一级圆柱齿轮减速器说明书(1).doc

机械设计基础课程设计课题名称：一级圆柱齿轮减速器的设计计算系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化 班 级： 12级机电 班 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成日期： 年 月 日 目录摘 要1第一章绪论21.1概述21.2本文研究内容2第二章 减速机的介绍22.1减速机的特点、用途及作用22.2减速器的基本构造和基本运动原理3第三章 电动机的选择53.1电动机类型和结构的选择53.2电动机容量选择53.3电动机转速63.4传动比分配和动力运动参数计算7第四章 齿轮传动的设计及校核94.1齿轮材料和热处理的选择94.2齿轮几何尺寸的设计计算94.3 齿轮的结构设计13第五章 v带传动的设计计算14各类数据的计算14第六章轴的设计与校核176.1轴的设计176.2轴材料的选择和尺寸计算176.3轴的强度校核18第七章轴承的选择和校核21轴承的选择和校核21第八章 键的选择和校核248.1 i轴和ii轴键的选择和键的参数248.2 i轴和ii轴键的校核25第九章 联轴器的选择和校核269.1联轴器的选择269.2联轴器的校核27第十章减速器的润滑和密封27减速器的润滑和密封27第十一章箱体设计28箱体的结构尺寸28第十二章参考文献31摘 要齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要有优点是：1. 瞬时传动比恒定、工作为平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间运动和动力。2. 适用的功率和速度范围广；3. 传动效率高，之间；4. 工作为可靠、使用寿命长；5. 外轮廓尺寸小、结构运送。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作为机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用力，在现代机械中应用极为广泛。6. 国内的减速器多以齿轮传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合起来的减速器;按照传动的级数可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。当今的减速器是向着大功率、大传动比、体积小、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。近十几年来，由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而失去了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品加工更加精致化、美观化。齿轮减速器应用范围广泛，例如，内平动齿轮传动与定轴齿轮传动和行星齿轮传动相比具有许多优点，能够适用于机械、冶金、矿山、建筑、轻工、国防等众多领域的大功率、大传动比场合，能够完全取代这些领域中的圆柱齿轮传动和蜗轮蜗杆传动，因此，内平动齿轮减速器有广泛的应用前景。关键字：减速器 轴承齿轮机械传动第一章绪论1.1概述机械设备的寿命是指机械设备从开始使用到被淘汰的整个时间过程。机器设备的寿命分为：自然寿命、技术寿命、经济寿命。其中经济寿命受有形磨损和无形磨损的共同影响。采用新材料是延长机械寿命的有效措施，近年来，材料科学发展迅速，大量高强度，耐磨，抗振和抗冲击的新材料不断的出现，在设计新机时应根据机械性能与工况选用相适应的新材料，以延长其使用寿命，有时反而会造成经济损失，甚至阻碍技术进步，只有适时的更换机械，才能促使技术进步，加速经济增长，节约能源，提高经济效益。同一种型号的工程机械，由于设计水平、制造质量、使用环境以及使用维修单位的技术和管理水平各不相同，其使用寿命会有很大的差别。因此工程机械的研究、设计、制造、安装直至运行，保养和维修全过程，都有责任为延长机械的寿命作出贡献。1.2本文研究内容本文主要介绍的是一级减速机的设计。而减速机不仅包括减速器，还包括电机。因为如果减速机要起到减速作用的话，就必须有减速装置，这时就需要减速器来工作了。因此减速器是减速机实现减速的核心部件，减速器主要是靠一对啮合的齿轮传动来实现减速的。第二章 减速机的介绍2.1减速机的特点、用途及作用减速机利用各级齿轮传动来达到降速的目的。减速器就是由各级齿轮副组成的。比如用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速的目的，再采用多级这样的结构，就可以大大降低转速了。减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机。内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。 减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。减速机的作用：在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛，几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶，汽车,机车,建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电,钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用,且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能,因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。 