二級同軸式圓柱齒輪減速器設(shè)計

1、臨 沂 職 業(yè) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 同軸式二級圓柱齒輪減速器的設(shè)計 系 部 工程系 專 業(yè) 機械制造與自動化 班 級 機械一班 學(xué) 號 200804010140 學(xué)生姓名 徐進 指導(dǎo)教師 馮愛華 職 稱 二O一 一 年 月 日同軸式二級圓柱齒輪減速器的總體設(shè)計摘要本設(shè)計是基于CAD技術(shù)的二級圓柱斜齒齒輪減速器設(shè)計及主要零件的工藝設(shè)計。隨著計算機信息技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造技術(shù)（CAD）在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在機械設(shè)計及機械制造領(lǐng)域。CAD技術(shù)的應(yīng)用大大提高了其工作效率，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。減速器是一種常用的機械傳動裝置，其設(shè)計涉及材料、力學(xué)等多類知識。

2、在二級圓柱斜齒齒輪減速器的設(shè)計過程中，本人積極引入CAD技術(shù)，運用Pro/E對減速器的各部分零件進行造型以及整機裝配，運用VB對部分設(shè)計過程進行編程和上機調(diào)試，最后選擇主要零件進行工藝設(shè)計。CAD技術(shù)的初步應(yīng)用，簡化了傳統(tǒng)的設(shè)計過程，提高了工作效率，并使設(shè)計更加合理化，科學(xué)化。關(guān)鍵詞:計算機輔助設(shè)計; 減速器; 工藝設(shè)計; Pro/E造型; 目錄第1章 傳動方案的擬定及說明1第2章 電動機的選擇1第3章計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)13.1計算總傳動比13.2合理分配各級傳動比23.3 傳動件設(shè)計計算2第4章軸的設(shè)計計算64.1滾動軸承的選擇及計算114.2鍵連接的選擇及校核計算134.3連軸器

3、的選擇144.4減速器附件的選擇154.5潤滑與密封15第5章設(shè)計小結(jié)151 傳動方案的擬定及說明本傳動機構(gòu)的特點是：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、剛度差，中間軸承潤滑較困難。2 電動機的選擇1 電動機類型和結(jié)構(gòu)的選擇因為本傳動的工作狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式Y(jié)（IP44）系列的電動機。2 電動機容量的選擇1） 工作機所需功率Pw Pw3.4kW2） 電動機的輸出功率PdPw/0.904Pd3.76kW3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇nd（i1·i2in）nw初選為同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動機4電動機型號的確定

4、由表201查出電動機型號為Y132M1-6,其額定功率為4kW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min?；痉项}目所需的要求。3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)傳動裝置的總傳動比及其分配3.1計算總傳動比由電動機的滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機主動軸轉(zhuǎn)速nw可確定傳動裝置應(yīng)有的總傳動比為：inm/nwnw38.4i25.143.2合理分配各級傳動比由于減速箱是同軸式布置，所以i1i2。因為i25.14，取i25，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 目電動機軸高速軸I中間軸II低速軸III鼓 輪轉(zhuǎn)速（r/min）96096019238.438.4功率（kW）43.96

5、3.843.723.57轉(zhuǎn)矩（N·m）39.839.4191925.2888.4傳動比11551效率10.990.970.970.973.3 傳動件設(shè)計計算1 選精度等級、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） 精度等級選用7級精度；3） 試選小齒輪齒數(shù)z120，大齒輪齒數(shù)z2100的；4） 選取螺旋角。初選螺旋角14°2 按齒面接觸強度設(shè)計因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進行計算按式（1021）試算，即 dt1） 確定公式內(nèi)的

6、各計算數(shù)值（1） 試選Kt1.6（2） 由圖1030選取區(qū)域系數(shù)ZH2.433（3） 由表107選取尺寬系數(shù)d1（4） 由圖1026查得10.75，20.87，則121.62（5） 由表106查得材料的彈性影響系數(shù)ZE189.8Mpa（6） 由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim1600MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限Hlim2550MPa；（7） 由式1013計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N160n1jLh60×192×1×（2×8×300×5）3.32×10e8 N2N1/56.64×107（8） 由圖

