二级减速器毕业设计论文.doc

知识不仅是指课本的内容,还包括社会经验、文明文化、时代精神等整体要素,才有竞争力,知识是新时代的资本,五六十年代人靠勤劳可以成事；今天的香港要抢知识,要以知识取胜济源职业技术学院 毕 业 设 计题目 二级直齿圆柱齿轮减速器 系别 机电系 专业 机电一体化 班级 机电0808 姓名 乔吉培 学号 08010813 指导教师 菅毅 日期 2010年12月 设计任务书题目：带式运输机传动系统中的二级直齿圆柱齿轮减速器设计要求：1：运输带的有效拉力为F=2500N 2：运输带的工作速度为V=1.7m/s3：卷筒直径为D=300mm5：两班制连续单向运转（每班8小时计算）载荷变化不大室内有粉尘6：工作年限十年（每年300天计算）小批量生产设计进度要求：第一周 拟定分析传动装置的设计方案：第二周 选择电动机计算传动装置的运动和动力参数：第三周 进行传动件的设计计算校核轴轴承联轴器键等：第四周 绘制减速器的装配图：第五周 准备答辩 指导教师（签名）： 摘 要齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式它由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器用于原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便因而应用极为广泛本设计讲述了带式运输机的传动装置-二级圆柱齿轮减速器的设计过程首先进行了传动方案的评述选择齿轮减速器作为传动装置然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容）运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制关键词：齿轮啮合 轴传动 传动比 传动效率目 录1、引言12、电动机的选择22.1. 电动机类型的选择22.2电动机功率的选择22.3确定电动机的转速23、计算总传动比及分配各级的传动比43.1. 总传动比43.2分配各级传动比44、计算传动装置的传动和动力参数54.1.电动机轴的计算54.2.轴的计算(减速器高速轴)54.3.轴的计算(减速器中间轴)54.4.轴的计算(减速器低速轴)64.5.轴的计算(卷筒轴)65、传动零件V带的设计计算75.1.确定计算功率75.2.选择V带的型号75.3.确定带轮的基准直径dd1 dd275.4.验算V带的速度75.5.确定V带的基准长度Ld和实际中心距a75.6.校验小带轮包角185.7.确定V带根数Z85.8.求初拉力F0及带轮轴的压力FQ85.9.设计结果96、减速器齿轮传动的设计计算106.1.高速级圆柱齿轮传动的设计计算106.2.低速级圆柱齿轮传动的设计计算117、轴的设计147.1.高速轴的设计147.2.中间轴的设计157.3.低速轴的设计168、滚动轴承的选择209、键的选择2010、联轴器的选择2111、齿轮的润滑2112、滚动轴承的润滑2113、润滑油的选择2214、密封方法的选取22结 论23致 谢24参考文献251、引言 计算过程及说明国外减速器现状齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着是一种不可缺少的机械传动装置当前减速器普遍存在着体积大、重量大或者传动比大而机械效率过低的问国外的减速器以德国、丹麦和日本处于领先地位特别在材料和制造工艺方面占据优势减速器工作可靠性好使用寿命长但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主体积和重量问题也未解决好最近报导日本住友重工研制的FA型高精度减速器美国Jan-Newton公司研制的X-Y式减速器在传动原理和结构上与本项目类似或相近都为目前先进的齿轮减速器当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展因此除了不断改进材料品质、提高工艺水平外还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新平动齿轮传动原理的出现就是一例减速器与电动机的连体结构也是大力开拓的形式并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品目前超小型的减速器的研究成果尚不明显在医疗、生物工程、机器人等领域中微型发动机已基本研制成功美国和荷兰近期研制分子发动机的尺寸在纳米级范围如能辅以纳米级的减速器则应用前景远大2、电动机的选择2.1. 