减速机是一种动力传达的机构，在应用上于需要较高扭矩以及不需要太高转速的地方都用的到它。例如:输送带，搅拌机，卷扬机，拍板机，自动化专用机。而且随着工业的发展和工厂的自动化，其利用减速机的需求量日益成长。通常减速的方法有很多，但最常用的方法是以齿轮来减速，可以缩小占用空间及降低成本，所以也有人称减速机为齿轮箱(gearbox)。通常齿轮箱是一些齿轮的组合，因齿轮箱本身并无动力,所以需要驱动组件来传动它,其中驱动组件可以是马达，引擎或蒸汽机等。而使用减速机最大的目的有下列几种：1.动力传递2.获得某一速度3.获得较大扭矩.但除了齿轮减速机外，由加茂精工所开发的球体减速机，提供了另一项价值,就是高精度的传动,且传动效率高，为划时代的新传动构造。2.2减速器的基本构造和基本运动原理2.2.1一级齿轮减速器的机械结构减速器有两条轴系、两条装配线，两轴分别由滚动轴承支承在箱体上，采用过渡配合，有较好的同轴度，从而保证齿轮啮合的稳定性。端盖嵌入箱体内，从而确定了轴和轴上零件的轴向位置。装配时只要修磨调整环的厚度，就可使轴向间隙达到设计要求。箱体采用分离式，沿两轴线平面分为箱座和箱盖，二者采用螺栓连接，这样便于装修。为了保证箱体上安装轴承和端盖的孔的正确形状，两零件上的孔是合在一起加工的。装配时它们之间采用两锥销定位，销孔钻成通孔，便于拔销。箱体下部为油池，内装油机，供齿轮润滑。齿轮和轴承之间采用飞溅润滑方式，油面高度通过油面观察结构观察。通气塞是为了排放箱体内的挥发气体，拆去小盖可检视齿轮磨损情况或加油。油池底部应有斜度，放油螺塞用于清洗放油，其螺孔应低于油池底面，以便放进机油。箱体前后对称，两啮合齿轮安置在该对称平面上，轴承和端盖对称分布在齿轮的两侧。箱体的左右两边有四个成钩状的加强肋板，作用为起吊运输。2.2.2一级齿轮减速器的工作原理一级圆柱齿轮减速器是通过装在箱体内的一对啮合齿轮的转动实现减速运动的。动力由电动机通过皮带轮传送到齿轮轴，然后通过两啮合齿轮（小齿轮带动大齿轮）传送到轴，从而实现减速之目的。图1一级减速器简图带式输送机的主要参数：输送带的最大有效拉力f=1150n，输送带的工作速度v=1.6 m/s，输送机滚筒直径d=260 mm。带式输送机在常温下连续工作、单向运转；空载起动，工作载荷较平稳；两班制（每班工作8小时），要求减速器设计寿命为8年，大修期为3年，中批量生产；三相交流电源的电压为380/220v。2.2.3传动方案的分析传动方案的确定除了满足工作装置的传动外还要求结构单和制造方便，成本低廉，传动效率高和使用维护方便。根据这些要求我们的原动力，即电动机选用最常用的筏型三相异步电动机，在机械传动中，由于v带的传动能力好，可以缓冲和吸振，传动平稳，过载打滑，可防止其它零件的损坏，而且安装维护方便，成本低。因此本设计采用v带传动，减速器采用单级斜齿圆柱齿轮减速器，而减速器又有轴，轴承，箱体等部分组成，为了设计合理，下面我们将进行选择并对其进行校核。第三章 电动机的选择3.1电动机类型和结构的选择选择y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。3.2电动机容量选择电动机所需工作功率为： pdpw/ (kw) pwfv/1000 (kw) pd=fv/1000 (kw) 由电动机至运输带的传动总效率为： 式中：、分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。因未选用带传动取1取0.98，=0.975，=0.99则： 总=10.980.9750.990.96=0.925所以：电机所需的工作功率：pd = fv/1000总=(16212.965)/(10000.925)=4.7235 (kw)3.3电动机转速此选定电动机型号为y132m2-6，其主要性能：电动机主要外形和安装尺寸：图2电动机的外形图表1电动机安装尺寸大小中心高h外形尺寸l(ac/2+ad)hd底角安装尺寸 ab地脚螺栓孔直径 k轴 伸尺 寸de装键部位尺寸fgd1325203453152161781228801041卷筒工作转速为： n卷筒601000v/（d） =(6010002.695)/（260）=198.064r/min根据手册p7表1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围为 =36 则总传动比理论范围为： 36 故电动机转速的可选范为: = =(36)198=594.181188r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000 r/min。表2根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号方案型号额定功率电动机转速(r/min)堵转转矩最大转矩传动装置传动比同步转速满载转速总传动比减速器1y132m2-65.510009602.02.04.8484.8482y160m2-85.57507202.02.03.6363.6363.4传动比分配和动力运动参数计算3.4.1转速n=1420（r/min）=1420/3=473.333（r/min） =/=473.333/4.025=117.589（r/min）=117.589（r/min）3.4.2 功率p3.4.3 转矩t =14.126(nm) (nm) = 158.872(nm) = 155.710(nm)表3转速、功率和转矩数据表轴号功率p/kw n /(r.min-1) /(nm) i 02.100142014.126 30.96 11.974473.33340.684 21.916117.589158.8724.0250.97 31.875117.589155.71010.98第四章 齿轮传动的设计及校核4.1齿轮材料和热处理的选择小齿轮选用45号钢，调质处理，hb236大齿轮选用45号钢，正火处理，hb1904.2齿轮几何尺寸的设计计算4.