單級圓柱齒輪減速器1

1、機 械 設 計 課 程 設 計單級圓柱齒輪減速器設計說明書學生姓名：王學 號： 年 級： 12 級專 業(yè)：機械制造與自動化院 （系）： 機電工程學院 指導教師： 時 間： 年 月 目錄設計任務書1第一章 緒論1.1設計目的31.2傳動方案的分析與擬定3第二章 減速器結(jié)構(gòu)選擇及相關性能參數(shù)計算2.1 電動機類型及結(jié)構(gòu)的選擇42.2 電動機選擇42.3 確定電動機轉(zhuǎn)速42.4確定傳動裝置的總傳動比和分配級傳動比52.5動力運動參數(shù)計算5第三章 傳動零件的設計計算減速器外部零件的設計計算-普通V形帶傳動7第四章 齒輪的設計計算4.1直齒圓柱齒輪84.2齒輪幾何尺寸的設計計算 4.2.1 按照接觸疲勞

2、強度計算8 4.2.2 按齒根彎曲接觸強度校核計算9 4.2.3 齒輪幾何尺寸的確定94.3齒輪的結(jié)構(gòu)設計9第五章 軸的設計計算5.1輸入軸的設計115.2輸出軸的設計135.3軸強度的校核16第六章 軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇6.1軸承的選擇及校核176.2鍵的選擇計算及校核186.3聯(lián)軸器的選擇18第七章 減速器潤滑、密封7.1潤滑的選擇確定19 7.1.1潤滑方式197.1.2潤滑油牌號及用量197.2 密封的選擇確定19 第八章 減速器附件的選擇確定19第九章 箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸計算20第十章 減速器的繪制與結(jié)構(gòu)分析10.1拆卸減速器2110.2分析裝配方案2110.3分析各零件作用、結(jié)構(gòu)

3、及類型2110.4減速器裝配草圖設計2110.5完成減速器裝配草圖2210.6減速器裝配圖繪制過程2210.7完成裝配圖2310.8零件圖設計23 第十一章 設計總結(jié)24參考文獻 設計任務書連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，兩班制工作，載荷變化大，空載起動，室內(nèi)有粉塵，輸送帶輸允許有±5%的誤差。已知數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸送帶工作拉力FW=2.7KW輸送帶速度Vw=1.3M/S卷筒直徑D=350mm 設計任務要求：1. 減速器裝配圖紙 一張2. 軸、齒輪零件圖紙各一張 兩張3. 設計說明書一分 一份 計算及說明 主要結(jié)果一確定傳動方案單機圓柱齒輪減速器由帶傳動和齒輪傳動組成，根據(jù)各種傳動的特點，帶傳動安排在高級，齒

4、輪傳動放在低速級如圖A-1所示二 選擇電動機（1 ) 選擇電動機類型結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)工作要求和條件，選用一般用途的Y系列三相異步電動機，結(jié)構(gòu)形式為臥式封閉結(jié)構(gòu)（2 ) 確定電動機的功率 工作機所需要的功率 w（KW） w=FwVw / 1000w式中，    Fw=2700N ，Vw=1.3m/s，帶式輸送機的效率w=0.95帶入上式得 w=2700 x 1.3/1000 x 0.95 =3.7kw電動機所需功率o（kw）按下式計算 o =w / 為電動機到滾筒工作軸的傳動裝置，根據(jù)傳動特點，由附錄查表A-1查得：V帶傳動=0.96，一對齒輪傳動=0.97

5、，一對滾動軸承=0.99，聯(lián)軸器=0.99因此總效率：=帶齒輪2軸承聯(lián)軸器= 0.96 x 0.972 x 0.99 x 0.99=0.904o=w/=3.7 / 0.904=4.09確定電動機額定功率m（kw），使得m=4.095.31查表A-2取m=5.5kw（3）確定電動機轉(zhuǎn)速工作機轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速nw=60x1000vw/x360r/min=70.97 r/min根據(jù)附錄表A-2各類傳動比的取值范圍，取V帶傳動比i帶=24一級齒輪減速器i齒輪=35傳動裝置總傳動比i總=620，故電動機的取值范圍：nm=i總/nw=（620）x 70.97=425.821419.4 r/min（4）計算傳動裝

