课程设计--减速器的设计.docx

目 录一、设计任务书-2二、传动方案分析-3三、电动机的选择计算-3四、总传动比的确定和各级传动比的分配-4五、运动和动力参数的计算-4六、传动零件的设计-5七、轴的设计和计算-13八、滚动轴承的选择和计算-27九、键连接的选择和计算-28十、联轴器的选择和计算-29十一、润滑和密封的说明-30十二、减速箱体的附件的说明-30十三、设计小节-30十四、参考资料-31一、设计任务书课程设计的题目：减速器的设计（1）输送带的工作拉力输送带工作速度滚筒直径工作情况：两班制，连续单向运转，载荷较平稳使用折旧期：10年工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度动力来源：电力，三相交流，电压380/220V检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产二、传动方案分析方案设计方案一：带传动+单级传动 方案二： 齿轮传动+二级传动+带传动方案三： 带传动+链传动+单级传动方案比较方案一：带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点。传动功率较高，工艺简单，应用广泛，但使用寿命较短。单级传动结构简单、功率大、效率高。方案二：齿轮传动主要特点：1.效率高，有很大经济意义。2.结构紧凑，所以所需空间较小。3.工作可靠、寿命长4.传动比稳定二级传动结构比较简单，应用广泛。但齿轮相对于轴承非对称布置，受载时轴的弯曲变形会使载荷沿齿宽分布不均，故轴应具备足够大的刚度。方案三：链传动是一种挠性传动。它无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；它整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低。综上所述：应选择方案二两级圆柱齿轮展开式计算及说明结果三、电动机选择计算1原始数据如下：输送带的工作拉力输送带工作速度滚筒直径2电动机型号选择工作机所需输入功率查机械设计手册：（联轴器）, （轴承）, （低速级齿轮）, （高速级齿轮）；电动机至工作机总效率电动机功率,故选择其额定功率为工作机转速电动机转速，已知，故电动机转速的可选范围是，选为故选电动机型号为Y160M-4 其主要参数为：，四、总传动比确定及各级传动比分配 分配原则：各级传动尺寸协调，承载能力接近，两个大齿轮直径接近以便润滑。 ， 多级传动，总的传动比应为： 其中和为各级传动机构的传动比。此设计方案的二级展开式减速器传动比范围是：=（1.31.5），由=1.4，由此得到，=4.2 ， =3.0五、运动和动力参数的计算（各轴转速，各轴输入功率和输入转矩）1.各轴转速：2.各轴输入功率：3.各轴转距：六、传动零件的设计计算1.高速级齿轮设计u 选齿轮的类型、精度等级、材料及齿数 按前面提出的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 运输机一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。 材料选择。由表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，二者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 ， u 按齿面接触疲劳强度进行计算设计计算公式是1)确定公式内各计算数值： 载荷系数： 小齿轮传递的转矩： 由表10-7选取齿宽系数： 由表10-6查得材料的弹性影响系数： 由图10-21d查得齿轮的接触疲劳强度极限： 应力循环次数：根据已知条件得减速器工作时间为10年，每年的工作日为300天，每天为两班制。即每天为16个小时。 由表10-19查得接触疲劳寿命系数：， 计算接触疲劳许用应力，取安全系数所以需用接触应力为：2)代入数据进行计算1.计算小齿轮分度圆直径计算圆周速度： 2.计算齿宽及模数：3.计算齿宽与齿高之比：齿高 所以 4.计算载荷系数：根据，7级精度，由图10-8查得动载系数由表10-3查得，由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮1相对支承非对称布置时，由，查图10-13得故载荷系数5.按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由（10-10a）得：6.计算模数：u 按齿根弯曲强度设计设计计算公式是：1)确定公式的计算数值由图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；由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数,.计算载荷系数: 查取齿形系数:由表10-5查得， 查取应力校正系数:由表10-5查得,计算大小齿轮的并加以比较：小：大：故：小：大： 大齿轮的数值大。2）设计计算：对比计算结果，齿面接触疲劳强度计算法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取,已经可以满足弯曲强度。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相应的齿数。于是由取,则，取u 几何尺寸计算 计算大小齿轮的分度圆直径 计算中心距： 计算齿轮宽度圆整取， 2.低速级齿轮设计u 选定齿轮类型、精度等级、材料及热处理工艺。 按前面所提出的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动； 减速器为一般工作机器，速度不高，所以与一级一样选用7级精度； 材料选择：选择小齿轮材料为40 Cr，硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS； 热处理工艺：大小齿轮都用调质处理。 