机械设计课程设计-展开式二级圆柱减速器.docx

哈尔滨工业大学机械设计课程设计一、 传动装置的总体设计11、 基本参数计算12、 轴的转速、输出功率及输入转矩1二、 齿轮传动设计21、 高速级斜齿圆柱齿轮传动设计2（1） 选择齿轮材料、热处理方式和精度等级2（2） 初步计算传动主要尺寸2（3） 确定传动尺寸4（4） 校核齿根弯曲疲劳强度5（5） 计算齿轮传动其他几何尺寸6（6） 结构设计并绘制齿轮零件工作图62、 低速级直齿圆柱齿轮传动设计6（1）选择齿轮材料、热处理方式和精度等级6（2）初步计算传动主要尺寸6（3）确定传动尺寸7（4）校核齿根弯曲疲劳强度8（5）计算齿轮传动其他几何尺寸9（6）结构设计并绘制齿轮零件工作图9三、 初定最小轴径和与之配合的联轴器选择101. 最小轴径102. 联轴器选择10四、 减速器机体结构尺寸计算11五、 齿轮参数计算12六、 轴承寿命校核14七、 轴承基本尺寸确定18八、 轴的结构设计以及键槽、键结构设计与校核191.轴的尺寸设计192.键与键槽、毂槽的基本尺寸213.轴的强度校核及键连接的强度校核22九、 轴承端盖设计22十、 密封圈设计24十一、 机盖吊孔与机座吊耳设计24十二、 轴承旁连接螺栓配合结构设计25十三、 机盖与机座连接螺栓配合结构设计26十四、 地脚螺钉配合结构设计27十五、 机座尺寸与正常工况时油深计算28十六、 放油孔及放油螺塞设计28十七、 窥视孔、通气器及盖板设计291. 窥视孔盖板螺钉设计292. 盖板及垫片设计293. 通气器设计29十八、 油标指示器设计29十九、 起箱螺钉尺寸设计30二十、 定位销设计30二十一、装配图与零件图31二十二、参考文献321、1、 传动装置的总体设计1、 基本参数计算减速器选择展开式二级圆柱减速器，一级为斜齿，二级为直齿。电动机选择y系列三相笼型异步电动机，工作电压380v，型号为y100l2-4。联轴器选择弹性柱销联轴器。l 工作机有效功率l 同步转速l 满载转速l 电动机工作功率其中分别代表联轴器、滚动轴承、齿轮传动和卷筒传动的效率。查指导书表9.1其数值分别为0.99、0.98、0.97、0.95。从而l 工作机主轴转速l 总传动比，通常取，则初步计算得：高速级传动比，低速级传动比。2、 轴的转速、输出功率及输入转矩1 计算各轴转速：a. 轴1：b. 轴2：c. 轴3：d. 卷筒轴：2 计算各轴输出功率：a. 轴1：b. 轴2：c. 轴3：3 计算各轴输入转矩：a. 电动机轴的输出转矩为，则b. 轴1：c. 轴2：d. 轴3：e. 卷筒轴：2、 齿轮传动设计1、 高速级斜齿圆柱齿轮传动设计：（1） 选择齿轮材料、热处理方式和精度等级：考虑到带式运输机为一般机械，故大、小齿轮均选用45号钢，采用软齿面，由表8.2得：小齿轮调质处理，齿面硬度为217-255hbw，平均硬度为236hbw；大齿轮正火处理，齿面硬度为162-217hbw，平均硬度为190hbw。大、小齿轮齿面平均硬度差为46hbw，在30-50范围内。选用8级精度。（2） 初步计算传动主要尺寸：因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。