减速器课程设计(36).doc

二级圆柱齿轮减速器设计说明书目录第一章、绪论311设计目的312减速器的基本介绍3第二章、设计任务书311带式运输机工作原理31.2设记已知条件41.3传动方案41.4设计内容4第三章、总体传动方案的选择与分析43.1传动方案的选择43.2传动方案的分析4第四章、电动机的选择计算64.1电动机选择的步骤64.2电动机型号的确定8第五章、确定传动装置的总传动比和分配传动比85.1传动比的分配85.2传动装置的运动和动力参数9第六章、齿轮的设计106.1齿轮传动的特点与分类106.2齿轮传动的主要参数与要求116.3轮传动的设计计算126.4低速级齿轮的设计计算17第七章、传动轴承和传动轴的设计217.1轴的分类217.2轴的材料217.3轴的设计217.4传动轴承的设计227.5从动轴的设计247.6求轴上载荷267.7按弯曲扭转校核轴的强度277.8精确校核轴的强度29第八章、设计V带和带轮298.1设计准则和基本要求298.2确定计算功率298.3选择带型号308.4设计计算30第九章、键连接的选择及校核计算31第十章、联轴器的选择32101联轴器的功用3210.2 联轴器的选用原则3210.3 联轴器的材料3210.4 联轴器的选择32第十一章、箱体的结构与设计3311.1机体的刚度、工艺3311.2对附件的设计33第十二章、润滑与密封35第十三章、设计心得36第十四章、 参考文献36第一章 绪论1.1设计目的 机械设计课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的性与实践性教学环节。其基本目的是：(1).通过机械设计课程的设计，综合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。(2).学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。(3).进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）。1.2 减速器的基本介绍减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。 减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。第二章 课程设计任务书21带度运输机的工作原理带式动输机传动示意图如下所示：图1.1 带式运输机传动示意图2.2设计已知条件（1）数据：工作机功率P=6Kw 工作机滚筒转速n=60r/min （2）要求：工作条件：单班制，连续单向运转，载荷较稳定，室内工作，清洁；使用寿命：10年，两年一大修，一年一次中修；生产条件：一般机械厂制造，小批量生产力；动力来源：电力，三相交流，电压380V；输送带速度允许误差 5%。2.3传动方案本课题设计采用的是二级圆柱齿轮减速器传动。2.4课程设计内容 1）按照给定的数据及传动方案设计减速器装置； 2）完成减速器装配图1张（A0或A1）； 3）零件工作图1 3张； 4）编写设计计算说明书一份；第三章 总体传动方案的选择与分析3.1原始数据以及设计要求见第一章1.23.2传动方案选择传动装置总体设计的目的是确定传动方案、选定电机型号、合理分配传动比以及计算传动装置的运动和动力参数，为计算各级传动件准备条件。由于我们的实验的要求较高，电机输入的最高转速较大，为了减少成本，降低对电机的要求，同时能够满足减震器试验台的正常工作，我们对减震器采用这样的方案:变频电机通过带轮的传递，到达第一对啮合齿轮，为了让减速器具有变速功能，我们使第二对啮合齿轮为双联齿轮，最后由输出轴传递给偏心轮机构。因为本试验属于多功能测试，包括了静特性试验、疲劳试示功试验、耐久试验。所以对整个传递要求较高。所以第一、二根轴;两端采用角接触球轴承，第三根轴采用一头用角接触球轴承另一头采用普通调心球轴承。注意点是使用这个传动方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、 传动效率高和使用维护便利。减速器设计二级圆柱齿轮减速器传动比一般为840，用斜齿、直齿或人字齿，结构简单，应用广泛。展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度；分流式则齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、变载荷场合。同轴式减速器，长度方向尺寸较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差。