二级同轴式圆柱齿轮减速器设计【F=3300 V=1.2 D=350】

1 目 录 一 . 课程设计任务书 1 二 及总体分析 3 三 . 电动机选择 4 四 . 传动装置的总传动比及其分配 4 五 . 计算传动装置的运动和动力参数 5 六 . 齿轮设计 6 七 . 传动轴和传动轴承的设计 13 (a)低速轴、传动轴承以及联轴器的设计 13 （ b）高速轴以及传动轴承的设计 18 (c)中间轴以及传动轴承的设计 26 八 . 轴承的选择和校核计算 32 九 33 十 . 轴承端盖的设计与选择 35 十 一 . 滚动轴承的润滑和密封 36 十二 . 其它结构设计 36 十三 . 箱体 38 十四 . 设计总结 40 十五 . 参考文献 41 2 一 、 设计任务书 设计内容： 设计一用于带式运输机的二级同轴式圆柱齿轮减速器 设计参数： 输送带工作拉力 F:3300 N 输送带工作速度： s 输送带卷筒直径 D： 350注： 工作条件 :两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度 35； 使用折旧期： 8年； 检修间隔期：四年一次大修，两年一 次中修，半年一次小修； 动力来源：电力，三相交流，电压 380/220V； 运输带速度允许误差： 5%； 制造条件及生产批量 :一般机械厂制造，小批量生产。 设计工作量： 减速器装配图一张 (纸 )、零件工作图 1（ 设计说明书一份 3 二 、题目及总体分析 题目：设计一个带式输送机传动装置 给定条件：由电动机驱动，输送带的牵引力为 3300N，输送带的速度为 s，输送带滚筒的直径为 350 工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期 10 年（每年 300 个工作日），小批量生产， 两班制工作，输送机工作轴转速允许误差 为 5。带式输送机的传动效率为 传动装置组成： 由电动机、减速器、联轴器、 筒、运输带等组成。减速器采用二级圆柱同级减速器。 整体布置如下： 带式输送机传动简图 各主要部件选择 目的 过程分析 结论 动力源 电动机 齿轮 斜齿传动平稳 高速级做成直齿， 低速级做成斜齿 轴承 此减速器轴承所受轴向力不大 单列滚子轴承 联轴器 弹性联轴器 4 三 、 选择电动机 根据一般带式输送机选用的电动机选择 工作机 所需有效功率为w w w 1 0 0 0 3300 000 表 11联轴器的动效率： 1= 2每对轴承的传动效率： 2， = 3齿轮传动的传动效率： 3= 4输送机滚筒效率： 4=动机至运输带的传动总效率为： 421 2 3 4 5 =动机所需工作功率为： 执行机构的卷筒转速为 n D60 350 65.5 r/表 12.5动机型号 额定功率 满载转速 转矩（堵转） 转矩（最大额定） 质量 440 r 2.2 2.3 、 传动装置的总传动比及其分配 一、 由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速，可得传动装置总传动比为 二、 ：aimn/1440/、 分配传动装置传动比：i i 式中0i、 i 分别为带传动和减速器的传动比。对于同轴式圆柱齿轮减速器，传动比按下式分配： 1i 2i i 5 式中 1i 为高速级圆柱齿轮的传动比， 2i 为低速级圆柱齿轮的传动比。为使 V 带传动外廓尺寸不致过大，初步取0i 减速器传动比为： 1i 2i i 、 传动系统的运动和动力参数计算 按电动机轴至工作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数 各轴转速： 高速轴 n 1440r/间轴 n1/ 速轴 nn 2i r/筒轴 n=n=轴输入功率： 高速轴 P 1 间轴 Pp 23 速轴 PP 23 4筒轴 PP 2 4=轴输入转矩： 电动机输出转矩：9550 9550 440 m 高速轴 T 9550 m 中间轴 T 9550 m 低速轴 T 9550 m 滚筒轴 T 9550 m 项 目 电动机轴 高速轴 I 中间轴 速轴 同轴 转速（ r/ 1440 1440 率（ 矩（ N m） 动比 1 1 效率 1 6 六、 齿轮设计 因减速器为同轴式，低速级齿轮比高速级齿轮的强度要求高，所以应优先校准低速级齿轮。 低速级齿轮传动的设计计算 1. 齿轮选材 （ 1）按低速级齿轮设计 （ 2）选用级精度 （ 3）材料选择。小齿轮材料为 40（调质），硬度为 280，大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240者材 料硬度差为 40 （ 4）选小齿轮齿数 1 21，大齿轮齿数 2 取 9。 选取螺旋角。初选螺旋角14按齿面接触强度设计 由机械设计课本21810行计算，即 2131 )(12 （ 1） 确定公式内的各计算数值 1) 试选 2) 小齿轮传动的转 矩为 T N ) 查课本 0 1。 4) 查课本 0E 25) 由课本 0600 齿轮的接触疲劳强度极限为 550 6) 计算应力循环次数。 1N 60n1 60 1440 1（ 2 8 300 8） 2N12 108 7 7) 由课本 0接触疲劳寿命系数 8) 查课本 0取区域系数 9) 由课本 0得标准圆柱齿轮传动的端面重合度1 2 1+2 10) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,应用20510 : H 1 =600 552 H 2 550 528（ 2） 设计计算 1) 试算小齿轮的分度圆直径 计算公式得 2131 )(12 3 2)( ) 计算圆周速度 。 100060 11nd t 1 0 0 060 78 9 s 3) 计算齿宽 计算齿宽 b btd 算摸数1) 计算齿宽与高之比 h ) 计算载荷系数 K 8 已知使用系数 1，根据 s， 7 级精度 , 由课本1940得动载系数 课本1960插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， KH KH 0KF 课本1950 : KH1。故载荷系数 K KH 1 1 ) 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 ) 计算模数齿根弯曲疲劳强度设计 由弯曲强度的设计公式 )(c （ 1） 确定计算参数 1) 计算载荷系数 K 1 1 ) 计算当量齿数 1 29 2z =29= 2z =136 4) 查取齿形系数和应力校正系数 查课本2000 齿形系数1应力校正系数1课本2070小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯 9 曲疲劳强度极限 。 