二级展开式圆柱齿轮减速器设计

1、目 录一设计任务书2二传动方案的拟定及说明4三电动机的选择4四计算传动装置的运动和动力参数4五传动件的设计计算5六轴的设计计算13七滚动轴承的选择及计算27八箱体内键联接的选择及校核计算29九连轴器的选择30十箱体的结构设计31十一、减速器附件的选择33十二、润滑与密封33十三、设计小结35十四、参考资料36一、设计任务书：题目：设计一用于带式运输机传动装置中的展开式二级圆柱齿轮减速器1. 总体布置简图：1 电动机；2联轴器；3齿轮减速器；4带式运输机；5鼓轮；6联轴器2. 工作情况：载荷平稳、单向旋转3. 原始数据： 电动机功率P(kW): 7.5电动机主轴转速V（r/min）： 970使用

2、年限（年）：10工作制度（班/日）：2联轴器效率： 99%轴承效率： 99%齿轮啮合效率：97%4. 设计内容：1) 电动机的选择与运动参数计算；2) 直齿轮传动设计计算；3) 轴的设计；4) 滚动轴承的选择；5) 键和联轴器的选择与校核；6) 装配图、零件图的绘制；7) 设计计算说明书的编写。5. 设计任务：1) 减速器总装配图一张；2) 箱体或箱盖零件图一张；3) 轴、齿轮或皮带轮零件图任选两张；4) 设计说明书一份；6. 设计进度：1）第一阶段：总体计算和传动件参数计算1) 第二阶段：轴与轴系零件的设计2) 第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制3) 第四阶段：装配图、零件图的绘

3、制及计算说明书的编写二、传动方案的拟定及说明：由题目所知传动机构类型为：展开式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴承受载荷大、刚度差，中间轴承润滑较困难。三、电动机的选择：由给定条件可知电动机功率7.5kW，转速970r/min,查表得电动机的型号为Y160M-6。 四、 计算传动装置的运动和动力参数：考虑到总传动比i=8,由于减速箱是展开式布置，为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度，应试两级的大齿轮具有相近的直径，于是可按下式 = 因为i=8，所以取=3.4，=2.35。五、 各

4、轴转速、输入功率、输入转矩：项 目电动机轴高速轴I中间轴II低速轴III滚筒轴IV转速（r/min）970970285.3121.4121.4功率（kW）7.57.4257.136.856.58转矩（N·m）73.873.1239539517.6传动比113.42.351效率10.990.960.960.94五、传动件设计计算：直齿圆柱齿轮具有不产生轴向力的优点，但传动平稳性较差，在··I-II轴高速传动啮合的两直齿轮（传动比3.4）： 计算与说明 主要结果1. 选择齿轮材料并确定初步参数 （1)选择齿轮材料及其热处理 由表8-1选取 小齿轮：40Cr，调质处理，

5、齿面硬度为260HBW； 大齿轮：45钢；调质处理，齿面硬度为230HBW； （2)初选齿数 取小齿轮齿数=27 则大齿轮齿数=iz=92 (3)选择齿宽系数d 和精度等级 初估计小齿轮直径d1估=54mm，参照表8-8取齿宽系数d=1，则b估 =dd1估=154=54mm齿轮圆周速度v估=m/s=2.74m/s 参照表8-9，齿轮精度选为8级（4） 计算两齿轮应力循环次数N 小齿轮 =60n1th=601970(1025082) =2.33 大齿轮 =6.85 （5）寿命系数 ZN 由图8-24得 ZN1=1，ZN2=1 (不允许有一定量的点蚀） (6)接触疲劳系数Hlim 由图8-20a,

6、查MQ线得Hlim=720MPa,Hlim=580MPa (7)安全系数SH 根据式（8-14）得 =MPa=720MPa =MPa=580MPa2. 按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数(1)确定各相关的 参数值 1）确定载荷系数K 使用系数 按电动机驱动，载荷平稳，查表8-4取=1 动载系数 按8级精度和速度，查图8-11，取=1.14 齿间载荷分配系数 = =50.1N·mm<100N·mm 由表8-5 取=1.3 齿向载荷分布系数 由图8-14a， 取=1,。09 载荷系数K= =1.62 2）确定弹性系数。由表8-6得 =190 3）确定节点区域系数。由图8

