二級(jí)展開式圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、 . . . 燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目： 二級(jí)展開式圓柱齒輪減速器 22 / 24目錄一電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算11原始數(shù)據(jù)12電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇1二總傳動(dòng)比確定與各級(jí)傳動(dòng)比分配2三運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算2四傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算31蝸桿-蝸輪的選擇計(jì)算32斜齒輪傳動(dòng)選擇計(jì)算7五軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算111.初步計(jì)算軸徑112軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123軸的彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算13六滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算16七鍵連接的選擇18八減速器附件的選擇18九潤(rùn)滑和密封說(shuō)明191潤(rùn)滑說(shuō)明192密封說(shuō)明19十拆裝和調(diào)整的說(shuō)明19十一減速箱體的附加說(shuō)明20十二設(shè)計(jì)小結(jié)20十三參考資料21一電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算1原始數(shù)據(jù)運(yùn)輸鏈牽引力F=1416N運(yùn)輸

2、鏈工作速度V=0.86m/s滾筒直徑 D=0.28m2電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇運(yùn)輸鏈所需功率，取取1=0.99（連軸器）,2=0.97（斜齒嚙合） ,3=0.97（軸承）,4=0.86（蝸輪蝸桿嚙合）,則 a=12×( 3)4 × 2× 4=0.8330電動(dòng)機(jī)功率 Pd=P/ a=0.905kw卷筒輪轉(zhuǎn)速錐齒輪齒輪減速器推薦傳動(dòng)比為i=6090故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選圍nd=i×n=(6090)×19.108=1146.481719.72 r / min 符合這一圍的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，綜合考慮選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y90S-4，主要性能如下表：電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定

3、功率（Kw）同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）Y132S-41.1150014002.22.3二總傳動(dòng)比確定與各級(jí)傳動(dòng)比分配總傳動(dòng)比為齒輪傳動(dòng)比i2=(0.040.07)i 取i2=0.055i=4.0297則i1=18.1819三運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算設(shè)輸入軸為1軸，中間軸為2軸，輸出軸軸為3軸,卷筒軸為4軸。1.各軸轉(zhuǎn)速：n1=nm =1400r / minn2=nm / i1 = 77r / minn3=nm / i2=19r / min2.各軸輸入功率：P1=Pd×01=0.905×0.99=0.896kwP2=P1×02=0.896×0

4、.98×0.86=0.834kwP3=P2×34=0.834×0.98×0.97=0.793kwP4=P3×45=0.793×0.98×0.99=0.769kw3.各軸輸入轉(zhuǎn)距：Td=9550×Pd/nm=9550×0.905/1400=6.17N·mT1=Td×01=6.17×0.99=6.11N·mT2=T1×i1×12=6.11×18.1819×0.98×0.86=103.45 N·mT3=T2

5、15;i2×34=103.45×4.0297×0.98×0.97=396.28 N·mT4=T3×45=396.28×0.98×0.99=384.47 N·m運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于下表：軸號(hào)功率P（Kw）轉(zhuǎn)矩T(N·m)轉(zhuǎn)速n（r/min)傳動(dòng)比i效率電機(jī)軸0.9056.1714001.000.99軸0.8966.11140018.180.84軸0.834103.45774.030.95軸0.793396.28191.000.97卷筒軸0.769384.4719四傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算1蝸桿蝸

6、輪的選擇計(jì)算(1).選擇蝸桿的傳動(dòng)類型根據(jù)GB/T 100851988的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI)。(2).選擇材料、精度等級(jí)和蝸桿頭數(shù)材料：蝸桿 :45鋼，調(diào)質(zhì)處理；蝸輪：鑄錫青銅ZCuSn10P1，砂膜鑄造。輪芯用灰鑄鐵HT200制造。精度等級(jí)：初選取9級(jí)蝸桿頭數(shù)：z1=2（由i=24.6取）則z2=iz1=436.3638，圓整取Z2=37傳動(dòng)比誤差為在誤差允許的圍(3).按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。計(jì)算公式 查表得：9.47cos=9.26確定載荷：K=KA·K·K