初选小齿轮齿数为，大齿轮齿数为u 按齿面接触疲劳强度进行计算设计计算公式为：1）确定公式内各计算数值： 载荷系数：小齿轮传递的转矩： 由表10-7选取齿宽系数：由表10-6查的材料的弹性系数：由图10-21d按齿面硬度查的小齿轮1的接触疲劳强度极限，大齿轮2的接触疲劳强度极限 计算应力循环次：根据已知条件得减速器工作时间为10年，每年的工作日为300天，每天为两班制。即每天为16个小时。由图10-19取接触疲劳寿命系数：， 计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数，由式（10-12）得所以2）计算：求小齿轮分度圆直径,带入公式计算：计算圆周速度：计算齿宽：计算齿宽与齿高之比：模数： 齿高：所以计算载荷系数：根据，七级精度，由图10-8查得动载荷系数 由表10-3查得，直齿轮 由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时由，查图10-13，得；故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径计算模数u 按齿根弯曲强度设计设计计算公式为：1）确定公式中的各计算值：计算载荷系数：由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限由图10-18取弯曲疲劳寿命系数， 所以取弯曲疲劳安全系数，由式（10-12）计算弯曲疲劳许用应力：小：大：查取齿形系数：由表10-5查得；查取应力校正系数：由表10-5查得；计算大，小齿轮的并加以比较：所以大齿轮的数值大。2）设计计算： 由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（既模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度所算得的模数并就圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮的齿数。，这样设计的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。u 几何尺寸计算计算分度圆直径：计算中心距：计算齿轮宽度：取，验算传动系统速度误差： ， 满足要求七、轴的设计和计算第一根轴的设计及其校核已知条件：轴上的功率，转速，转矩1）初步确定轴的最小直径轴的材料选用常用的45钢。 1轴为外伸轴，初算轴径作为最小直径，应取较小的值；查表15-3取，则，初定2）轴的结构设计：拟定轴上零件的装配方案：装配方案是：左端依次安装轴承端盖，滚动轴承，右端依次安装滚动轴承，轴承端盖，联轴器。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要求，段左侧需制出一轴肩，故取的直径为 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，故选用角接触球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取角接触球轴承，其尺寸为，故。两端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，由手册上查得的定位轴肩高度为，因此，取，轴环宽度，取轴承端盖的总宽度为（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及便于对轴承添加润滑脂的要求，取轴盖的外端面与带轮间的距离，故取。取轮齿距箱体内壁之距离，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取，已知轴承宽度，则箱体内部宽度，考虑到箱体的铸造误差，轴肩距箱体内壁一段距离，取，则，至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴的初步设计如下图：4）轴的弯扭合成强度计算： 根据轴直径，查机械零件手册，选用角接触球轴承的型号为，主要参数如下：，（轴承的校核将在后面进行）。求作用在齿轮上的力，轴上的弯距、扭距，并作图齿轮上的作用力：圆周力径向力将计算出的弯矩和扭矩列于下表：载荷水平面H垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩根据轴的结构图做出轴上的弯矩图和扭矩图。M当量2M当量1FNH2(b)TMBFtFNV2FNV1FrMHL1FNV1FNH1FrFtL3L2FNV2FNH2ACDFNH1TMVMH:MV:T:(a)(c)(d)M:(e)(f)M当量:按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的强度。根据式（15-5）和上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取,轴的计算应力：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得，因此,故安全。 第二根轴的设计及其校核已知条件：轴上的功率，转速，转矩1）初步计算直径：轴的材料选用常用的45钢，当轴的支撑距离未定时， 无法由强度确定轴径，要用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径，计算公式为：2轴为非外伸轴，应取较大的值；查表15-3，。则，取为2）轴的结构设计：拟定轴上零件的装配方案：装配方案是：装配方案：左端依次安装端盖，滚动轴承，小齿轮，右端依次安装 滚动轴承、大齿轮。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：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，故选用角接触球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取角接触球轴承，其尺寸为，故。 取安装齿轮处的轴段直径，齿轮宽度，则齿轮的右端采用轴肩定位。轴肩高度，故取，则轴环处的直径。取两个齿轮间间距，则已知齿轮长度，则,且。