二級(jí)同軸式圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、二級(jí)同軸式圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 傳動(dòng)方案的擬定及說(shuō)明 4 電動(dòng)機(jī)的選擇 4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 5 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 8 滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 14 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 16 連軸器的選擇 16 減速器附件的選擇 17 潤(rùn)滑與密封 18 設(shè)計(jì)小結(jié) 18 參考資料目錄 18機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器1電動(dòng)機(jī)； 2聯(lián)軸器； 3齒輪減速器； 4 帶式運(yùn)輸機(jī)； 5鼓輪； 6聯(lián)軸器二 工作情況：載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)三 原始數(shù)據(jù)鼓輪的扭矩 T （N·m）：850 鼓輪的直徑 D（ mm）

2、：350 運(yùn)輸帶速度 V（ m/s）：0.7 帶速允許偏差（） ：5 使用年限（年）：5 工作制度（班 /日）： 2四 設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 電動(dòng)機(jī)的選擇與運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算；2. 斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算3. 軸的設(shè)計(jì)4. 滾動(dòng)軸承的選擇5. 鍵和連軸器的選擇與校核；6. 裝配圖、零件圖的繪制7. 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的編寫五 設(shè)計(jì)任務(wù)1 減速器總裝配圖一張2 齒輪、軸零件圖各一張3 設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份六 設(shè)計(jì)進(jìn)度1、 第一階段：總體計(jì)算和傳動(dòng)件參數(shù)計(jì)算2、 第二階段：軸與軸系零件的設(shè)計(jì)3、第三階段： 軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制4、第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計(jì) 算說(shuō)明書的編寫傳動(dòng)方案的擬定及說(shuō)明由題目所知

3、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型為： 同軸式二級(jí)圓 柱齒輪減速器。 故只要對(duì)本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析論 證。本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：減速器橫向尺寸較 小，兩大齒輪浸油深度可以大致相同。 結(jié)構(gòu)較復(fù) 雜，軸向尺寸大，中間軸較長(zhǎng)、剛度差，中間軸 承潤(rùn)滑較困難電動(dòng)機(jī)的選擇1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是： 載荷平穩(wěn)、 單向 旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式 Y(IP44)系列的 電動(dòng)機(jī)。2 電動(dòng)機(jī)容量的選擇1) 工作機(jī)所需功率 PwPw3.4kW2) 電動(dòng)機(jī)的輸出功率PdPw/3 2 '聯(lián)軸承齒聯(lián)軸承0.904Pd3.76kW3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇nd( i1 '·i2 'in '

4、)nw 初選為同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min 的電動(dòng)機(jī)4電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定由表 201 查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y132M1-6, 其額定 功率為 4kW ，滿載轉(zhuǎn)速 960r/min。基本符合題 目所需的要求。計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配1 計(jì)算總傳動(dòng)比由電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 nm 和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 nw 可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比為： inm/nwnw38.4i25.142 合理分配各級(jí)傳動(dòng)比 由于減速箱是同軸式布置，所以 i1i2。 因?yàn)?i25.14，取 i 25，i1=i2=5 速度偏差為 0.5%<5% ，所以可行。各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩項(xiàng)目電動(dòng)機(jī) 軸

5、高速軸 I中間 軸 II低速軸III鼓輪轉(zhuǎn)速（ r/min ）96096019238.438.4功率（kW）43.963.843.723.57轉(zhuǎn)矩 （N·m）39.839.4191925.2888.4傳動(dòng)比11551效率10.990.970.970.97傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算1 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1）材料及熱處理； 選擇小齒輪材料為 40Cr （調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。2）精度等級(jí)選用 7級(jí)精度；3）試選小齒輪齒數(shù) z1 20，大齒輪齒數(shù) z2100 的；4）選取螺旋角。初選螺旋角 14°

6、2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷， 所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算按式（ 1021）試算，即dt 2KtT·u 1 ZH ZE 計(jì)算d u H1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1） 試選 Kt 1.6（2） 由圖 1030選取區(qū)域系數(shù) ZH 2.433（3） 由表 107 選取尺寬系數(shù) d1（4） 由圖 1026 查得 10.75， 2 0.87，則 121.625）由表 106 查得材料的彈性影響系數(shù)ZE 189.8Mpa（6）由圖 1021d按齒面硬度查得小齒輪的 接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim1 600MPa；大齒輪 的解除疲勞強(qiáng)度極限 Hlim2 550MPa；（

7、7）由式 1013 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N160n1jLh60×192×1×（ 2×8× 300×5）3.32×10e8N2N1/56.64×107（8）由圖 10 19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1 0.95；KHN2 0.98（9）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1，安全系數(shù) S1，由式（ 10 12）得 H1 0.95× 600MPa 570MPa H2 0.98× 550MPa 539MPa H H1 H2/2 554.5MPa 21) 試算小齒輪分度圓直徑 d1td1tu1ZHZEu