查课本20601 5) 计算接触疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S= F 1 F 2 ) 计算大、小齿轮的 并加以比较 111 Y 222 Y 齿轮的数值大，故选用。 （ 2） 设计计算 3 25 014 m =比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 1357整为标准模数 ,取 2.5 为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 计算应有的齿数 z129 取 29 那么 29 取 136 4. 几何尺寸计算 （ 1） 计算大、小齿轮的分度圆直径 29 72.5 10 2 136 340（ 2） 计算中心距 A=2 21 =2 = 3） 计算齿轮宽度 b 1 72.5 整后取 502B 75551B 80 （二） 高速级齿轮传动的设计计算 1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1) 选用直齿圆柱齿轮传动 ，运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 7级精度（ 0095 88)。 2) 材料选择。 由表 10择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45钢（调质）， 硬度为 240 3) 选小齿轮齿数1Z 21，大齿轮齿数 99 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式 (10 9a)进行试算，即 3 211 )(（ 1） 确定公式各计算数值 1) 试选载荷系数) 小齿轮传动的转矩为 T 103 N ) 查课本 0 4) 查课本 0E 25) 由课本 0齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 600 齿轮的接触疲劳强度极限为 550 6) 计算应力循环次数 1N 60n1 60 384 1（ 2 8 300 10） 109 2N12 108 11 7) 由课本 0接触疲劳寿命系数 8) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,应用20510 : H 1 =600 540 H 2 550 （ 2） 计算 1) 试算小齿轮分度圆直径 代入 H 中的较小值 3 251 ) 计算圆周速度 v v=100060 11 nd t=100060 =3) 计算齿宽 1 0 . 8 7 6 . 6 6 6 1 . 3 2d m m 4) 计算齿宽与齿高之比 模数 4co 齿高 5) 计算纵向重合度= a 6) 计算载荷系数 K 根据 v=s，级精度，由图查得动载荷系数 K； 直齿轮， 1 由表查得使用系数 1由课本1960级精度、小齿轮相对支承非对 称布置时， KH 12 查图 10KF 故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得 311 8) 计算模数 4co 3. 按齿根弯 曲强度设计 由式得弯曲强度的设计公式为 3 211 2（ 1） 确定公式内的计算数值 1) 计算载荷系数 查取齿形系数 由表查得 3) 查取应力校正系数 由表查得 4) 计算大小齿轮的 并比较 0 1 07 9 0 1 2 85 7 6 222111 大齿轮的数据大 （ 2） 计算当量齿数 o o o o 3） 设计计算 13 06.2 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 1357取 2.5 为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d 1 计算应有的齿数 4co 取 27 大 齿 轮齿数 z 4. 几何尺寸计算 （ 1） 计算中心距 714c o 2 627(c o ( 21 将中心距圆整为 198 2） 安圆整后的中心距修正螺旋角 3151982 2627(2 )(a r c c 1 ar ca n（ 3） 计算分度圆直径 o o o o （ 4） 计算尺宽 圆整后去 d 七 、 传动轴和传动轴承的设计 (a)低速轴、传动轴承以及联轴器的设计 i. 求输出轴上的功率 速3n，转矩 3T P 4 3n 3T m 2. 求作用在齿轮上的力 因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 2d 14 而 232 150 a 315 周力 向力 轴向力 图 轴的载荷分布图 3. 初步确定轴的最小直径 （ 1）先按课本37015步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45钢 ,调质处理。根据课本370p 315361 表P，取 112是得 15 o 112 3 2）联轴器的选择。输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 d（图 为了使所选的轴直径 故需同时选取联轴器的型号。 查课本3514虑到转矩变化很小，故取 5.1： 103 770393N 照计算转矩 机械设计手册1737用 性套柱销联轴器（ 4323 2002），其公称转矩为 1250 。半联轴器的孔径 45 取 d 45 联轴器的长度 L 112 联轴器与轴配合的毂孔长度 84 4. 