机械设计课程设计(带皮)二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器

1、轴的结构设计和计算轴是组成机械的主要零件，它支撑其他回转件并传递转矩，同时它又通过轴承和机 架连接。所有轴上零件都围绕轴心做回转运动，形成一个以轴为基准的组合体一一轴系 部件。<1>轴的结构设计1 高速轴：1.1初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢调质处理。按扭转强度法估算轴的直径,由1P207表12 2,取A0=112冋12.4436dmin 二人3 1 =1123 15.2922：n1、960考虑到该轴段截面上有一个键槽，d增大5%即dmin =15.2922（1+5%）=16.0568 mm减速器高速轴外伸端用联轴器和电动机相连，外伸端轴径用电动机轴直径D估算:d=（0

2、.8 1.2）D=（0.8 1.2）38=30.4 mm圆整后d =30 mm为了使所选的外伸端轴径和联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器：由于轴的转速较高且稍有冲击，为了减小进去载荷，缓和冲击，应选用具有较小转 动惯量和具有弹性的联轴器，由于弹性柱销联轴器结构简单、安装方便、耐久性好，故 选用弹性柱销联轴器。选择联轴器的型号：联轴器的计算转矩Tca=KA T ,查1P193表11 1, 取 Ka=1.5，则Tca = KA T =Ka T 1=1.524308.3820=36462.5731 N.mm由2P131表13-7选联轴器型号为HL3,联轴器的许用转矩T=630N m半联轴器 的外

3、孔径d=30mm故取和输入轴相连处d1-2 =30mm半联轴器长度L=82m（ J型孔），和轴 段连接处长度L1=60mm.1.2按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度1） 考虑联轴器的定位要求，1 2轴段需定位轴肩，取轴肩高度h=2.25mm（h>0.07d），则d2；=34.5mm联轴器左端用螺栓紧固轴端挡圈定位，由3P207 表7-6按轴端直径取挡圈直径D = 38。半联轴器和轴配合长度L1=60mm为 了保证轴端挡圈压紧半联轴器，故1-2轴段的长度应比 L1略短一些，故L1-2 =58mm2） 轴段2-3的直径需对1-2轴段有定位轴肩，故d2-3 =35mm轴承端盖的总宽度为38m

4、（由减速器及轴承端盖的结构设计决定）。根据轴承端盖的装拆及便于 对轴承添加润滑油的要求，取端盖的外端面和半联轴器右端面间的距离L=18mm故取 L2=56mm3）初步选择滚动轴承，由于主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承，故选择深沟球轴承，取安装轴承段直径 d3/=d7*=35mm由3P252表8-23选取6207型深沟球轴承，其尺寸为，其内径 d = 35mm，外径D=72mm,宽度B=17mm,安装尺寸 damin =42mm Damax =65mm4）对4-5段，由中间轴可知L 4.5=89 mm,由轴肩定位可得 d4=42mm5）取安装齿轮处的轴段5-6的直径，由于高速级齿轮df1 =

5、44.2715,则取d5-6 =44mm由于高速轴为齿轮轴，所以齿轮的右端无须轴肩定位，L5-6=56mm6）取小齿轮距箱体内壁的距离 =8 mm,考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承 位置应距箱体内壁一段距离 s，现取s=5mm则L 6-7 = A +s=8+5=13mm右端轴承 的轴肩定位从手册中查得 6207型的安装尺寸dmin =42mm，因此d6-7=42mm2 中间轴：2.1初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢调质处理。按扭转强度法估算轴的直径，由1P207表12 2,取A0=112=1123 181.81112.3229= 26.18292.2按轴向定位要求确定轴的各段直径

6、和长度1）初步选择滚动轴承。由于主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承，取安装轴 承段直径d1-2=d7-8=40mm,选取6208型深沟球轴承，其尺寸为， d D B = 40 80 18 ，安装尺寸 dm i n 47mm, Damax 二 73mm=轴段 L1-2 =L7-8 =18mm.2）由于轴承的安装尺寸dmin =47mm现取d2-3=47mm低速级小齿轮距箱体内壁的距离A =10mm由于已选择油润滑，所以滚动轴承位置应距箱体内壁距离s，现取 s=5mm贝U L 2-3 = A +s=10+5=15mm3） 由于低速级小齿轮df3 =58.1847,则取d3-4=58mm由于高速轴

