二級(jí)圓柱-圓錐齒輪減速器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、機(jī)械設(shè)計(jì)二級(jí)減速器機(jī)械設(shè)計(jì)減速器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 課程名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：展開(kāi)式二級(jí)圓錐-圓柱齒輪減速器 院系：機(jī)電學(xué)院機(jī)械工程系 班級(jí)：0603班 姓名：劉博 學(xué)號(hào)：06221069 指導(dǎo)教師：李德才 設(shè)計(jì)時(shí)間：2009年12月29日至1月16日CONTENTS一，設(shè)計(jì)任務(wù)書3二，總體方案分析4三，電動(dòng)機(jī)的選擇4四，傳動(dòng)比的分配6五，計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)7六，高速級(jí)圓錐齒輪的計(jì)算8七，低速級(jí)圓柱齒輪的計(jì)算13八，鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算13九，減速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15十，減速器軸的強(qiáng)度校核計(jì)算18十一，滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算22十二，鍵連接的選擇及校核計(jì)算25十三，聯(lián)軸器的選擇26十

2、四，箱體尺寸大的設(shè)計(jì)27十五，其它軸系部件的確定29十六，設(shè)計(jì)小結(jié)30十七，附圖一，設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的專用傳動(dòng)裝置原始數(shù)據(jù)： 運(yùn)輸連牽引力F=6kN； 運(yùn)勢(shì)練速度v=0.8m/s, 運(yùn)輸連輪節(jié)圓直徑D=518mm ; 輸送機(jī)效率； 輸送帶速度允許誤差為工作條件：室內(nèi)，灰塵較多；動(dòng)力來(lái)源：電力，三相交流，電壓380V；檢修間隔期：三年一次大修，二年一次中修，半年一次小修；制造條件及生產(chǎn)批量：一般機(jī)械廠制造，小批量生產(chǎn)。傳動(dòng)方案：二級(jí)展開(kāi)式圓錐-圓柱齒輪減速器介紹運(yùn)輸機(jī)相關(guān)參數(shù)和工作條件二，總體方案分析本題方案有兩個(gè)傳動(dòng)部分組成，即鏈傳動(dòng)與減速器齒輪傳動(dòng)。由于減速器工作環(huán)境比較惡劣，

3、而且要求平穩(wěn)高效率的傳動(dòng)，故選用鏈傳動(dòng)，一是可以更好的在惡劣的環(huán)境中工作（如高溫和潮濕的環(huán)境），還可以保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)和高效率的傳動(dòng)。而且，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊。減速器部分是本次課題的重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分，本課題中的減速器是展開(kāi)式圓錐-圓柱齒輪減速器。展開(kāi)式的減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪的位置不對(duì)稱。高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端。可使軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形部分相互抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。三，電動(dòng)機(jī)的選擇1，電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)的選擇因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是：兩班制，工作環(huán)境較惡劣，380v交流電，選用Y系列全封閉自扇冷式籠形三相異步電動(dòng)機(jī)。2

4、，電動(dòng)機(jī)的容量 1）工作機(jī)所需功率 根據(jù)公式,F為運(yùn)輸牽引力，V為運(yùn)輸鏈速度。由此得出： 2）計(jì)算傳動(dòng)裝置總效率 由于動(dòng)力經(jīng)過(guò)一個(gè)傳動(dòng)副或者運(yùn)動(dòng)副就會(huì)發(fā)生一次損失，故多級(jí)串聯(lián)總效率 本題中：鏈傳動(dòng)效率 =0.96 一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率，本題中一共3對(duì)滾動(dòng)軸承， =0.99 圓柱齒輪的傳遞效率，=0.98 圓錐齒輪的傳遞效率，=0.98 聯(lián)軸器效率，=0.98 運(yùn)輸機(jī)效率，=0.96所以電動(dòng)機(jī)效率 介紹展開(kāi)式二級(jí)減速器的特點(diǎn)根據(jù)情況選擇Y系列全封閉自扇冷式籠形三相異步電動(dòng)機(jī)。工作機(jī)所需功率總效率電動(dòng)機(jī)效率 3） 運(yùn)輸機(jī)的轉(zhuǎn)速 方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)滿載轉(zhuǎn)速總傳動(dòng)比1Y112M2-6144019.962Y1

