同轴式二级圆柱直齿轮减速器设计

1、第一章 设计任务设计题目：螺旋输送机传动装置用同轴式二级圆柱直齿轮减速器的设计设计要求：1、 螺旋输送机转速：14r/min2、 输送螺旋所受阻力矩：1400Nm3、 使用寿命：10年，每年300个工作日4、 工作情况：三班制，连续单向运转，载荷较平稳5、 动力来源：三相交流电，电压380/220V6、 检修间隔期：四年一大修，两年一中修，半年一小修7、 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产第2章 设计过程1、 选择电动机1）电动机功率计算P工作机功率 ：= =2.5 kw电动机需要功率： Pd= P w /总效率 ：其中，1_联轴器，为0.99 2_III轴轴承效率，为0.99 3

2、_低速级齿轮啮合效率，为0.97 4_ II轴轴承效率，为0.99 5_ 高速级齿轮啮合效率，为0.96 6_ I轴轴承效率，为0.99 7_皮带效率，为0.96故，=0.86Pd=2.5/0.86=2.9 kw2） 电动机转速计算工作机转速nw=14r/min 电动机转速: nd= nw*i总*iV带 其中：i总=840 i总为减速器总传动比 iV带取5 iV带为皮带传动比故 nd=5602800 r/min3） 选定电动机根据求出的P、n查手册。选定电动机：型号：Y100L24、 同步转速n=1500r/min、满载转速nm=1430r/min、 额定功率P额=3kw2、 传动比的分配i总

3、*iV带=nm/nw=1430/14=102.1其中，i总=i高*i低，且i高=i低故， i总= i低2=20.4故， i低=4.5，i高=4.53、 计算各轴的n，P，T1）各轴转速电动机轴:nm为1430 r/minI轴: nI =nm/5=286 r/minII轴: n II =nI/i高=63.6 r/minIII轴： n III=n II/i低=14.1r/min2)各轴输入功率电动机轴: Pd=Pw/总=2.9kwI轴: P I = Pd *9=2.8kwII轴: P I I= P I * 78=2.7kwIII轴： PIII=PII*56=2.6kw3) 各轴扭矩T电动机轴：Td

4、=9550*Pd/nm=19.4 N*m I轴： TI= Td*9=18.6 N*mII轴：TII= TI*78*i高=79.6N*mIII轴：TIII=TII*56*i低=344 N*m4、 齿轮的设计计算（一）、高速级齿轮的设计计算1、选定尺寸类型、精度等级、材料及齿数1）、选定圆柱直齿轮传动2）、螺旋输送机机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度3）、选定材料：由表10-1选择小齿轮材料为40Cr调制，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢调制，硬度为240HBS4）、选定小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数2、按齿面接触强度计算由设计公式进行试算，即（1）、确定公式内各计算数值1）、试选

5、载荷系数Kt=1.3。2)、计算小齿轮传递的扭矩3）、由表10-7选取宽度系数d=1。4）、由表10-6查得材料的弹性影响系数5）、由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限为=550MPa。6）、由式10-13计算应力循环次数7）、由图10-19取接触疲劳系数KHN1=0.9,KHN2=0.988）、计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1,由式10-12得（2）、计算1）、计算小齿轮分度圆直径，代入中较小者的值=62.5544mm2）、计算圆周速度v3）、计算齿宽b4）、计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 齿轮宽高比为：5

6、）、计算载荷系数根据圆周速度v，7级精度，由图10-8查得动载荷系数Kv=1.11直齿轮，；由表10-2查得使用系数=1由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，=1.35由b/h、KHB查图10-13得故载荷系数6）、按实际载荷系数矫正所算得的分度圆直径，由式10-10a得7）、计算模数m3、按齿根弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度设计公式为（1）、确定公式内的各计算数值1）、由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限、大齿轮的弯曲强度极限2）、由图10-18取弯曲疲劳寿命系数3）、计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式10-12得4）、计算载荷系数K5

