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湖南族业大学工学就课程设计说明书课程名称机械设计题目名称二级同轴式圆柱齿轮减速器装置设计班级2006级机制班2姓名邹联科学号200640601230指导教师杨文敏老师评定成绩教师评语指导老师签名:年月aa/°分度圆弦齿厚
3.
923.
933.
923.93/mm分度圆弦齿高
2.
562.
522.
562.52/mm固定弦齿厚
3.
473.
473.
473.47/mm固定弦齿高
1.
871.
871.
871.87/mm公法线跨齿数K312312公法线长度Wk
19.
2988.
3419.
2988.34齿顶高系数ha*
1.
000.25顶隙系数C*20压力角a/°齿距累积公差
0.
043460.
079000.
043460.07900FP齿圈径向跳动
0.
035680.
051330.
035680.05133公差Fr公法线长度变检测
0.
028850.
038590.
028850.03859动公差Fw项目齿距极限偏差
0.
015190.
016990.
015190.01699fpt土齿向公差Fp
0.
015980.
006300.
015980.00630中心距极限偏
0.02953差fa±接触强度极限应力
960450960546.3强度CHlim/MPa校核抗弯疲劳基本数据值GFE/MPa
480320480443.8接触疲劳强
1339627.
71325.
1754.1度许用值[oH]/MPa弯曲疲劳强度许用值
611.
1407.
4611.1565[op]/MPa接触强度计算应力ow/MPa
546719.1弯曲疲劳强度
109.
1101.
5170.
5158.7计算应力OF载荷类型静强度圆周力Ft/N
1914.
3337651.667齿轮线速度
4.
5871.113强度V使用系数校核
1.00动载系数Kv
1.845Ka相关齿向载荷分布齿间载荷分布系数系数
1.
0001.318系数Knp KHa应力校正系数
1.
578321.78953复合齿形系数Yfs
4.
24543.95087Ysa
5.从动轴及轴上零件的设计1低速轴和轴上滚动轴承以及键连接的设计由前面计算可得了9=
300.11N•m P/〃=
2.74kw n=
87.19r/minni
①、求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为d=245mm2圆周力Ft=
7651.667N所以F=铝=2*30021=74i
3.657Nd245x10-32F=F tana=
7413.657xtan20°=
2698.35Nr zFn=-5-=7413657=7889449;vcosa cos20°F〃=0N圆周力F,径向力F如图示Fr
②、初步确定轴的最小直径按课本15-3初步估算轴的最小直径选取轴的材料为40Cr,调质处理由于轴的转速较低，根据教材取，大齿轮用平键安装，所以在计算时应在原来的数值上，轴径增大5%〜7%,所以最小直径应乘以
1.05,则轴的最小直径t7=
1.0543—=
1.05x100x3^21=
48.09mmmin呷%V
87.19
③、联轴器的选择输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器合理连接,故需同时选取联轴器的型号查教材表14-1,选取坞=
1.3=
1.3x
300.11=
1192.672A^m计算转矩应小于联轴器公称转矩,所以查《机械设计手册》选取LX4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为2500，联轴器的孔径选取50nlm,轴孔长度L=84mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度Ll=112mmo
④、低速轴联轴器上键的选择和计算选取平头平键，材料取45号钢，按静载荷计算取=140MPa据装联轴器处d=50mm,可取键宽b=14,键高h=9取L=64mmo o2TxlO3_2x
300.11x1000=
127.42MP〃[b〃-
4.5x64x50kid键的工作长度l=L=64mm,接触高度k=
0.5h=
4.5mmo故合适标记为:GB/T1096键B14X9X64
⑤、根据轴向定位的要求确定低速轴的各段直径和长度由上知dl-2=50mm为了满足联轴器的要求的轴向定位要求，轴1一2段右端需要制出一轴肩，故取直径半联轴器与轴配合的毂孔长度Ll=112mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1—2段的长度应比L1略短一些,现取11-2=Ll=84mmo
⑥、滚动轴承的选择因轴只受到径向力和圆周力的作用，故选用深沟球轴承参照工作要求并根据，在机械设计手册中初步选取6211型轴承，其尺寸为故d2-3=d6-7=55mm轴承采用套筒和端盖0进行轴向定位其尺寸根据箱体确定，这里取取套筒宽度为
