同轴式二级齿轮减速器 -螺旋输送机- 哈尔滨工业大学-机械设计课程设计大作业

1、目录1. 传动装置的总体设计11.1 选择电动机11.1.1 选择电动机的类型11.1.2 选择电动机的容量11.1.3 确定电动机转速11.2 计算传动装置的总传动比并分配传动比21.3 计算传动装置各轴的运动和动力参数21.3.1 各轴的转速21.3.2 各轴的输入功率31.3.3 各轴的输入转矩32. 传动件设计42.1斜齿圆柱齿轮传动设计42.1.1 选择齿轮材料、热处理方式和精度等级42.1.2 初步计算传动主要尺寸42.1.3 确定传动尺寸62.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度72.1.5 齿轮传动其他尺寸93. 装配图草图设计前的准备93.1 选择联轴器的类型93.2 确定滚动轴承的

2、类型及其润滑与密封方式103.3 确定轴承端盖的结构型式10选择凸缘式轴承端盖，便于加工制造。103.4 确定减速器机体的结构方案104. 轴的设计计算114.1 输入轴轴I的设计计算114.1.1 选择材料114.1.2 按扭转强度初算轴径114.1.3 轴的结构设计114.2 轴II的设计计算134.2.1 轴的结构设计134.3 轴III的设计计算144.3.1 选择材料144.3.2 轴的结构设计144.4 轴系部件校核计算154.4.1 轴的受力分析154.4.2 求弯矩、转矩174.4.3 校核轴的强度174.4.4 键连接强度的校核194.4.5 轴承寿命的校核195. 轴系部件

3、结构设计215.1 传动零件的结构设计215.1.1 轴III上大齿轮的结构设计215.1.2小齿轮的结构设计225.1.3轴II上大齿轮的结构设计226. 箱体及其附件结构设计226.1 箱体的结构设计226.1.1 确定箱体的尺寸与形状226.1.2合理设计肋板226.1.3合理选择材料226.1.4由2表6-5设计减速器的具体结构尺寸见下页表格236.2 附件的结构设计236.2.1 检查孔和视孔盖236.2.2 放油螺塞236.2.3 圆形油标236.2.4 通气器236.2.5 起吊装置236.2.6 起盖螺钉236.2.7 定位销237. 参考文献241. 传动装置的总体设计1.1

4、 选择电动机1.1.1 选择电动机的类型按照工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。1.1.2 选择电动机的容量工作机的有效功率为从电动机到工作机输送带间的总效率为式中，、分别为联轴器、轴承、齿轮传动和螺旋输送机的传动效率。由参考文献1 表9.1 机械传动效率概略值查得，当联轴器选择弹性联轴器、轴承选择滚动轴承、齿轮选择一般圆柱齿轮7级精度油润滑时，取 、所以电动机所需工作效率为1.1.3 确定电动机转速按参考文献1表2.1 常用减速器的类型和特点 推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比，所以电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有100

5、0 r/min、1500 r/min、3000 r/min 三种。综合考虑电动机和传动装置的大小、经济性等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000 r/min 的电动机Y132S-6。根据电动机类型、容量和转速，由参考文献1表14.1 Y系列三相异步电动机的型号及相关数据，选定电动机型号为 Y132S-6。其主要性能如下表：电动机型号额定功率/kW满载转速(r/min)起动转速额定转速最大转矩额定转矩Y132S-639602.02.0电动机的主要安装尺寸和外形尺寸如下表： mm型号HABCDEGKbb1b2hAABBHAL1Y112M-6132216140893880108331

6、228021013531560200184751.2 计算传动装置的总传动比并分配传动比1. 总传动比为 2. 分配传动比由于是同轴式减速器，两轴上的齿轮应该对应相同，故3.确定齿数并确定各级实际传动比高速级和低速级采用同样的齿轮，所以所以实际总传动比为于是总传动比误差为所以齿数的选择是合理的。1.3 计算传动装置各轴的运动和动力参数1.3.1 各轴的转速I 轴 II 轴 III轴 1.3.2 各轴的输入功率I 轴 II 轴 III轴 螺旋轴 1.3.3 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩为所以：I 轴 II轴 III轴 工作轴 计算结果汇总于下表：轴名功率P/kW转矩T/(N·mm)

