中南大學機械設(shè)計：一級斜齒圓柱齒輪減速器

1、計算及說明一、傳動方案擬定題目：設(shè)計帶式輸送機傳動裝置中的一級斜齒圓柱齒輪減速器（1）工作條件：皮帶式輸送機單向運轉(zhuǎn)，有輕微振動，經(jīng)常滿 載、空載啟動、二班制工作，運輸帶允許速度誤差為5%, 使用壽命十年，每年工作300天。（2）原始數(shù)據(jù)：輸送帶拉力F=3.2kN;帶速V=1.15m/s；滾筒 直徑 D=400mm。整體傳動示意圖i=二、電動機的選擇1、電動機類型的選擇：丫系列三相異步電動機（工作要求：連 續(xù)工作機器），臥式封閉結(jié)構(gòu)。2、選擇電動機的容量Pw=3.68kW工作機的有效功率FW為FW=FV=3.2X1.15=3.68kW 從電動機到工作機傳送帶間的總效率為n。3n =n1 n 2

2、 n 3 n 4 n 5由機械設(shè)計課程設(shè)計指導書可知：n 1 : V帶傳動效率 0.963n 2 :滾動軸承效率0.98（球軸承）n 3 :齒輪傳動效率 0.97 （8級精度一般齒輪傳動）3n 4 :聯(lián)軸器傳動效率0.99（齒輪聯(lián)軸器）n 5 :卷筒傳動效率 0.963n =0.83由電動機到工作機的總效率n = n 1 n 2 n 3 n 4 n 5=0.83因此可知電動機的工作功率為：Pd =P=3.68kW=4.43kWd n 0.83式中：Pd 工作機實際所需電動機的輸出功率，kW；PW 工作機所需輸入功率。kW;n電動機至工作機之間傳動裝置的總功率。nW=54.94r/min3、確定

3、電動機轉(zhuǎn)速工作機卷筒軸的轉(zhuǎn)速 nW血n=54.94r/min按推薦的傳動比合理范圍，V帶傳動在（24）之間，一級圓柱齒輪傳動在（36）之間，所以總傳動比的合理范圍 i=624,故電動機的轉(zhuǎn)速可選 范圍為nm= nw ?i =3301319 r/min，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 750 r/mi n 和 1000 r/mi n 。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，有機械設(shè)計手冊查出有兩種適用的電動機型 號，其技術(shù)參數(shù)及傳動比的對比情況見下表：表1傳動比方案方 案電動機型號額定功 率（kW同步轉(zhuǎn)速r/mi n滿載轉(zhuǎn) 速r/mi n重量(kg)總傳 動比1Y132M2-65.510009608417.472Y160M

4、2-85.575072011913.11V帶傳 動減速器3.25.462.55.24綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動和減速器的 傳動比，可知方案1較合適（在滿足傳動比范圍的條件下，有利 于提高齒輪轉(zhuǎn)速，便于箱體潤滑設(shè)計）。因此選定電動機型號為Y132M2-6 額定功率為 Ped =5.5kW，滿載轉(zhuǎn)速 n=1000r/min。三、計算總傳動比及分配各級的傳動比1、傳動裝置的總傳動比為n m 960 n w 54.94=17.47i=17.472、分配各級傳動比因i= i帶？ i減，初取i帶=3.2，則齒輪減速器的傳動比為i =i =17-47 =5 46i 減 i 帶 3.25.

5、463、計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)(1) 各軸轉(zhuǎn)速I 軸 n =nm=960=3oo r/mini 帶 3.2U軸 n n =丄=300=54.95 r/min n n 減 5.46卷筒軸 n 皿=n n = 54.95 r/min(2) 各軸功率I 軸 PI = Fd ?n 1 = 4.25kWn車由 Fn = FI ?n 2 ?n 3 = 4.04kW卷筒軸 Fm = Fn ?n 2 n 4 = 3.92kW(3) 各軸轉(zhuǎn)矩“F iI 軸 Ti = 9550 = 135.29N ?mn iF nn 軸 Tn = 9550 一 = 702.13N ?mnn nF皿卷筒軸 Tm = 95