6、置的總傳動比和各級傳動比符合此轉(zhuǎn)速要求的同步轉(zhuǎn)速有960 r/min,1400 r/min兩種電機對比如下表1-1方案型號額定功率（kw）電動機轉(zhuǎn)速r/min滿載同步1Y132M1-6 5.596010002Y132S-45.514401500（5）計算傳活動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)1） 傳動裝置的總傳動比為；i總=nm/nw=1440/70.79=20.292)分配各級傳動比取V帶傳動比i=3，單機圓柱齒輪減速器傳動比為； i齒= i總/i帶=20.29/3 =6.761） 各軸轉(zhuǎn)速軸n 1=nm/i帶=1440/3=480r/min軸n 2=n/ i齒=480/6.76=71r/min滾筒

7、軸n滾筒= n 2=71r/min2) 各軸功率 軸P 1=o帶=4.09 x 0.96=3.93kw 軸P2= P 1齒輪軸承=3.93 x 0.97x0.99=3.77kw滾筒軸P=P2軸承聯(lián)軸器=3.77x.099x0.99=3.69kw3）各軸轉(zhuǎn)矩 電動機軸T0=9550x=9550x=27125N.mm軸T1= T0i帶帶=27125x3x0.99=80561 N.mm軸T2= T1 i齒輪齒輪軸承=80561 x6.76x0.97x0.99=522972N.mm滾筒軸T= T2軸承聯(lián)軸器=522972x0.99x0.99=512564 N.mm三、 傳動零件的設計計算（1）計算功率

8、根據(jù)以上列出傳動參數(shù)和動力參數(shù)數(shù)據(jù)軸號功率PKM轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)矩TN傳動比i04.09144027125313.9348080561323.93715229726.7633.69715125641（2）選擇V帶類型根據(jù)已知的減速器參數(shù)確定帶的型號、根數(shù)、和長度，確定帶的傳動中心距，初拉力及張緊裝置，確定大小帶輪的直徑、材料、結(jié)構(gòu)尺寸。 帶傳動的計算參數(shù)如下；項目P0KWnmr.minI參數(shù)4.0914403（3）確定V帶基準直徑根據(jù)條件取KA=1.2PC=KA P0=1.2X4.09=4.9KW根據(jù)圖表P0、nm選用A型1） 初選小帶輪的基準直徑d1取小帶輪直徑125mm2） v=3.14X125X

9、1440/60X1000=9.42m/s因為5m/s<v<30m/s；故帶速合適（4）計算大帶輪的直徑=3dd2=i dd1=3x125=375mm圓取整dd2=400mm因沒有給定中心距的尺寸范圍，按公式;0.7（dd1+dd2）<a0<2(dd1+dd2)367.5mm0a1050mm初定a=600mm （5）實際中心距和帶的基準長度Ld基準長度 L02a0+（dd1+dd2）+( dd2+ dd1)2/4a0=2x600+3.14x(125+400)/2+(400+125)2/4x6002056mm由表選帶的基準長度2240mm計算實際中心距； aa0+=600

10、+ 692mm中心距地變化： amin = a-0.015Ld=566.4mm amax= a-=0.03 Ld =667.2mm （6）驗算小帶輪包角1800-57.30x( dd2+ dd1)/a=1800-57.30x1490900 （7 ) 確定V帶的根數(shù)1） 計算V帶的根數(shù)由n1、d1查表得到P0=1.4kW 由i查表得到P0=0.11kW 由K=0.97 由Ld查表13-3，KL =1.09由式Z=確定V帶的根數(shù)Z=3.81 取4根2）計算對軸的壓力 四 圓柱齒輪的設計連續(xù)單向運轉(zhuǎn)載荷變化不大空載啟動，室內(nèi)有粉塵，選擇封閉式1）按照傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動； 2）運輸機為一般

11、機器，速度不高，選擇精度等級為7級精度； 3） 材料選擇。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40HBS4）選小齒輪齒數(shù)Z1=24，大齒輪齒數(shù)Z2=101(1)按照齒面接觸強度設計計算由公式； 將數(shù)值帶入上述公式可知： d148.62mm （2）確定齒輪參數(shù)及計算主要尺寸1）確定模數(shù)和齒寬 m=d1/Z1=48.62/24=1.94 取標準模數(shù)值 m=2 2)齒根彎曲接觸強度校核計算 校核式中： a) 小輪分度圓直徑d1=m·Z=2×24=50mmb) 齒輪嚙合寬度b=d·d1 =

12、1.0×50=50mmc) 查手冊得兩齒輪的齒形系數(shù)和應力修正系數(shù) YFa1=2.63 Ysa1=1.59YFa2=2.19 Ysa2=1.80將數(shù)據(jù)帶入公式得：F1=107.34MPa F2=101.19MPa由于F1F1 F2 F2故滿足齒根彎曲疲勞強度要求3)齒輪幾何尺寸的確定分度圓直徑：d1=50mm d2=m·Z2=2×100=200mm齒頂圓直徑:da1= d1+2ha1m=54mm da2=d2+2ha1m=204mm齒根圓直徑: df1= d1-2（ha+c）m=45mmdf2= d1-2（ha+c）m=195mm中心距：a=m ·（Z1

