一级直齿圆柱齿轮减速器设计

1、题目设计用于带式输送机的机械传动装置——一级直齿圆柱齿轮减速器。2、参考方案（1）V带传动和一级闭式齿轮传动（2）一级闭式齿轮传动和链传动3、原始数据输送带工作拉力F/N输送带工作速度v/m·s-1卷筒直径D/mm12501.75270（1）工作情况：两班制（16小时），输送机连续单向运转，载荷平稳，空载起动（2）使用期限：10年，每年工作300天。（3）生产批量：小批量生产（4）动力来源：三相交流（220V/380V）电源。（5）允许误差：允许输送带速度误差。4、设计任务（1）设计图。一级直齿（或斜齿）圆柱齿轮减速器装配图一张，要求有主、俯、左三个视图，图幅A0（2）零件图两张；（A2图大齿轮、低速轴或齿轮轴）（3）设计计算说明书一份设计内容：传动装置的总体设计确定传动方案本次设计选用的带式输送机的机械传动装置方案为V带传动和一级闭式齿轮传动，其传动装置见下图。选择电动机选择电动机的类型按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压380V，Y系列。选择电动机的额定功率带式输送机的性能参数选用表1的第6组数据，即：输送带工作拉力F/N输送带工作速度v/m·s-1卷筒直径D/mm1600180表一工作机所需功率为：②从电动机到工作机的传动总效率为：其中、、、、分别为V带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率，查取《机械基础》P459的附录3选取=0.95、=0.97（8级精度）、=0.99（球轴承）、=0.995、故③电动机所需功率为又因为电动机的额定功率查《机械基础》P499的附录50，选取电动机的额定功率为2.2kW，满足电动机的额定功率。确定电动机的转速传动滚筒轴工作转速：查《机械基础》P459附录3，V带常用传动比为i1=2~4，圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为i2=3~5（8级精度）。根据传动装置的总传动比i与各级传动比i1、i2、…in之间的关系是i=i1i2…in，可知总传动比合理范围为i=6~20。又因为，故电动机的转速可选择范围相应为符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min三种。（4）确定电动机的型号选上述不同转速的电动机进行比较，查《机械基础》P499附录50及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比，列于下表：方案电机型号额定功率kW电机转速r/min电机质量kg参考价格（元）总传动比同步转速满载转速1Y100L1-415001420387602Y90S-610009106310223Y132S-875071079800表二为降低电动机重量和价格，由表二选取同步转速为1500r/min的Y系列电动机，型号为Y100L1-4。查《机械基础》P500附录51，得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm)，见以下两表：电动机的技术数据电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）Y100L1-415001420表三电动机的安装及有关尺寸(mm)中心高H(mm)外形尺寸底脚安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E键公称尺寸F×H100160×140128×100表四传动装置的总传动比的计算和分配（1）总传动比12.166（2）分配各级传动比各级传动比与总传动比的关系为i=i1i2。根据V带的传动比范围i1=2~4，初选i1＝3.042，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为4，符合圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i2=3~5（8级精度），且符合了在设计带传动和一级圆柱齿轮减速器组成的传动装置中，应使带传动比小于齿轮传动比，即i带<i齿。4、计算传动装置的运动和动力参数计算各轴输入功率0轴（电动机轴）的输出功率为：②1轴（减速器高速轴）的输入功率：从0轴到1轴，经过V带传动和一个联轴器，所以：2轴（减速器低速轴）的输入功率：从1轴到2轴，经过一对轴承，一对齿轮传动，一对齿轮啮合传动，所以：3轴（滚筒轴）的输入功率：从2轴到3轴，经过一对轴承，一个联轴器，所以：计算各轴转速0轴（电动机轴）的转速：1轴（减速器高速轴）的转速：2轴（减速器低速轴）的转速：3轴（滚筒轴）的转速：（3）计算各轴转矩①0轴（电动机轴）的转矩：1轴（减速器高速轴）的转矩：2轴（减速器低速轴）的转矩：④3轴（滚筒轴）的转矩：把上述计算结果列于下表：参数轴名输入功率（kW）转速(r/min)输入转矩（N.m）传动比传动效率轴0（电动机轴）1420轴1（高速轴）4轴2（低速轴）1505轴3（滚筒轴）表五传动零件的设计箱外传动件设计（V带设计）（1）计算设计功率Pd根据V带的载荷有轻微振动，一班工作制（8小时），查《机械基础》P296表13－6，取KA＝1.1。