机械设计课程设计-二级展开式圆柱齿轮减速器设计.docx

燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目： 二级展开式圆柱齿轮减速器设计 全套图纸加扣3012250582 学 院： 机械工程学院 年级专业： 13级机控一班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 47燕山大学课程设计目录目录11、项目设计目标与技术要求12、传动系统方案制定与分析13 、传动方案的技术设计与分析23.1、电动机的选择与确定33.1.1、选择电动机类型与结构形式33.1.2、确定电机容量33.2、传动装置总传动比确定及分配53.2.1 传动装置总传动比确定53.2.2分配各级传动比53.2.2.1分配方案53.2.2.2 各级传动比确定54. 关键零部件的设计与计算74.1设计原则的制定74.1.1不同类零件安全系数的确定74.1.2关键件或主要件加工工艺制定74.1.3材料选择与工艺选择84.2齿轮传动方案设计94.3第一级齿轮传动参数设计94.3.1第一级齿轮传动参数设计94.4第二级齿轮传动计算144.4.1第二级齿轮传动参数设计144.4.2第二级齿轮传动强度校核174.5轴的初算194.5.1估算原则194.5.2参数选择及计算194.5.3轴径最小值与安全性、经济性的矛盾204.6键的选择及键链接的强度计算204.6.1键链接方案选择204.6.2键联接的强度计算214.7滚动轴承选择及轴的支撑方式22 4.7.1滚动轴承的选择22 4.7.2轴的支撑方式23 5.传动系统结构设计与总成235.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范235.1.1装配图的整体布局235.1.2轴系结构设计与方案分析255.1.2.1高速轴结构设计与方案设计255.1.2.2中间轴结构设计与方案分析275.1.2.3低速轴结构设计与方案分析285.2零件图设计295.3主要零部件的校核与验算305.3.1轴系结构强度校核与验算（校核低速轴（右旋）305.3.2滚动轴承的寿命计算346. 主要附件及配件的选择366.1联轴器的选择366.2润滑与密封的选择366.2.1润滑方案的对比及确定366.2.2密封方案对比及确定376.3通气器376.4油标376.5螺栓及吊环螺钉386.6油塞396.7其他附件396.7.1起盖螺钉406.7.2定位销407. 零部件精度与公差的制定407.1尺寸精度设计制定原则407.2减速器主要结构、配合要求408. 项目经济性分析与安全性分析418.1零部件材料、工艺、精度等选择经济性418.2减速器总重量估算及加工成本初算418.3安全性分析438.4经济性欲安全性综合分析449.设计小结4410. 参考文献451、项目设计目标与技术要求（1）任务描述设计题目：带式输送机传动装置设计带式输送机传动装置，用以满足工作中的使用需求。该装置由原动机、传动装置和工作机三部分组成。设计的主要任务是对传动装置的设计，它的重量和成本在机器中占有很大的比重其性能和质量对机器的工作影响也较大，根据具体的要求选用合理的方案。选用合适型号的电动机，根据电动机转速与所要求的工作机工作状态，确定总传动比，按照传动比分配原则选定各级传动比，计算传动装置的运动和动力参数，设 计传动装置主要工作结构以及外形结构。（2）技术要求 原始数据要求：工作机受力F=1623N ，卷筒直径D=0.27 m ，卷筒速度V=0.81m/s 其他条件：使用地点：煤场 生产批量：中批载荷性质：中等冲击 使用年限：四年二班2、传动系统方案制定与分析根据带式运输机具体的工作需求，设计制定下列传动方案并分析其适宜工作环境及优点。 方案 高速级为普通V带传动，低速级为渐开线圆柱齿轮减速器的传动系统该方案在高速级使用普通V带传动，降低了在传动系统工作时的噪音，能够缓冲系统震动，而且结构简单，有着较大的轴间距，制造成本低，符合其经济性的要求。与渐开线圆柱齿轮减速器结合使用能够达到较大的传动比，装配和维修也比较简单，且这次设计任务中的工况为中等冲击，使用带传动可以缓冲吸振。但V带传动适用于结构较为紧凑的传动，此次设计的中心相对 较大，若用V带传动会使传动不平稳，震动明显，工作过程中磨损严重，使 用寿命短。所以方案不适用。 