13、+Z2）=125mm 小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，大齒輪采用鍛造毛坯的腹板式結(jié)構(gòu)大齒輪的關尺寸計算如下：軸孔直徑 d=41輪轂直徑 =1.2d=1.2×41=49.2 圓整到50mm輪轂長度 輪緣厚度 0 = (34)m = 68(mm) 取 =8輪緣內(nèi)徑 =-2h-2=179mm 取D2 = 180(mm) 腹板厚度 c=0.3b=0.3×45=13.5 取c=15(mm)腹板中心孔直徑=0.5(+)=0.5(180+70)=125(mm)腹板孔直徑=0.25（-）=0.25（180-70）=27.5(mm) 取=27.5 (mm)齒輪倒角n=0.5m=0.5×2=1

14、齒輪工作如下圖所示： 五 軸的結(jié)構(gòu)設計 （1）小齒輪材料用40Gr鋼，調(diào)質(zhì)，b=750MPa；（2）按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑選用45號鋼調(diào)質(zhì)，硬度217255HBS軸的輸入功率為 轉(zhuǎn)速為n1=384 r/min根據(jù)課本查表計算取 a=79mm b=49mm c=49mmd考慮有一個鍵槽，將直徑增大5%，則d=19.29×(1+5%)mm=20.05mm 圓整為25mm以上計算的軸徑作為輸入軸外伸端最小直徑。六 輸出軸的的設計（1）軸的結(jié)構(gòu)設計，軸上零件的定位、固定和裝配  單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面、右面均由軸肩軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡

15、配合固定，兩軸承分別和軸承端蓋定位，采用過渡配合固定。(2)求齒輪上作用力的大小、方向 小齒輪分度圓直徑：d1=50mm作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為：T1 =42.78×103 N·mm 求圓周力：FtFt=2T1/d1=2×42.78×103/50=1711.2N 求徑向力FrFr=Ft·tan=1711.2×tan200=622.83N（3）軸長支反力根據(jù)軸承支反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。 水平面的支反力：RB1= Ftc/(b+c)=855.6N RC1= Ftb/(b+c)=855.6 N 垂直面的支反力

16、：RB1= Frc/(b+c)=311.42N RC1= Frb/(b+c)=311.42N由于選用深溝球軸承則Fa=0（4）畫彎矩圖 剖面-處的彎矩：水平面的彎矩：MC1= RB1×b=41924.4Nmm 垂直面的彎矩：MC1'= RB1'b =15259.58Nmm 合成彎矩：M1=44615.13Nmm （5）軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩： T1= 42780Nmm （6）帶作用在軸上的力：預緊力：=500(2.5/-1)/ZV+qv2=741.75N 帶對軸作用力: =2ZSin1/2=4383.96N該力產(chǎn)生的彎矩圖，如圖（e）在軸承B處彎矩=a×=36433

17、2.84 Nmm 總合成彎矩（f）,考慮到帶傳動最不利布置情況，與前面的彎矩直接相加，可得總合成彎矩：=+×c/（b+c）=390947.97Nmm（7）計算n個剖面處當量彎矩軸剪應力為脈動循環(huán)變應力，=0.6，公式為：=-剖面：=391789.69Nmm-剖面：=T=25668Nmm-剖面：=365235.9Nmm（8）計算、三個剖面的直徑-1b為對稱循環(huán)許用彎曲應力，為90MPa公式為：d則-處：d-處：d-處：d可以圓整到30mm七 軸的強度校核1) 按扭矩初算軸徑大齒輪材料用45鋼，正火，b=600Mpa，硬度217255HBS大齒輪軸軸徑的初算：大齒輪軸的轉(zhuǎn)速較低，受轉(zhuǎn)矩較

18、大，故?。篊=117d考慮有兩個鍵槽，將直徑增大10%，則d=30.43×(1+10%)mm=33.47mm 圓整為35mm以上計算的軸徑作為輸出軸外伸端最小直徑八 軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇1) 軸的結(jié)構(gòu)設計，軸的零件定位、固定和裝配  單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，該設計潤滑方式是油潤滑，箱體四周開有輸油溝，齒輪一面用軸肩定位，另一面用軸套定位，周向定位采用鍵和過渡配合，兩軸承分別以軸承肩定位，周向定位則用過渡配合或過盈配合，軸呈階梯狀，左軸承從左面裝入，齒輪、右軸承和皮帶輪依次從右面裝入。2)求齒輪上作用力的大小、方向 大齒輪分度圓直徑：d1