6、50 = 681.27N ?mn m表2運動和動力參數(shù)參數(shù)軸名電動機軸I軸n軸卷筒軸轉(zhuǎn)速 n/r ?mi n-196030054.9454.94功率P/kW4.434.254.043.92轉(zhuǎn)矩T/N?m44.07135.29702.13681.27傳動比i3.25.461效率n0.960.950.97四、V帶設(shè)計設(shè)計參數(shù)應該滿足帶速 5m/s < V < 10m/s、小帶輪包角 a >120°、一般帶根數(shù)Z < 45等方面的要求。1、求計算功率Pc查表 13-8 得 Ka = 1.2, FC = Ka?Pi = 1.2X4.25 = 5.1kW 2、選V帶型號

7、可用普通V帶或窄V帶，現(xiàn)選以普通V帶。 由 FC = 5.1kW, n=960 r/min查機械設(shè)計基礎(chǔ)表13-15可知選A型，= 112140mm 3、求大小帶輪基準直徑d2 , d1由表13-9可知d1不小于75mm現(xiàn)取d1 = 125mm d2=nd1(1 - 3 = 30X125X(1 - 0.02) = 392mm由表13-9可知取d2 = 400mm4、驗證帶速ndnV = 60X1000 = 628m/s在525m/s的范圍內(nèi)，合適5、求V帶基準長度Ld和中心距a初選中心距：ao = 1.5 (d1+d2) = 1.5X(125 + 400) = 787.5mm取a0 = 800

8、mm，符合 0.7 (d1 +d2) < a0 < 2 (d1 +d2)由機械設(shè)計基礎(chǔ)第205頁13-2式可得帶長2L0 = 2a0 + 2 (d1 +d2) + = 2448mm有表13-2對A型帶選Ld = 2500mm實際中心距：a a0 + Ld； 0 = (800 + 2500 ：448 )= 826mm 6、驗算小帶輪包角aa = 180 ° 1X57.3 ° 161° > 120 ° 合適qa77、求V帶根數(shù)Z= PC(Po+?Po) ?K a1 ?Kl今 n=960r/min,=125mm查表 13-3 F0 = 1.3

9、8kW,由式13-9得傳動比i = 善一廠=3.3d1 (1- £)查表 13-5 知：？Po = 0.11kW由 a = 161 ° 查表 13-7 得：K a1 = 0.95，查表 13-2 得：KL = 1.095.1由此得 Z= (1.38+0.11 )X0.95X1.09 = 3.3,取 4 根&求作用在帶輪軸上壓力Fq查表 13-1 得 q=0.1Kg/m ； 的單根V帶的初拉力：_ 500Pc 2.5F0= ZV(K a11) + qV2 = 169.6N軸上的壓力：Fq = 2ZF0 sin ；=2X4X169.6Xsin 2= 1338N五、齒輪的

10、設(shè)計(1)擇齒輪類型，材料，精度，及參數(shù) 選用閉式斜齒圓柱齒輪傳動(外嚙合) 選擇齒輪材料；小齒輪材料都取為 45號鋼，調(diào)質(zhì),HBS=197-286 ; Hiim1 =600MPa; FE1=450MPa；大齒輪材料取為:45 號鋼，正火處理 HBS=156-217; Hiim2 =380MPa; fe2=300MPa;俵 11-1);由表 11-5： Sh =1; Sf =1.25;Zh =2.5; Zf =188.9;(表 11-4)H 1 = H lim1 / SH =600MPa ； H 2 = H lim 2 / SH =300MPaF1= FE1 / Sf =360MPa; F2】

11、=fe2 / Sf =240MPa按齒輪接觸強度設(shè)計計算：選取齒輪為8級的精度制造，取載荷系數(shù)Ka=1.3,(表13-3);齒寬系數(shù)d=1.2;（表11-6）初選螺旋角 =15° ；小齒輪齒數(shù)zy =20;大齒輪齒數(shù)z2 =20 5.46=110;32KT1 u 1 Ze Zh z 26 J1 () du H 3 .,2 135.29 1.3 5.5 1 ( 2.5 188.9 cos150.98)125.530079.33 mmdos 79.33 cos15模數(shù)叫=1=3.83 取叫=4;z,20中心距 a'=_Z) 270 mm；2cos15mn(z.« z2)

