機械設(shè)計課程設(shè)計—同軸式二級圓柱齒輪減速器

1、目錄一、設(shè)計任務(wù)書 .1二、傳動方案的擬定及說明 .1三、電動機的選擇 .3四、計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比.3五、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù).4六、傳動件的設(shè)計計算 .51. .V 帶傳動設(shè)計計算52. .斜齒輪傳動設(shè)計計算7七、軸的設(shè)計計算 .121. .高速軸的設(shè)計122. .中速軸的設(shè)計153. .低速軸的設(shè)計19精確校核軸的疲勞強度 .22八、滾動軸承的選擇及計算 .261. .高速軸的軸承262. .中速軸的軸承273. .低速軸的軸承29九、 .鍵聯(lián)接的選擇及校核計算31十、 .聯(lián)軸器的選擇32十一、 .減速器附件的選擇和箱體的設(shè)計32十二、 .潤滑與密封33十三、 .

2、設(shè)計小結(jié)34十四、 .參考資料350設(shè)計計算及說明結(jié)果一、設(shè)計任務(wù)書設(shè)計一用于帶式運輸機上同軸式二級圓柱齒輪減速器1. 總體布置簡圖2. 工作情況工作平穩(wěn)、單向運轉(zhuǎn)3. 原始數(shù)據(jù)運輸機卷筒運輸帶卷筒直徑帶速允許使用年限工作制度扭矩（ N?m）速度（ mm）偏差（ %）（年）（班 / 日）（ m/s ）13500.7032051024. 設(shè)計內(nèi)容(1) 電動機的選擇與參數(shù)計算(2) 斜齒輪傳動設(shè)計計算(3) 軸的設(shè)計(4) 滾動軸承的選擇(5) 鍵和聯(lián)軸器的選擇與校核(6) 裝配圖、零件圖的繪制(7) 設(shè)計計算說明書的編寫5. 設(shè)計任務(wù)(1) 減速器總裝配圖 1 張（ 0 號或 1 號圖紙）(2

3、) 齒輪、軸零件圖各一張（2 號或 3 號圖紙）(3) 設(shè)計計算說明書一份二、傳動方案的擬定及說明如任務(wù)書上布置簡圖所示，傳動方案采用V 帶加同軸式二級圓柱齒輪減速箱，采1用 V 帶可起到過載保護作用，同軸式可使減速器橫向尺寸較小。601000v6010000.7nwD32041.778r / min三、電動機的選擇1. 電動機類型選擇按工作要求和工作條件，選用一般用途的（ IP44 ）系列三相異步電動機。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。2. 電動機容量(1) 卷筒軸的輸出功率 PwFv2T v2 13500.70PwD0.3205.90625kW5.90625kWPw100010001000(2) 電動機

4、的輸出功率PdPdPw傳動裝置的總效率3212345式中， 1, 2為從電動機至卷筒軸之間的各傳動機構(gòu)和軸承的效率。由機械設(shè)計課程設(shè)計 （以下未作說明皆為此書中查得）表2-4查得： V 帶傳動10.955 ；滾動軸承20.9875；圓柱齒輪傳動30.97 ；彈性聯(lián)軸器4 0.9925；卷筒軸滑動軸承50.955 ，則0.9550.987530.9720.99250.9550.82015Pw5.96257.2014kW故Pd0.82015(3) 電動機額定功率 Ped由第二十章表20-1 選取電動機額定功率Ped7.5kW 。3. 電動機的轉(zhuǎn)速由表 2-1 查得 V 帶傳動常用傳動比范圍 i1

