机械设计课程设计-展开式二级圆柱斜齿轮减速器.docx

机械设计减速器课程设计说明书设计题目：展开式二级圆柱斜齿轮减速器班 级：机电0802设 计 者：陈敬涛学 号：08221032指导老师：常秋英目 录一、设计任务书2二、总体方案分析3三、电机的选择4四、传动比的分配4五、传动装置的运动和动力参数计算4六、齿轮的设计计算5七、轴的结构设计11八、轴校核14九、轴承的选择及校核16十、键连接的选择与校核17十一、联轴器的选择18十二、箱体的设计19十三、其他轴系部件的设计20十四、设计小结21十五、附图22参考资料目录2412一、设计任务书设计项目：砂机传动装置，传动方案如图所示，单班制连续工作，传动不逆转，有轻微振动。启动载荷喂额定载荷的1.5倍，主轴转速允许误差5%。原始数据：主轴转速 32转/分圆锥齿轮传动比 2.5电动机功率 7.5kw电动机同步转速1000转/分使用年限 10年应完成的设计内容：设计说明书 1份减速器转配图 1张减速器零件图 2张指导教师安排的其他内容二、总体方案设计 1.方案提出：方案一：二级圆柱斜齿轮展开式：传动比8-40.结构简单，应用广泛。（输出端锥齿轮）3方案二：齿轮蜗杆：适用于载荷较小、间歇工作场合，润滑要求高，效率低。（输出端锥齿轮）方案三：二级圆柱斜齿轮同轴式：长度短，节省空间，但是减速器的轴向尺寸和重量较大（输出端锥齿轮）2.方案选择： 工作特点：单班制连续工作，传动不逆转，有轻微振动。综合考虑，最终选择方案一。3.方案一结构简图：三、 电机的选择：1.本题电机工作条件：单班制单向运转，载荷平稳。380v交流电。2.电机额定功率7.5kw，同步转速1000转/分。3.可选择的电机:电机型号满载转速传动比特点y160m-6970转/分 12.125连续工作轻微振动yz160l-8705转/分 8.8125冶金及起重用yz100m2-6948转/分 11.85冶金及起重用综合考虑：电机选择y160m-6.四、传动比的分配：4 现在总传动比i=970/32=30.3，已知锥齿轮传动比i3=2.5，考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。选取减速器高速级传动比i1与低速级传动比i2的比值为1.3，即i1= 1.3i2.经过计算得i1=3.97，i2=3.05. 五、传动装置的运动和动力参数计算1、确定各个效率：圆柱齿轮：1=0.98（七级精度）总传动比： i=30.3高速级传动比:i1=3.97低速机传动比：i2=3.05滚动轴承：4=0.99锥 齿 轮：2=0.97（七级精度）联 轴 器：3=0.99总=1223245=0.868总=0.868 2、各轴的转速： n1=970r/minn2= n1/ i1=970/3.97=243.72 r/minn3= n2/ i2243.72/3.05=79.91 r/minn4= n3=79.91 r/minn5= n4/ i3=79.91/2.5=31.96 r/min3、各轴的功率(p=7.5)p1=p3=7.42kwp2= p114=7.20kwp3= p214=6.99kwp4= p343=6.85kwp5= p44=6.51kw4、各轴的输入转矩：t1=95507.42970=73.05nmt2=95507.20243.72=282.13 nmt3=95506.9979.91=835.37 nmt4=95506.8579.91=818.64 nmt5=95506.5831.96=1996.18 nm六、齿轮的设计计算（一）高速级齿轮传动的设计计算 齿轮材料，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=3.9724=77.76 取z=96 齿轮精度等级7级初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计n1=970r/minn2=243.72 r/minn3=79.91 r/minn3=79.91r/minn5=31.96 r/minp=7.5p1=7.42kwp2= =7.20kwp3= =6.99kwp4= =6.85kwp5= 6.51kwt1=73.05nmt2=282.13 