一级圆柱齿轮减速器（含全套CAD图纸） .pdf

1 一 设计课题 设计带式输送机运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器 运输机连续工作 单 向运转载荷轻度震动 使用期限 8 年 每年 350 天 每天 8 小时 输送带运动 速度误差不超过 7 原始数据 运输带功率 运输带功率 p p kw kw 6 6 运输带速度 运输带速度 v v m s m s 1 1 1 1 卷筒直径 卷筒直径 d d mm mm 180180 设计任务要求 设计任务要求 1 减速器装配图纸一张 号图纸 2 轴 齿轮零件图纸各一张 号或 号图纸 3 设计说明书一份 2 计算过程及计算说明 一 传动方案拟定 第三组 设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动 工作条件 使用年限 8 年 工作为一班工作制 载 荷平稳 环境清洁 原始数据 输送带功率 p 6kw 带速 v 1 1m s 滚筒直径 d 180mm 方案拟定 方案拟定 采用 带传动与齿轮传动的组合 即可满足传动比 要求 同时由于带传动具有良好的缓冲 吸振性能 适应大 起动转矩工况要求 结构简单 成本低 使用维护方便 1 电动机 2 4 连轴器 3 圆柱齿轮减速器 5 滚筒 6 运输带 3 二 电动机选择 1 电动机类型和结构的选择 选择 y 系列三相异步电 动机 此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电 动机 其结构简单 价格低廉 维护方便 适用于无 特殊要求的各种机械设备 2 电动机容量选择 电动机所需工作功率为 式 1 d a kw 由式 2 v 1000 kw 因此 pd fv 1000 a kw 由电动机至运输带的传动总效率为 总 1 2 3 5 式中 1 2 3 5 分别为轴承 齿轮传动 联轴 器和卷筒的传动效率 取 0 98 0 97 5 0 96 则 总 0 97 2 0 98 3 0 97 0 96 0 82 所以 电机所需的工作功率 pd fv 1000 总 5500 1 1 1000 0 82 7 3 kw 3 确定电动机转速 卷筒工作转速为 n 卷筒 60 1000 v d 60 1000 1 1 180 116 7 r min 4 根据手册 表 推荐的传动比合理范围 取圆柱齿 轮传动一级减速器传动比范围 3 7 故电动机转速的可选范为 nd i n 卷筒 3 7 116 7 350 1 816 9r min 则符合这一范围的同步转速有 750 r min 根据容量和转速 由指导书表 16 2 查出 y 系列 750r min 电动机的具体型号为 y160l 8 额定功率为 7 5kw 满 载转速为 720r min 电动机主要外形和安装尺寸 中心高 h 外形尺寸 l ac 2 ad hd 底角安装尺寸 a b 地脚螺栓孔直 径 k 轴 伸 尺 寸 d e 装键部位尺寸 f gd 160 645 418 385 254 254 15 42 110 12 41 三 确定传动装置的传动比 由选定的电动机满载转速 nm 和工作机主动轴转速 n 5 1 可得传动装置总传动比为 ia nm n nm n 卷筒 720 116 7 6 17 四 传动装置的运动和动力设计 将传动装置各轴由高速至低速依次定为 轴 轴 以及 i0 i1 为相邻两轴间的传动比 01 12 为相邻两轴的传动效率 p p 为各轴的输入功率 kw t t 为各轴的输入转矩 n m n n 为各轴的输入转矩 r min 可按电动机轴至工作运动传递路线推算 得到各轴的运动 和动力参数 1 运动参数及动力参数的计算 1 计算各轴的转数 轴 n n 电动机 720 r min 6 轴 n n i1 720 6 17 116 7 r min 卷筒轴 n n 2 计算各轴的功率 轴 p pd 01 pd 1 7 03 0 97 7 08 kw 轴 p p 12 p 2 3 7 08 0 98 0 97 6 73 kw 卷筒轴 p p 23 p 2 4 6 73 0 98 0 97 6 40 kw 计算各轴的输入转矩 电动机轴输出转矩为 td 9550 pd nm 9550 7 08 720 92 85 n m 轴 t td 1 92 85 0 99 91 92 n m 轴 t t i 12 t i1 2 4 91 92 6 16 0 98 0 99 549 35 n m 卷筒轴输入轴转矩 t t 2 4 532 98 n m 计算各轴的输出功率 由于 轴的输出功率分别为输入功率乘以轴 承效率 i1 为减速器传动比 滚动轴承的效率 为0 98 0 995在本 设计中取 0 98 7 故 p p 轴承 7 08 0 98 6 94 kw p p 轴承 6 73 0 98 6 59 kw 计算各轴的输出转矩 由于 轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴 承效率 则 t t 轴承 91 92 0 98 90 08 n m t t 轴承 549 35 0 98 538 36 n m 综合以上数据 得表如下 效率p kw 转矩 t n m 轴名 输入 输出 输入 输出 转速 n r min 传动比 i 效率 电动机轴 7 3 92 85 720 1 00 0 97 轴 7 08 6 94 91 92 90 08 720 6 16 0 95 轴 6 73 6 59 549 35 538 36 116 8 卷筒轴 6 40 6 33 532 98 522 32 116 8 1 00 0 97 五 齿轮传动的设计 1 选定齿轮传动类型 材料 热处理方式 精度等级 8 小齿轮选硬齿面 大齿轮选软齿面 小齿轮的材料 为 45 号钢调质 齿面硬度为 250hbs 大齿轮选用 45 号 钢正火 齿面硬度为 200hbs 齿轮精度初选 8 级 2 初选主要参数 z1 20 u 6 2 z2 z1 u 20 6 2 124 查表得齿宽系数 d 0 8 3 按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1 2 1 1 2 3 h h e z z z u u d kt 确定各参数值 1 载荷系数 查课本 p169 表 11 3 取 k 1 5 2 小齿轮名义转矩 t1 9 55 10 6 p n1 9 55 10 6 6 79 720 9 09 10 4 n mm 3 材料弹性影响系数 由课本 p171 表 11 4 ze 188 mpa 4 区域系数 zh 2 5 5 重合度系数 t 1 88 3 2 1 z1 1 z2 1 88 3 2 1 20 1 124 1 69 z 77 0 3 69 1 4 3 4 t 6 许用应力 mpa h 730 1 lim mpa h 620 2 lim 9 查表 6 8 按一般可靠要求取 sh 1 则 mpa s h h h 730 1 lim 1 mpa s h h h 620 2 lim 2 取两式计算中的较小值 即 h 620mpa 于是 d1 2 1 1 2 3 h h e z z z u u d kt 2 4 620 5 2 188 2 6 1 2 6 1 10 09 9 5 1 2 3 66 97 mm 4 确定模数 m d1 z1 66 97 20 3 34 取标准模数值 m 3 5 按齿根弯曲疲劳强度校核计算 f fs f y y m bd kt 1 1 2 校核 式中 1 小轮分度圆直径 d1 m z 3 20 60mm 2 齿轮啮合宽度 b d d1 1 0 60 60mm 3 复合齿轮系数 yfs1 4 38 yfs2 3 95 4 重合度系数 y 0 25 0 75 t 0 25 0 75 1 69 0 6938 5 许用应力 flim1 410mpa flim2 280mpa 查表 取 sf 1 25 则 a f f f mp s 328 25 1 410 1 lim 1 10 a f f f mp s 224 25 1 280 2 lim 2 6 计算大小齿轮的 f fs y 并进行比较 01335 0 328 38 4 1 1 f fs y 01763 0 224 95 3 2 2 f fs y 1 1 f fs y 2 2 f fs y 取较大值代入公式进行计算 则有 6938 0 95 3 3 60 60 10 09 9 5 1 2 2 4 2 1 1 2 y y m bd kt fs f 69 19 f 2 故满足齿根弯曲疲劳强度要求 6 几何尺寸计算 d1 m z1 3 20 60 mm d2 m z2 3 124 372 mm a m z1 z2 2 3 20 124 2 216mm b 60 mm b2 60 取小齿轮宽度 b1 65 mm 7 验算初选精度等级是否合适 齿轮圆周速度 v d1 n1 60 1000 3 14 60 720 60 1000 2 24 m s 对照表 6 5 可知选择 8 级精度合适 11 六 轴的设计 1 齿轮轴的设计 1 确定轴上零件的定位和固定方式 如图 1 5 滚动轴承 2 轴 3 齿轮轴的轮齿段 4 套筒 6 密封盖 7 键 8 轴承端盖 9 轴端挡圈 10 半联轴器 2 按扭转强度估算轴的直径 选用 45 调质 硬度 217 255hbs 轴的输入功率为 p 6 93 kw 转速为 n 720 r min 根据课本 p205 13 2 式 并查表 13 2 取 c 118 d mm n p c 46 24 720 93 6 118 3 3 3 确定轴各段直径和长度 1 从联轴器开始右起第一段 由于联轴器与轴通 过键联接 则轴应该增加 5 取 d1 30mm 又联轴 p 的值为前面 第 10 页中给出 