即（2）选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按《机械基础》P297图13－11选取。根据算出的Pd1＝1420r/min，查图得：dd=80～100可知应选取Z型V带。（3）确定带轮的基准直径并验证带速由《机械基础》P298表13－7查得，小带轮基准直径为50～90mm（ddmin=50mm），则取dd1=80mm>ddmin.（dd1根据P295表13-4查得）由《机械基础》P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=250mm误差验算传动比：（为弹性滑动率）误差符合要求②带速满足5m/s<v<25~30m/s的要求，故验算带速合适。（4）确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角由式可得0.7（80+250）2（80+250）即231660，选取=500mm所以有：由《机械基础》P293表13－2查得Ld＝1600mm实际中心距符合要求。3.042142080（5）确定带的根数z查机械设计手册，取P1KW，△P1KW由《机械基础》P299表13－8查得，取Ka=0.95由《机械基础》P293表13－2查得，KL＝1.16则带的根数所以z取整数为6根（6）确定带轮的结构和尺寸根据V带轮结构的选择条件，Y100L1-4型电机的主轴直径为d=28mm；由《机械基础》P293，“V带轮的结构”判断：当3d＜dd1(90mm)＜300mm，可采用H型孔板式或者P型辐板式带轮，这次选择H型孔板式作为小带轮。由于dd2>300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。（7）确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。（8）计算压轴力由《机械基础》P303表13－12查得，Z型带的初拉力F0＝55N，上面已得到o，z=6，则（9）带轮的材料选用灰铸铁，HT200。减速器内传动件的设计（齿轮传动设计）（1）选择齿轮材料、热处理方法及精度等级①齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查《机械基础》P322表14－10，小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度260HBS；大齿轮选用45号钢，调质处理，硬度为220HBS。②精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据《机械设计学基础》P145表5－7，初选8级精度。（2）按齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为：确定载荷系数K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查《机械设计学基础》P147表5－8，得K的范围为1.4~1.6，取K＝1.5。小齿轮的转矩接触疲劳许用应力ⅰ）接触疲劳极限应力由《机械设计学基础》P150图5－30中的MQ取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得45钢的调质处理后的极限应力为=600MPa，=560MPaⅱ）接触疲劳寿命系数ZN应力循环次数公式为N=60njth工作寿命每年按300天，每天工作8小时，故th=(300×10×8)=24000hN1=60××1××108查《机械设计学基础》P151图5－31，且允许齿轮表面有一定的点蚀ZN1=1.02ZN2ⅲ)接触疲劳强度的最小安全系数SHmin查《机械设计学基础》P151表5－10，得SHmin＝1ⅳ）计算接触疲劳许用应力。将以上各数值代入许用接触应力计算公式得ⅴ）齿数比因为Z2=iZ1，所以ⅶ）齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查《机械基础》P326表14－12，得到齿宽系数的范围为0.8～1.1。取。ⅵ）计算小齿轮直径d1由于，故应将代入齿面接触疲劳设计公式，得④圆周速度v查《机械设计学基础》P145表5－7，v1<2m/s，该齿轮传动选用9级精度。主要参数选择和几何尺寸计算齿数对于闭式软齿面齿轮传动，通常z1在20～40之间选取。为了使重合度较大，取z1＝20，则z2＝iz1＝80。使两齿轮的齿数互为质数，最后确定z2=81。模数m标准模数应大于或等于上式计算出的模数，查《机械基础》P311表14－1，选取标准模数m=3mm。