機械設計課程設計—同軸式二級圓柱齒輪減速器

1、設計說明書 設計題目 同軸式兩級變速箱 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 班級學 設計人 指導教師 完成日期 2014年 9 月 11日目錄一、設計任務書二、傳動方案的擬定及說明三、電動機的選擇四、計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比五、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)六、傳動件的設計計算七、軸的設計計算1.高速軸的設計2.中速軸的設計3.低速軸的設計八、滾動軸承的選擇及計算1.高速軸的軸承2.中速軸的軸承 3.低速軸的軸承九、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算十、聯(lián)軸器的選擇十一、減速器附件的選擇和箱體的設計十二、潤滑與密封十三、設計小結十四、參考資料設計計算及說明結果一、 設計任務書設計一用于帶式運輸機上同軸

2、式二級圓柱齒輪減速器1. 總體布置簡圖2. 工作情況工作平穩(wěn)、單向運轉3. 原始數(shù)據(jù)運輸機卷筒扭矩（Nm）運輸帶速度（m/s）卷筒直徑（mm）帶速允許偏差（%）使用年限（年）工作制度（班/日）8503505524. 設計內容(1) 電動機的選擇與參數(shù)計算(2) 斜齒輪傳動設計計算(3) 軸的設計(4) 滾動軸承的選擇(5) 鍵和聯(lián)軸器的選擇與校核(6) 裝配圖、零件圖的繪制(7) 設計計算說明書的編寫5. 設計任務(1) 減速器總裝配圖1張（0號或1號圖紙）(2) 齒輪、軸零件圖各一張（2號或3號圖紙）(3) 設計計算說明書一份設計計算及說明結果二、 傳動方案的擬定及說明三、 電動機的選擇1.

3、 電動機類型選擇按工作要求和工作條件，選用一般用途的（IP44）系列三相異步電動機。它為臥式封閉結構。2. 電動機容量(1) 卷筒軸的輸出功率(2) 電動機的輸出功率傳動裝置的總效率式中，為從電動機至卷筒軸之間的各傳動機構和軸承的效率。由機械設計課程設計（以下未作說明皆為此書中查得）表2-4查得；滾動軸承；圓柱齒輪傳動；彈性聯(lián)軸器，則故 (3) 電動機額定功率由第二十章表20-1選取電動機額定功率。3. 電動機的轉速由表2-2查得兩級同軸式圓柱齒輪減速器傳動比范圍，則電動機轉速可選范圍為設計計算及說明結果可見同步轉速為750r/min、1000r/min、1500r/min和3000r/min

4、的電動機均符合。這里初選同步轉速分別為1000r/min和1500r/min的兩種電動機進行比較，如下表：方案電動機型號額定功率（kW）電動機轉速（r/min）電動機質量（kg）傳動裝置的傳動比同步滿載總傳動比1Y132s-415001440682Y132M2-6100097084由表中數(shù)據(jù)可知兩個方案均可行，但方案2的電動機傳動比小，且比價低。因此，可采用方案2，選定電動機型號為Y132M2-6。四、 計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比1. 傳動裝置總傳動比2. 分配各級傳動比所得符合一般圓柱齒輪傳動和兩級圓柱齒輪減速器傳動比的常用范圍。設計計算及說明結果五、 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)

5、1. 各軸轉速電動機軸為0軸，減速器高速軸為軸，中速軸為軸，低速軸為軸，各軸轉速為2. 各軸輸入功率按電動機額定功率計算各軸輸入功率，即3. 各軸轉矩高速軸中速軸低速軸轉速（r/min）96020644功率（kW）4.364.19轉矩（）設計計算及說明結果六、 傳動件的設計計算1 選精度等級、材料及齒數(shù)1） 材料及熱處理；選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。2） 精度等級選用7級精度；3） 試選小齒輪齒數(shù)z124，大齒輪齒數(shù)z2112的；4） 選取螺旋角。初選螺旋角142 按齒面接觸強度設計因為低速級

6、的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進行計算按式（1021）試算，即dt1） 確定公式內的各計算數(shù)值（1） 試選Kt1.3（2） 由圖1030選取區(qū)域系數(shù)ZH（3） 由表107選取尺寬系數(shù)d1（4） 由表106查得材料的彈性影響系數(shù)ZE（5） 由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim1600MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限Hlim2550MPa；（6） 由式1013計算應力循環(huán)次數(shù)（7） 由圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1；KHN2（8） 計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1，安全系數(shù)S1，由式（1012）得2） 計算（1） 試算小齒輪分度圓直徑d1t=（2）