式中各参数为：l 小齿轮传递的转矩：l 初取载荷系数l 查表8.6取齿宽系数l 查表8.5得弹性系数l 初选螺旋角为=12o，查图8.14得节点区域系数l 齿数比l 初选,则,取从而得端面重合度=1.62轴面重合度，则查图8.15得重合度系数。l 由图8.24得螺旋角系数l 许用接触应力，其中解除疲劳极限应力。小齿轮1和大齿轮2的应力循环次数分别为:寿命系数，取安全系数。从而，故取初算小齿轮1的分度圆直径 （3） 确定传动尺寸l 计算载荷系数。由表8.3查得使用系数.因为分度圆处圆周速率，查图8.7得动载系数。由图8.11查得齿向载荷分布系数。由表8.4查得齿间载荷分配系数。故载荷系数l 对进行修正。因k与有较大差异，故需要对按kt值计算出的进行修正，即l 确定模数，取l 计算传动尺寸。中心距，圆整为则螺旋角因为值与初选值相差较大，故与值相关的数据需要修正，修正后的结果是：由于变化后，变化较小，因此，不再修正。故从而大齿轮齿宽。小齿轮齿宽。（4） 校核齿根弯曲疲劳强度，其中各参数l k、t、值同前。l 齿宽。l 齿形系数和应力修正系数。当量齿数由图8.19查得由图8.20查得l 由图8.21查得重合度系数l 由图8.26查得螺旋角系数l 许用弯曲应力可由算得，查表得弯曲疲劳极限应力由图8.30查得寿命系数由表8.7查得安全系数,故所以满足齿根弯曲疲劳强度。（5） 计算齿轮传动其他几何尺寸，见轴参数设计。（6） 结构设计并绘制齿轮零件工作图，见附页。2、 低速级直齿圆柱齿轮传动设计：（1）选择齿轮材料、热处理方式和精度等级：（与高速级相同）考虑到带式运输机为一般机械，故大、小齿轮均选用45号钢，采用软齿面，由表8.2得：小齿轮调质处理，齿面硬度为217-255hbw，平均硬度为236hbw；大齿轮正火处理，齿面硬度为162-217hbw，平均硬度为190hbw。大、小齿轮齿面平均硬度差为46hbw，在30-50范围内。选用8级精度。（2）初步计算传动主要尺寸：因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。式中各参数为：l 小齿轮传递的转矩。齿轮传动效率，滚动轴承传递效率。l 初取载荷系数l 查表8.6取齿宽系数l 查表8.5得弹性系数l 查图8.14得节点区域系数l 齿数比l 初选,则,取从而得端面重合度=1.71查图8.15得重合度系数。l 许用接触应力，其中解除疲劳极限应力。小齿轮3和大齿轮4的应力循环次数分别为:寿命系数，取安全系数。从而，故取初算小齿轮3的分度圆直径（3）确定传动尺寸l 计算载荷系数。由表8.3查得使用系数.因为分度圆处圆周速率，查图8.7得动载系数。由图8.11查得齿向载荷分布系数。由表8.4查得齿间载荷分配系数。故载荷系数l 因为与非常接近，从而l 确定模数，取l 计算传动尺寸。中心距，采用改变的搭配，圆整中心距，取，则则故从而大齿轮齿宽。小齿轮齿宽。（4）校核齿根弯曲疲劳强度，其中各参数l k、值同前。l 齿宽。l 齿形系数和应力修正系数。由图8.19查得由图8.20查得l 由图8.21查得重合度系数l 由图8.26查得螺旋角系数l 许用弯曲应力可由算得，查表得弯曲疲劳极限应力由图8.30查得寿命系数由表8.7查得安全系数,故所以满足齿根弯曲疲劳强度。（5）计算齿轮传动其他几何尺寸，见轴参数设计。（6）结构设计并绘制齿轮零件工作图，见附页。