7、V中等沖擊 KA=1微震 K=1預(yù)估v23m/s，取Kv=1.1則K=1×1.1×1=1.1作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2=8.533×104N·mm查表得 ZE=155查表得 b=250MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：則計(jì)算m3q查表取 m3q=640則 m=4，d1=50mm，q=12.5(4).蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸中心距圓整取 a=100變位系數(shù)為x=0蝸桿頭數(shù)z1=2，直徑系數(shù)q=12.5；分度圓直徑d=50mm；分度圓導(dǎo)程角= 蝸輪 蝸輪齒數(shù) z2=37； 蝸輪分度圓直徑 d2=m×z2=4×37=148mm 蝸輪齒頂圓直徑 da2=

8、d2+2×m×ha*=148+2×4=156mm 蝸輪齒根圓直徑 df2=d2-2×m×(hf*+c*)=148-2×4×1.25=138mm確定精度等級(jí) 查表7-1故初選9級(jí)精度等級(jí)合適。復(fù)核m3q滑動(dòng)速度：查表取嚙合效率則總效率為=1·2·3=0.82則誤差故無(wú)應(yīng)力問(wèn)題，不必再做修正。(5).校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度當(dāng)量齒數(shù) zv=z2/cos3=38.43由此，查表可得齒形系數(shù)YF=1.79螺旋角系數(shù) Y=1-/140O=0.935許用彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力滿足彎曲強(qiáng)度。(6).精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定

9、考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T 100891988 圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇9級(jí)精度，側(cè)隙種類為f，標(biāo)注為8f GB/T 100891988。(7).熱平衡核算。其中t0=20，=0.195，P1=0.896Kw，取Kd=15W/（m2·）箱體面積則工作油溫為滿足溫度要求。2斜齒輪傳動(dòng)選擇計(jì)算(1).選精度等級(jí)、材料與齒數(shù)運(yùn)輸機(jī)一般工作機(jī)器，速度不高，故選用8級(jí)精度。材料選擇。選擇小齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，大齒輪材料為45鋼（正火）硬度為200HBS。選小齒輪齒數(shù)z1=23，大齒輪齒z2=93選取螺旋角。初選螺旋角=20o齒寬系

10、數(shù)取(2).按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1) 確定小齒輪分度圓直徑確定公式各計(jì)算數(shù)值a.使用系數(shù)查表取 KA=1b.動(dòng)載系數(shù)預(yù)估v=4m/s，則vZ1/100=0.92m/s查圖取 KV=1.05c.齒間載荷分配系數(shù)端面重合度軸向重合度總重合度查圖取d.齒向載荷分布系數(shù)查圖取 K=1.07則K=KA·KV·K·K=1.60e.材料的彈性影響系數(shù)查表得f. 齒向區(qū)域系數(shù)查圖取 ZH=2.38g.重合度系數(shù)h.螺旋角系數(shù)i.接觸疲勞強(qiáng)度極限查圖取Hlim1=590MPaHlim2=470MPaj. 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N2=N1/i=1.65×107查表得接觸疲勞壽命系

11、數(shù) KHN1=1.2 KHN2 =1.28k.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)SH=1(失效概率為1%)則?故計(jì)算a. 試算小齒輪分度圓直徑d1b.確定中心距取a=160mmc.確定模數(shù)取mn=3d.初選螺旋角 =8°15°取12°e.確定齒數(shù)，精算由則=*a/=104.3取104i=Z2/Z1=2 Z1=Z2=(1+i)Z1 Z1=104/3=34.7取34Z2=70 i=70/34=2.05 f.其他重要尺寸的確定 計(jì)算分度圓直徑計(jì)算齒寬則取b1=84mm，b2=90mm2) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算重合度系數(shù)計(jì)算螺旋角系數(shù)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)查取齒形系數(shù) YFa1=

12、2.46，YFa2=2.22查取應(yīng)力集中系數(shù) YSa1=1.64，YSa2=1.74計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力F=KFN·Flim/SHa. 彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim1=450MPa，F(xiàn)lim2=390MPab. 查取壽命系數(shù) KFN1=KFN2=1c. 安全系數(shù) SH=1 (取失效概率為1%)則F1=1×420/1=450MPaF2=1×390/1=390MPa計(jì)算彎曲應(yīng)力故設(shè)計(jì)合理。五軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算1.初步計(jì)算軸徑軸的材料選用常用的45鋼當(dāng)軸的支撐距離未定時(shí)，無(wú)法由強(qiáng)度確定軸徑，要用初步估算的方法，即按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定軸徑d，計(jì)算公式為：考慮到各軸均有

