机械设计课程设计-带式输送机传动装置二级展开式圆柱齿轮减速器2.doc

燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目： 带式输送机传动装置二级展开式圆柱齿轮减速器 全套图纸加扣 3012250582学 院： 机械工程学院 年级专业： 13级机电控制工程1班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 燕山大学课程设计报告前言机械设计课程设计是机械设计课程最后一个重要的实践性教学环节，是学生入学以来第一次较为全面的设计能力综合训练。这一训练过程有助于学生建立工程观点，培养正确的设计思想，掌握设计机械传动装置和一般机械的能力。对后续专业课程的学习、毕业设计以及今后设计工作奠定扎实的基础具有重要意义。其目的有：（1）培养理论联系实际的设计思想和工作作风，培养学生综合运用各种机械零件和机构的基本知识，以及其它先修课程的理论知识，结合生产实际，解决工程问题的能力。巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。（2）学习和掌握通用机械零部件、机械传动装置或简单机械的基本设计方法和程序。包括制定设计方案，合理选择传动机构和零部件，正确计算零件工作能力、确定基本参数和尺寸，合理选择材料、热处理方式、精度等级，合理进行结构设计以及较全面的考虑制造、安装工艺、经济成本和使用维护保养方面的要求等等。（3）掌握机械设计工作的基本技能，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。目录1 项目设计目标与技术要求12传动系统方案制定与分析13 传动方案的技术设计与分析53.1 电动机选择与确定53.1.1 电动机类型和结构形式选择63.1.2 电动机容量确定63.1.3 电动机转速选择73.2 传动装置总传动比确定及分配73.2.1 传动装置总传动比确定73.2.2 各级传动比分配73.2.2.1 分配方案73.2.2.2 各级传动比确定84 关键零部件的设计与计算94.1 设计原则制定94.2齿轮传动设计方案144.3 第一级齿轮传动设计计算164.3.1 第一级齿轮传动参数设计164.3.2 第一级齿轮传动强度校核204.4第二级齿轮传动设计计算214.4.1 第二级齿轮传动参数设计214.4.2 第二级齿轮传动强度校核254.5 轴的初算264.6 键的选择及键联接的强度计算274.6.1 键联接方案选择274.6.2 键联接的强度计算284.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式295 传动系统结构设计与总成305.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范305.1.1装配图整体布局305.1.2 轴系结构设计与方案分析315.1.2.1 高速轴结构设计与方案分析325.1.2.2 中间轴结构设计与方案分析355.1.2.3 低速轴结构设计与方案分析375.2零件图设计385.3 主要零部件的校核与验算395.3.1 轴系结构强度校核（低速轴）395.3.2 滚动轴承的寿命计算436主要附件与配件的选择446.1联轴器选择446.2 润滑与密封的选择456.2.1 润滑方案对比及确定。456.2.2 密封方案对比及确定。466.3 通气器476.4 油标486.5 螺栓及吊环螺钉486.6油塞496.7其它497 零部件精度与公差的制定497.1 精度设计制定原则497.2 减速器主要结构、配合要求497.3 减速器主要技术要求508 项目经济性分析与安全性分析518.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性518.2 减速器总重量估算及加工成本初算518.3安全性分析538.4 经济性与安全性综合分析539 设计小结5310 参考文献541 项目设计目标与技术要求 任务描述：设计用于带式输送机的二级展开式圆柱齿轮减速器，根据已给的条件，选择最合适的传动方案，完成传动装置的总体设计，各级传动件设计计算， A0装配图的绘制，零件工作图设计和绘制，整理和编写说明书。