李超二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器課程設(shè)計(jì)說明書

1、設(shè)計(jì)題目：二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器 要求：擬定傳動(dòng)關(guān)系：由電動(dòng)機(jī)、V帶、減速器、 聯(lián)軸器、工作機(jī)構(gòu)成。工作條件：雙班工作，有輕微振動(dòng)，小批量生產(chǎn)，單向傳動(dòng)，軸承壽命 2年，減速器使用年限為 5年，運(yùn)輸帶允許誤差 5%知條件：運(yùn)輸帶卷筒轉(zhuǎn)速 41r/min ,減速箱輸出軸功率 p=3馬力。傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)：組成：傳動(dòng)裝置由電機(jī)、減速器、工作機(jī)組成。特點(diǎn)：齒輪相對(duì)于軸承不對(duì)稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。確定傳動(dòng)方案：考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速高，傳動(dòng)功率大，將V帶設(shè)置在高速級(jí)。其傳動(dòng)方案如下：ii1Pd1Pw三、選擇電機(jī)i.計(jì)算電機(jī)所需功率Pd :查手冊(cè)第3頁表1-7 :“帶傳動(dòng)效率：0.

2、952 每對(duì)軸承傳動(dòng)效率：0.993圓柱齒輪的傳動(dòng)效率：0.98 4 聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率：0.995 卷筒的傳動(dòng)效率：0.96說明：一電機(jī)至減速器輸出軸之間的傳動(dòng)裝置的效=i 2 2 2 3 3=0.95*0.99*0.99*0.99*098*0.98=0.8852 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速： N卷=41r/mimP 電=P 減/ =2.205/0.885=2.492KW查指導(dǎo)書p156:符合這一范圍的轉(zhuǎn)速有：750、1000、1500、3000根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需功率和轉(zhuǎn)速查手冊(cè)第155頁表12-1有4種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有 4種傳動(dòng)比方案如 下：方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率同步轉(zhuǎn) 速r/min額定轉(zhuǎn)速r/min

3、重量總傳動(dòng)比1Y100L-23KW3000288033Kg70.242Y100L2 -43KW1500142038Kg67.623Y132S-63KW100096063Kg23.414Y132M-83KW7507207917.56綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見第 2種方案比較合適，因此選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L2-4，其主要參數(shù)如下：額疋 功 率kW滿載轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速質(zhì)量ADEFGHLAB314201500381602860824100380205四確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比：總傳動(dòng)比：i總=lv*i 減 取V帶傳動(dòng)比iv=2 4,取 iv=3.2,

4、i 總=n 電/n 卷=1420/41=34.63I 減=34.63/3.2=10.82按展開式分布 ,i1齒=(1.3 1.6 ) i2齒，取i1齒=1.45 i2齒，得 i1 齒=3.96， i2齒=2.73注：i帶為帶輪傳動(dòng)比，i1為高速級(jí)傳動(dòng)比，i2為低速級(jí)傳動(dòng)比。五計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)：將傳動(dòng)裝置各軸由高速到低速依次定為1軸、2軸、3軸、4軸01，12，23，34依次為電機(jī)與軸1，軸1與軸2，軸2與軸3，軸3與軸4之間的傳動(dòng)效率。1 . 各軸轉(zhuǎn)速：n仁n 電/iv =1420/3.2=443.75rpmn2=n1/ i1 齒=443.75/3.96=112.06rpmn3=n

5、2/ i2齒=112.06/2.73=41.05rpm2 各軸輸入功率：p仁p 電* 1=2.492*0.95=2.3674kwP2=p1* 3* 2 =2.3674*0.98*0.99=2.30kwP3=p2* 3* 2=2.30*0.98*0.99=2.23kwP4=p3* 2* 4=2.23*0.99*0.99=2.19kw3各軸輸入轉(zhuǎn)矩：T1=9550*p1/n 仁9550*2.3674/443.75=50.95nmT2=9550*p2/n2=9550*2.30/112.06=196.01nmT3=9550*2.23/41.05=518.79nmT4=9550*p4/n4=9550*2