12、4. 130o螺旋角：=arccos =arccos=15.64 ;2a2 270分度圓直徑：d1 = mnZ1 =83.076 mm；d2=i齒 d1 =456.918 mm； cos齒寬 b= dd1 =1.2 79.33=99.6 mm；取 d=105mm；b2=100mm；驗算齒面彎曲強度: 齒形系數(shù) YFa1=2.82； Ysa1=1.57; YFa2=2.2; Ysa2=1.84;(表 11-8； 11-9)=48MPa；2KT1 YFa1YSa2 1.3 132.58 2.82 1.57F12=2bmnz1100 420F2F1YFa2YFa12.2 1.842.82 1.57=

13、37.86MPa；=481F1 < F 1 ；F2 < F2 ；故安全;齒輪的圓周速度:一dini = 一83 300 =1.3m/s60 1000 60000齒輪傳動的幾何尺寸，制表如下：（詳細見零件圖）名稱代號結(jié)果小齒輪大齒輪法面模數(shù)mn4螺旋角15.64°中心距a270 mm傳動比i齒5.5法面壓力角n20o齒頂咼h a4齒根高h f5全齒高h9頂隙c1.125齒數(shù)z20110分度圓直徑d83.076456.918齒頂圓直徑d a91.076464.918齒根圓直徑df73.076446.918齒輪寬b105100六、減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計名稱符號結(jié)果公式

14、機座壁厚8mm0.025a+18機蓋壁厚18mm0.02a+1 8機座凸緣壁厚度b12mm1.5機蓋凸緣厚度bi12mm1.5 1機座底凸緣壁厚b220mm2.5地腳螺釘直徑df24mm0.036a+12地角螺釘數(shù)n6a>250-500 時；n=6軸承旁連接螺栓直徑d116 mm0.75df機蓋與機座連接螺栓直徑d212 mm(0.5-0.6) df軸承端蓋螺釘直徑d310 mm(0.4-0.5) df窺視孔螺釘直徑d48 mm(0.3-0.4) df定位銷直徑d10 mm(0.7-0.8) d2df d1 d2至外機壁距離C1見卜表df d2至凸緣邊緣距離C2見卜表軸承旁凸臺半徑R1C

15、2外機壁紙軸承作端面距離I140 mmC +C2 + ( 8-12)大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離112 mm>1.2齒輪端面與內(nèi)機壁距離210 mm>機蓋機座肋厚m1 m7/7 mmm!0.85 !m 0.85軸承端蓋外徑D2140/165 mm軸承端蓋凸緣厚度t12 mm(1-1.2 ) d3表 Ci ,C2 值(mm)螺栓直徑M8M10M12M16M20M24M30C1 min13161822263440C2 min11141620242834七：軸的設(shè)計1. 高速軸的設(shè)計。(1)選擇軸的材料：選取45號鋼，調(diào)質(zhì)，HBS=197-286(2)初步估算軸的最小直徑3f P據(jù)教材公式，d

16、e、，1查表 14-2 得 c=110; p 3.952kw; ni 253.70 r/min ；3 !'pd=28mm ； 28( 1+5%) =26.6 取 dmin =30mm ；2. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：考慮帶輪的機構(gòu)要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑dmin 30mm ；齒輪輪轂直徑：d轂二=(52.5-70) mm 取d轂=55mm；(1.5 2)根據(jù)密圭寸件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為 d承=45mm； 查機械設(shè)計手冊第三版 P949;選取軸承：型號孔徑外 徑寬B動載KN靜載KN油r/mi n脂r/mi n7209AC45mm85 mm19 mm36.827.290006700兩軸

