三级减速器设计

1、机械系统创新设计综合实践设计说明书姓名：李时召班级：机电1104学号：11221098指导教师：杜永平、李德才日期：2014.1.9目录0.设计题目及要求 31. 传动装置的总体设计 41.1传动方案的确定 41.2 电动机的选择 51.3传动比的计算及分配 71.4传动装置的运动和动力参数的计算 72. 齿轮的设计和计算 92.1高速级齿轮传动的设计计算 92.2中速级齿轮设计计算 112.3低速级齿轮设计计算 143轴的设计与计算 173.1 I轴的设计183.2 H轴的设计计算193.3川轴的设计计算203.4 轴的设计214. 轴承的校核234.1 234.2 235. 联轴器的选择2

2、45.1输入端联轴器 245.2输出端联轴器246. 箱体设计与减速器的润滑 256.1箱体的参数设计256.2减速器的润滑267. 经济性分析268. 设计心得279. 参考文献270.设计题目：卷扬机传动装置设计（一）设计要求（1） 卷扬机由电动机驱动，用于建筑工地提升物料，具体参数：绳的牵引力为12kN，绳的速度0.4m/s,卷筒直径500mm（2）室内工作，小批量生产。（3）动力源为三相交流电 380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。（4）使用期限为10年，大修周期为三年，两班制工作。（5）专业机械厂制造，可加工 7、8级精度的齿轮、蜗轮。（二）原始技术数据绳牵引力F （ kN

3、）10绳牵引速度v（m0.5卷筒直径D/mm470（三）应完成的任务（1） 完成卷扬机总体方案设计和论证（至少提出两种以上的方案），绘制总体设计原理方 案图。（2）完成主要传动装置的结构设计，其中减速器的级别至少是二级。（3）完成减速器装配图1张（A0或A1 ）；零件（建议低速轴、大齿轮）工作图 2张（A3 或 A4 ）。（4）进行经济性分析。（5）编写设计计算说明书 1份。设计计算结果1.传动装置的总体设计 1.1传动方案的确定传动方案的选择主要考虑1 ）电机与减速器间是用带连接还是联轴器2 ）减速器是二级还是更高级初步确定以下三种方案：方案一如图：特点：传动稳定，价格便宜。但安全性差，承载

4、性能小。拆装难。F一注方案二：特点：传动比稳定，结构紧凑，承载能力大，但是安装精度高，齿 轮工作条件差，磨损严重价格高。方案三：特点：承载能力大，传动比稳定，工作可靠，结构紧凑，拆装方便,但安装精度高，价格贵，电机与减速器间无过载保护。yiL电X-HH-轴:hliR传动方案选万案三通过在经济性、方便性、特别是题设条件等方面的考虑最终确定传动方案三优点有：承载能力大，传动比稳定，工作可靠，结构紧凑，拆装方便等优 点。缺点：安装精度高，价格贵，电机与减速器间无过载保护等。对于这些缺点，在下面的设计过程中会尽量减少或消除以使设计的减速器更加合理。1.2电机的选择1.2.1 传动装置的总效率由所选方案

5、有：1 0.992 0.993 0.97联轴器2个，传动效率1 一般为0.99，取为0.99轴承4对，传动效率2范围为0.980.99取轴承效率0.99齿轮啮合3对，8级精度直齿圆柱齿轮单级传动效率3=0.960.98，取 0.97。则计算总效率:0 .8591.2.2工作机所需输入功率电机输入功率为:Pdw，其中 Pv(kw)FV1000式中：Pd-工作机实际需要的电动机输出功率，KV；Pw-工作机所需输入功率，KV； 电动机至工作机之间传动装置的总效率。所以Fd12 1000 0.55.82 kw0.859 1000Ped =（ 11.3 ） Pd ，由查表得电动机的额定功率 P = 7.