方案 高速级为圆锥齿轮传动，低速级为圆柱齿轮减速器的二级齿轮减速器该方案在高速级使用圆锥齿轮传动，轴向力较小，而且两级均为齿轮传动，传动比准确，可加工为鼓形齿，以减小载荷分布不均现象。但圆锥齿轮加工困难，而且精度低，成本较高，在完成相同任务时，不符合经济性的要求，且无法完成大功率传动，。而且在本次任务中，没有改变轴方向的必要，所 以方案不适用。 方案 二级同轴式渐开线圆柱齿轮减速器该方案高速级与低速级均使用渐开线圆柱齿轮传动，呈同轴式分布，横向尺寸较小，可传动的速度与功率范围很大，传动效率高，对中心距的敏感性较小，方便装配维修，两对齿轮浸油深度大致相等，对齿轮磨损较小，寿命较长。但其轴向尺寸及重量较大，中间轴较长，刚度差，载荷沿尺宽方向上分布不均，仅能有一个输入输出端，限制了传动布置的灵活性，所以方案不 适用。 方案 二级展开式渐开线圆柱齿轮减速器该方案高速级与低速级同样使用渐开线圆柱齿轮传动，且呈展开式分布。可传动的速度与功率范围很大，传动效率高，对中心距的敏感性较小，方便装配维修，使用斜齿轮可增大重合度，使传动平稳。此种方案结构简单，最为普通，应用广泛，但由于齿轮相对轴承为不对称分布，因而沿齿向载荷分布不均，因此轴设计时应具有有较大刚度，并且使高速级齿轮远离转矩输入端， 对轴刚度要求较大适用于载荷较为平稳的场合，所以满足本次任务需求。方案与方案相比，展开式齿轮减速器应用程度更高，使用更为广泛， 更加符合本次任务需要，所以选用方案，使用二级展开式渐开线圆柱齿轮减速器作为传动装置。则其传动简图如下所示： 3 、传动方案的技术设计与分析 3.1、电动机的选择与确定 3.1.1、选择电动机类型与结构形式 根据工作要求中等冲击和煤场的较为恶劣的工作环境，有特殊需要，故宜选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构。 方案 IP23系列电动机 该系列为一般用途防护式电动机。符合国际防护等级要求。能防止手指触及机壳内带电体或转动部分；防止直径大于12mm的小固体异物进入，并防止研垂直线成60角或小于60角的淋水对电机的影响。其具有效率高、运动性能好、噪声低、体积小、重量轻等优点，运行安全可靠的特点安装尺寸也符合标准，适用于无特殊要求的机械设备。但是其电机功率较大，本任务所需要的功率较小，功率成本略高，且有特殊要求。 方案 IP44系列的电动机 IP44系列电动机为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，效率高，节能，堵转转矩高，噪声低，振动小，运动安全可靠。能防止灰尘、铁屑及其他杂物侵入电动机内部；具有与y系列（IP23）相同的用途外，还能适用于灰尘多、水土飞溅的场合，如球磨机、碾米机、磨粉机、脱谷机及其他农业机械、食品机械、矿山机械等。其防护等级是IP44。所以适合于像煤场这样的灰尘相对较多的较为恶劣的环境。 方案 YEJ系列电磁制动三相异步电动机： 该系列电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型带有直流圆盘式电磁制动器的三相异步电动机。是Y系列（IP44）电机的派生产品。它适用于要求快速停止准确定位的传动机构或装置上，如主轴传动或副主传动。具有制动快，定位准确的优点。冷却方式为ICO141。 根据比较三种电机的性能、适用场合、使用条件及工作方式及其使用功率，结合任务书所给的环境等要求，最终确定为选择Y系列（IP44）三相异步电动机 3.1.2、确定电机容量 (1)工作机功率P电 其中，查阅机械设计课程设计指导手册（以下简称手册）P88表12-10，可得联轴器 =0.99， 轴承=0.98，齿轮=0.97，卷筒=0.96所以，可求得 PI=Fv/1000=1623x0.81/1000=1.32kw , P电 = PI/ 卷筒=1.32/0.96=1.37kw (2).