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸由机械零件设计手册查得 ,shlim = 1 由机械零件设计手册查得 zn1 = zn2 = 1 yn1 = yn2 = 1.1 1) 小齿轮的转矩：2) 选载荷系数k：由原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对称布置。查机械原理与机械零件教材中表得，取k1.13) 计算尺数比=4.0254) 选择齿宽系数根据齿轮为软齿轮在两轴承间为对称布置。查机械原理与机械零件教材中表得，取15) 计算小齿轮分度圆直径= = 44.714( mm)6) 确定齿轮模数mm =(0.0070.02)a = (0.0070.02)185.871 取m=27) 确定齿轮的齿数和 取 z1 = 24 取 z2 = 968) 实际齿数比 齿数比相对误差 ：/=2.19/204=0.0107 计算大齿轮齿根弯曲应力为 4.2.3 齿轮几何尺寸的确定齿顶圆直径:由机械零件设计手册得h*a =1 c* = 0.25 齿距: p = 23.14=6.28(mm)齿根高: 齿顶高: 齿根圆直径表4各类数据技术计算结果名称符号公式齿1齿2齿数32122分度圆直径64244齿顶高22齿根高2.52.5齿顶圆直径54196齿根圆直径43187中心距120齿宽70654.3 齿轮的结构设计小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构大齿轮的关尺寸计算如下：轴孔直径 d=50轮毂直径 =1.6d=1.650=80轮毂长度 轮缘厚度 0 = (34)m = 68(mm) 取 =8轮缘内径 =-2h-2=196-24.5-28= 171(mm)取d2 = 170(mm) 腹板厚度 c=0.3=0.348=14.4 取c=15(mm)腹板中心孔直径=0.5(+)=0.5(170+80)=125(mm)腹板孔直径=0.25（-）=0.25（170-80）=22.5(mm) 取=20(mm)齿轮倒角n=0.5m=0.52=1齿轮工作如图3所示：图3齿轮的工作图第五章 v带传动的设计计算 各类数据的计算1）确定计算功率查表得ka=1.1，则pc=kap=1.13=3.3kw2）确定v带型号按照任务书得要求，选择普通v带。根据pc=3.3kw及n1=235r/min，查图确定选用b型普通v带。3）确定带轮直径确定小带轮基准直径：根据图推荐，小带轮选用直径范围为112140mm，选择dd1=140mm。验算带速：v =5.17m/s5m/sv25m/s,带速合适。计算大带轮直径= =3140（1-0.02）=411.6mm选取=400mm4）确定带长及中心距初取中心距：得3781080， 根据总体布局，取=800 mm确定带长ld：根据几何关系计算带长得 =2469.36mm根据标准手册，取ld =2500mm。 计算实际中心距 =815.32mm5）验算包角 = =161.73120，包角合适。6）确定v带根数zz根据dd1=140mm及n1=705r/min，查表得p0=1.64kw,p0=0.22kw中心距a=815.32mm包角=161.73包角合适 k=0.956 kl=1+0.5(lg2500-lg2240)=1.024z=1.737取z=27）确定粗拉力f0 f0=查表得q = 0.1kg/m，则f0=98.26n q=2zf0sin=2298.26sin=388n第六章轴的设计与校核6.1轴的设计图4轴的设计简图 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的轮齿段 4套筒 6密封盖 7轴端挡圈 8轴承端盖 9-轴承端盖10键 11-联轴器6.2轴材料的选择和尺寸计算由机械零件设计手册中的图表查得选45号钢，调质处理，hb217255=650mpa =360mpa =280mpa按照扭转强度初步设计轴的最小直径主动轴=c=23.44 从动轴=c=37.14考虑键槽=23.441.05=24.612考虑键槽=37.141.05=38.996选取标准直径=25选取标准直径=39根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。6.3轴的强度校核确定轴上的零件位置及轴上零件的固定方式：由于是单级齿轮减速器，故将齿轮布置在箱体内壁中央，轴承对称地布置在齿轮的两边，轴的外伸段安装联轴器。1) 主动轴的强度校核圆周力 =2000158.872/204=1557.57 n径向力 =tan=1557.57tan20=566.909 n由于为直齿轮，轴向力=0l=98mm =0.53339=778.785=0.5l=778.785980.5/1000=38.16=0.5566.909=283.455=0.5l=283.455980.5/1000=13.89 转矩 t=90.153校核：=38.2 =66.22 由图表查得，=55mpad10=10=10.64(mm)考虑键槽d=10.64mm 25mm，则强度足够2) 从动轴的强度校核圆周力 =2000158.872/192=1654.9径向力 =tan=1654.92tan20=602.34由于为直齿轮，轴向力=0 l=98mm =0.5=0.51557.57=778.785=0.5l=778.785980.5/1000=38.16=0.5=0.5566.909 =283.455=0.5l=283.455980.5/1000=14.134 转矩t=161.182 校核： =40.697 =104.923 由图表查得，=55mpa d10=10=26.72(mm) 考虑键槽d=26.72mm 39mm 则强度足够轴的受力简图：（如下图所示）图5轴的受力简图第七章轴承的选择和校核轴承的选择和校核1) 轴承的选择因为斜齿轮在工作时会产生轴向力，所以应采用角接触轴承，根据轴的设计尺寸，选用7210c和7510c各一对。