技术要求：（1）传动装置简图 （2）原始数据及要求： 输送带的有效拉力 F=1412N 卷筒直径 D=0.27m 运输带速度 V=0.75m/s （3）其他条件： 使用地点：煤厂 生产批量：中批 载荷性质：中等冲击 使用年限：六年一班2传动系统方案制定与分析机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成，原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为卷筒，各部件用联轴器联接并安装在机架上。传动装置将原动机的动力和运动传递给工作机，它的重量和成本在机器中占有很大比重，其性能和质量对机器的工作影响也很大。故合理设计传动装置是整部机器设计工作中的重要一环，而合理地拟定传动方案又是保证传动装置设计质量的基础。合理的传动方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。一种方案要同时满足上述要求往往比较困难，因此应根据具体情况有侧重的保证主要设计要求，选用比较合理的方案。另外，满足工作性能要求的传动方案，可以由不同的传动机构以不同的组合形式和布置顺序构成。因此，选定原动机后，拟定传动方案主要是合理的确定传动机构的类型以及在多级传动中各传动机构的合理布置。传动基本单元件有带传动、链传动、直齿轮传动、斜齿轮传动、锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动。各类型主要性能如下：机械传动的主要性能类型主要特点单级传动比传递功率/kW速度/(m/s)一般最大普通V带传动挠性传动，传动平稳，噪声小，能缓冲吸振，结构简单，轴间距大，结构简单，成本低，不需润滑，环境易清洁，摩擦传动，有过载保护作用；外廓尺寸大，有弹性滑动现象，传动比不恒定，疲劳寿命较短。24107002530链传动（一般滚子链）工作可靠，平均传动比恒定，不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小，轴间距大，瞬时速度不均匀，高速时运动不平稳，有噪声，适应恶劣环境，多用于低速传动。26810015渐开线圆柱齿轮传动传动比恒定不变，适用的载荷与速度范围很广，传递的功率范围很大，结构紧凑，效率高，一般效率=0.940.99，工作可靠且寿命长；对制造和安装精度要求较高，不适合中心距较大的传动，成本高，高速运转时振动噪声大。1810105150最高达300锥齿轮传动直齿轴向力小，比曲线齿制造容易，可制成鼓形齿。2483705曲线齿比直齿锥齿轮传动平稳，噪声小，承载能力大。3700540蜗轮蜗杆传动传动比大，工作平稳，噪声较小，结构紧凑，在一定条件下有自锁性，效率低，蜗轮需贵重的减磨材料制造。8802001535传动机构类型选择的一般原则：（1）小功率传动，宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动机构，以降低制造成本。（2）大功率传动，因优先选用效率高的传动机构。（3）工作中可能出现过载或载荷变化较大、换向频繁的工作机，应选用具有过载保护作用和缓冲吸振能力的传动机构，如带传动。但在易燃、易爆场合不能选用摩擦传动，以防止静电引起火灾。（4）工作温度较高、潮湿、多尘场合，宜选用链、闭式齿轮或蜗杆传动。（5）要求传动比准确时宜选用齿轮或蜗杆传动。由上述可知，链传动、闭式齿轮或蜗杆传动适合工作温度较高、潮湿、多尘场合，由于所设计的传动装置要适合煤厂多尘的恶劣环境，带传动不适合，故不选用带传动。虽然链传动适应恶劣环境，但其链速和从动链轮角速度周期性变化，会产生附加动载荷，同时链沿垂直方向分速度v也做周期性的变化，使链产生横向振动，且链节进入链轮的瞬时，链节与链轮轮齿以一定相对速度啮合，链与轮齿将受到冲击，链张紧不好等都会产生附加动载荷，使运动不均匀，瞬时传动比得不到恒定值，链传动工作不平稳，为保证运动平稳，选用闭式齿轮传动。