电动机额定功率Pd=P电/总=1.37/0.9920.9720.984=1.61kW 按推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器i=840，故电动机转速的可选范围为 nd=in=（840）57.3=458.42292（r/min）根据计算得出的电动机的额定转速，可选择四种不同的电动机，其主要性能参数表如下：表3-1 额定功率为2.2kw的Y型（IP44）电动机主要参数表型号Y90L-2Y100L1-4Y112M-6Y132S-8额定功率/kw2.22.22.22.2同步转速/kw300015001000750满载时转速/（r/min）28401430940710电流/A4.745.035.615.81效率/%80.58180.581功率因数cos0.860.820.740.717.07.06.05.52.22.22.02.02.32.32.22.0GD/(N)0.0140.0540.1380.314质量（B3）/kg25344563其中750r/min的电动机体积过大，3000r/min的电动机所需传动装置传动比大，1000r/min与1500r/min的电动机适宜使用。工作机转速为57.3r/min，考虑到传动比因素影响 ，选用决定选用同步转速为1000r/min的电动机。 3.1.3 、则所选电动机具体参数为：电动机型号额定功率（）同步转速(r/min)实际转速(r/min)起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩电动机型号额定功率（）同步转速(r/min)实际转速(r/min)起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y112M-62.210009402.02.0 3.2、 传动装置总传动比确定及分配 3.2.1 传动装置总传动比确定 传动装置总传动比:其中，n电是电动机满载转速，n卷是工作机转速。 3.2.2分配各级传动比3.2.2.1分配方案 总传动比分配的一般原则如下： 各级传动比都应在合理的范围内，以符合各种传动形式的工作特点，并使结构比较紧凑。 尽量使传动装置外廓尺寸或重量较小。 在两级或多级齿轮减速器中尽量使各级大齿轮浸油深度合理。通常低速级中心距大于高速级的，因而为使两级大齿轮直径相近，应使高速级传动比大于低速级的。 使各级传动尺寸协调，结构匀称合理，便于安装。 （5） 对于两级展开式圆柱齿轮减速器，当两级齿轮的材质和热处理条件相同、齿宽系数相等时，为使高、低速级大齿轮浸油深度大致相近，且低速机齿轮直径略大，为充分考虑浸油深度和润滑条件，传动比可按下式分配： 式中i1为高速级传动比;i为减速器总传动比。因此， 取则低速级传动比 3.2.2.2 各级传动比确定 由齿轮传动比可知各轴转速： 电机轴rpm 轴 rpm 轴 =940/4.8=195.8rpm 轴 =195.8/3.42=57.26rpm 卷筒轴rpm 各轴输入功率： 电机轴 轴 kw 轴 kw 轴 kw 卷筒轴kw 各轴转矩： 电机轴： NM 轴： NM 轴: NM 轴: NM 工作机 NM运动和动力参数计算结果整理得下表: 表1 传动与动力装置运动学参数表轴号功率P/kW转矩T/（Nm）转速n/（r/min）传动比i效率电机轴1.6116.369401.000.99轴1.5916.209404.800.95轴1.5173.92195.833.420.95轴1.44240.3257.261.000.97卷筒轴1.40233.16657.264. 关键零部件的设计与计算 4.1设计原则的制定 4.1.1不同类零件安全系数的确定a.齿轮零件的安全系数确定 齿轮零件在工作中主要为轮齿受力，不同的工况与加工工艺条件下，主要的失效形式不同。在进行设计时，实际圆周力要比名义圆周力大一些，利用各种系数对其进行修正。分析其主要失效形式时，要按照该失效形式所对应的设计原则进行设计，并且对其进行校正。在设计完成后，取其非主要失效形式所对应的校核原则进行校核。 b.轴类零件的安全系数确定轴用来支撑轴上回转零件，传递转矩和运动。作为回转运的零件 都要装在轴上来实现其回转运动。轴要用滑动轴承或滚动轴承来支撑。所以，在一般情况下，轴的工作能力取决于它的强度和刚度，对于高速转轴，有时还取决于于它的振动稳定性。在设计轴时，除了按照这些工作能力准则进行设计计算或校核计算以外，在结构设计上还需使轴能满足其他一系列要求，例如轴上零件固定的要求，热处理要求，运转维护要求等。对于重型轴，还需考虑毛坯制造和探伤等问题。在设计与校核中，还需考虑由于加工和结构带来的应力集中问题。c.键类零件的安全系数确定 键按照等强度设计的观点，其强度计算与安全系数确定与其连接件有关键的材料要有足够的硬度，最常用的中碳键用精拔钢。 d. 滚动轴承安全系数的确定 轴承作为支撑零件，综合考虑轴承上的受力情况（方向和大小）及载荷性质，转速与工作环境、经济性及其他特殊要求等多种因素。同时应考虑轴承的各种失效形式，相应的在其基本额定寿命的前提下添加相应的可靠性系数。