14.5mm,为了使齿轮可靠地压紧套筒端面，此轴段应略高于套筒的高度，取二者的高度差为2nim,则取安装齿轮处的轴段d4-5=64mm,已知齿轮的齿宽为55nlm，为了保证键的连接强度，取轮毂宽度为60mm,所以14-5=58mmo齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高h
0.07d=
4.48,取h=6mm,则轴环处的直径d5-6=76mm轴环宽度b
21.4h,取最右端取轴承宽度，即轴的结构与装配图如下所示84―6758PIA56D14x9x
41985550.5对于输入轴和中k间轴,其设计方法类似
⑦、大齿轮上键的选择和计算选取平头平键，材料取45号钢，按静载荷取=140MPa据d=64mni,可取o键宽b=18,键高h=llMX L=52mm键的工作长度l=L=52mni,接触高度ok=O.5h=
5.5mmo校核其强度2Txi3-------------------------------2x
300.11x10001小»一小—-a=-----------------------------------==
100.274MPa=140MPanKid
5.5x52x64L7JP符合强度要求，故合适标记为GB/T1096键B18X11X52
⑧、轴上的载荷分析首先根据结构图作出轴的计算简图，确定顶轴承的支点位置时，查《机械设计手册》，对于深沟球轴承,支点取轴承的中心l=98mm;l=55mm;l=
50.5mm;A B c£=—L^=
7413.657=
3548.72NFl+l
105.5NH Bc=—^—F,=7413,657x^-=
3864.94NFNH2NH2l+l
105.5B cF=
2698.35x=
1291.63NrW1l+l r
105.5Bc£=—L=
2698.35x=
1406.72NFM2I1〃
105.5+D C=
7413.657X55=
407751.14N・mmM=FNH/BHM=F l=
1291.63x55=7103965N.mmv NVXBM=A/
407751.142+
71039.652=
413893.25N•加根从结构图以及弯矩合扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面现将计算出的C处的水平面H垂直面V、及的值列于下表中载荷=
3548.72N丁二
1291.63NFNH\支反力F与哂=38M.94N加2=
1406.72N=407751A4N-mm n弯矩MMHM v=
71039.65N-mm总弯矩M=d40775L142+
71039.652=
413893.25N-mm扭矩T T3=300110N•〃仍2
⑨、按弯曲扭转合成应力校核轴的强度根据上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力_河+叫2_
415026.622+
0.6x9174402O4X wJLJLW
0.1x643轴材料为40Cr,调质处理，其[]=70MP
26.3MPa,所以此轴安全⑩、精确校核轴的疲劳强度
1、判断危险截面截面1,A,2只受扭矩作用所以1,A,2无需校核从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面B和D处过盈配合引起的应力集中最严重，从受载来看，截面C上的应力最大截面B的应力集中的影响和截面D的相近，不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核截面C上虽然应力最大，但是应力集中不大，而且这里轴的直径最大，故C截面也不必做强度校核，截面
5.
6.7显然更加不必要做强度校核由第3章的附录可知，键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而，该轴只需校核截面4左右两侧即可⑵、截面4左侧抗弯系数W=
0.1J3=
0.1X603=21600mm3抗扭系数W=
0.2d3=
0.2x63加加43200m77T=55—28截面4左侧的弯矩M为M=
415026.62x N-mm=203740N・mm55截面4左侧的扭矩7；为r=300110A^-mm3M203740=9A3MPa~W21600截面上的弯曲应力=2].24MPa截面上的扭转应力300110轴的材料为40Cr,调质处理查表15-1得:-43200a=135MPH b.=355MP=200MPT.-1ci—\a因二==
0.033—=
1.07d60d60查教材表，经插值后得a=
2.0a-l.31G r又查教材图得轴的材料的敏性系数为,=
0.87；故有效应力集中系数为心=l+%—l=l+
0.85x
2.0—1=
1.85左=1+/⑻-1=1+
0.87x131-1=
1.27尺寸系数，扭转尺寸系数轴按磨削加工，则表面质量系数为综合系数二我+—--1=
2.
820.91k
11.271i-T/r tK=^+--------1=------+--------1=
1.62j
30.
830.91「合金钢的特性系数，取
0.2，取
0.1安全系数Sc355一1=
13.
352.82x
9.43+
0.2x0K产200S=
10.
951.62x^^+
0.1x^^22二S》二
13.35x
10.95==2s=
2.5故它是安全的846卮+S；V
13.352+
10.
