机械设计基础课程设计 二级齿轮减速器设计..

中国矿业大学

《机械设计基础课程设计》说明书设计题目：二级齿轮减速器设计

学院：xxxx

班级：

设计者：xxx

学号：xxxxxxxx

指导老师：xxx

完成日期：2011年7月6日

目录

第一部分设计任务书 (2)

1.1 机械设计课程设计目的

1.2 机械设计课程设计内容

1.3 机械设计课程设计的步骤

第二部分设计题目 (5)

第三部分电动机的选择 (6)

3.1 电动方案的分析与拟定

3.2 电动相关参数选择与计算

第四部分齿轮参数计算 (9)

4.1 齿轮设计方案的分析与拟定

4.2高速级齿轮的选择与校核

4.3低速级齿轮的选择与校核

第五部分各轴参数核算 (15)

4.1 参数核算原因

4.2轴参数核算

第六部分联轴器的选择 (17)

6.1高速轴连轴器

6.2低速轴联轴器

第七部分减速器内轴的设计 (18)

7.1高速轴的设计

7.2中间轴的设计

7.3低速轴的设计

第八部分电动机箱体设计 (19)

第九部分设计感想 (20)

第一部分设计任务书

1.1 机械设计课程设计目的

机械设计课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性教学环节，其基本目的是：

1、通过机械设计课程的设计，综合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。

2 、学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。

3、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。

1.2 机械设计课程设计内容

选择作为机械设计课程的题目，通常是一般机械的传动装置或简单机械。课程设计的内容通常包括：确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联接件的选择及校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书，我在在设计中完成了以下工作：

①减速器装配图1张（A1图纸）；

②零件工作图2张(低速级齿轮轴、高速级轴，A3图纸）；

③减速器设计说明书1份。

1.3 机械设计课程设计的步骤

机械设计课程设计的步骤通常是根据设计任务书，拟定若干方案并进行分析比较，然后确定一个正确、合理的设计方案，进行必要的计算和结构设计，最后用图纸表达设计结果，用设计计算说明书表示设计依据，我按照机械设计课程设计一般步骤进行了如下所述的几个阶段：

