同轴式圆柱直齿轮二级减速器课程设计.doc

25机械设计课程设计同轴式二级圆柱齿轮减速器 同轴式圆柱直齿轮二级减速器 设计说明书学 院： 机电学院 系 别： 机械系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 穆 旭 学号：0612110320起迄日期: 2013年10月 日2013年11月 日 指导教师: 佟瑞宏一、设计任务书1二、传动方案的拟定及说明2三、电动机的选择2四、计算传动装置总传动比和分配各级传动比3五、计算传动装置的运动和动力参数4六、传动件的设计计算51.V带传动设计计算52.直齿轮传动设计计算7七、轴的设计计算121.高速轴的设计12精确校核轴的疲劳强度142.中速轴的设计163.低速轴的设计18八、滚动轴承的选择及计算201.高速轴的轴承212.中速轴的轴承 213.低速轴的轴承21九、键联接的选择及校核计算20十、联轴器的选择21十一、减速器附件的选择和箱体的设计21十二、润滑与密封23十三、设计小结24十四、参考资料24一、 设计任务书设计一用于带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器1. 总体布置简图2. 工作情况工作平稳、单向运转3. 原始数据运输机卷筒扭矩（Nm）运输带速度（m/s）卷筒直径（mm）带速允许偏差（%）使用年限（年）工作制度（班/日）6500.6530051024. 设计内容(1) 电动机的选择与参数计算(2) 斜齿轮传动设计计算(3) 轴的设计(4) 滚动轴承的选择(5) 键和联轴器的选择与校核 (6)装配图、零件图的绘制 (7)设计计算说明书的编写5. 设计任务(1) 减速器总装配图1张（0号或1号图纸）(2) 齿轮、轴零件图各一张（2号或3号图纸）(3) 设计计算说明书一份二、 传动方案的拟定及说明如任务书上布置简图所示，传动方案采用V带加同轴式二级圆柱齿轮减速箱，采用V带可起到过载保护作用，同轴式可使减速器横向尺寸较小。一般常选用同步转速为，满载机作为原动机，根据总传动比数值，可采用任务书所提供的传动方案就是二级同轴圆柱直齿轮传动。三、 电动机的选择1.电动机类型选择按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y112M-4系列三项异步电动机。它为卧式封闭结构.2.电动机容量(1) 卷筒轴的输出功率式中，F为工作机的阻力，N；v为工作机的线速度，m/s；=0.96为带式工作机的效率。(2) 电动机的输出功率传动装置的总效率式中，为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由机械设计课程设计（以下未作说明皆为此书中查得）表1-5查得：V带传动；滚动轴承；圆柱齿轮传动；弹性联轴器；卷筒轴滑动轴承，则 故 (3) 电动机额定功率 由第十二章表12-1选取电动机额定功率。3.电动机的转速选定电动机的型号为Y112M-4。主要性能和外形、安装尺寸如下表：由表12-1、表12-9查出Y132M-4型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，并列表记录备份。型号额定功率(kw)同步转速(r/min)满载转速(r/min)堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y112M-44150014402.22.3HDEGKL质量（kg）1122860241240082443四、 计算传动装置总传动比和分配各级传动比1. 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： 2. 分配各级传动比取V带传动的传动比，则两级圆柱齿轮减速器的传动比为 所得符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。五、 计算传动装置的运动和动力参数1. 各轴转速电动机轴为0轴，减速器高速轴为1轴，中速轴为轴，低速轴为轴，各轴转速为2. 各轴输入功率按电动机额定功率计算各轴输入功率，即 3. 各轴转矩电动机轴高速轴中速轴低速轴转速（r/min）1440576.421544241.40功率（kW）3.65793.51163.3383.1732转矩（）24.2658.22206.43490.59六、 传动件的设计计算1.V带传动设计计算（1） 确定计算功率由于是带式输送机，每天工作两班，查机械设计（V带设计部分未作说明皆查此书）表8-8得， 工作情况系数（2） 选择V带的带型由、 由图8-11选用A型（157页）（3）确定带轮的基准直径并验算带速初选小带轮的基准直径。由表8-9和表8-8，取小带轮的基准直径验算带速v。按式(8-13)验算带的速度,故带速合适。计算大带轮的基准直径。根据式(8-15a),计算大带轮基准直径根据表8-9，圆整为（4）确定V带的中心距a和基准长度根据式(8-20)，初定中心距。由式(8-22)计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度按式(8-23)计算实际中心距a。中心距变化范围为515.0588.8mm。（8-24）（5）验算小带轮上的包角（8-25）（6）确定带的根数 计算单根V带的额定功率由和，查表8-4a得根据，i=2.5和A型带，查表8-5得 计算V带的根数z。取4根。（7）计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.105kg/m，所以应使带的实际初拉力（8）计算压轴力2.直齿轮传动设计计算 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。按低速级齿轮设计：小齿轮转矩，小齿轮转速，传动比。（1） 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用直齿圆柱齿轮运输机为一般工作机器，速度不高，故选8级精度由机械设计（斜齿轮设计部分未作说明皆查此书）表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。