二级圆柱齿轮减速器设计说明书华中科技大学

华中科技大学机械设计课程设计减速器设计说明书学院名称能源与动力工程学院专业热能与动力工程班级0808班姓名谭鹏指导老师设计时间2010年11月15日2010年12月3日华中科技大学1/27目录第一章设计任务书2第二章传动方案的拟定及说明3第三章电动机的选择3第四章计算传动装置的运动和动力参数4第五章传动件设计计算5第六章轴的设计计算15第七章键连接的选择及校核计算18第八章滚动轴承的选择及计算19第九章联轴器的选择21第十章润滑与密封21第十一章减速器附件的选择22第十二章设计小结26附录参考资料目录27华中科技大学2/27第一章设计任务书题目设计带式运输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器（外传动件为开式齿轮传动）一、总体布局简图二工作环境稍有灰尘；载荷特性有冲击；三、原始数据运输带的有效拉力F（N）13000N滚筒的直径D（MM）405MM运输带速度V（M/S）047M/S五年两班制生产规模小批量四、设计内容1电动机的选择与运动参数计算；2齿轮传动设计计算3轴的设计4滚动轴承的选择5键和连轴器的选择与校核；6装配图、零件图的绘制7设计计算说明书的编写华中科技大学3/27第二章传动方案的拟定及说明由题目所知传动机构类型为双级圆柱齿轮减速器。根据已知条件计算出工作机的滚筒转速为N_W601000V/D601000047/3144052218R/MIN若选用同步转速为1500R/MIN或1000R/MIN的电动机，则可估算出传动装置的总的传动比I约为65或44，此处传动比较大，故按图1所示的传动方案进行设计。第三章电动机的选择1电动机类型和结构的选择电动机的类型根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。2电动机容量的选择1）工作机所需的有效功率为PWFV/100013000047/1000KW611KW2）电动机的输出功率为了计算电动机的所需功率PD,先要确定从电动机到工作机的总效率。设1、2、3、4、5、6分别为弹性联轴器、闭式圆柱齿轮传动（8级精度）、滚动轴承、开式圆柱齿轮传动、滚筒效率，由课程设计表22查得1099,2097,3099,4095,5096，。则传动装置总效率为1222354508097电机所需功率为PDPW/7563KW由表161选取电动机的额定功率为75KW。3电动机转速的选择华中科技大学4/27选择常用的同步转速为1500R/MIN和1000R/MIN两种。4电动机型号的确定根据电动机所需功率和同步转速，查表161可知，电动机型号为Y160M6和Y132M4。根据电动机的满载转速NM和滚筒转速NW可算出总传动比。现将此两种电动机的数据和总的传动比列于下表中。电动机的数据机及总的传动比方案号电动机型号额定功率/KW同步转速/R/MIN满载转速/R/MIN总传动比轴外伸直径/MM轴外伸长度/MM1Y160M67510009704374421102Y132M4751500144064943880由上表可知，方案2转速高、价格低、总传动比较大，同时因采用开式齿轮传动需较大的中心距，选用传动比较大的方案，故选用电机型号为Y132M4。第四章计算传动装置的运动和动力参数1传动装置的总传动比及其分配根据表23，取开式齿轮传动的传动比I3425，则减速器的总传动比为I6494/4251528双级圆柱齿轮减速器高速级传动比I113131524457双级圆柱齿轮减速器低级传动比为I2I/I11528/445734282各轴的转速计算N1NM1440R/MIN华中科技大学5/27N2N1/I11440/4457R/MIN323087R/MINN3N2/I2323087/3428R/MIN94249R/MINN4N394249R/MIN3各轴的输入功率计算P1PD17487KWP2P1237190KWP3P2236905KWP4P3316767KW4各轴的输入转矩计算T19550P1/N149653NMT29550P2/N2212526NMT39550P3/N3699665NMT49550P4/N4685682NM各轴的运动及动力参数轴号转速（R/MIN）功率（KW）转矩（NM）传动比1144074874965323230877190212526394249690569965549424967676856824,45734281第五章传动件设计计算一外部传动零件开式齿轮传动华中科技大学6/27开式齿轮设计条件功率P46767KW主动轮转速N494249R/MIN传动比I3425转矩T4685682NMM1选齿轮材料、热处理方式及计算许用应力1）材料及热处理按使用条件，属低速、重载，重要性和可靠性一般的开式齿轮传动。