9523、截面4右侧抗弯系数W=
0.16/3=
0.Ix643=2621477im3抗扭系数W=Q.2d^Q.2x643=52429加加3T截面4的右侧的弯矩M为55—28M=
415026.62x-----------N・mm=203740N・mm55T=3OO1ION-mm3截面7的下侧的扭矩73为M203740——=---------=
7.7QMPaW26214截面上的弯曲应力截面上的扭转应力二生二也❷™叫52429因此处为过盈配合，查表用差值法得k k取工=
0.8^=
0.8x
3.23=
2.584又由上知^^二4二男*1i综合系数K=-^+——1=
3.23+-----------1=
3.33TJ
4.91K=^+---1=
2.584+—--1=
2.68J A
0.91安全系数S03L=--------------------------=------------------------------------=1J./ZKQq+cpa
03.33x
7.77+
8.22kQa+叫
2.68x火+
0.lx史225-S°S_
13.72x
8.22_795g=25T»ca I~~~I~~/・UD—J乙・OJs；+s；V
13.722+
8.222故该轴在截面4右侧的强度也是足够的
6.箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT150）制成
1.机体有足够的刚度在机体凸起的地方加肋，增强了轴承座刚度
2、考虑到机体内零件的润滑，密封散热因其传动件速度小于12m/s,故采用浸油润油为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为要高
3.机体结构有良好的工艺性铸件壁厚为10,圆角半径为R=3机体外型简单，拔模方便
4.对附件设计油标油标位置应在便于观察减速器油面及油面稳定之处油尺安置的部位不能太低，密封性要好，以防油从游标中溢出由于机器工作在工地上,而且用来搅拌水泥,所以不需要视孔;对于放油孔也是不需要的，因为底座上装的有螺丝用来方便拆卸的，因此也可以用做放油孔，节省了材料和减少加工的麻烦.类似的吊环之类的附件也不需要,没有实际的意义,因为传动装置是固定在支架上了，不需要单独的移动,所以省略掉吊环装置.计算结果符号计算公式取值减速器机体结构尺寸如下名称箱座壁厚8b=
0.025a+
3286.84mm10mm箱盖壁厚加=
0.027+
386.08mm10mm箱盖凸缘厚度瓦b[=
1.5g15mm15mm箱座凸缘厚度b15mm15mm箱座底凸缘厚度b2b=
2.5525mm25mm2地脚螺钉直径d于d=
0.036a+
1217.54nlm18mmf地脚螺钉数目n a2500寸〃=44轴承旁连接螺栓直径44=
0.75%
13.15mm16mm机盖与机座联接螺栓d d=
0.5〜
0.6d,9mm10mm22直径“3d=
0.4〜
0.5d8mm8mm3f轴承端盖螺钉直径定位销直径d d=
0.7〜
0.868mm8mm2连接螺栓乙的间I150〜200200mm距视孔盖螺钉直径%=
0.3〜0Ad
7.2mm8mmf,,至外机壁距离G查机械课程设计指导书24mm,至凸缘边缘距离g查机械课程设计指导书22mm外箱壁至轴承座端面k l^C+C+8-1212距离
36.5mm大齿轮顶圆与内箱壁Z
1.25距离12mm齿轮端面与内箱壁距八26离10mm箱盖、箱座肋厚m m=m=
0.8532}
28.5mm
12.75mm
7、润滑密封设计对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于闭式的，且传速较低，v12m/s,所以采用浸油润滑润滑油选用L-AN15,装至规定高度H=30mm/=10mm所以油的深度为H+/2尸30+10=40mni密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为密封的表面要经过刮研而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性设计小结U!机械设计课程设计是培养学生机械设计能力的技术基础课，本次机械设计的课程设计主要有以下收获通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握了机械设计的一般规律，树立了正确的设计思想学会从机器功能的要求出发，合理选择执行机构和传动机构的类型，制定传动方案，合理选择标准部件的类型和型号，正确计算部件的工作能力，确定其尺寸，形状，结构以及材料，并考虑制造工艺，使用和维护，经济和安全问题，培养机械设计能力，过课程设计，学习运用标准，规范，手册，图册和查阅科技文献资料以及计算机应用能力，培养机械设计的基本技能和获取相关信息的能力五参考文献［1］吴宗，泽罗圣国.机械设计课程设计手册［M］.2版.北京高等教育出版社,2006［2］濮良贵,纪名刚.机械设计［M］7版.北京.高等教育出版社.2008［3］吴宗泽.机械零件设计手册［M］北京.机械工业出版社.2004［4］潘淑清.几何精度规范学［M］北京.北京理工大学出版社.2003
一、设计任务书...2系统总体方案设计
21.原动机选择
22.确定传动装置的总传动比和分配传动.....
