機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)-展開(kāi)式二級(jí)圓柱齒輪減速器

PAGEPAGE2機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目展開(kāi)式二級(jí)圓柱齒輪減速器目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(3)二、動(dòng)力機(jī)的選擇(4)三、計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)(4)四、傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算（齒輪）(6)五、箱體設(shè)計(jì)(12)六、軸與軸承(12)七、輸出軸的校核(16)八、軸承工作壽命校核(18)九、鍵的選擇和計(jì)算(19)十、潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑油牌號(hào)及密封裝置的選擇(19)十一、總體方案設(shè)計(jì)圖(21)十二、課程設(shè)計(jì)總結(jié)(21)十三、參考文獻(xiàn)(22)一．《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一帶式運(yùn)輸機(jī)的二級(jí)齒輪減速器。其傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如下：電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器減速器鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)鼓輪運(yùn)輸帶2.已知數(shù)據(jù)運(yùn)輸帶的牽引力 F= 5000 (N)運(yùn)輸帶工作速度 V= 0.8 ()運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)鼓輪直徑 D= 280 (mm)運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)鼓輪效率 （包括鼓輪與軸承的功率損失）工作年限6年，每日工作2班運(yùn)輸帶速度允許誤差為％3.工作條件：連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，灰塵較多，小批量生產(chǎn)。4.設(shè)計(jì)工作量減速器裝配圖一張零件工作圖1~3張?jiān)O(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果二、電動(dòng)機(jī)選擇工作機(jī)所需功率KW效率選擇：根據(jù)手冊(cè)表1-7選擇效率如下：分別為彈性聯(lián)軸器、二級(jí)圓柱齒輪減速器、滾子鏈傳動(dòng)的效率：。總效率總功率KW根據(jù)手冊(cè)表12-1選用電動(dòng)機(jī)為Y132S-4電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/kw滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩質(zhì)量/kg額定功率額定轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速1500r/min，4級(jí)Y132S-45.514402.22.368計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1.傳動(dòng)比計(jì)算r/min滿載轉(zhuǎn)速總傳動(dòng)比由手冊(cè)表13-2選擇鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比為設(shè)高速軸、中間軸、低速軸分別為I、II、III。設(shè)I和II的傳動(dòng)比為，II和III的傳動(dòng)比為。由推薦，取=1.4，且得=3.85，=2.752.轉(zhuǎn)速軸I：n1==1440/1=1440r/min軸II：n2==1440/3.85=374r/min軸III：n3==374/2.75=136r/min驗(yàn)證：原始帶速=54.6r/min,分配傳動(dòng)比后為r/min誤差=，符合要求。3.扭矩電動(dòng)機(jī)輸出軸I：由手冊(cè)表1-7選取一級(jí)和二級(jí)傳動(dòng)效率均為0.97（8級(jí)精度），即=0.97，=0.97。.=0.97*0.97=0.9409<,符合。軸II：軸III：傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算（一）.高速級(jí)1．選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)由題目所給的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。齒輪精度已經(jīng)選為8級(jí)精度。材料：由教材表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)處理），硬度為270HBS；大齒輪材料選擇45鋼（調(diào)質(zhì)處理），硬度為230HBS。齒面均為軟齒面。減速傳動(dòng)中，，選擇小齒輪齒數(shù)為，大齒輪齒數(shù)。2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（軟齒面）有設(shè)計(jì)計(jì)算公式試算：dt≥2.32*3.