40o分度圓直徑 d1= mn *Z1/cos=54.455mm齒輪寬度 b1=d* d1=43

12、.564mm取小齒輪齒寬b1=b+510mm,取 b1=45mm,大齒輪齒寬b2=40mmG.驗(yàn)算齒根應(yīng)力H1 =ZE*ZH*Z*2*K*T1 *(1+i總)/(b* i總* d12)1/2 =605.864 Mpa <H1 符合強(qiáng)度要求，所以齒數(shù)選擇正確，為安全狀態(tài)。綜上所述，可得高速端齒輪相關(guān)參數(shù)如下如下Z1Z2模數(shù)m2.52.5齒數(shù)21124分度圓直徑d(mm)54.455321.545齒頂圓直徑da(mm)59.455326.545齒根圓直徑df(mm)48.205315.625齒寬(mm)4540齒全高(mm)5.6255.625螺旋角15.415.4中心距(mm)1884.3

13、低速級齒輪的選擇與校核(直齒輪)設(shè)計(jì)計(jì)算與說明結(jié)果A.選取材料小齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為250HBS；大齒輪選用鋼正火，齒面硬度為220HBS。B.相關(guān)參數(shù)查表可得如下數(shù)據(jù)：最小安全系數(shù) SH = 1.1, SF=1.3接觸疲勞極限Hlim1/MPa。彎曲疲勞極限Flim/Mpa 。故： 。C.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：9級精度制造，查表得：載荷系數(shù)，取齒寬系數(shù)計(jì)算中心距：取 則取,計(jì)算傳動比誤差： 合適齒寬: 則取 ，低速級小齒輪：；低速級大齒輪：；D.驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度：查表得 按最小齒寬計(jì)算： 安全符合強(qiáng)度要求，所以齒數(shù)選擇正確，為安全狀態(tài)。綜上所述，可得低速端齒輪相關(guān)參數(shù)如下如下Z3Z4模數(shù)

14、m44齒數(shù)24101分度圓直徑d(mm)96404齒頂圓直徑da(mm)104412齒根圓直徑df(mm)86394齒寬(mm)125130齒全高(mm)6.756.75中心距(mm)250第五部分各軸參數(shù)核算5.1 參數(shù)核算原因在計(jì)算齒輪時(shí)，因選擇齒輪齒數(shù)必須為整數(shù)造成了傳動比等傳動參數(shù)的改變，在此必須進(jìn)行修正。5.2軸參數(shù)核算設(shè)計(jì)計(jì)算與說明結(jié)果計(jì)算相關(guān)參數(shù)a. 傳動比 i總真=24.85 i12真=5.905 i34真=4.208b. 各軸功率高速軸 中速軸 低速軸 c.轉(zhuǎn)速高速軸 中速軸 低速軸 d.扭矩高速軸 中速軸 低速軸 綜上所述可得如下參數(shù)：軸 號功率P（KW）轉(zhuǎn)矩T/(Nm)轉(zhuǎn)

15、速n/(r.min-1)高速軸9.12659.6941460中速軸8.809337.656249.147低速軸8.5031360.33255.243第六部分聯(lián)軸器的選擇6.1高速軸連軸器：T = T0 = 59.694N·m取KA = 1.5 則TCA = KA·T = 1.5×59.694 N·m = 89.541N·m又由電動機(jī)輸出軸直徑42mm查GB/T4323-1984，選用TL7型彈性套柱銷軸聯(lián)軸器。公稱轉(zhuǎn)矩：500N·m許用最大轉(zhuǎn)速：3600r/min主動端：Y型軸孔，A型鍵槽，d=42mm,L=112mm從動端：Y型軸孔

16、，A型鍵槽，d40mm,L=112mm6.2低速軸聯(lián)軸器：T=1360.332N·m取KA = 1.5 則TCA = KA·T = 1.5×1360.332=2040.498N·m查GB/T4323-1984，選用TL6型彈性套柱銷軸聯(lián)軸器。許用轉(zhuǎn)矩：2000 N·m轉(zhuǎn)速：1900r/min主動端：J軸孔，A型鍵槽，d=65mm,L=100mm從動端：J軸孔，A型鍵槽，d70mm,L=107mm第七部分 軸的設(shè)計(jì)1、高速軸設(shè)計(jì)：材料：選用45號鋼調(diào)質(zhì)處理。查課本第230頁表14-2取 A=100。各軸段直徑的確定：根據(jù)課本第230頁式14-2得