nmt31=835.37 nmt4=818.64 nmt5=1996.18 nm初选：=24 z=96确定各参数的值:试选=2查课本图10-30 选取区域系数 z=2.42 由课本图10-26 1=0.76，2=0.8则=0.76+0.8=1.56计算应力循环次数n=60nj =609701（836510）=1.710hn= n/i=4.310h 查课本10-19图得：k=0.95 k=1齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数s=1,=0.95600=570 =1550=550 许用接触应力 h=( +)/2=560查课本由表10-6得： =189.8mp 由表10-7得: =13.设计计算小齿轮的分度圆直径d= 54.03mm计算圆周速度2.75m/s计算齿宽b和模数计算齿宽b 试选=2应力循环次数：n=1.710hn= 4.310h 许用接触应力:h =560小齿轮分度圆直径：d=54.03mm圆周速度：=2.75m/sb=54.03mm计算摸数m初选螺旋角=16=d1tcosz1=2.16计算齿宽与高之比齿高h=2.25 =2.252.16=4.86 =54.03/2.16 =11.12计算纵向重合度=0.318tan=2.19计算载荷系数k使用系数=1根据2.75m/2,7级精度,查课本由表10-8得动载系数k=1.07,查课本由表10-4得k =1.42查课本由表10-13得: k=1.38查课本由表10-3 得: k=1.1故载荷系数: kk k k k=1.151.251.11.38=2.18按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=56mm计算模数=d1tcosz1=2.244. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式:(1) 查图10-20c得小齿轮弯曲疲劳强度fe1=500mpa，大齿轮弯曲疲劳强度fe2=380mpa(2）查图10-8去疲劳寿命系数初选螺旋角：=16宽与高之比： =11.12纵向重合度：=2.19载荷系数:k2.18校正后分度圆直径:d=56mm计算模数:=2.24kfn1=0.85，kfn2=0.88(3)计算弯曲疲劳应力f= kfn1fe2s=303.75mpaf2=238.86mpa（4）计算载荷系数kk k k k=1.151.251.11.38=2.18（5）根据纵向重合度=2.19，查图10-28得螺旋角影响系数y=0.87（6）计算当量齿数zv1=z1/cos3=27.02zv2=z2/cos3=108.08（7）查表10-5得齿形系数y 2.57 ， y2.174应力校正系数y1.6， y1.796（8）计算大小齿轮的 （9）=1.67对比计算结果，按接触疲劳强度设计法面模数大于按齿根弯曲疲劳强度设计法面模数，取=2，取分度圆直径d1=56mmz1= d1mn/cos=26.7=27 z2= d2mn/cos=106.9=1075.几何尺寸计算（1）计算中心距 a=139.4=140mm（2）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos（(z1+z2)mn/2）=16.83因值改变不多,故参数,等不必修正.（3）计算大小齿轮的分度圆直径d1=z1mn/cos=56.4mmd2=z2mn/cos=223.6mm(4)计算齿轮齿宽b=d1=56.4mm圆整后 b1=60mm，b2=56mm。弯曲疲劳应力：f= 303.75mpaf2=238.86mpa载荷系数：k2.18当量齿数：zv1 =27.02zv2 =108.08选取：模数mn=2分度圆直径: d1=56mmz1= 27 z2=107中心距 a=140mm螺旋角：=16.83分度圆直径：d1=56.4mmd2 =223.6mm齿宽：b1=60mmb2=56mm高速级齿轮参数：名称计算公式结果法面模数 mn 2法面压力角 n 20螺旋角 16.83 齿数 z1 27 z2 107传动比 i 3.96分度圆直径 d1 56.4 d2 223.6齿顶圆直径da1=d1+2hamn 60.4da2=d2+2hamn 