机械设计斜齿轮

33-目录一、传动方案的分析和拟定 -2-二、电动机的选择 -3-2.1、电动机的类型和结构形式的选择 -3-2.2、电动机容量的选择 -3-2.3、确定电动机的转速： -4-三、传动装置的运动和动力参数的计算 -5-3.1、传动装置所要求的总传动比为： -5-3.2、传动装置的运动和动力参数 -5-四、传动件的设计 -8-4.1、高速级大小齿轮传动设计(斜齿轮) -8-4.2、低速级大小齿轮传动设计（直齿轮） -12-五、轴的设计 -16-5.1．高速轴的设计： -16-5.2、中间轴的设计： -17-5.3、低速轴的设计： -18-六、轴及轴承的校核 -21-6.1、从动轮受力计算。 -21-6.2、高速轴的校核 -21-七、键的选择与校核 -24-7.1、高速轴键： -24-7.2、中间轴键： -24-7.3、低速轴键： -24-八、联轴器的选择 -26-8.1、高速轴（输入轴） -26-8.2、低速轴（输出轴） -26-九、减速器的各部位附属零件的设计 -27-十、减速器的润滑与密封 -29-十一、设计心得 -30-十二、参考文献 -31-一、传动方案的分析和拟定带式输送机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入两级圆柱齿轮减速器3，再通过联轴器4，将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。图1-1带式输送机传动系统简图1—电动机；2—联轴器；3—两级圆柱齿轮减速器；4—联轴器；5—滚筒；6—输送带二、电动机的选择2.1、电动机的类型和结构形式的选择经综合分析，选用Y系列三相交流异步电动机，此系列电动机具有高效节能、噪声小、振动小、运行安全可靠的特点。Y系列电动机，额定电压为380V，额定频率为50HZ.。本设计中电动机采用封闭式结构。2.2、电动机容量的选择电动机所需工作效率为：而工作机所需功率由工作机的带圆周力F和带速确定，即：=所以查《课程设计》表3-3，设：—联轴器效率：0.99—卷筒的传动效率：0.96—一对轴承的传动效率：0.99—闭式圆柱齿轮的传动效率：0.97由电动机到运输带的传动总效率为则：=0.8504=所以：==3.76由表12-1可知，满足条件下的三相异步电动机额定功率Pe应为4.0KW2.3、确定电动机的转速：卷筒轴工作转速为：=48.53r/min查表可知，两级圆柱齿轮减速器一般传动比范围为8～60，故电动机转速的可选范围为：=（8～60）×48.53=388.24～2911.8符合这一范围的同步转速有1500、1000r/min、750r/min三种。由表8-53查得电动机数据及计算出的总传动比列于表1中。表1电动机数据及总传动比方案电动机型号额定功电动机转速总传动比同步转速满载转速1Y160M1-84.075071514.732Y132M2-64.0100096019.783Y112M-44.01500144029.67综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和带传动、减速器的传动比，可见第三方案比较适合。因此选定电动机型号为Y132S-4。查表12-2，对于Y132S-4电动机，额定功率为4.0Kw，满载转速nm=1440r/min，电动机中心高H=112mm，轴伸出部分用于装联轴器，轴段的直径和长度分别为D=28mm，E=60mm。三、传动装置的运动和动力参数的计算3.1、传动装置所要求的总传动比为：由传动方案可知，传动装置的总传动比等于各级传动比的乘积，所以：，由传动系统方案，见传动系统简图，，。由计算可得两级圆柱齿轮减速器的总传动比26.75，为了便于两级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑，当两级齿轮的配对材料相同，齿面硬度HBS350，齿宽系数相等时，考虑齿面接触强度接近相等的条件，取高速及传动比为所以低速级传动比为=3.2、传动装置的运动和动力参数将传动装置各轴由高速到低速依次定为0轴（电动机轴）、1轴（减速器高速轴）、2轴（减速器中间轴）、3轴（减速器低速轴）、4轴（开式圆柱齿轮传动高速轴）；，，，—依次为电机与轴1，轴1与轴2，轴2与轴3，轴3与轴4之间的传动效率。