7、）、查取齿形系数由表10-5得齿形系数6）、查取应力校正系数由表10-5查得7）、计算大、小齿轮的YFa*YSa/aF,并加以比较（2）、设计计算=2.0007取两次计算较小的模数m =2.0007将模数就近圆整为标准值得m=2.5按另一种方法计算出来的分度圆直径d =65.785mm计算小齿轮齿数取z1为z1=27大齿轮齿数z2=z1*i=1224、几何尺寸计算（1）、计算分度圆直径d1=z1*m=67.54mmd2=z2*m=305mm（2）、计算中心距a=(d1+d2)/2=186.25mm（3）、计算齿轮宽度b=d*d1=67.5mm取B2 =68mm,B1 =72mm（2） 、低速级

8、齿轮的设计计算设计步骤同高速级齿轮设计，设计计算结果如下：模数 m=4齿数：z1=27，z2=122分度圆直径：d1=108mm，d2=488mm中心距：a=298mm齿宽：B1=116mm，B2=112mm因减速器为同轴式，故高速级齿轮中心距与低速级齿轮中心距应相等，为满足齿轮强度要求，故高速级齿轮应按照低速级齿轮设计。因此，高速级与低速级齿轮参数均如下所示：模数 m=4齿数：z1=27，z2=122分度圆直径：d1=108mm，d2=488mm中心距：a=298mm齿宽：B1=112mm，B2=108mm5、 轴的设计计算与强度校核（1） 、高速轴的设计计算1、已知条件：轴的输入功率P、转

9、速n、转矩T分别为：P=2.8kW，n=286r/min，T=18.6Nm2、初步确定轴的最小直径先按式15-2初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。 查表取A0=112，则最小直径 取安全系数S=1.3，最小直径为dmin=31mm3、轴的结构设计（1）、最小直径处显然是安装皮带轮，取皮带轮宽度为50，为保证其与轴端挡圈充分接触，应取轴的长度略小于其宽度,故，取第1段轴的长度和轴径分别为l1=49mm，d1=31mm，(2)联轴器采用轴肩定位，取轴肩高度为4mm，故第2段轴径和长度分别为l2=50mm，d2 =39mm，（3）、初步确定滚动轴承型号查设计手册，确定滚动轴承为6

10、209，其尺寸为 故，第3段轴的轴径和长度分别为d3=45mm，l3=40mm，（4）、第4段轴安装高速级齿轮，考虑到齿轮应与定位块充分接触，故应取轴的长度略短于齿轮宽度，现已知齿轮宽度为B=112mm，则，取第四段轴的轴径和长度分别为d4=50mm，l4 =111mm，（5）、齿轮采用轴肩进行定位，取轴肩高度为h=7mm,宽度为10mm，则第5段轴的轴径和长度分别为d5 =64mm，l5 =10mm。（6）、第6段轴应考虑到轴承的安装尺寸，故其轴径和长度分别为d6=56mm，l6=10mm。(7）、第7段轴安装轴承，故d7=d3，则其轴径和长度分别为d7 =45mm，l7=19mm。（二）、

11、中间轴的设计计算1、已知条件：轴的输入功率P、转速n分别为：P=2.7kW，n=63.6r/min2、初步确定轴的最小直径先按式15-2初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。 查表取A0=112，则最小直径 取安全系数S=1.2，故最小直径为dmin=48mm3、轴的结构设计（1）、最小直径处显然是安装滚动轴承，查设计手册，初步确定滚动轴承的型号为6210，基本尺寸为，取轴承距箱体内壁距离为10，高速级小齿轮距箱体内壁距离为10，则第1段轴的轴径及长度分别为d1=50mm，l1=41mm（2）、第2段轴安装中间轴大齿轮，由前面设计可知大齿轮宽度B=108，为保证齿轮与固定块的充

