自动化毕业设计二级展开式斜齿轮减速器的设计

1、机械基础课程设计说明书 题目名称 ：二级圆柱齿轮减速器 学 院: 核技术与自动化工程学院 专 业: 机械工程及其自动化 班 级: 机械三班 指导老师 : 王翔（老师） 学 号:201106040322 姓 名:陈建龙 完成时间 :2014年1月11日 评定成绩 ：目 录一 课程设计书 二 设计要求 三设计过程 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. 设计V带和带轮 6. 减速器内齿轮传动设计 6.1高速级齿轮的设计 6.2低速级齿轮的设计 7. 滚动轴承和传动轴的设计 7.1输出轴及其所配合轴承的设计

2、7.1中间轴及其所配合轴承的设计 7.1输入轴及其所配合轴承的设计 8. 键联接设计 9. 箱体结构的设计 10.润滑密封设计 四设计小结 五参考资料 二 设计要求题目：工作条件：双班制工作，有轻度振动，小批量生产，单向传动，轴承寿命2年，减速器使用年限为6年，运输带允许误差三设计过程题号运输带有效应力（F/N）运输带速度V（m/s）卷筒直径D（mm）已知数据96000.243201.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

3、在高速级。 其传动方案如下：传动装置总体设计图装置总的效率=0.79为V带的效率,为齿轮的传动效率，为滚子轴承的效率，为联轴器的效率（有弹性元件的挠性联轴器），为卷筒的效率（齿轮为7级精度，油脂润滑.因是薄壁防护罩,采用开式效率计算)。2. 电动机的选择（1） 选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型（2）选择电动机的电容计算所需条件：F：工作机的工作阻力 V：工作机卷筒的线速度 T：工作机的阻力矩装置的总效率（3） 确定电动机转速卷筒工作转速取V带的传动比为24，二级圆柱齿轮减速器传动比为840求得总传动比的范围为16160方案电动机型号额定功

4、率同步转速满载转速总传动比1Y100L2-431500144099.862Y132S-63100096067.04综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、总传动比，选定型号为Y132S-6的三相异步电动机。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（1）各轴转速960/3.15=304.76r/min304.76/5.27=57.83r/min/57.83/4.05=14.28r/min=14.28r/min(2)各轴输入功率2.90.962.78kW滚2.780.980.972.64kW滚2.640.980.972.51kW滚联=2.510.980.9

5、92.44kW(3) 各轴输入转矩电动机轴的输出转矩=9550=95502.9/960=28.45 Nm=28.453.150.96=86.03 Nm=86.035.270.980.97=430.98 Nm=430.984.050.980.97=1659.24Nm卷筒轴的输入功率=1659.240.98 Nm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输入输出输入输出电动机轴328.459601轴2.7886.03304.762轴2.64430.9857.833轴2.511659.2414.284轴2.441609.7914.28（输出功率乘以各轴输出端轴承的功率）5.

6、普通V带传动设计（1） 确定计算功率（）（2） 选择V带的带型根据课本157页图8-11推出选择A型V带（3） 确定带轮的基准直径d1并验算带速v根据课本157页表8-8，初选小带轮直径d1=100mm带速v应控制在525m/s，最大不应超过30m/s计算大带轮的基准直径d2（4） 确定中心距a，并选择V带的基准长度Ld初定中心距a0取a0=500mm计算相应的带长Ld0查课本表8-2，选带的基准长度Ld=1600mm计算中心距a及其变动范围（5） 验算小带轮上的包角（6） 确定带的根数z（）根据d1=100mm，n1=960r/min，查课本表8-4a得P0=0.95KW根据n1=960r/

7、min，=3.15，A型V带，查课本表8-4b得P0=0.11KW查表8-2及8-5得=0.99，=0.926 取4根（7） 确定带的初拉力查课本表8-3得q=0.1kg/m单根V带所需的最小初拉力（8） 计算带传动的压轴力 (9)带轮采用孔板式结构6. 减速器内齿轮传动设计高速级齿轮1.确定齿轮类型、精度等级、材料及齿数高速级齿轮选用斜齿轮配合，低速级采用直齿轮配合。运输机为一般工作机器，速度不高，所以选7级精度。齿轮材料及热处理材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS 齿轮精度：按GB/T100951998，选择7

8、级，齿根喷丸强化。初步选择小齿轮齿数z1=17，大齿轮齿数z2=90选择螺旋角，初选螺旋角=152. 齿面接触强度设计（1）数值的计算选取试选Kt=1.6查课本图10-26得=0.742，=0.87，=1.612查课本图10-30得=2.425计算小齿轮的转矩查课本表10-7取齿宽系数d=1.0查课本表10-6得材料的弹性影响系数ZE=189.8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计算应力循环次数查课本图10-19取接触疲劳寿命系数取失效概率为1%，安全系数S=1（2） 计算圆周速度（3） 计算齿宽b及模数（4） 计算纵向重合度（5） 计算使用系