6、5KW。1.2.3 确定电动机型号60 V60 0.5 ,计算滚筒工作转速nw2032r/minD470考虑到安全问题，使电动机的额定功率由推荐的传动比合理范围， 三级级圆柱齿轮减速器的传动比一般范围：27216。（由机械设计课程设计手册 表1-8得）。故电机的可选转速为： nd inw （27 216） 20.32549 4389r/min型号功率转速额定电流重量(KW)(r/min)(A)(kg)Y132s2-27.529001572Y132M-47.5144015.479Y132M-67.597017116Y160L-87.572017.7140符合要求的Y型电机有4种=0.859Pd

7、=5.82kwnw =20.32r/min选 Y132M-4n(j =1440r/mini =70.866从价格、电机重量体积和齿轮传动的强度问题等综合因素考虑，选择Y132M-4型电机1.3传动比的计算及分配1.3.1 传动装置的总传动比要求应为传动装置的总传动比为：i =nMn w=1440/20.32=70.866式中：nm-电动机满载转速F5=5.00kw1.3.2 分配各级传动比按照二级传动比计算方法计算三级齿轮传动比：考虑到减速箱内大齿轮浸油深度等因素影响，取分配比系数为1.3 :l =5.380i 2 =4.138i3 =3.18312 3 i 413813 i2/1.3 3.1

8、83i11425.380F05.820KWn0=1440 r/minT0 = 38.594Nm1.4传动装置的运动和动力参数的计算电动机轴P。 Pd 5.820KWn0 nm 1440r / minT09549p038.594N ?mn。I轴（高速轴）P P0 15.762KW口 n0 144Cr/mi nPMT19549 138.209N?mnin轴F2 P1 2 35.533KWn2 n1 /i1267.658r / minF2T29549 2197.396N ?m川轴F3 F2 2 35.313KWn3 n2 / i264.683r / minT39549 F3784.346N ?mn3

9、轴F4 P3 2 35.102KWn4 n 3 / i320.321r / mi nT49549 F42397.517N ?mv轴（工作轴）F5 P4 1 25.000KWkwPh =1440r/ minT1 =38.209NmP2=5.533Kwn2 =267.658r/mi nT2 =197.396NmPj = 5.313 kwn3 =64.683 r/minT3 =784.346NmP4 = 5.102kwn4 =20.32r/minT4 =2397.517Nmn5 n420.321r / minT5 p52349.540N?mn5 =20.32r /minT5 =2349.540Nm大

10、小齿轮用 45号调质 钢，小齿轮 表面淬火2.齿轮的设计和计算2.1高速级齿轮传动的设计计算(1)许用应力的计算材料：均选用45号钢，均进行调质处理，小齿轮外加表面淬火处理。小N1 =5.05 109N2=89.39 10齿轮硬度为表面 45HRC心部240HBS大齿轮硬度为 240HBS主要失效形式为点蚀，不能立即导致不能继续工作，故S=SH =1.9N1=60n,j Ln =60 1440 1 10 365 165.05 108N2=60n2j Ln=60 268 1 10 365 169.39 10故由教材图10-21得KFN1 =1.0KFN2 =1.0KHN2 =1.0KHN 2 =

11、1.01查课本(机械设计，第八版)第 207页图得:Hlim1 =900MpaH lim2=570Mpafe1 =570MpaFE2=470Mpa综上有：H1 Hlim1 ?Khn1 =900Mpa H2 = H lim2 ?Khn 2 =575.7Mpa SSF1= -FE1 ?Kfn1 =570Mpa F2= _圧2 ?Kfn2 =470MpaSS初选 d1 =80mmH lim1 =900MpaH lim 2 =570Mpafe1 =570Mpafe 2 =470MpaH1 =900Mpa.7Mpa计算d1H2=575F1 =570Mpaf2=470Mpa初定 Z1 =22z2 =119

12、使用系数KA由题设工作载荷比较平缓选：K A =1.0齿间分配系数K由教材表10-3选得：Kh = Kf =1.4动载荷系数Kvv=DAN=6.03m/s=1.0K =2.52HZE =189.8d1=60mmd2=323mmZ120z2107m=3.0a=191.5mmh=6.75mm60由教材图1-0-8得：Kv=1.23 齿向分配系数K由教材表10-7选得 d=1.0由教材表10-4得：Kh =1.463综上可得：K= KAKh KvKh =2.52 由教材表10-6选出弹性系数ZE =189.8 则：d1 3 KT1?(_Ze)2 ?(u 1) =53.54mmH d 7 H2八u 取

13、 d1 =60mm贝V d2 =323mm定 z1 20z2 107pl贝U: m=d1 =2.73 ,圆整取 m=3.0乙a= _=191.5mm2h=2.25m=6.75mm计算齿宽2K 少 1_2.5Ze、2b1=52mmb ? () =42.69mmdiu hb2 =47mm再由教材表10-7选得：b|_52mmb2 =47mm(2)齿根弯曲疲劳强度齿向载何分布系数 K由教材图10-13得：K =1.30则 K_ KAKf KvKf =2.24Kf=2.24计算齿形系数和应力校正系数Y Fa 1=2.57由教材表10-5得：YFa2=2.14Y Fa 仁2.57 YFa2=2.14Y