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）試選Kt＝1.2由教材表10－7選取尺寬系數(shù)φd＝1由教材表10－6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8Mpa由教材圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極σHlim1＝620MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝560MPa；由教材式10－13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（一年按300天計(jì)算）N1＝60n1jLh＝60*1440*1*（2*8*300*6）=2.488*10e9N2＝N1/3.85＝6.463*10e8此式中j為每轉(zhuǎn)一圈同一齒面的嚙合次數(shù)。Ln為齒輪的工作壽命，單位小時(shí)由教材圖10－19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.90；KHN2＝0.95計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由式（10－12）得[σH]1＝0.90×600MPa＝558MPa[σH]2＝0.98×550MPa＝532MPa計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑d1td1t≥==42.28mm計(jì)算圓周速度v===3.19m/s計(jì)算齒寬b及模數(shù)mb=φdd1t=1×42.28mm=42.28mmmt===2.114mmh=2.25mt=2.25×2.114mm=4.7565mmb/h=42.28/4.7565=8.89計(jì)算載荷系數(shù)K由教材表10—2，已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；根據(jù)v=3.19m/s,8級(jí)精度，由教材圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)KV=1.22；由教材表10—4查得8級(jí)精度小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)KHB=1.451；直齒輪，；由b/h=8.89，KHB=1.451，查教材圖10-13得=1.40，故載荷系數(shù)K：=1*1.22*1*1.451=1.77按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由教材式（10—10a）得d1==mm=48.128mm計(jì)算模數(shù)mm=mm=2.41mm模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化：m=2.5mm，則小齒輪齒數(shù)，取z1=20；z2=77d1=m*z1=2.5*20=50mmd2=m*z2=2.5*77=192.5mm大齒齒寬b2=φd*d1=50mm小齒齒寬b1=b2+5=55mm3.校核彎曲強(qiáng)度校核公式確定公式內(nèi)的參數(shù)值由教材圖10-20c查得小齒輪彎曲強(qiáng)度極限，大齒輪彎曲強(qiáng)度極限；由教材圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.88，KFN2=0.91；計(jì)算許用彎曲應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則=KFN1*FE1/S=0.88*500/1.4=314.3Mpa=KFN2*FE2/S=0.91*380/1.4=247Mpa查教材表10-5，得小齒（z1=20）：YFa1=2.80,Ysa1=1.55；大齒輪（z2=77）：YFa2=2.23,Ysa2=1.76;載荷系數(shù)=1*1.22*1*1.40=1.708==74.6Mpa<==67.46Mpa<故，彎曲強(qiáng)度均符合要求4.綜上，對(duì)于高速級(jí)，各主要尺寸：m=2.5mm，z1=20，z2=77，d1=50mm，d2=192.5mm，b1=55mm，b2=50mm；中心距a1=（d1+d2）/2=(50+192.5)/2=121.25mm(二).低速級(jí)1．選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)由題目所給的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。齒輪精度已經(jīng)選為8級(jí)精度。材料：由教材表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)處理），硬度為270HBS；大齒輪材料選擇45鋼（調(diào)質(zhì)處理），硬度為230HBS。齒面均為軟齒面。減速傳動(dòng)中，，選擇小齒輪齒數(shù)為，大齒輪齒數(shù)，取z4=802.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（軟齒面）有設(shè)計(jì)計(jì)算公式試算：dt≥2.32*3.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）（1）試選Kt＝1.2（2）由教材表10－7選取尺寬系數(shù)φd＝1（3）由教材表10－6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8Mpa（4）由教材圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極σHlim3＝620MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限σHlim4＝560MPa；（5）由教材式10－13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（一年按300天計(jì)算）N3＝60n2jLh＝60*374*1*（2*8*300*6）=6.46*10e8N4＝N1/2.75＝2.35*10e8此式中j為每轉(zhuǎn)一圈同一齒面的嚙合次數(shù)。