三級(jí)減速器設(shè)計(jì)

1、機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)說(shuō)明書姓名：李時(shí)召班級(jí)：機(jī)電 1104學(xué)號(hào)：11221098指導(dǎo)教師：杜永平、李德才日期：目錄0.設(shè)計(jì)題目及要求 .31.傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) .41.1傳動(dòng)方案的確定 .41.2電動(dòng)機(jī)的選擇 .51.3傳動(dòng)比的計(jì)算及分配 .71.4傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算.72.齒輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算 .92.1高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .92.2 中速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 .112.3低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 .143.軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .173.1軸的設(shè)計(jì) .183.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .193.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .203.4軸的設(shè)計(jì) .214.軸承的校核 .234.1.234.2.235.聯(lián)軸器

2、的選擇 .245.1輸入端聯(lián)軸器 . .245.2輸出端聯(lián)軸器 .246.箱體設(shè)計(jì)與減速器的潤(rùn)滑 .256.1箱體的參數(shù)設(shè)計(jì) .256.2減速器的潤(rùn)滑 .267.經(jīng)濟(jì)性分析 .268.設(shè)計(jì)心得 .279.參考文獻(xiàn) .270. 設(shè)計(jì)題目：卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)要求（ 1）卷?yè)P(yáng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于建筑工地提升物料，具體參數(shù)：繩的牽引力為12kN ，繩的速度 0.4m/s，卷筒直徑500mm（ 2）室內(nèi)工作，小批量生產(chǎn)。（ 3）動(dòng)力源為三相交流電380/220V ，電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)。（ 4）使用期限為10 年，大修周期為三年，兩班制工作。（ 5）專業(yè)機(jī)械廠制造，可加工7、 8 級(jí)精度

3、的齒輪、蝸輪。（二）原始技術(shù)數(shù)據(jù)繩牽引力 F ( kN )10繩牽引速度 v(m/s)0.5卷筒直徑 D/mm470（三）應(yīng)完成的任務(wù)（ 1）完成卷?yè)P(yáng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和論證（至少提出兩種以上的方案） ，繪制總體設(shè)計(jì)原理方案圖。（ 2）完成主要傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中減速器的級(jí)別至少是二級(jí)。（ 3）完成減速器裝配圖1 張（ A0 或 A1 ）；零件（建議低速軸、大齒輪）工作圖2 張（ A3或 A4）。（ 4）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。（ 5）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書1 份。設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果1. 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)1.1 傳動(dòng)方案的確定傳動(dòng)方案的選擇主要考慮1）電機(jī)與減速器間是用帶連接還是聯(lián)軸器2）減速器是二級(jí)還是更高

4、級(jí)初步確定以下三種方案：方案一如圖：特點(diǎn)：傳動(dòng)穩(wěn)定，價(jià)格便宜。但安全性差，承載性能小。拆裝難。方案二：特點(diǎn)：傳動(dòng)比穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，但是安裝精度高，齒輪工作條件差，磨損嚴(yán)重價(jià)格高。方案三： 特點(diǎn)：承載能力大， 傳動(dòng)比穩(wěn)定， 工作可靠， 結(jié)構(gòu)緊湊， 拆裝方便，但安裝精度高，價(jià)格貴，電機(jī)與減速器間無(wú)過(guò)載保護(hù)。通過(guò)在經(jīng)濟(jì)性、 方便性、 特別是題設(shè)條件等方面的考慮最終確定傳動(dòng)方案三傳動(dòng)方案選方案三優(yōu)點(diǎn)有：承載能力大，傳動(dòng)比穩(wěn)定，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：安裝精度高，價(jià)格貴，電機(jī)與減速器間無(wú)過(guò)載保護(hù)等。對(duì)于這些缺點(diǎn)，在下面的設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)盡量減少或消除以使設(shè)計(jì)的減速器更加合理。1

5、.2 電機(jī)的選擇傳動(dòng)裝置的總效率由所選方案有：聯(lián)軸器2 個(gè)，傳動(dòng)效率1 一般為 0.99 ，取為 0.99軸承 4對(duì)，傳動(dòng)效率2 范圍為 0.98 0.99 取軸承效率 0.99齒輪嚙合對(duì)，級(jí)精度直齒圓柱齒輪單級(jí)傳動(dòng)效率3 =0.96 0.98 ，取0.97 。1230.990.990.97則計(jì)算總效率：2430 .859123=0.859工作機(jī)所需輸入功率電機(jī)輸入功率為：PdPw ，其中 PW ( kw)FV1000式中： Pd-工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率，KW；Pw-工作機(jī)所需輸入功率， KW；Pd =5.82k-電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。w1210000.5所以Pd5.82