取齿轮距箱体内壁之距离，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取，已知轴承宽度，则考虑到箱体的铸造误差，轴肩距箱体内壁一段距离，取，则箱体内部宽度至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴的初步设计如下图：4）轴的弯扭合成强度计算： 根据轴直径，查机械零件手册，选用角接触球轴承的型号为，主要参数如下：，（轴承的校核将在后面进行）。 求作用在齿轮上的力，轴上的弯距、扭距，并作图齿轮上的作用力：低速级小齿轮分度圆直径：高速级大齿轮分度圆直径：圆周力径向力将计算出的弯矩和扭矩列于下表：B处载荷水平面H垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩C处载荷水平面H垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩根据轴的结构图做出轴上的弯矩图和扭矩图。TMCMBMVCMVBMHBMHCL1Fr1FNV2FNV1Ft2Ft1FNH2FNH1FNH2FtBFtCBFNV1FNH1FNV2ABDCFrCFr2L2L3(b)MH:(c)MV:(d)M:(e)T:(a)(f)M当量:M当量1M当量2按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的强度。根据式（15-5）和上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取,轴的计算应力：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得，因此,故安全。5）精确校核轴的疲劳强度：判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面7和5处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载情况来看，截面C上的应力最大。截面7和5应力集中的影响分别相同，但截面5不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上的应力虽然较大，但应力集中不大（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也均不必校核。由第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小。因而该轴只需校核截面7左右两侧即可。 截面7左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面7左侧的弯矩为 截面7上的扭矩 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得，。截面上由于轴肩形成的理论应力集中因素及，按附表3-2查取。因，经插值后可查得，又由附图3-1可得轴的材料的敏感系数为，故有效应力集中系数按式（附表3-4）为 由附图3-2的尺寸系数，由附图3-3的扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由附图3-4查得表面质量系数为则按公式（3-12）及（3-12a）得综合系数为又由3-1及3-2得碳钢的特性系数于是，计算安全系数值，按公式（15-6）（15-8）则得故可知其安全。截面7左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面7左侧的弯矩为 截面7上的扭矩 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得，。过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取于是得，轴按磨削加工，由附图3-4查得表面质量系数为故得综合系数为于是，计算安全系数值，按公式（15-6）（15-8）则得故该轴在截面右侧的强度也是足够的。 第三根轴的设计及其校核已知条件：轴上的功率，转速，转矩1）初步计算轴径：轴的材料选用常用的45钢, 调质处理后表面硬度220-250HBS。3轴也为外伸轴，初算轴径作为最小直径，应取较小的值；查表取则，取为输出轴的最小直径显然是安装在联轴器的直径处。为了使所选直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则： 。按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用型弹性柱销联轴器，公称转矩为。半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。2）轴的结构设计：拟定轴上零件的装配方案：装配方案是：左端依次安装端盖，滚动轴承，齿轮，右端依次安装滚动轴承、轴承端盖，联轴器。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要求，段左侧需制出一轴肩，故取；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故段的长度应比略短一些，现取初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取深沟球轴承，其尺寸为，故。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，由手册上查得的定位轴肩高度为，因此，取 取安装齿轮处的轴段直径，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂宽度为，为了使套筒断面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位。轴肩高度，故取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。