Ln為齒輪的工作壽命，單位小時(shí)（6）由教材圖10－19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN3＝0.92；KHN4＝0.95計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由式（10－12）得[σH]3＝0.92*620MPa＝570.4MPa[σH]4＝0.95*560MPa＝532MPa計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑d2td3t≥==67.26mm計(jì)算圓周速度v===1.316m/s計(jì)算齒寬b及模數(shù)mb=φd*d3t=1*67.26=67.26mmmt===2.32mmh=2.25mt=2.25*2.32mm=5.22mmb/h=67.26/5.22=12.89計(jì)算載荷系數(shù)K由教材表10—2，已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；根據(jù)v=1.316m/s,8級(jí)精度，由教材圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)KV=1.15；由教材表10—4查得8級(jí)精度小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)KHB=1.457；直齒輪，；由b/h=12.89，KHB=1.457，查教材圖10-13得=1.45，故載荷系數(shù)K：=1*1.15*1*1.457=1.676按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由教材式（10—10a）得d3==mm=75.18mm計(jì)算模數(shù)mm=mm=2.59mm模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化：m=2.5mm，則小齒輪齒數(shù)，取z3=30；大齒輪齒數(shù)z4=u2*z3=2.75*30=82.5,取z4=83d3=m*z3=2.5*30=75mmd4=m*z4=2.5*83=207.5mm大齒齒寬b4=φd*d3=75mm小齒齒寬b3=b2+5=80mm3.校核彎曲強(qiáng)度校核公式確定公式內(nèi)的參數(shù)值由教材圖10-20c查得小齒輪彎曲強(qiáng)度極限，大齒輪彎曲強(qiáng)度極限；由教材圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN3=0.88，KFN4=0.90；計(jì)算許用彎曲應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則=KFN3*FE3/S=0.88*500/1.4=314.3Mpa=KFN4*FE4/S=0.9*380/1.4=244.3Mpa查教材表10-5，得小齒（z3=30）：YFa3=2.52,Ysa3=1.625；大齒輪（z4=83）：YFa4=2.21,Ysa4=1.77;載荷系數(shù)=1*1.15*1*1.45=1.668==114.1Mpa<==108.9Mpa<故，彎曲強(qiáng)度均符合要求4.綜上，對(duì)于低速級(jí)，各主要尺寸：m=2.5mm，z3=30，z4=83，d3=75mm，d4=207.5mm，b3=80mm，b4=75mm；中心距a2=（d3+d4）/2=(75+207.5)/2=141.25mm5.大齒輪均選用腹板式齒輪箱體設(shè)計(jì)（a=a2=141.25mm）mm名稱符號(hào)尺寸關(guān)系及結(jié)果箱座壁厚δ0.025a+3=6.53<8,取為8箱蓋壁厚δ10.02a+3=5.825<8,取為8箱蓋凸緣厚度b11.5δ1=12箱座底凸緣厚度b22.5δ地角螺釘直徑df0.036a+12=17.085,取M16地角螺釘數(shù)目n6軸承旁連接螺栓直徑d10.75df=12.81,取M14蓋與座連接螺栓直徑d20.6df=10.25，取M10連接螺栓d2的間距l(xiāng)160軸承端蓋螺釘直徑d30.45df=7.69，取M8視孔蓋螺釘直徑d40.35df=5.98，取M6定位銷直徑d0.75d2=7.69，取M8Df，d1，d2至外箱壁距離C116Df，d2至凸緣邊緣距離C214軸承旁凸緣半徑R1C2=14外箱壁至軸承座端面距離l1C1+C2+8=38大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離δ11.5δ=12齒輪端面與內(nèi)箱壁距離δ21.2δ=9.6箱蓋，箱座肋厚m10.85δ=6.8六、軸與軸承1.估算軸承直徑估算公式：軸均選用45鋼，A0查表15-3得，A0=110軸1：mm軸2：=25.4mm軸3：=35.2mm2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（均選用深溝球軸承）（1）.高速軸設(shè)計(jì)①聯(lián)軸器位置，直徑20，長(zhǎng)為50；其上鍵b*h=6*6端蓋和軸承位置，直徑25，長(zhǎng)度33；其上軸承選擇6305，軸承內(nèi)徑d=25mm，外徑D=62mm，寬17mm間隙，直徑32，長(zhǎng)度153④齒輪位置，直徑28，長(zhǎng)度53；其上鍵：b*h=8*7⑤軸承位置，直徑25，長(zhǎng)37；軸承選為6305，軸承內(nèi)徑d=25mm，外徑D=62mm，寬17mm（2）中間軸①軸承位置，直徑30，長(zhǎng)19；軸承：6306，軸承內(nèi)徑d=30mm，外徑D=72mm，寬19mm②間隙，直徑37，長(zhǎng)21③軸齒（齒輪3）④軸肩，直徑50，長(zhǎng)50⑤齒輪2位置，直徑40，長(zhǎng)48其上鍵：b*h=12*8⑥軸承位置，直徑30，長(zhǎng)42軸承：6306，軸承內(nèi)徑d=30mm，外徑D=72mm，寬19mm（3）低速軸①軸承位置，直徑55，長(zhǎng)50軸承：6311，軸承內(nèi)徑d=55mm，外徑D=120mm，寬29mm②齒輪位置，直徑60，長(zhǎng)73③軸肩位置，直徑70，長(zhǎng)15④間隙⑤軸承及伸出位置，直徑55，長(zhǎng)79軸承：6311，軸承內(nèi)徑d=55mm，外徑D=120mm，寬29mm（4）軸承蓋：選用凸緣式軸承蓋，尺寸如下：軸計(jì)算及結(jié)果高速軸d0=d3+1=7e=1.2d3=7.2D2=D0+5d3=92螺釘數(shù)n=4中間軸d0=d3+1=9e=1.2d3=9.6D2=D0+5d3=112螺釘數(shù)n=4低速軸d0=d3+1=11e=1.2d3=12D2=D0+5d3=170螺釘數(shù)n=6七、輸出軸（低速軸）的校核參數(shù)T3=313.3N.m，n3=136r/min，d3=60，b*h=18*11。