5、32M2-696039.6633Y132S-4144059.494比較三個(gè)方案，選擇方案2比較合適。所選電機(jī)的基本參數(shù)如下： Y132M2-6額定功率P0同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速電壓電流功率因數(shù)5.51000960380V12.6A0.78質(zhì)量總傳動(dòng)比滿載扭矩電動(dòng)機(jī)外伸軸直徑D電動(dòng)機(jī)外伸軸長(zhǎng)度E電動(dòng)機(jī)中心高H84 kg21.522.038mm80mm132mm四，傳動(dòng)比的分配總傳動(dòng)比的分配 鏈傳動(dòng)，減速器傳動(dòng)比考慮到兩級(jí)齒輪潤(rùn)滑問(wèn)題，兩級(jí)大齒輪應(yīng)有相近的浸油深度。兩級(jí)齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比與低速級(jí)傳動(dòng)比的比值取為1.3，即。則；五，傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 1，各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 2，各軸輸入功率 3

6、，各軸輸入轉(zhuǎn)矩選擇 Y132M2-6確定傳動(dòng)比 六，高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì) 1，選定高速級(jí)齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)按傳動(dòng)方案選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)。輸送機(jī)為一般工作機(jī)械，速度不高，故選用8級(jí)精度。材料選擇 引用教材表10-1選擇小齒輪45鋼，調(diào)制處理，平均硬度為235HBS。大齒輪材料為45鋼，正火，硬度為190HBS，二者硬度差為45HBS。選小齒輪齒數(shù)z1=24,則，取。齒數(shù)2，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 ，一般取=1/3教材表10-6查的材料的彈性影響系數(shù)已經(jīng)算出；u=4.042查表得 5）查表得，取S=1計(jì)算則所以，模數(shù)，取標(biāo)準(zhǔn)m=3mm。大端分度圓直徑 齒輪相關(guān)參數(shù)： 1）取Z1=22，則

7、；，取， 2）節(jié)錐頂鉅： 3） 4）大端齒頂圓直徑： 小齒輪：mm 大齒輪： 5）齒寬取3，按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 1) 已得出； 2)查表10-5得 3）查圖10-20c 得 根據(jù)公式， 查的, 計(jì)算 4計(jì)算大小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值大1） 計(jì)算（按大齒輪計(jì)算）： 與之前計(jì)算得m值一致，則齒輪參數(shù)如下： 1）Z1=22，則；，取， 2）節(jié)錐頂鉅： 3） 4）大端齒頂圓直徑： 小齒輪：mm 大齒輪： 5）齒寬 取 6）平均分度圓直徑 7）當(dāng)量分度圓半徑 8)當(dāng)量齒數(shù)Zv 9)當(dāng)量齒輪的齒數(shù)比 10)平均模數(shù) 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的尺寸如下：名稱計(jì)算公式結(jié)果模數(shù)M齒數(shù)分度圓直徑mmmm齒頂圓直徑m

8、m齒寬節(jié)錐頂鉅137.408mm平均分度圓直徑當(dāng)量分度圓半徑 當(dāng)量齒數(shù)Zv當(dāng)量齒輪的齒數(shù)比平均模數(shù)2.55七，低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)與高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)是一樣的，其中包括齒面解除疲勞強(qiáng)度計(jì)算、齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算和校核。計(jì)算過(guò)程省略，得一下數(shù)據(jù)：名稱計(jì)算公式結(jié)果法面模數(shù)3.0mm法面壓力角齒數(shù)3197傳動(dòng)比3.102分度圓直徑93mm291mm齒頂圓直徑99mm297mm中心矩192mm齒根圓直徑齒寬B八，鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)比 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 虛擬電動(dòng)機(jī)額定功率(1)輪齒 取，則,取2）計(jì)算功率查表9-6，查圖9-13， 單排鏈3） 鏈條型號(hào)和節(jié)距 由和n 查表選型號(hào)32A ，查表9-1，p=5