227.6齿根圆直径df1=d1-2(ha+c)mn 52.4df2=d2-2(ha+c)mn 219.6中心距a= 140齿宽 b1 60 b2 56(二)低速级齿轮的设计计算精度等级7级，小齿轮40cr调质处理，表面硬度280hbs,大齿轮45号钢调质处理，表面硬度250hbs低速级齿轮参数：名称计算公式结果法面模数 mn 2.5法面压力角 n 20螺旋角 16.6 齿数 z1 34 z2 104传动比 i 3.06分度圆直径 d1 88.7 d2 271.3齿顶圆直径da1=d1+2hamn 93.7da2=d2+2hamn 276.3齿根圆直径df1=d1-2(ha+c)mn 83.7df2=d2-2(ha+c)mn 266.3中心距a= 180齿宽 b1 94 b2 90（三）减速箱外锥齿轮设计计算精度等级7级，小齿轮材料45号钢调质表面淬火，表面硬度50hrc,大齿轮材料45号钢调质表面淬火，表面硬度45hrc锥齿轮参数：名称计算公式结果模数 m 8法面压力角 n 20 齿数 z1 18 z2 45 传动比 i 2.5分度圆直径 d1 144 d2 360分锥角 1 21.8 2 68.2齿顶圆直径da1=d1+2hacos1 219.6da2=d2+2hacos2 365.9齿根圆直径df1=d1-2(ha+c)mn 129.1df2=d2-2(ha+c)mn 254.1锥距r=m（z12+z22）/2 193.9齿宽 b 58七、轴的结构设计（一）轴的材料选择及最小直径的计算1、初选轴的材料45号钢，调质处理2、按扭转强度进行最小直径的估算： dmin=a03pn考虑键槽对轴强度的影响， 若又一个键槽，轴径增大5%-7%,若两个键槽，轴径增大10%-15%。对于45号钢a0（103-126）高速轴a0=117，中间轴a0=111，低速轴a0=106，外轴a0=102高速轴：dmin=a03pn=23.05mm，最小轴径处安装联轴器开有一个键槽，dmin=（1+6%）d=24.43mm 取 dmin=25（安装联轴器取整）中间轴：dmin=a03pn=34.3mm 取 dmin=35（安装滚动轴承，符合标准）低速轴: dmin=a03pn=47.1mm, 最小轴径处安装联轴器开有一个键槽，dmin=（1+6%）d=49.93mm取 dmin=50 （安装联轴器）高速轴：dmin=25中间轴dmin=35低速轴：dmin=50（二）减速器的装配草图设计： 根据轴上零件的结构、定位、装配关系、轴向宽度以及零件间的相对位置等要求，初步设计减速器的安装草图.（三）轴的结构设计：1.高速轴（1）各轴段直径的确定（如上图从下往上分别d11、d12、d13、d14、d15、d16、d17） d11：最小直径，安装联轴器，d11=dmin=25mmd12: 轴向定位，定位高度h=（0.07-0.1）d11，取d12=28mmd13：滚动轴承处，d13=30mmd14：轴向定位，定位高度h=（0.07-0.1）d13，取d14=36mm高速轴：各轴段直径：d11=25mmd12=28mmd13=30mmd14=36mmd15：轴环，取d15=38mmd16：定位轴承，取d16=34mmd17：安装轴承，d17=30mm(2)各轴段长度确定（如上图从下往上分别l11、l12、l13、l14、l15、l16、l17）l11：安装联轴器，根据联轴器型号取l11=44mml12：安装轴承端盖，取l12=50mml13：安装轴承，根据轴承型号取l13=19mml14：取l14=120mml15：轴环，取 l15=6mml16：根据齿轮宽度确定，b=60mm，取l16=58mml17：取l17=47mm2.中间轴（1）各轴段直径的确定（如上图从下往上分别d21、d22、d23、d24、d25）d21：最小直径，安装轴承，d21=dmin=40mmd22: 轴向定位，定位高度h=（0.07-0.1）d21，取d22=46mmd23：轴向定位，定位高度h=（0.07-0.1）d22，取d23=50mmd24：轴向定位，定位高度h=（0.07-0.1）d23，取d24=46mmd25：安装轴承，d25=dmin=40mm（2）各轴段长度确定（如上图从下往上分别l21、l22、l23、l24、l25）l21：安装轴承，根据高速轴取l21=49mml22：安装齿轮，b=94，取l22=50mml23：轴环，取l23=6mm l24：安装齿轮，b=56，取l24=54mml25：安装轴承，根据高速轴取l25=49mm 3.