（以軸承中心到齒寬中心為長(zhǎng)度計(jì)算）圖示計(jì)算及結(jié)果FrFt66171FtFH1FH2MH:FrFv1Fv2Mv:M:T:Ft=2*T3/d3=2*313.3/0.06=10443.3NFr=Ft*tanα=10443.3*tan20=3801.1NFH1=Ft*171/(66+171)=7535NFH2=Ft-FH1=2908.3NMH=FH1*0.066=497.31NmFv1=Fr*171/237=2742.5NFv2=Fr-Fv1=1058.5NMv=Fv1*0.066=181NmM==529.2NmT=T3=313.3Nm按第三強(qiáng)度理論：取α=0.6（脈動(dòng)）=3.14*60^3/30-18*6.5*（60-6.5）^2/120=18404.3mm^3==30.5Mpa軸為45鋼，[]=60Mpa<[],符合要求。軸承工作壽命校核（低速軸上）已知：軸上齒輪切向力Ft=10443.3N，徑向力Fr=3801.1N，齒輪4分度圓直徑d=207.5mm，轉(zhuǎn)速n=136r/min;工作條件：連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)；預(yù)期壽命Lh'=2*8*300*6=28800h。軸承型號(hào)6311。（靠近齒輪的為軸承1，另一個(gè)為軸承2）；軸承1：Fv1=2742.5NFH1=7535N軸承2：Fv2=1058.5NFH2=2908.3NFr1==8018.6NFr2==3094.9N；所受的軸向力它們的比值為根據(jù)表13-5，深溝球軸承的最小e值為0.19，故此時(shí)。計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，根據(jù)式（13-8a）軸向力為零，則X=1，Y=0;查手冊(cè)表6-1得C=71.5KN；由載荷平穩(wěn)得fp=1；P1=fp*Fr1=8018.6NP2=fp*Fr2=3094.9NP1>P2，按軸承1驗(yàn)算：=86837h>28800h所以，軸承符合要求。九、鍵的選擇和計(jì)算按要求對(duì)低速軸3上的鍵進(jìn)行選擇及校核。1）對(duì)連接齒輪4與軸3的鍵的計(jì)算（1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸一般8以上的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。由于齒輪不在軸端，故可選用圓頭普通平鍵（A型）。根據(jù)d=60mm從表6-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=18mm，高度h=11mm。由輪轂寬度并參照鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L=63mm。（2）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取平均值，。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=63mm-18mm=45mm。鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×11=5.5mm。根據(jù)式（6-1）可得所以所選的鍵滿足強(qiáng)度要求。鍵的標(biāo)記為：鍵18×11×63GB/T1096-2003。十、潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑油牌號(hào)及密封裝置的選擇由于兩對(duì)嚙合齒輪中的大齒輪直徑徑相差不大，且它們的速度都不大，由高速軸上的齒輪速度為3.19m/s，所以齒輪傳動(dòng)可采用浸油潤(rùn)滑，查表7-1，選用全損耗系統(tǒng)用油（GB/T433-1989），代號(hào)為L(zhǎng)-AN32。由滾動(dòng)軸承的dn值，選用油潤(rùn)滑。油的牌號(hào)與齒輪油相同，軸承的油由齒輪飛濺，通過(guò)油槽潤(rùn)滑。為避免油池中稀油濺入軸承座，在齒輪與軸承之間放置擋油環(huán)。輸入軸與輸出軸處用氈圈密封。電機(jī)選用Y132S-4 i=26.4=3.85=2.75n1=1440r/minn2=374r/minn3=136r/min8級(jí)精度；Kt＝1.2φd＝1N1＝2.488*10e9N2＝6.463*10e8KHN1＝0.90KHN2＝0.95S＝1[σH]1＝558MPa[σH]2＝532MPad1t=42.28mmv=3.19m/sb=42.28mmmt=2.114h=4.7565mmb/h=8.89KA=1KV=1.22KHB=1.451KFB=1.40K=1.77d1=48.128mmm=2.5z1=20z2=77d1=50mmd2=192.5mmb1=55mmb2=50mmKFN1=0.88KFN2=0.91=314.3Mpa=247Mpaa1=121.25mmKt＝1.2φd＝1N3＝6.46*10e8N4＝2.35*10e8KHN3＝0.92KHN4＝0.95S＝1[σH]3＝570.4MPa[σH]4＝532MPad3t=67.26mmv=