两级大齿轮直径接近有利于浸油润滑，轴线可以水平、上下或铅垂布置，如图：图中展开式又可以有下面两种，如下所示：根据材料力学（工程力学）可以算出在相同载荷作用下，a方案优先于b方案， 最终选a则最终方案图为：1-电动机；2-联轴器；3-齿轮减数机；4-卷筒；5-运输带第四章 电动机的选择计算合理的选择电动机是正确使用的先决条件。选择恰当，电动机就能安全、经济、可靠地运行；选择得不合适，轻者造成浪费，重者烧毁电动机。选择电动机的内容包括很多，例如电压、频率、功率、转速、启动转矩、防护形式、结构形式等，但是结合农村具体情况，需要选择的通常只是功率、转速、防护形式等几项比较重要的内容，因此在这里介绍一下电动机的选择方法及使用。4.1电动机选择步骤电动机的选择一般遵循以下三个步骤：4.1.1 型号的选择电动机的型号很多，通常选用异步电动机。从类型上可分为鼠笼式与绕线式异步电动机两种。常用鼠笼式的有J、J2、JO、JO2、JO3系列的小型异步电动机和JS、JSQ系列中型异步电动机。绕线式的有JR、JR O2系列小型绕线式异步电动机和JRQ系列中型绕线式异步电动机。 从电动机的防护形式上又可分为以下几种： 1防护式。这种电动机的外壳有通风孔，能防止水滴、铁屑等物从上面或垂直方向成45以内掉进电动机内部，但是灰尘潮气还是能侵入电动机内部，它的通风性能比较好，价格也比较便宜，在干燥、灰尘不多的地方可以采用。“J”系列电动机就属于这种防护形式。 2封闭式。这种电动机的转子，定子绕组等都装在一个封闭的机壳内，能防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电动机内部，但它的密封不很严密，所以还不能在水中工作，“JO”系列电动机属于这种防护形式。在农村尘土飞扬、水花四溅的地方（如农副业加工机械和水泵）广泛地使用这种电动机。 3密封式。这种电动机的整个机体都严密的密封起来，可以浸没在水里工作，农村的电动潜水泵就需要这种电动机。 实际上，农村用来带动水泵、机磨、脱粒机、扎花机和粉碎机等农业机械的小型电动机大多选用JO、JO2系列电动机。 在特殊场合可选用一些特殊用途的电动机。如JBS系列小型三相防爆异步电动机，JQS系列井用潜水泵三相异步电动机以及DM2系列深井泵用三相异步电动机。4.1.2 功率的选择一般机械都注明应配套使用的电动机功率，更换或配套时十分方便，有的农业机械注明本机的机械功率，可把电动机功率选得比它大10%即可（指直接传动）。一些自制简易农机具，我们可以凭经验粗选一台电动机进行试验，用测得的电功率来选择电动机功率。 电动机的功率不能选择过小，否则难于启动或者勉强启动，使运转电流超过电动机的额定电流，导致电动机过热以致烧损。电动机的功率也不能选择太大，否则不但浪费投资，而且电动机在低负荷下运行，其功率和功率因数都不高，造成功率浪费。 选择电动机功率时，还要兼顾变压器容量的大小，一般来说，直接启动的最大一台鼠笼式电动机，功率不宜超过变压器容量的1/3。 4.1.3 转速的选择选择电动机的转速，应尽量与工作机械需要的转速相同，采用直接传动，这样既可以避免传动损失，又可以节省占地面积。若一时难以买到合适转速的电动机，可用皮带传动进行变速，但其传动比不宜大于3。 异步电动机旋转磁场的转速（同步转速）有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等。异步电动机的转速一般要低2%5%，在功率相同的情况下，电动机转速越低体积越大，价格也越高，而且功率因数与效率较低；高转速电动机也有它的缺点，它的启动转矩较小而启动电流大，拖动低转速的农业机械时传动不方便，同时转速高的电动机轴承容易磨损。所以在农业生产上一般选用1500r/min的电动机，它的转速也比较高，但它的适应性较强，功率因数也比较高。4.2 电动机型号的确定根据已知的工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。 根据已给数据工作机功率P=6Kw 工作机滚筒转速n=r/min 求电机功率P 查阅资料可得：选取 1=0.99 两对联轴器的效率2=0.99 三对滚动轴承的效率3=0.96闭式齿轮的传动效率齿轮为7级精度，油脂润滑。则0.876； 查阅资料可得：取 i=840则 nd=n1i=114.65(840)=917.24586 (r/min)电动机符合这一范围的同步转速有1500、3000，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动比，显然选择1500 r/min的同步转速电动机比较合适。