减速器的形式很多，可以满足各种机器的不同要求。按传动类型，可分为齿轮、锥齿轮、蜗杆齿轮减速器等；按传动的级数，可分为单级和多级减速器；按轴在空间的相互位置，可分为卧式和立式减速器；按传动的布置形式，可分为展开式、同轴式和分流式减速器。常用圆柱齿轮减速器形式、特点及应用类型简图传动比范围特点及应用单级圆柱齿轮减速器直齿i5，斜齿、人字齿i10齿轮可做成直齿、斜齿或人字齿，直齿用于速度较低（v8m/s）或负荷较轻的传动。箱体通常采用铸铁做成，很少用焊接或铸钢。轴承采用滚动轴承，只有在重型或特高速时，才采用滑动轴承。其它形式减速器也与此类同。两级圆柱齿轮减速器展开式i=840是两级减速器中最普通的一种，结构简单，可传动的速度与功率范围很大，传动效率高，对中心距的敏感性较小，方便装配维修，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此，轴应设计的具有较大的刚度，并使高速级齿轮布置在远离转矩的输入端，这样，轴在转矩的作用下产生的扭转变形将能减弱轴在弯矩作用下产生弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均的现象。建议用于载荷比较平稳的场合。高速级齿轮可做成斜齿，低速级齿轮可做成直齿或斜齿。分流式i=840高速级是双斜齿轮传动，低速级是人字齿或直齿。结构复杂，但低速级齿轮与轴承对称，载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载也平均分配。中间轴危险断面上的转矩是传动转矩的一半。建议用于变载荷的场合。同轴式i=840减速器长度较短，两对齿轮浸入油中深度大致相等。但对减速器的轴向尺寸及重量较大；高速级齿轮的承载能力难于充分利用；中间轴较长，刚性差，载荷沿齿宽分布不均，仅能有一个输入和输出轴端，限制了传动布置的灵活性。常用圆锥及圆锥圆柱齿轮减速器形式、特点及应用类型简图传动比范围特点及应用单级圆锥齿轮减速器直齿i3，斜齿、曲齿i6用于输入轴和输出轴两轴线垂直相交的传动，可做成卧式或立式。由于锥齿轮制造较复杂，仅在传动布置需要时才采用，并尽量放在高速级。圆锥圆柱齿轮减速器i=815特点同单级圆锥齿轮减速器。锥齿轮应尽量布置在高速级，以使锥齿轮的尺寸不致过大，否则加工困难，锥齿轮可做成直齿、斜齿或曲齿，圆柱齿轮可做成直齿或斜齿。常用蜗杆及蜗杆齿轮减速器形式、特点及应用类型简图传动比范围特点及应用单级蜗杆减速器蜗杆下置式i=1080结构简单、紧凑，适用于载荷较小、间歇工作的场合。蜗杆布置在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑都较好，同时蜗杆轴承的润滑也比较方便。但因蜗杆圆周速度太大时，油的搅动损失太大，一般用于蜗杆圆周速度v45m/s。蜗杆上置式i=1080结构简单、紧凑，适用于载荷较小、间歇工作的场合。蜗杆布置在蜗轮的上边，装拆方便，蜗杆的圆周速度允许高一些，但蜗杆轴承润滑不太方便，需采用特殊的结构措施。齿轮蜗杆减速器i=35150齿轮在高速级，蜗杆在低速级，结构紧凑。能实现较大的传动比，传动比范围为i = 40250。但其缺点在于传动效率较低，且需要有良好的润滑及冷却措施。蜗杆齿轮减速器i=50250蜗杆在高速级，齿轮在低速级，效率较高。单级减速器同两级减速器相比，其传动比小，输出力矩较小等缺点，故选择两级减速器。 对于圆锥圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮加工困难，特别是大直径、大规模的圆锥齿轮，所以只有在需改变轴的布置方向时采用，故不选择圆锥圆柱齿轮减速器；对于蜗杆齿轮减速器，蜗杆传动虽然平稳，但效率较低，且需要有良好的润滑及冷却措施，适用于中、小功率间歇运转的场合，而且蜗轮需贵重的减磨材料制造，从经济性方面考虑，宜选用价格便宜的材料，故不选择蜗杆齿轮减速器。综上，为了实现加工方便、节省开支等，选择两级圆柱齿轮减速器。两级圆柱齿轮减速器包括分流式、同轴式和展开式。