1.3.1 设计准备

①分析设计计划任务书，明确工作条件、设计要求、内容和步骤；

②了解设计对象，阅读有关资料、图纸、观察事物或模型以进行减速器装拆试验等；

③熟悉课程有关内容，熟悉机械零件的设计方法和步骤。

④准备好设计需要的图书、资料和用具，并拟定设计计划等。

1.3.2 传动装置总体设计

①确定传动方案——圆柱斜齿齿轮传动，画出传动装置简图；

②计算电动机的功率、转速、选择电动机的型号；

③确定总传动比和分配各级传动比；

④计算各轴的功率、转速和转矩。

1.3.3 各级传动零件设计

减速器内的传动零件设计，其中主要是齿轮传动。

1.3.4 减速器装配草图设计

①选择比例尺，合理布置试图，确定减速器各零件的相对位置；

②选择联轴器，初步计算轴径，初选轴承型号，进行轴的结构设计；

③确定轴上力作用点及支点距离，进行轴、轴承及键的校核计算；

④分别进行轴系部件、传动零件、减速器箱体及其附件的结构设计。

1.3.5 减速器装配图设计

①标注尺寸、配合及零件序号；

②编写明细表、标题栏、减速器技术特性及技术要求；

③完成装配图。

1.3.6 零件工作图设计

①齿轮类零件工作图；

②轴类零件工作图。

第二部分设计题目

第三部分 电动机的选择

3.1 电动方案的分析与拟定

由于该减速器的工作环境为井下，工作环境较为恶劣，并伴有中等的载荷冲击，应选用较为耐用，可靠性佳的方案，综上采用三相鼠龙式异步电动机和圆柱齿轮传动。

3.2 电动相关参数选择与计算

设计计算及说明

结果 A ．因已知数据F( kN)=15，v(m/min)=40，D(mm)=600 故可计算得工作机所需功率 kw p w 25.81000

1

.17500=?=

考虑到传动过程中存在传动效率问题，涉及到传动效率如下：

名称 效率

弹性联轴器 99.01=η

刚性联轴器 975

.02

=η

圆柱齿轮传

动 99.03=η

滚筒轴传动

99.04=η

由此可计算得传动装置的总效率 895.0443321==ηηηηη总 电动机所需功率 kw P p w

d 218.9==总

η

B.滚筒的工作转速 min /285.55380

1

.1*100060r n w =??=

π

电动机转速 min /)274.1990567.496()369(*d r n n w

--=--=

kw p w 25.8=

895.0=总η

kw p d 218.9=

C.由此可以选择电动机，具体参数如下表：

同步转速 1500r/min —4级电动

机

型号 Y160M-4 额定功率 11kw 满载转速 1460r/min 堵转转矩 2.2 最大转矩 2.2 工作转速

52.11r/min

D.计算相关参数 a. 传动比

总传动比 41.26285.551460*3412====i i n n i w

m 总

又因为存在经验公式 3412)5.13.1(i i --=

所以可以计算得到高速传动比i 12=5.86，低速传动比i 34=4.51

b.各轴功率

高速轴 kw

p p d 126.9218.9*99.0*11===η

中速轴 kw p p 809.8975.0*99.0*126.9**3112===ηη 低速轴 kw p p 503.8975.0*99.0*809.8**3123===ηη c.转速

高速轴 min

/14601r n n ==额

中速轴 m in /147.24986.5/1460/112r i n n === 低速轴 m in /243.5551.4/147.249/223r i n n ===

d.扭矩

高速轴 Nm

n p T 694.59/*10*95501131==

中速轴 Nm n p T 656.337/*10*95502232== 低速轴 Nm n p T 332.1360/*10*95503333== 综上所述，可总结相关参数如下表：

轴 号

功率P （KW ）

转矩T/(Nm) 转速

n/(r.min -1)

高速轴 9.126 59.694 1460 中速轴 8.809 337.656 249.147 低速轴

8.503

1360.332

55.243

第四部分齿轮参数计算

4.1 齿轮设计方案的分析与拟定

因本设计题目工作环境为井下，工作环境较为恶劣，并伴有中等的载荷冲击，应选用较为耐用，可靠性佳的方案，综上应采用标准式圆柱斜齿齿轮，根据硬齿面闭式齿轮传动设计准则，应先按齿面齿面弯曲强度公式进行设计计算，然后再按接触强度设计验算公式进行验算校核。

4.2高速级齿轮的选择与校核（斜齿轮）

设计计算及说明结果A.计算齿数

取小齿轮齿数Z1=21，则大齿轮Z2=Z1* i12=21*5.86=123.06

故取大齿轮齿数Z2=124，则i12真= Z2/Z1=5.905

由此可计算得i34= i总/i12真=26.41/5.905=4.472

B.选取材料

小齿轮材料用40Cr钢，表面淬火，齿面硬度48～55HRC

大齿轮材料用40MnB钢，表面淬火，齿面硬度45～55HRC

C.相关参数

查表可得如下数据：

最小安全系数S H = 1.25, S F=1.6

弹性系数Z E=189.8，Z H=2.5，Zβ=（cosβ）1/2

齿轮宽度系数φd=0.8

载荷系数K=1.6

初选螺旋角β=15o

D.寿命系数

由题，使用寿命为5年(以350天计)，每天工作10小时,故小齿轮工作时间 t1=5*350*10*60*1460=1.533*109min

大齿轮工作时间 t2=5*350*10*60*259.325=2.402*108min 查表可得寿命系数τ 1 = 0.93 τ2= 1.06

E.许用接触应力

小齿轮接触疲劳极限σHlim1=1200 Mpa

弯曲疲劳极限σF1=720 Mpa

大齿轮接触疲劳极限σHlim2=1180 Mpa

弯曲疲劳极限σF2=700 Mpa

计算许用接触应力:

[σH1]= τ1σH1/ S H = 892.8 Mpa

[σH2]= τ2σH2/ S H = 1000.64 Mpa

[σF1]= τ1σF1/ S F = 418.5 Mpa

[σF1]= τ2σF2/ S F = 463.75 Mpa

齿形系数 Z V1=Z1/ cos3β=21/ cos315o= 23.302

Z V2=Z2/ cos3β=124/ cos315o= 137.591 查表可得外齿轮的齿形系数Y Fa1=2.78, Y Fa2=2.19

外齿轮的齿根修正系数Y Sa1=1.58, Y Fa2=1.83 因为Y Fa1*Y Sa1/[σF1]=1.050*10-2> Y Fa2*Y Sa2/[σF2]=8.442*10-3 所以应对小齿轮进行弯曲强度计算