选小齿轮齿数：大齿轮齿数 （2） 按齿面接触强度设计按式(10-9a）试算，即确定公式内各计算数值a) 试选载荷系数 b) 小齿轮传递的传矩c) 由表10-7选取齿宽系数d) =0.873e) 由表10-6查得材料弹性影响系数f) 由图10-21d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g) 由式10-13计算应力循环次数 h) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数i)j) 计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，由式(10-12)得 计算 a) 试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得cc b) 计算圆周速度c) 齿宽b及模数mntd) 计算载荷系数K 由表10-2查得使用系数根据，8级精度，由图10-8查得动 载系数；直齿轮；由表10-4用插值法查得8级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，查图10-13得；故载荷系数e) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得所以取80mm f)计算模数（3） 按齿根弯曲强度设计由式(10-15)确定计算参数 a) 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 b) 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 c)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式(10-12)得 d）计算载荷系数 e)查去齿形系数 由表10-5查得 f）查去应力校正系数 由表10-5查得 d）计算大、小齿轮的，并加以比较 大齿轮的数值大 设计计算对比计算的结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由取，则（4） 几何尺寸计算 齿顶高：齿根高： 全齿高： 顶隙： 分度圆直径： 基圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 齿距： 齿厚： 齿槽宽： 标准中心距： 齿宽： 取 由于是同轴式二级齿轮减速器，因此两对齿轮取成完全一样，这样保证了中心距完全相等的要求，且根据低速级传动计算得出的齿轮接触疲劳强度以及弯曲疲劳强度一定能满足高速级齿轮传动的要求。为了使中间轴上大小齿轮的轴向力能够相互抵消一部分，故高速级小齿轮采用左旋，大齿轮采用右旋，低速级小齿轮右旋大齿轮左旋。七、 轴的设计计算 1. 高速轴的设计(1) 高速轴上的功率、转速和转矩转速（）高速轴功率（）转矩T（）5763.511658.22(2) 作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为=81 ，根据机械设计（轴的设计计算部分未作说明皆查此书）式(10-3)，则(3) 初步确定轴的最小直径先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得(4) 轴的结构设计 1）拟订轴上零件的装配方案（如图） 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足V带轮的轴向定位，-轴段右端需制出一轴肩，故取-段的直径d-=26mm。V带轮与轴配合的长度B=65mm，为了保证轴端档圈只压在V带轮上而不压在轴的端面上，故-段的长度应比L1略短一些，现取L-=62mm。考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少，在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许的内外圈轴线偏斜量（8-16）大量生产价格最低，固选用深沟球轴，参照工作要求并根据d-=26mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6206，其尺寸为，故d-=30；而L-=16+20=36mm，L-=10mm。右端球轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6206型轴承的定位轴肩高度h=3mm，因此，套筒左端高度为3mm，d-=36mm。取安装齿轮的轴段-的直径d-=32mm，取L-=58mm齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。轴承端盖的总宽度为28mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆，取端盖的外端面与V带轮右端面间的距离L=26mm，故取L-=54mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴上零件的轴向定位V带轮与轴的周向定位选用平键10mm8mm63mm，V带轮与轴的配合为H7/r6；齿轮与轴的周向定位选用平键12mm8mm56mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；深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m6。4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明-6222与V带轮键联接配合-5426定位轴肩-3636与滚动轴承6206配合，套筒定位-5830与小齿轮键联接配合-1036定位轴环-1830与滚动轴承6206配合总长度238mm(5) 求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，对于6208型深沟球轴承，轴的支撑跨距为L1=141mm， L2+L3=62+52=114mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。先计算出截面C处的MH、MV及M的值列于下表。1)画轴的受力简图2）计算支承反力在水平面上在垂直面上 故 总支承反力3)画弯矩图 故 载荷水平面H垂直面V支反力F，C截面弯矩M总弯矩扭矩(6) 按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力已选定轴的材料为45Cr，调质处理。由表15-1查得。因此，故安全。2.