減速器設(shè)計(jì)(傳動(dòng)零件設(shè)計(jì))

機(jī)電工程系金守寬《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》一、傳動(dòng)整體方案設(shè)計(jì)二、傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)已知各軸：PnTi（一）減速器外傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)1.普通V帶傳動(dòng)二、傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)2.鏈傳動(dòng)（二）減速器內(nèi)傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)1.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.鍵的選擇及強(qiáng)度校核5.聯(lián)軸器的選擇3.滾動(dòng)軸承的選擇2.軸的設(shè)計(jì)由傳動(dòng)系統(tǒng)方案：帶式輸送機(jī)、工作16小時(shí)，查表得：Ks=1.3（工況系數(shù)）計(jì)算功率：Pc=KsPkW選用型號(hào)：B型三角帶(n=1440r/min)計(jì)算功率Ps(kW)小帶輪轉(zhuǎn)速n(rpm)ZABCDF（一）減速器外傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)1.普通V帶傳動(dòng)1）選擇三角帶型號(hào)取滑動(dòng)率：e=0.02帶實(shí)際傳動(dòng)比：i’d=D2D1(1–e)2）確定帶輪節(jié)圓直徑D1、D2查表選推薦值：Dmin=140(125)，選擇D1=140mmD2=idD1(1-e)mm注意圓整3）驗(yàn)算帶速vv=pD1n60×1000≤[v]=(

5~25

)

m/s

合適初定中心距：a0公式：0.7(D1+D2)<a0<2(D1+D2)4）確定帶長(zhǎng)度Lp

，中心距a計(jì)算所需帶長(zhǎng)：L0L0≈2a0+(D1+D2)+p2(D2–D1)24a0確定帶的節(jié)線長(zhǎng)度Lp和內(nèi)周長(zhǎng)度Li

：查表選取確定實(shí)際中心距：aa≈a0+(Lp–L0)25）驗(yàn)算小帶輪包角：a1a1≈180°–×57.3°(D2–D1)aZ=Ps(P0+DP0)KqKaKL查表：皮帶單根功率P0[內(nèi)插值計(jì)算]P0=2.81kW查表：皮帶彎曲影響系數(shù)KbKb=2.65×10-3查表：皮帶傳動(dòng)比系數(shù)KiKi=1.121KiDP0=Kbn(1

–)=2.65×10-3×1440(1–)11.126）確定三角帶根數(shù)：Z查表：化纖結(jié)構(gòu)膠帶材質(zhì)系數(shù)Kq查表：皮帶長(zhǎng)度系數(shù)KLKL=0.95故：Kq=0.9查表：皮帶包角系數(shù)Ka[內(nèi)插值計(jì)算]Ka=0.939Z=Ps(P0+DP0)KqKaKL計(jì)算單根三角帶的張力：F0查表：皮帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量qq=0.17kg/mF0=(–1)+qv21000Ps2Zv2.5Ka作用在軸上的作用力：QQ=2.Z.F0.sin(a/2)7）計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力：Q查表：f=5mm,m=15mm,e=20±0.4mmg=12.5mm,d=7.5mm,b=17.4mmegbjdfDeDmBB=(Z-1)e+2g=65mmD=355mmDe=D+2f=365mm采用孔板結(jié)構(gòu)，ZG45鑄造，查表：軸孔徑：d=32mm孔轂徑：d1=2d=64mm緣轂徑：D0=De–2(m+d)=320mm其他結(jié)構(gòu)尺寸（查圖冊(cè)）孔轂長(zhǎng)：L=64mm8）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪材料選擇，確定許用應(yīng)力1）材料選擇小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，HB1=220大齒輪選用45鋼正火，HB2=190查表：sHlim1=520N/mm2sHlim2=500N/mm2sFlim1=190N/mm2sFlim2=175N/mm21.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)（二）減速器內(nèi)傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)2）許用應(yīng)力計(jì)算計(jì)算：=472.73N/mm2齒面接觸安全因數(shù)，SH=1.1齒根彎曲安全因數(shù)，SF=1.4=454.55N/mm2=135.71N/mm2=125N/mm2[sH]1==sHlim1SH5201.1[sH]2==sHlim2SH5001.1[sF]1==sFlim1SF1901.4[sF]2==sFlim2SF1751.4(二)按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算1）初選載荷系數(shù)K’(載荷不大，轉(zhuǎn)速不高)K’=1.22）選擇齒寬系數(shù)fafa