低速轴各轴段直径的确定（如上图从下往上分别d31、d32、d33、d34、d35、d36、d37）d31：安装轴承，根据轴承型号取d31=60mmd15=38mmd16=34mmd17=30mm各轴段长度：l11=44mml12=50mml13=19mml14=120mml15=6mml16=58mml17=47mm中间轴各轴段直径：d21=dmin=40mmd22=46mmd23=50mmd24=46mmd25=dmin=40mm各轴段长度：l21=49mml22=50mml23=6mml24=54mml25=49mm低速轴各轴段直径d31=60mmd32: 轴向定位，定位高度h=（0.07-0.1）d31，取d32=70mmd33：轴向定位，定位高度h=（0.07-0.1）d32，取d33=74mmd34：轴向定位，定位高度h=（0.07-0.1）d33，取d34= 67mm d35：安装轴承，根据轴承型号取d35=60mm d36：轴肩定位，取d36=55mm d37：安装联轴器，根据联轴器型号，取d37=50mm（2）各轴段长度确定（如上图从下往上分别l31、l32、l33、l34、l35、l36、l37）l31：安装轴承，根据中间轴取l31=51mml32：安装齿轮，根据齿宽b=90，取l32=88mml33：轴环，取l33=6mml34：根据中间轴，取l34=83mml35：安装轴承，根据轴承型号，取 l35=22mml36：安装轴承端盖，取l36=50mml37：安装联轴器，根据联轴器型号，取l37=92mm八、轴校核（以高速轴为例） 轴承正装，齿轮右旋，主轴向上转，斜齿轮n=20，=16.83，轴承受力点a=22.21、力学模型建立：确定轴上力的作用点以及受力分析2、计算轴上作用力（1）斜齿轮ft=2td=73050256.4=2590.4n fr=fttancos=2590.4tan20cos16.83=985nfa= fttan=2590.2tan16.83=783.6nd32=70mmd32=70mmd33=74mmd34= 67mm d35=60mmd36=55mmd37=50mm各轴段长度确定：l31=51mml32=88mml33=6mml34=83mml35=22mml36=50mml37=92mm斜齿轮上受力：ft=2590.4nfr=985nfa= =783.6n（2）其他各点分别对轴承各个受力点取矩，根据力矩平衡得：fr1=840n fr2=145nft1=1925n ft2=665n(3)绘制转矩、弯矩图(4)按第三强度理论校核ca(-1=60mpa)ca=m2+(t)2w-1 (=1)w=d332-bt（d-t）22d=3837.5（b为键槽宽，t=h/2，h为键槽深）ca=(1012+1102)10003837.5=33mpa fd3，（有向左运动趋势）则fa3= fae+ fd4=2059n fa4= fd4=927.9n左：e=fa3fr3=2059/91.5e 取x=0.41，y=0.87p=fp（x fr3+y fa3）=2194.6nlh=830010=24000hlh=106a60ncp3369210h lh 满足要求十、键连接的选择与校核（一）高速轴1、外伸联轴器处键d=25mm，l=46mm，故选择普通平键bh=87，l=36mm校核:工作长度l=l-b=28mm，键的接触高度k=0.5h=3.5mm，转矩t=73.05nm，材料45号钢调质，p=100mpap=2t103kld=60mpap 满足2、小齿轮处键d=34mm，l=58mm，故选择普通平键bh=108，l=56mm校核:工作长度l=l-b=46mm，键的接触高度k=0.5h=4mm，转矩t=73.05nm，材料45号钢调质，p=100mpap=2t103kld=24mpap 满足额定动载荷38.5kne=0.68fr3=91.5n fr4=1364.5nfd3=62.3nfd4= 927.9nfae=1131.4nfa3= 2059nfa4= 