13、彎矩，取C=118，初算軸頭直徑考慮到軸要與帶輪聯(lián)接，初算直徑d1必須與聯(lián)軸器空相匹配與d3必須和聯(lián)軸器空相匹配，所以初定d1=45mm2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（輸出）軸的初步設(shè)計(jì)如下圖：裝配方案：左端，聯(lián)軸器，透蓋，擋油板、右端軸承、擋油板、依次從軸的左端向右安裝；右端，端蓋右端、軸承齒輪、擋油板、軸套、大斜齒輪，依次從軸的右端向左安裝。軸的徑向尺寸：當(dāng)直徑變化處的端面用于固定軸上零件或承受軸向力時(shí)，直徑變化值要大些，可取（68）mm，否則可取（46）mm。軸的軸向尺寸：軸上安裝傳動(dòng)零件的軸段長(zhǎng)度是由所裝零件的輪轂寬度決定的，而輪轂寬度一般是和軸的直徑有關(guān)，確定了直徑，即可確定輪轂寬度。軸的端面與零件

14、端面應(yīng)留有距離L，以保證零件端面與套筒接觸起到軸向固定作用，一般可取L=（13）mm。軸上的鍵槽在靠近軸的端面處的距離取（13）mm，靠近軸肩處的距離應(yīng)大于等于5mm。軸的初步設(shè)計(jì)如下圖：裝配方案是：左端，端蓋、左端軸承、擋油板、軸套、擋油板、蝸輪依次從軸的左端向右安裝；右端，端蓋、右端軸承、擋油板、軸套、小斜齒輪依次從軸的右端向左安裝。尺寸設(shè)計(jì)準(zhǔn)則同軸。(蝸桿)軸的初步設(shè)計(jì)如下圖：裝配方案是：左端，聯(lián)軸器右端、密封圈、端蓋、圓螺母止動(dòng)墊片、左端軸承1、軸套、左端軸承2、套杯、依次從軸的左端向右安裝；圓螺母、圓螺母止動(dòng)墊片、右端軸承，依次從軸的右端向左安裝。尺寸設(shè)計(jì)準(zhǔn)則同軸。3軸的彎扭合成強(qiáng)度

15、計(jì)算由軸裝軸承處軸的直徑d=45mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)得到應(yīng)該使用的軸承型號(hào)為7209C，D=85mm，B=19mm，a=18.2mm（軸承的校核將在后面進(jìn)行）。（1） 計(jì)算大齒輪受力：轉(zhuǎn)矩 T1=407.6N·m由此畫出大齒輪軸受力圖，見b圖（2） 計(jì)算軸承反力（c、e圖） 水平面 垂直面（3） 畫出水平彎矩Mxy圖(圖d)，垂直面彎矩Mxz圖(圖f)和合成彎矩圖（圖g）。（4） 畫出軸的轉(zhuǎn)矩T圖（圖h），T=407600N·mm（5） 初步分析截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中?，F(xiàn)對(duì)面將進(jìn)行安全系數(shù)校核。（6） 軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，b=650MPa，s=360MPa

16、，查表得疲勞極限：-1=0.45b=0.45×650=293MPa，0=0.81b=0.81×650=527MPa-1=0.26b=0.26×650=169MPa0=0.5b=0.5×650=325MPa 由式，得，（7） 求截面的應(yīng)力 （8） 求截面的有效應(yīng)力集中系數(shù) 因在此面處有軸直徑變化，過(guò)渡圓角半徑r=1mm，其應(yīng)力集中可由表查得D/d=53/48=1.1，r/d=1.5/48=0.03。由b=650MPa查得k =1.85，k=1.3。求表面狀態(tài)系數(shù)與尺寸系數(shù)、查表得=0.92，=0.84、=0.78。（9） 求安全系數(shù) 設(shè)為無(wú)限壽命，kN=1

