課程設(shè)計(jì)說明書-二級減速器設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書題目:二級減速器設(shè)計(jì)學(xué)院:機(jī)械工程學(xué)院專業(yè):機(jī)械制造及自動化【設(shè)計(jì)任務(wù)書】1．傳動裝置簡圖帶式輸送機(jī)傳動裝置2．已知條件工作情況：兩班工作制，單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，輸送帶水平放置。工作環(huán)境：室內(nèi)，有灰塵，最高環(huán)境溫度35℃，通風(fēng)條件一般。動力來源：電力，三相交流，電壓380V/220V。工作壽命：8年。檢修間隔期：4年一次大修，2年一次中修，半年一次小修。制造條件：一般機(jī)械制造廠，小批量生產(chǎn)。齒輪減速器浸油潤滑；取大齒輪的攪油效率；取滾筒-輸送帶效率。3．設(shè)計(jì)任務(wù)選擇電動機(jī)型號。選擇聯(lián)軸器類型和規(guī)格。設(shè)計(jì)圓柱齒輪減速器。設(shè)計(jì)滾筒軸滑動軸承。繪制圓柱齒輪減速器裝配工作圖。繪制帶式輸送機(jī)總裝圖。繪制減速器中2～3個(gè)零件工作圖（由教師指定）。編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。4．技術(shù)參數(shù)題號參數(shù)12345678910輸送帶拉力F/kN76.565.55.254.84.54.24輸送帶速度v/（m/s）1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0滾筒直徑D/mm400400400450400500450400450450注：輸送帶速度允許誤差±5%6號題：參數(shù)：輸送帶拉力F/kN5輸送帶速度v/（m/s）1.6滾筒直徑D/mm500滾筒長度L/mm550二、【選電機(jī)】1．類型的選擇電動機(jī)是一般機(jī)械廣為使用的原動機(jī)，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常是根據(jù)工作載荷、工作要求和工作環(huán)境等條件，從產(chǎn)品目錄中選擇電動機(jī)的型號、結(jié)構(gòu)形式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速，確定具體型號。通用的電動機(jī)為Y系列三相交流異步電動機(jī)，Ｙ系列是一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機(jī)式，是我國新設(shè)計(jì)的統(tǒng)一系列，其安裝尺寸和功率等級符合國家標(biāo)準(zhǔn)，具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲底、振動小、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此，工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛，應(yīng)優(yōu)先選用。各種型號電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)、外型及安裝尺寸可查閱有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊或產(chǎn)品目錄。2.功率的確定工作機(jī)所需的功率由題意得：，滾筒-輸送帶效率。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：總效率：故要確定各級效率：題目已給大齒輪攪油效率：。其他的根據(jù)已知條件或計(jì)算，查表1-7機(jī)械傳動和摩擦副的效率概略值。本題對聯(lián)軸器沒有要求故選彈性聯(lián)軸器，得。滾動軸承效率選擇：本題軸承徑向與軸向載荷都較大，應(yīng)該選球軸承，得。齒輪傳動效率選擇：本題齒輪傳動在后面還得詳細(xì)計(jì)算，所以這里先預(yù)選8級精度的一般齒輪傳動，?；瑒虞S承效率選擇：選潤滑正常得，得。帶入各級效率計(jì)算得：所需電動機(jī)的工作功率：代入數(shù)據(jù)得：根據(jù)實(shí)際工作功率和減速箱大小預(yù)選電機(jī)為Y160L—6，額定功率11kW，滿載轉(zhuǎn)速970r/min，額定轉(zhuǎn)矩=最大轉(zhuǎn)矩=2.0N.m，質(zhì)量147kg，中心高160mm，軸徑，鍵槽尺寸12mm。3．