7、1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN10.95；KHN20.98（9） 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1，安全系數(shù)S1，由式（1012）得 H10.95×600MPa570MPa H20.98×550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa2） 計算（1） 試算小齒輪分度圓直徑d1td1t=67.85（2） 計算圓周速度v=0.68m/s（3） 計算齒寬b及模數(shù)mntb=dd1t=1×67.85mm=67.85mmmnt=3.39h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mmb/h=67.85/7.63=8.89（4） 計算縱向重合

8、度=0.318×1×tan14=1.59（5） 計算載荷系數(shù)K 已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1根據(jù)v=0.68m/s,7級精度，由圖108查得動載系數(shù)KV=1.11；由表104查的KH的計算公式和直齒輪的相同，故 KH=1.12+0.18(1+0.6×1)1×1+0.23×1067.85=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=KAKVKHKH=1×1.03×1.4×1.42=2.05（6） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 d1=mm=73.

9、6mm（7） 計算模數(shù)mn mn =mm=3.743 按齒根彎曲強度設(shè)計由式(1017) mn1） 確定計算參數(shù)（1） 計算載荷系數(shù)K=KAKVKFKF=1×1.03×1.4×1.36=1.96（2） 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。88（3） 計算當(dāng)量齒數(shù)z1=z1/cos=20/cos14=21.89 z2=z2/cos=100/cos14=109.47（4） 查取齒型系數(shù)由表105查得YFa1=2.724；Yfa2=2.172（5） 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Ysa1=1.569；Ysa2=1.79

10、8（6） 計算FF1=500MpaF2=380MPaKFN1=0.95KFN2=0.98F1=339.29MpaF2=266MPa（7） 計算大、小齒輪的并加以比較=0.0126=0.01468 大齒輪的數(shù)值大。2） 設(shè)計計算mn=2.4mn=2.54 幾何尺寸計算1） 計算中心距z1=32.9，取z1=33z2=165a=255.07mma圓整后取255mm2） 按圓整后的中心距修正螺旋角=arcos=135550”3） 計算大、小齒輪的分度圓直徑d1=85.00mmd2=425mm4） 計算齒輪寬度 b=dd1b=85mmB1=90mm，B2=85mm5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計以大齒輪為例。因齒輪齒頂

11、圓直徑大于160mm，而又小于500mm，故以選用腹板式為宜。其他有關(guān)尺寸參看大齒輪零件圖。4 軸的設(shè)計計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=34.2mm2 求作用在齒輪上的受力Ft1=899NFr1=Ft=337NFa1=Fttan=223N；Ft2=4494NFr2=1685NFa2=1115N3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計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. V-

12、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度1. I-II段軸承寬度為22.75mm，所以長度為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，所以長度為16mm。3. III-IV段為小齒輪，長度就等于小齒輪寬度90mm。4. IV-V段用于隔開兩個齒輪，長度為120mm。5. V-VI段用于安裝大齒輪，長度略小于齒輪的寬度，為83mm。6. VI-VIII長度為44mm。4 求軸上的載荷 66 207.5 63.5Fr1=1418.5NFr2=603.

13、5N查得軸承30307的Y值為1.6Fd1=443NFd2=189N因為兩個齒輪旋向都是左旋。故：Fa1=638N Fa2=189N5 精確校核軸的疲勞強度1） 判斷危險截面 由于截面IV處受的載荷較大，直徑較小，所以判斷為危險截面2） 截面IV右側(cè)的 截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為由于軸選用40cr，調(diào)質(zhì)處理，所以，。（2P355表15-1）a) 綜合系數(shù)的計算由，經(jīng)直線插入，知道因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為，（2P38附表3-2經(jīng)直線插入）軸的材料敏感系數(shù)為，（2P37附圖3-1）故有效應(yīng)力集中系數(shù)為查得尺寸系數(shù)為，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為，（2P37附圖3-2）（2P39附圖3-3）軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系

