精编完整版展开式二级减速器设计说明书 - 机械毕业论文

课程名称：设计课题：专 业：

机械设计基础 二级展开式圆柱齿轮减速器 材料成型及控制工程

目录

前 言 .............................................................. 3 第一章 设计任务书 ................................................... 4

1.1 设计题目 ..................................................... 4 1.2 设计参数 ..................................................... 4 1.3 传动方案分析 ................................................. 4 第二章 电动机类型和结构形式选择 .................................... 5

2.1 类型选择 .................................................... 5 2.2 功率选择 ..................................................... 5 2.3 转速确定 .................................................... 5 第三章 计算传动装置的运动参数 ....................................... 6

3.1 传动装置的总传动比及其分配 ................................... 6 3.2 各轴转速的确定 ............................................... 6 3.3 各轴功率的确定 ............................................... 6 3.4 各轴转矩 ..................................................... 7 第四章 V带的设计 .................................................... 7

4.1 选择V带型号 ................................................ 7 4.2 确定带轮 .................................................... 7 4.3 确定带长和中心距 ............................................ 8 4.4 验算包角 .................................................... 8 4.5 确定V带根数 ................................................ 8 4.6 确定拉力和压力 .............................................. 9 4.7 带轮的结构设计 .............................................. 9 第五章 传动件设计（齿轮） .......................................... 9

5.1 高速级齿轮传动设计（斜齿轮） ................................. 9

5.1.1 齿轮精度及材料选择 .................................... 9

5.1.2 确定许用应力 .......................................... 9 5.1.3 按齿轮强度计算 ........................................ 10 5.1.4 验算齿面强度 ......................................... 11 5.2 低速级齿轮(直齿轮) ......................................... 11

5.2.1 齿轮精度材料选择 ...................................... 11 5.2.2 确定许用应力 .......................................... 12 5.2.3 按齿面强度计算 ........................................ 12 5.2.4 验算齿面强度 .......................................... 13

第六章 轴的设计 ................................................... 13

6.1 高速轴的设计 ............................................... 13

6.1.1 轴的材料及结构设计 ................................... 13 6.1.2 轴的受力分析及校核 ................................... 15 6.1.3 轴承寿命校核 .......................................... 18 6.2 中间轴的设计 ............................................... 18

6.2.1 轴的材料及结构设计 .................................... 18 6.2.2 轴的受力分析及校核 .................................... 19 6.2.3 轴承寿命校核 .......................................... 21 6.3 低速轴的设计................................................ 22

6.3.1 轴的材料的确定 ....................................... 22 6.3.2 初选联轴器和轴承 ..................................... 22 6.3.3 轴的结构设计 .......................................... 23

第七章 键连接设计及校核 ........................................... 24

7.1 高速轴连接设计及校核 ....................................... 24 7.2 中间轴连接设计及校核 ....................................... 24 7.3 低速轴连接及校核 ........................................... 25 第八章 箱体及其附件的结构设计 ..................................... 25

8.1 箱体的结构设计 ............................................. 25 8.2 附件的结构设计 ............................................. 26

设计总结 ........................................................... 28 参考文献 ........................................................... 29

前言

机械设计课程设计是机械设计基础中一项重要的综合性与实践性过程，是培养学生动手 能力的重要方法，通过课程设计可以让我们综合运用机械设计课程和其他相关课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓展所学的知识。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。 本次课程设计的题目选择通用机械的传动装置——减速器。设计内容包括：传动装置的总体设计；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图零件图的设计；编写设计计算说明书等。 通过这些设计及计算让我们将课堂中所学的知识与实践充分的结合起来，并学会查阅各种资料及相关的机械工具书。 在课程设计中应熟悉和正确采用各种有关技术标准与规范，尽量采用标准件。另外 在设计中应吸收和应用先进的设计手段，运用计算机辅助设计，优化设计方案，提高设计质量。

然而由于涉及但本人的水平有限及各种因素，在设计过程定会存在某些不合理的设计规范，出现一些错误。王老师能够批评指正。

设计内容 1.1、设计题目：带式运输机两级斜齿圆柱齿轮减速器 第一章、1.2、设计参数及要求： 设任书 计务 1）、设计参数： 运输带工作拉力: F = 1200 N 运输带工作速度: V = 1.2 ms 卷筒直径: D = 400 mm 2）、工作条件： 连续单向运转，载荷有轻微振动，室外工作，有粉尘； 运输带速度允许误差土5％； 两班制工作，3年大修，使用期10年。 (卷筒支承及卷筒与运输带间的摩擦影响在运输带工作拉力F中已考虑) 。 3）、加工条件: 生产20台，中等规模机械厂，可加工 7—8级。 计算及说明 结 果