6、.19/4 仁 510.11nm運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)結(jié)果如下表：軸名功率P KW轉(zhuǎn)矩T Nm轉(zhuǎn)速r/min輸入輸出輸入輸出電動(dòng)機(jī)2.4921420軸1軸2.36742.3450.9550.44443.752軸2.302.277196.01194.05112.063軸2.232.21518.79513.6041.054軸2.192.17510.11505.0141.05六設(shè)計(jì)V帶和帶輪：1.設(shè)計(jì)v帶確定v帶型號(hào)查課本 P218表 13-8 得：kA 1.4 貝広p=3.489kw 根據(jù) 巳=3.489, no=142Or/min,由課本 p2i9 圖 13-15，選擇 A型V帶，取d1 125。=丄(

7、1 - & )=3.2*125*0.98=393查課本第 219 頁表 13-9取=400mm為帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率0.01 0.02驗(yàn)算帶速：v=9.30m/s 帶速在 5- 25m/s60*100060000IJA亠范圍內(nèi)，合適。確定中心距、帶長、驗(yàn)算包角 取V帶基準(zhǔn)長度Ld和中心距a：初 步 選 取 中 心 距 a :.=1.5（+ ）=1.5（125+400）=787.5=800mm初算帶長：=2 一 +pi/2*（莊）+（邁一述）* 3, 一爲(wèi)；/（4）=2*800+（125+400）+（“ 二一）*I 1廣 /（4*800）=2448.27mm由 P212 表 13-2 取;=2500m

8、m（修正系數(shù) L；=1.09a ai-F=計(jì)算實(shí)際中心距：2825.87mm驗(yàn)算小帶輪包角：由課本第195頁式13-1得：180 -Zx57JT = :=卩160.92 120求V帶根數(shù) 乙由課本第204頁式13-15 得: Z 生P。 P。K Kl,n=1420r/min,=125mm查課本第 214頁表13-3由內(nèi)插值法得：=1.90kw,6400a+i= - 1=0.17kw(p216 表 13-5)。Pc則 Z=（Po 十應(yīng)（1,90 + 0,17）*0r953 *1,09取Z=2求作用在帶輪軸上的壓力Fq :查課本212頁表13-1得q=0.10kg/m，故由課本第197頁式13-7

9、得單根V帶的初拉 力：X警（釜-】）9心鋁（蔦-0+叫 9.30*9.30 = 160.90/V作用在軸上壓力 廠；,?：/ O七齒輪的設(shè)計(jì)：1高速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì)：料：高速級(jí)小齒輪選用 40cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 251HBS 高速級(jí)大齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 241HBS課本第 166 頁表 11-7 得：. 0C:,-=590,1安全系數(shù)：戀丄肛；S 1.3=7D01.05=666.67MPa=空他a 二竺二 557.14MP,5901.3453t85M,FEJ.4451.3=34231M 島因?yàn)檐淉X面的閉式齒輪傳動(dòng)，所以選用 A方案，即 先按齒面 接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根 彎曲強(qiáng)度驗(yàn)

10、算，對(duì)于高速齒輪：H齒=3.96，心=50950NMM=433.75rmp按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：由表11-3查的取K=1.2，由于非對(duì)稱分布，取 I =0.7,由 11-4，_=189.8, 一 =2.5小 齒 輪的分 度圓 直 徑 ：2畑釁普畑警躋警 1mm%70.7u= ：齒中心距：a=：=：汎一 G所以a=134.168,調(diào)整中心距取 a=135,同時(shí)尾數(shù)圓整0或5A 的取值 135，140，145傳遞動(dòng)力的齒在m=2.5 當(dāng)a=155,m=2.5,貝L =24.9.取一：=25,則-=99,返算 a=155 滿足J =m =62.5,齒寬 b=跖 =0.7x62.5=43.5所以取1=4

11、5, I =502 KYFa 1Ysa12 1.2 50950 1.5830.67MpaF1 453.85bm2Z14222.5252.23X1.82F130.67XF23422.76X1.5899 c3.96325X100% 0.075%齒輪的圓周速度=1.45M/S對(duì)照表11-2知選用9級(jí)精度是合適的（在允許范圍內(nèi)，盡量選用等級(jí)低，即要求低的齒輪）。 低速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì)：1.材料：低速級(jí)小齒輪選45#調(diào)質(zhì)齒面硬度250HBS低速級(jí)大齒輪選用45#正 火，齒面硬度220HBS TOC o 1-5 h z 安全系數(shù)：嘔：1 _ 7 ；1 L= 585= 375一一 =445, 2_J=557