轴的结构设计 （ 1） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1) 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求 , -轴段右端需要制出一轴肩 ,故取 -的直径 7 50端 2) 用轴端挡圈定位 ,按轴端直径取挡圈直径 D 55联轴器与轴配合的毂孔长度 84 了保证 轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上 , 故 -的长度应比 现取 2 82 3) 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 ,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 7 50轴承产品目录中初步选取 0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承（ 297 1994） 30217 型，其尺寸为 d D T 5590 18 0 8 55 端圆锥滚子轴承采用套筒进行轴向定位，取套筒宽为 14 67 4) 取安装齿轮处的轴段 d - 60 轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮 毂 的宽度为 70 了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 l - 66 轮的右端采用轴肩定位，轴肩高 h 取 h 5 5 72 环宽度 ,取 10 轴承端盖的总宽度为 37.5 减速器及轴承端盖的结构设计而定 )。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求 ,取端盖的外端面与半联轴器右端 面间的距离 0 , 16 故取 0 50=55 至此，已初步确定了低速轴的各段直径和长度 图 低速轴的结构设计示意图 表 低速轴结构设计参数 段名 参数 - - - - - - - 直径 /5 H7/2 55 0 H7/2 66 55 度 /2 52 55 66 10 67 18 键 b h L/4 9 70 18 11 62 处 2 45o 处 处 45o （ 2） 轴上的零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 d - 66课本106得平键截面 b h 18 11 槽用键槽铣刀加工，长为 63 时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮毂与轴的配合为 样，半联轴器与轴的连接，选用平键为 14 9 70 联轴器与轴的配合为 动 轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 （ 3） 确定轴上圆周和倒角尺寸 参考课本3655轴左端倒角为 2 45 ，右端倒角为 45 。各轴肩处的圆角半径为 :处为 余为 5. 求轴上的载荷 首先根据结构图 (图 出轴的计算 简图（图 在确定轴承的支点位置时 ,应从 17 手册中查得 于 30217型圆锥滚子轴承，由手册中查得 a 20 此，作为简支梁的轴的支承跨距 79+119 198 据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（图 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。计算步骤如下： 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 21841 14502 16241 2542 弯矩 M 1725363022612829621 总弯矩 17516321500821 扭矩 5926103 6. 桉弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。根据课本37315以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 的计算应力 321 )( 已选轴材料为 45钢，调质处理，查课本3625 1 60此 1 ，故此轴安全。 7. 精确校核轴的疲劳强度 （ 1） 判断危险截面 截面 A, , ,B 只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面 A, , , 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起的应力集中最严重，从受载来看，截面 C 上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的相近，但是截面不受扭矩作用，同时轴径也较大，故 不必做强度校核。截面 C 上虽然应力最大，但是应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大 ,故截面 C 也不必校核，截面和显然更不必要校核。由课本第 3章的附录可知，键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而，该轴只需校核截面左右两侧即可。 （ 2） 截面左侧 抗弯截面系数 W d 55 166637 3抗扭截面系数 d 55 33275 3 18 截面的右侧的弯矩 1 3 06 3 879 31792 1 50 0 8 截面上的扭矩3 3T 592610 截面上的弯曲应力 b 2900 16637130638 面上的扭转切应力 3410990W 145800 33275592610 的材料为 45钢，调质处理。由课本3625截面上由于轴肩而形成的理论应力集 中系数及按课本40 经插值后查得 由课本41得轴的材料的敏性系数为 有效应力集中系数按式 (课本42 (1 由课本42；由课本43。 轴按磨削加工，由课本44 0 轴为经表面强化处理，即 1q，则按课本253式（ 3综合系数为 1 及 3特性系数 .0d，取 ，取 19 于是，计算安全系数课本37415 (15得 S 1 1 22 S 可知其安全。 （ 3） 截面右侧 抗弯截面系数 W d 60 21600 3抗扭截面系数 d 60 43200 3截面的右侧的弯矩 M=面上的弯曲应力 b 2900 2160130638 矩3 3T 592610 3410990W 145800 432 0592610 盈配合处的 k，由课本43取 ，于是得 k 按磨 削加工，由课本44 0 轴为经表面强化处理，即 1q，则按课本253式（ 3综合系数为 1 1 . 7 5 6 11 0 . 6 4 0 . 9 2 + - 1 2 4 10 1 5 1110 0 5 9 10 是，计算安全系数课本37415 (15得 S 17 5 20 S 1 5 22 S 故该轴的截面右侧的强度也是足够的。本轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，低速轴的设计计算即告结束。 （ b）高速轴以及传动轴承的设计 1. 求输入轴上的功率1P，转速1n，转矩1W 1n 1440 r/ 1T 10 N m 2. 