1.3、传动方案的分析 带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经联轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用直齿圆柱齿轮传动。 将带传动布置于高速级将传动能力较小的带传动布置在高速级，有利于整个传动系统结构紧凑，匀称。同时，将带传动布置在高速级有利于发挥其传动平稳，缓冲吸振，减少噪声的特点。 设计内容 计算及说明 结 果

第二章、电动机类型和结构形式的选择 2.1、类型选择 电动机的类型根据动力源、场所和工作条件、,选用具 有防止灰尘、铁屑或其他杂物入侵作用的全封闭自扇冷龙电动机的型号 式三相异步电动机Y系列。 2.2、功率选择 (1)设电动机机工作功率 查[2]表得， 代入数据得： ?总=0.96?0.994?0.972?0.96?0.99 ?总=0.825电动机工作功率为：P=FV1200?1.2=kW 1000?总1000?0.825式中，，，代入上式得： 因为电动机的额定功率应略大于或等于其工作功率，查表得Y系列电动机的技术参数知，确定电动机的功率为。 2.3、转速的确定 查表得，皮带的传动比为；二级圆柱齿轮的传动比范围为。则， 代入数据求得： 查阅设计手册知，符合电动机转速及确定的额定功率的电动机由三 种，Y90L?2,Y100L1?4,Y112M?6。考虑到电动机的价格及经济实用性，选用型号的电动机。其主要性能如下：

电动机型号 额定功率 满载转速 2.2kW 940rmin 2.0 2.0 第三3.1、传动装置的总传动比及其分配 章、计算传动装置的运动参数 根据电动机的满载转速和滚筒转速，可算出传动装置总 传动比为：,取，又因为： i1?(1.3?1.5)i2,此处取i1?1.4i2,解得：i1?2.77,i2?1.98 二级圆柱齿轮减速器分配到各级传动比为：高速级的传动比为：低速级的传动比为 3.2、各轴的转速的确定 各轴转速 各轴功率 各轴的转矩 T?22.35N?m将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴，则： n1?n2?n3?n960?rmin?320rmini带3n1n960??rmin?113.11rmini1i带.i13?2.77n2n960??rmin?58.35rmini2i带.i1.i23?2.77?1.98T1?64.37N?mT2?169.46N?m T3?322.20N?mT4?315.79N?m3.3、各轴功率的确定 P?带=1.745?0.96kW?1.68kW1?P. P2?P.?带.?齿轮.?轴承=1.745?0.96?0.99?0.97kW?1.59kW22P3?P.?带.?齿轮.?轴承=1.745?0.96?0.972?0.992kW?1.53kW23P4?P.?带.?齿轮.?轴承.?联轴器=1.745?0.96?0.972?0.993kW?1.50kW

3.4、各轴的转矩 输出转矩：T?9550? P2.2?9550?N?m?22.35N?m n940T1?T?i带??带=22.35?3?0.96N?m?64.37N?mT2?T1?i1??轴承??齿轮=64.37?2.77?0.99?0.97N?m?169.46N?mT3?T2?i2??轴承??齿轮=169.46?1.98?0.97??0.99N?m?322.20N?mT4?T3??轴承??联轴器=322.20?0.99??0.99N?m?315.79N?m 机构参数 项 目 转速(rmin) 功率（kW） 转矩（N·m） 电动机轴 940 2.2 22.35 高速轴 中间轴 低速轴 320 1.68 113.11 58.35 1.59 1.53 64.37 169.46 322.20 选取A型V带 ，则 第四章、 V带的设计 4.1、选择V带型号 查表得,由式得:Pc?1.2?1.745kW?2.09kW 则由，查阅得：选用A型V带， 4.2、确定带轮的基准直径，并验算带速 查表得，小带轮的直径推荐范围：，则取，且nd2?d1（1-?）=d1?i带（?1-?)n1d2?90?3?(1?0.02)mm?264mm，查表取。 带速V???d1?n60?1000?3.14?90?940ms?4.43ms 60?10004.3、确定带长和中心距