电动机型号额定功率同步转速满载转速堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y132M-47.5Kw1500r/min1440r/min2.22.3第五章 确定传动装置的总传动比和分配传动比5.1传动比的分配1、总传动比为2、分配传动比为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，现选V带，二级圆柱齿轮减速器的高速级传动比：；低速级的传动比为：；5.2 传动装置的运动和动力参数5.2.1各轴的转速：；滚筒轴 5.2.2各轴的输入功率：6.8490.996.781kW26.7810.990.966.444kW26.4440.990.966.125kW21=6.1250.980.995.942kW5.2.3各轴的输入转矩：； ； ； ；.轴号转速功率P/Kw转矩T(Nm)传动比14406.78144.9715.586257.796.444238.7224.29660.016.125974.733160.015.942945.611第六章 齿轮的设计齿轮传动的适用范围很广，传递功率可高达数万千瓦，圆周速度可达150ms(最高300ms)，直径能做到10m以上，单级传动比可达8或更大，因此在机器中应用很广。6.1 齿轮传动的特点与分类和其他机械传动比较，齿轮传动的主要优点是：工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围很广等。缺点是：齿轮制造需专用机床和设备，成本较高；精度低时，振动和噪声较大；不宜用于轴间距离大的传动等。按齿线相对于齿轮母线方向分：直齿，斜齿，人宇齿，曲线齿按齿轮传动工作条件分： 闭式传动，形式传动，半形式传动按齿廓曲线分： 渐开线齿，摆线齿，圆弧齿按齿面硬度分： 软齿面(350佃)，硬齿面(350佃)6.2 齿轮传动的主要参数与基本要求 齿轮传动应满足两项基本要求:1)传动平稳;2)承载能力高。 在齿轮设计、生产和科研中，有关齿廓曲线、齿轮强度、制造精度、加工方法以及热理工艺等，基本上都是围绕这两个基本要求进行的。6.21主要参数基本齿廓。渐开线齿轮轮齿的基本齿廓及其基本参数见表122或查阅机械设计手册。模数。为了减少齿轮刀具种数，规定的标准模数见表123或查阅机械设计手册。中心距。荐用的中心距系列见表12，4或查阅机械设计手册。传动比i、齿数比u。主动轮转速nl与从动轮转速n2之比称为传动比i。大齿轮的齿数z2与小齿轮齿数z1之比称为齿数比u。减速传动时，u=i；增速传动u=1/i 。标准模数m： 斜齿轮及人宇齿轮取法向模数为标准模数，锥齿轮取大端模数为标准模数。标准中优先采用第一系列，括号内的模数尽可能不用。变位系数。刀具从切制标准齿轮的位置移动某一径向距离(通称变位量)后切制的齿轮，称为径向变位系数。刀具变位量用xm表示，x称为变位系数。刀具向齿轮中心移动，x为负值，反之为正值。随着x的改变，轮齿形状也改变，因而可使渐开线上的不同部分作为工作齿廓，以改善啮合性质。 ， 由变位齿轮所组成的齿轮传动，若两轮变位系数的绝对值相等，但一为正值，另一为负值，即x1=-x2称为“高度变位”，此时，传动的啮合角等于分度圆压力角，分度圆和节圆重合，中心距等于标准齿轮传动中心距，只是齿顶高和齿根高有所变化。若x1=-x2；x1+x20，这种齿轮传动称为角度变位齿轮传动。此时，啮合角将不等于分度圆压力角，分度圆和节圆不再重合。6.2.2 精度等级的选择 在渐开线圆柱齿轮和锥齿轮精度标准(GBl0095-88和GBll36589)中，规定了12个精度等级，按精度高低依次为112级，根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性的要求不同，每个精度等级的各项公差相应分成三个组：第公差组、第公差组和第公差组。6.2.3 齿轮传动的失效形式 齿轮传动的失效形式主要有轮齿折断和齿面损伤两类。齿面损伤又有齿面接触疲劳磨损(点蚀)、胶合、磨粒磨损和塑性流动等。减速器中齿轮分布如图所示，齿轮的传动形式一般有：1)齿轮传动：按齿根弯曲疲劳强度设计公式作齿轮的设计计算，不按齿面接触疲劳强度设计公式计算，也无需用齿面接触疲劳强度校核公式进行校核。开式齿轮传动，将计算所得模数加大10%-15%（考虑磨损影响。传递动力的齿轮模数一般不小于1.5-2mm（以防意外断齿）。2)齿轮传动：方法一 软齿面闭式齿轮传动传动，接触疲劳点蚀是主要失效形式，计算时先按齿面接触疲劳强度设计公式求出小齿轮直径d1和接触齿宽b，再用齿根弯曲疲劳强度校核公式进行校核。硬齿面闭式齿轮传动计算时先按齿根弯曲疲劳强度设计公式求出模数m和接触齿宽b，再用齿面接触疲劳强度校核公式进行校核。方法二 不论软硬齿面都分别按弯曲疲劳强度设计公式求出模数m,按接触疲劳强度设计公式求出小齿轮分度圆直径d1，再按d1=mZ1调整齿数Z1。