来确定轴承的安全使用寿命。4.1.2关键件或主要件加工工艺制定 a.齿轮加工工艺的确定 根据齿顶圆直径的不同齿轮分为锻造和铸造齿轮（500mm600mm时齿轮锻造，当500mm600mm时由于锻造时较为困难，可采用铸造齿轮），当采用锻造齿轮时，再根据生产批量的不同可分为自由锻和模锻齿轮（小批量生产时采用自由锻齿轮，中批和大批量时采用锻造齿轮并有相应的锻造斜度）。b.轴零件加工工艺的确定根据各个轴段与其他零件的配合情况给定不同的粗糙度和形位公差的数值（配合轴段粗糙度要比非配合轴段的粗糙度小，相应的加工精度要高），在起轴肩时要考虑定位情况（定位轴肩38，非定位轴肩13），各轴段的长度确定（与齿轮配合时应比齿宽缩短12mm，加工时应先加工轴与其他零件配合的长度，将加工误差转移到非配合轴段。）4.1.3材料选择与工艺选择a.齿轮零件的材料选择与工艺选择对于齿轮零件来说，由于其工作受力的特殊性，所选择齿轮材料时通常先估计毛坯的制造方法。当齿轮直径d500mm时根据制造条件，可以选用锻造或铸造毛坯；当d500mm时多用铸造毛坯。小齿轮根圆直径与轴径接近时齿轮与轴可制成一体，此时所选材料应兼顾轴的要求。材料选定后应根据毛坯尺寸确定材料机械性能，以进行齿轮强度计算。同一减速器中的各级小齿轮（或大齿轮）的材料应尽可能一致，以减小材料牌号和工艺要求。计算出齿轮尺寸后应检查与所定以对其材料的基本要求是：齿面要硬，齿心要韧，以抵抗齿面失效和轮齿折断。制造齿轮最常用的材料是钢，其次是铸铁以及非金属材料。除了大尺寸齿轮（d400600mm），结构形状较为复杂以外，一般均使用锻钢制造齿轮。软齿面齿轮（硬度350HBS)此类齿轮多经过调质或正火处理后切齿，切齿精度可达8级，精切可达到7级。常用钢号45、40Cr，硬齿面齿轮（硬度350HBS）一般为切齿后热处理（整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮、液体碳氮共渗等）再磨齿。常用材料有20CrMnTi适用于尺寸小重量轻的场合。 此外在齿轮啮合的过程中，考虑等寿命原则，应使小齿轮的齿面硬度高于大齿轮的齿面硬度3050HBSb.轴零件的材料选择与工艺选择轴材料主要采用碳素钢和合金钢，碳素钢比合金钢的价格低廉，对应力集中敏感性较小，所以应用比较广泛。最常用的碳素钢为45钢，为保证其力学性能，应进行调质或正火处理，不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可用Q235、Q255、Q235-AF等。c.键类零件的材料选择与工艺选择由于键主要用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递转矩，所以键的材料要有足够的硬度，最常用的中碳键用精拔钢。d.轴承类零件的材料选择与工艺选择轴承的选用原则：（1） .根据工作条件确定轴承部件的结构型式（2） .根据支撑型式及轴承的工作特性确定轴承类型、精度（3） .通过轴承部件的结构设计、强度与寿命的计算，具体确定轴承的型号（4） .验算轴承的载荷能力与极限转速根据不同的工作环境及润滑方式，确定对轴承的密封形式及润滑方式4.2齿轮传动方案设计a. 软齿面齿轮：易制造，成本低，抗点蚀能力较好。该类齿轮在设计时按照齿面接触疲劳强度进行设计，按照齿根弯曲疲劳强度进行校核。b. 硬齿面齿轮：齿面硬度高，承载能力也比较高，抗点蚀能力差。所以该类齿轮在设计时按齿根弯曲疲劳强度进行设计，齿面接触疲劳强度进行校核。由于此次任务书中的环境条件为煤场，灰尘较多。若选择硬齿面齿轮出现点蚀会较早，所以会使齿轮寿命降低；并且此次设计的功率相对较小，若用硬齿面齿轮会造成成本上扬，不服合经济性的要求。综上原因最终选规则软齿面齿轮。根据等寿命原则 小齿轮：45 调质 查机械设计书表6-3 大齿轮：45 正火c.直齿轮：虽然制造简单，但是轮齿的突然啮入和突然啮出，将导致机构将形成瞬间冲击、瞬间传动比变化；轮齿的受力面为整个齿宽，受力相对较大；应用于大型齿轮并且对传动比没有要求时。d.斜齿轮：在啮入啮出的循环中，每一对轮齿的啮入啮出将是渐次的，没有直齿轮的啮合冲击现象，运行比较平稳，容易保证传动比的恒定；轮齿的受力面不是整个齿宽，所以在相同模数的情况下斜齿轮的受力小于直齿轮，但是由于斜齿轮的轮齿螺旋角可增强齿轮法向的受力情况；但是斜齿轮的制造加工相对麻烦。