F.小齿轮计算

法向模数m n≥[2*K*T1*Y Fa1*Y Sa1*cos2β/(φd*[σF1]* Z12)]1/3=1.685

取法向模数m n=2.5，则有中心距a=m n*(Z1+Z2)/(2* cos β)=187.644mm

取中心距为整，故a=188mm

校核螺旋角β=arcos[m n *(Z1 +Z2)/(2* a)]=15.40o

分度圆直径 d1= m n *Z1/cosβ=54.455mm

齿轮宽度b1=φd* d1=43.564mm

取小齿轮齿宽b1=b+5～10mm,取 b1=45mm,大齿轮齿宽b2=40mm G.验算齿根应力

σH1 =Z E*Z H*Zβ*[2*K*T1*(1+i总)/(b*i总*d12)]1/2 =605.864 Mpa <[σH1]

符合强度要求，所以齿数选择正确，为安全状态。

综上所述，可得高速端齿轮相关参数如下如下

Z1Z2

模数m 2.5 2.5

齿数21 124 分度圆直径d(mm) 54.455 321.545

齿顶圆直径d a(mm) 59.455 326.545

齿根圆直径d f(mm) 48.205 315.625

齿宽(mm) 45 40 齿全高(mm) 5.625 5.625 螺旋角 15.4

15.4

中心距(mm)

188

4.3低速级齿轮的选择与校核(直齿轮)

设计计算及说明

结果

A.选取材料

小齿轮选用45#钢调质，齿面硬度为250HBS ； 大齿轮选用45#钢正火，齿面硬度为220HBS 。

B.相关参数

查表可得如下数据：

最小安全系数 S H = 1.1, S F =1.3 接触疲劳极限σHlim1/MPa

lim 3

550H Mpa σ

= lim 4

540H Mpa σ

=。 弯曲疲劳极限σFlim/Mpa lim 3

200F Mpa σ

=

lim 4

150F Mpa σ

=。

故： []lim 3

3

5505001.1H H H Mpa

Mpa S σ

σ=

=

=

[]lim 445404901.1H H H Mpa

Mpa S σσ===。 []lim 332001541.3F F F Mpa

Mpa S σσ=== []

lim 441501151.3

F F F Mpa Mpa S σσ=== C. 按齿面接触强度设计：

9级精度制造，查表得：载荷系数 1.2K =，取齿宽系数0.5?=

计算中心距：

033.23527

.4*5.010*353.865*2.1)490335()127.4()][335()1(33

232222=+=+≥u KT u a H ?σ

取 250a =4m =则342125a

Z Z m

+=

=取243=Z , 1044=Z 计算传动比误差：

%5%44.1%10027

.427.424101

<=?- 合适

齿宽:1252505.0=?==a b ? 则取

1254=b ，130)10[]5(43=+=b b

低速级小齿轮：1254=b ；1014=Z 低速级大齿轮：1303=b ；243=Z D.验算齿轮弯曲强度： 查表得 87.23=F Y 25.24=F Y 按最小齿宽1254=b 计算：

][017.6824

412510332.13602.12232

332333

F F F Mpa z bm Y KT σσ<=?????== ][323.53433

4

2F F F F F Mpa Y Y σσσ<=?=

安全 符合强度要求，所以齿数选择正确，为安全状态。 综上所述，可得低速端齿轮相关参数如下如下

Z 3 Z 4 模数m 4 4 齿数 24 101 分度圆直径d(mm) 96 404 齿顶圆直径d a (mm) 104 412 齿根圆直径d f (mm)

86

394

齿宽(mm) 125 130 齿全高(mm) 6.75

6.75

中心距(mm)

250

第五部分 各轴参数核算

5.1 参数核算原因

在计算齿轮时，因选择齿轮齿数必须为整数造成了传动比等传动参数的改变，在此必须进行修正。

5.2轴参数核算

设计计算及说明

结果

计算相关参数

a. 传动比 i 总真=24.85 i 12真=5.905 i 34真=4.208

b. 各轴功率

高速轴 kw

p p d 126.9218.9*99.0*11===η

中速轴 kw p p 809.8975.0*99.0*126.9**3112===ηη 低速轴 kw p p 503.8975.0*99.0*809.8**3123===ηη c.转速

高速轴 min

/14601r n n ==额

中速轴 m in /147.249905.5/1460/112r i n n === 低速轴 m in /243.55208.4/147.249/223r i n n === d.扭矩