7、为齿轮轴，所以 齿轮的右端无须轴肩定位，由于低速级小齿轮齿宽为68 mm所以L3-4=68 mm4）中间轴的两齿轮间轴段 4-5的直径d4-5 =54mm L4-5 =12mm5） 取安装齿轮处的轴段5-6的直径d5-6 =46mm由于高速级大齿轮的轮毂宽为44 mm且由于高速级大齿轮左端和轴承右端之间采用套筒定位，为了使套筒端面 可靠的压紧齿轮，故取L5-6=42mm6）高速级大齿轮距箱体内壁的距离 A =14 mm,由于已选择油润滑，所以滚动轴承 位置应距箱体内壁距离s，取s=5mm由于高速级大齿轮左端和轴承右端之间采用套筒定位，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，故取L6-7=19.5 mm,

8、d6-7 =40mm3低速轴：3.1初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢调质处理。按扭转强度法估算轴的直径,由1P207表12 2,取A0=116dmin =A）3 p2 =1163 2.2081 = 42.5429 n2 44.7624输入轴受扭段的最小直径是安装联轴器处的轴径。为了使所选的轴径和联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器。联轴器的计算转矩Tca=KA T ,查1P193表11 1,取Ka=1.5，则Tca = kA T =kA T 3根据工作要求，选用弹性柱销联轴器，由2P131表13-7选联轴器型号为HL4,联 轴器的许用转矩T=1250N m半联轴器的外孔径d=40m

9、m故取和输出轴相连处d1-2 =40mm半联轴器长度L=112m（ J型孔），和轴段长度L1 =84mm.3.2按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度1） 考虑联轴器的定位要求，1 2轴段需定位轴肩，取轴肩高度h=3mm则d2J3=46mm联轴器左端用螺栓紧固轴端挡圈定位，由3P207表7-6按轴端直径取挡圈直径D = 50 ;半联轴器和轴配合长度L1=84mm为了保证轴端挡圈 压紧半联轴器，故1-2轴段的长度应比1各短一些，故L1-2 =82mm2） 轴段2-3的直径需对1-2轴段有定位轴肩，故d2-3 =48mm轴承端盖的总宽度 为35m（由减速器及轴承端盖的结构设计决定），根据轴承端盖的装

10、拆及便于 对轴承添加润滑油的要求，取端盖的外端面和半联轴器右端面间的距离L=18mm故取 L2；=53mm3）初步选择滚动轴承。因轴承受径向载荷较大，故选择深沟球轴承，取安装轴承 段直径d 34 =d8-9=50mm,选取6210型深沟球轴承，其尺寸为， d D B=50 90 20，轴段 L3=L8-9 =20mm4）对4-4 /段，查得手册6210型深沟球轴承的定位轴肩高度为 h=3.5mm取d4-4 / =57mm L4-4 / =7 mm 对 4，-5 轴段，d47 -5 =48mm 由中间轴可知 L47 -5 =65 mm 对5-6轴段，为右侧齿轮的定位轴肩，取 d5-6 =65mm

11、 L5-6 =7 mm5） 取安装齿轮处的轴段6-7的直径d6-7 =57mm由于低速级大齿轮的轮毂宽为60 mm且由于高速级大齿轮右端和右轴承之间采用套筒定位，为了使套筒端面可 靠的压紧齿轮，故取L6-7=58 mm6）低速级大齿轮距箱体内壁的距离 =14 mm,由于已选择油润滑，所以滚动轴承 位置应距箱体内壁距离s，取s=5mm由于低速级大齿轮右端和左轴承之间采 用套筒定位，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，故取L7' -8=19.5 mmd7-8=50mm根据以上轴最小直径的计算，联轴器的选用，滚动轴承的选用，以及齿轮的设计计算，初步设计轴的基本结构如下：高速轴中间轴低速轴1234

