二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器 設(shè)計(jì)者：第四維指導(dǎo)教師：劉博士2011年12月23日目錄一、設(shè)計(jì)題目 3二、傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 3三、選擇電動(dòng)機(jī) 3四、確定傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比分配5五、計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)5六、齒輪的設(shè)計(jì)6七、減速機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13八、軸的設(shè)計(jì)14九、聯(lián)軸器的選擇23十、減速器各部位附屬零件設(shè)計(jì) 23十一、潤(rùn)滑方式的確定24一.設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一用于卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置中的兩級(jí)圓柱齒輪減速器。輕微震動(dòng)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，在室內(nèi)常溫下長(zhǎng)期連續(xù)工作。卷筒直徑D=220mm,運(yùn)輸帶的有效拉力F=1500N,運(yùn)輸帶速度,電源380V,三相交流.二.傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)1. 組成：傳動(dòng)

2、裝置由電機(jī)、減速器、工作機(jī)組成。2. 特點(diǎn)：齒輪相對(duì)于軸承不對(duì)稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。3. 確定傳動(dòng)方案：考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速高，傳動(dòng)功率大，將V帶設(shè)置在高速級(jí)。 其傳動(dòng)方案如下：三選擇電動(dòng)機(jī)1.選擇電動(dòng)機(jī)類型： 按工作要求和條件，選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉型結(jié)果，電壓380V，Y型。2.選擇電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)所需的功率為： 所以 由電動(dòng)機(jī)到運(yùn)輸帶的傳動(dòng)總功率為 聯(lián)軸器效率：0.99滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率：0.98圓柱齒輪的傳動(dòng)效率：0.97卷筒的傳動(dòng)效率：0.96則：所以 3.確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速卷筒的工作轉(zhuǎn)速為 二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為 符合這一范圍

3、的同步轉(zhuǎn)速有750、1000和1500r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由書本表14.1或有關(guān)手冊(cè)選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L-4。其主要性能如下表：電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率KW同步轉(zhuǎn)速r/min額定轉(zhuǎn)速r/minY100L1-4 2.2150014202.22.2綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見(jiàn)第二方案比較適合。因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L1-4，其主要參數(shù)如下；四.確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 總傳動(dòng)比： 分配傳動(dòng)比：，取，經(jīng)計(jì)算注： 為高速級(jí)傳動(dòng)比，為低速級(jí)傳動(dòng)比。五.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)將傳動(dòng)裝置各軸由高速到低速依次定為1軸、2軸、3軸、4軸；，依次

4、為聯(lián)軸器、軸承、齒輪傳動(dòng)和卷筒的的傳動(dòng)效率。1.各軸轉(zhuǎn)速： =2.各軸輸入功率： 3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩： 1-3軸的輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩分別為各軸的輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩乘軸承傳動(dòng)效率0.99。運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)結(jié)果如下表：功率P/KW轉(zhuǎn)矩T/(Nmm)轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動(dòng)比i效率電動(dòng)機(jī)軸2.0214201軸2.00142010.992軸1.90312.14.550.953軸1.81963.250.95卷筒軸1.769610.97六.齒輪的設(shè)計(jì).高速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì)1材料選擇,由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr,硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS2

5、選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，取3按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即（1）確定公式內(nèi)內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）試選載荷系數(shù)2）計(jì)算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩3）由表10-7選取齒寬系數(shù)4）由表10-6查的材料的彈性系數(shù)5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。6）由式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。7)由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù),.8)計(jì)算疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式得（2）計(jì)算1）試算小齒輪的分度圓直徑，代入中較小的值。2）計(jì)算圓周速度v.3)計(jì)算齒寬b。4)計(jì)算齒寬與齒高之比。 模數(shù) 齒高 5）計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù)v=2.44m/s，7級(jí)精度，

6、由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)，直齒輪，,由表10-2查得使用系數(shù)由表10-4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，由查圖10-13得,故載荷系數(shù)6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式得7）計(jì)算模數(shù)。4. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）由式查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限2）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù),3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù),由式得4)計(jì)算載荷系數(shù)K。5)查取齒形系數(shù)。由表10-5查得 ，6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表10-5查得 ，7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較。大齒輪的數(shù)值大。（2）設(shè)計(jì)

7、計(jì)算對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.03并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) ，取5幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑(2) 計(jì)算中心距(3) 計(jì)算齒輪寬度取,.低速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì)：1. 材料選擇.由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr,硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼硬度為240HBS，二者材料硬度差40HBS。2. 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)3.按齒面接觸強(qiáng)

8、度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）試選載荷系數(shù)2）計(jì)算小齒輪的傳功轉(zhuǎn)矩3）由表10-7選取齒寬系數(shù)4）由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限6）由式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù),8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式得（2）計(jì)算1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值2）計(jì)算圓周速度v3）計(jì)算齒寬b4）計(jì)算齒寬與齒高之比模數(shù) 齒高 5）計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù)v=0.87m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)直齒輪，由表10-2查得使用系數(shù)由

