一級減速器的設計及其零件圖

畢業(yè)設計一級減速器的設計及其零件圖目錄一概述………………………11.畢業(yè)設計的目的……………………12.畢業(yè)設計的內(nèi)容和步驟……………3.畢業(yè)設計應注意的問題……………二傳動裝置的總體設計…………1.減速器的簡要介紹………………………2.傳動方案擬定、電動機的選擇…………3.傳動裝置的總傳動比和分配各級傳動比………………4.傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算………………三傳動零件的設計…………1.帶傳動的設計………………………2.齒輪傳動的設計………………………四軸系部件的設計……………………1.傳動軸的結(jié)構(gòu)設計…………2.聯(lián)軸器的選擇與設計…………………3.軸承的類型選擇和設計………………五減速器的結(jié)構(gòu)…………1.減速器箱體的結(jié)構(gòu)設計………………2.減速器附件的設計………………六減速器的潤滑及密封………………1.減速器的潤滑………………2.減速器的密封………………七設計小結(jié)……………………一概述1.畢業(yè)設計的目的畢業(yè)設計是機電工程類教學過程的一個重要環(huán)節(jié)，其目的在于：1）運用所學的機械設計課程的理論，以及有關(guān)課程的知識，進行一次較為全面的綜合設計練習，培養(yǎng)自己的動手能力，加深對所學知識的理解，也是達到畢業(yè)要求的一部分。2）通過這一設計環(huán)節(jié)，掌握一般傳動裝置的設計方法、設計步驟等3）通過這一設計掌握具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力，進一步培養(yǎng)獨立分析問題和解決問題的能力。2.畢業(yè)設計的內(nèi)容和步驟⑴畢業(yè)設計的內(nèi)容：以一級減速器的設計為主，其設計內(nèi)容包括①擬定傳動裝置的傳動方案。②電動機的選擇。③傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算④傳動件及軸的設計計算⑤軸承、鍵的選擇和校核計算及減速器潤滑和密封的選擇⑥減速器的結(jié)構(gòu)和附件設計⑦零件圖的繪制等⑵畢業(yè)設計的步驟第一階段：擬定傳動裝置的轉(zhuǎn)動方案；選擇電動機；傳動裝置總傳動比的確定及各級傳動比分配；計算軸的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。第二階段:傳動零件及軸的設計計算。如齒輪傳動，帶傳動及軸徑的初算。第三階段：設計及相關(guān)的零件圖。包括減速箱箱體的設計；軸的設計（軸的機構(gòu)）；軸承的選擇；鍵的選擇；減速器的潤滑和密封方式的選擇。第四階段：相關(guān)零件圖的繪制及結(jié)束語。二傳動裝置的總體設計1.減速器的簡要介紹減速器多用來作為原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作的需要。在某中場合也可用作增速傳動裝置，成為增速器。根據(jù)傳動型式，減速器可分為齒輪、蝸桿、和齒輪-蝸桿減速器；根據(jù)齒輪形狀不同，可分為圓柱、圓錐和圓柱-圓錐減速器，根據(jù)傳動的級數(shù)，可分為一級和多級減速器；根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)布置形式，還可分為展開式、同軸式和分流式減速器。設計題目設計用于帶式運輸機的單級圓柱直齒減速器，圖示如下，連續(xù)單項運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，空載啟動，使用期限10年，小批量生產(chǎn)，兩班制工作，運輸帶速度允許誤差為±5%設計數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)編號B30運輸帶工作拉力F（N）790運輸帶速度V(m/s)1.2卷筒直徑D（mm)3002.傳動方案的擬定和電動機的選擇⑴分析傳動方案的組成和特點機器一般都有原動機、傳動裝置和工作機三部分組成。傳動裝置一般包括傳動件和支撐件兩部分。它在原動機和工作機之間傳遞動力和運動，可以改變運動的形式、速度和轉(zhuǎn)矩的大小。傳動裝置的性能與質(zhì)量的優(yōu)劣對機器的工作影響很大，因此，合理地設計傳動方案是十分必要的。傳動方案通常用機構(gòu)簡圖表示，機構(gòu)簡圖簡單明了的反映了運動和動力傳遞的路線、方式以及各部件的組成和連接關(guān)系。⑵擬定傳動方案合理的傳動方案必須滿足工作機的性能要求，適應工作條件，工作可靠，并且應結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，加工方便，成本低，傳動效率高和使用維護便利。