傳動裝置的總傳動比計(jì)算及各級傳動比分配由電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)的轉(zhuǎn)速可定出傳動裝置的總傳動比：i=/總傳動比為各級傳動比、、，……，in的連乘積，即i=……由上面計(jì)算得滿載轉(zhuǎn)速為=970r/min。減速箱輸出轉(zhuǎn)速：代入數(shù)據(jù)計(jì)算得總傳動比i=/=970/61.14=15.86選擇展開式二級圓柱齒輪減速器，，計(jì)算得=4.62，=3.43。輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：4．軸的轉(zhuǎn)速代入前面數(shù)據(jù)計(jì)算得：5．軸的輸入功率帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：6．各軸的轉(zhuǎn)矩代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：綜上得各軸數(shù)據(jù)填入下表：功率P（KW）轉(zhuǎn)速n（r/min）扭矩T（N×m）傳動比i效率h電機(jī)軸Ⅰ軸9.9397098.71.000.99Ⅱ軸9.54210433.84.620.96Ⅲ軸8.9761.221399.33.430.94Ⅳ軸8.3361.221299.41.000.93三、【設(shè)計(jì)齒輪】要求:1)工作情況：兩班工作制，單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，輸送帶水平放置，傳遞11kW的功率，高速級傳動比=4.62，低速級傳動比=3.43。2)工作環(huán)境：室內(nèi)，有灰塵，最高環(huán)境溫度35℃，通風(fēng)條件一般。3)工作壽命：8年。4)檢修間隔期：4年一次大修，2年一次中修，半年一次小修。5)制造條件：一般機(jī)械制造廠，小批量生產(chǎn)。高速級齒輪傳動設(shè)計(jì)(1)選擇材料和熱處理方法，確定許用應(yīng)力，參考表6-1初選材料。小齒輪：17CrNiMo6，滲碳淬火，54~62HRC；大齒輪：37SiMn2MoV，表面淬火，50~55HRC。根據(jù)小齒輪齒面硬度58HRC和大齒輪齒面硬度52HRC，按圖6-6MQ線查得齒面接觸疲勞極限應(yīng)力為：按圖6-7MQ線查得齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力為：其中：按圖6-8a查得接觸壽命系數(shù)：按圖6-8b查得彎曲壽命系數(shù)：。再查表6-3，取最小安全系數(shù)：于是(2)失效分析、確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，由于要設(shè)計(jì)的齒輪傳動是閉式齒輪傳動，且為硬齒面齒輪，最大可能的失效形式是齒根疲勞折斷；也可能發(fā)生齒面疲勞。因此，本齒輪傳動可按輪齒的彎曲疲勞承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定主要參數(shù)，再驗(yàn)算齒面接觸疲勞承載能力。（3）按輪齒的彎曲疲勞承載能力計(jì)算齒輪主要參數(shù)代公式得：確定計(jì)算載荷：小齒輪轉(zhuǎn)矩由前面計(jì)算得N.m查表6-7，考慮本齒輪傳動是斜齒圓柱齒輪傳動，電動機(jī)驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，非對稱布置，取載荷系數(shù)K=1.3，則齒寬系數(shù)查表6-11，硬齒面取，初選，，則查圖6-16，得兩輪復(fù)合齒形系數(shù)為。由于，將二齒輪參數(shù)代入計(jì)算，于是結(jié)合實(shí)際取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=2.5mm，則取標(biāo)準(zhǔn)中心距，則（4）選齒輪精度等級齒輪圓周速度查表6-9，并考慮該齒輪傳動的用途，選擇8級精度。（5）精確計(jì)算載荷查表6-4，.5；查圖6-9，。齒輪傳動嚙合寬度查表6-6得查表6-5，（6）驗(yàn)算輪齒接觸面疲勞承載能力區(qū)域系數(shù)查圖6-13，標(biāo)準(zhǔn)齒輪，彈性系數(shù)查表6-8得；因大齒輪許用齒面接觸疲勞應(yīng)力值較小，故將代入，于是齒面接觸疲勞強(qiáng)度足夠。（7）驗(yàn)算輪齒彎曲疲勞承載能力1.16查圖得6-20，得。輪齒彎曲疲勞承載能力足夠。（8）斜齒圓柱齒輪傳動幾何尺寸計(jì)算名稱計(jì)算公式小齒輪大齒輪2.52.52020低速級齒輪設(shè)計(jì)(1)選擇材料和熱處理方法，確定許用應(yīng)力，參考表6-2初選材料。小齒輪：40CrNi2Mo，調(diào)質(zhì)，齒面硬度294~326HBW；大齒輪：37SiMn2MoV，調(diào)質(zhì)，齒面硬度263~294HBW。