=0.43）計(jì)算中心距aa≥48.5(i+1)K’T1fai[sH]23=48.5×(4.556+1)×1.2922300.4×4.556×454.5523=179.165mm取：a=200mm4）選擇齒數(shù)Z1、Z2，模數(shù)m?。篫1=18，Z2=82m===4mm2aZ1+Z22×20018+825）確定實(shí)際載荷系數(shù)K因選擇電機(jī)時(shí)已計(jì)入過載系數(shù)，故?。篕1=1齒輪圓周速度：v==pd1n160×1000pmZ1n160×1000p×4×18×546.71860×1000==2.061m/s5）確定實(shí)際載荷系數(shù)KK1=1按8級(jí)精度查動(dòng)載系數(shù)：K2=1.05齒寬系數(shù)Fd

：Fd=0.5(i+1)Fa=0.5×(4.556+1)×0.4=1.111查表得荷載集中系數(shù)：K3=1.061故：K=K1K2K3=1.114

由于K<K’=1.2，且二者比較接近，無須重新計(jì)算中心距6）計(jì)算齒輪寬度bb=faa=0.4×200=80mm(三)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核查表：

yF1=3.02，yF2=2.23sF1==2KT1yF1bm2Z1=26.935N/mm2<[sF]1=135.71N/mm22×1.114×92230×3.0280×42×18sF2=sF1=yF2yF1

26.935×2.233.02=19.889N/mm2<[sF]2=125N/mm2彎曲強(qiáng)度足夠(四)齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算模數(shù)：m=4mm齒數(shù)：Z1=18、Z2=82壓力角：a=20°分度圓直徑：d1=m.Z1=72mm、d2=m.Z2=328mm中心距：a=200mm齒寬：b1=90mm、b2=80mm頂圓直徑：da1=80mm、da2=336mm根圓直徑：df1=62mm、df2=318mm(五)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小齒輪設(shè)計(jì)采用齒軸結(jié)構(gòu)（在裝配圖中完成）大齒輪采用幅板式鍛造齒輪，結(jié)構(gòu)如下代號(hào)名稱結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算公式及數(shù)據(jù)結(jié)果(mm)d軸孔徑

取

d=6060D1轂徑

D1=1.6d=1.6×6096L轂孔長(zhǎng)

L=b=8080n倒角

n=0.5m=0.5×42D0輪緣徑

D0=df2–2d0=318–2×12294D2板孔距

D2=0.5(D0+D1)=0.5×(294+96)195d1板孔徑按結(jié)構(gòu)需要取

d1=5050c板厚

c=0.3b=0.3×8024r圓角

r=0.4c=0.5×24124×f50f195f294f336f328f9680f6024軸的設(shè)計(jì)高速軸的設(shè)計(jì)(一)軸的材料選擇查表:選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。

HB=220，sb=650N/mm2，ss=350N/mm2

s-1=300N/mm2，

t-1=155N/mm2(二)軸徑的初步估算查表：C=110及P=5.28kW

，n=546.718r/mind≥CPn3=110×=23.425mm5.28546.7183(三)軸徑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（與裝配草圖同步）取軸與帶輪孔徑：d1=32mm軸各段直徑：d2=38mm，d3=40mm，d4=49mmd1=32d2=38d3=40d4=49d=72b1=90D1=10D2=20高速軸（徑向祥圖）d1—帶輪孔徑為依據(jù)d2—定位軸肩hd3—以選擇軸承公徑d4—軸承定位軸肩hd—小齒輪節(jié)圓軸承—0308D2=20d3=40d4=49d=72D2=20b1=90D1=10D’1=10D2=20l=15(18)l1=64l2=53B=23lc=30Hl01=96.5(97)l1—帶輪孔徑長(zhǎng)為依據(jù)l=293(290)l02=76.5l03=76.5l2—繪圖+計(jì)算lc—端蓋長(zhǎng)度(查表)B—軸承寬度(0308)D1—箱內(nèi)距離b—齒輪寬度D’1—箱內(nèi)軸承端面l—箱外距離H—端蓋螺頭高l0—計(jì)算受力點(diǎn)距離l—軸長(zhǎng)度高速軸（軸向祥圖）DBCA(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核1）繪制軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖MeQFt1Fr19776.576.52）計(jì)算軸的作用力圓周力Ft1：Ft1==2T1d12×9223072=2561.944N徑向力Fr1：Fr1=Ft1tan20°=932.47N帶傳動(dòng)作用在軸上的力Q：Q=1213.273NDBCA(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核3）求支座反力MeQFt1Fr1RBzRBxRAzRAx9776.576.5zyx水平面RAx，RBxRAx

