机械设计课程设计系列——西北工业大学——二级展开式直齿圆柱齿轮减速器.doc
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西北工业大学
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机械设计课程设计论文
论文题目：
二级展开式直齿圆柱齿轮减速器
学生姓名：
学号：
学校：
专业：
指导教师：
课程设计（论文）任务书
院（系）系机电工程专业机械设计及其自动化
班级姓名学号
1.毕业设计（论文）题目：
二级齿轮减速器
2.题目背景和意义：
本次论文设计进行结构设计，并完成带式输送机传动装置中减速器装配图、零件图设计及主要零件的工艺、工装设计。
综合运用机械设计、机械制图、机械制造基础、金属材料与热处理、公差与技术测量、理论力学、材料力学、机械原理。
掌握机械设计的一般程序、方法、设计规律、技术措施，并与生产实习相结合，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，具备了机械传动装置、简单机械的设计和制造的能力。
3.设计（论文）的主要内容：
带式输送机传动总体设计；带式输送机传动总体设计；主要传动机构设计；主要零、部件设计；完成主要零件的工艺设计；设计一套主要件的工艺装备；撰写设计论文；翻译外文资料等
4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：
，地点：
主要参：
转距T=850Nm，滚筒直径D=380mm，运输带工作转速V=1.35m/s
工作条件：
送机连续工作，单向运转，载荷较平稳，空载起动，每天两班制工作，每年按300个工作日计算，使用期限10年。
具体要求：
主要传动机构设计；主要零、部件设计；设计一套主要件的工艺装备；撰写设计论文；选一典型零件，设计其工艺流程；电动机电路电气控制；翻译外文资料
等
5.毕业设计（论文）的工作量要求：
设计论文一份1.0万1.2万字
装配图1张A0，除标准件外的零件图9张A3设计天数：
四周
指导教师签名：
年月日
学生签名：
年月日
系（教研室）主任审批：
年月日
带式运输机传动装置传动系统
摘要
本次论文设计的题目是“带式输送机传动装置的设计及制造”。
进行结构设计，并完成带式输送机传动装置中减速器装配图、零件图设计及主要零件的工艺、工装设计。
本次的设计具体内容主要包括：
带式输送机传动总体设计；主要传动机构设计；主要零、部件设计；完成主要零件的工艺设计；设计一套主要件的工艺装备；撰写开题报告；撰写毕业设计说明书；翻译外文资料等。
对于即将毕业的学生来说，本次设计的最大成果就是：
综合运用机械设计、机械制图、机械制造基础、金属材料与热处理、公差与技术测量、理论力学、材料力学、机械原理、计算机应用基础以及工艺、夹具等基础理论、工程技术和生产实践知识。
掌握机械设计的一般程序、方法、设计规律、技术措施，并与生产实习相结合，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，具备了机械传动装置、简单机械的设计和制造的能力.
ABSTRACT
Thistopicdesigntopicis“thebelttypetransportstheenginedriveinstrumentthedesignandthemanufacture”.Structuraldesign,andcompletesthebelttypetotransportintheenginedriveinstrumentthereductiongearassemblydrawing,thedetaildrawingdesignandthemajorpartscraft,theworkclothesdesign.
Thistimedesignconcretecontentmainlyincludes:
Thebelttypetransportstheenginedrivesystemdesign；Maintransmissionsystemdesign；Mainzero,partdesign；Completesthemajorpartsthetechnologicaldesign；Designssetofmainimportantdocumentsthecraftequipment；Composesthetopicreport；Compositiongraduationprojectinstructionbooklet；Translationforeignlanguagematerialandsoon.
Regardingthestudentwhosoongraduates,thisdesignbiggestachievementis:
Synthesisbasictheories,projecttechnologyandproductionpracticeknowledgeandsoonutilizationmachinedesign,mechanicaldrawing,machinemanufacturefoundation,metalmaterialandheattreatment,commondifferenceandtechnicalsurvey,theoretical
mechanics,materialsmechanics,mechanism,computerapplicationfoundationaswellascraft,jig.Graspsthemachinedesignthegeneralprocedure,themethod,thedesignrule,thetechnicalmeasure,andunifieswiththeproductionpractice,raisesanalyzerandsolvesthegeneralengineeringactualproblemability,hashadthemechanicaldrive,thesimplemachinerydesignandmanufactureability.