中速轴的设计(1) 中速轴上的功率、转速和转矩转速（）中速轴功率（）转矩T（）154.423.34206.13(2) 作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为，根据式(10-3)，则已知高速级齿轮的分度圆直径为=81 ，根据机械设计（轴的设计计算部分未作说明皆查此书）式(10-3)，则(3) 初步确定轴的最小直径先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得(4) 轴的结构设计(5) 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少，在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许的内外圈轴线偏斜量（8-16）大量生产价格最低，固选用深沟球轴，并选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d-=d-=40mm，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的单列深沟球轴承6208，其尺寸为dDB=40mm80mm18mm，故L-=L-=18+20=38mm。两端滚动轴承采用套筒进行轴向定位。由手册上查得6208型轴承的定位轴肩高度h=4mm，因此，左边套筒左侧和右边套筒右侧的高度为4mm。取安装大齿轮出的轴段-的直径d-=46mm；齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。为了使大齿轮轴向定位，取d-=52mm，又由于考虑到与高、低速轴的配合，取L-=65mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。大小齿轮与轴的周向定位都选用平键14mm9mm56mm 12mm8mm50mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；滚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m6。4）确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明-3840与深沟球轴承6208配合，套筒定位-5846与大齿轮键联接配合-52定位轴环-6842与小齿轮键联接配合-4440与深沟球轴承6208配合总长度270mm3.低速轴的设计(1) 低速轴上的功率、转速和转矩转速（）中速轴功率（）转矩T（）41.43.1732490.59(2) 作用在轴上的力已知低速级齿轮的分度圆直径为，根据式(10-14)，则(3) 初步确定轴的最小直径先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得 (4) 轴的结构设计1） 拟订轴上零件的装配方案（如图） 1） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的轴向定位，-轴段左端需制出一轴肩，故取-段的直径d-=63mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=84mm，为了保证轴端档圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故-段的长度应比L1略短一些，现取L-=82mm。 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d-=55mm，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的单列圆锥滚子轴承6212，其尺寸为dDB=60mm110mm22mm，故d-=d-=60mm；而L-=36mm，L-=50mm。左端滚动轴承采用轴环进行轴向定位。由表15-7查得6212型轴承的定位高度h=4.5mm，因此，取得d-=69mm。右端轴承采用套筒进行轴向定位，同理可得套筒右端高度为8mm。取安装齿轮出的轴段-的直径d-=67mm；齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。为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-=56mm。轴承端盖的总宽度为26mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆，取端盖的外端面与联轴器左端面间的距离L=30mm，故取L-=56mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。2） 轴上零件的轴向定位半联轴器与轴的联接，选用平键为18mm11mm80mm，半联轴器与轴的配合为H7/k6。齿轮与轴的联接，选用平键为20mm12mm80mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6。3） 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明-3660与深沟球轴承6212配合-1069轴环-5667与大齿轮以键联接配合-5060与深沟球轴承6212配合，套筒定位-5463与端盖配合，做联轴器的轴向定位-8255与联轴器键联接配合总长度284mm八、 滚动轴承的选择及计算轴承预期寿命 1.高速轴的轴承 在前面计算轴时采用6208号深沟球轴承，其主要参数如下：基本额定静载荷： 基本额定动载荷： 由上可知右端轴承所受的载荷远大于左端轴承，所以只需对右端轴承进行校核，如果右端轴承满足要求，左端轴承必满足要求。（1）：求比值轴承所受径向力 (2)按照表13-5，X=1，Y=0,按照1表13-6，取。则（3）：验算轴承的寿命按要求轴承的最短寿命为（工作时间）根据式（13-5）（对于球轴承取） 所以所选的轴承满足要求。2.中速轴的轴承 在前面计算轴时采用6208号深沟球轴承。3.低速轴的轴承 在前面计算轴时采用6215号深沟球轴承，九、 键联接的选择及校核计算由机械设计式(6-1）得 键、轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2，取1. V带轮处的键取普通平键GB/T1096键10863键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度2.高速轴上小齿轮处的键取普通平键GB/T1096键12856键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度3.中速轴上大齿轮处的键取普通平键GB/T1096键14956键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度4.中速轴上小齿轮处的键取普通平键GB/T1096键12850键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度5.低速轴上大齿轮处的键取普通平键GB/T1096键201280键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度6.联轴器周向定位的键取普