由以上计算可得：l 润滑方式选择油润滑。l 密封方式选择内包骨架旋转轴唇型密封圈。l 轴承端盖选用凸缘式端盖，铸铁铸造。l 减速器机体材料为铸铁，水平刨分式结构。3、 初定最小轴径和与之配合的联轴器选择1. 最小轴径 最小轴径计算因为轴的跨距还未确定，于是先按轴所受的转矩初步计算轴的最小轴径。计算公式为：，式中p为轴传递的功率，kw；n为轴的转速，r/min；c为许用应力确定的系数。轴的材料选择为40cr，处理方式为调质处理。从而查机械设计得，c取。从而：l 轴1：，l 轴2：，l 轴3：。2. 联轴器选择由于电动机选择型号为y1002-4，传递的功率为3kw，满载时转速为。于是电动机轴径。l 对于轴1：该轴的轴伸段有一个与联轴器相配合的键槽，于是需要将最小轴径增加，计算得。已定联轴器为弹性柱销联轴器，其计算转矩。其中为工作情况系数，取。于是，对于联轴器1，计算转矩，查机械设计课程设计表13.1，联轴器1选择lx1型弹性柱销联轴器（型轴孔，型键），其轴孔直径为，满足，且。从而减速器高速轴（轴1）轴伸处直径为。l 对于轴2：其轴伸处无键槽，由于，圆整取。l 对于轴3：计算过程与轴1相同，选取lx2型弹性柱销联轴器（型轴孔，型键），取轴3的最小轴径。4、 减速器机体结构尺寸计算由机械设计课程设计表4.1计算得：（计算过程中，为低速级齿轮传动中心距）l 机座壁厚，且应当满足。取l 机盖壁厚，且应当满足。取l 机座凸缘厚度l 机盖凸缘厚度l 机座底凸缘厚度l 地脚螺钉直径，为内六角圆柱头螺钉，取，其连接螺栓扳手空间查表4.2得l 地脚螺钉数目l 轴承旁连接螺钉直径，其连接螺栓扳手空间查表4.2得l 机盖与机座连接螺栓直径，其连接螺栓扳手空间查表4.2得l 连接螺栓间距，取l 轴承端盖螺钉直径，其连接螺栓扳手空间查表4.2得l 窥视孔盖螺钉直径l 定位销直径。标准为。l 定位销热处理。硬度为,表面氧化处理，a型圆锥销l 轴承旁凸台半径l 凸台高度取l 机盖、机座肋厚，l 轴承端盖外径，l 轴承端盖凸缘厚度l 轴承旁连接螺钉距离，取，l 大齿轮齿顶圆与机体内壁距离l 齿轮1、齿轮4端面与机体内壁距离l 齿轮2、齿轮3端面间距l 轴的跨距l 轴的计算跨距，其中为圆锥棍子轴承结构尺寸。5、 齿轮参数计算1、齿轮齿根圆、齿顶圆直径计算四个齿轮中，齿轮1、齿轮2为标准斜齿圆柱齿轮，齿轮3、齿轮4为标准直齿圆柱齿轮。1) 齿轮1：齿顶圆直径齿根圆直径2) 齿轮2：齿顶圆直径齿根圆直径3) 齿轮3：齿顶圆直径齿根圆直径4) 齿轮4：齿顶圆直径齿根圆直径2、齿轮结构设计齿轮材料均采用 45号钢，制造方式为锻造。经计算，齿轮1、齿轮3结构采用实心式齿轮，齿轮2、齿轮4结构采用腹板式齿轮。实心式齿轮结构尺寸为标准结构。此处不给出齿轮1、齿轮3的结构尺寸计算。腹板式锻造齿轮结构尺寸计算如下：（其中各字母表示的尺寸意义见机械设计图8.38）1 齿轮2：llllll2 齿轮4：lllllll 齿轮4公法线平均长度及其上下极限偏差计算如下： 由低速级齿轮中心距，介于之间，用插值法得齿轮最小侧隙，从而求得其齿厚上偏差为，其中齿轮分度圆直径为，查表得，径向跳动公差为切齿径向进刀公差从而得到其齿厚公差为故齿轮的齿厚下偏差为实际中，一般用公法线长度极限偏差控制齿厚偏差，计算得：公法线长度上偏差公法线长度下偏差齿轮4为标准直齿圆柱齿轮，公法线长度，其中为时的公法线长度，其数值由机械设计课程设计表16.25查的，齿轮4的齿数，跨测齿数。 