設計用于帶式運輸機的單級圓柱直齒減速器①工作條件：連續(xù)單項運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，空載啟動，使用期限10年，小批量生產(chǎn)，兩班制工作，運輸帶速度允許誤差為±5%。②原始數(shù)據(jù)：運輸帶工作拉力F=790N運輸帶速度V=1.2m/s卷筒直徑D=300mm③方案擬定：采用Ｖ帶傳動與齒輪傳動的組合，即可滿足傳動比要求，同時由于帶傳動具有良好的緩沖，吸振性能，適應大起動轉(zhuǎn)矩工況要求，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用維護方便。傳動示意圖如下圖所示：電動機2.V帶傳動3.彈性套柱銷聯(lián)軸器4.圓柱直齒減速器5.彈性柱銷聯(lián)軸器6.卷筒7.運輸帶⑶電動機的選擇①電動機類型和結(jié)構(gòu)的選擇：選擇Y系列三相異步電動機，此系列電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械。②電動機容量的選擇電動機所需工作功率為：Po＝Pw/ηa(kw)即：Pw＝FV/1000(KW)即：Po=FV/1000ηa(KW)由電動機至運輸帶的傳動總效率ηa總=η1×η2×η33×η4×η5×η6其中式中：η1。η2、η3、η4、η5、η6分別為彈性柱銷聯(lián)軸器、帶傳動、滾動軸承、單級齒輪減速器、彈性柱聯(lián)軸器、卷筒的效率。取η1=0.99.η2=0.96.η3=0.99.η4=0.97.η5=0.99.η6=0.94.ηa總=0.99×0.96×0.993×0.97×0.99×0.94=0.83所以電動機需要的工作效率：Po＝FV/1000η總＝(790×1.2)/（1000×0.83）＝1.14(KW)③確定電動機的轉(zhuǎn)速N卷筒＝60×1000·V/（π·D）＝（60×1000×1.2）/(π×300)＝76.4(r/min)根據(jù)傳動傳動比的數(shù)值范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍I2=3～6。取V帶傳動比I1=2～4。則總傳動比理論范圍為：Ia＝6～24。所以電動機的轉(zhuǎn)速范圍可選為：N電動機＝Ia×N卷筒＝(16～24)×76.4＝1222.4～1833.6(r/min)符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1500(r/min)根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速由相關(guān)手冊查出電動機的型號，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格等因素，選定電動機的型號為Y90L-4電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)：電動機型號額定功率(KW)電動機轉(zhuǎn)速(r/min)電動機重量（KG)同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速Y90L-41.51500140027電動機的主要外形和安裝尺寸：中心高（H)外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD地腳安裝尺寸A×B地腳螺栓孔直徑K軸伸尺寸D×E90335×(87.5+155)×190140×1251024×503.傳動裝置的總傳動比和分配各級傳動比⑴由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速Nm和工作機主動軸轉(zhuǎn)速N卷筒可得傳動裝置總的傳動比：Ia=Nm/N卷筒=1400/76.4=18.32⑵分配各級傳動裝置的傳動比總傳動比等于各傳動裝置傳動比的乘積。即Ia=I1×I2（式中I1.I2分別為帶傳動和減速器傳動的傳動比）普通V帶的傳動比為2～4，取V帶的傳動比I1=3.5,則I2=Ia/I1=18.32/3.5=5.24.傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算將傳動裝置各軸由高速至低速依次定為Ⅰ軸、Ⅱ軸以及I1、I2為兩軸之間的傳動比，η01、η12……為相鄰兩軸之間的傳動效率，PⅠ、PⅡ......為各軸的輸入功率（KW），TⅠ、TⅡ......為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩（N·m），nⅠ、nⅡ......