12、.14MPa，陀:翠=SH=s= 375-14 4二八I ,逅心=, - = 238.46MPaSf IBA軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)，用A方案。小 齒 輪 分 度 圓 直 徑取=120mm中心距L17.47(i+2.7S)；=219.1mm,調(diào)整中心距化=220mm同時(shí)圓整;的取值為220，225，230當(dāng) 1.214齒輪端面 與內(nèi)箱壁 距離22 12箱蓋，箱座 肋厚mi, mm10.85 1, m 0.85810軸承端蓋 外徑D2D2D + （5- 5.5 ） d3120（ 1 軸）125（2 軸）160（3 軸）軸承旁聯(lián) 結(jié)螺栓距 離SS D2120（ 1 軸）125（2 軸）160（3 軸）其

13、中a為低速級(jí)的中心距大小七.軸的設(shè)計(jì):1.中間軸的設(shè)計(jì)：材料：選用 45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理。查課本3第230頁表14-2取35MpaC=110根據(jù)課dmin C3P210032.30YrhV112.063本第 230 頁式 14-2 得27.38mm d1段要裝配軸承，所以查手冊(cè)第9頁表1-16取d1 40 ,查手冊(cè) 62頁表6-1選用6208軸承，L1=B+ 3+ 2 + 2-3 = 44d2裝配低速級(jí)小齒輪，且d2 d1取d2 50 , L2=95，因?yàn)橐三X輪孔長度少23。判斷是不是作成齒輪軸：e_2 t12118 5024.329.72.5m查手冊(cè) 51頁表4-1得：t13.8mm故不做成齒

14、輪軸。d3段主要是定位高速級(jí)大齒輪，所以取d3 60, L3為中間軸兩齒輪間距，L3=812 o可以根據(jù)減數(shù)器內(nèi)機(jī)壁的尺寸圓整后確定。L=175，故取L3=175-12-45-95-12=11mmd4裝配高速級(jí)大齒輪，取d4 50，L4=45-2=43。d5段要裝配軸承，所以查手冊(cè)第9頁表1-16取d5 40,查手冊(cè) 62頁表6-1 選用 6208軸承，L5=B+ 3+ 2+3+23 =44軸的簡化設(shè)計(jì)如下圖:校核該軸和軸承：L1=53.5 L2=81 L3=78.5 作用在1、2齒輪上的圓周力:Ft12Td12 196.01 103247.51583.92N玉 2 196.01 103062

15、.66Nd2128徑向力Fr1 Ft1tg1583.92 tg20 576.50NFr2Ft2tg3062.66 tg20 1114.72N求垂直面的支反力Fr1l1 Fr2?(l2 l1)1114.72 (8153.5) 576.50 53.5Fbv亠 空 2 1556.48Nl1 l2 l3213計(jì)算垂直彎矩：MaVm FAVl11094.7 53.5 10 358.6N.m3M aVnF bv I3556.48 78.5 1043.7N.m求水平面的支承力Ft1(l3J)甩？13l1 l2l31583.92*159.53062.66 7&52314n213Fbh Ft2 Ft1 Fah

16、3062.66 1583.92 2314.8 2331.78N計(jì)算、繪制水平面彎矩圖：MaHm FAHl12314.8 53.5 10 3123.84N.m3MaHnFBHl32331.78 78.5 10183N.m求合成彎矩圖，按最不利情況考慮：Mam Mvm M 爲(wèi) 582 123.84? 137N.mMan.Mtn M n43.72 183? 188N.m0.3)求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：從圖下可見，m-m,n-n處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：(取折合系數(shù)Me,M；m(T2)2.1372(0.3 196.01)2149N.mMe M an(T2)2,1882(0.3 196.01)2197N.

17、m計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑：Me3 197 103n-n 截面：d 3： 3 32mmm-m截面：d3 149 103 0.1 600.1 1b 0.1 6029mm由于d2 d4 50mm d，所以該軸是安全的。軸承壽命校核：106 Cf軸承壽命可由式Lh 亠(9) h進(jìn)行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用, 60n Pfp所以P Fr ,查課本 259頁表16-9，10取ft 1, fp 1.1,取 3FrA、下A fAh 、1094.72 2314.82 2560.6NFrB: F；v FBH,556.482 2331.782 2397.26N則Lh 叵(CL) h 10(1 31.5