12、45 6T 8<2>中间轴的校核：1）中间轴的各参数如下:T 2 =122.0375N m n? =181.856r/minP2 =2.3239kW2）中间轴上的各力：低速级小齿轮：Fti =3844.1790N F ri =1420.7542N F ai=687.6465N d1=63.4921高速级大齿：Ft2=1022.1324N F ri =385.1495N F ai270.7271N d2=252.41373）绘制轴的计算简图水平面（H平面）：铅垂面（V平面）：Fr：=l?C,7542N5974Fd2=270727： 51,5iitik.=587.54b5lIFr2=3

13、8511必4?就259.33C7RV?-12&.9：8E'J/贸聲9加5)校核轴的强度(1)计算支反力铅垂面：对A点取力矩：'、M A = 0M A 二 Ft159 Ft2 5974 R H2 597451.5R H2 =- - 1966.1256N；送 F = 0R H1 - - 2900.1858N(2)(3)(4)水平面：对A点取力矩:Ma=0M A = -Fr1 59 Fa1Rv2 126.8188NF=0Rv1 =1162 .4235 N计算弯矩铅垂面:d1Fr22R H 15959 74Fa22-171110.9622Rv2 597451.5n LmLmMH

14、 2-M H1 1二 101255.4654NLmMH 3-Rh351.5 二 10125；5.4684水平面:MV 1二 Rv159二 68582.9865NmMV 2二 RV274-19116.4718NmMV 2F二 Fa1d1-二 21830.0602NLm2MV 1-M V 2=46752.9263NLmMV 2-MV 227636.4545NLmMV 3二 FaX2d 2-二 34167.6145Nl_m2H1M69855.4968NH2NM27636.45456531.164V 4Rh 274-M合成弯矩计算扭矩N LmM二 J M2H+M2VM1= x' M2H1 M2

15、V 1二 185723.5473NM2 二 M2H1 M2V 2二 177383.194NM3 二 7 M2H2 -M2V 3二 104959.244NM4 二 V M2H2 -M2V 4=101454.455NV二：T2 T2 = 122.0375 NLm减速器单向运转,扭转剪应力按脉动循环变应力，取系数a =0.59:T2 二 0.59122037.57200.125N LJm(5)计算弯矩M ca 二 M $ 川 # T 2M cal =1 y 2 = 199192.2238 NMca2二JmHi:T2二191439.5558NMca3二CmH 2:T2二127282.1626NMca4

16、二JmH 2:T2=124407.8472N判断危险截面：由计算弯矩图可见，C剖面处得计算弯矩最大，该处得计算应力为：二ca 二 M ca/W 二 Mca/0.1d3 =26.8859MPa查表轴的材料为45号钢调质，可知：lc I -0.09 0.1- b = 58.5 60 MPa ,取“ I :- 60 MPa ，故二ca ： I二I ,因此该轴满足强度要求联轴器的选择及计算联轴器是连接两轴和回转件，在传递运动和动力过程中使他们一同回转而不脱开的 种装置。联轴器还具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全防护等功能.4.1联轴器的选择和结构设计以输入轴为例进行联轴器的介绍：根据所选电动机的

17、公称直径38mn和设计所要求的机械特性选择弹性柱销联轴器。 因其结构简单装配维护方便使用寿命长和使用较广。4.2联轴器的校核校核公式：查机械设计手册得L l-630N|_m，查表11-1得KA=1.5Tca =1.5 x24.3084=36.4626 nLm < T所以经校核后符合设计的要求，具体参数如下型号公称转矩许用转矩轴孔直径轴孔长度钢J型HL3630500030， 32， 35，3882HI41250280040， 42， 45， 48， 50， 55， 56112三、键联接的选择及计算键是标准件，通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。有 些类型的键还可以实现

