二级变速箱课程设计说明书
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- 二级变速箱课程设计说明书目录
1 设计任务 2
1.1．工作条件与技术要求 2
1.2 设计内容 2
2 传动系统方案的拟定 3
2.1 传动方案 3
2.2 电动机的选择 3
2.4 运动和动力参数的计算 4
3 传动零件的设计计算 5
3.1带传动设计 5
3.2 齿轮传动的主要参数和几何参数计算 6
3.3 轴的设计计算 16
3.4. 滚动轴承选择和寿命计算 24
3.5 键连接选择和校核 25
3.6 联轴器的选择和计算 26
3.7润滑和密封形式的选择 27
4 箱体及附件的结构设计和选择 27
4.1机体 27
4.2对附件设计 27
总 结 30
参考文献 30
1 设计任务
1.1．工作条件与技术要求
1. 工作条件
已知运输带工作拉力F=2400N，运输带工作速度v=1.38m/s，卷筒直径D=355mm。工作条件：单班制，连续单向运转，载荷轻微冲击；工作年限10年，大修期3年；每年按330天计 ；室内工作，有粉尘；运输带允许误差为±5%；在中小型机械厂批量生产。设计简图如下图所示：
2. 技术要求
（1）图幅和相关标注等要符合机械制图国家标准。
（2）结构图合理、清晰、明了。
（3）技术条件完整和标题栏填写完整。
（4）图面布局合理、整洁、美观。
（5）折叠规范。
（6）封面和内容格式都要符合课程设计指导书上所提的要求。
（7）设计、计算、校核内容要正确、完整、简明。
（8）插图规范、字迹工整。
（9）装订规范、牢固。
1.2 设计内容
（1）传动方案的分析与拟定；
（2）电动机的选择计算；
（3）传动装置的运动及运动参数的选择计算；
（4）传动零件的设计计算;
（5）轴的设计计算；
（6）滚动轴承的选择和计算；
（7）键连接选择和计算；
（8）联轴器的选择；
（9）减速器的润滑方式和密封类型的选择；
（10）润滑油牌号的选择和装油量计算；
（11）减速附件的选择和计算；
（12）减速器箱体的设计。
2 传动系统方案的拟定
2.1 传动方案
为了估计传动装置的总体传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，由已知条件算得卷筒的转速，即：
2.2 电动机的选择
1. 电机容量
卷筒轴的输出功率：
电动机输出功率：
传动装置的总效率：
其中查得滚动轴承=0.99、圆柱齿轮传动=0.97、弹性联轴器=0.99、滚筒轴滑动轴承=0.96，带传动=0.96，则：
故
电动机额定功率=4kw。
按工作条件应选用可防粉尘防爆的三相异步电动机，查机械设计手册，选择电动机的型号为Y112 M-4:
额定功率4kw，同步转速：1500r/min，满载转速：1440r/min，
2.3 计算总传动比和分配各级传动比
1. 传动装置的总传动比
2.分配各级传动比
取i带=2，则i减=
，取i1=3.6
则
2.4 运动和动力参数的计算
1.各轴转速
设高速轴为I轴，中间轴为II轴，低速轴为III轴，各轴转速如下：
2.各轴输出功率
计算各轴输入功率，即：
3. 各轴转矩
3 传动零件的设计计算
3.1带传动设计
1.，查得可选用A型V带传动。
2.确定带轮的基准直径并验算带速v。
取小带轮基准直径=100mm，验算:
5
3.大带轮基准直径=200mm。
4.确定V带的中心距a和基准长度Ld。
（1）初定中心距计算带所需的基准长度
查表选带的基准长度Ld=1250mm
（2）实际中心距
5.验算小带轮的包角a1
6.计算带的根数z
有=100和n1=1440查得=1.32kw。
根据n1=1440，i=2和A型带，查得△=0.17
查得Ka=0.96，查表8-2得Kl=0.9
，取4
7.计算单根带的初拉力的最小值F0min
查得Z型带的单位长度重量q=0.06kg/m
8.计算压轴力
9.（1）小带轮结构采用实心式，查得D0=28mm，e=12±0.3，f=7mm
轮毂宽：
轮缘宽：
（2）大带轮采用孔板式结构，轮缘宽与小带轮相同，轮毂宽取决于轴的结构。
3.2 齿轮传动的主要参数和几何参数计算
（一）高速级齿轮传动设计：
1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。
（1）由于高速级采用了直齿轮配对，为了增加齿轮的弯曲疲劳强度以及齿面齿根的承载能力，因此选用高变位直齿轮，压力角取为20°。
（2）带式输送机为一般工作机器，参考表10-6，选用7级精度。
（3）材料选择，选择小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）240HBS。
（4）初选z1=22，则z2=22x3.6=79.2，取z2=79。