9、0.8mm4) 連接和中心矩 初選 取取查表9-7 最大中心矩 5） 鏈速v和潤(rùn)滑方式 查圖9-14 采用地油潤(rùn)滑6） 壓軸力 有效圓周力水平布置 九，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）軸的材料選擇和最小直徑估算 根據(jù)工作條件，初選軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。按扭矩強(qiáng)度法進(jìn)行最小直徑估算，即：。除算軸徑時(shí)，若最小直徑軸段開(kāi)有鍵槽，還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響。當(dāng)該軸段截面上有一個(gè)鍵槽時(shí)，d增大5%7%，兩個(gè)鍵槽增大10%15%，值查表可知，對(duì)于45鋼為103126.確定高速軸，中間軸,低速軸。高速軸：，最小直徑處要安裝一鍵槽來(lái)連接聯(lián)軸器，取中間軸：，取低速軸：最小直徑處安裝一鍵槽來(lái)連接鏈 ?。ǘp速器的裝配草

10、圖設(shè)計(jì) 根據(jù)軸上零件的結(jié)構(gòu)、定位、裝配關(guān)系、軸向?qū)挾燃傲慵g的相對(duì)位置等要求，初步設(shè)計(jì)減速器草圖。草圖相見(jiàn)附圖（三）減速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1，高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1） 各軸段直徑的確定：最小直徑，安裝聯(lián)軸器。=：密封處軸段，采用氈圈密封，取標(biāo)準(zhǔn)值=30mm：滾動(dòng)軸承處，=35mm：軸肩處，=40mm：滾動(dòng)軸承處，=35mm：最小直徑安裝高速級(jí)齒輪，=25mm(2) 各軸段的長(zhǎng)度確定：由聯(lián)軸器的寬度決定，選擇具有彈性元件的撓性聯(lián)軸器HL2 ，Y型，軸空長(zhǎng)度為52mm，d=25mm，=60mm：由箱體，軸承端蓋，裝配關(guān)系確定，=52mm：由滾動(dòng)軸承，裝配關(guān)系確定 選擇軸承參數(shù)=20mm：由兩軸承距離確定

11、 =50mm：同，取20mm：由端蓋，圓錐齒輪確定 =60mm2，中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1） 各軸段直徑的確定 ：安裝圓錐滾子軸承30207， ：安裝高速圓錐齒輪，=45mm ：軸肩，=50mm ：安裝圓柱齒輪，=40mm ：安裝軸承，=（2） 各軸段的長(zhǎng)度的確定 ：由軸承，擋油環(huán)，裝配關(guān)系確定，=30mm ：由高速圓錐齒輪確定，B=42mm，=40mm ：由軸肩，小圓錐齒輪半徑確定，=36mm ：由圓柱齒輪確定，=96mm ：由軸承，擋油環(huán)確定，=30mm最小直徑估算高速軸：=30mm=35mm=40mm=35mm=25mm=60mm=52mm=20mm=50mm=20mm=60mm中間軸：=4

12、5mm=50mm=40mm=30mm=40mm=36mm=96mm=30mm3，低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）各軸段直徑的確定 ：安裝軸承 = ：安裝低速大齒輪，=55mm ：定位軸肩，=61mm ：安裝軸承，=50mm （2）各軸段長(zhǎng)度的確定 ：由軸承，擋油環(huán)，裝配關(guān)系確定，=35mm ：由低速大齒輪寬度確定，B=93mm,=91mm ：軸肩定位，=10mm =+-10=96mm十，減速器軸的強(qiáng)度校核計(jì)算（以中間軸齒輪軸為例）1，力學(xué)模型建立軸的力學(xué)模型圖2，計(jì)算軸上作用力 齒輪2（高速圓錐大齒輪） 齒輪3（低速小齒輪） 3，計(jì)算軸上軸承支反力（1）垂直面支反力低速軸:=55mm=61mm=50m

