二级展开式圆柱斜齿轮减速器设计说明说

1 二级展开式圆柱斜齿轮减速器设计说明说 择电动机类型 按工作要求和工作条件，选用一般用途的 Y 型全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。电压为 380V。 2）选择电动机容量： (1)工作机所需功率PP= 1000F (2)电动机所需工作功率 传动装置 的总效率 432241 查机械设计手册机械传动和摩擦副的效率概略值，确定各部分效率，滚动轴承传动效率（一对） ，闭式齿轮传动效率 2 =联轴器效率3=动滚筒效率 4 =入得 4 所需电动机效率 d 0 0 0 01 0 0 0 （ 3)电动机额定功率 由载荷平稳电动机额定功率根据 Y 系列电动机技术数据选电动机的额定功率 3）电动机的转速 卷筒轴工作速度为 i rD / 由机械设计手册可知， 二级圆柱斜齿轮减速器传动比 8 40，电动机转速的可选范围为 n （ 8 40） （ 3958） /符合这一范围的同步转速有 750,1000,1500 和 3000 /现以同步转速3000,1500及 1000 /种方案进行比较。 由于表 1（ 1 1） 方 案 电动机 型号 额定 功率 电动机转速 n（ / 电动 质量 4 3000 2890 45 910 2 4112 4 1500 1440 49 918 6112 4 1000 960 75 1433 i 表 1终选自了方案 2，即选定电动机型号位 4112 总传动比 由选定的电动机满载转速得传动装置总传动比为 aiwm 1440/为分配传动比是一项复杂的工作，往往需要经多次改动，现在只做初步设计 . 对于两级展开式圆柱齿轮减速器，当两级齿轮材质相同，齿宽系数相等时，为使各级大齿轮浸油深 度大致相近，且低速级大齿轮直径略大，传动比可按下分配，即： 5 1 3 则低速轴的传动比 2. 运动和动力参数计算 （ 1）各轴转速 0 轴 (电动机轴 ) P P0 0=1440 r/T 955000550 1轴（高速轴）， 1n 0n 1440r/P1 3 T 955011550 4 06 3 2轴（中间轴）， 2n 121/ 1440/319r/ 2P 1p 1 2 2T 955022550 3轴（低速轴） 3n 2n / 23i 319/P 2P 1 2 T=955033550 4轴（滚筒轴） 4n = 3n/ 34i=r/P 3P 1 3 =T =955044550 表 3表 3号 功率（ p/ 转速（/ 转矩（ N m） 传动比 i 效率 电动机轴 （ 0轴） 440 1 轴 440 513 轴 19 4 3轴 轴 16 56 高速级减速齿轮的设计 1）材料、热处理、精度： 材 料：因传递功率不大，转速不高，材料按表 7取，都采用 45 号钢热处理：大齿轮、正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。 小齿轮齿面硬度取 27030者相差 40 精 度：软齿面闭式传动，齿轮精度用 7级 2）设计过程： (1)设计准则，按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 初选小齿轮齿数 22 41 i 机械设计书 图 10大齿轮齿数 22 4=88 取 88 螺旋角 14 (2)按齿面接触疲劳强度设计，由式 (机械设计书 10 21）2131 )(12 确定各参数的值 :1)初选动载系数 选 机械设计 （ 3）计算小齿轮传递的转矩 1151 n PT 104 1 1 4 0 6 3 5 2)区域系数 查 (机械设计书 ) 0选取区域系数 3)端面重和度a： 由 (机械设计书 ) 0 1= 2=则a=1+2=)许用接触应力 由图 (机械设计书 ) 0 210 21 （按 (机械设计书 ) 0 1：小齿轮齿面硬度取 2705 大齿轮齿面硬度取 230 小齿轮接触疲劳强度极限： 610 大齿轮接触疲劳强度极限： 550 由 (机械设计书 ) 060n1 0 1440 1（ 3 8 300 10） =109 (设每年工作 300天，三班制，每班 8个小时 ) N1/109 /4=108 (2)42288查课本 10= =齿轮的疲劳强度极限 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,应用 (机械设计书 ) 0 H 1 =61049 H 2 =550517 则许用接触应力： H =( H 1 + H 2 )/2=(549+519)/2=5335)弹性影响系数 查课本由 (机械设计书 ) 0=宽系数d： 由 (机械设计书 ) 0 d=1 7)传递的转矩 1= 24114N 递的转矩即是轴的输出转矩 ) 代入数据得： 小齿轮的分度圆直 径 (12 而得： 计算圆周速度 