与方法一相比，这样设计出的齿轮传动，既刚好满足接触疲劳强度，又刚好满足弯曲疲劳强度，所以结构紧凑，避免浪费6.3轮传动的设计计算6.3.1热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮（1） 齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=iZ=5.58624=134.064 取Z=135. 齿轮精度按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。6.3.2设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计确定各参数的值:试选=1.6查资料数据选取区域系数 Z=2.433 则计算应力值环数N=60nj =60257.791（283008）=5.9410hN=1.83 #(3.25为齿数比,即3.25=)查图得：K=0.93 K=0.96齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式得:=0.93550=511.5 =0.96450=432 许用接触应力 查表得： =189.8MP =1T=95.510=95.5106.444/257.79=2.39N.m6.3.3.设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模数计算齿宽bb=84.228mm计算摸数m 初选螺旋角=14=计算齿宽与高之比齿高h=2.25 =2.253.405=7.66125 = =10.994计算纵向重合度=0.318=1.903计算载荷系数K使用系数=1根据,7级精度, 查表得动载系数K=1.3,K= +0.2310b=1.12+0.18(1+0.61) 1+0.231084.228=1.722查表得（齿轮表面经过硬化）K=1.35 K=1.2故载荷系数:KK K K K =11.31.21.722=2.68632按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=84.228=100.108计算模数=6.3.4.齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式 确定公式内各计算数值 小齿轮传递的转矩239kNm 确定齿数z因为是硬齿面，故取Z124， Z=135传动比误差 iu5.625i0.0325，允许计算当量齿数zz/cos24/ cos1426.27zz/cos135/ cos14147.78初选齿宽系数 按对称布置，由表查得1初选螺旋角 初定螺旋角 14载荷系数KKK K K K=11.31.21.352.106 重合度系数Y端面重合度近似为1.88-3.2（）1.883.2（1/241/135）cos141.672arctg（tg/cos）arctg（tg20/cos14）20.6469014.07609因为/cos，则重合度系数为Y0.25+0.75 cos/0.673 螺旋角系数Y轴向重合度 1.603,Y10.812 计算大小齿轮的 安全系数由表查得S1.25工作寿命两班制，10年，每年工作300天小齿轮应力循环次数N160nkt60271.47110300287.81810大齿轮应力循环次数N2N1/u7.81810/3.242.41310查表得到弯曲疲劳强度极限：小齿轮 大齿轮查表得弯曲疲劳寿命系数：K=0.86 K=0.93 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4= 大齿轮的数值大.选用.6.3.5 设计计算 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但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=84.228来计算应有的齿数.于是由:z=27.334 取z=27那么z=5.58627=151 几何尺寸计算计算中心距 a=272.08将中心距圆整为272按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正.计算大.小齿轮的分度圆直径d=115.92d=700.15计算齿轮宽度B=圆整的 6.4 低速级齿轮传动的设计计算6.4.1材料低速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=30速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS z=4.29630=128.88 圆整取z=129.6.2.2 齿轮精度按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。