5、24 ，由表 2-2 查得兩級同軸式圓柱齒輪減速器傳動比范圍 i 2 860 ，則電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為0.82015Pd7.2014kWPed7.5kW2設(shè)計計算及說明結(jié)果nd nwi1 i 2 66810026 r / min可見同步轉(zhuǎn)速為750r/min 、1000r/min 、1500r/min和 3000r/min 的電動機均符合。 這里初選同步轉(zhuǎn)速分別為 1000r/min和 1500r/min 的兩種電動機進行比較，如下表：方電 動 機額 定 功電動機轉(zhuǎn)速 （ r/min ） 電 動 機傳動裝置的傳動比案型號率（ kW）滿載質(zhì)量總傳動V 帶傳兩 級 減同步（ kg）比動速器1Y13

6、2M-47.5150014408134.4682.513.7872Y160M-67.5100097011923.2182.210.554由表中數(shù)據(jù)可知兩個方案均可行，但方案1 的電動機質(zhì)量較小， 且比價低。 因此，可采用方案 1，選定電動機型號為Y132M-4。4. 電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸由表 20-1 、表 20-2 查出 Y132M-4 型電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸，并列表記錄備份。型號額 定 功同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩率 (kw)(r/min)(r/min)額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y132M-47.5150014402.22.3HDEGKL質(zhì)量（kg）13238803

7、3125151081四、計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比1. 傳動裝置總傳動比nm144034.468ii 34.468nw41.7782. 分配各級傳動比取 V 帶傳動的傳動比 i 12.5 ，則兩級圓柱齒輪減速器的傳動比為i12.5i2i34.46813.787i 32.5i1i2i 3 3.713i 2i33.713所得 i 2 i3 符合一般圓柱齒輪傳動和兩級圓柱齒輪減速器傳動比的常用范圍。3設(shè)計計算及說明結(jié)果五、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)1. 各軸轉(zhuǎn)速電動機軸為 0 軸，減速器高速軸為軸，中速軸為軸，低速軸為軸，各軸轉(zhuǎn)速為n0 nm1440r / minn01440n576r

8、/ mini12.5n1576n155.13r / mini 23.713n2155.13n45.78r / mini 33.7132. 各軸輸入功率按電動機額定功率 Ped 計算各軸輸入功率，即P0Ped7.5kWPP017.5 0.9557.1625kWPP1237.16250.98750.976.8608kWPP22 36.86080.98750.976.5718kW3. 各州轉(zhuǎn)矩T09550P095507.5n049.74 N m1440P7.1625T95509550118.75Nmn576P6.8608T95509550422.36Nmn155.13TP95506.57181370

9、.92Nm955045.78n電動機軸高速軸中速軸低速軸轉(zhuǎn)速（ r/min ）1440576153.640.96功率（ kW）7.206.916.646.37轉(zhuǎn)矩（ N m）49.74118.75422.361370.924設(shè)計計算及說明六、傳動件的設(shè)計計算1. V 帶傳動設(shè)計計算（ 1）確定計算功率由于是帶式輸送機，每天工作兩班，查機械設(shè)計（ V 帶設(shè)計部分未作說明皆查此書）表 8-7 得，工作情況系數(shù)K A1.2PcaK A Pd1.27.59kW（ 2）選擇 V 帶的帶型由 Pca 、n0 由圖 8-11 選用 A 型（ 3）確定帶輪的基準直徑d d 并驗算帶速v初選小帶輪的基準直徑dd

10、 1 。由表 8-6 和表 8-8 ，取小帶輪的基準直徑d d1125mm驗算帶速v。按式 (8-13) 驗算帶的速度dd 1n0125 1440v1000609.425m / s601000因為 5m / s v30m / s , 故帶速合適。結(jié)果Pca9kWA 型d d 1125mm計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)式(8-15a),計算大帶輪基準直徑 dd 2d d 2i1 dd12.5125312.5mm根據(jù)表8-8 ，圓整為 d d 2315mmd d 2315mm（ 4）確定 V 帶的中心距 a 和基準長度 Ld根據(jù)式 (8-20)，初定中心距 a0500mm 。由式 (8-22) 計算帶