分流式圆柱齿轮减速器的结构复杂；同轴式圆柱齿轮减速器轴向尺寸及重量较大，高速级齿轮的承载能力难于充分利用，中间轴较长，刚性差，载荷沿齿宽分布不均，仅能有一个输入和输出轴端，限制了传动布置的灵活性，故选择两级展开式圆柱齿轮减速器。由于使用地点是煤厂，所以选择闭式齿轮传动；同时使齿轮布置在远离转矩的输入端，这样轴在转矩的作用下产生的扭转变形将能减弱轴在弯矩作用下产生弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均的现象；立式减速器最上面的传动件润滑困难，分箱面易漏油，故采用普通卧式减速器。同时，轴承、支座等零件如果分散的装在总体上，则会导致装配费时、调整麻烦、难以保证传动质量，故应把轴承的支座连成一体，轴承、轴等固定在它的上面，可以解决安装精度的问题，并改善润滑、隔离噪声、提高传动质量等。传动方案如图：3 传动方案的技术设计与分析3.1 电动机选择与确定无特殊要求，选用交流电动机作为原动机。电动机是专门工厂批量生产的系列化产品，选择电动机即确定其类型、结构、容量（功率）和转速。3.1.1 电动机类型和结构形式选择 无特殊需要，选用Y系列三相交流异步电动机，其具有高效、节能、噪声小、振动小、运行安全可靠的特点，适用于无特殊要求的各种机械设备。一般异步电动机的特点及用途系列名称特点与用途Y系列（IP23）三相异步电动机该系列为一般用途防护式笼型电动机。符合国际防护等级要求。能防止手指触及机壳内带电体或转动部分；防止直径大于12mm的小固体异物进入，并防止沿垂直线成60角或小于60角的淋水对电机的影响。该系列电动机具有效率高、起动性能好、噪声低、体积小、重量轻等优点。适于驱动无特殊要求的各种机械设备。电动机防护等级为IP23。Y系列（IP44）三相异步电动机该系列电动机为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，效率高、节能，堵转转矩高、噪声低、振动小，运动安全可靠。能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部；具有与Y系列（IP23）相同的用途外，还能适用于灰尘多、水土飞溅的场所。其防护等级为IP44。YEJ系列电磁制动三相异步电动机该系列电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型带有直流全盘式电磁制动器的三相异步电动机。是Y系列（IP44）电机的派生产品。它适用于要求快速停止准确定位的传动机构或装置上，如主轴传动或辅助传动。具有制动快、定位准确的优点。冷却方式为ICO141。 YEJ系列电磁制动三相异步电动机适用于要求快速停止准确定位的传动机构或装置上，故不选用。Y系列（IP44）三相异步电动机具有与Y系列（IP23）相同的用途，同时还能适用于灰尘多的场所，由于机器的使用地点为煤厂，故选用Y系列（IP44）三相异步电动机。 根据不同防护要求，电动机结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等区别。Y系列（IP44）三相异步电动机为全封闭自扇冷式结构。3.1.2 电动机容量确定 电动机的容量（功率）的选择对其工作和经济性影响很大。若容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。电动机的容量主要根据运行时的发热条件来决定。由于工作机为中等冲击载荷下连续运转的机械，而且传递功率较小，故只需使电动机的额定功率等于或稍大于电动机的实际输出功率就可以，无需校验发热和起动力矩。 由技术要求可知：输送带的有效拉力 F=1412N 卷筒直径 D=0.27m 运输带速度 V=0.75m/s 由机械设计课程设计指导手册可知各部分传动效率：卷筒（不包括轴承）联轴器（弹性联轴器）滚动轴承 齿轮（8级精度）0.960.990.980.97 工作机所需功率 传动装置的总效率 则实际输出功率3.1.3 电动机转速选择 卷筒轴工作转速为按推荐的传动比合理范围，二级展开式圆柱齿轮减速器i=814,故电动机转速的可选范围为三相异步电动机常用的有四种同步转速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min，故可选择的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min。