18、轴上零件的轴向固定或轴向移动。根据所设计的要求。此次设计 采用平键联接。5.1键的选择取中间轴段的普通平键进行说明，具体结构：7 型.11=卅或f11丿匸据中间轴尺寸d=46mm由3P144表5-73中查得键尺寸：键宽b=14 mm键高h=9mm, 由轴毂宽B=50mr并参考键的长度系列，取键长 L=32mm选圆头普通平键（A型）。5.2键的校核键和轮毂键槽的接触高度k等于0.5h =4.5mm,键的工作长度l=L-b=12 mm,由3P143表5-72，由于键承受轻微冲击，许用挤压应力 pp=100120 MPa，取中3间值; p =110,可知:= 90.1873 ：；p2T 102 11

19、2.0126 1000kld4.5 12 46该平键联接的强度是足够的。按照同样的方法选择其它键，具体主要参数如下:轴键键槽公称直径d公称尺寸b x h键长L键的标记宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t穀t1一般键联接轴N9穀JS9>22 308 x 750键 C8 x 50GB1096-200380-0.0360.018-0.01843.3>38 4412X 832键 12 x 32GB1096-2003120-0.0430.0215-0.021553.3>50 5816x 1045键 16 x 45GB1096-2003160-0.0430.0215-0.021564.3&g

20、t;38 4412X 870键 C12x 70 GB1096-2003120-0.0430.0215-0.021553.3四、滚动轴承的选择及计算轴承是支承轴的零件，其功用有两个：支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度, 减轻转轴和支承之间的摩擦和磨损。和滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小、效率高、润滑简便及易 于互换等优点，所以使用广泛。它的缺点是抗冲击能力差，高速时有噪声，工作寿 命也不及液体摩擦滑动轴承。6.1轴承的选择和结构设计由于转速较高，轴向力又比较小，主要承受径向载荷，故选用深沟球轴承。下 面以中间轴为例初选轴承型号为 6208型。:根据初算轴径，考虑轴上零件的定位和固

21、定，估计出装轴承处的轴径，再假设 选用轻系列轴承，这样可初步定出滚动轴承的型号。轴承具体结构如下6.2轴承的校核（1）轴承的固定方式为全固式，故轴向外载荷 F全部由轴承1承受具体如下图:=29500N0r=18000N，2P159 表 8-15 fp = 1.0,对R2（2）轴承的校核 以中间轴为例由2P117 表 12-5于球轴承；=3计算当量动载荷P：装轴承处的轴径D=40mm （中间轴上有两个齿轮）低速级小齿轮 Ft 1=3862.0920N, Fa1=758.6007N, Fr 1=1431.9950N,高速级大齿轮 Ft 2=986.7112N, Fa 2=228.6145N, Fr

22、 2=368.5798 N则Fa =酹Fa2 =529.9862NF= F“ =1063.4152Na =0.02944Cor插值法求的 e=0.2259，丫=1.408Fa = 0.4984 . e = 0.2259Fr106 ftCr 360 -p-计算当量动载荷 p=1.20.56Fr YFal-1610.0797N= 328416.3378h12000h106 f 29500 I 60n (1610.0797丿即所选轴承满足工作要求轴承型号系 列基本尺寸安装尺寸dDBda6207357217426208408018477210C50902057具体参数如下五、润滑和密圭寸方式的选择减速

23、器的润滑为了减轻机械传动零件、轴承等的磨损，降低摩擦阻力和能源消耗，提高传动 效率，延长零件使用寿命，保证设备正常运转，减速器必须要有良好的润滑，同时 润滑还可起到冷却、散热、吸振、防锈、降低噪声等作用1齿轮润滑润滑方式：浸油润滑减速器低速级齿轮圆周速度V dn 3.1760 < 12m/s，因此采用油池浸油60 "000润滑。润滑剂的选择：齿轮传动所用润滑油的粘度根据传动的工作条件、圆周速度或滑动速度、温度 等按来选择。由3P141表15-3根据所需的粘度按选择润滑油的牌号取润滑油牌号 为 L-CKC220。为了保证齿轮啮合处的充分润滑，并避免搅油损耗过大，减速器内的传动件浸