分度圆直径d中心距a齿轮宽度b大齿轮宽度小齿轮宽度其他几何尺寸的计算（，）齿顶高由于正常齿轮，所以齿根高由于正常齿所以全齿高齿顶圆直径齿根圆直径齿根校核齿根弯曲疲劳强度的校核公式为齿形系数YF根据Z1、Z2,查《机械设计学基础》P153表5－11，得YF1＝2.81，YF2弯曲疲劳许用应力计算公式ⅰ)弯曲疲劳极限应力根据大小齿轮的材料、热处理方式和硬度，由《机械设计学基础》P154图5－33的MQ取值线查得，ⅱ）弯曲疲劳寿命系数YN根据N1>和N2=>，查《机械设计学基础》P156图5－34得，YN1=1,YN2=1ⅲ)弯曲疲劳强度的最小安全系数SFmin本传动要求一般的可靠性，查《机械设计学基础》P151表5－10，取SFmin＝1.2。ⅳ）弯曲疲劳许用应力将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得ⅴ）齿根弯曲疲劳强度校核因此，齿轮齿根的抗弯强度是安全的。轴的设计高速轴的设计①选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查《机械基础》P369表16－1，得其许用弯曲应力，。初步计算轴的直径由前计算可知：P1=2.09KW,n1其中，A取112。考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则查《机械基础》P458附录1，取d=25mm轴的结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有7个轴段。1段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为25mm，查《机械基础》P475附录23，取该轴伸L1＝60mm。2段：参考《机械基础》P373，取轴肩高度h为1.5mm，则d2=d1+2h=28mm。此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3段：此段装轴承，取轴肩高度h为1mm，则d3=d2+2h=30mm。选用深沟球轴承。查《机械基础》P476附录24，此处选用的轴承代号为6306，其内径为30mm，宽度为19mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小1~2mm。取此段长L3=17mm。4段与6段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为2mm，则d4=d6=d3+2h=33mm，长度取5mm，则L4=L6＝5mm。5段：：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d=60mm可知，d6=60mm。因为小齿轮的宽度为70mm，则L5=70mm。7段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=30mm，L7＝17mm。由上可算出，两轴承的跨度L＝mm高速轴的轴段示意图如下：⑤按弯矩复合强度计算A、圆周力：B、径向力：ⅰ）绘制轴受力简图ⅱ）绘制垂直面弯矩图轴承支反力：由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为如图ⅲ）绘制水平面弯矩图ⅳ）绘制合弯矩图ⅴ）绘制扭转图转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取α=0.6，ⅵ）绘制当量弯矩图截面C处的当量弯矩：ⅶ)校核危险截面C的强度43所以轴强度足够。（2）低速轴的设计①选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查《机械基础》P369表16－1，得其许用弯曲应力，。②初步计算轴的直径由前计算可知：P2=2.007KW,n2计算轴径公式：即：其中，A取106。考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则查《机械基础》P458附录1，取d=30mm轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有6个轴段。1段：此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径d1=32mm，根据《机械基础》P482附录32，选用弹性套柱销联轴器，其轴孔直径为32mm，轴孔长度为60mm。根据联轴器的轴孔长度，又由《机械基础》P475附录23，取轴伸段（即Ⅰ段）长度L1＝58mm。2段：查《机械基础》P373，取轴肩高度h为1.5mm，则d2=d1+2h=mm此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3段：取轴肩高度h为2.5mm，则d3=d2+2h=35+2mm。此段装轴承与套筒。选用深沟球轴承。查机械基础P476附录24，此处选用的轴承代号为6208，其内径为40mm，宽度为18mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小1~2mm。