17、：d=A=18.402mm 又因?yàn)檠b小帶輪的電動機(jī)軸徑，又因?yàn)楦咚佥S第一段軸徑裝配大帶輪，且所以查手冊第9頁表1-16取。L1=1.75d1-3=60。因?yàn)榇髱л喴枯S肩定位，且還要配合密封圈，所以查手冊85頁表7-12取，L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。段裝配軸承且，所以查手冊62頁表6-1取。選用6009軸承。L3=B+2=16+10+2=28。段主要是定位軸承，取。L4根據(jù)箱體壁線確定后在確定。裝配齒輪段直徑：判斷是不是作成齒輪軸： 查手冊51頁表4-1得：得：e=5.96.25。段裝配軸承所以 L6= L3=28。鍵的設(shè)計(jì)與校核: 根據(jù)，確定V帶輪選鑄鐵HT200，參考

18、教材表10-9,由于在圍，故軸段上采用鍵：, 采用A型普通鍵:鍵校核.為L1=1.75d1-3=60綜合考慮取=50得查課本155頁表10-10所選鍵為：2、中間軸的設(shè)計(jì)：材料：選用45號鋼調(diào)質(zhì)處理。查課本第230頁表14-2取A=100。根據(jù)課本第230頁式14-2得：d=A=32.821mm段要裝配軸承，所以查手冊第9頁表1-16取，查手冊62頁表6-1選用6208軸承： L1=B+=18+10+10+2=40。裝配低速級小齒輪，且取，L2=128，因?yàn)橐三X輪孔長度少。段主要是定位高速級大齒輪，所以取，L3=10。裝配高速級大齒輪，取 L4=84-2=82。段要裝配軸承，所以查手冊第9頁

19、表1-16取，查手冊62頁表6-1選用6208軸承，L1=B+3+=18+10+10+2=43。鍵的設(shè)計(jì)與校核：已知參考教材表10-11，由于所以取因?yàn)辇X輪材料為45鋼。查課本155頁表10-10得L=128-18=110取鍵長為110. L=82-12=70取鍵長為70根據(jù)擠壓強(qiáng)度條件，鍵的校核為：所以所選鍵為:3、從動軸的設(shè)計(jì)：確定各軸段直徑計(jì)算最小軸段直徑。因?yàn)檩S主要承受轉(zhuǎn)矩作用，所以按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，由式14-2得：d=A=53.592mm考慮到該軸段上開有鍵槽，因此取查手冊9頁表1-16圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，取為使聯(lián)軸器軸向定位，在外伸端設(shè)置軸肩，則第二段軸徑。查手冊85頁表7-2，此尺寸符合

20、軸承蓋和密封圈標(biāo)準(zhǔn)值，因此取。設(shè)計(jì)軸段，為使軸承裝拆方便，查手冊62頁，表6-1，取，采用擋油環(huán)給軸承定位。選軸6215:。設(shè)計(jì)軸段，考慮到擋油環(huán)軸向定位，故取設(shè)計(jì)另一端軸頸，取，軸承由擋油環(huán)定位，擋油環(huán)另一端靠齒輪齒根處定位。 輪裝拆方便，設(shè)計(jì)軸頭，取，查手冊9頁表1-16取。設(shè)計(jì)軸環(huán)與寬度b使齒輪軸向定位，故取取,確定各軸段長度。有聯(lián)軸器的尺寸決定因?yàn)?所以軸頭長度因?yàn)榇硕我却溯喛椎拈L度短其它各軸段長度由結(jié)構(gòu)決定。（3）鍵的設(shè)計(jì)與校核：因?yàn)閐1=63裝聯(lián)軸器查課本153頁表10-9選鍵為查課本155頁表10-10得因?yàn)長1=107初選鍵長為100,校核所以所選鍵 為 :裝齒輪查課本153頁表10-9選鍵為查課本155頁表10-10得因?yàn)長6=122初選鍵長為100,校核所以所選鍵為:.第八部分電動機(jī)箱體設(shè)計(jì)根據(jù)手冊表4-1，查取箱體各部分尺寸如下：箱座壁厚為10mm定位銷直徑d16mm箱蓋厚為19mm連接螺栓d2間距L150mm箱座凸緣厚度為b13.8mmdf、d1、d2至外箱壁距離c127, 18, 22mm箱蓋凸緣厚度為b112mmdf、d2至凸緣邊緣距離c224，20mm箱座底凸緣厚度b221.875mm軸承旁臺半徑R124