求作用在齿轮上的力 112r Ft n20 周力 向力 图 3. 初步确定轴的最小直径 先按课本37015步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45钢 ,调质处理。根据课本370p 315361 表P，取 112是得 1m 1 1123 圆整取 d 17，输入轴的最小直径显然是联轴器 取半联轴器的孔径 8L=42联轴器与轴配合的毂孔长度 301l 4. 轴的结构设计 （ 1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 21 1) 为了满足 V 带轮的要求的轴向定位要求 , -轴段右端需要制出一轴肩 ,故取 -的直径 7 25 1 30 -的长度取 2 28 2) 单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 7 25轴承产品目录中初步 选取 0 基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承（ 276 1994） 30306 型，其尺寸为 d D B 30 72 20 0 8 30端深沟球轴承采用套筒进行轴向定位，取套筒宽为 14 轴段 故取 38 3) 取安装齿轮处的轴段 d - 35轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮 毂 的宽度为 75 了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 l - 70 轮的右端采用轴肩定位，轴肩高 h 取 h 4 5 43 环宽度 ,取 8 4) 轴承端盖的总宽度为 减速器及轴承端盖的结构设计而定 )。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求 ,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 0 ,故取 0 50 =46 6至此，已初步确定了高速轴的各段直径和长度 图 高速轴的结构设计示意图 段名 参数 - - - - - - - 直径 /8 H7/5 30 5 H7/3 38 30 度 /8 50 46 70 8 76 20 键 b h L/ 6 20 10 8 58 处 2 45o 处 处 45o 22 （ 2）轴上的零件的周向定位 齿轮、 d - 50 得平键截面 b h 10 8 槽用键槽铣刀加工，长为 58 时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮毂与轴的配合为 样， 用平键为66 20 V 带轮与轴的配合为 沟球轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 （ 3）确定轴上圆周和倒角尺寸 参考课本3655轴左端倒角为 45 ，右端倒角 为 45 。各轴肩处的圆角半径为 :处为 余为 5. 求轴上的载荷 取齿轮齿宽中间为力作用点 ,则可得 72 , 113 。 根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（图 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。现将计算出的截面 的值列于下表 载 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 1，2 1，2矩 M 111092.2 2 总弯矩 扭矩 T 1T 29340 23 图 轴的载荷分布图 6. 桉弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。根据课本37315以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 的计算应力 121 )( 已选轴材料为 45钢，调质处理，查课本3625 1 60此 1 ，故此轴安全。 8. 精确校核轴的疲劳 强度 （ 3） 判断危险截面 截面 A, , ,B 只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面 A, , , 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起的应力集中最严 24 重，从受载来看，截面 C 上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的相近，但是截面不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面 C 上虽然应力最大，但是应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大 ,故截面 C 也不必校核，截面和显然更不必要校核。由课本第 3章的附录可知，键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而，该轴只需校核截面左右两侧即可。 （ 4） 截面左侧 抗弯截面系数 W d 30 2700 3抗扭截面系数 d 30 5400 3截面的右侧的弯矩 2105557 2057215008 截面上的扭矩3 2T 29340 截面上的弯曲应力 b 2900 2721055 面上的扭转切应力 3410990W 145800 5429340 的材料为 45钢，调质处理。由课本3625截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按课本40 经插值后查得 由课本41得轴的材料的敏性系数为 有效应力集中系数按式 (课本42 (1 由课本42；由课本43。 轴按磨削加工，由课本44 0 轴为经表面强化处理，即 1q，则按课本253式（ 3得综合系数为 25 又由课本 31 及 3 .0d，取 ，取 于是，计算安全系数课本37415 (15得 S 1 1 34 S 可知其安全。 （ 4） 截面右侧 抗弯截面系数 W d 35 抗扭截面系数 d 35 8575 3截面的右侧的弯矩 M=面上的弯曲应力 b 2900 2160130638 矩 2T 及扭转切应力为 2T 29340 3410990W 145800 盈配合处的 k，由课本43取 ，于是得 k 按磨削加工，由课本44 0 轴为经表面