7、計算圓周速度v=m/s（3） 計算齒寬bb=dd1t=1mm=mm（4） 計算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取根據(jù)v=m/s,7級精度，由圖108查得動載系數(shù)；由表104由表1013查得由表103查得。故載荷系數(shù)（5） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 d1=mm=mm（6） 計算模數(shù)mn mn=mm=3 按齒根彎曲強度設計由式(1017) mn1） 確定計算參數(shù)（1） 計算載荷系數(shù)（2） 根據(jù)縱向重合度dz1tan，從圖1028查得螺旋角影響系數(shù) Y（3） 查取齒型系數(shù)由表105查得YFa1=2.62；YFa2=由表105查得Ysa1=1.6；Ysa2=1.81（4）

8、 計算FKFN1=KFN2=F1=MpaF2=MPa（5） 計算大、小齒輪的并加以比較=大齒輪的數(shù)值大,所以取0.0165。2） 設計計算mntmn=4 幾何尺寸計算1） 計算中心距z1=28.24，取z1=29z2=135aa圓整后取170mm2） 按圓整后的中心距修正螺旋角=arcos3） 計算大、小齒輪的分度圓直徑4） 計算齒輪寬度七、 軸的設計計算擬定輸入軸齒輪為左旋1. 高速軸的設計1 初步確定軸的最小直徑d2 求作用在齒輪上的受力 1）擬訂軸上零件的裝配方案（如圖） YFa1=YFa2=Ysa1=1.6；Ysa2=1.81mn=Z1=29Z2=135=設計計算及說明結果 2）根據(jù)軸

9、向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足V帶輪的軸向定位，-軸段右端需制出一軸肩，故取-段的直徑d-=26mm。V帶輪與軸配合的長度L1=80mm，為了保證軸端檔圈只壓在V帶輪上而不壓在軸的端面上，故-段的長度應比L1略短一些，現(xiàn)取L-=75mm。初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)d-=32mm，由軸承產品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30307，其尺寸為dDT=35mm80mm22.75mm，故d-=d-=35mm；而L-=21+21=42mm，L-=10mm。右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上

10、查得30308型軸承的定位軸肩高度h=4.5mm，因此，套筒左端高度為4.5mm，d-=44mm。取安裝齒輪的軸段-的直徑d-=40mm，取L-=103mm齒輪的左端與左端軸承之間采用套筒定位。軸承端蓋的總寬度為36mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆，取端蓋的外端面與V帶輪右端面間的距離L=24mm，故取L-=60mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。3）軸上零件的軸向定位V帶輪與軸的周向定位選用平鍵10mm8mm63mm，V帶輪與軸的配合為H7/r6；齒輪與軸的周向定位選用平鍵12mm8mm70mm，為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為

11、H7/n6；滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。4）確定軸上圓角和倒角尺寸參考表15-2，取軸端倒角，各圓角半徑見圖軸段編號長度（mm）直徑（mm）配合說明-3622與V帶輪鍵聯(lián)接配合-26定位軸肩-30與滾動軸承30306配合，套筒定位-6334與小齒輪鍵聯(lián)接配合-6定位軸環(huán)-230與滾動軸承30306配合總長度mm（1） 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結構圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取a值。對于6207型深溝球軸承，由手冊中查得a=18mm。因此，軸的支撐跨距為L1=118mm， L2+L3=74.5+67.5=142mm。根據(jù)軸的計

12、算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險截面。先計算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。設計計算及說明結果載荷水平面H垂直面V支反力F，C截面彎矩M總彎矩扭矩（2） 按彎扭合成應力校核軸的強度根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力，取，軸的計算應力已選定軸的材料為45鋼，調質處理。由表15-1查得。因此，故安全。2. 中速軸的設計(1) 初步確定軸的最小直徑先按式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據(jù)表15-3，取,于是得(2) 軸的結構設計 1）擬訂軸上零件的裝配方案（如圖） 2）根據(jù)軸向定位

13、的要求確定軸的各段直徑和長度初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)d-=d-=45mm，由軸承產品目錄中初步選取標準精度級的單列圓錐滾子軸承30309，其尺寸為dDT=45mm100mm27.25mm，故L-=L-=27+20=47mm。兩端滾動軸承采用套筒進行軸向定位。由手冊上查得30309型軸承的定位軸肩高度h=4.5mm，因此，左邊套筒左側和右邊套筒右側的高度為4.5mm。取安裝大齒輪出的軸段-的直徑d-=50mm；齒輪的左端與左端軸承之間采用套筒定位。為了使大齒輪軸向定位，取d-=55mm，又由于考慮到與高、低速軸的配合，取L-