由上面的计算可得：6、 轴承寿命校核轴的计算长度1. 轴1：作用在齿轮1法截面上的作用力：l 圆周力l 径向力，其中l 轴向力假设轴承1受力为，轴承2受力为，取方向分别为轴正方向。则求解：1 得2 得3 得4 得5678所以由上可知，轴承2为压紧端，则，由于，所以只需要对轴承2进行寿命校核。从而得，因为，则，由于选用的轴承为30204，则，从而得理论寿命为5年三班制正常工作要求时长为结论：由于，从而轴承1与轴承2寿命校核合格。2. 轴2：作用在齿轮2法截面上的作用力与作用在齿轮1法截面上的作用力大小相等，方向相反。这里只计算作用在齿轮3法截面上的作用力：l 圆周力l 径向力，其中l 轴向力假设轴承4受力为，轴承3受力为，取方向分别为轴正方向。则求解：1 得2 得3 得4 得5678所以由上可知，轴承4为压紧端，则，由于，所以只需要对轴承4进行寿命校核。从而得，因为，查表的则，由于选用的轴承为30205，则，从而得理论寿命为5年三班制正常工作要求时长为结论：由于，从而轴承3与轴承4寿命校核合格。3. 轴3：作用在齿轮4法截面上的作用力：l 圆周力l 径向力假设轴承5受力为，轴承6受力为，取方向分别为轴正方向。则求解：1 得2 得3 得4 得5678所以由上可知，轴承5为压紧端，则，由于，所以只需要对轴承6进行寿命校核。从而得，因为，则，由于选用的轴承为30208，则，从而得理论寿命为5年三班制正常工作要求时长为结论：由于，从而轴承5与轴承6寿命校核合格。由上面计算可知，选择的单列圆锥滚子轴承寿命校核均通过。7、 轴承基本尺寸确定上面已经知道，轴承类型为单列圆锥滚子轴承。轴1、轴2、轴3上的轴承代号为分别为30204/30205/30208。查机械设计课程设计表12.4得：1 轴1上的轴承1与轴承2：l 内径l 外径l 宽度l 定位轴肩直径2 轴2上的轴承3与轴承4：l 内径l 外径l 宽度3 轴3上的轴承5与轴承6：l 内径l 外径l 宽度l 定位轴肩直径8、 轴的结构设计以及键槽、键结构设计与校核 为方便轴承部件的拆卸和安装，减速器的机体采用剖分式结构，轴承部件的固定采用两端固定式。轴材料选择40cr。1.轴的尺寸设计：（1） 轴1的尺寸设计l 轴段1： 轴段1上联接有联轴器1，故轴段1设计时应当考虑与联轴器的配合尺寸。上面已经知道，联轴器1选择型联轴器，轴径14mm，轴孔长度为27mm.从而轴段1的直径，应当略小于轴孔长度，取l 轴段2： 联轴器右端由轴肩固定，轴肩高，从而，取l 轴段3、轴段6： 轴段3与轴段6上均联接有圆锥滚子轴承30204，查机械设计课程设计表12.4得，其内径，外径，宽度，定位轴肩直径，故轴段3与轴段6的直径分别为，轴段3上的轴承选择轴肩定位，从而。l 齿轮与轴段5： 轴段5为齿轮轴，则。l 轴段4： 为减小集中应力，轴段4的直径应当根据圆锥滚子轴承30204的定位轴肩直径确定，故。l 机体与轴段2、4、6的长度： 齿轮壁与机体内壁距离为8mm，轴承靠近机体内壁端与机体内壁距离为5mm，轴承座宽度取50mm，机体壁厚为8mm，联轴器与轴承端盖间的距离为20mm。从而计算得。