18、10)3 10年，軸承使用壽命在2-360rt Pfp60 112.06 1.1 2560.6年范圍內(nèi)，因此所該軸承有一定的富裕度，但是選用6008時(shí)，其兩種軸承的B相差不大，經(jīng)過簡單的計(jì)算發(fā)現(xiàn)軸承的使用年限為：旦(空)h(1 21 10)3 4年故還是選用6208軸承。60n2 PfP60 112.06 1.1 2560彎矩及軸的受力分析圖如下：鍵的設(shè)計(jì)與校核：已知d2 d4 50,T2 196.01N.m參考教材表4-1,由于d2 (55 58)所以取b h:16 9，b h l :16 6 80因?yàn)辇X輪材料為45鋼。查課本 155頁表10-10得b 100120由于大齒輪齒面寬度為95m

19、m取鍵長為90mm小齒輪的齒面寬度為45mm，取鍵 長為403根據(jù)擠壓強(qiáng)度條件，鍵的校核為：b 4T2 4 196.01 10 30Mpa bdhl 55 10 50320Mpa4T24 196.01 10bdhl 55 10 80所以所選鍵為：b h l :16 10 50 b h l :16 10 802高速軸設(shè)計(jì)：1）材料：選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理。查課本第230頁表14-2取C=10Q各軸段直徑的確定：根據(jù)課本 3第230頁式14-2 得d min2.4674仃的的）443.75又因?yàn)檠b小帶輪的電動(dòng)機(jī)徑d 28，又因?yàn)楦咚佥S第一段軸徑裝配大帶輪，且d10.81.2 28所以查手冊(cè) 第9頁表

20、 1-16 取 d1 30mm。L1=1.75d1-2=50.5 。（ l1 為帶輪的寬度）d1 30因?yàn)榇髱л喴枯S肩定位，且還要配合密圭寸圈，故取套密圭寸圈的軸頸為d2且d2 d1所以查手冊(cè)85頁表7-12取d2 35mm ,及密封圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：D 49mm,d1 34mm, B1 7mm, D0 48mm, d0 36mm d3段裝配軸承且d3 d2，所以查手冊(cè)62頁表6-1取d3 40mm。選用6008軸承。l_3=B+ 3+12=16+10+2=38m。d4段主要是定位軸承，取d4 45mm。L4根據(jù)箱體內(nèi)壁線確定 即L4= 96mm05裝配齒輪段直徑：判斷是不是作成齒輪軸：-J

21、e t1 2.5m查手冊(cè) 51 頁表4-1 得:2t14.3mm得: e 專 t1 寧 4.3 2.5m,故做成齒輪軸 d6段裝配軸承所以 d6 d3 40mm L6= L3=39.5mm 綜上軸的簡化設(shè)計(jì)如下：4040303545校核該軸和軸承L1=119.5 L2=158.5 L3=62.5作用在齒輪上的圓周力為:2T；2 73.8 103d,57.52566.9N徑向力為 Fr Fttg2566.9 tg20 934.3N作用在軸1帶輪上的外力：F Fq 666.65N求垂直面的支反力：FAV空 934.3 264.2Nl3 l2221Fbv Fr Fav 934.3 264.2 670

22、N 求垂直彎矩，并繪制垂直彎矩圖:Mav FAvl2264.2 158.5 10341.9Nm求水平面的支承力：由 Fah (l312) Ft3 得丨3l2l3Ft62.52212566.9725.9NFbh Ft Fah 2566.9 725.9 1840.9N求并繪制水平面彎矩圖：MaH FAHl1725.9 158.9 10 3 115.3N.m求F在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力:666.65*340.51027.1NFbf F Faf 666.65 1027.1360.5N求并繪制F力產(chǎn)生的彎矩圖：MaF Fl1666.5 119.5 10 379.6N.mMaFFbF13360.5 62.5 10

23、322.5N.m求合成彎矩圖：I考慮最不利的情況，把MaF與, M； M：h直接相加。Ma MaF ,MIT 22.5 . 41.92 115.32 145.2N.m求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：從圖可見，m-m處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)0.3）Me M （ T）2.145.22 （0.3 73.8）2 146.9N.m計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑：因?yàn)椴牧线x擇45#調(diào)質(zhì)，查課本225頁表14-1得B 650MPa，查課本3 231d3 146.9 103、0.1 60頁表14-3得許用彎曲應(yīng)力1b 60MPa，貝U:29mm因?yàn)閐5 d4 d3 50mm d，所以該軸是安全的。3）軸承壽命校核