结合此次设计任务来看，斜齿轮的优点多于直齿轮的 ，故选择斜齿轮传动。e.精度等级：圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故初选8级精度按GB/T 10095.最终的齿轮传动方案闭式软齿面齿轮斜齿轮8级精度4.3第一级齿轮传动参数设计 4.3.1第一级齿轮传动参数设计 初选部分参数 a.选取齿数：小齿轮齿数：Z1=2040 取Z1=21大齿轮齿数：Z2 =Z1i=214.8=100.8,取Z2 =101真实传动比i=101/21=4.8,传动比误差=（4.8-4.8）/4.8=0% 5%,所以，满足要求 b. 选取螺旋角： 查机械设计,一般斜齿轮的螺旋角在825之间，因而在此初选螺旋角10 c. 齿宽系数 :查机械设计表6-7 两支承相对小齿轮作对称分布=0.91.4，初取=1.0 初定小齿轮分度圆直径 该减速器为闭式减速器，齿面类型为软齿面，故按照齿轮齿面接触疲劳强度设计 由公式： (1)、确定公式中各参数数值: a. 载荷系数 （1） 使用系数查机械设计表6-4 取KA =1.25 （动力机均匀平稳，工作机中等冲击） （2）动载系数 齿轮取八级精度 v12m/s 初取v=4m/s 查机械设计 图6-11(b）取=1.06 （3）齿间载荷分配系数 查机械设计P84 图 6-13 =1.40 （4）齿向载荷分布系数 查机械设计P85 图6-17 齿轮在刚性轴上非对称分布 取 =1.08 b.弹性系数查机械设计P87表6-5材料弹性模量E和泊松比对接触应力的影响用弹性系数ZE修正。小齿轮材料为45号钢，取ZE=189.8 c.节点区域系数ZH查机械设计P87 图6-19，用以考虑节点处齿廓曲率对接触应力的影响，与螺旋角及变位系数有关。 取ZH=2.46 d.重合度系数 用以考虑重合度对单位齿宽载荷的影响，其计算公式如下：=1.18 则取=1 计算得=077 e.螺旋角系数 f.齿轮传动许用应力齿轮的许用应力按下式计算： 查机械设计,为疲劳安全系数 取其值为考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。其值与应力循环次数N有关。 查机械设计图6-25，得 为齿轮材料的接触疲劳极限 查机械设计P95图6-27 小齿轮为45号钢调质处理,大齿轮为正火处理,。则取： 小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 取= 计算得： 将上述参数代入计算公式中得 校核齿轮圆周速度 修正 查机械设计图6-11动载系数 得齿轮最小直径为36.45mm 确定尺寸参数 a.选定法面模数 机械设计P76表6-1 取 b.确定中心距a 圆整取a=125mma. 修正螺旋角 在825之间 由于螺旋角对齿轮分度圆直径影响较小，此处不予修正。b. 计算分度圆直径d1 c. 确定齿轮宽度 圆整取b1=50mm b2=44mm4.3.2第一级齿轮传动强度校核 按照齿根弯曲疲劳强度校核，校核公式如下： 上式中各项参数计算如下：a. 重合度系数b.螺旋角系数 c.齿形系数 齿形系数与当量齿数相关，计算当量齿数： 则齿形系数取值为 机械设计P89 图6-21d.应力修正系数应力修正系数取值为 机械设计P89 图6-22e.弯曲应力极限 机械设计P96图6-28：小齿轮调质HB1=240，大齿轮正火HB2=190，材质均为45号钢 小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 查机械设计图6-26，取为疲劳安全系数 取 其值 计算知 将所有参数带入公式得： 校核合格4.4第二级齿轮传动计算 4.4.1第二级齿轮传动参数设计 初选部分参数 a.选取齿数：小齿轮齿数：Z3=2040 取Z3=22大齿轮齿数：Z4 =Z3i=223.42=75.24,取Z4 =76真实传动比i=76/22=3.45,传动比误差=（3.45-3.42）/3.42=0.88% 5%,所以，满足要求 b. 选取螺旋角： 查机械设计,一般斜齿轮的螺旋角在825之间，因而在此初选螺旋角10 c. 齿宽系数 :查机械设计表6-7 两支承相对小齿轮作对称分布=0.91.4，初取=1.0 初定小齿轮分度圆直径 该减速器为闭式减速器，齿面类型为软齿面，故按照齿轮齿面接触疲劳强度设计 由公式： (1)、确定公式中各参数数值: a. 