=

RBx

=Ft1RBxRAxFt12=1280.972N垂直面RAz，RBzQFr1RBzRAzRAz

=932.471×76.5+1213.273×

(97+153)153=2448.708NRBz

=1213.273×97–932.472×76.5153=302.964N驗(yàn)算：Q+Fr1+

RBx

=RAz代入數(shù)值，無誤DBCA(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核4）作彎矩圖MeQFt1Fr1RBzRBxRAzRAx9776.576.5zyxFt1RBxRAxQFr1RBzRAzMCx=97994.358N.mmMCz=23176.704N.mmMAz=117687.48N.mmMDx=MAx=MBx=0MDz=MBz

=0DBCA(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核4）作彎矩圖——合成彎矩MeQFt1Fr1RBzRBxRAzRAxzyxMD=MB=0MA=M2Ax+M2Az=117687.48N.mmMC=M2Cx+M2Cz=100697.834N.mm5）作扭矩圖查表得：a=0.59aT1=0.59×92230=54415.7N.mm97994.358117687.48117687.48100697.83423176.70454415.7DBCA(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核6）作當(dāng)量彎矩圖MeQFt1Fr1RBzRBxRAzRAxzyx117687.48100697.83454415.7Md=Mc2+(aT1)2由MdD=aT1=54415.7N.mm得：MdA=MA2+(aT1)2=129658.83N.mmMdC左=MC2+(aT1)2=114460.134N.mmMdC右=MC2+(aT1)2=100697.843N.mmMdB=0129658.8354415.7114460.134100697.843DBCA(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核7）校核軸的強(qiáng)度MeQFt1Fr1RBzRBxRAzRAxzyx117687.48100697.83454415.7129658.8354415.7114460.134100697.843查表得許用彎曲應(yīng)力：[s-1]b=60N/mm2A點(diǎn)處當(dāng)量彎矩最大，應(yīng)力為：=20.259N.mm2<[s-1]bsdA==MdA0.1d31129658.830.1×403D點(diǎn)處軸徑最小，應(yīng)力為：sdA==MdD0.1d3D54415.70.1×323=16.606N.mm2<[s-1]b高速軸強(qiáng)度足夠低速軸的設(shè)計(jì)(一)軸的材料選擇(二)軸徑的初步估算(三)軸徑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（與裝配草圖同步）同高速軸：選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。

HB=220，sb=650N/mm2查表：C=110及P2=5.07kW

，n2=120r/mind≥CP2n23=110×=38.312mm5.071203取軸為聯(lián)軸器孔徑尺寸：d1=40mm軸各段直徑：d2=47mm，d3=50mm，d4=60mmd1=40d2=48d3=50d4=60d5=70b=80D2=25D2=25D1=15d1—聯(lián)軸器孔徑為依據(jù)d2—非定位軸肩h1d3—以選擇軸承公徑d4—大齒輪孔徑(預(yù)選)b—大齒輪寬度軸承—0310d5—定位軸肩h軸套尺寸—繪圖確定高低速軸（徑向祥圖）d4=60d3=50b=80D2=25D2=25D1=1527Bb015l01=78.5l02=78.5l2=49l1=90l3=32l1—聯(lián)軸器孔長(zhǎng)為依據(jù)l2—繪圖+計(jì)算lc—端蓋長(zhǎng)度(查表26)D1—兼顧高速軸b—齒輪寬度D2—箱內(nèi)軸承端面H—端蓋螺頭高l0—計(jì)算受力點(diǎn)距離l—軸長(zhǎng)度l0=107.5B—軸承寬度(0310)lcHb0—定位軸肩寬度軸承—0310套筒—繪圖確定l=323(320)l3—繪圖+計(jì)算低速軸（軸向祥圖）(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核1）繪制軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖107.578.578.5BCADT2Ft2Fr22）計(jì)算軸的作用力圓周力Ft2：徑向力Fr2：Fr2=Ft2=932.47NFt2=Ft1=2561.94N低速軸上的力偶矩T2：T2=403488N.mm(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核3）求支座反力107.578.578.5BCADT2Ft2Fr2zyxRBzRBxRAzRAx水平面RAx，RBxRAx