8、Hd2KtT12 1.6 191 103 1 1.626 2.433 189.8 2 =67.855 554.52) 計(jì)算圓周速度=0.68m/sd1t n 2 67 .85192v= =60 1000 60 10003) 計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) mnt b=dd1t=1×67.85mm=67.85mm mnt= d1t cos= 67.85cos14 =3.39z120h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mmb/h=67.85/7.63=8.894) 計(jì)算縱向重合度 = 0.318z1 tan =0.318 × 1 ×tan14。=1.5

9、9(5) 計(jì)算載荷系數(shù) K 已知載荷平穩(wěn)，所以取 KA=1 根據(jù) v=0.68m/s,7級(jí)精度，由圖 10 8 查得動(dòng)載系數(shù) KV=1.11；由表 104 查的 KH 的計(jì)算公式和直齒輪的相同， 故 KH =1.12+0.18(1+0.6 ×12 )1×12 +0.23×10 3 67.85=1.42 由表 1013 查得 KF =1.36 由表 103 查得 KH =KH =1.4。故 載荷系數(shù)K=KAKVKH KH =1×1.03×1.4×1.42=2.056) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓 直徑，由式( 1010a)得33d

10、1=d1t K/Kt =67.85 2.05 /1.6 mm=73.6mm7) 計(jì)算模數(shù) mnmnmm=3.74d1 cos= 73.6 cos14。 z1 = 203 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(1017)23 2KTY cos2 YFaYSa mn2 · Fa Sad z1F1) 確定計(jì)算參數(shù)1) 計(jì)算載荷系數(shù)K=KAKVKF KF =1 × 1.03× 1.4× 1.36=1.962) 根據(jù)縱向重合度 =0.318dz1tan =1.59，從圖 1028 查得螺旋角影響系數(shù) Y0。883) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) z1=z1/cos3 =20/cos3 14。=

11、21.89 z2=z2/cos3=100/cos314。=109.474) 查取齒型系數(shù)由表 105 查得 YFa1=2.724；Yfa2=2.1725) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 105 查得 Ysa1=1.569；Ysa2=1.7986) 計(jì)算 F F1=500Mpa F2=380MPa KFN1=0.95 KFN2=0.98F1=339.29MpaF2=266MPa7) 計(jì)算大、小齒輪的 YFaYSa 并加以比較Sa12.74 1.569339.29=0.01262YSa22.172 1.798266=0.01468大齒輪的數(shù)值大2)設(shè)計(jì)計(jì)算mn20.01468 =2.42 1.96 co

12、s按圓整后的中心距修正螺旋角 14 0.88 19121 202 1.62mn=2.54 幾何尺寸計(jì)算1) 計(jì)算中心距z1 d1 cos=32.9，取 z1=33 mnz2=165a z1 z2 mn =255.07mm 2cosa 圓整后取 255mm=arcos z1 z2 mn =13。55'50”2a3) 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑d1 z1mn =85.00mmcosd2 z2mn =425mmcos4) 計(jì)算齒輪寬度b=dd1b=85mm B1=90mm，B2=85mm5) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以大齒輪為例。因齒輪齒頂圓直徑大于 160mm，而又小于 500mm，故以選用腹板式 為宜。

13、其他有關(guān)尺寸參看大齒輪零件圖。軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 擬定輸入軸齒輪為右旋II 軸：1 初步確定軸的最小直徑d A0 NP 126 31.9824 =34.2mmFt1= 2T =899NdFr1=Ft tan n =337N cosFa1=Fttan=223N；Ft2=4494NFr2=1685NFa2=1115N3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1) 擬定軸上零件的裝配方案i. I-II 段軸用于安裝軸承 30307，故取直徑 為 35mm。ii. II-III 段軸肩用于固定軸承，查手冊(cè)得到 直徑為 44mm。iii. III-IV 段為小齒輪，外徑 90mm。iv. IV-V 段分隔兩齒輪，直徑為 55mm。v.

14、 V-VI 段安裝大齒輪，直徑為 40mm。vi. VI-VIII 段安 裝套筒和軸承 ，直徑為 35mm。2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和 長(zhǎng)度1. I-II 段軸承寬度為 22.75mm，所以長(zhǎng)度為 22.75mm。2. II-III 段軸肩考慮到齒輪和箱體的間隙 12mm，軸承和箱體的間隙 4mm，所以 長(zhǎng)度為 16mm。3. III-IV 段為小齒輪，長(zhǎng)度就等于小齒輪寬 度 90mm。4. IV-V 段用于隔開(kāi) 兩個(gè) 齒輪，長(zhǎng) 度為 120mm。5. V-VI 段用于安裝大齒輪，長(zhǎng)度略小于齒 輪的寬度，為 83mm。6. VI-VIII 長(zhǎng)度為 44mm。4 求軸上的載荷20