Keywords（关键词）:
Beltconveyor（带式输送机）
Transmissiondevice（传动装置）
Design（设计）
Manufacture（制造）
目录
一、引言………………………………………………………………1
二、传动方案的拟定及说明………………………………………2
2.1、组成……………………………………………………………2
2.2、特点……………………………………………………………2
2.3、确定传动方案…………………………………………………2
三、电动机的选择……………………………………………………5
3.1、电动机类型选择………………………………………………5
3.2、电动机功率选择………………………………………………5
3.2.1、传动装置的总功率…………………………………………5
3.2.2、电动机所需的工作功率……………………………………5
3.3、确定电动机转速………………………………………………5
3.4、确定电动机型号………………………………………………6
四、计算总传动比及分配各级的传动比………………………7
4.1、总传动比………………………………………………………7
4.2、分配各级传动比………………………………………………7
五、运动参数及动力参数及传动零件的设计计算……………7
5.1、计算各轴转速…………………………………………………7
5.2、计算各轴的功率………………………………………………7
5.3、计算各轴的扭矩………………………………………………8
六、齿轮传动的设计计算…………………………………………12
6.1、选择齿轮材料及精度等级和齿数……………………………12
6.2、按齿面接触疲劳强度设计……………………………………12
6.3、确定齿轮传动主要参数及几何尺寸…………………………13
6.4、校核齿根弯曲疲劳强度………………………………………14
6.5、标准直齿圆柱齿轮的尺寸计算公式表格……………………15
七、轴的设计计算……………………………………………………16
7.1、输入轴的设计计算……………………………………………16
7.1.1、选择轴的材料，确定许用应力……………………………16
7.1.2、估算轴的基本直径…………………………………………16
7.1.3、轴的结构设计………………………………………………17
7.2、输出轴的设计计算……………………………………………21
7.2.1、选择轴的材料，确定许用应力……………………………22
7.2.2、估算轴的基本直径…………………………………………22
7.2.3、轴的结构设计………………………………………………23
八。
减速器箱体结构
九、键联接的选择及校核计算……………………………………31
9.1、输入轴与大带轮轮毂联接采用平键联接……………………31
9.2、输入轴与齿轮联接采用平键联接……………………………31
9.3、输出轴与齿轮2联接用平键联接………………………………32
9.4、输出轴与联轴器联接用平键联接………………………………33
十、联轴器的选择……………………………………………………33
十一、减速器箱体附件的选择说明…………………………………34
11.1.1、检查孔和视孔盖……………………………………………34
11.1.2、通气器………………………………………………………34
11.1.3、轴承盖………………………………………………………34
11.1.4、定位销………………………………………………………34
11.2、启盖螺钉………………………………………………………35
11.3、油标……………………………………………………………35
11.4、放油孔及放油螺塞……………………………………………35
11.5、起吊装置………………………………………………………35
十二、润滑与密封………………………………………………………36
十三、电器电路图………………………………………………………38
十四、外文翻译……………………………………………………………39
设计总结………………………………………………………46
致谢………………………………………………………………47
参考资料目录…………………………………………………48
计算过程及计算说明
一、引言
计算过程及说明国外减速器现状?
齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。
当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。
但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。
最近报导，日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国Jan-Newton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。
当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。
因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。
减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。
目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。
在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制分子发动机的尺寸在纳米级范围如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。
二、传动方案拟定及说明
要求：
输送机连续工作，单向运转，载荷较平稳，空载起动，输送带速度允许误差±5%，滚筒效率0．96，每天两班制工作，载荷平稳，环境要求清洁,每年按300个工作日计算，使用期限10年。
2.1组成：
传动装置由电机、减速器、工作机组成。
2.2特点：
齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。
2.3确定传动方案：
考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。
其传动方案如下：
1）外传动为V带传动。
2）减速器为同轴式二级圆柱齿轮减速器
3）方案简图如下：
该方案的优缺点：
减速器横向尺寸较小，两大吃论浸油深度可以大致相同。
结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，中间轴承润滑较困难。
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之—。
本设计采用的是单级直齿轮传动。
原始数据：
输送带拉力F=2000N；带速V=1.3m/s；滚筒直径D=180mm。
三、电动机选择
1、电动机类型的选择：
Y系列三相异步电动机（工作要求：
连续工作机器）
2、电动机功率选择：
3、
（1）传动装置的总功率：
（查指导书附表2.2）
=
=0.90
（2）电机所需的工作功率：
Pd=FV/1000η=3.5
3、确定电动机转速：
计算滚筒工作转速：
n筒=60×1000V/πD=60×1000×1.35/π×380=67.89r/min
按指导书P7表2.1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i齿轮=3～4。
。
故电动机转速的可选范围为nd=i总×n筒=（9～16）×67.89=（610.96～1086.24）r/min，符合这一范围的同步转速有750r/min、和1000r/min。
根据容量和转速，由指导书附表10查出有三种适用的电动机型号，其技术参数及传动比的比较情况见下表：
表2.1传动比方案
动比方案
电动机型号
额定功率（KW）
电动机转速（r/min）
传动装置的传动比
同步
转速
满载
转速
总传
动比
1
Y160M1-8
4
750
720
10.61
2
Y132M1-4
4
1000
960
14.14
4、确定电动机型号
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比，可知方案1比较合适（在满足传动比范围的条件下，有利于提高齿轮转速，便于箱体润滑设计）。
因此选定电动机型号为Y132S-6，额定功率为Pd=4KW，满载转速n电动=960r/min。
电动机型号
额定功率
满载转速
启动转矩
额定转矩
最大转矩
额定转矩
Y132M-6
4KW
1000r/min
2.2
2.2
四、计算总传动比及分配各级的传动比
1、总传动比：
i总=n电动/n筒=960/67.89=14.14
2、分配各级传动比
（1） 据指导书P7表2.1，取齿轮i齿轮=3（单级减速器i=3~5之间取4.22、合理，为减少系统误差，）
（2） ∵i总=i齿轮×i带
∴i带=i总/i齿轮=14.14/4.22=3.35
五、运动参数及动力参数计算
1、计算各轴转速（r/min）
n电动=960r/minIII
/i齿轮=960/4.22=227.49r/min
2、计算各轴的功率（KW）
PI=Pd×η带=4×0.99=3.96KW
PII=PI×η齿轮轴承×η齿轮=3.96×0.99×0.97=3.8KW
PIII=PII×η齿轮轴承×η联轴器=3.8×0.99×0.97=3.65KW
3计算各轴扭矩（N·mm）
=9550×Pd/n电动=9550×4/960=39.79N·mm