=

RBx

=Ft22=1280.972N垂直面RAz，RBzRAz

=

RBz

=Fr22=466.236NFt2RBxRAxFr2RBzRAz(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核4）作彎矩圖107.578.578.5BCADT2Ft2Fr2zyxRBzRBxRAzRAxMAx

=

MBx

=0Ft2RBxRAxFr2RBzRAzMCx

=

100556.3N.mmMAz

=

MBz

=0MCz

=

36599.526N.mm合成彎矩MA=MB=0MC=M2Cx+M2Cz=107009.788N.mm(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核5）作扭矩圖107.578.578.5BCADT2Ft2Fr2zyxRBzRBxRAzRAx查表得：a=0.59aT2=0.59×403488=238057.92N.mm100556.336599.526107009.788238057.926）作當(dāng)量彎矩圖MdA=0MdD=aT2=2380577.92N.mmMdC左=MC2+(aT2)2=MC=107009.788N.mmMdC右=MC2+(aT2)2=261003.195N.mm107009.788261003.195238057.92(四)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核7）校核軸強(qiáng)度107.578.578.5BCADT2Ft2Fr2zyxRBzRBxRAzRAx100556.336599.526107009.788238057.92107009.788261003.195238057.92[s-1]b=60N/mm2C點(diǎn)處當(dāng)量彎矩最大，應(yīng)力為：=12.083N.mm2<[s-1]bsdC==MdA右0.1d3c261003.1950.1×603D點(diǎn)處軸徑最小，應(yīng)力為：sdA==MdD0.1d3D238057.920.1×403=37.197N.mm2<[s-1]b低速軸強(qiáng)度足夠(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyx107009.788238057.92CC鍵槽尺寸：C截面(18×11)，

(t=7mm)*C截面校核抗彎截面系數(shù)W=–pd332bt(d–t)2

2d=–p×6033218×7×(60–7)22×60=18650.55mm3抗扭截面系數(shù)Wt=–pd316bt(d–t)2

2d=–p×6031618×7×(60–7)22×60=429050.55mm3(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyx107009.788238057.92CC*C截面校核彎曲正應(yīng)力s==MCmaxW107009.78818650.55=5.737N/mm2扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力t==TCmaxWt238057.92429050.55=0.55N/mm2(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyx107009.788238057.92CC*C截面校核計(jì)算應(yīng)力幅sa=(smax–smin)/2

=[s–(-s)]/2=

5.737N/mm2

ta=(tmax–tmin)/2

=[t–0]/2=

0.275N/mm2

計(jì)算平均應(yīng)力sm=(smax+smin)/2

=[s+(-s)]/2=

0N/mm2

tm=(tmax+tmin)/2

=[t+0]/2=

0.275N/mm2

(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyx107009.788238057.92CC*C截面校核查表得：有效應(yīng)力集中系數(shù)（按過盈配合，內(nèi)插值計(jì)算）Ks=2.65，Kt=1.89查表得：尺寸系數(shù)es=0.81，et=0.70查表得：表面質(zhì)量系數(shù)按(Ra=1.6)

b=0.93查表得：應(yīng)力折算系數(shù)ys=0.1，yt=0.05(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyxCC*C截面校核計(jì)算安全系數(shù)：nns=Ksbes

s–1sa+yssm==300……

×5.737+0.1×02.650.93×0.8114.9nt=Ktbet

t–1tmax+yttm=155……

×0.275+0.05×0.2751.890.93×0.7=191n==nsntn2s+n2t安全系數(shù)：14.85>[n]=1.3~1.5足夠安全(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyx107009.788238057.92DD鍵槽尺寸：D截面(12×8)，t=5mm*D截面校核抗彎截面系數(shù)W=–pd332bt(d–t)2