7、-16得 =2.5 4）确定重合度系数。由式（8-8），重合度 =1.88-3.2（+） =1.88-3.2（+）=1.73 由式（8-7），重合度系数 =（2）求所需小齿轮直径 由式（8-6）得 =mm =53.8mm与初估基本相符 （3） 确定中心距a、模数m等主要几何参数 1）模数m m=1.99mm由表8-7取标准模数 m=2mm2） 中心距a a=mm3) 分度圆直径、 4）确定齿宽 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 3. 校核齿根弯曲疲劳强度（1） 计算弯曲应力 1）寿命系数。由图8-29取 2）极限应力 3）尺寸系数。由图8-30，取 4）安全系数。参照表8-11，取=1.6 5）许用弯曲

8、应力。由式（8-16）得 （2） 计算齿根弯曲应力 1）齿形系数 。由图8-18，取=2.58， =2.18 2）应力修正系数。由图8-19，取 =1.61 =1.77 3）重合度系数。由式（8-11）得 =0.25+=0.25+ 4)齿根弯曲应力。由式（8-9)得 = =114.71MPa<=375MPa = =106.55MPa<=275MPa结论：齿根弯曲疲劳强度足够小齿轮40r调质大齿轮45钢调质=30=92d1估=54mmd=1b估=54mm齿轮精度8级=720MPa=580MPaNK=1.62=190=2.5=0.8753.8mma=119mm =114,71MPa =

9、106.55MPa II-III轴低速传动啮合的两直齿轮（传动比2.35) 计算与说明 主要结果1.选择齿轮材料并确定初步参数 （1)选择齿轮材料及其热处理 由表8-1选取 小齿轮：40Cr，调质处理，齿面硬度为260HBW； 大齿轮：45钢；调质处理，齿面硬度为230HBW； （2)初选齿数 取小齿轮齿数=27 则大齿轮齿数=iz=63 (3)选择齿宽系数d 和精度等级 初估计小齿轮直径d1估=81mm，参照表8-8取齿宽系数d=1，则b估 =dd1估=181=81mm齿轮圆周速度 v估=m/s=1.21m/s 参照表8-9，齿轮精度选为8级（4） 计算两齿轮应力循环次数 小齿轮= 60n1

10、th=601285.3(1025082) =6.85 大齿轮 =2.91 （5）寿命系数 ZN 由图8-24得 ZN1=1，ZN2=1 (不允许有一定量的点蚀） (6)接触疲劳系数Hlim 由图8-20a,查MQ线得Hlim=720MPa,Hlim=580MPa (7)安全系数SH 根据式（8-14）得 =MPa=720MPa =MPa=580MPa2.按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数(1)确定各相关的 参数值 1）确定载荷系数K 使用系数 按电动机驱动，载荷平稳，查表8-4取=1 动载系数 按8级精度和速度，查图8-11，取=1.1 齿间载荷分配系数 = =72.85N·mm&

11、lt;100N·mm 由表8-5 取=1.2 齿向载荷分布系数 由图8-14a， 取=1.09 载荷系数K= =1.44 2）确定弹性系数。由表8-6得 =190 3）确定节点区域系数。由图8-16得 =2.5 4）确定重合度系数。由式（8-8），重合度 =1.88-3.2（+） =1.88-3.2（+）=1.71 由式（8-7），重合度系数 =（2）求所需小齿轮直径 由式（8-6）得 =mm =79.5mm与初估基本相符 （4） 确定中心距a、模数m等主要几何参数 1）模数m m=2.94mm由表8-7取标准模数 m=3mm3） 中心距a a=mm4) 分度圆直径、 4）确定齿宽

12、大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 4. 校核齿根弯曲疲劳强度（2） 计算弯曲应力 1）寿命系数。由图8-29取 2）极限应力 3）尺寸系数。由图8-30，取 4）安全系数。参照表8-11，取=1.6 5）许用弯曲应力。由式（8-16）得 （3） 计算齿根弯曲应力 1）齿形系数 。由图8-18，取=2.58， =2.27 2）应力修正系数。由图8-19，取 =1.61 =1.73 3）重合度系数。由式（8-11）得 =0.25+=0.25+ 4)齿根弯曲应力。由式（8-9)得 = =100.23MPa<=375MPa = =94.76MPa<=275MPa结论：齿根弯曲疲劳强度足够小齿轮40C