45.从动轴及轴上零件的设计
10.箱体结构的设计
1667.润滑密封设计17四设计小结18五参考资料18设计任务书
一、要求设计一带式运输机传动装置
1.式运输机工作原理带式运输机传动示意图如图1-1所示
2.已知条件1）工作条件两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35℃；2）使用折旧期8年；3）检修间隔期四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；4）动力来源电力，三相交流，电压
380、220V；5）运输带速度允许误差±5%；6）制造条件及生产批量一般机械厂制造，小批量生产
3.设计数据运输带工作拉力F=2200N,运输带工作速度v=L lm/s,卷筒直径D=240nini（注:运输带与卷筒之间及卷筒轴承的摩擦影响已经在F中考虑）
4.传动方案二级同轴式圆柱齿轮减速器
5.设计任务减速器装配图一张；零件工作图四张（齿轮、轴、箱体、箱盖）；设计说明书一份系统总体方案设计
二、总体设计方案见图如图1-2所示图1-1图1-2设计步骤
三、
1.原动机选择总效率=x X
0.99=
0.98其中为齿轮的效率，为滚动轴承的效率，为联轴器（齿轮为7级）的效率输出功率P„=FXV=2200X
1.1=
2.42KW电动机所需工作功率为Pd=Pw/n a=
2.42/
0.98=
2.47kW,综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,选定型号为Y100L1—4的三相异步电动机，额定功率为3KW满载转速1430r/minoO
（1）
2.确定传动装置的总传动比和分配传动比
（2）总传动比60x1000xv60x1000xl.l〃/=
87.58r/m,/几.俯=--------------------------------------=--------------------------------------
3.14x240滚筒加滚筒由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=nm/n=1430/87,58=
16.3（）分配传动装置传动比21=iixi2式中A,人分别为高低速齿轮的传动比••・在同轴式二级圆柱齿轮减速器中.初步取=4,则减速器传动比为==
16.3/4=
4.075根据各原则，=4,=
4.075o
3.计算传动装置的运动和动力参数（）各轴转速1%=—1430r/minn=〃//，]=1430/4=
357.5r/minnn=〃〃/i=
357.5/
4.075=
87.58r/minH[2n-n=
87.58r/minlv ul（）各轴输入功率2Pl=p X〃3=3X
0.99=
2.97kWd=P/X几X r（2=
2.97X
0.98X
0.98=
2.85kWP川=3X〃XT|2=285X
0.98X
0.98=
2.74kW则各轴的输出功率P=P xo.98=
2.91kWf fP=P xo.98=
2.79kWn nP=P XO.98=
2.685kWni lu（）各轴输入转矩3TifXioXl N-m电动机轴的输出转矩7；=9550c■=9550X3/1430=
20.03N-m所以T/=7；X〃3=
19.83N・mT=7/X z；X X7=
19.83X4X
0.98X
0.98=
76.13N-mf/2T=T〃X iX〃X7/=
76.13X
4.075X
0.98X
0.98=
300.11N-mni22输出转矩=X
0.98=
19.43N•mT；］=T XO.98=
74.60N-mn70=T/X
0.98=
294.HN-m功率P KW转矩T Nm运动和动力转速r/min输入输出输入输出参数结果如下表轴名电动机轴
320.0314301轴
2.
972.
9119.
8319.4314302轴
2.
852.
7976.
1374.
60357.53轴
2.
742.
69300.
11294.
1187.584轴
87.581）
4.齿轮的设计（使用寿命Lh=360X16X8=46080h）2）高速级齿轮传动的设计计算根据设计要求，选用直齿圆柱齿轮传动由于减速器的结构是同轴式二级减速器,所以两级齿轮在齿数和模数应相等在初步设计时考虑模数在2〜4nlm而小齿轮的分度圆直径不是很大，考虑他的强度要求，把小齿轮同轴放在一起加工，做成齿轮轴的形式根据前面算出的轴的转速、传递功率、扭矩及传动比，用机械设计手册软件进行辅助设计
①材料选择高速级小齿轮选用45调质后表面淬火，硬度取值范围为217〜255HBS,齿面硬度为250HBS；取小齿齿数=24,高速级大齿轮选用45调质处理，硬度取值范围为217〜255HBS,齿面硬度为220HBS,Z=iXZ=
4.075X24=
97.8取Z=98
②齿轮精度输送机为一般工作机器，速度不高，故按GB/T10095—1998,选择7级精度
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计d
2.23J孕x四x且J-[t〃6/\储确定各参数的值
①初选K,二L3；
②由教材表10-7选取齿宽系数内=
1.0；\_
③由教材表10-6查得材料的弹性影响系数Z E=
189.8的2”
④由教材图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=550加尸；大齿轮的接触疲劳强度极限“血2=47OMP”;
⑤计算应力循环次数O
4.42xlQ8N,==
1.07xl08hN
24.12N|=60ri]儿=6OX143OX1X16X360X8=
4.42X10h；
⑥查教材图10T9得K=
0.90K=
0.96
⑦齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数s=l,得[]KHNOH=SMSSO=495Mp4S1H[]K-2bmim2=696x470=45l2MPaH2S
13.设计计算
①试算小齿轮的分度圆直径d，代入中较小的值3I--------------------------7c ccKI U±1/Z尸、2d
2.23——x—Hlt叱=
2.233J.35-
742104.X X XX=
56.7mmV
14.