19、=200mm作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為：T2 =167960N·mm 求圓周力：FtFt=2T2/d2=2×167960/200=1679.6N 求徑向力：FrFr=Ft·tan=1679.6×tan200=611.32N3）軸長支反力根據(jù)軸承支反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。 水平面的支反力：RB2= Ftc/(b+c)=839.8N RC2= Ftb/(b+c)=839.8 N 垂直面的支反力：RB2= Frc/(b+c)=305.66N RC2= Frb/(b+c)=305.66N 由于選用深溝球軸承則Fa=04）畫彎矩圖 剖面

20、-處的彎矩：水平面的彎矩：MC2= RB2×b=41150.2Nmm 垂直面的彎矩：MC2'= RB2'b =14977.34Nmm 合成彎矩： M2=43791.09Nmm5）軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩： T2=167960Nmm6）計算n個剖面處當量彎矩軸剪應力為脈動循環(huán)變應力，=0.6，公式：=-剖面：=109879.31Nmm-剖面：=T=100776Nmm-剖面：=T=100776Nmm7）計算、三個剖面的直徑-1b為對稱循環(huán)許用彎曲應力，為90MPa 公式為：d則 -處：d-處：d-處：d按扭轉(zhuǎn)合成應力校核軸強度，由軸結(jié)構(gòu)簡圖及彎矩圖知處當量彎矩最大，是軸的危險截面，

21、故只需校核此處即可。強度校核公式：e=/W-1輸入軸：(1) 軸是直徑為50的是實心圓軸，W=0.1d3=12500Nmm(2) 軸材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)，許用彎曲應力為-1=65MPa則e=/W=31.28-1= 65MPa故軸的強度滿足要求輸出軸：(1) 軸是直徑為41的是實心圓軸，W=0.1d3=6892.1Nmm(2) 軸材料為45號鋼，正火，許用彎曲應力為-1=65MPa則e= M2/W=6.35-1= 65MPa故軸的強度滿足要求九 軸承的選擇及校核1） 軸承的選擇及校核因軸轉(zhuǎn)速較高，且只承受徑向載荷，故選取深溝球軸承。根據(jù)初算軸徑，考慮軸上零件軸向定位和固定，估計初裝軸承處的軸徑并

22、假設選用輕系列，查表定出滾動軸承型號列表如下：軸號軸承型號基本尺寸 mmdDB1620630621626208408018(1）.小軸的軸承使用壽命計算小齒輪軸承選用6206， Cr=19.5kN Fr=622.83N 教材表10-8查得=1.2徑向當量動載荷：Pr=r=1.2622.83=747.396 N所以由式Cj=，查表10-6可知ft=1=6231601.8>87600 故滿足壽命要求(2）.大軸的軸承使用壽命計算大軸承選用6208， Cr=29.5kN Fr=611.32N 徑向當量動載荷：Pr=r=1.2611.32=733.58 N所以由式Cj=，查表10-6可知ft=1

23、=11346921>87600h 故滿足壽命要求2 ）鍵的選擇計算及校核 (1).小軸上的鍵： Ft=1711.2N查手冊得，選用A型平鍵，得：A鍵 8×40 GB1096-79 L=40mm h=7mm根據(jù)式p=2T/(d·k·L)=2Ft/(k·L)=24.45 MPa100MPa故鍵強度符合要求(2).大軸上的鍵： Ft =1679.6N查手冊選：A鍵12×34 GB1096-79 L=34mm h=8A鍵12×52 GB1096-79 L=52mm h=8根據(jù)式pa=2 ·T/（d·h·l）

24、=2Ft/(k·L)=24.7Mpa < 100Mpapc=2 ·T/（d·h·l）=2Ft/(k·L)=16.15Mpa < 100Mpa故鍵強度符合要求 3） 聯(lián)軸器的選擇在減速器輸出軸與工作機之間聯(lián)接用的聯(lián)軸器因軸的轉(zhuǎn)速較低、傳遞轉(zhuǎn)矩較大，又因減速器與工作機常不在同一機座上，要求由較大的軸線偏移補償，應選用承載能力較高的剛性可移式聯(lián)軸器。查表得選用YL8型號的軸孔直徑為35的凸緣聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩Tn=250 N·m K=1.3=9550=9550×=218.35N·m選用YL8型彈性套住聯(lián)軸器，公