13、r调质大齿轮45钢调质=27=63d1估=81mmd=1b估=81mm齿轮精度8级=720MPa=580MPaK=1.44=190=2.5=0.87479.5mmm=3mma=135mm =100.23MPa =94.76MPa六、轴的结构设计和强度校核：第一部分 结构设计1. 初选轴的最小直径：选取轴的材料为45号钢，热处理为调质。取C=112，=3040MPa1轴 ，考虑到联轴器、键槽的影响，取2轴，取=35mm3轴 ，取=45mm初选轴承：1轴高速轴选轴承为63082轴中间轴选轴承为63093轴低速轴选轴承为6311各轴承参数见下表：轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定/kNdD

14、BdaDa动载荷Cr静载荷Cor6308409023488140.820.463094510025549152.831.8631155120296511071.544.82. 确定轴上零件的位置和定位方式：1轴：由于高速轴转速高，传动载荷不大时，为保证传动平稳，提高传动效率，将高速轴取为齿轮轴，使用深沟球轴承承载，一轴端连接电动机，采用刚性联轴器，对中性好。2轴：低速啮合、高速啮合均用锻造齿轮，低速啮合齿轮左端用甩油环定位，右端用轴肩定位，高速啮合齿轮左端用轴肩，右端用甩油环定位，两端使用深沟球轴承承载。3轴：采用锻造齿轮，齿轮左端用甩油环定位，右端用轴肩定位，为减轻轴的重量采用中轴颈，使用球

15、轴承深沟承载，右端连接单排滚子链。（一）高速轴的结构设计：1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：a) 由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为32mm。b) 考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2.5mm，所以该段直径选为37。c) 该段轴要安装轴承，则轴承选用6308型，即该段直径定为40mm。d) 该段轴为轴承安装尺寸，定为46mm。e) 该段为齿轮轴，其分度圆直径为54mm。f) 该段轴为轴承安装尺寸，定为46mm。g) 该段轴要安装轴承，直径定为40mm。2)各段长度的确定：各段长度的确定从左到右分述如下：h) 该

16、段轴连接联轴器，半联轴器与轴配合的毂孔长度为60mm，该段长度定为56mm。i) 该段取60mm。j) 该段安装轴承，参照工作要求长度至少23mm，考虑间隙取该段为30mm。k) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离、轴承与箱体内壁距离（采用油润滑），还有二级齿轮的宽度，定该段长度为105mm。 l) 该段考虑齿轮的宽度，根据齿轮校核，选定该段60mm。m) 该段轴肩选定长度9mm。n) 该段与c段相同取30mm。o) 轴右端面与端盖的距离为10mm。（二） 中间轴的结构设计：1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径：a) I段轴用于安装轴承6309，故取直径为45mm。b) II段为轴肩，直径定

17、为52mm。c) III段为齿轮轴，分度圆直径为81mm。d) IV段为定位轴肩，直径为66mm。e) V段安装齿轮，取直径为52mm。f) VI安装轴承，直径与I相同，为45mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度：a) I段轴承安装轴承和挡油环，轴承6309宽度B=25，该段长度选为36mm。b) II为定位轴肩，取长度为8mm。c) III段为齿轮轴，长度为86mm。d) IV段为定位轴肩，取8mmmm。e) IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为52mm。f) V段用于安装轴承与挡油环,为44mm。（三）低速轴的结构设计：1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径a) I段轴用于安装

18、轴承6311，故取直径为55mm。b) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有2.5mm的圆角，经强度计算，直径定为60mm。c) III段为定位轴肩，取72mm。d) IV安装轴承，与I段相同直径为55mm。e) V段直径52mm f) VI段直径与弹性注销选择有关，取HL4，直径为45mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度a) I段轴承安装轴承和挡油环，6011宽度B=29，该段长度选为46mm。b) II段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为79mm。c) III段定位轴肩，取73mm。d) IV段用于安装轴承与挡油环，为36mm。e) V段长度为60mm。f) VI长度与联轴器有关，