6.2.3 按齿面接触强度设计1.确定公式内的各计算数值试选K=1.6查表选取区域系数Z=2.45试选,查表得 =0.83 =0.88 =0.83+0.88=1.71应力循环次数N=60njL=6060.011(2103008)=1.72810N=0.40210查得接触疲劳寿命系数：K=0.94 K= 0.97 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力=0.98550/1=517540.5查表得：材料的弹性影响系数Z=189.8MP选取齿宽系数 T=95.510=95.5106.125/60.01=97.4710N.m =721.4712.计算圆周速度2.2663.计算齿宽b=d=1721.471=721.4714.计算齿宽与齿高之比 模数 m= 齿高 h=2.25m=2.2523.524=52.928 =721.471/52.928=12.035.计算纵向重合度6.计算载荷系数KK=1.12+0.18(1+0.6+0.2310b =1.12+0.18(1+0.6)+ 0.2310721.471=1.574使用系数K=1 同高速齿轮的设计,查表选取各数值：=1.1 K=1.35 K=K=1.2故载荷系数K=11.11.21.574=2.0787.按实际载荷系数校正所算的分度圆直径d=d=741.471计算模数 8.按齿根弯曲强度设计m确定公式内各计算数值（1） 计算小齿轮传递的转矩974.733kNm（2） 确定齿数z因为是硬齿面，故取z30，zi z4.29630128.88传动比误差 iuz/ z128.88/304.296 i0.0325，允许（3） 初选齿宽系数 按对称布置，由表查得1（4）初选螺旋角 初定螺旋角12（5）载荷系数KKK K K K=11.11.21.351.782（6）当量齿数 zz/cos30/ cos1232.056 zz/cos128.88/ cos12137.71查表查得齿形系数Y和应力修正系数Y （7） 螺旋角系数Y轴向重合度 2.03Y10.797（8） 计算大小齿轮的 查课本由图10-20c得齿轮弯曲疲劳强度极限 查课本由图10-18得弯曲疲劳寿命系数K=0.90 K=0.93 S=1.4= 计算大小齿轮的,并加以比较 大齿轮的数值大,选用大齿轮的尺寸设计计算. 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=3mm但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=866.952来计算应有的齿数.z=111.889 取z=112z=4.296112=481.152 取z=481 初算主要尺寸计算中心距 a=606.248将中心距圆整为606 修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正 分度圆直径d=229d=983.49 计算齿轮宽度圆整后取 第七章 传动轴承和传动轴的设计机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。7.1 轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。如.车辆轴和滑轮轴。2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。如汽车的传动轴。3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。如减速器轴。7.2轴的材料主要承受弯矩和扭矩。轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。例如：35、45、50等优质碳素钢。一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理 。轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。例如：内燃机中的曲轴。7.3 轴的结构设计如图所示为一齿轮减速器中的的高速轴。轴上与轴承配合的部份称为轴颈，与传动零件配合的部份称为轴头，连接轴颈与轴头的非配合部份称为轴身，起定位作用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。轴结构设计的基本要求有：（1）、便于轴上零件的