6、 0.8591000考慮到安全問題，使電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped（ 1 1.3 ）Pd，由查表得電動(dòng)機(jī)的額定功率P 7.5KW。nw =20.32確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)r/min計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速n60 V60 0.5 20.32r / min：wD470由推薦的傳動(dòng)比合理范圍，三級(jí)級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比一般范圍：27216。（由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-8得）。故電機(jī)的可選轉(zhuǎn)速為：n'di ' nw(27 216)20.32549 4389r / min符合要求的Y 型電機(jī)有4 種型號(hào)功率轉(zhuǎn)速額定電流重量（ KW)（ r/min)（ A）（ kg）Y132s2-27.529001572Y

7、132M-47.5144015.479Y132M-67.597017116Y160L-87.572017.7140選Y132M-4從價(jià)格、電機(jī)重量體積和齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度問題等綜合因素考慮，選擇 Y132M-4型電機(jī)1.3 傳動(dòng)比的計(jì)算及分配傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比要求應(yīng)為傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為：i =nm/n w=1440/20.32=70.866式中： nm- 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速分配各級(jí)傳動(dòng)比按照二級(jí)傳動(dòng)比計(jì)算方法計(jì)算三級(jí)齒輪傳動(dòng)比：考慮到減速箱內(nèi)大齒輪浸油深度等因素影響，取分配比系數(shù)為1.3 ：i3 i 4.1382i3i2 /1.33.183i11.4i25.3801.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)

8、算電動(dòng)機(jī)軸P0Pd5.820KWn0nm 1440r / minT09549 P038.594 N mn0型電機(jī)nd =1440r/mini =70.866i1 =5.380i 2 =4.138i3 =3.183P05.820KWn0 =1440r/minT0 =38.594NmP1 =5.762軸（高速軸）P1P0 15.762KWn1n01440 / minrT19549P138.209Nmn1軸P2P1 235.533KWn2n1 / i1267.658r / minT29549 P2197.396 Nmn2軸P3P2235.313KWn3n2/ i264.683r / minT3954

9、9P3784.346N mn3軸P4P3 235.102KWn4n3 / i320.321r / minT49549P42397.517 N mn4軸（工作軸）P5P4 1 25.000KWn5 n420.321 / minrkwn1 =1440r/minT1 =38.209NmP2 =5.533Kwn2 =267.658r/minT2 =197.396NmP3 =5.313kwn3 =64.683r/minT3 =784.346NmP4 =5.102kwn4 =20.32r/minT4 =2397.517NmP5 =5.00kwT5P52349.540Nmn52. 齒輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算2.1高速

10、級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 許用應(yīng)力的計(jì)算材料 : 均選用 45 號(hào)鋼，均進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，小齒輪外加表面淬火處理。小齒輪硬度為表面45HRC，心部 240HBS。大齒輪硬度為240HBS。主要失效形式為點(diǎn)蝕，不能立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作，故S= SH =1.N1=60n1 j Ln =601440110365165.0510 9N2=60n2 j Ln =60268110365169.39108故由教材圖 10-21得K FN 1 =1.0K FN 2 =1.0K HN 2 =1.0K HN 2 =1.01查課本（機(jī)械設(shè)計(jì)，第八版）第207 頁(yè)圖得：H lim 1 =900MpaH lim 2 =5

11、70MpaFE 1 =570MpaFE 2 =470Mpa綜上有：H1=H lim 1K HN 1 =900Mpa H2 =H lim 2K HN 2 =575.7MpaSSF1=FE 1 K FN 1 =570Mpa F2=FE 2K FN 2 =470MpaSS(2) 計(jì)算 d1初選 d1 =80mmn5 =20.32r/minT5 =2349.540Nm大小齒輪用45 號(hào) 調(diào) 質(zhì)鋼，小齒輪表面淬火N1=5.05 109N2=9.39 108H lim 1 =900MpaH lim 2 =570MpaFE 1 =570MpaFE 2 =470MpaH 1 =900MpaH 2 =575.7

12、Mpa初定 z1 =22z2 =119使用系數(shù) K A由題設(shè)工作載荷比較平緩選：K A =1.0齒間分配系數(shù)K由教材表10-3 選得 : K H= K F=1.4動(dòng)載荷系數(shù) K vv=DAN =6.03m/s60由教材圖1-0-8 得： K v =1.23齒向分配系數(shù)K由教材表10-7 選得d =1.0由教材表10-4 得： K H=1.463綜上可得：K=K A K H K vK H=2.52由教材表 10-6 選出彈性系數(shù) Z E =189.8則：13KT1ZE)2(u1)d (H 2 =53.54mmdu取 d1 =60mm則d2 =323mm定 z120z2 107則： m=d1=2.