11、所需的基準長度Ld 02a0(d d1(dd 2d d1 )22a0(d d 1( dd 2 dd 1 ) 2d d 2 )4a0d d 2 )224a02 500(125(315125)21709.2mm315)50024由表 8-2 選帶的基準長度Ld 1800mmLd1800mm5設(shè)計計算及說明按式 (8-23) 計算實際中心距a。aa0LdLd 150018001709.2545.4mm22中心距變化范圍為518.4 599.4mm。（ 5）驗算小帶輪上的包角11180(dd 2dd 1 ) 57.3180(315125) 57.316090（ 6）a545.4確定帶的根數(shù) 計算單根

12、V 帶的額定功率由 d d1 125mm和 n01440r / min ，查表 8-4a 得 P01.91kW根據(jù) n01440r / min ， i=2.5和 A 型帶，查表 8-4b 得P00.03kW查表 85得 K0.95，表 82得K L0.99于是Pr(P0P0) KK L1.91kW1.8246kW 計算 V 帶的根數(shù) z。zPca94.93Pr1.8246取5根。（ 7）計算單根 V 帶的初拉力的最小值( F0 )m in由表 8-3 得 A 型帶的單位長度質(zhì)量q=0.1kg/m ，所以(F0 ) min500(2.5K) Pcaqv2K zv500(2.50.95)90.19

13、.4252 N0.9559.425165N應(yīng)使帶的實際初拉力F0(F0 )min（ 8）計算壓軸力 Fp(F p )min2z( F0 ) min sin125 165 sin 1521622N22結(jié)果a545.4mm11605 根( F0 )min165N( Fp ) min1622N6設(shè)計計算及說明結(jié)果2. 斜齒輪傳動設(shè)計計算按低速級齒輪設(shè)計：小齒輪轉(zhuǎn)矩T1T422.36 N m ，小齒輪轉(zhuǎn)速n1n 155.13r / min ，傳動比 ii33.713 。（ 1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)選用斜齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪運輸機為一般工作機器，速度不高，故選7 級精度（ GB10095

14、-88）7 級精度由機械設(shè)計 （斜齒輪設(shè)計部分未作說明皆查此書）表10-1 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，二者硬度差為 40HBS。z1 24z1 24 ：大齒輪齒數(shù) z2選小齒輪齒數(shù)iz1 3.7132489初選取螺旋角1414（ 2）按齒面接觸強度設(shè)計按式 (10-21 ）試算，即d1t 32K t T1 u 1 ( Z H Z E ) 2du H 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值a)試選載荷系數(shù) K t1.6b)由圖 10-30選取區(qū)域系數(shù) Z H2.433c)由圖 10-26查得1 0.78,20.88，120.78 0

15、.881.66d) 小齒輪傳遞的傳矩 T1 422.36N me)由表 10-7選取齒寬系數(shù)d11f)由表 10-6查得材料彈性影響系數(shù) Z E 189.8MPa 2g) 由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限H lim 1600；MPa大齒輪的接觸疲勞強度極限H lim 2550MPah) 由式 10-13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N 160 n1j Lh605761 (2 8 365 10) 2.02 109N 2N 12.0210 95.44108i13.7137設(shè)計計算及說明結(jié)果i) 由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù)K HN10.90, K HN 20.94j) 計

16、算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概率為1%，安全系數(shù) S=1，由式 (10-12) 得H 1K HN1H lim 10.90600 MPa540MPa;S1KHN2H lim 20.94550517MPaH 2SMPa1k) 許用接觸應(yīng)力H 1H 2540 517H528.5MPa22計算a) 試算小齒輪分度圓直徑 d1t ，由計算公式得2 1.6422.36 1033.713 12d1t 92 .40mm2.433 189.8d1tmm92.40mm311.663.713528.5b) 計算圓周速度vd1t n192.40 155.13v 0.7505m s100060m s0.7505m s60