14、數(shù)為，（2P40附圖3-4）軸表面未經(jīng)強化處理，即，則綜合系數(shù)值為b) 碳鋼系數(shù)的確定碳鋼的特性系數(shù)取為，c) 安全系數(shù)的計算軸的疲勞安全系數(shù)為故軸的選用安全。I軸：1 作用在齒輪上的力FH1=FH2=337/2=168.5Fv1=Fv2=889/2=444.52 初步確定軸的最小直徑3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1） 確定軸上零件的裝配方案2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度d) 由于聯(lián)軸器一端連接電動機，另一端連接輸入軸，所以該段直徑尺寸受到電動機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，定位軸肩高度應(yīng)達2.5mm，所以該段直徑選為30。f) 該段軸要安裝軸承，考慮到

15、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。2） 各段長度的確定各段長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，該段長度定為18.25mm。b) 該段為軸環(huán)，寬度不小于7mm，定為11mm。c) 該段安裝齒輪，要求長度要比輪轂短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

16、取13.5mm、軸承與箱體內(nèi)壁距離取4mm（采用油潤滑），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)軸器孔長決定為42mm4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度W=62748N.mmT=39400N.mm45鋼的強度極限為，又由于軸受的載荷為脈動的，所以。III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3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計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度I-IIII-IVIV-VV-VI

17、VI-VIIVII-VIII直徑607075877970長度105113.758399.533.255 求軸上的載荷Mm=316767N.mmT=925200N.mm6. 彎扭校合4.1滾動軸承的選擇及計算I軸：1 求兩軸承受到的徑向載荷2、 軸承30206的校核1） 徑向力2） 派生力，3） 軸向力由于，所以軸向力為，4） 當(dāng)量載荷由于，所以，。由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為，故當(dāng)量載荷為5） 軸承壽命的校核II軸：3、 軸承30307的校核1） 徑向力2） 派生力，3） 軸向力由于，所以軸向力為，4） 當(dāng)量載荷由于，所以，。由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為，故當(dāng)量載荷為5） 軸承壽命的校核I

18、II軸：4、 軸承32214的校核1） 徑向力2） 派生力，3） 軸向力由于，所以軸向力為，4） 當(dāng)量載荷由于，所以，。由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為，故當(dāng)量載荷為5） 軸承壽命的校核4.2鍵連接的選擇及校核計算代號直徑（mm）工作長度（mm）工作高度（mm）轉(zhuǎn)矩（N·m）極限應(yīng)力（MPa）高速軸8×7×60（單頭）25353.539.826.012×8×80（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

19、×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，所以上述鍵皆安全。4.3連軸器的選擇由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點，所以考慮選用它。2 高速軸用聯(lián)軸器的設(shè)計計算由于裝置用于運輸機，原動機為電動機，所以工作情況系數(shù)為，計算轉(zhuǎn)矩為所以考慮選用彈性柱銷聯(lián)軸器TL4（GB4323-84），但由于聯(lián)軸器一端與電動機相連，其孔徑受電動機外伸軸徑限制，所以選用TL5（GB4323-84）其主要參數(shù)如下：材料HT200公稱轉(zhuǎn)矩軸孔直徑，軸孔長，裝配尺寸半聯(lián)軸器厚（1P163表17-3）（GB4323-84）3 第二個聯(lián)軸器的設(shè)計計算由于裝置用于運輸機，原動機為電動機，所以工作情況系數(shù)為，計算轉(zhuǎn)矩為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)矩軸孔直徑 軸孔長， 裝配尺寸半聯(lián)軸器厚（1P163表17-3）（GB4323-84）4.4減速器附件的選擇通氣器由于在室內(nèi)使用，選通氣器（一次過濾），采用M18×1.5油面指示器選用游標(biāo)尺M16起吊裝置采用箱蓋吊耳、箱座吊耳放油螺塞選用外六角油塞及墊片M16×1.54.5潤滑與密封1 齒輪的潤