轴承端盖的总宽度为（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及便于对轴承添加润滑脂的要求，取轴盖的外端面与带轮间的距离，故取。取齿轮距箱体内壁之距离，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取，已知轴承宽度，则箱体内部长度，考虑到箱体的铸造误差，轴肩距箱体内壁一段距离，取，齿轮距箱体内壁距离，则至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴的初步设计如下图：4）轴的弯扭合成强度计算： 根据轴直径，查机械零件手册，选用深沟球轴承的型号为，主要参数如下：，（轴承的校核将在后面进行）。求作用在齿轮上的力，轴上的弯距、扭距，并作图齿轮上的作用力：圆周力径向力将计算出的弯矩和扭矩列于下表：载荷水平面H垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩根据轴的结构图做出轴上的弯矩图和扭矩图。TMMVMHFNV2FNV1FrFNH2FNH1FtL3L2L1DFNH2FNV2FrTCFNV1FNH1FtAB(a)(b)MH:MV:(c)(d)M:T:(e)按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的强度。根据式（15-5）和上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取,轴的计算应力：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得，因此,故安全。八、滚动轴承的选择计算1）轴上的轴承的选择：两端采用角接触球轴承，根据轴直径，选择角接触球轴承的型号为，主要参数如下：，基本额定静载荷 基本额定动载荷 极限转速 2）轴上轴承的选择：选择使用角接触球轴承，根据轴直径，选用深沟球轴承的型号为，主要参数如下：， 基本额定静载荷 基本额定动载荷 极限转速 3）轴上轴承的选择与寿命检验：轴承的选择：选择使用深沟球轴承，根据轴直径，选用深沟球轴承的型号为，主要参数如下：， 基本额定静载荷 基本额定动载荷 极限转速 求两轴承受到的径向载荷和：将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。由强度计算时可知：，。则，求轴承当量动载荷和：因为不存在轴向力则，因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取，则验算轴承寿命：因为，所以按轴承4的受力大小验算：减速器设计寿命 ，所以。故所选轴承满足寿命要求。极限工作转速计算：以上所选各轴承的极限转速都成立，所以他们的极限工作转速一定满足要求。九、键连接的选择和计算1) 键的选择：轴键槽部分的轴径为，所以选择普通圆头平键键，轴左端键槽部分的轴径为，所以选择普通圆头平键键，右端键槽部分的轴径为，所以选择普通圆头平键 键，轴左端键槽部分的轴径为，所以选择普通圆头平键键，2) 轴键的强度计算：假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为： 查表6-2得，钢材料在轻微冲击下的许用挤压应力为，所以取，且装配处轴的直径。左端键的强度计算：扭矩，故满足强度要求。右端键的强度计算：扭矩，故满足强度要求。十、联轴器的选择计算1）计算联轴器的计算转距：查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则：2）型号选择按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用型弹性柱销联轴器。主要参数如下：公称扭距 （满足要求）许用转速 （满足要求）轴孔直径 轴孔长度 配合长度 十一润滑和密封说明1）润滑说明因为滚动轴承速度较低，所以轴承采用稠度较小的润滑脂进行脂润滑。润滑脂的填入量为轴承空隙体积的1/2。齿轮速度没超过23m/s,所以采用浸油润滑，齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离为3060mm。2）密封说明防止外界的灰尘、水分等侵入轴承并阻止润滑剂的漏失，轴承的密封装置用“挡油盘”。在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。部分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。十二、减速箱体的附件说明箱体是用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭工作空间，防止外界灰砂侵入和润滑逸出，并起油箱作用，保证传动零件啮合过程良好的润滑。箱体的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本，均有重大影响。但是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性，未能进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个安全系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件的尺寸大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。其材料为：HT200。加工工艺路线：铸造毛坯时效油漆划线粗精加工基准面粗、精加工各平面粗、半精加工各主要加工孔精加工主要孔粗、精加工各次要孔加工各紧固孔、油孔等去毛刺清洗检验。箱体附件有：窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、起盖螺钉、油标、放油孔及放油螺塞、起吊装置。通气器由于在外界使用，有粉尘，选用通气室采用M181.5；油面指示器选用油标尺，规格M16；起吊装置采用箱盖吊耳，箱座吊耳；放油螺塞选用外六角细牙螺塞及垫片