（2） 轴2的尺寸设计 轴2的基本尺寸设计大致与轴1相似，区别在于轴2上没有联轴器，且轴2上的轴段2与轴段4分别联接则齿轮2与齿轮3。轴2的基本尺寸推倒过程此处不再给出，下面只给出轴2的各轴段直径与长度。lllll（3） 轴3的尺寸设计 轴3各轴段的尺寸设计与轴1个轴段的设计相似，却别在于轴3不是齿轮轴，即齿轮4与轴3之间的连接为键连接。下面给出轴3个轴段的直径与长度：lllllll注：轴的几何公差以及尺寸公差见零件图。 轴上键的设计：轴上的键均选择普通平键-a型（gb/t 1095-2003），键在轴上安装时，径向与轴向方向上均对称分布。2.键与键槽、毂槽的基本尺寸：（1） 轴1的轴段1上的键1：l 键宽b=5mml 键厚h=5mml 圆角半径r=0.3mml 键长l=14mml 键槽长l=18mml 轴槽深t=3mml 毂槽深s=2.3mml 槽上圆角半径r=0.2（2） 轴2的轴段2上的键2：l 键宽b=8mml 键厚h=7mml 圆角半径r=0.3mml 键长l=30mml 键槽长l=34mml 轴槽深t=4mml 毂槽深s=3.3mml 槽上圆角半径r=0.2（3） 轴2的轴段4上的键3：l 键宽b=8mml 键厚h=7mml 圆角半径r=0.3mml 键长l=70mml 键槽长l=74mml 轴槽深t=4mml 毂槽深s=3.3mml 槽上圆角半径r=0.2（4） 轴3的轴段1上的键4：l 键宽b=10mml 键厚h=8mml 圆角半径r=0.5mml 键长l=44mml 键槽长l=48mml 轴槽深t=5mml 毂槽深s=3.3mml 槽上圆角半径r=0.3（5） 轴3的轴段6上的键5：l 键宽b=14mml 键厚h=9mml 圆角半径r=0.5mml 键长l=64mml 键槽长l=68mml 轴槽深t=5.5mml 毂槽深s=3.8mml 槽上圆角半径r=0.3注：键、键槽、毂槽尺寸公差见零件图。3.轴的强度校核及键连接的强度校核9、 轴承端盖设计 减速器采用的润滑方式为油润滑，从而在设计轴承端盖时应当在其上面设计适当大小的油孔，由机械设计大作业指导书图7.5查得与轴承相互配合的轴承端盖尺寸如下：1. 与固定在轴1上的轴承相配合的轴承端盖尺寸：l 油孔宽度l 油孔高度l 端盖凸缘外径，取，其中为轴承外径，为螺钉直径l 连接螺钉分布圆直径l 由轴承结构确定，l 由密封尺寸确定，其中为内包骨架旋转轴唇形密封圈基本尺寸确定，详见机械设计课程设计表14.52. 与固定在轴2上的轴承相配合的轴承端盖尺寸：l 油孔宽度l 油孔高度l 端盖凸缘外径，取，其中为轴承外径，为螺钉直径l 连接螺钉分布圆直径l 由轴承结构确定，l 由密封尺寸确定，其中为内包骨架旋转轴唇形密封圈基本尺寸确定，详见机械设计课程设计表14.53. 与固定在轴3上的轴承相配合的轴承端盖尺寸：l 油孔宽度l 油孔高度l 端盖凸缘外径，取，其中为轴承外径，为螺钉直径l 连接螺钉分布圆直径l 由轴承结构确定，l 由密封尺寸确定，其中为内包骨架旋转轴唇形密封圈基本尺寸确定，详见机械设计课程设计表14.510、 密封圈设计 上面已经知道，根据密封处轴表面的圆周速度、润滑剂种类、工作温度以及周围环境，本例中采用内包骨架旋转轴唇形密封圈，查 机械设计课程设计表14.5得：1. 在轴1上，与轴承1相配合的密封圈基本尺寸：l 基本外径，基本外径极限偏差l 基本宽度，基本宽度极限偏差2. 