选用硬齿面齿轮。具体选择如下大小齿轮均选用20钢，并进行淬火处理。2）确定许用应力查图317得，FLIM5FLIM6460MPA。计算应力循环次数N，确定寿命系数ZN,YN。60T6051111087530016160108N65332107查图319得YN5YN61。计算许用应力由表34取SFLIM1556080846012154906642分析失效形式，确定设计准则由于设计为硬齿面开式齿轮传动，其主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断。因此，该齿轮传动主要按弯曲疲劳强度设计3初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸根据前面计算可知齿轮的名义转矩T4685682NMM选择齿轮类型初估齿轮的圆周速度V3M/S，选用直齿圆柱齿轮传动。初选参数。大小齿轮材料20钢，渗碳淬火FLIM5460MPAFLIM6460MPAYN5YN6154906646490664T4685682NMMZ117Z272X1X20D04华中科技大学7/27Z517，Z6Z5I3425177225，取Z672，X1X20，D04初算齿轮的主要尺寸。A）用式（310）计算D3332425需首先确定系数看K、。因电机驱动，载荷中、等冲击，齿轮转速不高，非对称布置，轴的刚性较小，由相关表可以查得K15查图314得5282查表315得5155541MM332425M11MC595MM取标准模数M36MM。中心距A356534B计算分度圆直径535102636432C计算圆周速度23600000503/计算齿宽大齿轮B6BDD40MM小齿轮B5B6（510）MM45MMK15YFA5268YSA5158M36MMA534MM102MM56432B140MMB245MM二高速级齿轮的传动设计高速级齿轮设计条件功率P17487KW主动轮转速N11440R/MIN华中科技大学8/27传动比I14457转矩T149653NMM1选齿轮材料、热处理方式及计算许用应力1）材料及热处理按使用条件，属中速、轻载，重要性和可靠性一般的齿轮传动。可选用软齿面齿轮，且小齿轮的硬度比大齿轮大3050HBS，具体选择如下小齿轮45钢，调质处理，硬度为220255HBS；大齿轮45钢，正火处理，硬度为190217HBS。取小齿轮齿面硬度为220HBS，大齿轮齿面硬度为190HBS。2）确定许用应力。按齿面硬度查图316得，HLIM1560MPA和HLIM2532MPA；查图317得，FLIM1190MPA，FLIM2162MPA。计算应力循环次数N，确定寿命系数ZN,YN。60T6011114405300162074109N2114652109查图318得，ZN1ZN21,查图319得YN1YN21。计算许用应力由表32取SHLIM11，SFLIM13111560111509222532111482111190121329222216212132492分析失效形式，确定设计准则小齿轮材料45钢，调质，硬度为220HBS大齿轮45钢，正火，硬度为190HBSHLIM1560MPAHLIM2532MPAFLIM1190MPAFLIM2162MPAYN1YN21ZN1ZN211509248212922249华中科技大学9/27由于设计是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效形式是齿面疲劳点蚀，若模数过小也可能发生轮齿疲劳折断。因此，该齿轮传动主要按齿面疲劳强度设计，确定其主要参数，再校核轮齿的弯曲疲劳强度。3初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸根据前面计算可知小齿轮的名义转矩T149653NMM选择齿轮类型初估齿轮的圆周速度V5M/S,为斜齿圆柱齿轮传动。