13、73 ， 圓整取 m=3.0z1a=d1 d2=191.5mm2F1 =570MpaF 2 =470Mpad =1.0K H =2.52Z E =189.8d1 =60mmd2 =323mmz120z2107m=3.0a=191.5mmh=6.75mmh=2.25m=6.75mm計(jì)算齒寬b2Ku1(2.5ZE )2 =42.69mmd12u H 再由教材表10-7 選得： b1 =52mmb2 =47mm（ 2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒向載荷分布系數(shù) K由教材圖10-13 得： K=1.30則 K= K A K F K vK F=2.24計(jì)算齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)由教材表10-5 得：YFa1=2.

14、57YFa2=2.14YSa1=1.60YSa2=1.83校核彎曲應(yīng)力 F1= 2KT YFa1 YSa1=58.66Mpa< F 1bm2 z1 F2= F1YFa 2 YSa2 =55.86Mpa< F 2 YFa 1YSa1所以第一對(duì)齒輪表面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求。2.2 中速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 許用應(yīng)力的計(jì)算材料 : 材料和工藝和第一對(duì)齒輪一樣。主要失效形式為點(diǎn)蝕，不能立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作，故S= SH =1.b1=52mmb2 =47mmK F =2.24Y F a 1 = 2. 5 7Y F a 2 = 2. 1 4Y S a 1 = 1. 6 0Y S a

15、2 = 1. 8 3F 1 =58.66Mpa< F 1F 2 =55.86Mpa< F 2 第一對(duì)齒輪表面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求。N1=60n1 j Ln =60268 1 10 365 169.39108N2=60n2 j Ln =6065 1 10 365 162.27108故由教材圖 10-21得K FN 1 =1.0K FN 2 =1.0K HN 2 =1.0K HN 2 =1.10查課本（機(jī)械設(shè)計(jì)，第八版）第207 頁(yè)圖得：H lim 1 =900MpaH lim 2 =570MpaFE 1 =570MpaFE 2 =470Mpa綜上有：H1=H lim 1K

16、HN 1 =900Mpa H2 =H lim 2K HN 2 =627MpaSSF1=FE 1 K FN 1 =570Mpa F2=FE 2K FN 2 =470MpaSS(2) 計(jì)算 d1初選 d1 =100mm初定 z1 =47z2 =195使用系數(shù) K A由題設(shè)工作載荷比較平緩選：K A =1.0齒間分配系數(shù)K由教材表10-3 選得 : K H= K F=1.4動(dòng)載荷系數(shù) K vv=DAN =1.4m/s60N1=9.39 108N2=2.27108H lim 1 =900MpaH lim 2 =570MpaFE 1 =570MpaFE 2 =470MpaH 1 =900MpaH 2 =

17、627MpaF1 =570MpaF 2 =470Mpa由教材圖1-0-8 得： K v =1.08齒向分配系數(shù)K由教材表10-7 選得d =1.0由教材表10-4 得： K H=1.469綜上可得：K=K A K H K vK H =2.22由教材表10-6 選出彈性系數(shù)Z E =189.8則：d1 3KT1(ZE )2(u 1) =90.39mmdH 2 u取 d =91mm則 d =377mm12定 z131z2128 m= d1 =2.93 ， 圓整取 m=3.0z1a=d1d2 =234mm2h=2.25m=6.75mm計(jì)算齒寬b2Ku1(2.5ZE )2=89mmd12u H 再由教

18、材表10-7 選得： b1 =95mmb2 =90mm（ 3）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒向載荷分布系數(shù) Kd =1.0K H =2.22Z E =189.8d1 =91mmd2 =377mmz131z2128m=3.0a=234mmh=6.75mmb1 =95mmb2 =90mm由教材圖10-13 得： K=1.46則 K= K A K F K vK F=2.21計(jì)算齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)K F =2.21由教材表10-5 得：YFa1=2.506 Y=2。 16Fa2Y Fa1=2.506YSa1=1.625 Y Sa2=1.81Y Fa2 =2 。 16校核彎曲應(yīng)力Y Sa1=1.6252KTYF

19、a1YSa1=144.61Mpa< F1 F1 =bm2 z1YSa2=1.81 F2 = F1YFa 2YSa2 =138.83Mpa< F 2 F 1=144.61YFa1YSa1Mpa< F1 所以第二對(duì)齒輪表面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求。=138.83F 2Mpa<F 2 2.3 低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 許用應(yīng)力的計(jì)算材料 : 考慮到第三對(duì)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩較大，所以選用42GrMo作為小齒輪材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和表面熱處理，表面硬度為260HBS，心部為 55HRC。大齒輪與前面一樣。主要失效形式為點(diǎn)蝕，不能立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作，故S= SH =1.N1=60n1