1.各轴的转速：r/min=r/min=r/minr/min2.各轴的输入功率（kw）3．各轴输入扭矩的计算电动机轴的输出转矩为：=1-3轴的输出功率、输出转矩分别为各轴的输入功率、输入转矩乘轴承传动效率0.99。将各轴的运动和动力参数列于表2。表2各轴的运动和动力参数轴号功率转矩T/(N.m)转速传动比效率电动机轴3.7624.94144010.991轴3.7224.69144060.96032轴3.57147.052404.4580.96033轴3.43674.9748.5310.98014轴3.36661.5448.53四、传动件的设计4.1、高速级大小齿轮传动设计(斜齿轮)1、选择材料和热处理方法，并确定材料的许用接触应力，查表12-1有：小齿轮45钢调质处理齿面硬度取HBS=230大齿轮45钢正火处理齿面硬度取HBS=190两齿轮齿面硬度差为40HBS，符合软齿面传动的设计要求，查表12-6有，两试验齿轮材料接触疲劳极限应力分别为=480+0.93（HBS1-135）=480+0.93（230-135）=568.4MPa=480+0.93（HBS2-135）=480+0.93（190-135）=531.2MPa由表12-7，按照一般重要性考虑，取接触疲劳强度的最小安全系数两材料的许用接触应力分别为2.根据设计准则，按齿面接触疲劳强度设计公式，初步确定小齿轮的分度圆直径小齿轮的转矩为T1=24690N·mm原动机为电动机，设在核有中等冲击，查表12-3有K=1.3斜齿轮减速器属闭式软齿面传动，且对称布置，故由于采用闭式软齿面传动，更具推荐值10~15度之间，初选，由图大齿轮齿数：=162根据Z1.Z2和，由图12-12查取端面重合度因为所以小齿轮的分度圆直径3.确定两齿轮的模数4.确定实际螺旋角的大小取a=194mm5.确定两齿轮的几何尺寸1、两齿轮的分度圆直径2、两齿轮（正常齿制）的齿顶圆直径分别为3、全齿高4、齿宽取大齿轮宽度b2=b=23mm，小齿轮宽度b1=b2+（5~10）mm，取b1=30mm6、验算两齿轮的齿根弯曲疲劳强度查表12-6得=190+0.2（HBS1-135）=209MPa=190+0.2（HBS2-135）=201MPa由表12-7查得弯曲强度的最小安全系数两齿轮材料的许用弯曲应力分别为两齿轮的当量齿数分别为查表12-5，由线性插值法得两齿轮的齿形系数分别为由线性插值法得两齿轮的应力校正系数分别为斜齿轮的轴面重合度查表12-13可得因为取所以所以两斜齿轮的齿根弯曲疲劳强度足够。7、结构设计小齿轮1由于直径比较小，采用齿轮轴结构；大齿轮2采用实心结构。高速级齿轮传动的尺寸如表3所示。表3高速级齿轮传动的尺寸名称计算公式结果模数2压力角齿数27162传动比6分度圆直径55.43332.58齿顶圆直径63.43340.58齿根圆直径50.43327.58中心距194齿宽3023螺旋角13.0364.2、低速级大小齿轮传动设计（直齿轮）1、选择材料和热处理方法，并确定材料的许用接触应力，查表12-1有：小齿轮45钢调质处理齿面硬度取HBS=230大齿轮45钢正火处理齿面硬度取HBS=190两齿轮齿面硬度差为40HBS，符合软齿面传动的设计要求。2.确定材料许用应力查表12-6有，两试验齿轮材料接触疲劳极限应力分别为=480+0.93（HBS1-135）=480+0.93（230-135）=568.4MPa=480+0.93（HBS2-135）=480+0.93（190-135）=531.2MPa由表12-7，按照一般重要性考虑，取接触疲劳强度的最小安全系数两材料的许用接触应力分别为3.根据设计准则，按齿面接触疲劳强度进行设计小齿轮的转矩查表12-3，取载荷系数K=1.4查表12-4，取弹性系数取齿宽系数所以有4.