机械设计课程设计-两级斜齿圆柱齿轮减速箱

1、（ ）大 学机械设计课程设计题目两级斜齿圆柱齿轮减速箱作者学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二一五年六月十六日摘要动力机的转速一般是和我们需要的转速有差异的，输出转速都很高，为了得到我们需要的转速或转矩，需要将动力源的转速降低，减速箱就是起这样的作用。同时减速箱还有改变运动方向、实现不同转速等多个用途。减速箱虽然是一小部件，在结构方面，是麻雀虽小五脏俱全，减速箱包含了常见的一传动部件，基本囊括了机械设计课本当中所学的常见的传动形式，常见的设计思想在减速箱的设计中是完全可以体现出来，对于初学者，通过设计一个较为完整的减速箱可以对设计过程有一个很好的了解。将书本的理论知识运用于实践当中，是

2、对书本理论和知识最好的检验。目录一、设计数据二、确定各轴功率、转矩及电机型号1、传动装置总体设计方案2、电动机的选择3、确定传动装置的总传动比和分配传动比4、计算传动装置的运动和动力参数 5、V带设计三、齿轮设计（一）、高速级 （二）、低速级4、 轴的设计计算 一）、低速轴的设计及校核 二）、高速轴设计三）、轴的设计计算五、箱体结构的设计六、润滑密封设计七、联轴器设计八、设计小结参考资料目录一、设计数据设计课题:设计一用于带式运输机上的二级圆柱斜齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),使用期限10年(360天/年),两班制工作,运

3、输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V ，齿轮减速器总传动比为8，带式输送机选C7，其运输带工作拉力F为2500N，工作速度为1.5m/s 二、确定各轴转矩、转速和功率及电机型号 1.传动装置总体设计方案:1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。 其传动方案如下： 图一:(传动装置总体设计图)初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。选择V带传动和二级圆柱斜齿轮减速器（展开式）。传动装置的总效率0.960.

4、990.960.79；为V带的效率,为轴承传动的效率，为齿轮传动的效率，为联轴器传动的效率，为套筒传递的效率（齿轮为8级精度，油润滑.因是薄壁防护罩,采用开式效率计算)。2.电动机的选择电动机所需工作功率为： PP/25001.5/10000.794.75kW,套筒轴工作转速为n=90r/min，经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比i24，而总传动比合理范围为i1245，电动机转速的可选范围为nin（1245）9010804050r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y132S14的三相异步电动机，额定功率为5.5kW满载转速144

5、0 r/min，同步转速1500r/min。 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比（1） 总传动比由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为n/n1440/9016.08；取整为16（2） 分配传动装置传动比式中分别为带传动和减速器的传动比。减速器传动比为=8则2，则根据=1.4，算得高速级传动比为3.35，则2.394.计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴转速 1440/2720r/min720/3.35214.934r/min/214.93/2.39=89.93 r/min=89.93 r/min（2）各轴输入功率4.750.964.56kW24.560.98

6、0.974.43kW24.430.980.974.12kW24=4.120.980.994.00kW（3） 各轴输入转矩 = Nm电动机轴的输出转矩=9550 =95504.75/1440=31.50 N所以: =31.5020.96=60.482Nm=60.4823.350.980.97=192.61 Nm=192.612.390.980.97=437.59Nm=437.590.990.98=424.55Nm4.750.964.56kW24.560.980.974.43kW24.430.980.974.12kW24=4.120.980.994.00kW（3） 各轴输入转矩 = Nm电动机轴的

7、输出转矩=9550 =95504.75/1440=31.50 N所以: =31.5020.96=60.482Nm=60.4823.350.980.97=192.61 Nm=192.612.390.980.97=437.59Nm=437.590.990.98=424.55Nm运动和动力参数结果如下表轴名功率P KW转矩T Nm转速r/min传动比效率电动机轴4.7531.50144020.961轴4.5660.4827203.350.952轴4.43192.6214.932.390.953轴4.12437.5989.9310.964轴4.00424.5589.93 5、V带设计1、 根据计算功率

8、选择窄V带带型 由工作情况系数表查得 KA=1.1 计算载荷Pca= PKA = 1.1 5.5=6.052、由Pca和转速n1选择带型 A型V带 3、确定带轮的基准直径1）初选基准直径，由课本表8-6和8-8，取小带轮基准直径=100mm2）验算带速 带速合适。3） 计算大带轮的基准直径。4、 V带中心距带的基准长度实际中心距5、 计算根数 由和，查表课本8-4a得： 取整z=5三、齿轮的设计（一）高速级齿轮传动的设计计算 齿轮材料，热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮（1） 齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为小齿轮

9、280HBS, 取小齿齿数=24高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮240HBS Z=iZ=3.3524=80.4 取Z=80. 齿轮精度按GB/T100951998，选择8级，齿根喷丸强化。选取螺旋角=15初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计确定各参数的值:试选=1.4查课本图10-30 选取区域系数 Z=2.42 由课本图10-26 则由课本公式10-13计算应力值环数N=60nj =607201（21036010）=3.1110hN= N/3.35=9.310h 查课本 10-19图得：K=0.92 K=0.96齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式10