在轴3上，与轴承5相配合的密封圈基本尺寸：l 基本外径，基本外径极限偏差l 基本宽度，基本宽度极限偏差11、 机盖吊孔与机座吊耳设计1.机盖吊孔尺寸设计：（机械设计课程设计图4.62）l 吊孔直径，取l 吊孔外倒圆半径l 吊孔到外机壁距离，取2. 机座吊耳尺寸设计：（机械设计课程设计图4.63）l 吊耳宽度l 吊耳半径l 吊耳高度l 吊耳半径高度12、 轴承旁连接螺栓配合结构设计 上面已经知道，轴承旁连接螺栓直径，则1. 螺栓六角头螺栓-a级，查机械设计课程设计表11.9得：l 螺栓公称长度l 螺纹长度l 螺纹直径l 六角头基本尺寸：注：螺纹性能等级为9.8级，表面氧化处理。2. 与螺栓相配合的1型六角螺母-a级 , 查机械设计课程设计表11.18得：l 螺纹公称直径l 螺母厚度l注：螺纹性能等级为10级，不经表面处理。3. 与螺栓相配合的标准型弹簧垫圈，查机械设计课程设计表11.20得：l 垫圈内径l 垫圈宽度l 垫圈厚度注：垫圈材料为，表面氧化处理。4. 配合中，沉头座基本尺寸：l 沉头座高度l 沉头座直径13、 机盖与机座连接螺栓配合结构设计上面已经知道，机盖与机座连接螺栓直径，则1. 螺栓六角头螺栓-a级，查机械设计课程设计表11.9得：l 螺栓公称长度l 螺纹长度l 螺纹直径l 六角头基本尺寸：注：螺纹性能等级为9.8级，表面氧化处理。2. 与螺栓相配合的1型六角螺母-a级 , 查机械设计课程设计表11.18得：l 螺纹公称直径l 螺母厚度l注：螺纹性能等级为10级，不经表面处理。3. 与螺栓相配合的标准型弹簧垫圈，查机械设计课程设计表11.20得：l 垫圈内径l 垫圈宽度l 垫圈厚度注：垫圈材料为，表面氧化处理。4. 配合中，沉头座基本尺寸：l 沉头座高度l 沉头座直径14、 地脚螺钉配合结构设计上面已经知道，地脚螺钉直径，共四个，则1. 地脚螺钉选择内六角圆柱头螺钉，查机械设计课程设计表11.13得：l 螺钉公称长度l 螺纹长度l 螺纹直径l 六角头基本尺寸：注：螺纹性能等级为8.8级，表面氧化处理。2. 与螺栓相配合的1型六角螺母-a级 , 查机械设计课程设计表11.18得：l 螺纹公称直径l 螺母厚度l注：螺纹性能等级为10级，不经表面处理。3. 与螺栓相配合的标准型弹簧垫圈，查机械设计课程设计表11.20得：l 垫圈内径l 垫圈宽度l 垫圈厚度注：垫圈材料为，表面氧化处理。4. 配合中，沉头座基本尺寸：l 沉头座高度l 沉头座直径5. 定位尺寸：地脚螺钉在机座长方向上，距离机座底凸缘边界间距为在机座宽方向上，距离机座底凸缘边界间距为，距离箱体外壁间距为。15、 机座尺寸与正常工况时油深计算 为防止浸油传动件回转时将油池底部沉积的污物搅起，机座底面距离大齿轮的齿顶圆距离不应该小于。且为了避免搅油损失过大，应保证浸油传动件的浸油深度不超过齿轮齿顶圆半径的，则：l 机座中心高,取，其中为齿轮4的齿顶圆直径l 减速器正常工况时，最低油深不低于1.5个齿高，则最低油深，其中为齿轮4的齿根圆直径l 减速器正常工况时，最高油深不高于齿轮齿顶圆半径，则最高油深l 机座底凸缘宽度应超过机座的内壁，以增加结构的刚性，取16、 放油孔及放油螺塞设计 放油螺塞选择六角螺塞，细牙螺纹，材料为，螺纹规格为。密封圈