15、7.563.5Fr1=1418.5NFr2=603.5N查得軸承 30307的Y值為 1.6Fd1=443NFd2=189N 因?yàn)閮蓚€(gè)齒輪旋向都是左旋。故： Fa1=638NFa2=189N5 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1) 判斷危險(xiǎn)截面由于截面 IV 處受的載荷較大， 直徑較小， 所 以判斷為危險(xiǎn)截面2)截面 IV 右側(cè)的b M m 17.5MPabW截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 T T2 7.64MPab m T 15.98 7.99MPab m 2 2由于軸選用 40cr，調(diào)質(zhì)處理，所以B 735MPa ， 1 386MPa ， 1 260MPa 。（2P355表 15-1）a）綜合系數(shù)的計(jì)算由 r 2

16、 0.045， D 1.6 經(jīng)直線插入，知道 d 55 d因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為 2.23， 1.81，（2P38附表 3-2 經(jīng)直線插入） 軸的材料敏感系數(shù)為 q 0.85， q 0.87， （2P37附圖 3-1） 故有效應(yīng)力集中系 數(shù)為k 1 q （ 1） 2.05k 1 q （ 1） 1.70查得尺寸系數(shù)為 0.72 ，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 為 0.76 ，（2P37附圖 3-2）（2P39附圖 3-3） 軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為0.92，（2P40附圖 3-4） 軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，即 q 1 ，則綜合系數(shù)值為K k 1 1 2.93K k 1 1 2.11K 1 2.11b）碳

17、鋼系數(shù)的確定碳鋼的特性系數(shù)取為0.1， 0.05c）安全系數(shù)的計(jì)算軸的疲勞安全系數(shù)為1S 1 6.92 K a m amS K a m 24.66ScaS S 6.66 1.5 ScaS2 S2故軸的選用安全。I 軸：1 作用在齒輪上的力FH1=FH2=337/2=168.5Fv1=Fv2=889/2=444.52da1初步確定軸的最小直徑A0 3 P1 17.9mmn13軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng) 度d）由 于聯(lián)軸器一端連接電動(dòng)機(jī)， 另一端 連接輸入軸，所以該段直徑尺寸受到 電動(dòng)機(jī)外伸軸直徑尺寸的限制， 選為 25mm。e）考慮到聯(lián)軸器的軸向定位可靠， 定位 軸肩

18、高度應(yīng)達(dá) 2.5mm，所以該段直 徑選為 30。f）該段軸要安裝軸承， 考慮到軸肩要有 2mm 的圓角，則軸承選用 30207型， 即該段直徑定為 35mm。g）該段軸要安裝齒輪，考慮到軸肩要有 2mm 的圓角，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，定為 40mm。h）為 了齒輪軸向定位可靠， 定位軸肩高 度應(yīng)達(dá) 5mm，所以該段直徑選為46mm。i） 軸肩固定軸承，直徑為 42mm。j） 該 段 軸 要 安 裝 軸 承 ， 直 徑 定 為 35mm。1） 各段長(zhǎng)度的確定 各段長(zhǎng)度的確定從左到右分述如下： a）該段軸安裝軸承和擋油盤，軸承寬 18.25mm，該段長(zhǎng)度定為 18.25mm。b）該 段為軸環(huán)，寬度不小于 7m

19、m，定 為 11mm。c）該段安裝齒輪，要求長(zhǎng)度要比輪轂短 2mm，齒輪寬為 90mm，定為 88mm。d）該段綜合考慮齒輪與箱體內(nèi)壁的距 離取 13.5mm、軸承與箱體內(nèi)壁距離 取 4mm（采 用油潤(rùn) 滑），軸承 寬 18.25mm，定為 41.25mm。e）該段綜合考慮箱體突緣厚度、 調(diào)整墊 片厚度、端蓋厚度及聯(lián)軸器安裝尺 寸，定為 57mm。f） 該段由聯(lián)軸器孔長(zhǎng)決定為 42mm4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度W=62748N.mmT=39400N.mm45 鋼的強(qiáng)度極限為 p 275MPa ，又由于軸受的載 荷為脈動(dòng)的，所以 0.6 。M m2 ( T3 ) 2 W43MPa p III

20、 軸1 作用在齒輪上的力FH1=FH2=4494/2=2247NFv1=Fv2=1685/2=842.5N2 初步確定軸的最小直徑da1 A0 3 P1 51.4mm n13 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1) 軸上零件的裝配方案2) 據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和 長(zhǎng)度-IIII-IVIV-VV-VIVI-VVIIII-VI II直徑607075877970長(zhǎng)度105113.758399.533.255 求軸上的載荷Mm=316767N.mm T=925200N.mm6. 彎扭校合W 0.1d 3 0.1 603 21600mm3M m2 ( T1) 2 W51.2MPa p 滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算I 軸：