10、-12得:=0.92600=552 =0.96550=528 许用接触应力 查课本由表10-6得： =189.8MP 由表10-7得: =1T=95.510=95.5104.56/720=6.04810N.m3.设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模数计算齿宽b b=45.97mm计算摸数m 螺旋角=15初选螺旋角=14计算齿宽与高之比齿高h=2.25 =2.251.85=4.163 =45.97/4.163 =11.04计算纵向重合度计算载荷系数K使用系数=1根据,7级精度, 查课本由表10-8得动载系数K=1.14,查课本表10-4得K的计算公式:K=1.456查课本表1

11、0-13得: K=1.41查课本表10-3 得: K=1.4故载荷系数:KK K K K =11.141.4561.4=2.32按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=45.97=54.40计算模数=4. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式 确定公式内各计算数值 小齿轮传递的转矩60.482kNm 确定齿数z因为是硬齿面，故取z24，z=80传动比误差 iuz/ z80/243.35i0.0325，允许计算当量齿数zz/cos24/ cos1526.63 zz/cos80/ cos1588.77 初选齿宽系数 按对称布置，由表查得1螺旋角15 载荷系数KKK K K K=11.141

12、.41.412.25 查取齿形系数Y和应力校正系数Y查课本由表10-5得:齿形系数Y2.582 Y2.203 应力校正系数Y1.598 Y1.778 计算大小齿轮的 安全系数由表查得S1.25N=60nj =607201（21036010）=3.1110h N= N/3.35=9.310h 查课本表10-20c得到弯曲疲劳强度极限小齿轮 大齿轮 查课本表10-18得弯曲疲劳寿命系数: K=0.87 K=0.89 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 = = 大齿轮的数值大.选用数值大. 设计计算 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T

13、1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=54.40来计算应有的齿数.于是由:z=26.27 取z=26那么z=3.3526=87 几何尺寸计算计算中心距 a=116.99将中心距圆整为117按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正.计算大.小齿轮的分度圆直径d=53.84d=180.16计算齿轮宽度B=圆整的 （二） 低速级齿轮传动的设计计算 材料：低速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=26速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS z=2.3926=

14、62 齿轮精度按GB/T100951998，选择8级，齿根喷丸强化。 按齿面接触强度设计1. 确定公式内的各计算数值试选K=1.4查课本由图10-30选取区域系数Z=2.42试选,查课本图10-26查得=0.78 =0.839 =0.78+0.839=1.619应力循环次数N=60njL=60214.931(21036010)=9.310 N=3.910由课本图10-19查得接触疲劳寿命系数K=0.90 K= 0.94 查课本图10-21d按齿面硬度查得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失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力=0.94550/1=517519.5查

15、课本表10-6查材料的弹性影响系数Z=189.8MP选取齿宽系数 T=95.510=95.5104.43/214.93=19.310N.m =71.802. 计算圆周速度 0.8083. 计算齿宽b=d=171.80=71.804. 计算齿宽与齿高之比 模数 m= 齿高 h=2.25m=2.252.667=6.001 =71.80/6.001=11.965. 计算纵向重合度6. 计算载荷系数KK=1.460使用系数K=1 同高速齿轮的设计,查表选取各数值=1.02 K=1.4 K=K=1.4故载荷系数K=11.021.41.456=2.0857. 按实际载荷系数校正所算的分度圆直径d=d=71

16、.80计算模数3. 按齿根弯曲强度设计m确定公式内各计算数值（1） 计算小齿轮传递的转矩1930kNm（2） 确定齿数z因为是硬齿面，故取z26，zi z2.392662传动比误差 iuz/ z62/262.385i0.0215，允许（3） 初选齿宽系数 按对称布置，由表查得1（4）螺旋角15（5）载荷系数KKK K K K=11.021.41.42.0（6）当量齿数 zz/cos26/ cos1528.85 zz/cos62/ cos1568.80由课本表10-5查得齿形系数Y和应力修正系数Y （7） 计算大小齿轮的 查课本由图10-20c得齿轮弯曲疲劳强度极限 计算大小齿轮的,并加以比较

17、（二）、小齿轮的数值大,选用小齿轮的尺寸设计计算. 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=3mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=81.99来计算应有的齿数.z=26.34 取z=26z=2.3926=62.14 取z=62 初算主要尺寸计算中心距 a=136.66将中心距圆整为137修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正 分度圆直径 d=80.96d=193.05 计算齿轮宽度圆整后取 低速级大齿轮如上图四.轴的设计计算一）、低速轴的设计