13、m=35mm=91mm=10mm=96mm左圖為軸的力學(xué)模型圖軸上作用力：齒輪2齒輪3左圖為垂直面支反力圖2，水平支反力（3） 總支反力 A點(diǎn)總支反力： B點(diǎn)總支反力 左圖為水平支反力圖總支反力： 4，繪制轉(zhuǎn)矩、彎矩圖 （1）垂直彎矩圖C處彎矩：D處彎矩： （2） 水平面彎矩圖 C處彎矩：D處彎矩：（3） 合成彎矩圖：C處合成彎矩：D處合成彎矩： 十一，滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算軸承校核方法均一致，在此次課題中中間軸最為危險(xiǎn)，所以以中間軸為例來(lái)校核。（1） 軸承選擇軸承類型：圓錐滾子軸承軸承代號(hào)：30207軸承參數(shù)：基本額定動(dòng)載荷：54.2KN基本額定靜載荷：63.5KN極限轉(zhuǎn)速：5300R/MIN

14、潤(rùn)滑方式：脂潤(rùn)滑（二）設(shè)計(jì)校核 查表得此軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷： 當(dāng)A/Re P=R 當(dāng)A/R>e 派生軸向力為：對(duì)于此軸承 e=0.37 Y=1.6軸承為正裝，簡(jiǎn)圖如下： 軸承2 被壓緊，產(chǎn)生一個(gè)附加軸向力根據(jù) 得=1405.6N分別對(duì)兩軸承校核軸承1 ： 所以P=軸承2： 所以：P= 可見(jiàn)，軸承2承受的當(dāng)量動(dòng)載荷更大 ，故以軸承2為校核對(duì)象預(yù)期壽命：實(shí)際壽命：查表13-5 當(dāng)A/Re時(shí)，X=1 , Y=0查表13-6 當(dāng)量動(dòng)載荷：故中間軸符合設(shè)計(jì)要求。左圖為垂直彎矩圖左圖為水平彎矩圖左圖為合成彎矩圖軸承選擇為30207=1405.6NP=P=滿足要求十二，鍵連接的選擇及校核計(jì)算（1） 高速

15、軸外伸連接聯(lián)軸器軸段鍵的設(shè)計(jì) 故選擇普通平鍵A型 L=40mm K=0.5h=3.5mm查表得所以強(qiáng)度合格。（2） 高速軸連接高速級(jí)圓錐小齒輪軸段鍵的設(shè)計(jì) 故選擇普通平鍵A型 L=48mm K=0.5h=3.5mm強(qiáng)度合格。（3） 中間軸圓錐齒輪軸段鍵的設(shè)計(jì) 故選擇普通平鍵A型 L=30mm K=0.5h=4.5mm 故采用兩個(gè)鍵成180°布置，131/1.5=87.6強(qiáng)度合格。(4) 中間軸圓柱齒輪軸段鍵的設(shè)計(jì) 故選擇普通平鍵A型 L=80mm K=4mm強(qiáng)度合格。(5) 低速軸上圓柱齒輪軸段鍵的設(shè)計(jì) 故選擇普通平鍵A型 L=80mm K=5mm強(qiáng)度合格。十三，聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器連

16、接高速軸和電動(dòng)機(jī)，故應(yīng)該選擇具有彈性元件的撓性聯(lián)軸器選擇型號(hào)：HL2 Y型 軸孔長(zhǎng)度為52mm d=25mm選擇型號(hào)：HL2 Y型 軸孔長(zhǎng)度為52mm d=25mm十四，箱體的設(shè)計(jì)1 箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸如下表所列：名稱符號(hào)結(jié)構(gòu)尺寸箱座壁厚10箱蓋壁厚8箱座凸緣厚度b15箱蓋凸緣厚度12箱座底凸緣厚度p25箱座上的肋厚m8.5箱蓋上的肋厚6.8地腳螺栓直徑15地腳螺栓數(shù)目n4地腳螺栓螺栓直徑M20螺栓通孔直徑25螺栓沉頭座直徑48地腳凸緣尺寸L130L225軸承旁連接螺栓直徑11.25軸承旁螺栓螺栓直徑M10螺栓通孔直徑11螺栓沉頭座直徑24剖分面凸緣尺寸1814上下箱連接螺栓直徑7.5上下箱螺