21、1 求兩軸承受到的徑向載荷5、 軸承 30206 的校核1) 徑向力2) 派生力FdA F2YrA 52.7N ，F(xiàn)dB F2YrB 52.7N3) 軸向力 由于 Fa1 FdB 223 52.7 275.7 N FdA ， 所以軸向力為 FaA 223， FaB 52.74) 當(dāng)量載荷由于 FaA 1.32 e， FaB 0.31 e ，F(xiàn)rAFrB所以 XA 0.4 ， YA 1.6， XB 1，YB 0。 由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為 f p 1.2， 故當(dāng)量載荷為PA fp (XAFrA YAFaA) 509.04N PB fp(X BFrB YBFaB) 202.225) 軸承壽命

22、的校核10 Cr6100n1 (CPAr ) 3.98 107h 24000hII 軸：6、 軸承 30307 的校核1) 徑向力FrA FH21 FV21 1418.5NFrb FH22 FV22 603.5N2) 派生力FdA F2YrA 443N， FdB F2YrB 189N3) 軸向力 由于 Fa1 FdB 892 189 1081N FdA ， 所以軸向力為 FaA 638 N ， FaB 189 N4) 當(dāng)量載荷由于 FaA 0.45 e ， FaB 0.31 e ，F(xiàn)rAFrB所以 XA 0.4 ， YA 1.6， XB 1，YB 0。 由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為 f p

23、1.2， 故當(dāng)量載荷為PA f p(XAFrA YAFaA) 1905.84NPBf p(XBFrB YBFaB) 724.2NLh1065) 軸承壽命的校核Cr 760n1 PA( ) 1.50 107 h 24000hIII 軸：7、 軸承 32214 的校核1) 徑向力FrA FH21 FV21 842.5NFrb FH22 FV22 842.5N2) 派生力FdA F2YrA 294.6N ， FdB F2YrB 294.6N3) 軸向力由于 Fa1 FdB 294.6 1115 1409.6N FdA ， 所以軸向力為 FaA 1115N ， F aB 294.6N4) 當(dāng)量載荷由于

24、 FaA 1.32 e， FaB 0.34 e ，F(xiàn)rAFrB所以 XA 0.4 ， YA 1.5， XB 1，YB 0。 由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為 f p 1.2， 故當(dāng)量載荷為PA fp(X AFrA YAFaA) 2317.87N PB fp(XBFrB YBFaB) 1011N5）軸承壽命的校核10 Cr( ) 56.1 107 h 24000h60n1 PA鍵連接的選擇及校核計(jì)算代號(hào)直徑 （m m）工作 長(zhǎng)度 （m m）工作 高度 （m m）轉(zhuǎn)矩 （N ·m）極限 應(yīng)力 （M Pa）高 速 軸8×7× 60（單頭）25353.539.826.012

25、× 8× 80（單頭）4068439.87.32中 間 軸12× 8× 70(單頭)4058419141.2低 速 軸20×12×80(單頭)75606925.268.518 × 11 ×110（單頭）601075.5925.252.4由于鍵采用靜聯(lián)接， 沖擊輕微， 所以許用擠壓應(yīng) 力為 p 110MPa ，所以上述鍵皆安全。連軸器的選擇由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。一、高速軸用聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于裝置用于運(yùn)輸機(jī)， 原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)， 所以 工作情況系數(shù)為 K A 1.5，計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 Tca K AT1

26、 1.5 39.8 59.7N m所 以 考 慮 選 用 彈 性 柱 銷 聯(lián) 軸 器 TL4 (GB4323-84)，但由于聯(lián)軸器一端與電動(dòng)機(jī) 相連，其孔徑受電動(dòng)機(jī)外伸軸徑限制， 所以選 用 TL5 ( GB4323-84) 其主要參數(shù)如下：材料 HT200 公稱轉(zhuǎn)矩 Tn 125 N m軸孔直徑 d1 38mm， d2 25mm軸孔長(zhǎng) L 82mm， L1 60mm 裝配尺寸 A 45mm 半聯(lián)軸器厚 b 38mm(1P163表 17-3)(GB4323-84)二、第二個(gè)聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于裝置用于運(yùn)輸機(jī)， 原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)， 所以 工作情況系數(shù)為 K A 1.5， 計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 Tca K AT3 1.5 925.2 1387.8N m 所以選用彈性柱銷聯(lián)軸器 TL10(GB4323-84) 其主要參數(shù)如下：材料 HT200 公稱轉(zhuǎn)矩 Tn 2000 N m 軸孔直徑 d1 d 2 63mm 軸孔長(zhǎng) L