24、：軸承壽命可由式Lh 理（更）h進(jìn)行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，60n Pfp所以P Fr，查課本 259頁表16-9，10取ft 1,fp 1.2,取 3按最不利考慮，則有：FrA.fAv fAh FaF- 264.22 725.92 1027.1 1799.6NFrB,FBv FBH FbF 6702 1840.92 360.5 2319.5Nh10660 443.75(1 22 103 )3(1.2 2319.5)因此所該軸承符合要4）彎矩及軸的受力分析圖如下:Mmrc)5）鍵的設(shè)計(jì)與校核根據(jù)di 30mm,T, 50.95N.m，確定V帶輪選鑄鐵HT2O0參考教材由于d“ 3

25、0在3844范圍內(nèi)，故di軸段上采用鍵b h : 12 8,采用A型普通鍵：鍵校核 為L1 = 1.75d1-3=67綜合 考慮取 I =50 得4Tl 4 50.95 10 20Mpa p 查課本3 155 頁表 10-10 b 5060所 dlh 30 8 50選鍵為：b h l :10 8 503從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)：（一）定各軸段直徑計(jì)算最小軸段直徑。因?yàn)檩S主要承受轉(zhuǎn)矩作用，所以按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，由式14-2得: d1 40mmd11002.2341.0537.87mm查手冊(cè)19頁表1-16圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，取使聯(lián)軸器軸向定位，在外伸端設(shè)置軸肩，則第二段軸徑d2 45mm。查手冊(cè)1 85頁表7-1，

26、此尺寸符合軸承蓋和密圭寸圈標(biāo)準(zhǔn)值，因此取 d2 45mm。設(shè)計(jì)軸段d3，為使軸承裝拆方便，查手冊(cè)62頁表6-1取采用擋油環(huán)給軸承定位 選軸承6010； d3 50設(shè)計(jì)軸段d4，考慮到擋油環(huán)軸向定位，故取 d4 55mm考慮另一端的齒輪定位取軸環(huán) d5 60mm及寬度b=10mm并且齒輪的軸頸取為 d6 d3 50mm，軸承由擋油環(huán)定位，擋油環(huán)另一端靠齒輪齒根處定位。確定各軸段長度。11由聯(lián)軸器的尺寸決定11 L 107mmI227.5 11 15.5 54mm軸頭長度I5 =b-2=83 .因?yàn)榇硕我却溯喛椎拈L度短 2-3,其它各軸段長度由結(jié)構(gòu)決定。故最后從動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖：50(3)校

27、核該軸和軸承：l_1=77 L 2=204.5求作用力、力矩和和力矩、危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩 作用在齒輪上的圓周力：Ft2T3d42 518.79 10388 42947.6N徑向力：FrFttg2947.6 tg20 1072.8N在結(jié)合中間軸上的徑向力，切向力的大小所以取Fr 1100N , Ft 3000N求垂直面的支反力:l1 l21100*148225723NFbv Fr Fav 1100 723 377N計(jì)算垂直彎矩：Mav FAvl1723 77 10 355.7N.m求水平面的支承力。l2Ft3000 1481973Nl1 l2225Fbh Ft Fah 3000 1973 102

28、7N計(jì)算、繪制水平面彎矩圖。MaH FAHh 1973 77 10 3152N.m求合成彎矩圖。MamM av M；h、55.72 1522 162N.m求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩。從圖可見，m-m處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：(取折合系數(shù)0.3)Me 寸M2m ( T3)2 丿1622 (0.3 518.79)2 225N.m計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑。因?yàn)椴牧线x擇45#調(diào)質(zhì)，查課本3 225頁表14-1得B 650MPa，查課本3 231頁表14-3得許用彎曲應(yīng)力1b 60MPa，貝U:3225 103、0.1 6033.5mm考慮到鍵槽的影響，取d 1.05 45.8 4&1mm因?yàn)閐5 55mm d，所以該軸是安全的。(4)軸承壽命校核106 Cf軸承壽命可由式Lh 止(上丄)h進(jìn)行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用, 60n Pfp所以P Fr，查課本3 259頁表16-9，10取f 1, fp 1.2,取 3按最不利考慮，則有：Pa FrA .F：v F：h、7232 19732 2010NPb FrBFB； FBH 3772 10272 1094N則 Lh 呱魚)h106r 385103)5年,60傀 PfP 60 41.05 1.2 4738.8該軸承壽命為55年，所以軸上的軸承是適合要求的。(5) 彎矩及軸的受力分析圖如下abazb)FbtFtFatFard)e)4T