24、 入箱体油池中的深度不宜过深。高速级齿轮，浸油深度约为0.7个齿高，但不得小于10mm低速级齿轮，浸油深度按圆周速度而定，低速级圆周转速V=0.812 m/s，浸油深度约为1个齿高1/6齿轮半径（但不小于10mm油面最低时即低速级大齿轮的浸油深度最小（10mm）时，此时油面高度为则最咼油面咼度：取70mm。2滚动轴承的润滑滚动轴承可采用润滑油或润滑脂进行润滑。减速器采用润滑油润滑，可直接用 减速器油池内的润滑油进行润滑，润滑和冷却效果较好。润滑方式飞溅润滑减速器中当浸油齿轮的圆周速度 V >1.52m/s时，即可采用飞溅润滑。靠机体 内油的飞溅直接润滑轴承或经济体剖分面上的油沟，沿油沟经

25、轴承盖上的缺口进入 轴承进行润滑。减速器的密封减速器需要密封的部位很多，为了防止减速器内润滑剂泄出，防止灰尘、其他 杂物和水分渗入，减速器中的轴承等其他传动部件、减速器箱体等都必须进行必要 的密封，以保持良好的润滑条件和工作环境，使减速器达到预期的工作寿命。密封类型的选择1伸出轴端的密圭寸在输入或输出轴的外伸处，为防止灰尘、水汽及其他杂质渗入，引起轴承急剧磨损 或腐蚀，以及润滑油外漏，都要求在端盖轴孔内装密封件。因为伸出轴颈圆周转速： d1 n260 1000=2.4767m s不 4 5m s二 49.2715 181.8111601000工作温度不超过90度，对于轴承盖中的透盖选择毡圈油圭

26、寸的方式进行密圭寸，具体 根据轴承盖处轴径查3P144表15-8选择。高速轴的透盖毡圈为：毡圈35 JB/ZQ4406-86 材料：半粗羊毛毡低速轴的透盖毡圈为：毡圈55 JB/ZQ4406-86 材料：半粗羊毛毡 轴颈为46mm毡圈 不在标准系列中 需另行加工。六、箱体及附件的结构设计和选择8.1减速器箱体的结构设计箱体是加速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件正确相对 位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱。机体结构 尺寸，主要根据地脚螺栓的尺寸，再通过地板固定，而地脚螺尺寸又要根据两齿轮的中 心距a来确定。由3P361表15-1设计减速器的具

27、体结构尺寸如下表：减速器铸造箱体的结构尺寸名称符号结构尺寸机座壁厚8机盖壁厚S18机座凸缘、机盖凸缘和机座底凸缘厚度b,b1,b212,12,20机盖和箱座上的肋厚m ml8轴承旁凸台的高度和半径h,R50, 16轴承盖的外径D2D+ (5-5.5 ) d3地脚螺 钉直径和数目df双级减速器a1+a2df小于35016n6通孔直径df'17.5沉头座直径D033螺栓距机壁距离C1min25螺栓距凸缘外缘距离C2mi n23联接螺 栓轴承旁联接螺栓箱座、箱盖联 接螺栓直径dd1=12d2=10通孔直径d'13.511沉头座直径D2622凸缘尺寸cimin2018c2mi n161

28、4定位销直径dd3d46轴承盖螺钉直径8视孔盖螺钉直径箱体外壁至轴承座端面的距离6Li50大齿轮顶圆和箱体内壁的距离 110齿轮端面和箱体内壁的距离 2148.2减速度器的附件为了保证减速器正常工作和具备完善的性能，如检查传动件的啮合情况、注油、排油、通气和便于安装、吊运等。减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这 些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附件。1. 窥视孔和视孔盖窥视孔用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，并可由该孔向箱内注入润滑 油，平时由视孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板底部垫有 纸质封油垫片。2. 通气器减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器能使热膨胀气体及时排出， 保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来。 结构图如下。r / Z Z hr- - -Z3. 轴承盖轴承盖用于对轴承部件进行轴向固定，承受轴向载荷，调整轴承间隙，并起到 密封作用。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。凸缘式端盖调整轴承间隙比较方便，封 闭性能好，用螺钉固定在箱体上，用得较多，但外缘尺寸较大；嵌入式端盖结构简 单，外径尺寸小重量轻，不需用螺钉，依靠凸起部分嵌入轴承座相应的槽中，可以 使外伸轴的伸出长度缩短，