取套筒长度为10mm，则此段长L3=（18-2）+10+2=28mm。4段：此段装齿轮，取轴肩高度h为2.5mm，则d4=d3+2h=mm。因为大齿轮的宽度为60mm，则L4=60-2=58mm5段：取轴肩高度h为2.5mm，则d5=d4+2h=50mm，长度与右面的套筒相同，即L5=10mm。6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=40mm，L6＝17mm。由上可算出，两轴承的跨度L＝。低速轴的轴段示意图如下：按弯矩复合强度计算A、圆周力：B、径向力：ⅰ）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZⅱ)由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为受力图：ⅲ）截面C在水平面上弯矩为：ⅳ）合成弯矩为：ⅴ）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取α=0.6，截面C处的当量弯矩：ⅵ)校核危险截面C的强度43所以轴强度足够。（3）确定滚动轴承的润滑和密封由于轴承周向速度为1m/s<2m/s，宜用轴承内充填油脂来润滑。滚动轴承外侧的密封采用凸缘式轴承盖和毡圈来密封。（4）回油沟由于轴承采用脂润滑，因此在箱座凸缘的上表面开设回油沟，以提高箱体剖分面处的密封性能。（5）确定滚动轴承在箱体座孔中的安装位置因为轴承采用脂润滑，那么可取轴承内侧端面到箱体的距离为10mm，并设置封油盘，以免润滑脂被齿轮啮合时挤出的或飞溅出来的热油冲刷而流失。(6)确定轴承座孔的宽度L，为箱座壁厚，，为箱座、箱盖连接螺栓所需的扳手空间，查机械基础表19-1得，取＝8mm，C1＝18mm，C2＝16mm，L＝8+18+16+8＝50mm。（7）确定轴伸出箱体外的位置采用凸缘式轴承盖，LH3型弹性柱销联轴器，高速轴轴承盖所用螺栓采用规格为GB/T5782M630，低速轴采用螺栓采用规格为GB/T5782GB/T5782M835为了方便在不拆卸外接零件的情况下，能方便拆下轴承盖，查《机械基础》附录33，得出A、B的长度，则：高速轴：L1>(A-B)=35-23=12mm；低速轴：L2>(A-B)=45-38=7mm由前设定高速轴的L=60mm，低速轴的可知，满足要求。(8)确定轴的轴向尺寸高速轴（单位：mm）：各轴段直径D1D2D3D4D5D6D725283033603325各轴段长度L1L2L3L4L5L6L7606017570517低速轴（单位：mm）：各轴段直径D1D2D3D4D5D6323540455040各轴段长度L1L2L3L4L5L65860285810174、滚动轴承的选择与校核计算根据《机械基础》P437推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同，取10年，一年按300天计算，Th=(300×10×8)=24000h（1）高速轴承的校核选用的轴承是6306深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为由《机械基础》P407表18－6查得，fd＝1.2～1.8，取fd=1.2。因为Fa1=0N，Fr1=518.8N，则查《机械基础》P407表18－5得，X=1，Y=0。查《机械基础》p406表18-3得：ft=1，查《机械基础》p405得：深沟球轴承的寿命指数为＝3，Cr=20.8KN；则所以预期寿命足够，轴承符合要求。（2）低速轴承的校核选用6208型深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为由《机械基础》P407表18－6查得，fd＝1.2～1.8，取fd=1.2。因为Fa2=0N，Fr2=492N，则查《机械基础》P407表18－5得，X=1，Y=0。查《机械基础》p406表18-3得：ft=1，查《机械基础》p405得：深沟球轴承的寿命指数为＝3，Cr=22.8KN；则所以预期寿命足够,轴承符合要求。5、键联接的选择及其校核计算（1）选择键的类型和规格轴上零件的周向固定选用A形普通平键，联轴器选用B形普通平键。高速轴（参考《机械基础》p471、附录17，《袖珍机械设计师手册》p835、表15-12a）：根据带轮与轴连接处的轴径25mm，轴长为60mm，查得键的截面尺寸b＝8mm，h＝7mm根据轮毂宽取键长L＝40mm高速齿轮是与轴共同制造，属于齿轮轴。低速轴：根据安装齿轮处轴径，查得键的截面尺寸，根据轮毂宽取键长。根据安装联轴器处轴径，查得键的截面尺寸，取键长L=50mm。根据轮毂宽取键长L＝72mm（长度比轮毂的长度小10mm）（2）校核键的强度①高速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力：ⅰ）键的剪切强度键的剪切强度足够。ⅱ）键联接的挤压强度<键联接的挤压强度足够。②低速轴两键的校核低速轴装齿轮轴段的键的校核：键上所受作用力：ⅰ）键的剪切强度键的剪切强度足够。