d1 30mm l1 58mm 12 器长度 l 60mm 则第一段长度 l1 58mm 2 右起第二段直径取 d2 38mm 根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求 和箱体的厚度 取端盖的外端面与带轮的左端面间的距 离为 30mm 则取第二段的长度 l2 70mm 3 右起第三段 该段装有滚动轴承 选用深沟球 轴承 则轴承有径向力 而轴向力为零 选用 6208 型 轴承 其尺寸为 d d b 40 80 18 那么该段的直径为 d3 40mm 长度为 l3 20mm 4 右起第四段 为滚动轴承的定位轴肩 其直径 应小于滚动轴承的内圈外径 取 d4 48mm 长度 取 l4 10mm 5 右起第五段 该段为齿轮轴段 由于齿轮的齿 顶圆直径为 66mm 分度圆直径为 60mm 齿轮的 宽度为 65mm 则此段的直径为 d5 66mm 长度为 l5 65mm 6 右起第六段 为滚动轴承的定位轴肩 其直 径应小于滚动轴承的内圈外径 取 d6 48mm 长度取 l6 10mm 7 右起第七段 该段为滚动轴承安装出处 取 轴径为 d7 40mm 长度 l7 18mm 4 求齿轮上作用力的大小 方向 1 小齿轮分度圆直径 d1 60mm 2 作用在齿轮上的转矩为 t1 9 09 10 5 n mm d2 38mm l2 70mm d3 40mm l3 20mm d4 48mm l4 10mm d5 66mm l5 65mm d6 48mm l6 10mm d7 40mm l7 18mm 13 3 求圆周力 ft ft 2t2 d2 2 9 09 10 5 60 3030n 4 求径向力 fr fr ft tan 3030 tan20 0 1102 8n ft fr 的方向如下图所示 5 轴长支反力 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上 的安装位置 建立力学模型 水平面的支反力 ra rb ft 2 1515 n 垂直面的支反力 由于选用深沟球轴承则 fa 0 那么 ra rb fr 62 124 551 4 n 6 画弯矩图 右起第四段剖面 c 处的弯矩 水平面的弯矩 mc pa 62 93 93 nm 垂直面的弯矩 mc1 mc2 ra 62 34 19nm 合成弯矩 nm m m m m c c c c 96 99 47 19 97 60 2 2 2 1 2 2 1 7 画转矩图 t ft d1 2 90 9nm 8 画当量弯矩图 因为是单向回转 转矩为脉动循环 0 6 可得右起第四段剖面 c 处的当量弯矩 nm t m m c ec 77 112 2 2 2 2 9 判断危险截面并验算强度 1 右起第四段剖面 c 处当量弯矩最大 而其直径 与相邻段相差不大 所以剖面 c 为危险截面 ft 1966 66nm fr 628 20nm ra rb 1515nm ra rb 551 4 n mc 93 93nm mc1 mc2 34 19 nm mc1 mc2 64 0nm t 90 9nm 0 6 mec2 112 77nm 14 已知 mec2 112 77nm 由课本表 13 1 有 1 60mpa 则 e mec2 w mec2 0 1 d4 3 112 77 1000 0 1 44 3 13 24nm 1 2 右起第一段 d 处虽仅受转矩但其直径较小 故 该面也为危险截面 nm t m d 54 2 e md w md 0 1 d1 3 54 1000 0 1 30 3 2013 11 nm 1 所以确定的尺寸是安全的 受力图如下 1 60mpa md 54nm 15 16 输出轴的设计计算 1 确定轴上零件的定位和固定方式 如图 1 5 滚动轴承 2 轴 3 齿轮 4 套筒 6 密封盖 7 键 8 轴承端盖 9 轴端挡圈 10 半联轴器 2 按扭转强度估算轴的直径 选用 45 调质 硬度 217 255hbs 轴的输入功率为 p 6 59 kw 转速为 n 116 8r min 根据课本 p205 13 2 式 并查表 13 2 取 c 118 d mm n p c 4 45 8 116 59 6 118 3 3 3 确定轴各段直径和长度 1 从联轴器开始右起第一段 由于联轴器与轴通过键 联接 则轴应该增加 5 取 48mm 根据计算转矩 tc ka t 1 5 572 29 858 44nm 查指导书 p165 表 13 3 选用 hl4j1 型弹性柱销联轴器 半联轴器长 度为 l1 84mm 轴段长 l1 82mm d1 48mm l1 82mm 17 2 右起第二段 考虑联轴器的轴向定位要求 该段的 直径取 52mm 根据轴承端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左端面 的距离为 30mm 故取该段长为 