100060 11nd ts 计算齿宽 b b=td =算模数 初选螺旋角 =14 11计算齿宽 齿高 h= =计算纵向重合度=d 14t a a n =计算载荷系数 K 查 (机械设计书 ) 0 2 使用系数 作时有 轻微振动 ) 根据 ,7级精度 , 查 (机械设计书 ) 0动载系数 (机械设计书 ) 0KH= (机械设计书 ) 0 : KF= (机械设计书 ) 0 : KH=载荷系数 : K KH=按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 =3 =计算模数 (3) 齿根弯曲疲劳强度设计 由 (机械设计书 ) 0 5弯曲强度的设计公式 )(c 7 2) 螺旋角 影响系数 Y 根据纵向重合度，从 (机械设计书 ) 10 螺旋角影响系数 Y =) 计算当量齿数 3 22/ 14 3 88/ 14 ) 查取齿形系数 应力校正系数 由 (机械设计书 ) 0 齿形系数 :力校正系数 :) 计算并比较大小齿轮的 由 (机械设计书 ) 0 小齿轮弯曲疲劳强度极限（取 由 (机械设计书 ) 0 大齿轮弯曲疲劳强度极限（取 由 (机械设计书 ) 0 弯曲疲劳寿命系数 取网格中间值 ) 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 S= F 1 M P F 2 = M P 111 Y 226 Y 小齿轮的数值大，故选用 确定各参数的值 : 1) 确定载荷系数 K： v =8 代入数据得： )(c 比计算结果，齿面疲劳强度的法面模数 于由齿根弯曲强度计算的法面模数，取 以在满足弯曲疲劳强度的前提下，按由接触疲劳强度的 所确定的分度圆来计算齿数 1z nm 1z 25 2z 25 4 100 (4) 几何尺寸计算 计算中心距 a= 21 =0025( =将中心距圆整为 96 按圆整后的中心距修正螺旋角 =21 0512962 0025(a r c c ( 因 值改变不多 ,故参数,k, 计算大 ,小齿轮的分度圆直径 计算齿轮宽度 b= 圆整得： 402 B 451 B 小齿轮三维图 : 9 图 4大齿轮三维图： 10 图 4低速级减速齿轮的设计 一、低速级减速齿轮设计（斜齿圆柱齿轮） 1）材料、热处理、精度： 材 料：因传递功率不大，转速不高，材料按表 7取，都采用 45 号钢热处理：大齿轮、正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。 小齿轮齿面硬度取 28040者相差 40 精 度：软齿面闭式传动，齿轮精度用 7级 2）设计过程： (1)设计准则，按齿面接 触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 初选小齿轮齿数 24 大齿轮齿数 24 取 70 螺旋角 14 (2)按齿面接触疲劳强度设计，由式（ (机械设计书 ) 10 21） 2131 )(12 确定各参数的值 : 1)初选动载系数 试选)区域系数 查 (机械设计书 ) 0选取区域系数 3)端面重和度： 由 (机械设计书 ) 0 1= 2=则= 1+ 2=)许用接触应力 由图 (机械设计书 ) 0 210 21 （按 (机械设计书 ) 0 1：小齿轮齿面硬度取 280齿轮齿面硬度取 240 小齿轮接触疲劳强度极限： 600 大齿轮接触疲劳强度极限： 550 由 (机械设计书 ) 0109 /5=109 N1/109 /108 查课本 (机械设计书 ) 0= =1 （取网格内的中间值） 齿轮的疲劳强度极限 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,应用 (机械设计书 ) 0 11 H 1 =600564 H 2 =1 550550 则许用接触应力： H =( H 1 + H 2 )/2=(564+550)/2=5575)弹性影响系数 查课本由 (机械设计书 ) 201表 10=宽系数d： 由 (机械设计书 ) 205表 10 d=1 7)传递的转矩 2=m 104480N 递的转矩即是轴的输出转矩 ) 代入数据得： 小齿轮的分度圆直径 (12 而得： 计算圆周速度 100060 21nd t1m/s 计算齿宽 b b=td =算模数 =14 11 t 计算齿宽与高之比 齿高 h= =计算纵向重合度 =d 14t a a n =计算载荷系数 K 12 查 (机械设计书 ) 0 2 使用系数 作时有轻微振动 ) 根据 1 ,7级精度 , 查 (机械设计书 ) 0 动载系数 (机械设计书 ) 0KH= (机械设计书 ) 0 : KF= (机械设计书 ) 0 : KH=载荷系数 : K v K=按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 =3 =计算 模数确定各参数的值 : 2) 确定载荷系数 K： K v F =) 螺旋角影响系数 Y 根据纵向重合度，从 (机械设计书 ) 10 螺旋角影响系数 Y =) 计算当量齿数 (3) 齿根弯曲疲劳强度设计 由 (机械设计书 ) 式 10 5弯曲强度的设计公式 )(c 24/ 4 58/ 4 4) 查取齿形系数 由 (机械设计书 ) 0 齿形系数 :13 应力校正系数 :) 计算并比较大小齿轮的 由 (机械设计书 ) 0 小齿轮弯曲疲劳强度极限（取 由 (机械设计书 ) 0 大齿轮弯曲疲劳强度极限（取 由 (机械设计书 ) 0 弯曲疲劳寿命系数 取网格中间值 ) 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 S= F 1 = M P F 2 = M P 111 Y 222 Y 小齿轮的数值大，故选用 代入数据得： )(c 比计算结果，齿面疲劳强度的法面模数 于由齿根弯曲强度计算的法面模数，取 2 可以在满足弯曲疲劳强度的前提下，按由接触疲劳强度的所确定的分度圆来计算齿数 1z nm 1z 30 2z 30 87 (4) 几何尺寸计算 14 计算中心距 a= 21 =)8730( =中心距圆整为 121 按圆整后的中心距修正螺旋角 =)8730(a r c c o ( 21 因 值改变不多 ,故参数,k, 计算大计算齿轮宽度 B= 圆整得： 652 B 701 B 小齿轮三维图 : 图 4大齿轮三维图： 15 图 4表 5别 1Z 2Z n 齿宽 高速级 25 100 3 4 20 1B=45B=40速级 30 87 2 14 1B=70B=65高速级轴的设计 上各数据 表 5功率 转矩 转速 直径 压力角 4114N 440r/0 2. 求作用在齿轮上的力 已知高速 级小齿轮的分度圆直径为 1d=而 2 =1256N 16 12562612 =a= =1256 2612 =周力 向力 轴向力 3. 初步确定轴的直径 先按课本 (机械设计书 ) 5选取轴的材料为 45钢 ,调质处理 ,根据课本 315370 表12A0 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 d（图下所示） ,为了使所选的轴与联轴器吻合 ,故需同时选取联轴器的型号 查课本 (机械设计书 ) 114351 表P,选取 K 24114=为计算转矩小于联轴器公称转矩 ,所以选取 弹性套柱销联轴器其公称转矩为 31500N 器径 ,501 故取 021 半联轴器的长度 L=1421 =1074. 轴结果的设计 （ 1）拟定轴上零件的传动方案。如图所示 图 5 高速轴 （ 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求 , -轴段右端需要制出一轴肩 ,故取 -的直径 55左端用轴端挡圈定位 ,按轴端直径取挡圈直径20 半联轴器与 轴配合的轮毂孔长度 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上 , 故 -的长度应比 略短一些 ,现取21l=107 2）初步选择滚动轴承 故选用单列角接触球轴承 55由轴承产品目录中初步选取 0 基本 17 游隙组 标 准 精 度 级 的 单 列 角 接 触 球 轴 承 30306 型 . 其尺寸为3 0 7 2 2 0 . 7 5d D T m m m m m m ，故取 d - =60） 右端轴承采用轴肩进行轴向定位，由课程设计手册查得轴承轴肩的高度h=5此取 d -=70 4） 取安装齿轮处的轴段 d -=70小齿轮直径较小，固直接把齿轮和轴做成一起 。 5） 轴承端盖的总宽度为 60减速器及轴承端盖的结构设计而定 ) 盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求 ,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 0 ,故取 0. 6)l 段的右端与左轴承之间采用挡油环定位 取齿轮距箱体内壁之距离 a=26考虑到箱体的铸造误差 ,在确定滚动轴承位置时 ,应距箱体内壁一段距离 s,取 s=8已知 滚动轴承宽度 T=20 第根轴上有两个齿轮 ,其中大齿轮齿宽为 65齿轮齿宽为 70l - =12可计算： 105l 3 8 m 至此 ,已初步确定了轴的各端直径和长度 . （ 3）轴上的周向定位 半联轴器与轴的周向定位采用平键连接，按表查得平键截面 66b h m m m m ，键 槽用键槽铣刀加工，长为 28时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 76滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为 （ 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 5，各处的倒圆角标注在图中。 