2. 按齿面接触强度设计：
（1）按设计计算公式（10-11）计算小齿轮分度圆直径
1）确定公式的各计算值
①试选载荷系数
②小齿轮传递的转矩
③查表选取齿宽系数
④查得区域系数ZH = 2.5
⑤查得材料的弹性影响系数
⑥计算接触疲劳强度用重合系数
⑦计算接触疲劳许用应力[]
查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限
计算应力循环次数
查得接触疲劳寿命系数
计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数S=1 。根据公式可得
2） 试计算小齿轮分度圆直径
=
（2）调整小齿轮分度圆直径
1）计算圆周速度v
2）计算齿宽b
3）计算实际载荷系数KH
① KA = 1.25
② v = 1.94m/s、七级精度，Kv = 1.12
③ 圆周力
查表得
④ 查表取得
4）按实际载荷系数算得的分度圆直径
及相应的齿轮模数
3. 按齿根弯曲强度设计：
（1）试算模数，即
1）确定计算参数
①KFt = 1.3
②计算弯曲疲劳强度用重合度系数
查得齿形系数=2.68，=2.19
查得应力修正系数，
查得齿根弯曲疲劳极限、
查得弯曲疲劳寿命系数，
取弯曲疲劳安全系数S=1.4
大齿轮的大于小齿轮的，
所以取=
2）试算模数
（2）调整齿轮模数
1）计算圆周速度v
齿宽b
宽高比b/h
2）计算载荷系数
，七级精度，查得动载系数Kv =1.08
查表
查表
载荷系数
3）按实际载荷系数算得齿轮模数
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m=2.29大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数m=1.5，就近圆整为标准值 ，已可满足弯曲强度。但是为了满足接触疲劳强度算得分度圆直径。
于是算出小齿轮齿数
取 ，则。取79
4. 计算几何尺寸
（1）计算中心距
（2）计算大小齿轮分度圆直径:
（3）确定齿宽
，取，
5. 确定高速级齿轮的变位系数
前面已计算出两齿轮齿数分别为z1=22，z2=79，则齿数和z∑=101，根据《机械设计》第九版P206图10-21a选变位系数和x∑=0.8，再由P207图10-21确定两齿轮变位系数分别为x1=0.44，x2=0.36
（二）低速级齿轮传动设计：
1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）由于低速级采用了直齿轮配对，为了增加齿轮的弯曲疲劳强度以及齿面齿根的承载能力，因此选用高变位直齿轮，压力角取为20°。
（2）带式输送机为一般工作机器，参考表10-6，选用7级精度。
（3）材料选择，选择小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）240HBS。
（4）初选z1=28，则z2=28x2.69=75.32，取z2=75。
2. 按齿面接触强度设计：
（1）按设计计算公式（10-11）计算小齿轮分度圆直径
1）确定公式的各计算值
①试选载荷系数
②小齿轮传递的转矩
③查表选取齿宽系数
④查得区域系数ZH = 2.5
⑤查得材料的弹性影响系数
⑥计算接触疲劳强度用重合系数
⑦计算接触疲劳许用应力[]
查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限
计算应力循环次数
查得接触疲劳寿命系数，
计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数S=1 。根据公式可得
2） 试计算小齿轮分度圆直径
=
（2）调整小齿轮分度圆直径
1）计算圆周速度v
2）计算齿宽b
3）计算实际载荷系数KH
① KA = 1.25
② v =0.765m/s、七级精度，Kv = 1.01
③ 圆周力
查表得
④ 查表取得
4）按实际载荷系数算得的分度圆直径
及相应的齿轮模数
3. 按齿根弯曲强度计算
（1）试算模数，即
1）确定计算参数
①KFt = 1.3
②计算弯曲疲劳强度用重合度系数
查得齿形系数=2.68，=2.23
查得应力修正系数，
查得齿根弯曲疲劳极限、
查得弯曲疲劳寿命系数，
取弯曲疲劳安全系数S=1.4
大齿轮的大于小齿轮的，所以取=
2）试算模数
（2）调整齿轮模数
1）计算圆周速度v
齿宽b
宽高比b/h
2）计算载荷系数
，七级精度，查得动载系数Kv =1.01
查表
查表
载荷系数
3）按实际载荷系数算得齿轮模数