根據(jù)小齒輪齒面硬度310HBW和大齒輪齒面硬度280HBW，按圖6-6MQ線查得齒面接觸疲勞極限應(yīng)力為：按圖6-7MQ線查得齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力為：其中：按圖6-8a查得接觸壽命系數(shù)：按圖6-8b查得彎曲壽命系數(shù)：。再查表6-3，取最小安全系數(shù)：于是(2)失效分析、確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，由于要設(shè)計(jì)的齒輪傳動是閉式齒輪傳動，且為硬齒面齒輪，最大可能的失效形式是齒根疲勞折斷；也可能發(fā)生齒面疲勞。因此，本齒輪傳動可按輪齒的彎曲疲勞承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定主要參數(shù)，再驗(yàn)算齒面接觸疲勞承載能力。（3）按輪齒的彎曲疲勞承載能力計(jì)算齒輪主要參數(shù)根據(jù)式（6-9）有因?qū)贉p速傳動，。確定計(jì)算載荷：小齒輪轉(zhuǎn)矩由前面計(jì)算得N.m查表6-7，考慮本齒輪傳動是斜齒圓柱齒輪傳動，電動機(jī)驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，非對稱布置，取載荷系數(shù)K=1.3，則區(qū)域系數(shù)查圖6-13，標(biāo)準(zhǔn)齒輪,彈性系數(shù)查表6-8，齒寬系數(shù)查表6-11，硬齒面取因小齒輪的許用齒面接觸疲勞應(yīng)力值較小，故將代入，于是得：按經(jīng)驗(yàn)式，取，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。，考慮到傳動比精確及中心距0、5結(jié)尾，取。得，取。反算中心距，不符合要求，取再反算中心距，符合要求。檢驗(yàn)傳動比，傳動比誤差，符合要求，可用。（4）選齒輪精度等級齒輪圓周速度查表6-9，并考慮該齒輪傳動的用途，選擇8級精度。（5）精確計(jì)算載荷查表6-4，.0；查圖6-9，。齒輪傳動嚙合寬度查表6-6得查表6-5，（6）驗(yàn)算輪齒接觸面疲勞承載能力（7）驗(yàn)算輪齒彎曲疲勞承載能力由查圖6-16，得兩輪復(fù)合齒形系數(shù)為輪齒彎曲疲勞承載能力足夠。名稱計(jì)算公式小齒輪大齒輪332020（8）直齒圓柱齒輪傳動幾何尺寸計(jì)算四、【軸的設(shè)計(jì)】軸的設(shè)計(jì)參考圖公共參數(shù)：,取則取10mm則取8mm選?。焊鶕?jù)潤滑方式的不同，有不同取值，油潤滑=2~5脂潤滑=8~10潤滑方式選擇根據(jù)軸承內(nèi)徑d與軸承轉(zhuǎn)速n乘積大小確定選擇油潤滑選擇脂潤滑（1）I軸的設(shè)計(jì)：1）選擇材料，初步計(jì)算參數(shù)當(dāng)軸的支撐距離未定時(shí)，無法由強(qiáng)度確定軸徑，要用初步估算的方法，即按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定軸徑d。如果還受不大的彎矩，則采用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。并且應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：

式中，查表8-4，取45號鋼。可得軸最細(xì)部分直徑對于的軸，同一截面上開有一個(gè)鍵槽，因此軸徑應(yīng)加大5%，則取2）選擇輸入端聯(lián)軸器（查設(shè)計(jì)手冊表8-7）電動機(jī)軸與減速器高速級連接用的聯(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)選用具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和具有彈性的聯(lián)軸器，一般選用有彈性元件的撓性聯(lián)軸器，例如彈性柱銷聯(lián)軸器。