电动机类型的选择按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2.2电动机功率的选择Pd=Fv/(1000w)由电动机的至工作机之间的总效率为w=123324561、2、3、4、5、6分别为带的传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、齿轮传动联轴器、卷筒轴的轴承、卷筒的效率则w=0.960.9930.9720.970.980.96=0.82Pd=Fv/(1000w)=25001.710000.82=5.2kw2.3确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为nW =601000VD=6010001.7300=108.28rmin取V带传动比i 1=2 4 齿轮传动比i2=840则总传动比为i总=16160故电动机转速的可选范围nd=i总nW =16160108.28rmin=173217325rmin符合这一范围的同步转速有3000 rmin再根据计算出的容量由参考文献【1】查得Y132s1-2符合条件型号额定功率同步转速满载转速Y132s1-25.5 kw3000rmin2900rmin3、计算总传动比及分配各级的传动比3.1. 总传动比i总=n电动/nW=2900/108.28=26.783.2分配各级传动比i1为V带传动的传动比 i1的范围（24） i1=2.5i2为减速器高速级传动比i3为低速级传动比i4为联轴器连接的两轴间的传动比 i4 =1i总= i1 i2 i3 i4i2 i3=26.78/2.5=10.71i2=(1.3 i2 i3)1/2=3.7i3=2.9 4、计算传动装置的传动和动力参数4.1.电动机轴的计算 n0=nm=2900rmin P0= Pd =5.2kw T09550P0n0 95505.22900 =17.12N.m4.2.轴的计算(减速器高速轴)n1=n0i1 =29002.5 =1160rminP1=P01 5.20.96 4.99kwT19550P1n1带95504.99116041.1N.m4.3.轴的计算(减速器中间轴)n2=n1i2=11603.7=313.51 rminP2=P1223=4.990.9920.97=4.75kwT29550P2n295504.75313.51144.57 N.m4.4.轴的计算(减速器低速轴)n3=n2i3 =313.512.9 108.11rminP3P2234 4.750.990.970.97 4.42kwT39550P3n3 95504.42108.11 390.53 N.m4.5.轴的计算(卷筒轴)n4=n3108.11rminP4P356 4.420.980.964.16kwT49550P4n4 95504.16108.11 367.41 N.m 5、传动零件V带的设计计算 5.1.确定计算功率 PC=KAP额=1.15.5=6.05 kw 5.2.选择V带的型号 由PC的值和主动轮转速由【1】图8.12选A型普通V带 5.3.确定带轮的基准直径dd1 dd2由【1】表8.6和图8.12 选取dd180mm 且dd180mmdmin75mm 大带轮基准直径为 dd2dd1n0n1=2900801160 200mm按【1】表8.3选取标准值dd2200mm 则实际传动比i i dd2dd1200802.5主动轮的转速误差率在5内为允许值 5.4.验算V带的速度 Vdd1n060000 12.14ms 在525 ms范围内 5.5.确定V带的基准长度Ld和实际中心距a按结构设计要求初定中心距a0=500mm L02 a0dd1dd22dd2dd124 a0 1000280216022000 =1446.8mm 由【1】表8.4选取基准长度Ld1400mm 实际中心距a为 aa0LdL02 1000+14001446.82 476.6mm 5.6.校验小带轮包角1 180dd2dd1a 57.36 57.3 165.6120合格 5.7.确定V带根数Z ZPcP0 PcP0P0KKcP01.221.291.222900280032002800 1.24kwP0Kbn011Ki 0.00102752900111.1373 0.3573kwKL0.96K0.97 Z6.051.240.35730.970.964.06圆整得Z=4 5.8.求初拉力F0及带轮轴的压力FQ 由【1】表8.6查得q0.1kgm F0500Pc2.5K1zVqV2 113N 轴上压力Fq为 Fq2Fzsin165.6221134sin165.62 894.93N 5.9.设计结果 选用4根A1400GBT115441997的V带 中心距476.6mm 轴上压力894.93N 带轮直径80mm和200mm 6、减速器齿轮传动的设计计算6.1.高速级圆柱齿轮传动的设计计算6.1.1.选择齿轮材料及精度等级 小齿轮选用45号钢调质硬度为220250HBS大齿轮选用45号钢正火硬度为170210HBS因为是普通减速器 故选用9级精度 要求齿面粗糙度Ra3.26.3m6.1.2.