7、转速n/(r/min)传动比i效率电机轴2.3572345096010.99I 轴2.333232209603.1050.95II 轴2.21868540309.183.1050.95III轴2.10820230099.57510.97工作轴2.35919630099.5752. 传动件设计2.1斜齿圆柱齿轮传动设计2.1.1 选择齿轮材料、热处理方式和精度等级由于斜齿圆柱齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好，且冲击和噪声小，因此常用在高速级以使传动平稳。本题中高速级低速级采用两对参数一致的齿轮，故均采用斜齿轮。由于低速轴承受的转矩较大，故先计算低速轴齿轮，令小齿轮为齿轮1，大齿轮为齿轮2。螺

8、旋输送机为一般机械，且要求小批量生产，故毛坯需选用自由锻工艺，大小齿轮均选用45号钢，采用软齿面。由参考文献1表6.2查得：小齿轮调质处理，齿面硬度为217255HBW，平均硬度236HBW；大齿轮正火处理，齿面硬度162217HBW，平均硬度190HBW。大、小齿轮齿面平均硬度差为46HBW，在3050HBS范围内，选用7级精度。2.1.2 初步计算传动主要尺寸由于是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。齿面疲劳强度设计计算公式为：式中： u 齿数比（或称传动比），为大齿轮与小齿轮齿数之比； 材料弹性系数，根据配对的大、小齿轮的材料按参考资料2表6.5查取， 节点区域系数，反映了节点

9、齿廓形状对接触应力的影响，根据大、小齿轮变 位系数和与齿数和的比值、分度圆螺旋角按参考资料2图6.15 查取。 重合度系数，是考虑重合度对齿面接触应力影响的系数。根据端面重合度 和轴面重合度按参考资料2图6.16 查取。 螺旋角系数，是考虑斜齿轮()同其当量齿轮()相比承载能力得到 提高对齿面接触应力影响的系数。可根据分度圆螺旋角按参考资料2式 计算或按图 6.26 查取。 齿宽系数，可根据齿轮相对于轴承的位置、齿面硬度按参考资料2表6.6 查取。 小齿轮分度圆直径，mm。 齿宽，mm。 小齿轮传递的转矩，N·mm。许用接触应力，按参考资料2式（6.26）计算，MPa. 由于中间轴上

10、扭矩较大，故应选中间轴进行设计。式中各参数为：1） 小齿轮传递的扭矩，由前面的设计可知，2） 设计时，因v值未知，不能确定，故可初选载荷系数，初取3） 根据参考资料2表6.6 齿宽系数，由于齿轮相对于轴承的布置形式为非对称布置，因此取0.61.2，取。4） 根据参考资料2表6.5 材料弹性系数，大小齿轮材料均为钢，。5） 初选螺旋角，根据参考资料2图6.15 ，节点区域系数系数为。6） 齿数比。 7） 端面重合度为轴面重合度为由参考资料1图6.16查得，重合度系数7） 根据参考资料1图 6.26查得，螺旋角系数。8） 许用接触应力由式 算得。由参考资料2图6.29e和图6.29a得接触疲劳极限

11、应力：小齿轮1与大齿轮2的应力循环次数分别为查参考资料1图 6.30得寿命系数。由参考资料2表6.7 安全系数参考值，取安全系数，得故取初算小齿轮1的分度圆直径，得2.1.3 确定传动尺寸1） 计算载荷系数。由参考资料1表6.3查得使用系数。因由参考资料1图6.7查得 动载系数。由参考资料1图6.12查得齿向载荷分布系数。由参考资料2表6.4查得齿间载荷分配系数。故载荷系数 2） 对进行修正。因K与有较大差异，故需对按值计算出的进行修正，即3） 确定模数。按参考资料2表6.1，取。4） 计算传动尺寸。中心距 圆整为 = 110mm，则螺旋角值改变后，变化量很小，因此不再修正和a。故 。由，取。

12、又，取。2.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度式中各参数:1） K、值在前已经查得。2） 齿宽。3） 齿形系数和应力修正系数。当量齿数由参考资料1图6.20 查得。 由参考资料1图6.21查得。4） 由参考资料1图6.22查得重合度系数。5） 由参考资料1图6.28查得螺旋角系数。6） 许用弯曲应力可用算得。由参考资料1图6.29f、图6.29b 查得弯曲疲劳极限应力由参考资料1图6.32查得寿命系数。由参考资料1表6.7查得安全系数，故满足齿根弯曲疲劳强度。2.1.5 齿轮传动其他尺寸圆柱齿轮几何尺寸表序号项目代号计算公式计算结果1齿数齿轮1z1/19齿轮2z2/592法面模数(mm)mn /2.