19、取80mm。第二部分 强度校核I高速轴：当量弯矩法校核 计算与说明 主要结果1. 画轴的空间受力图2. 画垂直面受力图，求出轴上垂直面的载荷，求得垂直面支反力 齿轮的切向力 N由，得 由，得 3. 画水平面受力图，求出轴上垂直面的载荷，求得水平面支反力 齿轮的径向力 tan=2707 =985N由，得 ，得 4. 绘制垂直面弯矩图5.绘制水平面弯矩图6. 绘制合成弯矩M =120494N·mm7. 绘制转矩图 T=73100N·mm8. 绘制当量弯矩图 轴的转矩可按脉动循环考虑，已知轴材料为45钢调质，由表11-1差得=60MPa,=128226N·mm9. 校核

20、危险截面处轴的直径 危险截面 =10 结论经与图示尺寸比较，计算直径小于其结构设计确定的直径 =-113218N·mm=41228N·mm M=120491N·mmT=73100N·mm=128226N·mm D=27.8mm <54mm当量弯矩法校核，轴的强度足够II中间轴： 计算与说明 主要结果1. 画轴的空间受力图2.画垂直面受力图，求出轴上垂直面的载荷，求得垂直面 支反力 齿轮1的切向力 齿轮2的切向力 由，得 由 得 3.画水平面受力图，求出轴上垂直面的载荷，求得水平面支反力齿轮1的径向力 齿轮2 的径向力 由，得 由得 4.绘

21、制垂直面弯矩图 =5. 绘制水平面弯矩图 =6. 绘制合成弯矩M图 I截面合成弯矩 = II截面合成弯矩 = III截面合成弯矩 =7.绘制转矩T图 T=239000N·mm8.绘制当量弯矩图 轴的转矩可按脉动循环考虑，已知轴材料为45钢调质，由表11-1差得=60MPa, I截面 MeI右= = MeI左= = II截面 MeII= =III截面MeIII左= = MeIII右= =9. 校核危险截面处轴的直径 由轴的结构图和当量弯矩图可知，I、II、III处可能是危险截面由式（11-7）得I截面 II截面 III截面 计入键槽的影响 10. 结论 经与图所示尺寸比较，各截面的计算

22、直径分别小于其结构设计确定的直径 =336144N·mm =229253N·mm =265367N·mm =-83589N·mm =-4600N·mm =-31276N·mm =346381N·mm =267204N·mm =229299N·mm T=239000N·mm MeI右=374891N·mm MeI左=346381N·mm MeII=303252N·mm MeIII左=270447N·mm MeIII右 =229299N·mm <

23、;81mm 当量弯矩法校核，轴的强度足够 III低速轴： 计算与说明 主要结果1. 画轴的空间受力图2.画垂直面受力图，求出轴上垂直面的载荷，求得垂直面支反力 齿轮的切向力 由，得 由，得 3.画水平面受力图，求出轴上垂直面的载荷，求得水平面支反力 齿轮的径向力 tan= =2076N由，得 ，得 4.绘制垂直面弯矩图5.绘制水平面弯矩图6.绘制合成弯矩M =281768N·mm7.绘制转矩图 T=539000N·mm8.绘制当量弯矩图 轴的转矩可按脉动循环考虑，已知轴材料为45钢调质，由表11-1差得=60MPa,=428930N·mm10. 校核危险截面处轴的

24、直径 危险截面 = 计入键槽的影响 d=41.51.04mm=43.16mm10 结论经与图示尺寸比较，计算直径小于其结构设计确定的直径=-264784N·mm=-96346N·mmM=281768N·mm T=539000N·mm =428930N·mm43.16mm <60mm当量弯矩法校核，轴的强度足够七滚动轴承的选择及计算I高速轴：轴承6308的校核，即轴承寿命校核：轴承寿命可由式进行校核，轴承只承受径向载荷的作用，由于工作温度不高且冲击不大，故查表12-7和12-8可取,取基本额定动负荷为C=40800N。则 ，该轴承的寿命满足

25、使用10年=2501016=40000h要求。II中间轴：轴承7208C的校核，即轴承寿命校核：轴承寿命可由式进行校核，轴承只承受径向载荷的作用，由于工作温度不高且冲击不大，故查表13-4和13-6可取，取基本额定动负荷为C=52800N。则， 该轴承的寿命满足使用10年=2501016=40000h要求。III低速轴：轴承72011C的校核，即轴承寿命校核：轴承寿命可由式进行校核，轴承只承受径向载荷的作用，由于工作温度不高且冲击不大，故查表13-4和13-6可取取基本额定动负荷为C=71500N 则， 该轴承的寿命满足使用10年=2501016=40000h要求。八、箱体内键联接的选择及校核