查閱手冊，選擇聯(lián)軸器的標(biāo)記及主要參數(shù)如下：型號公稱轉(zhuǎn)矩Nm許用轉(zhuǎn)速r/min軸孔直徑mm軸孔長度Mm轉(zhuǎn)動慣量kgm質(zhì)量kgLX31250470030、4282、1120.0268標(biāo)記：LX3聯(lián)軸器GB/T5014-20033）選擇軸與聯(lián)軸器的連接鍵（查設(shè)計(jì)手冊表4-1）標(biāo)記：GB/T1096鍵4)選擇角接觸球軸承（查設(shè)計(jì)手冊表6-6）Ⅰ軸上因有一個(gè)斜齒輪而受軸向力作用，因此初選角接觸球軸承7209AC因此軸Ⅰ選用脂潤滑，=9.5mm選擇軸承類型、型號及主要參數(shù)軸承代號內(nèi)徑d/mm外徑D/mm寬度B/mma/mm45851924.77209AC極限轉(zhuǎn)速r/min基本額定動載荷Cr/KN基本額定靜載荷Cor/KN潤滑方式670036.827.2脂潤滑查軸承安裝尺寸，取4）各部分尺寸設(shè)計(jì)如圖：5）計(jì)算輪齒受力：軸轉(zhuǎn)矩圓周力徑向力軸向力6）校核：①軸承強(qiáng)度校核：1、計(jì)算軸承支反力：水平面豎直面合成軸承支反力：2、計(jì)算兩軸承軸向力：因而軸有向右運(yùn)動的趨勢，即軸承1被壓緊，軸承2被放松3、計(jì)算當(dāng)量動載荷X=0.41,Y=0.87X=1,Y=0因此當(dāng)量動載荷所以只需要校核軸承2的壽命4、求軸承2的壽命滾動軸承載荷系數(shù)滾動軸承溫度系數(shù)滿足壽命要求。②軸的強(qiáng)度校核：1、受力圖水平面受力圖：水平面彎矩及彎矩圖：豎直面受力圖：豎直面彎矩及彎矩圖：合成彎矩圖：扭矩圖：②判斷危險(xiǎn)截面：初步分析，1-1截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中。③確定許用應(yīng)力：軸材料選用17CrNiMo6，滲碳淬火，54~62HRC查表8-2得：抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度彎曲疲勞極限剪切疲勞極限查表1-1得：④求危險(xiǎn)截面應(yīng)力：彎矩：彎曲應(yīng)力：切應(yīng)力：由于彎曲應(yīng)力屬于對稱循環(huán)變應(yīng)力，所以由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力屬于脈動循環(huán)變應(yīng)力，所以⑤求斷面有效應(yīng)力集中系數(shù)1-1：因在此斷面處，有軸的直徑變化，過度圓角半徑r=2mm,，。有效應(yīng)力集中系數(shù)可由表1-3查得。由，插值法計(jì)算：600Mpa：：：700Mpa：：：⑥表面質(zhì)量系數(shù)及絕對尺寸系數(shù)和查表1-6，插值法計(jì)算得查表1-5得⑦求安全系數(shù)按應(yīng)力循環(huán)特性r=C的情況計(jì)算安全系數(shù)軸只受正應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)：軸只受切應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)：計(jì)算安全系數(shù)：這里，設(shè)計(jì)安全系數(shù)取S=1.5結(jié)論：根據(jù)校核，斷面1-1足夠安全。③鍵的強(qiáng)度校核：鍵的許用擠壓應(yīng)力連接聯(lián)軸器的鍵的規(guī)格為。滿足要求（2）Ⅱ軸：1、選擇材料，初步計(jì)算參數(shù)選擇45號鋼，可得軸最細(xì)部分直徑同一截面上開有一個(gè)鍵槽，因此軸徑應(yīng)加大5%，則由于連接軸承部分軸的直徑必須以0或5結(jié)尾，所以選擇2、選擇圓錐滾子軸承Ⅱ軸上因有一個(gè)斜齒輪而受軸向力作用，因此選用圓錐滾子軸承因此軸Ⅱ選用脂潤滑，=9.5mm選擇軸承類型、型號及主要參數(shù)軸承代號內(nèi)徑d/mm外徑D/mm寬度B/mma/mm軸承寬T/mm45851918.620.7530209極限轉(zhuǎn)速r/min基本額定動載荷Cr/KN基本額定靜載荷Cor/KN潤滑方式450067.883.5脂潤滑注：計(jì)算系數(shù)e=0.4，Y=1.53）選擇軸與聯(lián)軸器的連接鍵連接直齒圓柱齒輪的鍵標(biāo)記：GB/T1096鍵連接斜齒圓柱齒輪的鍵標(biāo)記：GB/T1096鍵4、各部分尺寸設(shè)計(jì)如圖：5、計(jì)算輪齒受力軸轉(zhuǎn)矩：T=95509550圓周力：F徑向力：F軸向力：因?yàn)?齒輪為直齒圓柱齒輪，不受軸向力，所以F6、校核：軸承校核：1、計(jì)算軸承支反力：水平面徑向力產(chǎn)生的徑向支反力：豎直面圓周力產(chǎn)生的徑向支反力：合成徑向支反力：2、兩軸承軸向力：FF選擇1齒輪為右旋，由右手定則判斷Ⅰ軸的軸向力指向背離電機(jī)方向，則Ⅱ軸軸向力指向小齒輪方向。F因而軸有向右運(yùn)動的趨勢，即軸承1即小齒輪側(cè)軸承被壓緊，軸承2即大齒輪側(cè)軸承被放松FFF3、計(jì)算當(dāng)量動載荷P所以只需校核小齒輪側(cè)的軸承1的壽命。4、求軸承1的壽命由于無沖擊，故由表9-6，取f。工作溫度低于100，查表9-5得f。軸承的壽命為L軸承壽命符合要求。