2) 轴承的参数表5轴承的参数数据轴承型号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定载荷/kn极限转速(r/min)质量/knddbrminr1minadamindamaxramaxcr(动)c0r(静)脂润滑油润滑7210c5090201.10.619.45783132.826.8630085000.467215c75130252126.4841211.554.260.8430056001.23) 轴承的校核已知参数7210c径向力，轴向力，转速，a=15计算派生轴向力查表13-5查得e在0.43至0.46之间。根据线性插值法：求轴承的轴向载荷因，故轴承1为紧端，轴承2为松端。则计算当量动载荷由表13-5及插值法算得7210c（a=15）的判别系数，故再由表13-5查得，由，得的值在之间由插值法算得最大动载荷远小于额定动载荷，因此强度足够。计算轴承寿命由表13-7、13-8查得，由手册查得7210c的动载荷为32800n，又。由式13-6b得故轴承1的寿命约为76937h，轴承2的工作寿命约为10247172h。这对轴承的寿命为76937h。已知参数7215c径向力，轴向力，转速，a=15计算派生轴向力查表13-5查得e在0.38至0.40之间。根据线性插值法：求轴承的轴向载荷因，故轴承1为紧端，轴承2为松端。则计算当量动载荷由表13-5及插值法算得7210c（a=15）的判别系数，故再由表13-5查得，由，得的值在之间由插值法算得最大动载荷远小于额定动载荷，因此强度足够。计算轴承寿命由表13-7、13-8查得，由手册查得7215c的动载荷为54200n，又。由式13-6b得故轴承1的寿命约为146811h，轴承2的工作寿命约为6067540h。这对轴承的寿命为146811h。第八章 键的选择和校核8.1 i轴和ii轴键的选择和键的参数1) i轴键的选择根据轴径d1=40mm，l1=130mm，选取键a12110 gb1096-79根据轴径d4=56mm,l4=58mm，选取键a1640 gb1096-792) i轴键的参数表6i轴承的参数数据轴键键槽b公称直径公称尺寸一般键连接轴t毂t1半径rbhl轴n9毂js9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差401281100-0.0430.0255.0+0.23.3+0.20.250.4561610406.04.33) ii轴键的选择根据轴径d1=63mm，l1105mm，选取键c1890 gb1096-79根据轴径d4=80mm，l4=48mm，选取键a2236 gb1096-794) ii轴键的参数表7ii轴承的参数数据轴键键槽b公称直径公称尺寸一般键连接轴t毂t1半径rbhl轴n9毂js9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差631811900-0.0430.0257.0+0.24.4+0.20.250.4802214370-0.0520.0269.05.40.40.68.2 i轴和ii轴键的校核1) i轴键的校核由表10-10查得故此键满足强度要求2) ii轴键的校核由表10-10查得 此键满足强度要求，由于接近许用强度，为保险起见，采用过盈配合。此键不满足强度要求，因此采用对称双键且采用过盈配合。因采用双键，应再校核此轴段=55.25mm采用双键，增大10%校核=58.251.1=64mm80mm因此，此轴强度是足够的。第九章 联轴器的选择和校核9.1联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经济问题，选用弹性套柱联轴器。k=1.3=9550=9550=418.374选用lt7型弹性套住联轴器，公称尺寸转矩=500，。采用y型轴孔，a型键轴孔直径选d=40，轴孔长度l=112表8lt7型弹性套住联轴器有关参数型号公称转矩t/(nm)许用转速n/（r轴孔直径d/mm轴孔长度l/mm外径d/mm材料轴孔类型lt725036004011265ht200y型9.2联轴器的校核根据轴的设计，联轴器所以选用的联轴器适合第十章减速器的润滑和密封减速器的润滑和密封10.1.1润滑的选择确定1) 润滑方式 齿轮v=1.212 m/s 应用喷油润滑，但考虑成本及需要，选用浸油润滑。 轴承采用润滑脂润滑。2) 润滑油牌号及用量 齿轮润滑选用150号机械油，最低最高油面距1020mm，需油量为1.5l左右。 轴承选用2l-3型润滑脂，用油量轴承间隙为1/31/2为宜10.1.2密封的选择确定1) 密封形式 箱座与箱盖凸缘接合面的密封 选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法 观察孔和油孔等处接合面的密封 在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封2) 轴承孔的密封 闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部 轴的外伸端与透盖的间隙，由于v3（m/s），故选