首先根据结构图作出轴的计算简图 , 确定顶轴承的支点位置时 , 对于 30306型的圆锥滚子轴承 ,a=15此 ,做为简支梁的轴的支承跨距 . 32 20989 18 图 5的载荷分析图 19 F 81 8 9691 2 5 63231 F 5 63222 , 11392 H 72262 121 727042 表 5. 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时通常只校核承受最大弯矩核最大扭矩的截面（即危险截面 根据 1式 15表 115的取值，且 中的弯曲应力为脉动循环变应力。当扭转切应力为静应力时取 扭转切应力为脉动循环变应力时取 1）计算轴的应力 M 2121 前已选定轴的材料为 45 号钢，由 轴常用材料性能表 查得 60则 h=5, 5 5 1 0 6 5V V Id m m m m 。轴肩宽度 b 10V 5) 轴承端盖的总宽度为 20减速器及轴承端盖的结构设计而定 ) 取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 0 ,故取 0. 6)l 段的右端与左轴承之间采用挡油环定位 取齿轮距箱体内壁之距 离 a=16考虑到箱体的铸造误差 ,在确定滚动轴承位置时 ,应距箱体内壁一段距离 s,取 s=8已知滚动轴承宽度 T=29 第根轴上有两个齿轮 ,其中大齿轮齿宽为 45齿轮齿宽为 70l - =6可计算： 78l 5 8 m 至此 ,已初步确定了轴的各端直径和长度 . （ 3）轴上的周向定位 半 联 轴 器 与 轴 的 周 向 定 位 采 用 平 键 连 接 ， 按 表 查 得 平 键 截 面1 2 8 7 0b h m m m m m m ，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 76滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为 轮与轴用平键连接， b h=1610度为 56 （ 4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为 2 45，各处的倒圆角标注在图中。 5. 求轴上的载荷 首先根据结构图作出轴的计算简图 , 确定顶轴承的支点位置时 , 对于 30310型的圆锥滚子轴承 ,a=29此 ,做为简支梁的轴的支承跨距 . 23 6 4 1 2 7 1 9 1L L m m m m m m 28 图 5 低速轴的载荷分析图 29 表 5荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 578N 285N 矩 156772 弯矩 1M = 2132172 扭矩 64620 6） 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时通常只校核承受最大弯矩核最大扭矩的截面（即危险截面 根据 1式 15表 115的取值，且 中的弯曲应力为脉动循环变应力。当扭转切应力为静应力时取 扭转切应力为脉动循环变应力时取 1） 计算轴的应力 2） M p 2121 3） 前已选定轴的材料为 45 号钢，由 轴常用材料性能表 查得 60此 300 3 8 10 72000h 故轴承符合要求 中间轴的轴承计算 2、对于 2轴轴承 30307，查询机械设计手册得到： 基本额定动载荷： 本额定静载荷： 上述轴的计算得，轴 2所受轴向力 31 34(21 因此只有支点 1处受轴向力。 支点 1处轴承所受的合力 1F = 2 2 211V a F= 22 N 支点 2处轴承所受的合力 2F = 22= 2 支点 1处的轴承容易坏。 得： r= r=e 径向动载荷系数 X=向动载荷系数 Y=而据 (机械设计书 ) 式 13 8得： 左边的轴承的当量动载荷 P X Y 据 (机械设计书 ) 式 13 5，得： )(6010 6 h (因为是圆锥滚子轴承，其中取310，转速 n 319r/105 h300 3 8 10 72000h 故轴承符合要求。 高速轴的轴承计算 3、对于输入轴轴承 30310，查询机械设计手册得到： 基本额定动载荷： 59本额定静载荷： 63上述轴的计算得，轴 3所受轴向力 468N（方向向左） 因此右端的轴承不受轴向力。支点 1处轴承所受的合力 1F= 2 2 211V a F= 22 支点 2处轴承所受的合力 2F= 22 2 支点 2处的轴承容易坏。 