17、承支點間的距離:根據(jù)各段裝配 的零件及定位 需要得出軸徑 和長度L1=110, R1=50L2=59, R2=58L3=59, R3=60L4=95, R4=65 L5=7, R5=70L6=42.5 ,R6=60Li B 2 i 2 2 B ；式中：Bi 小齒輪齒寬,箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙,箱體內(nèi)壁與軸承端面的距離,軸承寬度,得到：L|=168mm帶輪對稱線到軸承支點的距離:BB3L2I2 I3 k ；式中:2軸承蓋的凸緣厚度,(12c,c2 5 t 2 B =27)l3螺栓頭端面至帶輪端面的距離，15mm22軸承蓋M10螺栓頭的高度， 查得k=6；B3帶輪寬度;B3 2f 3e 2 9

18、 3 1563 (查表 13-10 得 f,e 的值)；求得：L2 =88mm2.按彎扭合成應力校核軸的強度(1)計算作用在軸上的力小齒輪受力分析圓周力：Ft1 2T-=2 135.29 103/83=3257 N di徑向力：Fn Ft1 tan nCOS=3257ta n20cos15.64 =1231 N軸向力：Fa1 Ft1 ta n3257 tan 15.64 =911.8 N（2）計算支反力水平面：F1HF2H Ft1 /2 3257 / 2 1628.5 NL1dFr1 寸 Fa1 d垂直面：F2v 2 =840.9 NL1F1VFr1 F2V 1231-840.9=390N（3

19、）求F在支點產(chǎn)生的反力：lF L21338 88F2F 697.7 NL1168F1FFq F2V1338 697 2035 N（4）求垂直面的彎矩：L1 M 2VF2V 70.6 N m2L1 M1V F1V =32.76 N m 2（5）求水平彎矩：L1M1H M 2HF1H 136.794 N m2求合成彎矩：M a Jm 2v M ；h =252 N m2 2Ma' M 1V M1H =136.43 N m（6）求軸傳遞的扭矩：-JT Ft135.29 N m2（7）求危險截面的彎矩當量:a-a截面最危險，其當量彎矩為：Me 、m2 ( T)2265 N m（8）計算危險截面處

20、軸的直徑:巔鶴=35 mm安全;3.低速軸的設(shè)計。選擇軸的材料：選取45號鋼，調(diào)質(zhì)，197-286初步估算軸的最小直徑據(jù)教材公式，d cL1 =L2 =L3 =L4 =L5 =L6 =查表 14-2 得 c=110; Ph 3.96 kw; n” 54.95 r/min3 pd c =45.8；45.8 1.05=48.06 mm 取 dmin=50 mm；,n“2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計:考慮帶輪的機構(gòu)要求和軸的剛度，取裝聯(lián)軸器處軸徑:dmin =50 mm；齒輪輪轂直徑:齒寬d轂=-（1.5 2）=(52.5-70)mm 取d轂=65mm；根據(jù)密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為 d承=60mm； 查

21、機械設(shè)計手冊第三版 P949;選取軸承：型號孔徑外徑寬B動載KN靜載KN油r/mi n脂r/mi n7212AC60mm110mm22mm38.528.590006700兩軸承支點間的距離:Li Bi 2 i 2 2 B ;式中：Bi小齒輪齒寬，1 箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙，2 箱體內(nèi)壁與軸承端面的距離，B軸承寬度，得到：Li =166 mm帶輪對稱線到軸承支點的距離：BB3L2 1213 k ；22式中：I2軸承蓋的凸緣厚度，（l2c2 5 t 2 B=27）I3螺栓頭端面至帶輪端面的距離，15mmk軸承蓋 M10螺栓頭的高度，查得k=6;B3聯(lián)軸器寬度；B3 2f 3e 2 9 3 15

22、63 （查表 13-10 得 f,e 的值）；求得：L2 =112 mm3.按彎扭合成應力校核軸的強度。（1）計算作用在軸上的力小齒輪受力分析圓周力：Ft2 2Tl=2 702.13 103/456.918=3073Nd2徑向力：Fr2 Ft2tan ncos=3073ta n20cos15.64 =1161N軸向力：Fa2 Ft2ta n3073 ta n15.64 =860.3N（3）計算支反力水平面：F1HF2HFt2 /2 3073/2 1516.5 N垂直面：F2VF L1 F d22 = 590.1N L1FivFr2 F2V1516.5+590.仁 1750.6 N(4)求垂直面