同步转速为由电流频率与极对数而定的磁场转速，是空载时才可能达到的转速，而负载时的转速都低于同步转速。三种同步转速的电动机相比较来说，750r/min的电动机转速较低，极对数较多，尺寸和重量较大，价格也较高，而1500r/min的电动机传动装置的传动比较大，传动装置的结构尺寸较大、重量较大，成本较高。故综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等因素，决定选用同步转速为1000r/min的电动机。由于电动机的输出功率，同时考虑电动机起动时功率较大，工作过程中有冲击，故应留出足够的裕度，同时考虑安全性的原因，选用额定功率为2.2kW，转速为940r/min的电动机，即Y112M6型电动机。Y112M6型电动机主要性能参数额定功率/kW同步转速/(r/min)额定转速/(r/min)效率/%功率因数cos电流/A质量（B3）/kg2.2100094080.50.745.612.02.2453.2 传动装置总传动比确定及分配3.2.1 传动装置总传动比确定 传动装置总传动比可根据电动机满载转速和工作机主动轴转速求得 故传动装置总传动比=17.70 3.2.2 各级传动比分配3.2.2.1 分配方案 总传动比分配的一般原则： （1）各级传动比都应在常用的合理范围内，以符合各种传动形式的工作特点，并使结构比较紧凑。 （2）尽量使传动装置外廓尺寸或重量较小。 （3）在两级或多级齿轮减速器中尽量使各级大齿轮浸油深度合理（低速级大齿轮浸油稍深，高速级大齿轮能浸到油）。在二级圆柱齿轮减速器中，通常低速级中心距大于高速级的，因而为使两级大齿轮直径相近，应使高速级传动比大于低速级的。 （4）使各级传动尺寸协调，结构匀称合理，便于安装。 对于两级展开式圆柱齿轮减速器，当两级齿轮的材质和热处理条件相同、齿宽系数相等时，为使高、低速级大齿轮浸油深度大致相近，且低速级大齿轮直径略大，传动比可按下式分配： 式中，为高速级传动比；i为减速器的总传动比。3.2.2.2 各级传动比确定 （1）减速器总传动比i=17.70 高速级传动比 取=5.06，则低速级传动比 ，满足高速级传动比大于低速级的传动比。 （2）运动学分析计算 各轴转速： 轴： 轴： 轴： 卷筒轴： 各轴输入功率： 轴： 轴： 轴： 卷筒轴： 各轴输入转矩： 电动机： 轴： 轴： 轴： 卷筒轴：运动和动力学参数表电动机轴轴轴卷筒轴功率P/kW1.301.291.231.171.14转矩T/（）13.2113.1163.23210.50205.11转速n/(r/min)940 940185.7753.0853.08传动比i1.005.063.501.00效率0.990.950.950.974 关键零部件的设计与计算4.1 设计原则制定 （1）安全系数确定 齿轮安全系数 齿轮的需用应力按下式计算 式中，S为疲劳强度安全系数，按作齿轮材料疲劳极限试验所取定的失效概率计算齿轮的疲劳极限时，通常即取S=1。为考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数，接触疲劳寿命系数可通过机械设计95页图625查得；弯曲疲劳寿命系数可通过机械设计95页图626查得。为齿轮材料的疲劳极限，接触疲劳强度极限值可通过机械设计95页图627查得；弯曲疲劳强度极限值可通过机械设计96页图628查得，图中的值已扣除试验齿轮应力集中的影响。 轴 对于疲劳强度校核，应计入应力集中、表面状态和尺寸影响以后的精度校核。绘出轴的弯矩M图和转矩T图以后，选择轴上的危险截面进行校核。根据截面上受到的弯矩和转矩可求出弯曲应力和切应力，这两项循环应力可分解为平均应力及和应力幅及。然后就可以分别求出弯矩作用下的安全系数和转矩作用下的安全系 式中：分别为弯矩和转矩作用的有效应力集中系数；为表面状态系数；为影响弯曲应力和扭转应力的尺寸系数；为材料对循环载荷的敏感性系数；为寿命系数，；为循环基数；N为循环次数（均可由机械设计154页156页表109至表1014查得）。 