12451.2/id1n
56.7x1430tm!s=
4.33m/s-60x100060x1000
②计算圆周速度u
③计算齿宽bb=x d=1x
56.77W72=
56.7/WT]t
④计算齿宽与高之比2h模数m==I=
2.363mmZ124齿高h=
2.36m=
2.25x
2.363mm=
5.32mmt-=—=
10.66h
5.32
⑤计算载荷系数根据丫=
4.33根/s,7级精度，由教材图10-8查得动载系数Ky=l.15；直齿轮，；由教材表10-2查得使用系数K A=1;由教材表10-4用插值法得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，；由，查教材图10-13的故载荷系数K=KJy K“a K”夕=1X
1.15X1X
1.312=
1.508815088=5959/加
1.3
⑥按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径3
⑦计算模数外=
56.7X
459.59cm,=—=--------=
2.48/7im〃Z124根据设计所得取，则dl=
2.5X24=60mm
4.齿根弯曲疲劳强度设计弯曲强度的设计公式m J至3工Yow［分］1确定公式内各计算数值
①由教材图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限=380MRz；大齿轮的弯曲疲劳强度极限/E2=320MRZ
②由教材图10T8取弯曲疲劳寿命系数，；
③计算弯曲疲劳需用应力取弯曲疲劳安全系数S=
1.40・87x380=23614二S
1.42二=0・9X320=
205.71KFN2FF
21.4
④计算载荷系数KK=降—心七夕=1X
1.15X1X
1.38=
1.587
⑤查取齿形系数丫所和应力校正系数Aa查教材表10-5得齿形系数％]=
2.65Y=
2.17Ea2M并加以比较回]L
⑦计算大小齿轮的
⑥查取应力校正系数4i=l・58几2=1・78小”3错—作冷•⑻8大齿轮的数值大2设计计算2x
1.587x
5.742x14x
0.01878mm=
1.81mmlx242
①计算模数对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可去由弯曲强度算得的模数
1.81,经圆整后再考虑其他的影响因素，可取m=
2.5mm,按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=
59.59来计算应有的齿数得d59SQ」=二二L=
23.83圆整后取z尸24；z=
4.075X24=
97.8圆整后取z2=98乙LIm
2.5
②几何尺寸计算计算大、小齿轮的分度圆直径4==24x
2.5=60和机d=z m=98x
2.5=245mm22d+d^60+245,.x计算中心距a=--------------------------------=------------=
152.5mm计算齿轮宽度b=
①“4=1x60=60mm取飞速级齿轮的基福高速级齿轮低速级齿轮翁与高速级的婚漫目同，只是再取收小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮由所不同，以加朋足传动的强度七，用机械设计/型件版
3.0进行车版设计得到设计9艘整理如下表、传递功率
2.
852.74P/kw传递转矩T/
76.
13300.11Nm转速n/r/min
1430357.
5357.
587.19传动比i
44.075齿面啮合类型软硬齿面软硬齿面4545材料及热处理45调质37SiMn2MoV调质表面淬火表面淬火模数/mm
2.5齿数Z24982498齿轮齿宽系数
①d
1.
000.
2221.
000.222基本中心距a/mm
152.
5152.5参数齿数比
4.
1254.125重合度£
1.
726651.72665分度圆直径6024560245d/mm齿根圆直径
53.
7241.
2553.
7241.25df/mm齿顶圆直径
65252.
565252.5da/mm齿顶高ha/mm
2.
52.
52.
52.5齿根高hf/mm
3.
1253.
1253.
1253.125齿顶压力角
29.
8422.
9129.
8422.91。
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