17、1000c) 齒寬 b 及模數(shù) mntbd d1t1.0 92.40mm 92.40mmmntd1t cos92.40 cos14z1mm 3.74mm24h 2.25mnt2.253.74mm 8.41mmb / h92.40 / 8.4110.76d) 計算縱向重合度0.318 d z1 tan0.318 1 24 tan14 1.903e) 計算載荷系數(shù) K由表 10-2 查得使用系數(shù)K A 1根據(jù) v0.7505m s ， 7 級精度，由圖 10-8查得動載系數(shù)K v 1.04；由表10-4 查得 K H 的值與直齒輪的相同，故K H1.321；因K A Ft / b 1 422.36

18、 /(92.4 / 2) / 92.498.9N / mm100N / mm 表 10-38查得 K HK F1.4 ；圖 10-13 查得 K F1.28設(shè)計計算及說明結(jié)果9故載荷系數(shù)：KK AK VK HK H 1 1.04 1.41.321 1.92f) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式(10-10a) 得d1d1t 3K90.403 1.92mm 98.19mmK t1.6g) 計算模數(shù) mnmnd1 cos98.19 cos14mn 3.97 mmz1mm 3.97mm24（ 3） 按齒根彎曲強度設(shè)計由式 (10-17)2KT1Y cos2YFa YSamn32 F d

19、z1確定計算參數(shù)a) 計算載荷系數(shù)K KAKVK FK F1 1.04 1.41.28 1.86b)根據(jù)縱向重合度1.903，從圖 10-28查得螺旋角影響系數(shù) Y 0.88c)計算當量齒數(shù)z12426.27zv1cos314cos3z28997.43zv2cos314cos3d) 查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 YFa 12.592,YFa 22.185e) 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表 10-5 查得 YSa1 1.596,YSa2 1.787f) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限FE 1500MPa ；大齒輪的彎曲疲勞強度極限FE 2380MPa設(shè)計計算及說

20、明結(jié)果10由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) K FN 10.84, K FN 2 0.88取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 ，由式 (10-12)得K FN1FE 10.84 500F1300.0MPaS1.4KFN2FE 20.88 500F 2238.9MPaS1.4g) 計算大、小齒輪的 YFa YSa ，并加以比較F YFa1YSa12.592 1.5960.01379300F1YFa 2YSa22.185 1.7870.01634238.9F 2大齒輪的數(shù)值大設(shè)計計算21.86422.3610 30.88cos142mn30.01634mm 2.81mm12421.66對比計算的結(jié)

21、果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)mn 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取 mn3mm ，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d198.19mm來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由z1d1 cos98.19cos1431.76mn3取 z132，則 z2uz13.71324119（ 4） 幾何尺寸計算計算中心距aZ1 Z 2 mn32119 3 mm 233.43mm2 cos2cos14將中心距圓整為233mm按圓整后的中心距修正螺旋角mn2.81mmz132z2119a233.43mm設(shè)計計算及說明結(jié)果11Z1Z 2 mn(32119) 3arccos

22、2aarccos213 33 55233因值改變不多，故參數(shù),K ,ZH 等不必修正計算大、小齒輪的分度圓直徑d1Z1mn32 3mm98.75mmcos98.75mmcos13 33 55d1Z2m119 3d 2367.24mmd2nmm367.24mmcoscos13 33 55計算齒輪寬度bdd1198.75mm98.75mmB1105mm圓整后取 B1105mm, B2100mmB2100mm由于是同軸式二級齒輪減速器，因此兩對齒輪取成完全一樣，這樣保證了中心距完全相等的要求，且根據(jù)低速級傳動計算得出的齒輪接觸疲勞強度以及彎曲疲勞強度一定能滿足高速級齒輪傳動的要求。為了使中間軸上大小