校核軸的強(qiáng)度：①受力圖水平面受力圖：水平面彎矩及彎矩圖：豎直面受力圖：豎直面彎矩及彎矩圖：合成彎矩圖：轉(zhuǎn)矩圖：②判斷危險(xiǎn)截面：初步分析，1-1截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中③確定許用應(yīng)力：軸材料選用45鋼，調(diào)制，硬度217~255HBW查表8-2得：抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度彎曲疲勞極限剪切疲勞極限查表1-1得：④求危險(xiǎn)截面應(yīng)力：1-1：彎矩：彎曲應(yīng)力：切應(yīng)力：由于彎曲應(yīng)力屬于對稱循環(huán)變應(yīng)力，所以由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力屬于脈動循環(huán)變應(yīng)力，所以⑤求斷面有效應(yīng)力集中系數(shù)1-1：因在此斷面處，有軸的直徑變化，過度圓角半徑r=2mm,，。有效應(yīng)力集中系數(shù)可由表1-3差得。由，插值法計(jì)算：600Mpa：：：700Mpa：：：600Mpa：：：700Mpa：：：最終：⑥表面質(zhì)量系數(shù)及絕對尺寸系數(shù)和查表1-6，插值法計(jì)算得查表1-5得⑦求安全系數(shù)按應(yīng)力循環(huán)特性r=C的情況計(jì)算安全系數(shù)軸只受正應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)：軸只受切應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)：計(jì)算安全系數(shù)：這里，設(shè)計(jì)安全系數(shù)取S=1.5結(jié)論：根據(jù)校核，斷面1-1足夠安全。鍵的強(qiáng)度校核：鍵的許用擠壓應(yīng)力連接直齒圓柱齒輪的鍵的規(guī)格為連接斜齒圓柱齒輪的鍵的規(guī)格為。符合要求。（3）Ⅲ軸：1）選擇材料，初步計(jì)算參數(shù)選擇45號鋼，可得軸最細(xì)部分直徑同一截面上開有一個(gè)鍵槽，因此軸徑應(yīng)加大5%，則2）、選擇輸出端聯(lián)軸器由于低速級軸轉(zhuǎn)速較低，不必要求具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，但傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，又因?yàn)闇p速器與工作機(jī)常不在同一底座上，要求有較大的軸線偏移補(bǔ)償，因此常選用無彈性元件的撓性聯(lián)軸器，比如齒式聯(lián)軸器。查閱手冊，選擇聯(lián)軸器的標(biāo)記及主要參數(shù)如下型號公稱轉(zhuǎn)矩Nm許用轉(zhuǎn)速r/min軸孔直徑mm軸孔長度Mm轉(zhuǎn)動慣量kgm質(zhì)量kgGICL45000540065142、840.16738標(biāo)記：GICL4聯(lián)軸器GB/T8854.3-2001鍵的選擇連接直齒圓柱齒輪的鍵標(biāo)記：GB/T1096鍵連接聯(lián)軸器的鍵標(biāo)記：GB/T1096鍵4)選擇深溝球軸承因此軸Ⅰ選用脂潤滑，=9.5mmⅠ軸上因只有直齒圓柱齒輪而不受軸向力，選用深溝球軸承選擇軸承類型、型號及主要參數(shù)軸承代號內(nèi)徑d/mm外徑D/mm寬度B/mm60168012522潤滑方式極限轉(zhuǎn)速r/min基本額定動載荷Cr/KN基本額定靜載荷Cor/KN脂潤滑480047.539.85）各部分尺寸設(shè)計(jì)如圖:6）計(jì)算輪齒受力：軸轉(zhuǎn)矩：圓周力:徑向力:徑向合力：7)校核：校核軸承強(qiáng)度計(jì)算軸承支反力：，由當(dāng)量動載荷較大的軸承計(jì)算額定動載荷。由于四年一次大修，可以更換軸承所以軸承預(yù)期壽命=當(dāng)量動載荷轉(zhuǎn)速n=61.22r/min滾動軸承載荷系數(shù)滾動軸承溫度系數(shù)則為軸承滿足預(yù)期壽命要求所應(yīng)具備的額定當(dāng)量動載荷軸承壽命：軸承壽命符合要求校核軸的強(qiáng)度：①受力圖水平面支反力求解及受力圖：水平面彎矩及彎矩圖：豎直面支反力求解及受力圖：豎直面彎矩及彎矩圖：，合成彎矩圖：轉(zhuǎn)矩圖：②判斷危險(xiǎn)截面：初步分析，1-1截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中。③確定許用應(yīng)力：軸材料選用45鋼，調(diào)制，硬度217~255HBW查表8-2得：抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度彎曲疲勞極限剪切疲勞極限查表1-1得：④求危險(xiǎn)截