9、数K根据v=0.87m/s，7级精度，由课本图10-8得Kv=1.05由课本表10-4,10-3及图10-13查得(6) 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径（7） 模数计算3. 齿根弯曲强度计算计算载荷系数根据纵向重合度，查课本图10-28得螺旋角系数计算当量齿数由课本表10-5查取齿形系数由课本表10-5查取应力校正系数查课本图10-20c得大小齿轮的弯曲疲劳极限分别是查课本图10-18取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4计算大小齿轮的大齿轮的数值较大取=2.5mm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/

10、T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.5mm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=60.73来计算应有的齿数.于是有：4. 几何尺寸计算计算中心距将中心距圆整为a=195mm按圆整后的中心距修正螺旋角大小齿轮的分度圆直径计算齿轮宽度低速级齿轮（1）齿轮材料及热处理材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS 齿轮精度：按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。选取小齿轮的齿数z1=20,大齿轮的齿数功率P1=2.64KW，n1=57.83m/s（2） 按齿面接触强度设计试确定

11、载荷系数 Kt=1.3计算小齿轮传递的转矩（公式同斜齿轮）取齿宽系数弹性影响系数ZE=189.8小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限计算应力循环次数(公式同斜齿轮)接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力，取安全系数S=1（公式同前）（3） 计算试计算小齿轮分度圆直径计算圆周速度v计算齿宽计算齿宽与齿高之比模数齿高所以计算载荷系数根据v=0.3m/s，7级精度，查课本图10-8得动载系数直齿轮查课本表10-4取所以按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径计算模数m（3） 按齿根弯曲强度计算大小齿轮的弯曲疲劳极限分别是取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4计算

12、载荷系数由课本表10-5查取齿形系数由课本表10-5查取应力校正系数计算大小齿轮的大齿轮的数值较大因此对比计算结果，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=4mm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=110.778来计算应有的齿数.于是有：(4) 几何尺寸的计算分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度（5） 结构设计（以低速级大齿轮为例）分度圆直径d=m*z=452mm齿根圆直径df=z*m-2.5*m=442mm齿顶圆直径da=z*m+2*m=460mm基圆直径db=z*m*cos(alph

13、a)=424.74mm因齿轮齿顶圆直径大于160mm而小于500mm，故以选用腹板式结构为宜计算方式如下图根据公式求得低速级大齿轮结构图：7.传动轴承和传动轴的设计输出轴及其所带轴承的设计（1） 求输出轴上的功率P，转速，转矩P=2.51KW =14.28r/min =1659.24NM（2） 求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为=452所以 F= F= F（直齿轮螺旋角等于0） F= Ftan=0圆周力F，径向力F及轴向力F的方向如图示:（3）初步确定轴的最小直径按课本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,根据课本取，于是：对于直径小于100mm的轴，有一

14、个键槽时，轴径增大5%7%d=59.64X1.05=62.622mm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,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册GB/T 5014-2003选取LX4型弹性柱销联轴器其公称转矩为2500Nm,半联轴器的孔径(4)轴的结构设计初选方案的结构图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-的长度应比略短一些,

15、现取 初步选择滚动轴承.因轴承不受轴向力的作用,故选用圆柱滚子轴承.参照工作要求并根据查手册标准GB/T283-2007，选用N215E轴承（）故;而 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.由手册上查得N215E型轴承定位轴肩高度mm, 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110mm,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. 齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高7mm,取.轴环宽度,取=15mm. 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

16、 ,故取 取低速级齿轮距箱体内壁之距离a1=16,高速级齿轮距箱体内壁距离a2=24.5mm,两圆柱齿轮间的距离c=40.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B=25,高速齿轮轮毂长L=70,则至此,已初步确定了轴的各端直径和长度.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,所以作为简支梁的轴的支承跨距T=T3=165924N.mm6. 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7. 精确校核轴的疲劳强度.（这里是设该轴需要精确校核疲

17、劳强度，如不需要，则这一步工作可省略）. 判断危险截面截面A,B只受扭矩作用。所以A B无需校核.从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看,截面C上的应力最大.截面的应力集中的影响和截面的相近,但是截面不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核.截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且这里的直径最大,故C截面也不必做强度校核,截面和显然更加不必要做强度校核.由第3章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需胶合截面左右两侧需验证即可. 截面左侧。抗弯系数 W=0.1=0.1=42187.5抗扭系数 =0.2=0.2=843