為各軸的輸入轉(zhuǎn)速（r/min）⑴計算各軸的轉(zhuǎn)速：I軸：nⅠ=Nm/I1=1400/3.5=400（r/min）II軸：nⅡ=nⅠ/I2=400/5.2=76.9（r/min）卷筒軸：nIII=nII=76.9（r/min）⑵計算各軸的輸入功率：I軸：PⅠ=Po×η01=Po×η1×η2=1.14×0.99×0.96=1.08（KW）II軸：PⅡ=PⅠ×η12=PⅠ×η3×η4=1.08×0.99×0.97=1.04（KW）卷筒軸：PⅢ=PⅡ×η23=PⅡ×η3×η5=1.04×0.99×0.99=1.02（KW）⑶計算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：電動機的輸出轉(zhuǎn)矩為：Td=9550·Po/Nm=9550×1.14/1400=7.78（N·m）I軸：TⅠ=Td·I1·η01=Td·I1·η1·η2=7.78×3.5×0.99×0.96=25.88（N·m）II軸：TⅡ=TⅠ·I2·η12=TⅠ·I2·η3·η4=25.88×5.2×0.99×0.97=129.23（N·m）卷筒軸的輸入轉(zhuǎn)矩：TIII=TⅡ·η3·η5=129.23×0.99×0.99=126.66（N·m）⑷計算各的輸出功率及輸出轉(zhuǎn)矩由于Ⅰ～Ⅱ軸的輸出功率分別為輸入功率乘以軸承效率，則：P’Ⅰ=PⅠ×η軸承=1.08×0.99=1.069（KW）P’Ⅱ=PⅡ×η軸承=1.04×0.99=1.03（KW）由于Ⅰ～Ⅱ軸的輸出轉(zhuǎn)矩分別為輸入功率乘以軸承效率，則：T’Ⅰ=TⅠ×η軸承=25.88×0.99=25.62（N·m）T’Ⅱ=TⅡ×η軸承=129.23×0.99=127.94（N·m）綜合以上數(shù)據(jù)得：軸名功率P（KW）轉(zhuǎn)矩T（N·m）轉(zhuǎn)速nr/min傳動比I效率η輸入輸出輸入輸出電動機軸1.147.7814003.50.95Ⅰ軸1.081.06925.8825.624005.20.96Ⅱ軸1.041.03129.23127.9476.910.98卷筒軸1.021.01126.66125.476.9三傳動零件的設計1.帶傳動的設計⑴選擇V帶的型號查表得帶的工作情況系數(shù)：KA=1.1由計算功率PC=P×KA=1.5×1.1=1.65（KW）（其中P為額定功率）根據(jù)計算功率PC和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1并根據(jù)普通V帶選型圖，選擇帶的型號為A型帶。⑵確定帶輪的直徑并演算帶速查表可得小帶輪的基準直徑的推薦值為80～100mm。則取小帶輪的直徑為d1=100mm。則大帶輪的直徑d2=d1×I1=100×3.5=350mm帶速V=n1·d1·π/（1000×60）=1400×100×3.14/（1000×60）=7.33(m/s)介于5～25m/s范圍內(nèi)，故合適。⑶確定中心距ao0.7·（d1+d2）≤ao≤2·（d1+d2）即：0.7·（100+350）≤ao≤2·（100+350)即：315≤ao≤900則取ao=600mm⑷確定帶長L0L0=2·a+π·（d1+d2）/2+（d2-d1）2/(4·a)=2×600+3.14×(100+350)/2+(350-100)2/(4×600)=1932.5(mm)根據(jù)普通V帶基準長度系列表，取帶的基準長度為Ld=2000mm。⑸確定帶的實際中心距a和小帶輪的包角α1a≈a0+(Ld-L0)/2≈600+（2000-1932.5)/2≈633.75小帶輪的包角α1=1800-(d2-d1)×57.30/a=157.40小帶輪的包角α1一般要求不小于1200。若角度過小，傳動能力下降，易打滑，157.40>1200符合要求。⑹確定V帶的根數(shù)Z根據(jù)機械設計基礎查表得單根普通V帶的基本額定功率為Po=1.32（KW）,查表得單根普通V帶額定功率的增量為△P0=0.17（KW）查表得包角的修正系數(shù)Kα=0.95,帶長的修正系數(shù)KL=1.03由公式Z=PC/［(P0+△P0)·KL·Kα]=1.65/［(1.32+0.17)×1.03×0.95]=1.097取整數(shù)Z=2⑺確定單根V帶的預緊力F0(查表得A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.10kg/m)F0=500·PC·（2.5/Kα-1）/Z·V+q·V2=500×1.65×（2.5/0.95-1)/2×7.33+0.10×7.332=97.2(N)⑻計算V帶作用于軸上的壓力Fw，即初拉力Fw=2·Z·F0·sin(α1/2)=2×2×97.2sin(157.40/2)=381.3(N)⑼帶輪的示意圖如下齒輪傳動的設計⑴選擇齒輪材料及精度等級小齒輪選擇45鋼調(diào)質(zhì)，硬度等級為217～255HBS,取為236HBS；大齒輪選用45鋼正火，硬度為169～217HBS。