二級(jí)同軸式圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書

二級(jí)同軸式圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………1傳動(dòng)方案的擬定及說(shuō)明………4電動(dòng)機(jī)的選擇…………………4計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)……………5傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算……………5軸的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………8滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算………14鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算……16連軸器的選擇…………………16減速器附件的選擇……………17潤(rùn)滑與密封……………………18設(shè)計(jì)小結(jié)………18參考資料目錄…………………18機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器1—電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—齒輪減速器；4—帶式運(yùn)輸機(jī)；5—鼓輪；6—聯(lián)軸器二.工作情況:二級(jí)同軸式圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)三．原始數(shù)據(jù)鼓輪的扭矩T（N?m）：850鼓輪的直徑D（mm）：350運(yùn)輸帶速度V（m/s）：0.7帶速允許偏差（％）：5使用年限（年）：5工作制度（班/日）：2四．設(shè)計(jì)內(nèi)容1.2.3.4.5.6.7.電動(dòng)機(jī)的選擇與運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算；斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算軸的設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承的選擇鍵和連軸器的選擇與校核；裝配圖、零件圖的繪制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的編寫五．設(shè)計(jì)任務(wù)1．2．3．減速器總裝配圖一張齒輪、軸零件圖各一張?jiān)O(shè)計(jì)說(shuō)明書一份六．設(shè)計(jì)進(jìn)度1、第一階段：總體計(jì)算和傳動(dòng)件參數(shù)計(jì)算2、 第二階段：軸與軸系零件的設(shè)計(jì)3、 第三階段：軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制4、 第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計(jì)算說(shuō)明書的編寫傳動(dòng)方案的擬定及說(shuō)明由題目所知傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型為：同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器。故只要對(duì)本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析論證。本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)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(zhǎng)、剛度差，中間軸承潤(rùn)滑較困難。電動(dòng)機(jī)的選擇1．電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇因?yàn)楸緜鲃?dòng)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(dòng)機(jī)。2．電動(dòng)機(jī)容量的選擇工作機(jī)所需功率PwPw=3.4kW電動(dòng)機(jī)的輸出功率Pd=Pw/nn=nn3n2nn=0.904聯(lián)軸承齒聯(lián)軸承Pd=3.76kW3．電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇nd=(il'?i2'???in')nw初選為同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動(dòng)機(jī)4．電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定由表20—1查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)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。計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配1．計(jì)算總傳動(dòng)比由電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速nw可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比為:i=nm/nwnw=38.4i=25.142．合理分配各級(jí)傳動(dòng)比由于減速箱是同軸式布置，所以訂=i2。因?yàn)閕=25.14,取i=25,訂=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(xiàng)目電動(dòng)機(jī)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)43.963.843.723.57轉(zhuǎn)矩(N?m)39.839.4191925.2888.4傳動(dòng)比11551效率10.990.970.970.97傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算1．選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)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。精度等級(jí)選用7級(jí)精度；試選小齒輪齒數(shù)zl=20，大齒輪齒數(shù)z2=100的；選取螺旋角。初選螺旋角B=14°2．按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算按式(10—21)試算，即3l2KTu+1(ZZy2dt三J—t-? -~E?￡u(9」丿

da VHy1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選Kt=1.6由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433由表10-7選取尺寬系數(shù)?d=1由圖10-26查得&a1=0.75,&a2=0.87，則Ea=ea1+ea2=1.62由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8Mpa由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。Hiim1=600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限。Hlim2=550MPa；由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60X192X1X(2X8X300X5)=3.32X10e8N2=N1/5=6.64X107由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.95；KHN2=0.98計(jì)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[9H]1==0.95X600MPa=570MPa[9H]2==0.98X550MPa=539MPa[9H]=[9H]1＋[9H]2/2=554.5MPa

2）計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑d1tTOC\o"1-5"\h\z3；2KTu1ZZ2d1t>Jd h_(p8UG■da H3'21.6191103.62.433189.821.62 5 554.52）計(jì)算圓周速度v=ndn1^-2—二v=ndn1^-2—二601000n67.85192601000=0.68m/s計(jì)算齒寬b及模數(shù)mntb=pdd1t=1x67.85mm=67.85mmdcos"67.85cos14。mnt=7 = =3.39z201h=2.25mnt=2.25x3.39mm=7.63mmb/h=67.85/7.63=8.89計(jì)算縱向重合度8"8?=0.318sztan"=0.318x1xtan14=1.59""1(5)計(jì)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(jí)精度，由圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)KV=1.11;由表10—4查的KH"的計(jì)算公式和直齒輪的相同，故 KH"=1.12+0.18(1+0.x612)1x12+0.23x10367.85=1.42由表10—13查得KF0=1.36由表10—3查得KHa=KHa=1.4故載荷系數(shù)K=KAKVKHaKH0=1x1.03x1.4x1.42=2.05⑹按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式(10—10a)得TOC\o"1-5"\h\z3 3d1=dV；'K/K=67.85 2.05/1.6mm=73.6mm1t* t7) 計(jì)算模數(shù)mndcos073.6cos14。mn— = 20 mm=3?74z 201