18、75截面的右侧的弯矩M为 截面上的扭矩为 =165924截面上的弯曲应力截面上的扭转应力=轴的材料为45钢。调质处理。由课本表15-1查得：因经插入后得2.0 =1.31轴性系数为=0.85K=1+=1.82K=1+（-1）=1.26所以综合系数为： K=2.8K=1.62碳钢的特性系数 取0.1 取0.05安全系数S=25.13S13.71S=1.5 所以它是安全的截面右侧抗弯系数 W=0.1=0.1=12500抗扭系数 =0.2=0.2=25000截面左侧的弯矩M为 M=133560截面上的扭矩为 =295截面上的弯曲应力 截面上的扭转应力=K=K=所以综合系数为：K=2.8 K=1.62

19、碳钢的特性系数 取0.1 取0.05安全系数S=25.13S13.71S=1.5 所以它是安全的8.键的设计和计算选择键联接的类型和尺寸一般7级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 =63mm，查课本表6-1取平键截面bxh=18mmX11mm，长度取90mm根据 =81mm，查课本表6-1取平键截面bxh=22mmX14mm，长度取90mm校和键联接的强度 查表6-2得 =110MP工作长度 键与轮毂键槽的接触高度由式（6-1）得：103 82 两者都合适轴承的寿命校核因为选用轴承为N215E型，只受径向载荷Fr，所以P=Fr=2672.19N轴承使用时间Lh=输出轴转速n=1

20、4.28r/min所以（）中间轴及其所带轴承的设计（1） 求输出轴上的功率P，转速，转矩P=2.64KW =57.83r/min =430.98NM（2） 求作用在齿轮上的力直齿轮上的力 F= F= F（直齿轮螺旋角等于0） F= Ftan=0斜齿轮上的力 F= F= F（直齿轮螺旋角等于14.545） F= Ftan=681.77N（3）初步确定轴的最小直径按课本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,根据课本取，于是：(4)轴的结构设计初选方案的结构图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 根据箱体内壁之间的距离是相同的，根据输出轴所算推出箱体内壁之间的轴段长为26

21、0.5mm a1=16mm,a2=24.5mm,C=40mm，T=20.75mm，a=18.6mm求的l1=49.75mm，l2=110mm，l3=40mm，l4=60mm，l5=58.25mm初步选择滚动轴承.输出轴的最小直径显然是安装轴承处的直径，因为要受轴向力的影响，所以需要选可以提供轴向力的轴承，初选轴承为圆锥滚子轴承，查手册选择30209型圆锥滚子轴承（） 所以取d1=d5=45mm，d2=55mm，d3=65mm，d4=55mm 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)至此,已初步确定了轴的各端直径和长度.（5） 求轴上的载荷 首先根据结构图作出轴的计算简图,

22、 确定顶轴承的支点位置时,所以作为简支梁的轴的支承跨距计算方法同直齿轮T=T2=430980N.mm6. 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 ， 此轴合理安全其余校核方法同输出轴的校核方法输入轴及其所带轴承的设计（1） 求输出轴上的功率P，转速，转矩P=2.78KW =304.76r/min =86.03NM（2） 求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为=61.99mm B=70mm所以 F= F= F F= Ftan=720.15N（3）初步确定轴的最小直径按课本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,

23、根据课本取，于是：输出轴的最小直径显然是安装轴承处的直径，因为要受轴向力的影响，所以需要选可以提供轴向力的轴承，初选轴承为圆锥滚子轴承，查手册选择30206型圆锥滚子轴承（）(4)轴的结构设计初选方案的结构图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度根据箱体内壁之间的距离是相同的，根据输出轴所算推出箱体内壁之间的轴段长为260.5mm a2=24.5mm,B=70mm,C=40mm，T=17.25mm，a=13.8mm求的l1=100mm，l2=17.25mm，l3=158mm，l4=16mm，l5=65mm，l6=54.75mm5. 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

24、支点位置时,所以作为简支梁的轴的支承跨距T=T1=86030N.mm其余校核方法同输出轴的计算方法一样9.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. 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40mm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10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便

25、.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

26、部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.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13箱盖壁厚11箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度16.5箱座底凸缘厚度32.5地脚螺钉直径M24地脚螺钉数目查手册6轴承旁联接螺栓直径M12机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）10视孔盖

27、螺钉直径=（0.30.4）8定位销直径=（0.70.8）10，至外机壁距离查机械设计手册表11-2341816，,至凸缘边缘距离查机械设计手册表11-2281614外机壁至轴承座端面距离=+（812）45大齿轮顶圆与内机壁距离1.220齿轮端面与内机壁距离15机盖，机座肋厚10 12轴承端盖外径+（55.5）85（1轴）100（2轴）130（3轴）轴承旁联结螺栓距离85（1轴）100（2轴）130（3轴）10. 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，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.油的深度为H+ H=30 =34所以H+=30+34=64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