选择齿轮传动精度按估算的圆周速度，由课程设计表1816初步选8级精度。初选参数。12，Z125，Z2Z1I1254457111，X1X20，由表36取A1。初算齿轮的主要尺寸。A）用式（316）计算D1132221需首先确定系数看K、ZH、ZE、Z、Z。因电机驱动，载荷中等冲击，齿轮转速不高，非对称布置，轴的刚性较小，由相关表可以查得，K15查图311得ZH245，查表32得ZE1898，Z08，Z0989，HPHP2COS124737MM132221MND1COS/Z1185MM考虑到轮齿的弯曲强度，取标准模数MN2MM。中心距A212139038圆整后取A140MM。8级精度Z125Z2111K15ZH245ZE1898HPHP2M12MMA140MM134345D15147华中科技大学10/27B）调整螺旋角ARCCOS212134345C计算分度圆直径1115147212228529D计算圆周速度2360000388/小于估计值计算齿宽大齿轮B2BAD115147151471MM取B252MM小齿轮B1B2（510）MM57MM4验算齿轮的弯曲疲劳强度当量齿数ZV1ZV2Z1COS32727Z2COS312109查图318得YFA1260；YFA2221；查图得YSA1162，YSA2178，Y07Y091211111Y738220333轻微冲击，取FP12P1FP668965N041151P2FP33715N2FR137719NFR228096NC0R862KNCR112KNFP12FA128173NFA29365NP145263NP233715N华中科技大学20/272计算轴承寿命LH。已知球轴承10/3，因工作温度小于120，取FT1。110660（1）212106442年轴承2的寿命比轴承1更长，所以轴承强度足够，能满足寿命要求。FT1268106满足寿命要求华中科技大学21/27第九章联轴器的选择（一）电动机与减速器之间的联轴器选择因轴的转速较高，为减小启动载荷，缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，此处选用梅花形弹性联轴器。查表138，选用ML4型弹性套柱销联轴器。结构参数两半联轴器选用长圆柱形孔（Y型），C型键槽，电动机的输出端孔径为3880MM，减速器输入轴端孔径及长度为2540MM。该联轴器标记为ML4GB/T52728525443882（二）减速器与开式齿轮轴之间的联轴器选择选用弹性联轴器。工作条件为轻微冲击，查表135，选用TL8型弹性联轴器。结构参数主动端半联轴器选用长圆柱形孔（Y型），C型键槽，从动端半联轴器选用有沉孔的短圆柱形轴孔（J型），C型键槽，减速器的输出端孔径为55110MM，开式齿轮输入轴端孔径及长度为5580MM。该联轴器标记为TL7GB/T432384551125584ML425443882GB/T527285TL7551125584GB/T432384第十章润滑与密封一齿轮的润滑在减速器中齿轮的润滑方式根据齿轮的圆周速度V而定，经过前面的计算可知，高速级齿轮的圆周速度约为388M/S，低浸油润滑华中科技大学22/27速级的齿轮圆周速度约为138M/S，可采用浸油润滑。高速级大齿轮与低速级大齿轮半径相差25MM，可以直接浸油润滑，不需另设溅油轮，高速级大齿轮离池底85MM，故最低油面取92MM，润滑油选用LCKC68，最小油量为930L。（二）滚动轴承的润滑因浸油齿轮的最大圆周速度较小，故采用润滑脂润滑，选用滚珠轴承脂。轴承内侧需加挡油环，图上已画出。（三）密封方法的选取为了使减速器的分箱面不漏油，应在装配减速器时在分箱上涂密封胶。选用凸缘式端盖易于调整，检查孔盖板以及油塞，油标等处需装纸封油垫（或皮封油圈），以确保密封性，对于透盖，因工作环境清洁，此处选用毡圈油封。