14、Sa1=1.60Y Sa1=1.60 Y Sa2=1.83Y Sa2=1.83校核弯曲应力2 ktd F1=o Y Fa1Y Sa1=58.66Mpa F1bm2z1F1 =58.66Md F2= d F1 YFa2Ysa2 =55.86Mpa F2F1YFaYsapa F所以第一对齿轮表面接触强度和齿根弯曲强度满足要求。F2 =55.86Mpa 3|?(一巳d H 2)2 ?_11- =90.39mm)ud1=91mm取 d1 =91mm贝U d2 =377mmd2=377mmz131定z-i 31Z2128z2128 m=色=2.93 ,圆整取m=3.0m=3.0a=2 =234mm2a=

15、234mmh=2.25m=6.75mmh=6.75mm计算齿宽b 些？u 1?(2.5ZE)2=89mm d1u hb1=95mmb2=90mm再由教材表10-7选得：bi=95mmb2=90mm(3)齿根弯曲疲劳强度齿向载何分布系数K由教材图10-13得：K =1.46Kf=2.21YFa1= 2.506YFa2=2。16YSa 1=1.625Y Sa2=1.81=144.61F1Mpa F1】F2 =138.83Mpa f2】第二对齿轮 表面接触强 度和齿根弯 曲强度满足 要求。N1 =82.27 10N2=7.12 107则 K= KaKf KvKF =2.21计算齿形系数和应力校正系数

16、由教材表10-5得：Y Fa 仁2.506 YFa2=2。16Y Sa1=1.625 Y Sa2=1.81校核弯曲应力2 ktd F1=2 Y Fa1Y Sa1=144.61Mpa F1 bmpd F2= d F1 丫Fa2Ysa2 =138.83Mpa 31?() ? =114.5mm d H 2U 取 di =120mm则 d2=382 定 zi41z2 131pl m= 1 =2.89，圆整取 m=3.0Z1d1 d2a= - =251mm2h=2.25m=6.75mm计算齿宽?(2:5Ze)2 =98.74mmd1u h再由教材表 10-7 选得：b., =105mmb2 =100mm

17、(3)齿根弯曲疲劳强度齿向载荷分布系数 K由教材图10-13得：K =1.48则 K= KaKf KvKF =2.10计算齿形系数和应力校正系数Y Fa 仁2.390 YFa2=2.16Kh=2.09d1=120mm d2=382 z-i 41Z2131m=3.0a=251mm h=6.75mm b1=105mmb2=100mmKf=2.10由教材表10-5得：YFa1= 2.390YFa2=2.16Y Sa1=1.68Y Sa2=1.81F1 =348.26Mpa F1F2 =339.10Mpa F2d=20mmY Sa1=1.68 Y Sa2=1.81校核弯曲应力2KTd F1=2Y Fa

18、1Y Sa仁348.26Mpa F1bm2zd F2= d F1 丫Fa2Ysa2 =339.i0Mpa F2YFalYsal所以第三对齿轮表面接触强度和齿根弯曲强度满足要求。3.轴的设计与计算3.1 I轴的设计3.1.1 I轴的结构设计选取轴的材料为 45冈调质处理。根据教材表15-3取A0=105,fp得：dminA? 16.67mm n轴上有一个键槽，增加到 17.517.8mm=取d=20mm轴承选深沟球2系列，型号为62004通过轴系零件的尺寸查表和合理设计，得出高速轴尺寸如图：1 =60Mp a轴承选深 沟球2系 列，型号为 620043.1.2 I轴的强度校核由教材表15-1得1

19、=60Mpa求作用在轴上的作用力:由于选择的是直齿轮和深沟球轴承，所以只有径向力。且已知高速级齿轮的分度圆直径为d=60mm齿轮作用在轴上的水平力即周向力:齿轮作用在轴上的铅垂力即径向力:Ft 1.27 103NdFr Ft tan200.464 1 03N在垂直面上：左侧:FNh2斤(7 13 178 25)0.99 103n(7 13 178 50 30 7)右侧：Fnh1 Ft Fnh2 0.28 103N弯矩Mh1Fnh2 6261.38N ?m左侧：Fr (25 178 13 7)3FNh 2-0.347 10 N(7 13 178 50 30 7)右侧：3Fnh1Ft Fnh 2