l2 74mm 3 右起第三段 该段装有滚动轴承 选用深沟球轴承 则轴承有径向力 而轴向力为零 选用 6211 型轴承 其尺寸为 d d b 55 100 21 那么该段的直径为 55mm 长度为 l3 36 4 右起第四段 该段装有齿轮 并且齿轮与轴用键 联接 直径要增加 5 大齿轮的分度圆直径为 372mm 则第四段的直径取 60mm 齿轮宽为 b 60mm 为了 保证定位的可靠性 取轴段长度为 l4 58mm 5 右起第五段 考虑齿轮的轴向定位 定位轴肩 取 轴肩的直径为 d5 66mm 长度取 l5 10mm 6 右起第六段 该段为滚动轴承安装出处 取轴径为 d6 55mm 长度 l6 21mm 4 求齿轮上作用力的大小 方向 1 大齿轮分度圆直径 d1 372mm 2 作用在齿轮上的转矩为 t1 5 34 10 5 n mm 3 求圆周力 ft ft 2t2 d2 2 5 34 10 5 372 2871n 4 求径向力 fr fr ft tan 2871 tan20 0 1044 8n ft fr 的方向如下图所示 5 轴长支反力 d2 52mm l2 74mm d3 55mm l3 36mm d4 60mm l4 58mm d5 66mm l5 10mm d6 55mm l6 21mm ft 2871nm fr 1044 8nm 18 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上 的安装位置 建立力学模型 水平面的支反力 ra rb ft 2 1435 5n 垂直面的支反力 由于选用深沟球轴承则 fa 0 那么 ra rb fr 62 124 717 75 n 6 画弯矩图 右起第四段剖面 c 处的弯矩 水平面的弯矩 mc ra 62 89 nm 垂直面的弯矩 mc1 mc2 ra 62 44 5 nm 合成弯矩 nm m m m m c c c c 68 123 47 19 97 60 2 2 2 1 2 2 1 7 画转矩图 t ft d2 2 534 nm 8 画当量弯矩图 因为是单向回转 转矩为脉动循环 0 6 可得右起第四段剖面 c 处的当量弯矩 nm t m m c ec 4 320 2 2 2 2 9 判断危险截面并验算强度 1 右起第四段剖面 c 处当量弯矩最大 而其直径 与相邻段相差不大 所以剖面 c 为危险截面 已知 mec2 320 4nm 1 60mpa 则 e mec2 w mec2 0 1 d4 3 320 4 1000 0 1 60 3 14 83 nm 1 2 右起第一段 d 处虽仅受转矩但其直径较小 故 该面也为危险截面 ra rb 1435 5nm ra rb 717 75 n mc 89nm mc1 mc2 44 5nm mc1 mc2 123 68nm t 534 nm 0 6 mec2 320 4nm 1 60mpa 19 nm t m d 4 320 0 508 6 0 2 e md w md 0 1 d1 3 320 4 1000 0 1 45 3 27 56 nm 1 所以确定的尺寸是安全的 以上计算所需的图如下 md 27 56nm 绘制轴的工艺图 见图纸 20 七 箱体结构设计 1 窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件 啮合处要开窥视孔 以便检查齿面接触斑点和赤侧间 隙 了解啮合情况 润滑油也由此注入机体内 窥视孔 上有盖板 以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来 2 放油螺塞减速器底部设有放油孔 用于排出污油 注 油前用螺塞赌注 3 油标油标用来检查油面高度 以保证有正常的油量 油标有各种结构类型 有的已定为国家标准件 4 通气器减速器运转时 由于摩擦发热 使机体内温度 升高 气压增大 导致润滑油从缝隙向外渗漏 所以多 在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器 使机体内热涨气 自由逸出 达到集体内外气压相等 提高机体有缝隙处 的密封性能 5 启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封 胶 联结后结合较紧 不易分开 为便于取盖 在机盖 凸缘上常装有一至二个启盖螺钉 在启盖时 可先拧动 此螺钉顶起机盖 在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉 便于拆卸端盖 对于需作轴向调整的套环 如装上二个 启盖螺钉 将便于调整 6 定位销 为了保证轴承座孔的安装精度 在机盖和 机座用螺栓联结后 镗孔之前装上两个定位销 孔位置 尽量远些 如机体结构是对的 销孔位置不应该对称布 置 7 调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成 