13、753端面模数(mm)mt2.8214法面压力角（度)/205端面压力角（度)20.476齿顶高系数/17顶隙系数c* /0.258标准中心距(mm)a1109螺旋角/12.838610齿顶高(mm)齿轮1ha12.75齿轮2ha22.7511齿根高(mm)齿轮1hf13.44齿轮2hf23.4412分度圆直径(mm)齿轮1d153.39齿轮2d2166.4113齿顶圆直径(mm)齿轮1da159.09齿轮2da2171.9114齿根圆直径(mm)齿轮1df146.71齿轮2df2159.5315重合度（mm）1.607由于采用二级同轴式设计，故两对齿轮对应相同，故另一对不需重复设计。3. 装

14、配图草图设计前的准备3.1 选择联轴器的类型对于连接电动机和减速器高速轴的联轴器，为了适应震动和冲击以及定心不完全准确，选择联轴器类型应具有较小的转动惯量和较好的减震性能，所以采用弹性柱销联轴器LH型。 输出轴为了获得较大的转矩，选用凸缘式联轴器GY型。3.2 确定滚动轴承的类型及其润滑与密封方式（1） 由于减速器使用的齿轮是斜齿圆柱齿轮，因此有轴向力，所以选择角接触球轴承。（2） 高速级齿轮圆周速度为，因此采用油润滑。（3） 由于轴承为油滑，并且工作环境为清洁，故采用毛毡密封圈进行密封。（4） 两级齿轮在密封箱体中应用浸油润滑，同时起到冷却的作用。3.3 确定轴承端盖的结构型式 选择凸缘式轴

15、承端盖，便于加工制造。3.4 确定减速器机体的结构方案考虑到拆装方便，采用剖分式机体，取通过传动件轴线的平面为剖分面。铸件减速器机体结构尺寸表如下：铸铁减速器机体结构尺寸计算表名称符号尺寸关系尺寸大小基座壁厚10 mm机盖壁厚10mm机座凸缘厚度15 mm机盖凸缘厚度15 mm机座底凸缘厚度p25 mm地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目n时，n=44轴承旁连接螺栓直径0.75dfM12机盖与机座连接螺栓直径(0.50.6)dfM10轴承端盖螺钉M8连接螺栓的间距150200mm150窥视孔盖螺栓直径(0.30.4)dfM8定位销直径(0.70.8)df8mm、至外壁最小距离/22、18、16mm、

16、至凸缘最小距离/16、14mm内机壁至轴承座端面距离55mm大齿轮顶圆与内机壁距离>1.215mm齿轮端面与内机壁距离15mm机盖、机座肋厚9mm/9mm轴承端盖外径125mm/92mm轴承端盖凸缘厚度e10mm轴承旁连接螺栓距离s视结构而定4. 轴的设计计算4.1 输入轴轴I的设计计算4.1.1 选择材料通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中小型功率。因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45钢，调质处理。4.1.2 按扭转强度初算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径：其中轴传递的功率，轴的转速，r/minC由许用扭转剪应力确定的系数。查参考

17、资料2表9.4得C=106118，取C=110。考虑键槽影响，取。4.1.3 轴的结构设计为方便轴承部件的装拆，减速器的机体用剖分结构形式。因传递功率小，齿轮减速器效率高，发热小，轴不会很长，故轴承部件的固定方式采用两端固定。由于本设计中的轴需要安装联轴器。因为各处受力不同，因此，设计成阶梯轴形式，共分为七段。（1） 联轴器及轴段1对于连接电动机和减速器高速轴的联轴器，为了减小启动转矩，其联轴器类型应具有较小的转动惯量和较好的减震性能，故采用弹性柱销联轴器。计算转矩为式中，T联轴器所传递的名义转矩。 K工作情况系数，查参考文献2表12.1可取：K=1.5。根据计算转矩和电动机轴径D=38mm，