最低油面取92MM润滑油选用LCKC220最小油量为1060L滚珠轴承脂分箱上涂密封胶装纸封油垫毡圈油封第十一章减速器附件的选择（一）窥视孔和视孔盖作用为了检查箱内齿轮啮合情况及注油；位置为便于同时观察高、低速齿轮工作情况；由表144，同时考虑到减速箱的尺寸，选择的结构尺寸如下ABA1B1CKR螺钉尺寸螺钉数目1501101801401651255M6308华中科技大学23/27图十二窥视孔和视孔盖（二）通气装置减速器在工作时，箱内温度升高，气体膨胀，压力增大，对减速器各部接缝面的密封很为不利，故常在箱顶部装有透气装置，使减速器内热胀的气体能自由逸出，保持箱内的压力正常，从而保证减速器各部分接缝面的密封性能。查表1410，选用A型通气罩，其结构见装配图，结构尺寸如下表单位均为MMDD1D2D3D4DHABCM1815M33158316404012716（三）起吊装置吊耳为了便于搬运减速器，在减速器及箱体、箱盖上铸出起吊耳环，按表1413知箱体重量约26KG，主要尺寸如下D20MMR20MME20MMB16MM起吊钩华中科技大学24/27B4C1C248MMH408B440MMH405H420R025B12MMB22162为箱座厚，C1、C2为扳手空间。（四）油面指示装置油标由于减速器齿轮是采用浸油法润滑传动件的减速器，为了在加注润滑油或工作中比较方便地检查箱内油面的高度，确保箱内的油量适度，因此要在减速器的箱体的低速级传动件附近的箱壁上装有游标。游标不能装在高速级，因高速级齿轮的转速大于低速级，油的拌搅大，油面不稳定。油标的结构图如右图，结构尺寸见下表DD3BDD1HCD1D2AM20810326426262015五放油孔和油塞华中科技大学25/27放油孔设置在箱座底面最低处，以能将污油放尽。箱座底面常做成115倾斜面，在油孔附近应做成凹坑。螺塞有六角头圆柱细牙螺纹和圆锥螺纹两种，此处选用圆柱细牙螺纹，需加封油垫片。螺塞直径可按减速器的箱座壁厚的225倍选取。螺塞尺寸和油封垫片的尺寸查表1414和1415，选取M2215（六）起盖螺钉起盖螺钉安装在箱盖凸缘上，数量为1个，直接与箱体凸缘连接螺栓直径相同，取12MM；长度应大于箱盖凸缘厚度，取35MM，故螺钉为螺栓GB/T5783M1235。螺钉端部制成圆柱端，以免损坏螺纹和剖分面。（七）定位销两个定位销钉设在箱体连接凸缘上，相聚尽量远些，而且距对称线距离不等，以使箱座能正确定位。此外，还要考虑到定位销拆装时不与其它零件相干涉。综合以上因素考虑，并结合表1131，选取销钉为销GB/T117A1030。注此章所指表格均来自参考资料【1】华中科技大学26/27第十二章设计小结为期三周的课程设计写到这里基本就算是结束了，三周来紧张忙碌时少不了的，但更多的还是内心的满足感。从最开始的几行字的几个条件最后竟然到了长达27页纸的总结报告，各种零件图、装配图，回头想想真是感慨万分，从那么少的条件竟然可以衍生出这么庞大的部件，这也不禁让我感慨机械设计的博大精深。机械设计是一门综合性很强的课程，它涉及到了理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、机械制造工艺、工程制图等多门课程。对于一个从未做过设计的大学生来说，一下子要把这么多的课程知识整合起来，灵活的运用于一个设计项目上实在是太难了。但这也是一个机会，一个让我回过头来整合曾经学过的机械大平台课程知识的机会。一开始听学长说一般认真做的话一个星期就能把所有的做完，本来打算先猛做，迅速搞完然后回家或者出去玩，但做着做着就发现一个星期是完全不可能做完的。零件图用三维PRO/E做起来还是比较快，但是到后期做装配图太麻烦了。因为在PRO/E里面不能标注，要导到AUTOCAD里面来说。并且在做装配图的时候总能发现各种各样的错误，今天你改了这里，过了一天你又发现改的东西又违背了另一个原则，于是又要重新改回去。越到后期，每一次改动的工作量就越大。在前期的时候由于太急于求成，在设计箱体的时候没有画草图就直接在PRO/E上开工了，一边看书一边画，当上下箱都画完的时候悲剧出现了，由于上下箱不是同一天画的，有些参数的取值都取得不一样，竟然合不上。三维的优点是改起来很方便，但是由于我两次画图选择的参照不一样，根本就没办法改，改起来也是工程浩大。于是我又把箱体整个重新画了一遍。后来到装配的时候我又悲剧了，竟然发现轴的尺寸又出现问题了。还好轴比较简单，改起来比较方便。在进行整体装配的时候也是经常遇到各种问题，总是翻来覆去的改。前面的这些都不算什么，更加悲剧的是绘制完整的装配图。上面已经提到，在PRO/E里面不能进行标注，但是我们要打出装配大图，怎么办呢一开