载荷系数 （1） 使用系数查机械设计表6-4 取KA =1.25 （动力机均匀平稳，工作机中等冲击） （2）动载系数 齿轮取八级精度 v12m/s 初取v=4m/s 查机械设计 图6-11(b）取=1.07 （3）齿间载荷分配系数 查机械设计P84 图 6-13 =1.42 （4）齿向载荷分布系数 查机械设计P85 图6-17 齿轮在刚性轴上非对称分布 取 =1.08 b.弹性系数查机械设计P87表6-5材料弹性模量E和泊松比对接触应力的影响用弹性系数ZE修正。小齿轮材料为45号钢，取ZE=189.8 c.节点区域系数ZH查机械设计P87 图6-19，用以考虑节点处齿廓曲率对接触应力的影响，与螺旋角及变位系数有关。 取ZH=2.46 d.重合度系数 用以考虑重合度对单位齿宽载荷的影响，其计算公式如下：=1.18 则取=1 计算得=0.77 e.螺旋角系数 f.齿轮传动许用应力齿轮的许用应力按下式计算： 查机械设计,为疲劳安全系数 取其值为考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。其值与应力循环次数N有关。 查机械设计图6-25，得 为齿轮材料的接触疲劳极限 查机械设计P95图6-27 小齿轮为45号钢调质处理,大齿轮为正火处理,。则取： 小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 取= 计算得： 将上述参数代入计算公式中得 校核齿轮圆周速度 修正 ： 查机械设计图6-11动载系数 得齿轮最小直径为61.58mm 确定尺寸参数 a.选定法面模数 机械设计P76表6-1 取 b.确定中心距a 圆整取a=150mmd. 修正螺旋角 在825之间 由于螺旋角对齿轮分度圆直径影响较小，此处不予修正。e. 计算分度圆直径d3 f. 确定齿轮宽度 圆整取b3=76mm b4=70mm4.4.2第二级齿轮传动强度校核 按照齿根弯曲疲劳强度校核，校核公式如下： 上式中各项参数计算如下：b. 重合度系数b.螺旋角系数 c.齿形系数 齿形系数与当量齿数相关，计算当量齿数： 则齿形系数取值为 机械设计P89 图6-21d.应力修正系数应力修正系数取值为 机械设计P89 图6-22e.弯曲应力极限 机械设计P96图6-28：小齿轮调质HB1=240，大齿轮正火HB2=190，材质均为45号钢 小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 查机械设计图6-26，取为疲劳安全系数 取 其值 计算知 将所有参数带入公式得： 校核合格4.5轴的初算 4.5.1估算原则轴为输入轴，轴为传动轴，轴为输出轴。在轴径估算时，遵循原则轴轴轴，其外形决定于轴的毛坯种类，轴上作用力大小和分布情况，轴上零件的布置以及固定方式，轴承类型以及位置，轴的加工和装配工艺性以及其他一些要求。尤其是与轴上其他零件配合的轴段，要考虑轴段上的受力形况所以更要注意零件的直径要求。 4.5.2参数选择及计算机械设计表10-2轴强度计算公式中的系数C轴的材料235Q255、Q235AF、354540Cr、38SiMnMo121520253035404552C16014813512511811210710298 a.轴轴径初估 轴运动学参数如下： 按许用切应力定最小轴颈 选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计课程设计指导手册P28公式（mm）初步计算轴径。 轴受弯矩时，且因轴上有单键槽，增大轴径的3%，故得： 根据机械设计表10-2 b.轴轴径初估 轴运动学参数如下： 按许用切应力定最小轴颈 选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计课程设计指导手册P28公式初步计算轴径。 轴受弯矩时 ， 根据机械设计表10-2故得： c.轴轴径初估 轴运动学参数如下： 按许用切应力定最小轴颈 选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计课程设计指导手册P28公式初步计算轴径。 轴受弯矩时，且因轴上有单键槽，增大轴径的3%，故得： 机械设计 表10-24.5.3轴径最小值与安全性、经济性的矛盾显而易见的是轴径的最小值越大时，则该轴的安全性就会越好，相反的最小值越大时该轴就会越粗，就会越浪费材料，从而就会时成本上扬，造成经济上的浪费。