20、 j Ln =6065 1 10 365 162.27108N2=60n j Ln =6020 1 10 365 167.121072故由教材圖 10-21得第二對(duì)齒輪表面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求。N1=2.27108N2=7.12107K FN 1=1.0K FN 2 =1.0K HN 2 =1.1K FN 1 =1.0K FN 2 =1.0K HN 2 =1.12K HN 2 =1.18查課本（機(jī)械設(shè)計(jì)，第八版）第207 頁(yè)圖得：H lim 1 =900MpaH lim 2 =700MpaFE 1 =675MpaFE 2 =600Mpa綜上有：H1=H lim 1K HN 1 =10

21、08Mpa H2=H lim 2K HN 2 =826MpaSSF1=FE 1 K FN 1 =675Mpa F2=FE 2K FN 2 =600MpaSS(2) 計(jì)算 d1初選 d1 =120mm初定 z1 =43z2 =135使用系數(shù) K A由題設(shè)工作載荷比較平緩選：K A =1.0齒間分配系數(shù)K由教材表10-3 選得 : K H= K F=1.4動(dòng)載荷系數(shù) K vv=DAN =1.0m/s60由教材圖1-0-8 得： K v =1.01齒向分配系數(shù)K由教材表10-7 選得d =1.0由教材表10-4 得： K H=1.4752K HN 2 =1.18H lim 1 =900MpaH li

22、m 2 =700MpaFE 1 =675MpaFE 2 =600MpaH 1 =1008MpaH 2 =826MpaF 2 =600Mpad =1.0綜上可得：K=K A K H K vK H =2.09由教材表 10-6 選出彈性系數(shù) Z E =189.8則：d1 3KT1(ZE )2(u 1)=114.5mmdH 2 u取 d1 =120mm則 d2 =382 定 z141z2131 m= d1 =2.89 ， 圓整取 m=3.0z1a=d1d2 =251mm2h=2.25m=6.75mm計(jì)算齒寬b2Ku1 (2.5ZE )2=98.74mmd12u H 再由教材表10-7 選得： b =

23、105mmb =100mm12（ 3）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒向載荷分布系數(shù) K由教材圖10-13 得： K=1.48則 K= K A K F K vK F=2.10計(jì)算齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)由教材表10-5 得：K H =2.09d1 =120mmd2 =382z141z2131m=3.0a=251mmh=6.75mmb1=105mmb2 =100mmK F =2.10YFa1=2.390YFa2=2.16YSa1=1.68 Y Sa2=1.81校核彎曲應(yīng)力 F1=2KT YFa1 YSa1=348.26Mpa<F 1 bm2 z1 F2= F1YFa 2YSa2 =339.10Mpa<

24、;F 2 YFa1YSa1所以第三對(duì)齒輪表面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求。3. 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1軸的設(shè)計(jì)3.1.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選取軸的材料為45 剛, 調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)教材表 15-3取 A =105，0得 :3 Pmmdmin16.67A0nYF a 1 =2.390Y F a 2 =2.16Y S a 1 = 1. 6 8Y S a 2 = 1. 8 1F 1 =348.26Mpa<F1 F 2 =339.10Mpa<F 2 d=20mm軸上有一個(gè)鍵槽，增加到 17.517.8mm。取 d=20mm。軸承選深溝球 2 系列，型號(hào)為62004 1 =60Mp通過(guò)軸系零件的尺寸

25、查表和合理設(shè)計(jì)，得出高速軸尺寸如圖：a軸承選深溝 球2 系列，型號(hào)為62004軸的強(qiáng)度校核由教材表15-1 得 1 =60Mpa求作用在軸上的作用力：由于選擇的是直齒輪和深溝球軸承，所以只有徑向力。且已知高速級(jí)齒輪的分度圓直徑為d=60mm齒輪作用在軸上的水平力即周向力：Ft2T11.27103Nd齒輪作用在軸上的鉛垂力即徑向力：FrFt tan 200.464 103 N在垂直面上：左側(cè)： FNH 2Ft( 713178 25)0.99103N(71317850307)右側(cè)： FNH1FtFNH 20.28103 N彎矩 MH1FNH 26261.38Nm水平面上：左側(cè)： FNH 2Fr(2

26、5 178137)0.347103 N(71317850307)右側(cè)： FNH1FtFNH 20.117103N彎矩 MH2FNH 26222.51Nm總彎矩： MM H21M H2265.37Nm如圖：1 =60MpaFxNH 20.99103FxNH 10.28103MH1=282.15NmFzNH 20.347103FzNH 10.117103M H 1289.98NmM=298.98NmW=1398.13進(jìn)行校核時(shí)候， 通常只是校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度根據(jù)式及上面的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，取0.3 ，軸的計(jì)算應(yīng)力。ca15Mpa <由教材表 15-4d 3bt (dt2)1 得： W=2d=1398.1332M 2( T)2所以是安全1ca57Mpa的。W其中 T 為軸輸出扭矩。所以是安全的