20、0.117 10 N水平面上:弯矩 MH2 FNH2 6222.51N ?m总弯矩：M MH1 M H265.37N ?m如图：1 =60Mp aF xNH 20.99 103F xNH 10.28 103Mh1282.15N?mF zNH 230.347 10F zNH 10.117 103M H 1289.98Nm进行校核时候，通常只是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度根据M=298.98Nm式及上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为静应力，取0.3，轴的计算应力。由教材表15-4得：W=d3bt(dt2)=1398.13ca322dM2 ( T)2W57Mpa J其中T为轴输出扭矩

21、。所以是安全的，但离极限值较近，可以考虑用更好材料3.2 n轴的设计计算选取轴的材料为 45冈U,进行调质处理。W=1398.13ca 15Mpa1所以是安全 的。根据教材表15-3取A0=105,得：dmin28.81mmd=35mm轴上有三个键槽，增加到32.6934.13mm。取d=35mm轴承选深沟球2系列，型号为62007通过轴系零件的尺寸查表和合理设计，得出H轴尺寸如图:轴承选深 沟球2系 列，型号为 620073.3川轴的设计计算选取轴的材料为 45冈U,进行调质处理。根据教材表15-3取 A =105,得：dmin 人3：45.63mm n轴上有两个键槽，增加到50.2052.

22、48mm。取d=55mm轴承选圆柱轴承 2系列，型号为62011通过轴系零件的尺寸查表和合理设计，得出川轴尺寸如图：轴承选深/i -LO-_n fl-O g2111Q1158131299沟球2系列，型号为N211Ei =60Mp ad=75mm轴承选圆柱 轴承2系 列，型号为N215E3.4 W轴的设计计算341 W轴的结构设计选取轴的材料为 45冈U,进行调质处理。根据教材表15-3取A0=105,P得:dm. Ao366.23mm n轴上有三个键槽，增加到71.6573.87mm。取d=75mm轴承选圆柱轴承 2系列，型号为N215E通过轴系零件的尺寸查表和合理设计，得出高速轴尺寸如图：3

23、.4.2 W轴的强度校核由教材表15-1得1=60Mpa求作用在轴上的作用力：由于选择的是直齿轮和深沟球轴承，所以只有径向力。且已知低速级大齿轮的分度圆直径为d=382mm齿轮作用在轴上的水平力即周向力:Ft2Ti12.55 103N d齿轮作用在轴上的铅垂力即径向力:FrFt tan204.57 103N在垂直面上:左侧：FnH 2Ft(111352)(1119632252 352)FtFNH 25.75103NNH 2(3225 2962)629NFt(111352)水平面上:(11196?m右侧：FNH1左侧：Fnh236.8 10 N32 25 2 35 2)弯矩MH1 F32.18

24、10 N右侧：Fnh1FtFNH 22.39 103 N弯矩MH1Fnh2 (32 25 2 96 2)201.65 N ?m总弯矩：M v|ImH1 mH2660N ?m如图:F xNH 236.8 10NmF xNH 105.75 103NmMh1629N?mF zNH 22.18 103NmF zNH 132.39 103NmM H1201.65N?mM=660Nmbt（d 亡=404092dcaM2（T）2 30Mpa !其中T为轴输出扭矩。所以是安全的。ca 30Mpa m8,10轴承端盖外径D2与轴承有关轴承端盖凸缘厚度t10T ea =3659.81Nm选用LH7弹性柱销联 轴器

25、c=30Mpa螺栓扳 手空间 与凸缘 宽度安装螺栓直径dxM8M10M12M18M24至外箱壁距离C1 min1316182434至凸缘边距离C2 min1114162228沉头座直径C2 min10242636486.2减速器的润滑6.2.1 齿轮的润滑采用浸油润滑的润滑方式。因为三级减速箱中大齿轮直径差距较大，所以浸油深度不能过高，以免出现因低速级大齿轮浸油过深而造成过大的油损。但浸油深度也不能过小以防止其他齿轮润滑不到或传动零件在转动时将沉入箱底的污 物搅起，所以选次高级大齿轮浸油一个齿高为准，油面到池底30mm622轴承的润滑通过计算得到的所有轴承的dn值小于16 104，所以选用油脂润滑（机械设计，第八版，表14-10 ）。轴承与