23、齒輪的軸向力能夠相互抵消一部分， 故高速級小齒輪采用左旋，大齒輪采用右旋，低速級小齒輪右旋大齒輪左旋。高速級低速級小齒輪大齒輪小齒輪大齒輪傳動比3.713模數(shù) (mm)3螺旋角13 33 55中心距 (mm)233齒數(shù)3211932119齒寬 (mm)105100105100分度圓98.75367.2498.75367.24直徑91.25359.7491.25359.74齒根圓(mm)104.75373.24104.75373.24齒頂圓旋向左旋右旋右旋左旋設(shè)計計算及說明結(jié)果12七、軸的設(shè)計計算1. 高速軸的設(shè)計(1) 高速軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速（ r / min ） 高速軸功率（ kw

24、） 轉(zhuǎn)矩 T（ N m ）5766.91118.75(2) 作用在軸上的力已知高速級齒輪的分度圓直徑為 d =98.75 mm ，根據(jù)機械設(shè)計 （軸的設(shè)計計算部分未作說明皆查此書）式 (10-14) ，則Ft2T2118.752405.06Nd98.75 10 3Ft2405.06NFrFttan n2405.06tg 20900.49 Ncoscos13 33 55Fr900.49NFaFttan2405.06 tg 20 875.37 NFa875.37NF p1622 NFp1622N(3) 初步確定軸的最小直徑先按式 (15-2) 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45 鋼，調(diào)質(zhì)處理

25、。根據(jù)表 15-3，取 A0 112 ,于是得d minA03 P112 3 6.91d min 25.64mm25.64mmn576(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）擬訂軸上零件的裝配方案（如圖）設(shè)計計算及說明結(jié)果132）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足 V 帶輪的軸向定位， -軸段右端需制出一軸肩，故取 -段的直徑 d- =32mm 。V 帶輪與軸配合的長度 L1=80mm ，為了保證軸端檔圈只壓在V 帶輪上而不壓在軸的端面上，故 -段的長度應(yīng)比 L1 略短一些，現(xiàn)取L - =75mm 。初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)d

26、- =32mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0 基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承 30307，其尺寸為 d DT=35mm 80mm 22.75mm ，故 d - =d -=35mm ；而 L - =21+21=42mm ， L - =10mm 。右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得30308 型軸承的定位軸肩高度h=4.5mm ，因此，套筒左端高度為4.5mm ， d - =44mm 。取安裝齒輪的軸段- 的直徑 d- =40mm ，取 L=103mm 齒輪的左端與左端- 軸承之間采用套筒定位。軸承端蓋的總寬度為36mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定） 。根據(jù)軸承端蓋的裝拆

27、，取端蓋的外端面與V 帶輪右端面間的距離L=24mm，故取 L- =60mm 。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。3 ）軸上零件的軸向定位V 帶輪與軸的周向定位選用平鍵10mm 8mm 63mm ，V 帶輪與軸的配合為H7/r6 ；齒輪與軸的周向定位選用平鍵12mm 8mm 70mm ，為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6 ；滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6 。4 ）確定軸上圓角和倒角尺寸參考表 15-2 ，取軸端倒角 1.2 45 ，各圓角半徑見圖軸段編號長度（ mm ） 直徑（ mm ）配合說明- 7530與 V

28、 帶輪鍵聯(lián)接配合- 6032定位軸肩- 4235與滾動軸承 30307 配合，套筒定位- 10340與小齒輪鍵聯(lián)接配合- 1044定位軸環(huán)- 2335與滾動軸承 30307 配合總長度313mm（ 5）求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取a值。對于30307 型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=18mm 。因此，軸的支撐跨距為L1=118mm ， L2+L3=74.5+67.5=142mm 。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C 是軸的危險截面。先計算出截面C 處的 M H、 M V 及 M 的值列于下表。設(shè)計計算及說明結(jié)果14設(shè)計計算及說明結(jié)果15載荷水平面 H垂直面 V支反力FNH 11143N ， FNH 21262NFNV12237N ， FNV 2 1516 NFC 截面M HFNH 2L3 85185 N mmM VFNV 2L3M a彎