17、栓螺栓直徑M12螺栓通孔直徑13.5螺栓沉頭座直徑26剖分面凸緣尺寸2016定位銷孔直徑5.25軸承旁連接螺栓距離S120軸承旁凸臺(tái)半徑14軸承旁凸臺(tái)高度h160大齒輪頂圓與箱體內(nèi)壁距離15軸承座與渦輪外圓間距離12箱體外壁至軸承座端面距離K32剖分面至底面高度H1502 箱體的密封： 為了保證箱蓋與箱座結(jié)合面的密封，對(duì)接合面的幾何精度和表面粗糙度要精刨到表面粗糙度值小于，重要的需刮研，為了提高結(jié)合面的密封性，在箱座連接凸緣上面可銑出回油溝，使?jié)B向結(jié)合面的潤(rùn)滑油流回油池。3 箱體結(jié)構(gòu)的工藝性：箱體結(jié)構(gòu)工藝性對(duì)箱體制造質(zhì)量，成本，檢修維護(hù)有直接影響，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視。a. 鑄造工藝性：1. 為保

18、證液態(tài)金屬流動(dòng)通暢，鑄件壁厚適當(dāng)取大；2. 為避免縮孔或應(yīng)力裂紋，壁與壁之間采用平緩的過(guò)渡結(jié)構(gòu)；3. 為避免金屬積聚，兩壁間避免用銳角連接；4. 為便于起模，鑄件延起模方向有1：101：20的斜度；5. 鑄件應(yīng)盡量避免出現(xiàn)狹縫；B 機(jī)械加工工藝性：在設(shè)計(jì)箱體時(shí)，要注意機(jī)械加工工藝性要求，盡可能減少機(jī)械加工面積和刀具的調(diào)整次數(shù)，加工面和非加工面必須嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)。1，箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要避免不必要的機(jī)械加工。為保證支撐地腳底面寬度B具有足夠的剛度。這一寬度須滿足減速器安裝是對(duì)支撐面寬度的要求。 2，為了保證加工精度和縮短加工時(shí)間，應(yīng)盡量減少機(jī)械加工過(guò)程中道具的調(diào)整次數(shù)。3，鑄件箱體的加工面與非加工面應(yīng)嚴(yán)格

19、分開(kāi)，并且不應(yīng)在同一平面內(nèi)。十五，其他軸系部件的確定（1） 軸承端蓋： 軸承端蓋用來(lái)固定軸承，承受軸向力，以及調(diào)整軸承間隙，軸承蓋有嵌入式和凸緣式兩種，本題選用嵌入式，拆裝定位方便且節(jié)約空間。（2） 密封： 在輸入和輸出軸向伸處，為防止灰塵，水汽及其他雜質(zhì)侵入軸承，引起軸承急劇磨損和腐蝕，以防止?jié)櫥瑒┩饴?，需在軸承蓋中設(shè)置密封裝置，密封裝置分為接觸式密封和非接觸式密封，本減速器選用油溝密封。（3） 視孔和視孔蓋：視孔用于檢查傳動(dòng)件的嚙合情況，潤(rùn)滑狀態(tài)，接觸斑點(diǎn)及齒側(cè)間隙，還可用來(lái)注入潤(rùn)滑油，其尺寸應(yīng)足夠大，以便一檢查和手能伸入箱內(nèi)操作。視孔蓋可用軋制鋼板視孔蓋，其結(jié)構(gòu)輕便，上下面無(wú)需機(jī)械加工，無(wú)論單件或成批生產(chǎn)均常采用。（4） 通氣器：通氣器用于通氣，使箱內(nèi)外氣壓一致，以避免由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)箱內(nèi)油溫升高，內(nèi)增大，從而引起減速器潤(rùn)滑油的滲透。十六，設(shè)計(jì)小結(jié) 減速器設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)課程中非