18、查参考文献1表13.1 LH型弹性柱销联轴器，确定选择LH2型联轴器。其参数为：公称转矩315N·m，许用转速为5600r/min。取与轴相连端轴径20mm，轴孔长度38mm，A型键槽。最后可确定减速器高速轴轴伸处的直径，轴段1的长度应该比联轴器主动端轴孔长度略短，故取。（2） 轴段2轴段2 要对联轴器进行轴向固定，并且故。（3） 轴段3考虑到选择适当的轴承，初选轴承为7205c，所以该段直径定为25mm。（4） 轴段4考虑到齿轮的设计选择设计直径为26mm。（5） 轴段5考虑到齿轮的轴向固定选择该段直径为28mm。（6） 轴段6该段轴直径等于7205c轴承安装直径，（7） 轴段7同

19、轴段3。（8） 机体与各轴段的长度轴段2、4的长度除与轴上零件有关外，还与机体及轴承盖等零件有关。轴段1为了适应联轴器选择长度略短与联轴器的长度为。轴段2的长度：。轴段3安装轴承同时具体长度与结构设计有关：轴段4的设计长度比齿轮轮毂长度稍短，。轴段 5长度为8mm。轴段6长度：。轴段7的长度与所选用的轴承相关，与轴承宽度一致，长度为15mm。（9）键连接设计联轴器与轴之间采用A型普通平键连接，根据参考文献2 表11.27，轴段1选用A型普通平键，为键6×32GB/T1096-2003，h = 6 mm。4.2 轴II的设计计算中间轴所用轴承选用7205C。4.2.1 轴的结构设计为方

20、便轴承部件的装拆，减速器的机体用剖分结构形式。因传递功率小，齿轮减速器效率高，发热小，估计轴不会很长，故轴承部件的固定方式采用两端固定。由于本设计中的轴需要安装联轴器、齿轮、轴承等不同的零件，并且各处受力不同，因此，设计成阶梯轴形式，共分为5段。轴段1和5安装轴承，轴承选择7205C，轴承宽度为15mm，由作图得到长度分别为38mm，33mm，d=25mm。 轴段2上安装齿轮，长度比齿轮略短一些，长度为57mm，d=28mm。齿轮轴3为过渡轴段，且为大齿轮的定位轴段，故d=30，长度由作图确定为80mm。轴段4上安装齿轮，长度比齿轮轮毂略短一些，长度取63mm，d=26mm。轴段5为齿轮的固定

21、轴肩，故d=25mm，长度由作图得32mm。键连接设计，大齿轮与轴之间采用A型普通平键连接，根据参考文献2 表11.27，轴段2选用A型普通平键，8×45 GB/T1096-2003，h = 7 mm。4.3 轴III的设计计算4.3.1 选择材料通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中小型功率。为了使结构紧凑对称选用材料45。4.3.2 轴的结构设计在该轴选用7209C轴承，故轴段3与轴段7直径为45mm。为方便轴承部件的装拆，减速器的机体用剖分结构形式。因传递功率小，齿轮减速器效率高，发热小，估计轴不会很长，故轴承部件的固定方式采用两端固定。由于本设计中的

22、轴需要安装联轴器、齿轮、轴承等不同的零件，并且各处受力不同，因此，设计成阶梯轴形式，共分为7段。（1） 联轴器及轴段1对于连接电动机和减速器低速轴的联轴器，为了获得较大转矩，故选择凸缘式联轴器。计算转矩为式中，T联轴器所传递的名义转矩。 K工作情况系数，查参考文献2表12.1可取：K=1.9。由参考文献1表13.2查询可得选用GY5型联轴器，取与轴相连端轴径38mm，轴孔长度为60，J型。相应的，轴段1的直径，取其长度为略短于联轴器轴孔长度。（2） 轴段2轴段2要对联轴器进行轴向固定。（3） 轴承及轴段3、轴段7轴段3和轴段7安装轴承，尺寸由轴承确定。故取。轴段7的长度与轴承宽度相等，故取。（