按齿面接触疲劳强度设计T1=41.1Nm=41100Nmm由【1】表10.11查得K=1.1选择齿轮齿数 小齿轮的齿数取25则大齿轮齿数Z2=i2Z1=92.5圆整得Z1=93齿面为软齿面由【1】表10.20选取d=1由【1】图10.24查得 HLim1 =560 MPa HLim2 =530 MPa 由表【1】10.10查得 SH=1 N1=60njLh=6011601( 1030016) 3.34109 N2= N1 i2=3.341093.7=9.08108 查【1】图10.27知 ZNT1=0.9 ZN=1 H1= ZNT1HLim1SH0.95601=504 MPa H2= ZNT2HLim2SH15301 =530 MPa 故d176.43KT1i21di2H1213 =76.431.1411003.7113.7504213 =46.62mm m= d1Z1=46.6225=1.86 由【1】表10.3知 标准模数 m=26.1.3.计算主要尺寸d1=m Z1=225=50mm d2=m Z2=293=186mm b=dd1=150=50mm 小齿轮的齿宽取 b2=50mm 大齿轮的齿宽取 b1=55m a=mZ1Z22=225932=118m6.1.4.按齿根弯曲疲劳强度校核 查【1】表10.13得 YF1 =2.65 YF2=2.18 应力修正系数YS 查【1】表10.14得 YS1=2.21 YS2=1.79 许用弯曲应力F 由【1】图10.25查得 Flim1 =210 MPa Flim2 =190 MPa 由【1】表10.10差得 SF=1.3 由【1】图10.26查得 YNT1=YNT2=0.9 有公式(10.14)可得 F1= YNT1Flim1SF =2100.91.3=145.38 MPa F2= YNT2Flim2SF =1900.91.3=131.54 MPa 故 F1 =2KT YF YSbm2Z1=76.19MPaF1=145.38MPa F2 =F1YF2YS2YF1YS176.192.211.792.651.59 71.53MPaF2 131.54MPa所以齿根弯曲强度校核合格6.1.5.检验齿轮圆周速度 Vd1n1600003.14501160600003.03 m/s 由【1】表10.22可知选9级精度是合适的6.2.低速级圆柱齿轮传动的设计计算6.2.1.选择齿轮材料及精度等级 小齿轮选用45号钢调质硬度为220250HBS大齿轮选用45号钢正火硬度为170210HBS因为是普通减速器 故选用9级精度 要求齿面粗糙度Ra3.26.3m6.2.2.按齿面接触疲劳强度设计T2=144.57Nm=145000Nmm n2=313.51rmin由【1】表10.11查得K=1.1选择齿轮齿数 小齿轮的齿数取31则大齿轮齿数Z2=i3Z1=89.9圆整得Z1=90齿面为软齿面由【1】表10.20选取d=1由【1】图10.24查得 HLim1 =550 MPa HLim2 =530 MPa 由表【1】10.10查得 SH=1 N1=60njLh=60313.511( 1030016) 9.03108 N2= N1 i3=9.031082.9=3.11108 查【1】图10.27知 ZNT1=1 ZN=1.06 H1= ZNT1HLim1SH15501=550 MPa H2= ZNT2HLim2SH1.065301 =562 MPa 故d176.43KT1i21di3H1213 =76.431.11450002.9112.9550213 =68.02mm m= d1Z1=68.0231=2.2 由【1】表10.3知 标准模数 m=2.56.2.3.计算主要尺寸d1=m Z1=2.531=77.5mm d2=m Z2=2.590=225mm b=dd1=177.5=77.5mm 大齿轮的齿宽取 b2=80mm 小齿轮的齿宽取 b1=85mm a=mZ1Z22=23190)2=151.25m6.2.4.按齿根弯曲疲劳强度校核 查【1】表10.13得 YF1 =2.53 YF2=2.22 应力修正系数YS 查【1】表10.14得 YS1=1.64 YS2=1.79 许用弯曲应力F 由【1】图10.25查得 Flim1 =210 MPa Flim2 =190 MPa 由【1】表10.10差得 SF=1.3 由【1】图10.26查得 YNT1=YNT2=1 有公式(10.14)可得 F1= YNT1Flim1SF =21011.3=162 MPa F2= YNT2Flim2SF =19011.3=146 MPa 故 F1 =2KT YF YSbm2Z1=85.4MPaF1=162MPa F2 =F1YF2YS2YF1YS185.42.221.792.531.64 81.8MPaF2 146MPa所以齿根弯曲强度校核合格6.2.5.检验齿轮圆周速度 Vd1n1600003.1477.5313.51600001.27 m/s 由【1】表10.22可知选9级精度是合适的 7、轴的设计 7.1.高速轴的设计7.1.1.选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率 对材料无特殊要求 故选用45号钢并经调质处理7.1.2.