25、稱尺寸轉(zhuǎn)矩=250，<。采用J型軸孔，A型鍵軸孔直徑d=3240，選d=35，軸孔長度L=60YL8型彈性套住聯(lián)軸器有關參數(shù)型號公稱轉(zhuǎn)矩T/(N·m)許用轉(zhuǎn)速n/（r·）軸孔直徑d/mm軸孔長度L/mm外徑D/mm材料軸孔類型鍵槽類型YL825043003560130HT200J型A型十 減速器潤滑、密封1） 潤滑的選擇確定1.齒輪V12 m/s，選用浸油潤滑,因此機體內(nèi)需要有足夠的潤滑油，用以潤滑和散熱。同時為了避免油攪動時泛起沉渣，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH不應小于3050mm。對于單級減速器，浸油深度為一個齒高，這樣就可以決定所需油量，單級傳動,每傳遞1KW需油量V

26、0=0.350.7m3。2. 對于滾動軸承來說，由于傳動件的速度不高，選用飛濺潤滑。這樣結(jié)構(gòu)簡單，不宜流失，但為使?jié)櫥煽?要加設輸油溝。2） 潤滑油牌號及用量1.齒輪潤滑選用AN150全系統(tǒng)損耗油，最低最高油面距1020mm，需油量為1.2L左右2.軸承潤滑選用AN150全系統(tǒng)損耗油3）密封的選擇與確定1).箱座與箱蓋凸緣接合面的密封選用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法2).觀察孔和油孔等處接合面的密封在觀察孔或螺塞與機體之間加石棉橡膠紙、墊片進行密封3).軸承孔的密封悶蓋和透蓋用作密封與之對應的軸承外部軸的外伸端與透蓋的間隙，由于選用的電動機為低速、常溫、常壓的電動機，則可以選用毛氈密封。毛

27、氈密封是在殼體圈內(nèi)填以毛氈圈以堵塞泄漏間隙，達到密封的目的。毛氈具有天然彈性，呈松孔海綿狀，可儲存潤滑油和遮擋灰塵。軸旋轉(zhuǎn)時，毛氈又可以將潤滑油自行刮下反復自行潤滑。十一 減速器附件的選擇確定1） 軸承端蓋： HT150 參看唐曾寶編著的機械設計課程設計（第二版）的表141根據(jù)下列的公式對軸承端蓋進行計算： d0=d3+1mm；D0=D +2.5d3； D2=D0 +2.5d3； e=1.2d3； e1e；m由結(jié)構(gòu)確定； D4=D -(1015)mm；D5=D0 -3d3；D6=D -(24)mm；d1、b1由密封尺寸確定；b=510，h=(0.81)b2） 油面指示器：用來指示箱內(nèi)油面的高度

28、。3） 放油孔及放油螺塞：為排放減速器箱體內(nèi)污油和便于清洗箱體內(nèi)部，在箱座油池的最低處設置放油孔，箱體內(nèi)底面做成斜面，向放油孔方向傾斜1°2°，使油易于流出4）窺視孔和視孔蓋：窺視孔用于檢查傳動零件的嚙合、潤滑及輪齒損壞情況，并兼作注油孔，可向減速器箱體內(nèi)注入潤滑油。5）定位銷：對由箱蓋和箱座通過聯(lián)接而組成的剖分式箱體，為保證其各部分在加工及裝配時能夠保持精確位置，特別是為保證箱體軸承座孔的加工精度及安裝精度。6）啟蓋螺釘：由于裝配減速器時在箱體剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封膠，因而在拆卸時往往因膠結(jié)緊密難于開蓋，旋動啟箱螺釘可將箱蓋頂起。7）軸承蓋螺釘，軸承蓋旁連接螺栓

29、，箱體與箱蓋連接螺栓：用作安裝連接用。十二 箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸計算箱體用水平剖分式結(jié)構(gòu)，用HT200灰鑄鐵鑄造而成，箱體主要尺寸計算參看唐曾寶機械設計課程設計（第二版）表51箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇如下表：名稱符號尺寸（mm）機座壁厚8機蓋壁厚18機座凸緣厚度b12機蓋凸緣厚度b 112機座底凸緣厚度b 220地腳螺釘直徑Df16地腳螺釘數(shù)目N4軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑d112機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑d28軸承端蓋螺釘直徑d38窺視孔蓋螺釘直徑d46定位銷直徑D6凸臺高度h 根據(jù)低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準箱體外壁至軸承座端面距離l1 C1+C2+(58)=34大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離112齒輪端面與內(nèi)機壁距離2 12機蓋、機座肋厚m1 ,m29， 9軸承端蓋外徑