ⅱ）键联接的挤压强度键联接的挤压强度足够。B、低速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力：ⅰ）键的剪切强度键的剪切强度足够。ⅱ）键联接的挤压强度键联接的挤压强度足够。6、联轴器的扭矩校核低速轴：选用弹性套柱销联轴器，查《机械基础》P484附录33，得许用转速[n]＝3800r/min则n2＝116.7r/min<[n]所以符合要求。7、减速器基本结构的设计与选择（1）齿轮的结构设计①小齿轮：根据《机械基础》P335及前面设计的齿轮尺寸，可知小齿轮齿根圆直径为52.5mm，根据轴选择键的尺寸h为7，则可以算出齿根圆与轴孔键槽底部的距离x=，因此应采用齿轮轴结构。（2）滚动轴承的组合设计①高速轴的跨距L＝L1+L2+L3+L4+L5=60+60+17+5+70+5+17=234mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。②低速轴的跨距L＝L1+L2+L3+L4+L5=58+60+28+58+10+17=231mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。（3）滚动轴承的配合高速轴的轴公差带选用j6，孔公差带选用H7；低速轴的轴公差带选用k6，孔公差带选用H7。高速轴：轴颈圆柱度公差/P6=2.5，外壳孔/P6=4.0；端面圆跳动轴肩/P6=6，外壳孔/P6=10。低速轴：轴颈圆柱度公差/P6=4.0，外壳孔/P6=6；端面圆跳动轴肩/P6=10，外壳孔/P6=15。轴配合面Ra选用IT6磨0.8，端面选用IT6磨3.2；外壳配合面Ra选用IT7车3.2，端面选用IT7车6.3。（4）滚动轴承的拆卸安装时，用手锤敲击装配套筒安装；为了方便拆卸，轴肩处露出足够的高度h，还要留有足够的轴向空间L，以便放置拆卸器的钩头。（5）轴承盖的选择与尺寸计算①轴承盖的选择：选用凸缘式轴承盖，用灰铸铁HT150制造，用螺钉固定在箱体上。其中，轴伸端使用透盖，非轴伸端使用闷盖。②尺寸计算Ⅰ）轴伸端处的轴承盖（透盖）尺寸计算A、高速轴：选用的轴承是6306深沟型球轴承，其外径D＝72mm，采用的轴承盖结构为凸缘式轴承盖中a图结构。查《机械基础》P423计算公式可得：螺钉直径d3＝8，螺钉数n＝4B、低速轴：选用的轴承是6208型深沟型球轴承，其外径D＝80mm。尺寸为：螺钉直径8，螺钉数4图示如下：Ⅱ）非轴段处的轴承盖（闷盖）尺寸计算：高速轴与低速轴的闷盖尺寸分别与它们的透盖尺寸相同。（6）润滑与密封①齿轮的润滑采用浸油润滑，浸油深度为一个齿高，但不小于10mm。②滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为1m/s<2m/s，所以选用轴承内充填油脂来润滑。③润滑油的选择齿轮选用普通工业齿轮润滑油，轴承选用钙基润滑脂。④密封方法的选取箱内密封采用挡油盘。箱外密封选用凸缘式轴承盖，在非轴伸端采用闷盖，在轴伸端采用透盖，两者均采用垫片加以密封；此外，对于透盖还需要在轴伸处设置毡圈加以密封。三、箱体尺寸及附件的设计1、箱体尺寸采用HT250铸造而成，其主要结构和尺寸如下：中心距a=151.5mm，取整160mm总长度L：总宽度B：总高度H：箱座壁厚：，未满足要求，直接取8mm箱盖壁厚：，未满足要求，直接取8mm箱座凸缘厚度b：=1.5*8=12mm箱盖凸缘厚度b1：=1.5*8=12mm箱座底凸缘厚度b2：=2.5*8=20mm箱座肋厚m：mm箱盖肋厚m1：=扳手空间：C1＝18mm，C2＝16mm轴承座端面外径D2：高速轴上的轴承：低速轴上的轴承：轴承旁螺栓间距s：高速轴上的轴承：低速轴上的轴承：轴承旁凸台半径R1：箱体外壁至轴承座端面距离：地脚螺钉直径：地脚螺钉数量n：因为a=160mm<250mm，所以n=4轴承旁螺栓直径：凸缘联接螺栓直径：,取＝10mm凸缘联接螺栓间距L：，取L＝100mm轴承盖螺钉直径与数量n：高速轴上的轴承：d3=6,n＝4低速轴上的轴承：d3=8，n＝4检查孔盖螺钉直径：,取d4＝6mm检查孔盖螺钉数量n：因为a=160mm<250mm,所以n=4启盖螺钉直径d5（数量）：（2个）定位销直径d6（数量）：（2个）齿轮圆至箱体内壁距离：，取＝10mm小齿轮端面至箱体内壁距离：，取＝10mm轴承端面至箱体内壁距离：当轴承脂润滑时，＝10～15，取＝10大齿轮齿顶圆至箱底内壁距离：>30～50，取＝40mm箱体内壁至箱底距离：＝20mm减速器中心高H：，取H＝185mm。箱盖外壁圆弧直径R：箱体内壁至轴承座孔外端面距离L1：箱体内壁轴向距离L2：两侧轴承座孔外端面间距离L3：2、附件的设计（1）检查孔和盖板查《机械基础》P440表20－4，取检查孔及其盖板的尺寸为：A＝115，160，210，260，360,460，取A＝115mmA1＝95mm，A2＝75mm，B1＝70mm，B＝90mmd4为M6，数目n＝4R＝10h＝3ABA1B1A2B2hRndL11590