9、表10-4用差值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)由,查圖10-13得,故載荷系數(shù)6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，有式得7）計(jì)算模數(shù)m4. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 2）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù), 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式得4）計(jì)算載荷系數(shù)K5）查取齒形系數(shù)由表10-5查得 , 6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表10-5查得 , 7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大（2）設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模

10、數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度做決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.65并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊。避免浪費(fèi)5. 幾何尺寸計(jì)算（1）幾何分度圓直徑（2）計(jì)算中心距（3）計(jì)算齒輪寬度取， 七減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸如下名稱符號(hào)計(jì)算公式結(jié)果機(jī)座厚度10機(jī)蓋厚度10機(jī)蓋凸緣厚度15機(jī)座凸緣厚度15機(jī)座底凸緣厚度25地腳螺釘直徑M16地腳螺釘數(shù)目4軸承旁聯(lián)結(jié)螺

11、栓直徑M12蓋與座聯(lián)結(jié)螺栓直徑=（0.5 0.6）M10軸承端蓋螺釘直徑=（0.40.5）8視孔蓋螺釘直徑=（0.30.4）5定位銷直徑=（0.70.8）8，至外箱壁的距離查手冊(cè)表112342218，至凸緣邊緣距離查手冊(cè)表1122816外箱壁至軸承端面距離=+（510）50大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離1.215齒輪端面與內(nèi)箱壁距離16箱蓋，箱座肋厚77軸承端蓋外徑軸承孔直徑+（55.5）72（I 軸）77（II 軸）97（III軸）軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離72（I 軸）77（II 軸）97（III軸）八軸的設(shè)計(jì) 軸的設(shè)計(jì)軸是減速器的主要零件之一，軸的結(jié)構(gòu)決定軸上零件的位置和有關(guān)尺寸。1中間軸圖4-1 軸的

12、材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。按文獻(xiàn)【一】表15-3，取A0=110mm。于是，取。輸出軸最小直徑顯然是安裝軸承處直徑，由文獻(xiàn)【二】表12.1，根據(jù)軸最小直徑是30mm，軸承可選圓柱滾子軸承N205E型，其基本尺寸為dDB=255215mm,故此處軸的直徑為25mm，即段上的直徑d1=25mm。此段長(zhǎng)度l1=15mm。 段軸直徑取,段處軸肩的高度h=（0.070.1）d1=2.13mm。因?yàn)樵撦S肩不承受軸向力，故取h=2mm，此處有鍵，直徑增大5%，則此處軸的直徑d3=35mm。又因?yàn)榇颂幣c齒輪配合，故其長(zhǎng)度應(yīng)略小于齒寬，取l3=32mm。段，齒輪的定位軸肩高度h=（0.070.1）d2=2.53

13、.4mm，因?yàn)樗怀惺茌S向力，故取h=3mm，即d4=47mm。取l4=20mm。段與齒輪配合，其直徑與處相等，即d5= =35 mm。該段長(zhǎng)度應(yīng)略小于齒輪的寬度，取l5=58 mm。段軸直徑與段相等，即d6= =30 mm。l6=27mm。段軸直徑與段相等，即，。中間軸的總長(zhǎng)2 輸入軸圖 4-2 軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。按文獻(xiàn)【一】表15-3，取A0=110mm。于是，因?yàn)樘幱袉捂I槽軸應(yīng)增大5%，則取，即d1=14mm。l1=32mm。段處軸肩的高度h=（0.070.1）d1=1.261.8mm。而且該段安裝軸承，軸需與軸承配合，由文獻(xiàn)【二】表12.1，故軸承可選圓柱滾子軸承N204E

14、,其基本尺寸為,故軸的直徑，。段與齒輪配合，其長(zhǎng)度應(yīng)略小于齒寬B，軸肩的高度，取，故，段定位軸肩高度，取，故，。段軸直徑，。段軸直徑，輸入軸的總長(zhǎng)3 輸出軸圖 4-3軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。按文獻(xiàn)【一】表15-3，取A0=110mm。于是，有單鍵槽軸應(yīng)增大5%，故取，即。段安裝軸承，軸需與軸承配合。由文獻(xiàn)【二】表12.1，故軸承可選圓柱滾子軸承N207E型，其基本尺寸為。故軸的直徑，。段，故軸的直徑。軸長(zhǎng)。 段軸肩的高度h=（0.070.1）d3=3.855.5mm，取h=4mm，故d4=55mm。l4=10mm。段與齒輪配合，其長(zhǎng)度略小于齒寬B，。段軸直徑，。輸出軸的總長(zhǎng) 軸的校核1