TI=9550×PI/=9550×3.96/960=39.39N·mm
TII=9550×PII/=9550×3.8/227.49=159.54N·mm
TIII=9550×PIII/=9550×3.65/67.91=513.29N·mm
六、齿轮传动的设计计算
1）选择齿轮材料及精度等级和齿数
考虑减速器传递功率不大，按课本P142表10-8及10-9选，以齿轮采用软齿面。
小齿轮选用45#钢，齿面硬度为230HBS。
大齿轮选用45#钢，正火，齿面硬度190HBS；根据表选7级精度。
齿面精糙度Ra≤1.6～3.2μm。
取小齿轮齿数Z1=25。
则大齿轮齿数：
Z2=i齿Z1=4.2×25=105.5
2）按齿面接触疲劳强度设计
由课本P147式（10-24）d1≥【kT1（u+1）/φdu[σHP]2】1/3
确定有关参数如下：
传动比i齿=u=4.2
由表10-12 取φd=1
转矩 TI=9550×P1/n1=9550×3.96/960=39393.75N·m
载荷系数k由课本P144 取k=1.2
许用接触应力σHP，由课本P150图10-33查得：
σHlim1=650Mpa σHlim2=570Mpa
[σHP1]=0.9σHlim1=0.9×650Mpa=585Mpa
[σHP2]=0.9σHlim2=0.9×570Mpa=513Mpa
取[σHP]=513Mpa
故得：
d1≥【kT1（u+1）/φdu[σHP]2】1/3
=[×1.2×39393.75×（4.2+1）/0.9×4.2×5132]1/3mm
=50.5mm
3）确定齿轮传动主要参数及几何尺寸
模数：
m=d1/Z1=50.5/25=2.02mm
根据课本P130表10-2取标准模数：
m=2.5mm
分度圆直径d1=mZ1=2.5×25=62.5mm
d2=mZ2=2.5×106=265mm
传动中心距 a=m（Z1+Z2）/2=2.5（25+106）/2=163.75mm
齿宽 b2=b=φd×d1=1×62.5=62.5mm
b1=b2+4mm=66.5mm
验算齿轮圆周速度
V齿=πd1n1/60×1000=3.14×62.5×960/60×1000=3.14m/s
由表10-7选齿轮传动精度等级8级合宜
4）校核齿根弯曲疲劳强度
由课本P148式（10-26）得 σF=（2kT1/d1mb）YFS1≤[σF1]
确定有关参数和系数
许用弯曲应力[σFP]
由课本P150图10-34查得：
σFlim1=357Mpa σFlim2=220Mpa
[σF1]=0.7σFlim1=0.7×357Mpa=245Mpa
[σF2]=0.7σFlim2=0.7×220Mpa=154Mpa
复合齿形系数YFS 由P149图10-32查得
YFS1=4.4 YFS2=3.8
计算两轮的许用弯曲应力
σF1=（2kT1/d1mb）YFS1
=（2×1.2×39393.75）/（62.5×60.5×2.5）×4.4Mpa
=42.60Mpa＜[σF1]
σF2=（2kT1/d1mb）YFS2
=（2×1.2×39393.75）/（265×62.5×2.5）×3.8Mpa
=8.68Mpa＜[σF2]
5）标准直齿圆柱齿轮的尺寸计算公式如下表：
一选齿轮类、精度等级、材料及齿数
1为提高传动平稳性及强度，选用直圆柱齿轮；
2因为运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度；
3小齿轮材料：
40Cr调质HBS=280
接触疲劳强度极限（由图10-21d）
弯曲疲劳强度极限Mpa（由图10-20c）
大齿轮材料：
45号钢正火HBS=240
接触疲劳强度极限MPa（由图10-21c）
弯曲疲劳强度极限（由图10-20b）
4初选小齿轮齿数大齿轮齿数Z4=3.4×30=102二按齿面接触强度设计
计算公式：
mm（由式10-21）
1 确定公式内的各计算参数数值
初选载荷系数齿宽系数（由表10-7）材料的弹性影响系数Mpa1/2（由表10-6）
计算应力循环次数
计算接触疲劳寿命系数（由图10-19）
计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，取安全系数
2 计算
（1）试算小齿轮分度圆直径
=81.53mm
（2）计算圆周速度
（3）计算齿宽b及模数mnt
b/h=13.33
（4）计算载荷系数
①使用系数<由表10-2>根据电动机驱动得
②动载系数<由表10-8>根据v=0.807m/s7级精度
③直齿轮，
④由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，
根据b/h=13.33，，查图10-13得，故载荷系数
=
（5）按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径
（6）计算模数m
三按齿根弯曲强度设计
<由式（10-5）>
1确定计算参数
计算载荷系数
（2）弯曲疲劳系数KFN<由图10-18>得
（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.3<由式（10-12）>得
（4）查取齿型系数YFα应力校正系数YSα<由表10-5>得
（5）计算大小齿轮的并加
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