材料性质不同，值也不同。钢的硬度、强度愈高，值愈大。硬度350HBS的钢，；硬度350HBS的钢，。有色金属。计算时，对金属材料通常取。 对于硬度350HBS的钢，若N，取N=；硬度350HBS的钢，若N，则取N=，对于有色金属，当N时，取N=。 对于钢：计算拉应力、弯曲应力和切应力时，指数m=9；计算接触应力时，m=6。对于青铜：计算弯曲应力时，m=9；计算接触应力时，m=8。 最后可求出综合安全系数并应满足下列条件： 当材料质地均匀、载荷与应力计算较精确时，可取S1.31.5；材料不够均匀、计算不够精确时，可取S1.51.8；材料均匀性和计算精确度都很低，或尺寸很大的转轴（d200mm），则取S1.82.5。重要的轴，破坏后会引起重大事故时，应适当增大S值。 对于静强度校核，其目的在于校核轴对塑性变形的抵抗能力。轴上的尖峰载荷即使作用时间很短和出现次数很少，不足以引起疲劳破坏，但却能使轴产生塑性变形。所以设计时应当按尖峰载荷进行静强度校核。在校核时 式中：分别为由于尖峰载荷所产生的弯曲应力和切应力；分别为材料的拉压和剪切屈服点。对于塑性材料，静强度的许用安全系数见表。当载荷估计不准时，可将表中的S值适当增大。S的最小值0.450.550.550.700.700.90铸件S1.21.51.41.81.72.21.62.5当把轴上的作用力和反作用力简化时，一般把载荷看成集中作用在轮毂、轴头或轴颈的中点。 键假设压力在键的接触长度内均匀分布，则根据挤压强度或耐磨性的条件性计算，求得所能传递的转矩静联接 动联接 式中：为轴的直径；为键与毂的接触高度，；为键的高度；为键的接触长度；为许用挤压应力；为许用压强；见表。因为压溃和磨损是键连接的主要失效形式，所以键的材料要有足够的硬度。根据标准规定，键用强度极限不低于600MPa的钢材制造，常用的是中碳键用精拔钢。键联接的许用挤压应力联接的工作方式联接中较弱零件的材料静载荷轻微冲击载荷冲击载荷静联接用锻钢、铸钢125150100120铸铁70805060动联接用锻钢、铸钢504030 （2）关键件或主要件加工工艺制定 齿轮的加工工艺性 a.批量生产的齿轮形状要适宜叠装加工对于批量或大量生产的齿轮，如果一个一个 地切齿加工，不仅生产率低，而且尺寸精度也不一致。因此，设计时应考虑提高切削效率的重叠加工法。为了进行重叠加工，原则上要设计便于叠加的几何形状，如果齿轮轮毂宽度大于齿宽，不仅叠装的数量少，而且叠装后间隙大，切齿时会产生振动，影响加工质量。 b.双联或三联齿轮要考虑加工时刀具切出的距离。在设计双联或三联齿轮时，无论是插齿还是滚齿加工，都要按所采取刀具的尺寸、刀具运动的需要等，定出足够的尺寸a。当结构要求a值很小，不能满足要求时，可采用过盈配合结构。 c.轮齿与轴的联接要减少装配时的加工。为了将齿轮进行轴向和周向的固定，可采用径向圆锥销和键加紧定螺钉的固定方法。但这两种方法都要求配作，在安装时进行这些加工效率较低，应尽量避免。较为理想的方法是：用键进行周向固定，用轴肩、轴用弹簧卡环或圆螺母等进行轴向固定，可避免配作。 轴的加工工艺性 轴的结构应便于轴的加工。一般轴的结构越简单，加工工艺性越好，因此在满足使用要求的前提下，轴的结构应尽量简化。 a.轴上圆角、倒角、环槽、键槽。一根轴上所有的圆角半径、倒角尺寸、环形切槽和键槽的宽度等应尽可能一致，以减少刀具品种，节省换刀时间，方便加工和检验。 轴上不同轴段的键槽应布置在轴的同一母线上，以便一次装夹后用铣刀铣出。如果布置成两键槽位置不在同一方向，则加工时需二次定位，加工工艺性差。 b.越程槽与退刀槽。轴的结构中，应设有加工工艺所需的结构要素。例如，需要磨削的轴段，阶梯处应设砂轮越程槽；需切削螺纹的轴段，应设螺纹退刀槽。 如图1，锥面两端点退刀困难，耗费工时，可改为图2结构，比较合理。 c.轴结构应有利于切削及切削量少。轴的结构设计应有利于切削，一般而言，球 面、锥面应尽量避免，而优先选用柱面。 轴结构设计应尽量减少切削量。图3所示结构有切削量过大问题，可以考虑将整体结构改为组合结构，如图4所示，可以减少切削量，降低成本。 d.轴的毛坯。