查阅资料得：中心距，，则此处 取值 a0?1.5?(d1?d2)?1.5?(265?90)mm?532.50mm 带轮采用腹板 式结构 且有下式 (d2?d1)2L0?2a0?（d1?d2)?24a0?(265?90)2L0?2532.50??（265?90)?mm 24?532.50L0?1637.01mm?查表得取带长，实际中心距： 所以，a0?532.50?1800?1637mm，则取 24.4、验算小带轮包角 d2?d1265?90?57.3??180???57.3? a614a1?163.67??120?a1?180??有以上验算可知，包角合适。 4.5、求V带根数Z 查表得，由。可知，，且传动比：i?d2265??3.00 d1(1??)90?(1?0.02)查表得，，由查表知，, 则Z?2.09?2.504,圆整后取 (0.11?0.77)?0.95?14.6、确定初拉力和带对轴上的压力 查表取 则F0?500?2.0492.5?0.95??0.1?4.432N?180.47N 3?4.430.95a1163.67??1071.84N 且FQ?2ZF0Sin?2?3?180.47?Sin224.7、带轮的结构设计

查表知，当带轮基准直径（为轴的直径）时，可采用实心式结构；当时，采用腹板式结构；当时，采用轮复式结构。根据设计数据，大小带轮均采用腹板式结构。 5.1、高速级齿轮传动设计（斜齿轮） 齿轮精度为8级 小齿轮为40Cr第五5.1.1、齿轮的精度及材料选择 章、 由于本设计为二级展开式圆柱齿轮传动运输机机构，考（调质处理） 传动虑到齿轮的传动稳定性，高速级齿轮的设计采用斜齿轮。该硬度280HBS 件设机构为一般机器，运转速度不高，查阅机械设计手册，选用 计（齿8级精度。 轮） 小齿轮材料为40Cr（调质），取齿面硬度280HBS，接大齿轮为45钢 触疲劳极限，取,弯曲疲劳极限（调质处理） ?FE1?560?620MPa,取?FE1?500MPa； 大齿轮材料为45钢（调质处理），取齿面硬度240HBS，接触疲劳极限，弯曲疲劳强度极限；二者材料硬度差为40HBS；因为减速器要求结构紧凑，故采用硬齿面组合。 5.1.2、确定许用应力 查表得，取SF?1.25,SH?1;ZH?2.5,ZE?189.8 硬度240HBS K=1.3 ??F1????F2????H1????H1??0.7?FE10.7?500?MPa?280MPa SF1.250.7?FE20.7?450?MPa?252MPa SF1.25?Hlim1SH?600MPa?600MPa 1600MPa?600MPa 1?Hlim1SH?5.1.3、按齿轮弯曲强度计算

因为齿轮精度等级为8级精度；取载荷系数K=1.3。 齿宽系数：由于齿轮选取的为硬齿面，且为非对称布置，，又由于过大增大了齿宽和轴向尺寸，增加了载荷的分布不均匀性，故取。 选用8级精度 小齿轮40Cr 齿面硬度初选螺旋角：一般制造精度的斜齿轮螺旋角常用值为，280HBS 当精度较高或对振动、噪声有特殊要求的齿轮，取或更大 值，故在本设计中取。 齿数：在硬齿面的传动中，由于齿根弯曲度较弱，需适大齿轮为45钢当减少齿数，以保证有较大的模数m，推荐,则取,所以 齿形系数：（调质处理） ZV1?1953??21.08,Z??58.81?硬度240HBS V22?2? cos15cos15 据求得： 查表得，YFa1?2.88,YFa2?2.35;Ysa1?1.57,Ysa2?1.71 YFa1?YSa1??F1?2.88?1.57??0.01614857280Y?Y2.35?1.71?0.015946?Fa1Sa1252??F1?则 YFa2?YSa2??F2?数?所以应对小齿轮进行弯曲强度计算： 法3向模 代入数2?1.3?64.37?1032?m??0.0161?cos15代入数据得，， 20.6?19 查表圆整后取 m(z1?z2)3?(19?53)?mm?111.81mm 中心距：a?? 2cos?2?cos15确定螺旋角： m(z1?z2)3?(19?53)??arcos?arcos?15.36? 2a2?187齿轮分度圆直径：d1?mz13?19?mm?59.11mm? cos?cos15.36