几何尺寸计算齿数：小齿轮的推荐值Z1=20~40，取Z1=27，则Z2=Z1*4.945=133.515mm取Z2=134mm模数m=d1/z1=122.04/27=4.52由表5-1，取m=5中心距a=m（Z1+Z2）/2=5（27+134）/2=402.5mm齿宽取整，取b2=122mmb1=b2+（5~10）mm取b2=130mm5.校核齿根弯曲疲劳强度查表12-5，，查表12-6得=190+0.2（HBS1-135）=209MPa=190+0.2（HBS2-135）=201MPa由表12-7查得弯曲强度的最小安全系数两齿轮材料的许用弯曲应力分别为两齿轮的齿根弯曲疲劳应力分别为所以两斜齿轮的齿根弯曲疲劳强度足够。6、齿轮其他计算分度圆直径齿顶圆直径齿根园直径中心距a=402.5mm齿宽b1=130mm，b2=122mm7、选择齿轮精度等级齿轮圆周速度查表12-2，选择齿轮精度为10级小齿轮精度为10GB/T10095.1-2008大齿轮精度为10GB/T10095.1-20088、结构设计小齿轮1由于直径比较小，采用齿轮轴结构；大齿轮2采用腹板式结构。结构尺寸按经验公式和后续设计的中间配合段直径计算，见表4。低速级齿轮传动的尺寸如表5所示。表4低速级齿轮传动的尺寸名称计算公式结果模数5压力角齿数27134传动比4.945分度圆直径135670齿顶圆直径141676齿根圆直径127.5668.5中心距a402.5齿宽130122五、轴的设计5.1．高速轴的设计：1.选取轴的材料和热处理方法，并确定轴材料的许用应力：普通用途，中小功率，选用45号钢正火处理，查表16-1取，查表16-5得。2.估算轴的最小直径由表16-2查取A=110，根据公式考虑轴端有一键槽，将上述轴径增大5%，即15.15*1.05=15.90mm，由图可知，该轴外端安装联轴器，为了补偿轴的偏差，选用弹性柱销联轴器。查表16-4，选用弹性柱销联轴器，其型号为HL1，内孔直径为16mm，与上述增大5%后的轴径比较，最后选取的最小直径为16mm。3、轴的结构设计1、确定轴上零件的布置方案和固定方式。参考一般减速器结构，将齿轮布置在轴的中部，对称于两端的轴承；齿轮用轴环和轴套作轴向固定，用平键和过盈配合（H7/r6）做周向固定。右端轴承用轴间和过渡配合（H7/k6）固定内套圈；左端轴承用轴套和过渡配合（H7/k6）固定内套圈。轴的定位则由两端的轴承端盖单面轴向固定轴承的外套圈来实现。输出端的联轴器用轴间和挡板作轴向固定，用平键做周向固定。2、斜齿轮在工作中会产生轴向力，故两端采用角接触球轴承，轴承采用脂润滑，齿轮采用油俗润滑3、各轴段直径的确定：图二：高速轴示意图根据以上计算，外伸端直径d1=16mm（一般应符合所选联轴器轴孔标准，此处选用HL1弹性柱销联轴器）；按工艺和强度要求把轴制成阶梯型，取通过轴承盖轴端直径为d2=d1+2h=d1+2*0.07*d1=18.24.由于该段处安装毡圈，故取标准直径为d2=19mm；考虑轴承的内孔标准，取d3=d7=25mm（两轴承同型号）；直径为d4的轴段为轴头，取d4=26.5mm【d4应符合轴径标准系列（参见表16-3）】；轴环直径d5=d4+2h=30.21mm，根据轴承安装直径，查手册得d6=28mm。4、轴的各段长度的确定因为装小带轮的电动机轴径，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，查手册，取,,因为大带轮靠轴肩定位，所以取,=35mm，段装配轴承，取mm，选用7205AC轴承，，段是定位轴承，取，（取转毂宽度为B2=23mm，L4比B2短1~3mm）段装配齿轮直径：判断是否做成齿轮轴d5=30.21mm，L5=4.23mm装配轴承所以=28mm，=15.77mm，表5高速轴各轴段尺寸大小d/mmL/mm116202193532536426.521530.214.2362815.77725165.2、中间轴的设计：1、材料：选用45号钢调质处理，查表16-1取，=1102轴的结构设计确定轴上零件的布置方案和固定方式。