26、计算：1. 传递转矩已知；2. 键的工作长度l=L-b b为键的宽度；3. 键的工作高度k=0.5h h为键的高度；4. 普通平键的强度条件为； 代号直径(mm)工作长度(mm)工作高度(mm)转矩(N·m)极限应力MPa高速轴10850（B型） 32 50 473.122.8中间轴161045（A型） 52 29 523931.7低速轴181170（A型） 60 52 5.553931.414970（C型） 45 63 4.553942.2由于键采用静联接，材料钢，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。九、联轴器的选择：由于弹性套柱销联轴器结构简单、制造容易、装拆方便、成

27、本较低 、能缓和冲击、吸收震动，所以优先考虑选用它。1. 高速轴用联轴器的设计计算：由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为所以考虑选用，弹性套柱销联轴器TL6其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径，主动轴轴孔长，从动轴轴孔长L=82mm, =60mm装配尺寸2. 连接链轮联轴器的设计计算：由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为其转矩比较大，所以选用弹性销柱联轴器HL4，其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径 轴孔长， 十、箱体的结构设计：箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、质量及成本等有很大影响。1. 减速器箱

28、体为铸造箱体，材料HT200。2. 箱体结构为剖分时，剖分面为水平面，与传动件轴心线平面重合，有利于轴系部件的安装与拆卸。3. 剖分时箱体的结构尺寸选择：（1） 箱座壁厚=0.025a+3>=8mm；a为二级圆柱齿轮减速器的低速级中心距a=20，=8.16<8,不满足要求，则取壁厚=8mm；（2） 箱盖壁厚=（0.80.85），<8mm ，则=mm；（3） 地脚螺栓直径=0.036a+12=16.86 ，选择M20；（4） 地脚螺栓数目：由于a=135<250 ，所以n=4；（5） 根据表4-1得：名 称符号尺寸确定箱座凸缘厚度1.5 12mm箱盖凸缘厚度1.5 12m

29、m箱座底凸缘厚度2.5 20mm轴承旁连接螺栓直径0.75 M16箱盖与箱座连接螺栓直径0.50.6 M12连接螺栓的间距150200 160mm轴承盖螺钉直径0.40.5 M10视孔盖螺钉直径0.30.4 M8定位销直径0.70.8 9mm、至外箱壁距离查表4-2 26 22 18mm、至凸缘边缘距离查表4-2 24 16mm轴承旁凸台半径 24 16mm凸台高度图7-2 >50mm外箱壁至轴承座端面距离+(58)mm 大齿轮顶圆与内机壁距离>= 10mm齿轮端面与内机壁距离>= 10mm箱盖肋厚0.85 6.8mm箱盖肋厚0.85 6.8mm轴承端盖外径 =+2.5mm轴

30、承旁连接螺栓距离 十一、减速器附件的选择：1. 通气器：由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.5。2. 油面指示器：选用游标尺M16。3. 起吊装置：采用箱盖吊耳、箱座吊耳。4. 放油螺塞：选用外六角油塞及垫片M16×1.5。十二、润滑与密封：1. 齿轮的润滑：根据表4-3浸油深度推荐值，选取二级圆柱式齿轮减速器类型：由于低速级周向速度小于12m/s，采用浸油润滑，II级大齿轮浸油高度约为0.7个齿高但不少于10mm，该大齿轮齿高=2.5<10mm，所以II级大齿轮浸油高度取=11mm。III级大齿轮浸油高度大于一个齿高小于1/6个齿轮半径（3.7532.5mm），由于III级大齿轮和二级大齿轮的半径差为0.5mm。所以大齿轮的浸油深度选为=11.5mm。大齿轮齿顶圆到油池低面的距离为3050mm，所以选取的油池深度为45mm2. 滚动轴承的润滑：由于轴承周向速度为0.99小于2m/s，所以采脂润滑，为防止轴承室内的润滑脂流入箱体而造成油脂混合，在箱体轴承座箱内一侧装设甩油环。3. 润滑油的选择：齿轮润滑油，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。轴承润滑脂，选