12、分接触，应取轴的长度略小于齿轮宽度,故第2段轴的长度和轴径分别取l2=107mm，d2=65mm(3）、齿轮采用轴肩定位，为保证两对齿轮能够正确啮合，取轴肩宽度为120mm，高度h=7mm，故第3段轴的轴径和长度分别为l3=120mm，d3=80mm（4）、第4段轴安装中间轴小齿轮，为保证小齿轮与定位块充分接触，应取轴长略小于齿轮宽度。前面已计算得小齿轮宽度为B=112mm，故，轴径和轴长分别为d4=65mm,l4=111mm(5）、第5段轴安装轴承，取中间轴小齿轮距箱体内壁的距离为10mm，则d5=50mm，l5=41mm。（三）、输出轴的设计计算1、已知条件：轴的输入功率P、转速n分别为：

13、P=2.6kW，n=14.1r/min2、初步确定轴的最小直径先按式15-2初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。 查表取A0=112，则最小直径 取安全系数S=1.1，故最小直径为dmin=69.63、轴的结构设计（1）、最小直径处显然是安装联轴器，查设计手册，确定联轴器的型号为 LX5-Y，基本尺寸为，为保证其与轴端挡圈充分接触，应取轴的长度略小于其宽度,故，取1段轴的长度和轴径分别为l1=141mm，d1=71mm。(2)联轴器采用轴肩定位，取轴肩高度为5mm，故第2段轴径和长度分别为l2=50mm，d2 =81mm。（3）、初步确定滚动轴承型号查设计手册，确定滚动轴承为

14、6217，其尺寸为 故，第3段轴的轴径和长度分别为d3=85mm，l3=49mm。（4）、第4段轴安装低速级齿轮，考虑到齿轮应与定位块充分接触，故应取轴的长度略短于齿轮宽度，现已知齿轮宽度为B=108mm，则，取第四段轴的轴径和长度分别为d4=90mm，l4 =107mm。（5）、齿轮采用轴肩进行定位，取轴肩高度为7mm，故d5=104mm，l5 =10mm。（6）、第6段轴应考虑到轴承的安装尺寸，故其轴径和长度分别为d6=100mm，l6=10mm。(7）、第7段轴安装轴承，故d7=d3，则其轴径和长度分别为d7 =85mm，l7=28mm。（4） 、输出轴的强度校核1、求作用在齿轮上的力已

15、知齿轮的分度圆直径为，而， 轴计算简图及载荷方向如下图所示。则，垂直方向，即水平方向，2、做出弯矩图和扭矩图根据轴的计算简图和各力的值，做出弯矩图和扭矩图如下 3、按弯扭合成应力校核轴的强度通过弯矩图和扭矩图可以明显看出，轴上齿轮处承受最大弯矩和扭矩，为危险截面。根据式15-5及齿轮处的数据，以及单向旋转、扭转切应力为动脉循环变应力，取a=0.6，轴的应力为 前面已经选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 故安全。6、 轴承的寿命校核（输出轴）根据轴承寿命的计算公式 其中，查设计手册可得，深沟球轴承6217的基本额定动载荷Cr=83.2kN，P为轴的输入功率，为2.6kW，n为轴的转

16、速，为14.1r/min，代入计算公式，得出轴承的工作寿命为 而减速器的要求工作寿命为 因为，故轴承符合要求。7、 键的选取与强度校核（1） 、输入轴键的选择 1、输入轴与皮带轮采用键连接，根据 d=31mm，l=49mm查设计手册，选择键的型号为 C 键 10X45 GB/T 1096-20032、 输入轴齿轮与输入轴采用键连接，根据 d=50mm，l=111mm查设计手册，选取键的型号为 键 14X100 GB/T 1096-2003（2） 、中间轴键的选择 1、中间轴大齿轮与轴的连接采用键连接，根据 d=65mm，l=107mm查设计手册，选择键的型号为 键 18X100 GB/T 10