15、輸入軸的校核 (1).計(jì)算齒輪受力圓周力： 徑向力： (2).計(jì)算支反力F=0, Ft1+Ft2Ft=0MD=0，F(xiàn)tL3Ft1(L2+L3)=0 解得：Ft1=549.35N, Ft2=216.35NF=0,Fr1+ Fr2 =FrMD=0，F(xiàn)rL3Fr1(L2+L3)=0解得：Fr1=200N, Fr2=78.7NC處水平彎矩MH= Ft1L2=549.3551= Nmm垂直彎矩MV= Fr1L2=20051= Nmm合成彎矩M=MH2+MV2= Nmm彎矩合成強(qiáng)度校核 =0.6,查文獻(xiàn)【一】表15-1知，=60MPa所以，安全。 (3).精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1）危險(xiǎn)截面為齒輪截面 2）

16、齒輪截面左側(cè)截面校核抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎矩為截面彎曲應(yīng)力為 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 由文獻(xiàn)【一】表15-1，B=640MPa，-1=275 MPa，-1=155 MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及，按文獻(xiàn)【一】附表3-2查取 =2.01，=1.38又由附圖3-1查取軸材料的敏性系數(shù)， =0.74，=0.77故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 1=1.75 1=1.29由附圖3-2的尺寸系數(shù)由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)軸按磨削加工，由附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即。綜合影響系數(shù)為：1=2.08 1=1.52鋼特性系數(shù)為 ，取 ，取計(jì)算安全系數(shù)的值，則，故可知其安全。3）齒輪截面右

17、側(cè)截面校核抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎矩M為截面彎曲應(yīng)力為 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及，按文獻(xiàn)【一】附表3-2查取 =2.0，=1.31又由附圖3-1查取軸材料的敏性系數(shù)， =0.74，=0.77故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 1=1.74 1=1.24由附圖3-2的尺寸系數(shù) 由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)軸按磨削加工，由附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù) 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即。綜合影響系數(shù)為：1=2.2 1=1.5鋼特性系數(shù)為 ，取 ，取計(jì)算安全系數(shù)的值，則，故可知其安全。因無(wú)瞬時(shí)過(guò)載以及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。所以，該軸是合格的。 2 輸出軸的校核 (1). 計(jì)

18、算齒輪受力圓周力： 徑向力：(2).計(jì)算支反力F=0, Ft1+Ft2Ft=0 MD=0，F(xiàn)tL3Ft1(L2+L3)=0解得：Ft1=679N, Ft2=1299NF=0,Fr1+ Fr2 =Fr MD=0，F(xiàn)rL3Fr1(L2+L3)=0 解得：Fr1=247.2N, Fr2=472.8N C處水平彎矩MH= Ft1L2=679120.5= Nmm垂直彎矩MV= Fr1L2=247.2120.5=2.98104 Nmm合成彎矩M=MH2+MV2= Nmm彎矩合成強(qiáng)度校核 =0.6,查文獻(xiàn)【一】表15-1知，=60MPa所以，安全。 (3).精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1）危險(xiǎn)截面為齒輪截面 2）

19、齒輪截面左側(cè)截面校核 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎矩為截面彎曲應(yīng)力為 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 由文獻(xiàn)【一】表15-1，B=640MPa，-1=275 MPa，-1=155 MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及，按文獻(xiàn)【一】附表3-2查取 =1.91，=1.28又由附圖3-1查取軸材料的敏性系數(shù)， =0.78，=0.81故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 1=1.71 1=1.23由附圖3-2的尺寸系數(shù) 由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，由附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即。綜合影響系數(shù)為：1=2.50 1=1.57鋼特性系數(shù)為 ，取 ，取m=0,m=7.035 MPa; a=4.1

20、5 MPa, a=7.035 MPa計(jì)算安全系數(shù)的值，則，故可知其安全。3）齒輪截面右側(cè)截面校核抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎矩M為截面彎曲應(yīng)力為 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及，按文獻(xiàn)【一】附表3-2查取 =1.35，=1.11又由附圖3-1查取軸材料的敏性系數(shù)， =0.75，=0.79故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 1=1.26 1=1.09由附圖3-2的尺寸系數(shù) 由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，由附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù) 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即。綜合影響系數(shù)為：1=1.97 1=1.37鋼特性系數(shù)為 ，取 ，取m=0,m=8.25 MPa; a=4.87 MPa

21、, a=8.25 MPa計(jì)算安全系數(shù)的值，則，故可知其安全。 因無(wú)瞬時(shí)過(guò)載以及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。所以，該軸是合格的。九.聯(lián)軸器的選擇輸入軸聯(lián)軸器選擇 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,查表14-1,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取,則:,按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩條件,查手冊(cè),選用ML1型彈性聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為,軸孔直徑14mm,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度。輸出軸聯(lián)軸器選擇 ，查手冊(cè)，選用LT6型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為250000，軸孔直徑35mm,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度。十. 減速器的各部位附屬零件的設(shè)計(jì)1窺視孔蓋與窺視孔：在減速器上部可以看到傳動(dòng)零件嚙合處要開窺視孔, 大小只要夠手伸進(jìn)操作可。以便檢查齒面接觸斑點(diǎn)和齒側(cè)間隙,了解嚙合情況.潤(rùn)滑油也由此注入機(jī)體內(nèi).2放油螺塞放油孔的位置設(shè)在油池最低處，并安排在不與其它部件