用一调 21 整轴承间隙 有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的 作用 8 环首螺钉 吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出 吊环或吊钩 用以搬运或拆卸机盖 9 密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙 必须安装 密封件 以防止漏油和污物进入机体内 密封件多为标 准件 其密封效果相差很大 应根据具体情况选用 箱体结构尺寸选择如下表 名称 符号 尺寸 mm 机座壁厚 8 机盖壁厚 1 8 机座凸缘厚度 b 12 机盖凸缘厚度 b 1 1 12 机座底凸缘厚度 b 2 2 20 地脚螺钉直径 df 20 地脚螺钉数目 n 4 轴承旁联结螺栓直径 d1 16 机盖与机座联接螺栓直径 d2 12 联轴器螺栓 d2 的间距 l 160 轴承端盖螺钉直径 d3 10 窥视孔盖螺钉直径 d4 8 定位销直径 d 8 df d1 d2 至外机壁距离 c1 26 22 18 df d2 至凸缘边缘距离 c2 24 16 轴承旁凸台半径 r1 24 16 凸台高度 h 根据低速级轴承座外径确定 以便于扳手操 作为准 外机壁至轴承座端面距离 l1 60 44 大齿轮顶圆与内机壁距离 1 12 齿轮端面与内机壁距离 2 10 机盖 机座肋厚 m1 m2 7 7 轴承端盖外径 d2 102 117 轴承端盖凸缘厚度 t 10 轴承旁联接螺栓距离 s 尽量靠近 以 md1 和 md2 互不干涉为准 一 般 s d2 22 八 键联接设计 1 输入轴与联轴器联接采用平键联接 此段轴径 d1 30mm l1 58mm 查手册得 选用 c 型平键 得 a 键 8 7 gb1096 79 l l1 b 58 8 50mm t 92 85n m h 7mm p 4 t d h l 4 92 85 1000 30 7 50 35 37mpa r 110mpa 2 输出轴与联轴器联接采用平键联接 轴径 d2 48mm l2 82mm t 91 92n m 选 a 型平键 gb1096 79 b 键 12 8 gb1096 79 l l2 b 82 12 70mm h 8mm p 4 t d h l 4 91 92 1000 48 8 70 13 67mpa p 110mpa 3 输出轴与齿轮联接用平键联接 轴径 d3 60mm l3 53mm t 534nm 选用 a 型平键 键 18 11 gb1096 79 l l3 b 53 18 35mm h 11mm p 4 t d h l 4 534 1000 60 11 35 键 12 8 23 95 13mpa p f c f n l d t h 预期寿命足够 此轴承合格 2 输出轴的轴承设计计算 1 初步计算当量动载荷 p 因该轴承在此工作条件下只受到 fr 径向力作用 所以 p fr 1044 8n 2 求轴承应有的径向基本额定载荷值 24 6763 35n 22400 10 8 116 60 1 8 1044 2 1 10 60 1 6 1 6 h t d l n f p f c 3 选择轴承型号 查课本表 11 5 选择 6211 轴承 cr 43 2kn 由课本式 11 3 有 22400 656239 8 1044 5 1 43200 1 8 116 60 10 60 10 3 6 6 p f c f n l d t h 预期寿命足够 此轴承合格 十 密封和润滑的设计 1 密封 由于选用的电动机为低速 常温 常压的电动机则可 以选用毛毡密封 毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以 堵塞泄漏间隙 达到密封的目的 毛毡具有天然弹性 呈松孔海绵状 可储存润滑油和遮挡灰尘 轴旋转时 毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑 2 润滑 1 对于齿轮来说 由于传动件的的圆周速度 v 12m s 采用浸油润滑 因此机体内需要有足够的润滑油 用以 润滑和散热 同时为了避免油搅动时泛起沉渣 齿顶到 油池底面的距离h不应小于30 50mm 对于单级减速器 浸油深度为一个齿全高 这样就可以决定所需油量 单 级传动 每传递 1kw 需油量 v0 0 35 0 7m 3 2 对于滚动轴承来说 由于传动件的速度不高 且难 25 以经常供油 所以选用润滑脂润滑 这样不仅密封简单 不宜流失 同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄 膜 十一 联轴器的设计 1 减速器与输送带联接联轴器选择 1 类型选择 由于两轴相对位移很小 运转平稳 且结构简单 对 缓冲要求不高 故选用