17、則綜合安全系數(shù)為故軸安全。六滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算由于傳動(dòng)裝置采用蝸輪-蝸桿斜齒輪傳動(dòng)，存在一定的軸向力，故選用角接觸軸承?，F(xiàn)計(jì)算軸上的一對(duì)軸承的壽命。軸承型號(hào)為7209C，d=45mm，D=85mm，B=19mm，基本額定動(dòng)載荷 Cr=38500N，基本額定靜載荷 Cor=28500N，采用油潤(rùn)滑nlim=9000r/min。1. 計(jì)算部軸向力 受力如圖i查表得 S=0.7Fr（=25o，e=0.7）則 S1=0.7×1456.2=1019.4N S2=0.7×2671.4=1870N2. 計(jì)算單個(gè)軸承的軸向載荷比較S1+FA與S2的大小S1+FA=1017.4+863=18

18、80.4N> S2由圖示結(jié)構(gòu)知，1軸承“放松”，2軸承“壓緊”。則 Fa1=S1=1019.4N，F(xiàn)a2=S1+FA=1880.4N3. 計(jì)算當(dāng)量載荷 P=fP（XFr+YFa） 查表取fP=1.5查表得X1=1，Y1=0查表得X2=0.41，Y2=0.87 P=f1(Xfr+YFa)則 P1=1.5(1×1456.20×1019.4)=1456.2NP2=1.5(0.41×2671.40.87×1880.4)=4096.8 N4. 計(jì)算壽命 取P1、P2中的較大值帶入壽命計(jì)算公式因?yàn)槭乔蜉S承，取=3，則5. 靜載荷驗(yàn)算 查表得X0=0.5，Y0=

19、0.38，則P01= X0Fr1+Y0Fa1=0.5×1456.20.38×2671.4=1743.2N因 P01> Fr1，故取 P01=1743.2N<<C。 P02= X0Fr2+Y0Fa2=0.5×2671.40.38×1880.4=2050.3N<<C6. 極限速度驗(yàn)算查圖得f11=1，f12=1，tan1=Fa1/Fr1=0.7，tan2= Fa2/Fr2=0.704查圖得f21=0.995，f22=0.994，則f11f21nlim=1×0.995×9000=8955r/min>nf1

20、2f22nlim=1×0.994×9000=8946r/min>n 故選用7209C型向心球軸承符合要求。七鍵連接的選擇與校核軸鍵槽部分的軸徑為20mm，所以選擇普通圓頭平鍵鍵 A6×30 GB/T 1096軸左右兩端鍵槽部分的軸徑為32mm，所以選擇普通圓頭平鍵左端 鍵 A12×48 GB/T 1096-79右端 鍵 A12×78 GB/T 1096-79軸左端鍵槽部分的軸徑為38mm，所以選擇普通圓頭平鍵鍵 A12×60 GB/T 1096-79右端鍵槽部分的軸徑為48mm，所以選擇普通圓頭平鍵鍵 A14×72 G

21、B/T 1096-79校核：大小齒輪45， 蝸輪HT200，（輸出）軸9/4（72-14）*48*100=626400>407.6滿足要求8/4（60-14）*40*50=184000>407.6滿足要求軸軸（蝸桿）T=11.4鍵b6h6L30校核方法同上經(jīng)校核符合要求八減速器附件的選擇1. 窺視孔蓋 窺視孔蓋的規(guī)格為150×130mm。箱體上開窺視孔處設(shè)有凸臺(tái)4mm，一邊機(jī)械加工支撐蓋板的表面，并用墊片加強(qiáng)密封，蓋板材料為Q215A鋼，用6個(gè)M6螺栓緊固。2. 通氣器 減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，箱體溫度升高，氣壓加大，對(duì)密封不利，故在窺視孔蓋上安裝通氣器，是箱體熱膨脹氣體自由逸出，