3．按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(10—17)3'2KTYcos2BYYmn三3 b?z2￡1)確定計(jì)算參數(shù)(11)確定計(jì)算參數(shù)(1)計(jì)算載荷系數(shù)K=KAKVKFaKFB=1X1.03X1.4X1.36=1.962)根據(jù)縱向重合度&B=0.318?dz1tanB=1.59,從圖10—282)YB=0o883)3)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)zl=zl/cos3B=20/cos314。=21.89z2=z2/cos3B=100/cos314。=109.474） 查取齒型系數(shù)由表10—5查得YFa1=2.724；Yfa2=2.1725） 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10—5查得Ysa1=1.569；Ysa2=1.798（6） 計(jì)算2F]。F1=500MpaoF2=380MPaKFN1=0.95KFN2=0.98[oF1]=339.29Mpa[oF2]=266MPaYY（7） 計(jì)算大、小齒輪的o丁并加以比較FY 2.74x1.569卩1F1= =0.0126o丁339.29F1Y 2.172x1.798fa2 2= =0.01468o」 266F2大齒輪的數(shù)值大。2)設(shè)計(jì)計(jì)算1x202x1.62x1.96xcos214x0.881x202x1.62mn=2.54．幾何尺寸計(jì)算1)計(jì)算中心距dcosBz1=t=32.9，取zl=33mnz2=l65(z+z)ma= 1 2n=255.07mm2cosBa圓整后取255mm2)按圓整后的中心距修正螺旋角(z+z)mB=arcos—1 2 n=13。5'50"2a計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑d1=d1=1n=85.00mmcosBzmd2= ~~n=425mmcosB計(jì)算齒輪寬度b=?ddlb=85mmB1=90mm，B2=85mm結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以大齒輪為例。因齒輪齒頂圓直徑大于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。軸的設(shè)計(jì)計(jì)算擬定輸入軸齒輪為右旋II軸：1．初步確定軸的最小直徑,_P 3384d三A=126 =34.2mmN \192求作用在齒輪上的受力2TFt1==899NdtanaFr1=Ftn=337NcospFal=FttanB=223N；Ft2=4494NFr2=1685NFa2=1115N軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）擬定軸上零件的裝配方案IIIm iv v Vivii■/】】】I-II段軸用于安裝軸承30307，故取直徑為35mm。II-III段軸肩用于固定軸承，查手冊(cè)得到直徑為44mm。III-IV段為小齒輪，外徑90mm。IV-V段分隔兩齒輪，直徑為55mm。V-VI段安裝大齒輪，直徑為40mm。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(zhǎng)度I-II段軸承寬度為22.75mm,所以長(zhǎng)度為22.75mm。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(zhǎng)度為16mm。III-IV段為小齒輪，長(zhǎng)度就等于小齒輪寬度90mm。IV-V段用于隔開兩個(gè)齒輪，長(zhǎng)度為120mm。V-VI段用于安裝大齒輪，長(zhǎng)度略小于齒輪的寬度，為83mm。VI-VIII長(zhǎng)度為44mm。求軸上的載荷66■1— 07.563.511Fm1FieifkFr1=1418.5NFr2=603.5N查得軸承30307的Y值為1.6Fd1=443NFd2=189N因?yàn)閮蓚€(gè)齒輪旋向都是左旋。故：Fa1=638NFa2=189N5．精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1）判斷危險(xiǎn)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(xiǎn)截面2）截面IV右側(cè)的Mb=m=17.5MPabW截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為e=2=7.64MpaTWTe15.98e=t=-^= =7.99MPabm22由于軸選用40cr，調(diào)質(zhì)處理，所以b=735MPa，b=386MPa，e=260MPa。B -1 -1([2]P355表15-1)a）綜合系數(shù)的計(jì)算

TOC\o"1-5"\h\zr 2 D由〒=77=0.045, =1.6經(jīng)直線插入，知道因軸肩而形成的理論應(yīng)d 55 d力集中為a=2.23,?=1-81,a T（[2]P38附表3-2經(jīng)直線插入）軸的材料敏感系數(shù)為q=0.85，q=0.87，a t（[2]P37附圖3-1）故有效應(yīng)力集中系數(shù)為k=1+q（a—1）=2.05a aak=1+q（a—1）=1.70T TT查得尺寸系數(shù)為￡ =0.72，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為￡=0.76，a t（[2]P37附圖3-2）（[2]P39附圖3-3）軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為卩=卩=0.92，a t（[2]P40附圖3-4）B=1軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，即q=，則綜合系數(shù)值為k1K—―a-+--—1—2.93a￡3aaKk—^-1+-—1—2.11T￡TPTb）碳鋼系數(shù)的確定碳鋼的特性系數(shù)取為屮=0」，屮=0.05a tc） 安全系數(shù)的計(jì)算軸的疲勞安全系數(shù)為aS= -1 =6.92aKa+屮aaaamT= — =24.66KT+屮SSaTa TSSaSca—at=6.66>1.5=Sca、［S2+S2