927.9nfp=1.2p=2194.6nlh=369210hp=100mpa联轴器处：bh=87l=36mml= 28mmk=3.5mmp=60mpa小齿轮处：bh=108l=56mml= 46mmk=4mmp=24mpa（二）中间轴1、高速级大齿轮处键;d=46mm，l=54mm，故选择普通平键bh=149，l=50mm校核:工作长度l=l-b=36mm，键的接触高度k=0.5h=4.5mm，转矩t=282.13nm，材料45号钢调质，p=100mpap=2t103kld=76mpap 满足2、低速级小齿轮处键;d=46mm，l=92mm，故选择普通平键bh=149，l=90mm校核:工作长度l=l-b=76mm，键的接触高度k=0.5h=4.5mm，转矩t=282.13nm，材料45号钢调质，p=100mpap=2t103kld=36mpap 满足（三）低速轴1、低速级大齿轮处键d=60mm，l=88mm，故选择普通平键bh=2012，l=86mm校核:工作长度l=l-b=66mm，键的接触高度k=0.5h=6mm，转矩t=825.37nm，材料45号钢调质，p=100mpap=2t103kld=69.5mpap 满足2、外伸端联轴器处d=50mm，l=92mm，故选择普通平键bh=1610，l=80mm校核:工作长度l=l-b=64mm，键的接触高度k=0.5h=6mm，转矩t=825.37nm，材料45号钢调质，p=100mpap=2t103kld=68.8mpap 满足十一、联轴器的选择1、高速轴外伸端 联轴器计算转矩tca=kat3，查表 选取ka=1.9tca=kat3=1.973.05=138.8nm。 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩，查书选取gy4凸缘联轴器。2、低速轴外伸端 方法同上，选取 gy7凸缘联轴器。大齿轮处：bh=149l=50mml= 36mmk=4.5mmp=76mpa小齿轮处：bh=149l=90mml= 76mmk=4.5mmp=36mpa大齿轮处：bh=2012l=86mml= 66mmk=6mmp=69.5mpa联轴器处：bh=1610l=80mml= 64mmk=6mmp=68.8mpa联轴器的选择高速轴外伸端：gy4凸缘联轴器低速轴外伸端：gy7凸缘联轴器十二、箱体的设计261、箱体的主要尺寸如下表所列：名称符号及公式结构尺寸（mm）总长（内壁）a538总宽（内壁）b210最大高度（内壁）h340箱体壁厚=0.25+311（a=320）箱盖壁厚 1=0.25+310箱座，箱盖，箱底座凸缘厚度b=1.5 b1=1.5 b2=1.5b=16.5 b1=16.5 b2=27.5箱座，箱盖上肋厚m0.85m10.85 1m=10m1=10轴承座内径和外径d， d2=1.25 d+10高速轴：d=72， d2=100中间轴：d=90， d2=122.5低速轴：d=110，d2=147.5轴承座旁凸台高度h36地脚螺栓直径与数目df，n（按中心距选取）df=24n=6地脚螺栓孔直径df1地脚螺栓孔沉头座直径d0底座凸缘尺寸c距离箱体外壁62箱盖，箱体连接螺栓直径与数目d=（0.5-0.6）df16箱盖，箱体连接通孔直径d1（按d查取）17.5箱盖，箱体连接通孔沉头座直径d1（按d查取）33定位销直径d1=（0.7-0.8）d12轴承盖外径窥视孔盖螺钉直径d2=（0.3-0.4）df8吊环螺钉孔直径d3（按重量选取）16内壁距齿轮端面距离 16箱体内壁距大齿轮齿顶圆距离11.2152、箱体的密封：为了保证箱盖与箱座结合面的密封，对结合面的几何精度和表面粗糙度值要精刨到表面粗糙度值ra1.6um。3、箱体结构的工艺性： 箱体结构工艺性对箱体的制造质量，成本以及检修维护等有直接影响， 因此在设计时要加以重视。（1）铸造工艺性：a、为保证液态金属流动通畅，铸件壁厚适当取大一点；b、为避免缩孔或应力裂纹，壁与壁之间采用平缓的过渡机构；c、为了便于起模，铸件沿起模方向要有一定的拔模斜度d、为避免金属积聚，两壁间避免采用锐角联接。（2）机械加工工艺性 在设计箱体是，要注意机械加工工艺性要求，尽可能减少机械加工面面积和刀具的调整次数，加工面和非加工面必须要个区分开。a、箱体结