所以在满足轴的承载能力的前提下，应该使成本压缩到最小。4.6键的选择及键链接的强度计算 4.6.1键链接方案选择键的种类工作面优点缺点应用场合普通平键键的两个侧表面制造容易装卸方便，实现周向定位，对轴强度的损害较小不能实现轴向定位，不能传递轴向力静连接中半圆键键的侧面工艺性好，加工制造容易，装拆方便在轴上的键槽较深，对轴的削弱较大用于载荷较小的链接斜键上下表面可用来传递转矩，和单向轴向力制造麻烦，成本较高用于单向且无冲击的载荷下使用由于此次设计任务书中所给出的条件为中等冲击，再结合表中所列原因，最终选择的普通平键链接。键的尺寸选择依据： 键的尺寸根据与其相配合的轴段直径大小，再根据机械设计与课程设计指导手册P191表17-30查得键的型号与大小，键的长度是根据与其配合的轴的长度及查机械设计与课程设计指导手册P191表17-30，再配合上与装入端距13mm，非装入端距35mm，最终确定键的长度。根据以上原则最终确定各个键的具体尺寸 型号bhL轴与联轴器相配合的6632轴与高速级大齿轮相配合的10836轴与低速级小齿轮相配合的10870轴与联轴器相配合的10870轴与低速级大齿轮相配合的1610634.6.2键联接的强度计算键连接的主要失效形式是压溃和磨损。轴与齿轮均为45钢，联接为静联接,中等冲击载荷，假设压力在键的接触长度内均匀分布，再根据挤压强度或耐磨性的条件性计算，求得静联接所能传递转矩为： d为轴的直径；为键与轂的接触高度，h/2；h为键的高度；为键的接触长度；为许用挤压应力。机械设计P39表3-1键联接的许用挤压应力和压强联接的工作方式联接中较弱零件的材料或静载荷轻微冲击载荷冲击载荷静联接用锻钢、铸钢12515070801001205060铸铁动联接用锻钢、铸钢504030齿轮与轴的材料所使用的钢种均为45，静联接方式，由上表查得a. 轴与联轴器相配合的键的校核轴与高速级大齿轮相配合的键的校核c.轴与低速级小齿轮相配合的键的校核d.轴与联轴器相配合的键的校核e.轴与低速级大齿轮相配合的键的校核由上面所有计算结果可知，所有的键的强度均符合其强度要求。4.7滚动轴承选择及轴的支撑方式 4.7.1滚动轴承的选择轴承类型特点应用场合深沟球轴承主要承受径向载荷和一定的双向轴向载荷，极限转速高，结构简单，价格低廉载荷不太大的场合调心球轴承轴承外圈内表面是以轴承中点为心的球面，内外圈轴线允许有小于3的相对偏转角，故能自动调心，以适应轴的变形或安装误差。适用于弯曲刚度较小的轴、二轴承孔同心度较低及多支点的支撑中圆柱滚子轴承滚动体是圆柱滚子，内圈或外圈上有凹槽滚道，内外圈间可沿轴向作相对移动。刚性大、对中性好的支撑中滚针轴承径向结构尺寸紧凑，只能承受径向载荷。对轴的变形或安装误差很敏感适用于转速较低、径向尺寸受限制的场合角接触球轴承能同时承受较大的径向载荷和单向轴向载荷，接触角愈大承受轴向载荷的能力也愈大。适用于旋转精度高的支撑圆锥滚子轴承与角接触球轴承类似，因滚动体与套圈间为线接触，故同时承受径向载荷和单向的轴向载荷的能力比角接触球轴承的大，但其极限转速低成对使用，适用于旋转精度高的支撑推力球轴承两套圈的内孔直径不同，孔径小的与轴配合称为紧圈，孔径大的与轴有间隙称为松圈应用于轴向载荷大，转速不很高的支撑中4.7.2轴的支撑方式 三根轴的支撑方式均为两端固定式支撑方式。此次设计任务书中的载荷有一定的冲击性，即既有轴向力又存在径向力。且出于对轴承寿命计算方便的原则，最终选择角接触球轴承。5. 传动系统结构设计与总成 5.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范 5.1.1装配图的整体布局左视图主视图俯视图 5.1.2轴系结构设计与方案分析 5.1.2.1高速轴结构设计与方案设计 a.齿轮结构形式 轴为高速轴，与之配合的齿轮1分度圆直径为43.03mm，配合轴段初估轴径为d=36mm，则齿根圆直径与初估轴径之差为4.53mm2.5mn=5mm，所以该齿轮选择齿轮轴结构。 b.零件固定方案 联轴器：联轴器的周向固定使用普通平键固定，方便拆装，轴向固定为轴肩定位。 轴 承：轴承为标准件，不能进行二次加工，所以其周向固定采用过盈联接的固定方式。其轴向位置的限定与支承结构的基本型式种类有关，主要有以下三种支承结构的基本型式：类型特点应用两端固定支承(两支承端各限制一个方向的轴向位移）此种支承形式可以在安装或检修时，通过调整某个轴承套圈的的轴向位置，使轴承达到所要求的游隙或预紧量。