齿宽： b??d?d?0.6?59.11mm?35.47mm， 取 5.1.4、验算齿面的接触强度 ?H?ZEZHZ?2KT1u?1??189.8?2.5?cos15.362bd1u1.3?2?64.37?103?3.77?60?59.112?2.77 则?H?465.95MPa???H1??600MPa,故安全。 齿轮的圆周速度： V??d1n160?1000???59.11?32060000ms?0.99ms 对照表选8级制造精度合适。 5.2、低速级齿轮（直齿轮） 5.2.1、齿轮的精度材料选择 由于本设计为二级展开式圆柱齿轮传动运输机机构，考虑到 齿轮的传动稳定性，且低速级齿轮转速较小，采用直齿轮。该机构为一般机器，运转速度不高，查阅机械设计手册，选用8级精度。 小齿轮材料为40Cr（调质），取齿面硬度280HBS，接触疲劳极限，取,弯曲疲劳极限 ?FE1?560?620MPa,取?FE1?500MPa； 大齿轮材料为45钢（调质处理），取齿面硬度240HBS，接触疲劳极限，弯曲疲劳强度极限；二者材料硬度差为40HBS；因为减速器要求结构紧凑，故采用硬齿面组合。 初选小齿轮的齿数为，则大齿轮齿数，查表得，

5.2.2、确定许用应力 查表得，取SF?1.25,SH?1;ZH?2.5,ZE?189.8 ??F1???FE1SF?500MPa?400MPa 1.25??F2????H1????H2???FE2SF?450MPa?360MPa1.25600MPa?600MPa1550MPa?550MPa 1 ?Hlim1SH??Hlim2SH?5.2.3、按齿面接触强度计算 取载荷系数;齿宽系数 3齿轮分度圆直径为: d1?代入数据得： 2KTu?1?ZEZH?·?du????H???? ?232?1.3?169.46?102.98189.8?2.52d1?3??()mm?118.45mm0.60.98550实际传动比；模数,圆整后取。齿宽b??dd1?0.6?118.45mm?71.07mm， 取。则分度圆直径d1?mz1?5?25mm?125mm,d2?mz2?5?50mm?250mm中心距a?d1?d2125?250?mm?187.5mm 225.2.4、验算齿轮弯曲强度 齿形系数：YFa1?2.95,YFa2?2.77;Ysa1?1.56,Ysa2?1.58

32KTYY2?1.3?169.46?10?2.95?1.561Fa1Sa1?F1???45.06MPa22bmz172?5?25 则 ?F2?YFa2YSa22.77?1.58??F1??45.06MPa?42.85MPa YFa1YSa12.95?1.56则 齿轮的圆周速度： V??d1n260?1000?3.14?125?113.11ms?0.73ms 60000 设计内容 第六 章 6.1、高速轴的设计 45钢调质处理 计算及说明 结 果 轴的6.1.1、轴的材料及结构设计 设计 选取轴的材料为45号钢，调质处理。 按扭转强度法估算高速轴的直径，由[1]表14-2，取 常数，由公式(14-2)，轴的最小直径满足： dminP1.68?C?116?3mm?20.16mm； n3203 选用6306深沟且根据经验公式，高速输入轴的轴径可按与其相连球轴承 的电动机的直径D估算，,则查表得 D?28mm,d?22.4?33.6mm，又因为此轴需要安装带轮， 则需配合带轮的孔径。 选取带轮的材料为HT150或HT200，则轮毂宽,轮缘宽 B?(z?1)e?2f,(e?19?0.4mm,f?10mm,z为带轮的宽度)

，并与小带轮的数据相同，所以。 段： 考虑到该段轴安装带轮需要开设键槽，则此段轴的轴 径需在增加5%，所以 d?dmin(1?5%)?20.16?(1?5%)mm?21.168mm，圆整后 取整数为。长度。 段： 为满足带轮的的轴向定位要求，轴段右端要求制出一轴肩，故取段的直径；轴承端盖的总宽度为（由减速器和轴承端盖的机构设计而定），根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面与带轮的距离为10mm。故取。 段 此段要安装轴承，因此首先选取轴承型号，考虑到轴主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许一定的内外圈轴线偏斜量，大量生产价格最低等因素，根据[1]表16-2选用深沟球轴承。又根据设计尺寸，由[2]表18-2选用轴承型号为6306，其。并且为了防止箱体内的稀油 进入轴承内需在轴承与箱体间安装密封圈，根据密封圈的尺寸要 求，轴承的综合考虑取。 段:为满足轴承的轴向定位要求，及其与轴的配合，取 45钢调质处理 轴承型号6206 dIV?V?35mm,LIV?V?87.5mm。 段：有前面计算的齿轮分度圆直径知，齿轮的分度圆直径较小，故此段的齿轮采用齿轮轴，。 段：由右端轴承轴向固定定位需求，取直径，长度；