按钮转强度估算直径 根据表【1】表14.1得C107118 P1=4.99Kw又由式 d1CP1n113 d11071184.9911601317.519.35 mm 考虑到轴的最小直径要连接V带会有键槽存在故将估算直径加大35取为18.0320.32mm 由设计手册知标准直径为20mm7.1.3.设计轴的直径及绘制草图确定轴上零件的位置及固定方式 此轴为齿轮轴无须对齿轮定位轴承安装于齿轮两侧的轴段采用轴肩定位周向采用过盈配合确定各轴段的直径由整体系统初定各轴直径轴颈最小处连接V带d1=20mmd2=27mm轴段3处安装轴承d3=30mm齿轮轴段d4=38mmd5=d3=30mm确定各轴段的宽度由带轮的宽度确定轴段1的宽度B=(Z-1)e+2f（由【1】表8.5得）B=63mm所以b1=75mm；轴段2安装轴承端盖b2取45mm轴段3、轴段5安装轴承由【2】附表10.2查的选6206标准轴承宽度为16mmb3=b5= 16mm；齿轮轴段由整体系统决定初定此段的宽度为b4=175mm 按设计结果画出草图如图1-1图1-17.2.中间轴的设计7.2.1.选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率 对材料无特殊要求 故选用45号钢并经调质处理7.2.2.按钮转强度估算直径 根据表【1】表14.1得C107118 P2=4.75Kw又由式 d1CP2n213 d11071184.75313.511326.7529.5 mm 由设计手册知标准直径为30mm7.2.3.设计轴的直径及绘制草图确定轴上零件的位置及固定方式 此轴安装2个齿轮如图2-1所示从两边安装齿轮两边用套筒进行轴向定位周向定位采用平键连接轴承安装于齿轮两侧轴向采用套筒定位周向采用过盈配合固定确定各轴段的直径由整体系统初定各轴直径轴段1、5安装轴承d1=30mm轴段2、4安装齿轮d2=35mm轴段3对两齿轮轴向定位d3=42mmd4=35mmd5=d1=30mm确定各轴段的宽度如图2-1所示由轴承确定轴段1的宽度由【2】附表10.2查的选6206标准轴承宽度为16mm所以b1= b5=33mm；轴段2安装的齿轮轮毂的宽为85mmb2取83mm轴段4安装的齿轮轮毂的宽为50mmb4=48mm按设计结果画出草图如图2-1图2-17.3.低速轴的设计7.3.1.选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率 对材料无特殊要求 故选用45号钢并经调质处理由【1】表14.7查的强度极限b650MP再由表14.2得需用弯曲用力1b60MPa7.3.2.按钮转强度估算直径 根据【1】表14.1得C107118 P3=4.42KwT3390.53 N.mn3108.11rmin又由式 d1CP3n313 d11071184.42108.111337.4541.3 mm考虑到轴的最小直径要安装联轴器会有键槽存在故将估算直径加大35取为38.5743.37mm由设计手册知标准直径为40mm7.3.3.设计轴的直径及绘制草图确定轴上零件的位置及固定方式 如图3-1所示齿轮的左右两边分别用轴肩和套筒对其轴向固定齿轮的周向固定采用平键连接轴承安装于轴段2和轴段6 处分别用轴肩和套筒对其轴向固定周向采用过盈配合固定确定各轴段的直径由整体系统初定各轴直径轴颈最小处连接轴承d1=40mm轴段2轴段6处安装轴承d2=d6=45mm d3=53mm轴段4对齿轮进行轴向定位d4=63mm轴段5安装大齿轮d5= 56mm确定各轴段的宽度由联轴器的宽度确定轴段1的宽度选用HL型弹性柱销联轴器由【2】附表9.4查得选HL3型号所以b1取94mm；轴段2安装轴承端盖和轴承由【2】附表10.2查的选6209标准轴承宽度为b2取65mm由整体系统确定轴段3取65mmb4=12.5mm轴段5安装的齿轮轮毂的宽为80mmb5=78mm轴段6安装轴承和套筒b6=38.5mm按设计结果画出草图如图3-1 7.3.4.按弯扭合成强度校核轴径画出轴的受力图（如图3-2）做水平面内的弯矩图（如图3-3） 圆周力 FT 2T3d39053022253471.38N 径向力 FrFttan3471.380.3641263.58N 支点反力为 FHAL2FTL1L23471.38126681262254.61N FHcL1FTL1L23471.386868126 1216.77N B-B截面的弯矩 MHB左FHAL12254.6168153313.48 N.mm MHB右FHCL21216.77126153313.02 N.mm做垂直面内的弯矩图（如图3-4） 支点反力为FVAL2FrL1L2）1263.5812668126820.58 N FVcL1FrL1L21263.586868126 442.90 N B-B截面的弯矩 MVB左FVAL1820.586855806.24N.mm