23、的彎矩：M 2V F2VLl 49.48N m2M1vF1v L1 =147 N m2(3)求水平彎矩:M1 h M 2 h F1H 129 N m2(7)求軸傳遞的扭矩：T Ft2 d 702 N m2(8)求合彎矩：M .M； M1H =191.2 N m 1、求危險截面的彎矩當量：Me . M 2( T)2465 N m(10)計算危險截面處軸的直徑:d=43mm安全;八：軸承校核計算1、高速軸承的校核壽命為48000小時，校核初選的7209AC軸承兩軸承徑向力：Fr1 = VF1v2 + F1H2 = V3902 + 1628.52 = 1674.5Fr2 = VF2v2 + F2H2

24、 = V 840.9+ 1628.52 = 1832.8 軸向力：Fa = 911.8N查機械設(shè)計基礎(chǔ)表16-11可知：e=0.68Fs1 = e XFr1 = 0.68 X 1674.5=1138.4Fs2 = e XFr2 = 0.68 X 1832.8=1246.3由于Fs1 +Fa>Fs2，所以2為壓緊端故 Fa1 = Fs1 = 1138.4Fa2 = Fs1 + Fa =2050.2計算軸承的當量動載荷：由 Fa1 = 1134.4 = 0.68 = e；查表 16-11 可知:Fr11674.57所以 P = X1 XFr1 + 丫1 XFa1 = 1138.4N由 Fa2

25、 =Fr22050.21832.81.12 > ?查表 16-11 可知:X2 = 0.41 , 丫 = 0.87;所以 F2 = X2 X Fr2 + 丫2 XFa2 = 2535N計算所需的徑向基本額定動載荷Cr:因為P<F2故以軸承2的徑向當量動載荷F2為計算依據(jù)。因受中等沖擊查表16-9得fp = 1.5;工作溫度正常，查表16-8得ft = 1fp XP2ft（60n、（1。6 Lh）1.5 X 2535160 X 300 X( 106148000)3 =36.2kN<38.5kN因此合適2、低速軸承的校核壽命為48000小時，校核初選的7212AC軸承兩軸承徑向力

26、：Fr1 = VF1v2 + F1H2 = V1750.62 + 1536.52 = 2329NFr2 = VF2v2 + F2H2 = V 589.1 + 1536.52 = 1646N軸向力：Fa = 860.3N查機械設(shè)計基礎(chǔ)表16-11可知：e=0.68Fs1 = e XFr1 = 0.68 X2329=1583.7NFs2 = e XFr2 = 0.68 X1646=1119.28N由于Fs1 +Fa>Fs2，所以2為壓緊端故 Fa1 = Fs1 = 1583.7NFa2 = Fs1 + Fa=2444N計算軸承的當量動載荷：由 Fa1=詈?= 0.68 = e；查表 16-1

27、1 可知： 卜 r12329X1 = 0，Y = 1;所以 P = X1 XFr1 + 丫1 XFa1 = 1583.7NF“2444由浮=擊=1.48 > ?查表16-11可知：F r21646X2 = 0.41 , 丫 = 0.87;所以 F2 = X2 XFr2 + 丫2 XFa2 = 2801N計算所需的徑向基本額疋動載何Cr:因為P<B故以軸承2的徑向當量動載荷B為計算依據(jù)。因受中等沖擊查表16-9得fp = 1.5;工作溫度正常，查表16-8得ft = 1。1fP XP2/ 60n、31.5 X 280160 X 54.95Cr = -_2 (Lh) 3 = X(Xft