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m=2.9995大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数m=1.784，就近圆整为标准值 ，已可满足弯曲强度。
于是算出小齿轮齿数。
取 ，则，取
4. 计算几何尺寸
（1）计算中心距
（2）计算大小齿轮分度圆直径:
（3）确定齿宽
，取，
5. 确定低速级齿轮的变位系数
前面已计算出两齿轮齿数分别为z1=28，z2=75，则齿数和z∑=101，根据《机械设计》第九版P206图10-21a选变位系数和x∑=0.8，再由P207图10-21确定两齿轮变位系数分别为x1=0.52，x2=0.38。
3.3 轴的设计计算
（一）高速轴的设计
1.轴的材料选择
45钢(调质）
2. 按受力估算轴径
已知：， ，
查得，最小直径为：
3. 划分轴段
轴段安装带轮，齿轮轴段做带轮的轴肩和放轴承盖，轴肩和放轴承，空轴颈以及轴肩，齿轮段。
4. 确定各轴段的直径
查表选择深沟球轴承6208，d=40mm，D=80mm，B=18mm。
5.确定各轴段的轴向长度
高速轴构想图
6.轴的校核
轴上载荷的确定
根据轴的结构绘制出轴的计算简图。在确定轴承支撑点位置时，查得6006型圆锥滚子轴承的b=13mm。轴承跨距如下：
，
，
，
，
，
按弯扭合成应力校核强度
即便取1，其中,
=1.45MPa，所以轴I安全。
（二）中间轴的设计
1.轴的材料选择
45钢（调质）
2. 划分轴段
轴承段，轴肩，齿轮段。
3.确定各段的直径
已知：， ，
查表选取深沟球轴承，代号6208，d=40mm，D=75mm，b=10mm。与轴承配合的轴径。
大齿轮处轴头直径为。大齿轮定位轴肩高度
=，所以该处直径。
小齿轮处轴头直径取。
4.确定各轴段的长度
按轴上零件的轴向尺寸以及零件间相对位置，参考高速级与低速级齿轮传动尺寸表，初步确定尺寸
轴II的结构图
5.轴的校核
轴上载荷的确定
根据轴的结构绘制出轴的计算简图。在确定轴承支撑点位置时，查得16009型圆锥滚子轴承的b=10mm。轴承跨距如下：
，
，
，
，
，
，
，
，
按弯扭合成应力校核强度
即便取1，其中,
=
=6.92MPa，所以轴II安全。
（三）输出轴的设计及校核
1.轴的材料选择
45钢（调质）
2.按受力估算轴径
已知：， ，
圆周力：;
径向力：
有资料查得=110，轴段伸出段直径为：
考虑到与电动机半联轴器相匹配的联轴器的孔径标准尺寸的选用，取：查表选取深沟球轴承，代号为6212，d=60mm，D=110mm，b=22mm。与轴承配合的轴径。
3. 划分轴段
轴伸出段，空轴段，轴承安装轴段，轴肩段，安装齿轮轴段。
4. 确定各轴段的直径
伸出段联轴器段直径=48mm。查手册，选择深沟球轴承6212，轴颈直径。由于轴承段直径为60mm，所以齿轮轴段直径。齿轮定位轴肩高度=,所以该处直径，轴承定位轴颈应取和之间，所以=55mm，=60mm。
5. 确定各轴段的轴向长度
轴III的结构图
6.轴的校核
轴上载荷的确定
根据轴的结构绘制出轴的计算简图。在确定轴承支撑点位置时，查得61911型圆锥滚子轴承的b=13mm。轴承跨距如下：
，
，
，
，
轴III的扭矩弯矩图
按弯扭合成应力校核强度
即便取1，其中,
=
=2.166MPa，所以轴III安全。
3.4. 滚动轴承选择和寿命计算
由轴III的设计已知，选用深沟球轴承6212，由于受力对称，故只需要校核一个。
1.查询机械设计手册得
,
2. 求径向力，
3.直齿传动无轴向力
4.计算当量载荷
5.验算轴承寿命
因为，所以只需验算轴承2。轴承预期寿命取用设备大修期，为3（年）×330（天）×8（小时）=7920h
故所选用轴承满足寿命要求。确定使用深沟球轴承6212。
3.5 键连接选择和校核
轴III上的两个键分别与联轴器和齿轮相配合，
因为连接的两个键分别为 。键、轴和的材料都是45钢，齿轮是40Cr，由指导书查得许用应力，取。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度。由：
可见连接的强度足够，确定选用A型键：
、
3.6 联轴器的选择和计算
1. 类型的选择：
因为工作中有轻微振动，故选用弹性套柱销联轴器。
2. 载荷计算
（1）轴上所需的联轴器
公称转矩：
由指导书查得工作情况系数
，故由公式得计算转矩为：
查手册，选用LT5型弹性联轴器，公称转矩125，轴孔直径25mm。
（2）轴Ⅲ上所需的联轴器：
公称转矩：
由指导书查得，得计算转矩为：
查手册，选用LT7型弹性联轴器，公称转矩500，轴孔直径40mm。
3.7润滑和密封形式的选择
此减速器中的齿轮啮合采用油池浸油润滑：
根据，选用全损耗系统用油，牌号为：L-AN22，运动粘度19.8-24.2 mm2/s(40℃)。