MVB右FVCL2442.9012655805.40N.mm做合成弯矩图（如图3- 5） 合弯矩 Me左MHB左2MVB左2 12 153313.48255806.242 12 163154.4 N.mmMe右MHB右2MVB右2 12 153313.02255805.402 12 163153.68 N.mm求转矩图（如图3- 6） T39550P3n3 95504.42108.11 390.53 N.m求当量弯矩修正系数0.6 MeM2T212285534.21 N.mm确定危险截面及校核强度 eBMeW285534.210.1（50）316.26MPa 查【1】表14.2得知 满足1b 60MPa的条件 故设计的轴有足够的强度并有一定的余量图3-18、滚动轴承的选择轴型号d（mm）D（mm）B（mm）高速轴6206306216中间轴6206306216低速轴62094585199、键的选择 由【1】表14.8查得选用A型普通平键轴轴径（mm）键宽（mm）键高（mm）键长（mm）高速轴206660中间轴35108703510840低速轴40128845616106810、联轴器的选择 低速轴和滚筒轴用联轴器连接由题意选LT型弹性柱销联轴器由【2】附表9.4查得HL3联轴器型号公称扭矩（Nm）许用转速（rmin）轴径（mm）轴孔长度（mm）D（mm）HL36305000406016011、齿轮的润滑采用浸油润滑由于低速级周向速度低所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径取为35mm12、滚动轴承的润滑如果减速器用的是滚动轴承则轴承的润滑方法可以根据齿轮或蜗杆的圆周速度来选择：圆周速度在2ms3ms以上时可以采用飞溅润滑把飞溅到箱盖上的油汇集到箱体剖分面上的油沟中然后流进轴承进行润滑飞溅润滑最简单在减速器中应用最广这时箱内的润滑油粘度完全由齿轮传动决定圆周速度在2m/s3m/s以下时由于飞溅的油量不能满足轴承的需要所以最好采用刮油润滑或根据轴承转动座圈速度的大小选用脂润滑或滴油润滑利用刮板刮下齿轮或蜗轮端面的油并导入油沟和流入轴承进行润滑的方法称为刮油润滑13、润滑油的选择采用脂润滑时应在轴承内侧设置挡油环或其他内部密封装置以免油池中的油进入轴承稀释润滑脂滴油润滑有间歇滴油润滑和连续滴油润滑两种方式为保证机器起动时轴承能得到一定量的润滑油最好在轴承内侧设置一圆缺形挡板以便轴承能积存少量的油挡板高度不超过最低滚珠(柱)的中心经常运转的减速器可以不设这种挡板转速很高的轴承需要采用压力喷油润滑如果减速器用的是滑动轴承由于传动用油的粘度太高不能在轴承中使用所以轴承润滑就需要采用独自的润滑系统这时应根据轴承的受载情况和滑动速度等工作条件选择合适的润滑方法和油的粘度 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利考虑到该装置用于小型设备选用L-AN15润滑油 14、密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封 密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM（F）B70-90-10-ACM轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定 结 论我们的设计是自己独立完成的一项设计任务我们工科生作为祖国的应用型人才将来所从事的工作都是实际的操作及高新技术的应用所以我们应该培养自己市场调查、收集资料、综合应用能力提高计算、绘图、实验这些环节来锻炼自己的技术应用能力本次毕业设计针对二级圆柱齿轮减速器设计的要求在满足各种参数要求的前提下拿出一个具体实际可行的方案因此我们从实际出发认真的思考与筛选经过一个多月的努力终于有了现在的收获回想起来在创作过程中真的是酸甜苦辣咸味味俱全有时为了实现一个参数翻上好几本资料然而也不见得如人心愿在制作的过程中遇到了很多的困难通过去图书馆查阅资料上网搜索还有和老师与同学之间的讨论、交流最终实现了这些问题较好的解决由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器用于原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用在现代机械中应用极为广泛本次设计的是带式运输机用的二级圆柱齿轮减速器首先熟悉题目收集资料理解题目借取一些工具书进行了传动方案的评述选择齿轮减速器作为传动装置然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容）然后用AutoCAD进行传统的二维平面设计完成圆柱齿轮减速器的平面零件图和装配图的绘制通过毕业设计树立正确的设计思想培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力及学习机械设计的一般方法和步骤掌握机械设计的一般规律进行机械设计基本技