18、及校核1. 传动轴承的设计. 求输出轴上的功率P，转速，转矩P=4.12KW =89.93r/min=437.59Nm. 求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为 =193.05 而 F= F= F F= Ftan=4533.44tan15.53=1260N圆周力F，径向力F及轴向力F的方向如图示:. 初步确定轴的最小直径先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本表15-3查的输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号查课本表14-1,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计课程设计指导书

19、P248选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,-轴段右端需要制出一轴肩,故取-的直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径半联轴器与 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故-的长度应取 初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列圆锥滚子轴承32011型. 2. 从动轴的设计 对于选取的单向圆锥滚子轴承其尺寸为的,故;而 .右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位mm

20、, 取安装齿轮处的轴段;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮的宽度为85mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取. 齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高6,取.轴环宽度,取b=10mm. 轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .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右端面间的距离 ,故取. 取齿轮距箱体内壁之距离a=16,两圆柱齿轮间的距离c=20.考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离 s,取s=8,已知滚动轴承宽度T=16,高速齿轮轮毂长L=50,则至此,已初步确定了轴的各端直径

21、和长度.5. 求轴上的载荷 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时,.对于32011型的圆锥滚子轴承,a=15.9mm,因此,做为简支梁的轴的支承跨距. 传动轴总体设计结构图: (从动轴)二）高速轴设计1）按齿轮轴设计，轴的材料取与高速级小齿轮材料相同，40Cr，调质处理，查表15-31，取2）初算轴的最小直径高速轴为输入轴，最小直径处跟V带轮轴孔直径。因为带轮轴上有键槽，故最小直径加大6%，=21.6mm。由带轮轴孔标准，取=25mm高速轴工作简图如图(a)所示首先确定个段直径A段：=25mm 与带轮轴孔配合B段：=30mm，根据油封标准，选择毡圈孔径为30mm的C段：=3

22、5mm，与轴承（圆锥滚子轴承33007）配合，取轴承内径D段：=42mm， 设计非定位轴肩取轴肩高度h=3.5mmE段：=53.84mm，将高速级小齿轮设计为齿轮轴，考虑依据课程设计指导书F段：=42mm, 设计非定位轴肩取轴肩高度h=3.5mmG段， =35mm, 与轴承（圆锥滚子轴承33007）配合，取轴承内径然后确定各段轴的长度A段：=40,B段：=50mm，考虑轴承盖宽度与上端盖到运输带套筒的距离之和取50mmC段：=30mm, 与轴承（圆锥滚子轴承33007）配合,加上挡油盘长度（参考减速器装配草图设计p24）=B+3+1=21+8+1=30mmG段：=30mm, 与轴承（圆锥滚子轴

23、承30207）配合,加上挡油盘长度（参考减速器装配草图设计p24）F段：=16-1=15mmE段：，齿轮的齿宽D段：=120mm, 考虑各齿轮齿宽及其间隙距离，箱体内壁宽度减去箱体内已定长度后圆整两轴承间距离（不包括轴承长度）S=213mm，三）、轴的设计计算1）、按齿轮轴设计，轴的材料取与高速级小齿轮材料相同，40Cr，调质处理，查表15-31，取2）初算轴的最小直径因为带轮轴上有键槽，故最小直径加大6%，=33.0mm。根据减速器的结构，轴的最小直径应该设计在与轴承配合部分，初选圆锥滚子轴承33007，故取=35mm轴的设计图如下：首先，确定各段的直径A段:=35mm,与轴承配合E段：=3

24、5mm，与轴承配合B段：=42mm, 与小齿轮配合C段：=50mm, 轴肩D段：=42mm, 大齿轮内径配合然后确定各段距离：A段： =50mm, 考虑轴承宽度与挡油盘的长度B段：=86mm,根据小齿轮的齿宽，但轴要短于轮毂宽C段：=20mm,轴环宽度D段：=51mm，是大齿轮的齿宽减4mmE段：=51mm, 虑轴承宽度与挡油盘的长度之和再加4mm（为了安装固定）6. 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度根据=前已选轴材料为45钢，调质处理。查表15-1得=60MP 此轴合理安全五.箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合.1.

25、机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为30mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为3. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为8，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁

26、制成，用M6紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡，采用二级通气孔。E 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结

27、凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径16地脚螺钉数目查手册6轴承旁联接螺栓直径10机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）8轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8视孔盖螺钉直径=（0.30.4）8定位销直径=（0.70.8）6，至外机壁距离查机械课程设计指导书表4251818，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书表420 16外机壁至轴承座端面距离=+（812）40大齿轮顶圆与内机壁距离1.215齿轮端面与内机壁距离10机盖，机座肋厚9 8.5轴承端盖外径+（55.5）100（1轴）100（2轴）130（3轴）轴承旁联结螺栓距离100（1轴）100（2轴）130（3轴）六. 润滑密封设计对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以轴承采用脂润滑，齿轮采用油润滑，箱体内选用50号润滑，装至规定高度.油的深度为H+ H=30 =24所以H+=30+24=54其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为 密封的表面要经过