段：此处安装轴承 dVII?VIII?dIII?IV?30mm,LVII?VIII?LII?IV?33mm。 轴的结构及尺寸： 6.1.2、轴的受力分析及校核 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。确定轴的支点位置，对于轴承6306，由于它的对中性好所以它的支点在轴承的正中位置。因此作为简支梁的轴的支撑跨距为266.5mm。 轴上齿轮3 的圆周力： 45号钢调质处理 HL3型弹性柱销联轴器 轴承型号为6209 Ft?2T12?64.37?10?N?2258.56N， d157?径向力：Fr?Fttan??2258.60?tan20N?822.06N 作用在轴1带轮上的外力： 求垂直面的支反力： F1V?l2Fr146.5??822.06N?637.21N l1?l2146.5?42.5F2V?Fr?F1V?822.06?637.21?184.85N 求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图： Mav?F2vl2?184.85?146.5?10?3N.m?27.08N?m M?F1vl1?637.21?42.5?10N.m?27.08N?m 求水平面的支承力： 由得 'av?3

l146.5F1H?2Ft??2258.6N?1750.71N l1?l242.5?146.5 F2H?Ft?F1H?2258.60?1750.71?507.85N 求并绘制水平面弯矩图： MaH?F1Hl1?1750.71?42.5?10?3N.m?74.41N?m 'MaH?F2Hl2?507.85?146.5?10?3N.m?74.40N?m 求F在支点产生的反力： F1F?l3F86.5?1071.84?N?490.55Nl1?l242.5?146.5 F2F?F1F?F?490.55?1071.84?1562.39N 求并绘制F力产生的弯矩图： M2F?Fl3?1071.84?86.5?10?3?92.71N'MaF?F1Fl1?490.55?42.5?10?3?20.85N F在a处产生的弯矩： MaF?F1Fl1?490.55?42.5?10?3?20.85N 求合成弯矩图： 考虑最不利的情况，把与直接相加。 '22Ma?MaF?MaV?MaH?20.85?27.082?74.712?100.32N?m ''2'2Ma?MaF?MaV?MaH?20.85?27.082?74.402?100.03N?m 求危险截面当量弯矩： 从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ） Me?Ma2?(?T)2?100.322?(0.6?64.37)2?107.50N?m

计算危险截面处轴的直径： 因为材料选择调质，查课本225页表14-1得，查课本231页表14-3得许用弯曲应力，则： 3Me107.50?10d?3?3?26.17mm 0.1???1b?0.1?60因为dV?VI?45mm?d?26.17mm，所以该轴是安全的。 由以上计算所得的数据画出各不同力的图示分析轴的受力分析图如下 6.1.3、轴承寿命校核 因为采用的是深沟球轴承6306型号，查表得基本额

定动载荷，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，查课本259页表16-9，10取温度系数载荷系数，取寿命指数。按最不利考虑，则有： 2Fr1?F12637.212?1750.712?490.55?2353.62Nv?F1H?F1F? Fr2?F22v?F22H?F2F?184.852?507.852?1562.39?2102.84N 106Cft?1061?27.0?1033则Lh?()h??()?7.2年 ，60n1fPP60?3201.2?2102.84根据设计要求知，所选该轴承符合要求。 6.2、中间轴的设计 6.2.1、轴的材料及结构设计 选取轴的材料为45号钢，调质处理。 按扭转强度法估算高速轴的直径，由[1]表14-2，取常数，由[1]公式(14-2)，轴的最小直径满足： dminPP1.59?C?C2?116??28mm； nn2113.11333考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许一 定的内外圈轴线偏斜量，大量生产价格最低等因素，根据[1]表16-2选用深沟球轴承。又根据设计尺寸取，由[2]表18-2选用轴承型号为6206，其，。 1、拟定轴的结构方案如图：

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