F= 32 又 F / 300 3 8 10 72000h 故轴承符合要求； 输出轴的键计算 校核联轴器处的键连接 择键联接的类型和尺寸 第 3根轴处的键校核。 一般 7级以上精度的尺寸的齿轮有定 心精度要求，应用平键 . 根据 40 , 5 (机械设计书 ) 表 6联轴器处键宽 12 ,8, 2L =70 齿轮处键宽 6 ,0 ,3L=56 校和键联接的强度 (机械设计书 ) 表 6 p=110 222 08 333 60 键与轮毂键槽的接触高度 4 (机械设计书 ) 式（ 6： 222332102M P p 333333102M P p 两者都合适 33 中间轴的键校核 再校核第 2根轴上有两个圆头普通平键连接，其尺寸为 键宽 :10, 8, 2L =36, 0, , 3L=56 8=4 工作长度 222 66 333 66 222322102M P p 333323102M P . 7 p 输入轴的键校核 再校核 1轴上由一个圆头普通平键，其尺寸 b h L=6628作长度 111 82 6=3 222312102M P p 减速器的箱体采用铸造（ 成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用67 在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度 内零件的润滑，密封散热。 因其传动件速度小于 12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离 0保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为 3. 机体结构有良好的工艺性 . 铸件壁厚为 10，圆角半径为 R=3。机体外型简单，拔模方便 . 4. 对附件设计 34 A 视孔盖和窥视孔 在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板， 机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用 B 油螺塞： 放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。 C 油标： 油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。 油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出 . D 通气孔： 由于减速器运转时，机体内温度升高 ,气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达 到体内为压力平衡 . E 盖螺钉： 启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。 钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹 . F 位销： 为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度 . G 吊钩： 在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体 . 减速器机体结构尺寸如下： 表 8称 符号 计算公式 结果 箱座壁厚 a 10 箱盖壁厚 1 a 10 箱盖凸缘厚度 1b 11 b 30 箱座凸缘厚度 b 5.1b 15 箱座底凸缘厚度 2b b 20 地脚螺钉直径 脚螺钉数目 n 查手册 6 轴承旁联接螺栓直径 1 35 机盖与机座联接螺栓直径 2（ 承端盖螺钉直径 3（ .5）孔盖螺钉直径 4d 4d=（ .4）位销直径 d d =（ d 6 1d ， 2d 至外机壁距离 1C 查机械课程设计指导书表 4 34 22 18 2d 至凸缘边缘距离 2C 查机械课程设计指导书表 4 28 16 外机壁至轴承座端面距离 1l 1l = 1C + 2C +（ 812） 50 大齿轮顶圆与内机壁距离 1 1 18 齿轮端面与内机壁距离 2 2 16 机盖，机座肋厚 1 m 9 m 8 轴承端盖外径 2D 2 +（ 53d 108（ 1轴） 116（ 2轴） 146（ 3轴） 轴承旁联结螺栓距离 S 2 108（ 1轴） 116（ 2轴） 146（ 3轴） 9. 润滑密封设计 对于二级圆柱齿轮减速器， 因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于 5( 1 . 5 2 ) 1 0 . / m i nm m r ，所以采用脂润滑，箱体内选用 0号润滑，装至规定高度 . 36 油的深度为 H+1h H=30 1h =34 所