高速轴 Nm

n p T 694.59/*10*95501131==

中速轴 Nm n p T 656.337/*10*9550223

2==

低速轴 Nm n p T 332.1360/*10*95503333==

综上所述可得如下参数：

轴 号

功率P （KW ）

转矩T/(Nm) 转速

n/(r.min -1)

高速轴 9.126 59.694 1460 中速轴 8.809 337.656 249.147 低速轴

8.503

1360.332

55.243

第六部分联轴器的选择

6.1高速轴连轴器：

T = T0 = 59.694N·m

取K A = 1.5 则

T CA = K A·T = 1.5×59.694 N·m = 89.541 N·m

又由电动机输出轴直径＝42mm

查GB/T4323-1984，选用TL7型弹性套柱销轴联轴器。

公称转矩：500N·m

许用最大转速：3600r/min

=42mm,L=112mm 主动端：Y型轴孔，A型键槽，d

1

＝40mm,L=112mm 从动端：Y型轴孔，A型键槽，d

2

6.2低速轴联轴器：

T=1360.332N·m

取K A = 1.5 则T CA = K A·T = 1.5×1360.332=2040.498 N·m 查GB/T4323-1984，选用TL6型弹性套柱销轴联轴器。

许用转矩：2000 N·m

转速：1900r/min

主动端：J轴孔，A型键槽，d

=65mm,L=100mm

1

从动端：J轴孔，A型键槽，d2＝70mm,L=107mm

第七部分 轴的设计

1、高速轴设计：

①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取[]35Mpa τ= A=100。

②各轴段直径的确定：根据课本第230页式14-2得：

d m in =A 33

1460

9.955

100?=n P =18.402mm 又因为装小带轮的电动机轴径

38

d =，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，且

()10.8 1.238

d =?所以查手册第9页表1-16取

136

d =。

L 1=1.75d 1-3=60。

240d =因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册85页表7-12取2

40d

=，L 2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。

3d 段装配轴承且32d d >，所以查手册62页表6-1取3

45d

=。选

用6009轴承。

L 3=B+3

?+2=16+10+2=28。

4d 段主要是定位轴承，取450d =。L 4根据箱体内壁线确定后在确定。

5d 装配齿轮段直径：判断是不是作成齿轮轴：

4

1 2.52

f d d e t m -=

-<查手册

51页表4-1得：

1 3.3t mm =

得：e=5.9＜6.25。

6d 段装配轴承所以6345d d ==

L 6= L 3=28。

③键的设计与校核:

根据117.65,3611==T d ，确定V 带轮选铸铁HT200，参

考教材表10-9,由于136d =在30

38范围内，故1d 轴段上采用键

b h ?：108?,

采用A 型普通键:

键校核.为L 1=1.75d 1-3=60综合考虑取

l

=50得()

[]3

144106.91037.1[]3685010p T Mpa p dlh σδσ

页表

10-10[]50

60b

σ=所选键为：:10850b h l ????

2、中间轴的设计：

①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取[]35Mpa τ=A=100。

②根据课本第230页式14-2得：

d m in =A 33

632

.2579.609

100=?=n P =32.821mm

1d 段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取1

40d =，

查手册62页表6-1选用6208轴承：

L 1=B+3

?+2

?+23?? ???

=18+10+10+2=40。

2d 装配低速级小齿轮，且21d d >取245d =，L 2=128，因为要比

齿轮孔长度少23?? ??

?

。

3d 段主要是定位高速级大齿轮，所以取360d =，L 3=4?=10。 4d 装配高速级大齿轮，取445d =

L 4=84-2=82。 5d 段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取5

45d

=，查手

册62页表6-1选用6208轴承，L 1=B+3

?+2

?+3+23?? ???

=18+10+10+2=43。

③键的设计与校核：

已知m N T d d .190.356,45242===参考教材表10-11，由于

2(44~50)d >所以取:149b h ??

因为齿轮材料为45钢。查课本155页表10-10得

[]100

120b

σ=

L=128-18=110取键长为110. L=82-12=70取键长为70 根据挤压强度条件，键的校核为：

][376.50)1470(9451000

190.359442b b dhl T σσ<=-????==

][265.34)

14100(9451000

190.359442b b dhl T σσ<=-????==

所以所选键为::14970b h l ???? :14911

b h l ???? 3、从动轴的设计：

⑴确定各轴段直径

①计算最小轴段直径。