轴采用自由锻毛坯时，应尽量简化锻件形状，局部尺寸可由锻后实现。轴采用自由锻件，应尽量避免锥形和倾斜平面。无论是锻造还是轧制，毛坯心部的力学性能都大大低于表面，因此应尽量锻造成接近最终形状的毛坯，避免切削零件的外周，既保持了热处理后的力学性质，又减少了机械加工工作量。 e.轴上钻小直径深孔。在轴上钻小直径的深孔，加工非常困难，钻头易折断，钻头折断了取出也非常困难，所以一般要根据孔的深度尽可能选用稍大的孔径，或者采用向内依次递减直径的方法。 f.配合尺寸与配合精度。同样加工精度要求，配合公称尺寸越小，加工越容易，加工精度也越容易提高。因此在结构设计时，应使有较高配合精度要求的工作面的面积和两配合之间的距离尽可能小。 机架的加工工艺性 大多数机壳型构件都是铸铁的，这是因为铸铁具有可获得复杂的几何形状以及在成批生产时价格较低的优点。铸造机架在实际应用中占有相当大的比例。铸造机架加工工艺性如下： a.壁厚的选取。铸铁减速器箱座壁厚，箱盖壁厚。 b.内腔尽量简单。铸造箱体内腔形状应尽量简单，便于造芯，如有可能最好做成开式的，不需要型芯。 c.分型力求简单。铸件外形应使分型简单方便，而且要尽量减少分型面，以便保证尺寸的准确性。 d.应有利于排渣排气。铸件应力求使金属中的夹杂物、气体容易上浮而排出，以避免出现气孔、渣眼和夹砂。 e.有利于机械加工。避免在内部深处有加工面以及有倾斜面的加工；加工面应力集中在少数几个方向上，以减少加工时的翻转和调头次数；所有加工面都应有较大的基准支承面，以便于加工时的定位、测量和加紧；箱体加工时，避免设计工艺性差的盲孔、阶梯孔和交叉孔；箱体上的紧固孔和螺纹孔的尺寸规格尽量一致，以减少刀具数量和换刀次数；同轴线上的孔径应尽量避免中间间壁上的孔径大于外壁上的孔径；慎防冷却速度不同造成的内应力。 （3）材料选择与工艺选择 齿轮对齿轮材料的基本要求是：齿面要硬，齿心要韧，以抵抗齿面失效和轮齿折断。选择材料时还要考虑加工和热处理的工艺性及经济性的要求。制造齿轮最常用的材料是钢，其次是铸铁以及非金属材料。钢钢材可分为锻钢和铸钢两类。除尺寸较大（d400600mm）、结构形状复杂时宜用铸钢外，一般均用锻钢制造齿轮。铸铁由于抗弯和耐冲击性能均较差，故铸铁主要用于制造低速不重要的开式传动齿轮和功率不大的场合。常用材料有HT200、HT300、QT5007等。非金属材料在高速、小功率、精度不高的齿轮传动中，也有用非金属材料（夹布胶木、尼龙等）制造齿轮的。 比较以上材料，选用锻钢材料。45为高强度中碳调质钢，具有较高的强度，良好的切削性，一定的韧性和塑性，调质后可得到优良的综合力学性能，是广泛应用的一种钢，适于制造较高强度的运动零件。综合考虑，最终选择45钢作为齿轮的材料。 齿轮的热处理：表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等。表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可达5256HRC。由于接触强度高，耐磨性好，而齿心未淬硬仍有较高的韧性，故能承受一定得冲击载荷。渗碳淬火渗碳钢为碳的质量分数0.15%0.25%的低碳合金钢，例如20CrMnTi、20Cr等。渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，而齿心仍保持有较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后要磨齿。调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢，40Cr、42SiMn等。调质处理后齿面硬度一般为220260HBS。因硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。渗氮一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理，齿面硬度可达6062HRC，因渗氮处理温度低，齿的变形小，故适用于难以磨齿的场合，例如内齿轮。常用的渗氮钢为38CrMoAlA。