取為193HBS。因為是普通的減速器，估計圓周速度不大于6m/s則選擇齒輪的精度等級為8級。⑵按照齒輪面接觸疲勞強度設計分度圓直徑d1因為兩齒輪均為鋼質(zhì)齒輪，可用公式d1≥2112321123］［σΨεHHEZZZuudkT①轉(zhuǎn)矩T1=9549×103×P/n=9549×103×1.069/400=25519.7N/mm②載荷系數(shù)K，查表取K=1.1③齒數(shù)Z1和齒寬系數(shù)ψd，對于軟齒面的閉式傳動，在滿足彎曲疲勞破壞的前提下，宜采用較多齒數(shù)，一般取Z1=20～40，則取Z1=25，則大齒輪的齒數(shù)Z2=130。因為單級齒輪傳動為對稱布置，而齒輪齒面為軟齒面，則取齒寬系數(shù)ψd=1。④計算許用接觸應力［σH］查表得：σHlim1=570MPaσHlim2=540MPa查表得軟齒面的最小安全系數(shù)為SHlim=1.1總工作時間T=10×365×12=43800（h）應力循環(huán)次數(shù)N1=60×njT=60×400×1×43800=1.05×109N2=N1/I2=1.05×109/5.2=2.0×10查表得：ZN1=1ZN2=1［σH］1=(ZN1×σHlim1)/SHlim=(1×570)/1.1=518.2MPa［σH］2=(ZN2×σHlim2)/SHlim=(1×540)/1.1=490.9MPa所以d1≥==39.4（mm）m=d1/Z1=39.4/25=1.576查表取標準模數(shù)：m=2⑶主要參數(shù)和尺寸的計算分度圓直徑：d1=m×Z1=2×25=50（mm）d2=m×Z2=2×130=260（mm）齒輪寬度：b=ψd×d1=1×50=50（mm）取大齒輪的寬度b2=50mm，小齒輪的寬度b1=55mm。a=1/2m（Z1+Z2）=155（mm）⑷按齒根彎曲疲勞強度校核如果σF≦［σF］則校核合格。確定相關(guān)系數(shù)和參數(shù)：①齒形系數(shù)YFYF1=2.62YF2=2.14②應力修正系數(shù)YSYS1=1.59YS2=1.83③許用彎曲應力［σF］σFlim1=210（MPa）σFlim2=170（MPa）查表得：SF=1.4YN1=YN2=1由公式得：［σF］1=（YN1×σFlim1）/SF=（1×210）/1.4=150（MPa）［σF］2=（YN2×σFlim2）/SF=（1×170）/1.4=121.4（MPa）由公式σF=2·K·T1·YF·YS/b·m2·Z1得代入數(shù)據(jù)得σF1=46.8（MPa）<150（MPa）σF2=43.6（MPa）<121.4（MPa）齒根彎曲強度合格⑸驗算齒輪的圓周速度VV=π·d1·n1/（60×1000）=1.05m/s由機械設計基礎查表得選8級精度是合適的。四軸系部件的設計A.傳動軸的結(jié)構(gòu)設計（齒輪軸的設計）(1)確定軸上零件的定位和固定方式（如下圖所示）1，5—滾動軸承2—軸3—齒輪軸的輪齒段4—套筒6—密封蓋7—軸端擋圈8—軸承端蓋9—帶輪10—鍵(2)按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑選擇45鋼調(diào)質(zhì)，硬度等級為217～255HBS,軸的輸入功率為PⅠ=1.08（KW），轉(zhuǎn)速為nⅠ=400（r/min），根據(jù)機械設計基礎查表得C=120。d≥=120×（PⅠ/nⅠ）1/3=120×（1.08/400)1/3=16.7(mm)(3)確定軸各段直徑D和長度Leq\o\ac(○,1)從大帶輪開始右起第一段，由于帶輪與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應該增加5%，取D1=Φ20mm,又因為帶輪的寬度B=（Z-1）·e+2·f=（3-1）×18+2×8=52mm，則第一段的長度L1=60mm。eq\o\ac(○,2)右起第二段直徑取D2=Φ38mm根據(jù)軸承端蓋的裝拆以及對軸承添加潤滑脂的要求和箱體的厚度，取端蓋的外端面與帶輪的左端面間的距離為30mm，則取第二段的長度L2=70mmeq\o\ac(○,3)右起第三段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，主要承受徑向載荷，同時也可以承受一定量的雙向軸向載荷，選用6208型軸承，其尺寸為d×D×B=40×80×18，那么該段的直徑為D3=Φ40mm，長度為L3=20mm。eq\o\ac(○,4)右起第四段，為滾動軸承的定位軸肩，其直徑應小于滾動軸承的內(nèi)圈外徑，取D4=Φ48mm，長度取L4=10mm。