22、以保證壓力均衡，提高箱體縫隙處的密封性能?？紤]到煤場(chǎng)的工作環(huán)境，選用帶金屬濾網(wǎng)的通氣器。3. 啟蓋螺釘 在減速器裝配時(shí)于箱體剖分面上涂有水玻璃或密封膠，為了便于開蓋故設(shè)有啟蓋螺釘。其螺紋長(zhǎng)度要大于機(jī)蓋連接凸緣的厚度，螺桿端部做成圓柱形、大倒角或半圓形，以免破壞螺紋。4. 定位銷 為了保證剖分式箱體的軸承座孔的加工與裝配精度，在箱體連接凸緣的長(zhǎng)度方向兩端各安置一個(gè)圓錐定位銷，兩銷盡量遠(yuǎn)些，以提高定位精度。定位銷的直徑為d=8mm，長(zhǎng)度應(yīng)大于箱蓋和箱座連接凸緣的總厚度，以便于裝卸。5. 吊環(huán)和吊鉤 為了便于拆卸和搬運(yùn)，在箱蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊環(huán)、吊鉤，并在箱座上鑄出吊鉤。6. 油標(biāo)尺 油標(biāo)尺應(yīng)

23、放在便于觀測(cè)減速器油面與油面穩(wěn)定之處。先確定右面高度，再確定油標(biāo)尺的高度和角度，應(yīng)使油孔位置在油面以上，以免油溢出。油標(biāo)尺應(yīng)足夠長(zhǎng)，保證在油液中。采用帶有螺紋部分的桿式油標(biāo)尺。7. 放油螺塞 放油孔的位置應(yīng)在油池的最低處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便于放油。放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的箱座外壁要有凸臺(tái)，經(jīng)機(jī)械加工成為螺塞頭部的支承面，并加封油圈以加強(qiáng)密封。九潤(rùn)滑和密封說(shuō)明1潤(rùn)滑說(shuō)明因?yàn)槭窍轮檬轿仐U減速器，且其傳動(dòng)的圓周速度v<12m/s，故蝸桿采用浸油潤(rùn)滑，油面高度距蝸桿中心線100mm；大、小斜齒圓柱齒輪采用甩油輪浸油潤(rùn)滑；潤(rùn)滑油使用50號(hào)機(jī)械潤(rùn)滑油。大、小斜齒圓柱齒輪

24、采用飛濺潤(rùn)滑,軸承采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，因?yàn)檩S承轉(zhuǎn)速v<1500r/min，所以選擇潤(rùn)滑脂的填入量為軸承空隙體積的1/2。2密封說(shuō)明在試運(yùn)行過(guò)程中，所有聯(lián)接面與軸伸密封處都不允許漏油。剖分面允許涂以密封膠或水玻璃，不允許使用任何墊片。軸伸處密封應(yīng)涂以潤(rùn)滑脂。十拆裝和調(diào)整的說(shuō)明在安裝調(diào)整滾動(dòng)軸承時(shí)，必須保證一定的軸向游隙，因?yàn)橛蜗洞笮⒂绊戄S承的正常工作。當(dāng)軸直徑為3050mm時(shí)，可取游隙為。在安裝齒輪或蝸桿蝸輪后，必須保證需要的側(cè)隙與齒面接觸斑點(diǎn)，側(cè)隙和接觸斑點(diǎn)是由傳動(dòng)精度確定的，可查手冊(cè)。當(dāng)傳動(dòng)側(cè)隙與接觸斑點(diǎn)不符合精度要求時(shí)，可以對(duì)齒面進(jìn)行刮研、跑合或調(diào)整傳動(dòng)件的嚙合位置。也可調(diào)整蝸輪軸墊片

25、，使蝸桿軸心線通過(guò)蝸輪中間平面。十一減速箱體的附加說(shuō)明機(jī)座和箱體等零件工作能力的主要指標(biāo)是剛度，箱體的一些結(jié)構(gòu)尺寸，如壁厚、凸緣、寬度、肋板厚度等，對(duì)機(jī)座和箱體的工作能力、材料消耗、質(zhì)量和成本，均有重大影響。但是由于其形狀的不規(guī)則和應(yīng)力分布的復(fù)雜性，未能進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的分析計(jì)算，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式大概計(jì)算出尺寸，加上一個(gè)安全系數(shù)也可以保證箱體的剛度和強(qiáng)度。箱體的大小是根據(jù)部傳動(dòng)件的尺寸大小與考慮散熱、潤(rùn)滑等因素后確定的。十二設(shè)計(jì)小結(jié)十三參考資料1. 許立中，周機(jī)械設(shè)計(jì)：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，20092. 曉娟機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，20083. 龔溎義，沛霖機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)：高等教育，2

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