参考一般减速器结构，将齿轮布置轴的中部，对称于两端的轴承；齿轮用轴环和轴套作轴向固定，用平键和过盈配合（H7/r6）做周向固定。右端轴承用轴间和过渡配合（H7/k6）固定内套圈；左端轴承用轴套和过渡配合（H7/k6）固定内套圈。轴的定位则由两端的轴承端盖单面轴向固定轴承的外套圈来实现。输出端的联轴器用轴间和挡板作轴向固定，用平键做周向固定。斜齿轮在工作中会产生轴向力，故两端采用角接触球轴承，轴承采用脂滑，齿轮采用油俗润滑各轴段直径的确定由，p=3.57,则,段要装配轴承，查课本取，选用7206AC轴承，，装配低速级小齿轮，且取=30mm，=21mm，段主要是定位高速级大齿轮，取=47.5mm，=10mm，装配高速级大齿轮，取=31.5mm，=128mm段要装配轴承，取=26.5mm，=20mm表6中间轴各轴段尺寸大小d/mmL/mm1281723021347.510431.5128526.5205.3、低速轴的设计：1、材料：选用45号钢调质处理，查表16-1取，=1102、轴的结构设计1、确定轴上零件的布置方案和固定方式。参考一般减速器结构，将齿轮布置在轴的中部，对称于两端的轴承；齿轮用轴环和轴套作轴向固定，用平键和过盈配合（H7/r6）做周向固定。右端轴承用轴间和过渡配合（H7/k6）固定内套圈；左端轴承用轴套和过渡配合（H7/k6）固定内套圈。轴的定位则由两端的轴承端盖单面轴向固定轴承的外套圈来实现。输出端的联轴器用轴间和挡板作轴向固定，用平键做周向固定。2、斜齿轮在工作中会产生轴向力，故两端采用角接触球轴承，轴承采用脂润滑，齿轮采用油俗润滑3、确定各轴段直径1.估算轴的最小直径由表16-2查取A=110，根据公式考虑轴端有一键槽，将上述轴径增大5%，即45.48*1.05=47.754mm，由图知该轴外端安装联轴器，为了补偿轴的偏差，选用弹性柱销联轴器。查表16-4，选用弹性柱销联轴器，其型号为HL4，内孔直径为50mm，与上述增大5%后的轴径比较，最后选取的最小直径为50mm。根据以上计算，外伸端直径d1=50mm（一般应符合所选联轴器轴孔标准，此处选用HL1弹性柱销联轴器）；按工艺和强度要求把轴制成阶梯型，取通过轴承盖轴端直径为d2=d1+2h=d1+2*0.07*d1=57mm.由于该段处安装毡圈，故取标准直径为d2=60mm；考虑轴承的内孔标准，取d3=d7=63mm（两轴承同型号）；直径为d4的轴段为轴头，取d4=67mm【d4应符合轴径标准系列（参见表16-3）】；轴环直径d5=d4+2h=76.38mm，根据轴承安装直径，查手册得d6=68mm。2、轴的各段长度的确定因为装小带轮的电动机轴径，84因为大带轮靠轴肩定位，所以取,=65mm，段装配轴承，取mm，选用7213AC轴承，，段是定位轴承，取，（取转毂宽度为B2=23mm，L4比B2短1~3mm）段装配齿轮直径：判断是否做成齿轮轴d5=76mm，L5=10.69mm装配轴承所以=68mm，=9.31mm，表7低速轴各轴段尺寸大小d/mmL/mm1508425765363444672157610.696689.3176324六、轴及轴承的校核6.1、从动轮受力计算。分度圆直径转矩圆周力径向力轴向力6.2、高速轴的校核1.绘制轴的受力简图（见图三）图6.1轴的受力图、弯矩图和扭矩图2.将齿轮所受力分解为水平面H和铅垂平面V内的力（见上图）3.求水平面H和铅垂平面V的支座反力水平面的支座反力：铅垂平面V内的支座反力：4.绘制弯矩图。水平面的H的弯矩图（见图三）铅垂平面V的弯矩图见上图合成弯矩图5.绘制扭矩图6.绘制当量弯矩图单向转动，故切应力为脉动循环，取,b截面当量弯矩7.校核轴的强度。根据总合成弯矩图、扭矩图和轴的结构草图的判断，a、b截面为危险截面。下面分别进行校核。1.校核a截面。考虑键槽后，由于da=13.96*1.05=14.66mm<d1=16mm，故a截面安全。2.校核b截面。