eq\o\ac(○,5)右起第五段，該段為齒輪軸段，由于齒輪的齒頂圓直徑為Φ54mm，分度圓直徑為Φ50mm，齒輪的寬度為55mm，則此段的直徑為D5=Φ54mm，長度為L5=55mm。eq\o\ac(○,6)右起第六段，為滾動軸承的定位軸肩,其直徑應小于滾動軸承的內(nèi)圈外徑，取D6=Φ48mm，長度取L6=10mm。eq\o\ac(○,7)右起第七段，該段為滾動軸承安裝出處，取軸徑為D7=Φ40mm，長度L7=18mm。（4)求齒輪上作用力的大小、方向eq\o\ac(○,1)小齒輪分度圓直徑：d1=50（mm）eq\o\ac(○,2)作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為：T1=25519.7（N/mm）eq\o\ac(○,3)求圓周力Ft：Ft=2T1/d1=2×25519.7/50=1020.8（N）eq\o\ac(○,4)求徑向力Fr：Fr=Ft·tanα=1020.8×tan200=371.5（N）根據(jù)軸承徑向力的作用點以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學模型Ft，F(xiàn)r的方向如下圖所示：⑤求軸面的支座反力水平面的支座反力：RA=RB=Ft/2=1020.8/2=510.4（N）垂直面的支座反力：由于選用深溝球軸承則Fa=0，那么RA’=RB’=Fr×62/124=185.75（N）（6）畫彎矩圖右起第四段剖面C處的彎矩：水平面的彎矩：MC=RA×62=32（Nm）垂直面的彎矩：MC1’=MC2’=RA’×62=11.5（Nm）合成彎矩：34（7）轉(zhuǎn)矩T=Ft×d1/2=1020.8×50/2=26（Nm）（8）畫當量彎矩圖因為是單向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，α=0.6，可得右起第四段剖面C處的當量彎矩：37.4(Nm)=0.6×26=15.6Nm（9）判斷危險截面并驗算強度eq\o\ac(○,1)右起第四段剖面C處當量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，所以剖面C為危險截面。已知MeC2=65.9Nm,由機械設計基查表得:［σ-1］=60Mpa則：σe=MeC2/W=MeC2/(0.1·D43)=37.4×1000/(0.1×483)=33Nm<［σ-1］eq\o\ac(○,2)右起第一段D處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較小，故該面也為危險截面：=0.6×26=15.6Nmσe=MD/W=MD/(0.1·D13)=15.6×1000/(0.1×253)=9.98Nm<［σ-1］所以確定的尺寸是安全的。齒輪軸的零件圖如下圖所示：B.輸出軸的設計計算確定軸上零件的定位和固定方1，5—滾動軸承2—軸3—齒輪4—套筒6—密封蓋7—鍵8—軸承端蓋9—軸端擋圈10—半聯(lián)軸器(2)按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑選擇45鋼調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS，軸的輸入功率為PⅡ=1.04KW，轉(zhuǎn)速為nⅡ=76.9r/min，查表選擇c=115。d≥=115×（1.04/76.9)1/3=27.4(mm)(3)確定軸各段直徑D和長度Leq\o\ac(○,1)從聯(lián)軸器開始右起第一段，由于聯(lián)軸器與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應該增加5%，取D1=Φ30mm,查表得工作情況系數(shù)KA=2.0計算轉(zhuǎn)矩TC=KA×TⅡ=2.0×129.23=258.46Nm,查標準GB/T5014—85，選用HL型彈性柱銷聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器長度為l1=84mm,因此選取軸段長L1=82mm。eq\o\ac(○,2)右起第二段，考慮聯(lián)軸器的軸向定位要求，該段的直徑取D2=Φ52mm,根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面的距離為30mm，故取該段長為L2=74mm。eq\o\ac(○,3)右起第三段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力，而軸向力為零，選用6211型軸承，其尺寸為d×D×B=55×100×21，那么該段的直徑為D