17、96-2003 2、中间轴小齿轮与轴的连接采用键连接，根据 d=65mm，l=111mm查设计手册，选择键的型号为 键 18X100 GB/T 1096-2003（3） 、输出轴键的选取 1、输出轴与联轴器连接处采用键连接，根据 d=71mm，l=141mm 查设计手册，选取键的型号为 C 键 20X125 GB/T 1096-20032、输出轴与输出轴齿轮连接处采用键连接，根据 d=90mm，l=107mm,查设计手册，选取键的型号为 键 25X100 1096-2003（4） 、输出轴与输出轴齿轮连接处键的校核 1、已知条件 传递的转矩 T =344000 N·mm 轴的直径 d

18、 =90 mm 2、查设计手册可得 键的截面尺寸b×h =25x14 mm 键的长度L =100 mm 键的有效长度L0 =75mm 接触高度k =5.6 mm 许用应力p =110 MPa 3、计算应力 4、校核计算结果： ，满足八、减速箱的润滑与密封的选择 1.润滑方式的选择在减速器中，良好的润滑可以减少相对运动表面间的摩擦磨损和发热，还可起到冷却散热防锈冲洗金属磨粒和降低噪声的作用，从而保证减速器的正常工作及寿命。齿轮圆周速度：高速齿轮低速齿轮 由于V不均小于2m/s，所以轴承采用油润滑润滑，齿轮靠机体油的飞溅润滑。2.润滑油的选择由于该减速器是一般齿轮减速器，故选用N200工

19、业齿轮油3.密封方式的选择输入轴和输出轴的外伸处，为防止润滑脂外漏及外界的灰尘等造成轴承的磨损或腐蚀，要求设置密封装置。因用脂润滑，所以采用毛毡圈油封，即在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环形，放置在梯形槽中以与轴密合接触；或在轴承盖上开缺口放置毡圈油封，然后用另一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡密封效果，它的结构简单。所以用毡圈油封。 9、 箱体的设计名称计算公式结 果机座壁厚=0.025a+1810mm机盖壁厚11=0.02a+1810mm机座凸缘壁厚b=1.515 mm机盖凸缘壁厚b1=1.5115 mm机座底凸缘壁厚b2=2.525mm地脚螺钉直径df =0.036a+12=17.

20、90420mm地脚螺钉数目a<250,n=44 轴承旁联接螺栓直径d1=0.75 16 mm箱盖与箱座联接螺栓直径d2d2=(0.50.6) 12 mm联接螺栓d2间距L=150200160 mm轴承盖螺钉直径d3=(0.40.5) 10 mm窥视孔螺钉直径d4=(0.30.4) 8 mm定位销直径d=(0.70.8) 10 mm轴承旁凸台半径R=CRf=24mmR1=20mmR2=16mm轴承盖螺钉分布圆直径D1= D+2.5d3(D为轴承孔直径)D11=97mmD12=105mmD13=125mm轴承座凸起部分端面直径D2= D1+2.5d3D21=122mmD22=130mmD23

21、=150mm大齿顶圆与箱体内壁距离11>1.214 mm齿轮端面与箱体内壁距离22>10 mmdf,d1,d2至外机壁距离C1=1.2d+(58)C1f=30mmC11=20mmC12=20mmdf,d1,d2至凸台边缘距离C2C2f=24mmC21=20mmC22=16mm机壳上部（下部）凸缘宽度K= C1+ C2Kf=54mmK1=40mmK2=36mm轴承孔边缘到螺钉d1中心线距离e=(11.2)d116mm轴承座凸起部分宽度L1C1f+ C2f+(35)58 mm吊环螺钉直径dq=0.8df16mm10、 减速器附件的选用1.观察孔盖由于减速器属于中小型，查表确定尺寸如下（单位：mm）检查孔尺寸检查孔盖尺寸BLb1L1b2L2R孔径d4孔数n6812010015084 13556.542.通气器设在观察孔盖上以使空气自由溢出，现选通气塞。查表确定尺寸如下：DDD1SLlad1M20×1.53025.4222815463.游标选游标尺，为稳定油痕位置，采用隔离套。查表确定尺寸如下：dd1d2d3habcDD1M12412628106420164.油塞dD0LhbDSed1HM18×1.52527153282124.215.825.吊环螺钉d