考虑键槽后，由于db=18.59*1.05=19.52mm<d4=26.5mm，故b截面安全因为危险截面a、b均安全，所以轴的强度是足够的，无需修改原结构设计的方案。七、键的选择与校核7.1、高速轴键：根据，参考教材127页表14-10,由于在范围内，故轴段上采用键采用A型普通键;静联接。键校核;为=20mm综合考虑取=16mm。查课本234页表13-11，;<，故所选键为：强度合格。7.2、中间轴键：已知参考教材127页表14-10，由于都在范围内，所以取；查课本234页表13-11得取键长为16.取键长为100，根据挤压强度条件，键的校核为：<，<所以所选键为:强度合格。7.3、低速轴键：因为=50mm，查课本234页表13-11选键为查课本106页表6-2得初选键长为70mm,40mm，键的校核为：<<所以所选键为:与强度合格。八、联轴器的选择8.1、高速轴（输入轴）根据工作要求，载荷平稳，保证减速器的正常工作，输入轴选用弹性套柱销联轴器。考虑到转矩变化小，取=1.5，则=37.41N.m按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，查标准，选用HL1型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为160，孔径d=16mm,L=42mm,L1=30mm,许用转速为7100r/min，故适用。8.2、低速轴（输出轴）根据工作要求，为了缓和冲击，保证减速器的正常工作，输出轴选用弹性套柱销联轴器。考虑到转矩变化小，取=1.5，则=1012.455。按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，查标准，选用HL4型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为1250N.m，孔径d=50mm，L=112mm，L1=84mm,许用转速为4000r/min，故适用。九、减速器的各部位附属零件及箱体的设计9.1窥视孔盖与窥视孔在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔,大小只要够手伸进操作可以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙,了解啮合情况.润滑油也由此注入机体内.图9.1视孔盖9.2放油螺塞放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封。图9.2放油螺塞图9.3油标9.3油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量.因此要安装于便于观察油面及油面稳定之处即低速级传动件附近；用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。9.4通气器减速器运转时，由于摩擦发热,机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏,所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由逸处，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带空螺钉制成.图9.4通气塞9.5启盖螺钉为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖；螺钉上的长度要大于凸缘厚度，钉杆端部要做成圆柱形伙半圆形，以免顶坏螺纹；螺钉直径与凸缘连接螺栓相同。在轴承端盖上也可以安装取盖螺钉,便于拆卸端盖.对于需作轴向调整的套环,装上二个螺钉,便于调整.图9.5吊环螺钉图9.6吊钩9.6定位销为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定位精度。如机体是对称的,销孔位置不应对称布置.