轴承能够限定轴的位置，多采用角接触轴承组成固定支承适用于对旋转精度要求高的机械固定-游动支承（一端固定一端允许游动）此种支承方式中轴的轴向定位精度取决于固定端轴向游隙的大小，游动端能够实现对轴的长度变化的补偿。其运转精度高，对各种工作条件的适应性强。主要用于各种机床主轴、工作温度较高的蜗杆轴以及跨距较大的长轴支撑中得到了广泛的应用两端游动支承（两端都不对轴作精确定位）几乎所有不需要调整的轴承，均可作游动支承。其不需要精确的限定轴向位置，因此安装时不必调整轴承的轴向游隙，即使处于不利的发热状态，轴承也不会卡死。此种支承方式常用于轴的轴向位置已经由其他零件所限定的场合（例如双斜齿轮传动）。对比上述三种方案，考虑到在减速器中轴承给轴限定轴向位置，最终选择方案作为轴的支承型式。在此种支承型式下轴承的轴向定位采用端盖+套筒定位方式。 c.轴各个轴段的直径及长度的确定 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 查机械设计课程设计指导手册P表15-5，选LT3型弹性套柱销联轴器，其轴孔直径18mm，孔长42mm按照零件装配要求确定轴各轴段直径。轴段1 轴段1和联轴器相配合，所以，其长度和直径均由联轴器确定(为方便安装，轴的长度应比联轴器的长度稍短13mm）。由于联轴器轴孔直径为18mm，所以第一轴段的直径为d1=18mm，L1=40mm 轴段2为满足联轴器定位要求，d2比d1大6-8mm，且轴段2与J型骨架密封圈配合，其直径应以0、2、5、8结尾，所以取d2=22mm，L2=64mm轴段3轴段3与轴承配合，且为安装方便，d3d2。与轴承配合，直径应以0或5结尾，选定d3=25mm，L3=15mm（此轴段与轴承相配合，所以该轴段的长度应由轴承宽度来确定）与轴相配合的轴承宽度B外径D内径d720515mm52mm25mm 轴段4 轴段4无配合关系，为给轴承定位，轴段3、4之间应为定位轴肩，即 d3+（6-8）mm=d4 所以得 d4=32mm，L4=99mm 轴段5 轴段5为齿轮轴分度圆直径为d5=43.03mm，L5=50mm 轴段6轴段6无配合，与轴段7之间为定位轴肩，故取轴段6直径d6=32mm，L6=16mm 轴段7轴段7与轴承配合，同一根轴上两端轴承型号相同，取d7=25mm，L7=15mm 注：所有非配合轴段的长度的均由确定箱体后，根据需求所确定。 5.1.2.2中间轴结构设计与方案分析a. 齿轮结构形式 轴上配合的大齿轮与主动轴的齿轮啮合，其分度圆直径为206.97mm，配合轴段直径为36mm，两者相差较大，故选用孔板式齿轮结构，任务要求中批量为中批量，故选用模锻的加工方式，轮缘轮毂的拔模斜度1：10。小齿轮为主动轮，与输出轴上大齿轮配合，其分度圆直径为67.35mm，其配合轴段直径为36mm，两者相差较大采用锻造小齿轮与轴配合的形式。b.零件固定方案 齿轮： 轴上有两个齿轮配合，齿轮是主要工作零件，为便于装卸和维修，其周向定位采用圆头普通平键联接。轴向定位有如下方案：方案优点缺点 轴肩-锁紧挡圈定位此种定位方式采用一侧轴肩定位，一侧锁紧挡圈定位，可承受较大的单向轴向力，但钉端会引起应力集中。 轴肩-套筒定位此种定位方式结构简单，能够承受较大的双向轴向力，便于轴上零件的拆装。套筒不宜太长，需要有其他轴肩或零件对套筒进行限制。双锁紧挡圈定位此种定位方式可任意调整轴上零件位置， 装卸方便，但不能承受太大的轴向力，且钉端会引起应力集中。上述三种方案对比，考虑到对轴强度的影响，及加工制造的容易，装拆的方便选用轴肩-套筒定位对齿轮进行定位。 轴 承：轴承为标准件，不能进行二次加工，所以其周向固定采用过盈联接的固定方式。其支承形式与轴相同，轴向固定采用端盖+套筒定位。 c.轴的直径及长度的确定 轴段1遵循设计原则轴轴轴，可知轴轴承内径应大于等于轴轴承内径，所以d1=30mm，L1=37mm 与轴相配合的轴承宽度B内经d外径D7206163062 轴段2轴段2与高速级大齿轮配合，与轴段1之间为非定位轴肩，取d2=36mm，L2=42mm（为方便装拆，取轴段长度比与其配合的齿轮宽度短12mm） 轴段3轴段3给轴段2上的齿轮定位，所以为定位轴肩，取d3=44mm，L3=10mm 轴段4轴段4与齿轮配合，与轴段3之间为定位轴肩，取d4=36mm，L4=74mm 轴段5轴段5与轴承配合，同一根轴上两端的轴承应相同，取d5=30mm，L5=34mm 5.1.2.3低速轴结构设计与方案分析 a.