14、=100mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。3）軸上零件的軸向定位大小齒輪與軸的周向定位都選用平鍵14mm9mm70mm，為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。4）確定軸上圓角和倒角尺寸參考表15-2，取軸端倒角，各圓角半徑見圖軸段編號長度（mm）直徑（mm）配合說明-35與滾動軸承30307配合，套筒定位-58與大齒輪鍵聯(lián)接配合-定位軸環(huán)-63與小齒輪鍵聯(lián)接配合-35與滾動軸承30307配合總長度385mm（5） 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結構圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位

15、置時，從手冊中查取a值。對于30309型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=21mm。因此，軸的支撐跨距為L1=76mm， L2=192.5，L3mm。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險截面。先計算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。故安全設計計算及說明結果載荷水平面H垂直面V支反力FC截面彎矩M總彎矩扭矩（6） 按彎扭合成應力校核軸的強度根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力，取，軸的計算應力已選定軸的材料為45鋼，調質處理。由表15-1查得。因此，故安全。故安全設計計算及說明結果3. 低速軸的設計(1) 初步確定

16、軸的最小直徑先按式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據(jù)表15-3，取，于是得 (2) 軸的結構設計1） 擬訂軸上零件的裝配方案（如圖） 2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位，-軸段左端需制出一軸肩，故取-段的直徑d-=64mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=107mm，為了保證軸端檔圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故-段的長度應比L1略短一些，現(xiàn)取L-=105mm。初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)d-=65mm，由軸承產品目錄中初步選取標準精度級的單列圓

17、錐滾子軸承30314，其尺寸為dDT=70mm150mm38mm，故d-=d-=70mm；而L-=38mm，L-=38+20=58mm。左端滾動軸承采用軸環(huán)進行軸向定位。由表15-7查得30314型軸承的定位高度h=6mm，因此，取得d-=82mm。右端軸承采用套筒進行軸向定位，同理可得套筒右端高度為6mm。取安裝齒輪出的軸段-的直徑d-=75mm；齒輪的右端與右端軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為100mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取l-=98mm。軸承端蓋的總寬度為30mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆，取端蓋的外端面與聯(lián)軸

18、器左端面間的距離L=30mm，故取L-=60mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。3） 軸上零件的軸向定位半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為18mm11mm80mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。齒輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵為20mm12mm80mm，為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6。4） 確定軸上圓角和倒角尺寸參考表15-2，取軸端倒角，各圓角半徑見圖軸段編號長度（mm）直徑（mm）配合說明-3665與滾動軸承30313配合-2183軸環(huán)-5873與大齒輪以鍵聯(lián)接配合，套筒定位-5965與滾動軸承30313配合-4263與端蓋配合，做聯(lián)軸器的軸向定位-8

19、255與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接配合總長度298mm設計計算及說明結果（3） 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結構圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取a值。對于30313型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=31mm。因此，軸的支撐跨距為根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面B是軸的危險截面。先計算出截面B處的MH、MV及M的值列于下表。載荷水平面H垂直面V支反力FB截面彎矩M總彎矩扭矩（4） 按彎扭合成應力校核軸的強度根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力，取，軸的計算應力已選定軸的材料為45鋼，調質處理。由表15-1查得。因此，故安全

20、。八、 滾動軸承的選擇及計算I軸：5 求兩軸承受到的徑向載荷i. 軸承30206的校核1） 徑向力2） 派生力，3） 軸向力由于，所以軸向力為，4） 當量載荷由于，所以，。由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為，故當量載荷為5） 軸承壽命的校核895259000NII軸：1、 軸承30307的校核1） 徑向力2） 派生力，3） 軸向力由于，所以軸向力為，4） 當量載荷由于，所以，。由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為，故當量載荷為5） 軸承壽命的校核2127159000NIII軸：2、 軸承32214的校核1） 徑向力2） 派生力，3） 軸向力由于，所以軸向力為，4） 當量載荷由于，所以，。由于為一般載荷，

21、所以載荷系數(shù)為，故當量載荷為5） 軸承壽命的校核1418059000N九、 鍵聯(lián)接的選擇及校核計算由機械設計式(6-1）得 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由機械設計表6-2，?。?） 高速軸上聯(lián)軸器處的鍵取普通平鍵670GB1096-79鍵的工作長度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度（2） 中速軸上大齒輪處的鍵取普通平鍵1270GB1096-79鍵的工作長度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度（3） 低速軸上聯(lián)軸器處的鍵取普通平鍵1670GB1096-79鍵的工作長度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度（4） 低速軸上大齒輪處的鍵取普通平鍵2080GB1096-79鍵的工作長度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度十、 聯(lián)軸器的選擇根據(jù)輸出軸轉矩，查課程設計表17-4選用LX4聯(lián)軸器5684GB5014-85，其公稱扭矩為符合要求。十一、 減速器附件的選擇和箱