最高转速轴承是轴1的深沟球轴承，，可选钠基润滑脂L-XACMGA2，滴点160℃，工作锥入度(25℃,150g)。
4 箱体及附件的结构设计和选择
箱体采用铸造(HT200)制成，采用剖分式结构。
4.1机体
机体内外加肋，整体形状轮廓呈长方形。
铸件壁厚为8mm，圆角半径为R=5mm。外型简单。
4.2对附件设计
（1）视孔盖和通气器
在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固。由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的视孔盖改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。
（2）放油塞：
放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。
（3）油标尺：
油标位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，以防油进入油尺座孔而溢出。
（4）启盖螺钉：
启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆形，以免破坏螺纹。
（5）定位销：
为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。
（6）吊钩：在机盖上直接铸出吊钩，用以起吊或搬运较重的物体。
表4.1 箱体的参数
参数名称 符号和运算公式 尺寸(mm)
下箱座壁厚 δ 8
上箱座壁厚 δ1 8
上箱座凸缘厚度 b1=1.5δ1 12
下箱座凸缘厚度 b=1.5δ 12
地脚螺栓底脚厚度 p=2.5δ 20
地脚螺钉直径 M20
地脚螺栓通孔直径 22
地脚螺栓沉头座直径 D0 48
地脚凸缘尺寸L1 L1 32
地脚凸缘尺寸L2 L2 30
地脚螺栓数目 n 4
轴承旁连接螺栓直径 d1 M16
轴承旁连接螺栓通孔直径 d1’ 17.5
轴承旁连接螺栓沉头座直径 d0 32
剖分面图原尺寸（扳手空间） c1 24
剖分面图原尺寸（扳手空间） c2 20
上下相连接螺栓直径 d2 M12
上下相连接螺栓通孔直径 d2’ 13.5
上下相连接螺栓沉头孔直径 D0 26
箱缘尺寸 c1 20
箱缘尺寸 c2 16
轴承盖螺钉直径 d3= (0.4~0.5) M8
视孔盖连接螺栓直径 d4= (0.3~0.4) M6
圆锥定位销直径 d5≈0.8d2 M8
减速器中心高 H≈（1~1.12）a 151
轴承旁凸台高度 h由结构确定 50
轴承旁凸台半径 Rδ=c2 16
箱体外壁到轴承座端面距离 K=c1+c2+（5~8） 41~44
齿顶圆到内箱距离 Δ1≥1.2δ 10
齿轮端面到内箱距离 Δ2≥δ 10
箱盖肋厚 m1 >0.85δ 10
箱座肋厚度 m>0.85δ 10
轴承座孔长度（即箱体内壁至轴承座端面的距离） K+δ 49~52
轴承端盖外圆 D2=
轴承孔直径D+（5~5.5）d3 高速轴端盖 80
中间轴 80
低速轴 110
轴承旁连接螺栓距离 S≈D2 高速轴端盖 95
中间轴 115
低速轴 120
箱座深度 Hd 150
箱座高度 H 170
箱座宽度 Ba 271
总 结
首先要谴责一下自己，去年课程设计从设计计算到手绘图都是自己一点一点做出来的，但因急于回家，最后的电子图却拿别人的交了上去，这也最终导致这门课的不及格。这次重修再做，总体来说熟悉了一些，但在电子图上还是遇到了很多障碍，软件功能用不熟，零件表达生涩，尺寸标注也有很大问题，整个过程是边翻大一学的工程制图书边画，最终用了3天才完成，比去年画手绘还慢一天，这就是以前投机取巧的后果吧。另外，画电子图时还有好多数据都忘了，于是又将某些数据重新算了算，这也是画得慢的原因之一。
总之，这次的课设重修让我深刻地记住了两点，一是永远不要投机取巧，踏踏实实做事，二是不要怕麻烦，有些事其实做着做着就上道了，不去做永远不会有进步和收获。
参考文献
[1] 张春宜.郝广平.刘敏.减速器设计实例精解.机械工业出版社.2009.7
[2] 机械设计手册
[3] 濮良贵.陈国定.吴立言.机械设计（第九版）.高等教育出版社.2013.5
v=1.3m/s
D=330mm
n=74.28r/min
Z=4根
选择深沟球轴承6208
轴I安全
选取深沟球轴承6208
d=40mm
D=80mm
选择深沟球轴承6212
轴III安全
轴承满足寿命要求。确定使用深沟球轴承6212
确定选用A型键：
轴一选用LT5型弹性联轴器
轴三选用LT7型弹性联轴器
轴承选钠基润滑脂L-XACMGA2润滑
...
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