'at故軸的選用安全。II軸：1?作用在齒輪上的力FH1=FH2=337/2=168.5Fv1=Fv2=889/2=444.5初步確定軸的最小直徑[Pd二A才」二17.9mm刃 0vn1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng)度d） 由于聯(lián)軸器一端連接電動(dòng)機(jī)，另一端連接輸入軸，所以該段直徑尺寸受到電動(dòng)機(jī)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(dá)2.5mm,所以該段直徑選為30。f） 該段軸要安裝軸承，考慮到軸肩要有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(dá)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。1）各段長(zhǎng)度的確定各段長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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)壁的距離取13.5mm、軸承與箱體內(nèi)壁距離取4mm（采用油潤(rùn)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(zhǎng)決定為42mm按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度W=62748N.mmT=39400N.mm45鋼的強(qiáng)度極限為Q]=275MPa，又由于軸受的載荷為脈動(dòng)的，所以=0.6。po=1^°=43MPa<Q]p W pIII軸1?作用在齒輪上的力FH1=FH2=4494/2=2247NFv1=Fv2=1685/2=842.5N初步確定軸的最小直徑iTd=Aj—=51.4mma1 0n“1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng)度I-IIII-IVIV-VV-VIVI-VIIVII-VIII直徑607075877970長(zhǎng)度105113.758399.533.25Mm=316767N.mmT=925200N.mm6.彎扭校合W=O.ld3=0.1x603=21600mm3o (叫)2=5i.2MPa<Q]p W p滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算I軸：1．求兩軸承受到的徑向載荷5、軸承30206的校核1)徑向力TOC\o"1-5"\h\zF=^F2+F2二168.5r H1 V12)派生力FFF=—rA=52.7N,F=—rB=52.7NdA2Y dB 2Y軸向力由于F+F=223+52.7=275.7N>F,a1 dB dA所以軸向力為F=223,F=52.7aAaB4）當(dāng)量載荷F=1.32>e,F由于—=0.31<e,FFrArB所以XA=0.4，YA1.6，X=1，Y=0。BB由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為f=1.2，故當(dāng)量載荷為pP=f(XF+YF)=509.04NP=f(XF+YF)=202.22ApArAAaA BpBrBBaB5)軸承壽命的校核106CrL= (—)￡=3.98x107h>24000hh 60nP1A

6、軸承30307的校核1)徑向力F=JF2+F2二1418.5NF=.：F2+F2二603.5Nrb H2 V22)派生力FFF=—rA=443N,F=—rB=189NdA 2Y dB2Y軸向力由于F+F二892+189二1081N>Fa1 dB dA所以軸向力為F=638N,F=189NaA aB當(dāng)量載荷由于蘆=由于蘆=0.45>erAF=0.31<e,FrB所以X所以XA=0.4，Y=1.6，X=1，Y=0。

A B B由于為一般載荷’所以載荷系數(shù)為fp=】?2，故當(dāng)量載荷為P=f(XF+YF)=1905.84NA p ArA AaAP=f(XF+YF)=724.2NB p BrB BaB軸承壽命的校核106CrL= (—)￡=1.50x107h>24000hh60nP1AIII軸：7、軸承32214的校核徑向力F=.jF2+F2=842.5NrAVH1 V1F=-F2+F2=842.5Nrb%h2 V2派生力FFF=f=294.6N,F=f=294.6NdA2Y dB2Y由于F+F二294.6+1115二1409.6N>Fa1 dBdA所以軸向力為F=1115N,F=294.6NaAaB當(dāng)量載荷由于嚴(yán)-由于嚴(yán)-1.32>erAaB=0.34<e,F所以XA所以XA=0.4，Y=1.5，X=1，Y=0。

A B B由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為f=1.2，故當(dāng)量載荷為pP=f(XF+YF)=2317.87NP=f(XF+YF)=1011NApArAAaA BpBrBBaB軸承壽命的校核106CrL= (—)￡=56.1x107h>24000hh 60nP1A鍵連接的選擇及校核計(jì)算代號(hào)直徑(mm)工作長(zhǎng)度(mm)工作高度(mm)轉(zhuǎn)矩(N?m)極限應(yīng)力(MPa)高速軸8X7X60(單頭)25353.539.826.012X8X80(單頭)4068439.87.32中間軸12X8X70(單頭)4058419141.2低速軸20X12X80(單頭)75606925.268.518X11X110(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9p]=110MPa，所以上述鍵皆安全。連軸器的選擇由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。一、高速軸用聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算由于裝置用于運(yùn)輸機(jī)，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，所以工作情況系數(shù)為KA=1.5,計(jì)算轉(zhuǎn)矩為T=KT=1.5x39.8=59.7N-mcaA1

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(dòng)機(jī)相連,其孔徑受電動(dòng)機(jī)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T二125N-mn軸孔直徑—軸孔直徑—二38mm,d二25mm2軸孔長(zhǎng)L=82mm，L二60mm裝配尺寸A=45mm半聯(lián)軸器厚b=38mm[1]P163表17-3)(GB4323-84)二、第二個(gè)聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算由于裝置用于運(yùn)輸機(jī)，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，所以工作情況系數(shù)為K=1.5，A計(jì)算轉(zhuǎn)矩為T=KT=1.5x925.2=