2d=–p×4033212×5×(40–5)22×40=4481.25mm3抗扭截面系數(shù)Wt=–pd316bt(d–t)2

2d=–p×4031612×5×(40–5)22×40=11218.25mm3(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyx107009.788238057.92CC*D截面校核彎曲正應(yīng)力s==MDmaxW0扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力t==TDmaxWt238057.9211281.25=21.22N/mm2(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyx107009.788238057.92CC*D截面校核計(jì)算應(yīng)力幅ta=(tmax–tmin)/2

=[t–0]/2=

10.61N/mm2

計(jì)算平均應(yīng)力tm=(tmax+tmin)/2

=[t+0]/2=

10.61N/mm2

(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyx107009.788238057.92CC*D截面校核查表得：有效應(yīng)力集中系數(shù)（按過盈配合，內(nèi)插值計(jì)算）Kt=1.89查表得：尺寸系數(shù)et=0.88查表得：表面質(zhì)量系數(shù)按(Ra=1.6)

b=0.93查表得：應(yīng)力折算系數(shù)yt=0.05(五)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核107.578.578.5BCADzyxCC*D截面校核計(jì)算安全系數(shù)：nnt=Ktbet

t–1tmax+yttm=155……

×10.61+0.05×10.611.890.93×0.88=6.19安全系數(shù)：n=nt

=6.19>[n]=1.3~1.5足夠安全滾動(dòng)軸承的選擇高速軸滾動(dòng)軸承的選擇(一)軸承所承受的載荷由于軸承僅受徑向載荷作用，選用單列向心球軸承：0308因RA>RB，故取RA=2763.523N計(jì)算RA=R2AX+R2AZ=1280.9722+2448.7082=2763.523NRB=R2BX+R2BZ=1280.9722+302.9642=1316.312N(二)軸承的當(dāng)量載荷查表：軸承的當(dāng)量載荷為：P=R=2763.523N(三)軸承型號(hào)確定查表：取軸承的壽命為：Lh=10000(h)查表得：fh

=2.71，fF

=1.5由軸轉(zhuǎn)速：n1=546.718(r/min)查表：fn=0.394(內(nèi)插值計(jì)算)，ft=1(工作溫度<100°)由此得：Cf=P=fhfFfnft2.71×1.50.394×1×2763.523=28511.982N查表得：308型號(hào)軸承的C=32000(N)滿足Cj<C的要求，故高速軸軸承選用合適。額定載荷低速軸滾動(dòng)軸承的選擇(一)軸承所承受的載荷同高速軸，軸承僅受徑向載荷作用，選用單列向心球軸承：0310因RA=RB，取R=2763.523N計(jì)算RA=R2AX+R2AZ=1280.9722+466.2362=1363.182NRB=R2BX+R2BZ=1280.9722+466.2362=1363.182N(二)軸承的當(dāng)量載荷查表：軸承的當(dāng)量載荷為：P=R=RA=RB=1363.182N(三)軸承型號(hào)確定查表：取軸承的壽命為：Lh=10000(h)查表得：fh

=2.71，fF

=1.5由軸轉(zhuǎn)速：n2=120(r/min)查表：fn=0.652，ft=1(工作溫度<100°)由此得：Cf=P=fhfFfnft2.71×1.50.652×1×1363.182=8498.98N

所需C值甚小，但根據(jù)低速軸結(jié)構(gòu)要求，必須保證軸承內(nèi)徑d=50mm

因此改選210型軸承，C=27500(N)

軸承B=20mm，D=90mm。低速軸跨度改變?yōu)閘=150mm，小于初定的l=157mm，軸強(qiáng)度足夠。鍵的選擇及強(qiáng)度校核高速軸與帶輪聯(lián)結(jié)鍵(一)鍵的型號(hào)確定帶和軸配合選鉤頭楔型鍵：b×h=10×8取鍵長(zhǎng)：L=80mm鍵的工作長(zhǎng)度：l=L-(b+h)=62mm(二)鍵的強(qiáng)度計(jì)算鍵的材料45號(hào)鋼，帶輪為鑄鋼查表得鍵聯(lián)結(jié)的許用比壓為：[p]=100~120N/mm2鋼對(duì)鑄鋼的摩擦系數(shù)?。篺

=0.15工作比壓：12T6l(b+6fd)p==12×922306×62(