28、106h/1、 106148000)3=22.7kN<58.2kN因此合適九、鍵的設(shè)計由于齒輪和軸材料均為鋼，故取(T P=120Mpa1、輸入軸與大帶輪輪轂聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接軸徑 d=30mm,L=60mm, T=135.29N ?m查機械設(shè)計基礎(chǔ)課本 P156得，選用圓頭普通A型平鍵，得：b=8mm ，h=7mm ，鍵長范圍 L=18 90mm 。鍵長取L=50 mm 。鍵的工作長度l=L b=42mm 。強度校核：由P158式10-26 得(T p=4T/dhl=61Mpa<c P=120Mpa所選鍵為：普通A型8X7平鍵2、輸入軸與齒輪聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接軸徑 d=55mm,L=

29、105mm， T=135.29N ?m查課本P156得，選用圓頭普通A型平鍵，得：b=16mm , h=10mm ，鍵長范圍 L=45 180mm 。鍵長取L=90mm 。鍵的工作長度l=L b=74mm 。強度校核：由P158式10-26 得c p=4T/dhl=109 Mpa< c P=120Mpa所選鍵為：普通A型16X10平鍵3、輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接軸徑 d=65mm,L =100mm查課本P156得，選用圓頭普通A型平鍵，得：b=20mm , h=12mm ，鍵長范圍 L=56 220mm。鍵長取L=90 mm 。鍵的工作長度l=L b=70mm 。強度校核：由P158

30、式10-26 得c p=4T/dhl=32 Mpa< c P=120Mpa所選鍵為：普通A型20X12平鍵4、輸出軸與聯(lián)軸器聯(lián)接用平鍵聯(lián)接軸徑 d=50mm,L=110mm查課本P156得，選用圓頭普通A型平鍵，得：b=14mm ，h=9mm，鍵長范圍 L=36 160mm 。鍵長取L=90mm 。鍵的工作長度l=L b=76mm 。強度校核：由P158式10-26 得c p=4T/dhl=15.8 Mpa< c P=120Mpa所選鍵為：普通A型14X9平鍵十、聯(lián)軸器的選擇根據(jù)低速軸最小端軸頸選擇LZ4型彈性柱銷齒式聯(lián)軸器型號公稱轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速軸孔直徑軸孔長度DBS質(zhì)量Tn/N m

31、nr/mind1,d2,dzL、L1KgLZ1112500012-2427-5276 422.51.7LZ2250500016-3230-8290 502.53.0LZ3630450025-4244-1121187037.3LZ41800420040-60843聯(lián)軸器的校核63.96Tc = KT = 1.5 X9.55 X106 X中龍=1032N ?m< 1800N ?m54.9554.95r/mi n n2 =< 4200?/?1合適十一、潤滑與密封1、潤滑方式齒輪的潤滑dE1=60 1000 =83 300=1.3m/s 60000由于速度低于2m

32、/s，軸承采用脂潤滑ZI-1GB7324-1994,閉式齒輪采用工業(yè)閉式齒輪油 L-CKC150GB5903-1995, 浸油 深度以從動輪一個齒高為宜。2、密封方式（1）箱座與箱蓋凸緣的密封選用接合面涂密封膠703（2）觀察孔、注油孔等處密封選用石棉橡膠紙（3）軸承蓋密封高速軸：透蓋 B 35 54 GB/T 13871-1992盲蓋 O 87.5X2.65-A-N-GB/T34521-2005低速軸：透蓋 B42 62 GB/T 13871-1992盲蓋 O128-3.55-A-N-GB/T34521-2005(4) 其他處密封軸承靠近機體內(nèi)壁處用擋油板密封，防止?jié)櫥瓦M入軸承內(nèi)部。十二、附件設(shè)計A視孔蓋和窺視孔：在機蓋頂部開有窺視孔，能看到 傳動零件齒合區(qū)的位置，并有 足夠的空間，以便于能伸入進行操作，窺視孔有蓋板，機體上開 窺視孔與凸緣一塊，有便于機械加工出支承蓋板的表面并用墊片 加強密封，蓋板用鑄鐵制成，用 M8緊固。B油螺塞：放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一 側(cè)，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機體外壁應凸 起一塊，由機械加工成螺塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封。C油標：油標位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定