23、4） 齿轮与轴段4轴段2选取d=48mm。长度比齿轮轮毂稍短，。（5） 轴段5是齿轮的定位轴环，故d=55，b=1.4h=4.9，取。（6） 轴段6轴段6是轴承定位轴段，选取4.4 轴系部件校核计算本设计中已完成高、中、低速轴的轴系部件校核计算，均满足设计要求，此处只给出低速轴校核计算过程。4.4.1 轴的受力分析弯矩图如下：转矩：周向力轴向力径向力 轴承支反力： 轴承的内部轴向力4.4.2 求弯矩、转矩在水平面上a-a剖面左侧；a-a剖面右侧在垂直平面上合成转矩a-a剖面左侧a-a剖面右侧4.4.3 校核轴的强度a-a剖面左侧，既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，还有键槽引起的应力集中，故a-a剖

24、面左侧为危险截面。 由参考文献2附表10.4查得，抗弯剖面模量为 抗扭剖面模量 弯曲应力 扭切应力对于调质处理的45钢。由参考文献2表 10.1查得， ，；由小注查得材料的等效系数。键槽引起的应力集中系数，由参考文献2附表10.4并利用插值法可得绝对尺寸系数，由参考文献2附图10.1查得。轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献2附图10.2查得。安全系数由参考文献2 表10.5 查得许用安全系数S=1.31.5，显然S>S，故aa剖面安全。4.4.4 键连接强度的校核由参考文献2式6.1式中：工作面的挤压应力，；传递的转矩，；轴的直径，；键的工作长度，A型，为键的公称长度和键宽；键与毂槽的

25、接触高度， ；许用挤压应力，由参考文献2表4.1，静连接，材料为钢，有轻微冲击，,取100Mpa。联轴器处键连接处的挤压应力（l=L-b） ，校核通过。齿轮处键连接的挤压应力（l=L-b） ，校核通过。 键连接强度校核通过。4.4.5 轴承寿命的校核 由参考文献1续表12.2查得7209C轴承得。(1) 计算轴承轴向力内部轴向力计算公式，则轴承、的内部轴向力分别为与方向图如下图所示，与方向相同，则 因此轴有左移趋势，但有轴承部件的结构图分析可知左轴承将使轴保持平衡，故两轴承的轴向力分别为 比较两轴承的受力，因 及 ，故只需校核轴承。(2) 计算当量动载荷,e=0.42所以取X=0.44，Y=1

26、.34当量动载荷(3) 校核轴承寿命轴承在100以下的室温工作，查参考文献2表11.9得 。载荷变动小，查参考文献2表11.10 得。轴承的寿命已知使用6年，采用两班制，预期寿命显然，故轴承寿命满足要求。5. 轴系部件结构设计5.1 传动零件的结构设计5.1.1 轴III上大齿轮的结构设计为了减少质量和节约材料，采用锻造腹板式齿轮结构。考虑本设计生产批量较小，采用自由锻毛坯结构，如下图所示。图中， ； ；，取L=b=59mm；mm，取77mm；，取135mm；，取106mm;，取14mm； ，取11mm。 ，取15mm； r=0.5c=7.5mm。5.1.2 小齿轮的结构设计小齿轮均设计成实心

27、式。5.1.3 轴II上大齿轮的结构设计 ； ；，取L=b=59mm；，取60mm；，取135mm；，取97.5mm;，取18mm； ，取11mm。 ，取15mm； r=0.5c=7.5mm。6. 箱体及其附件结构设计6.1 箱体的结构设计箱体采用剖分式焊接结构，下面对箱体进行具体设计。6.1.1 确定箱体的尺寸与形状箱体的尺寸直接影响它的刚度，首先确定合理的箱体壁厚。为了保证结合面连接处的局部刚度与接触刚度，箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘，箱座底面凸缘厚度设计得更厚些。6.1.2 合理设计肋板在轴承座孔与箱底接合面处设置加强肋，减少了侧壁的弯曲变形。6.1.3 合理选择材料因为易切削，抗压性能好，并具有一定的吸振性，且减速器的受载不大，所以箱体可用灰铸铁制成。6.1.4 由2表6-5设计减速器的具体结构尺寸见下页表格6.2 附件的结构设计6.2.1 检查孔和视孔盖检查孔用于检查传动件的