综上所述，45钢选用的热处理方法为正火和调质。大齿轮选用正火，小齿轮为调质。材料牌号热处理方法抗拉强度屈服点硬度HBS45正火580290162217调质650360217255 轴 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较小，所以应用较为广泛。常用的碳素钢有30、40、45和50钢，其中最常用的是45钢。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可使用Q235、Q255、Q235AF。 合金钢具有较高的强度和硬度，可淬性也较好，可在传递大功率并要求减轻重量和提高轴颈耐磨性时采用。常用的合金钢有12CrNi2、12CrNi3、20Cr、40Cr、35CrMo和37SiMn2MoV等。 轴也可以采用合金铸铁和球墨铸铁来做。它们的毛坯是铸造成形的，所以易于得到合理的形状。这些材料的吸振性高，可以用热处理方法获得所需的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。但是铸造轴的品质不易控制，可靠性较差。 综上，轴的材料选用45钢，并进行调质处理。 端盖和机架 从经济性方面考虑，二者均选用HT200材料，无需进行热处理。 键 压溃和磨损是键连接的主要失效形式，所以键的材料要有足够的硬度。根据标准规定，键用强度极限不低于600MPa的钢材制造，常用的是中碳键用精拔钢。4.2齿轮传动设计方案 （1）软齿面、硬齿面方案选择 软齿面齿轮（硬度350HBS）这类齿轮多经调质或正火处理后切齿，切齿精度一般为8级，精切可达7级。常用钢号如45、40Cr、38SiMnMo、35CrMo。因齿面硬度不高，故限制了承载能力，但易制造、成本低。常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。在啮合过程中，小齿轮的轮齿接触次数比大齿轮多，故为了使大小齿轮的寿命接近，这类齿轮一般应使小齿轮的齿面硬度高出3050HBS，甚至更高。这一要求，可通过选用不同材料和热处理方法来实现。硬齿面齿轮（硬度350HBS）一般为切齿后经热处理（整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮、液体碳氮共渗等）再磨齿。但随着硬齿面加工技术的发展，这类齿轮也可在热处理后使用硬质合金滚刀或钴（铝）高速钢滚刀精滚加工，而不需再进行磨齿加工。常用材料为20CrMnTi、20CrMnMo、38SiMnMo、38CrMoAlA等。这类齿轮由于齿面硬度高，故承载能力也高，适用于要求尺寸小和重量轻的场合。 由于所设计的减速器对于尺寸和重量无严格要求，并且硬齿面齿轮价格较高，从经济性和其它方面考虑，选用软齿面齿轮即可。 （2）设计及校核原则 闭式齿轮传动中软齿面齿轮以点蚀失效为主，故按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核；硬齿面主要失效形式为折断，故按齿面接触疲劳强度校核，按齿根弯曲疲劳强度设计。 按齿面接触疲劳强度设计，节点出的曲率半径虽不是最小值，但该点处一般只有一对齿啮合，点蚀也往往先在节线附近的齿根表面出现。因此，接触疲劳强度计算通常以节点为计算点。直齿圆柱齿轮传动设计公式： 即 式中：“+”号用于外啮合，“-”用于内啮合。许用接触应力应以两齿轮中的小者带入计算公式中，各参数的单位为：为弹性系数，为节点区域系数，为重合度系数。接触线总长度（L）和重合度系数（）：。其中为使用系数，为动载系数，为齿间载荷分配系数，为齿向载荷分配系数。斜齿圆柱齿轮传动设计公式： 即式中：弹性系数，节点区域系数，重合度系数，螺旋角系数。最小接触线总长度（L）和重合度系数（）：式中x为接触线长度变化系数，为端面重合度，为纵向重合度，。若。 按齿根弯曲疲劳强度校核，可用30切线法确定齿根处为危险剖面。 直齿圆柱齿轮传动校核公式： 即 应当注意：同一对齿轮传动，大小齿轮的齿形系数、应力修正系数和许用弯曲应力是不相同的。因此，应对大小齿轮的进行比较，并按两者中的较大值进行计算，模数应圆整成标准值。 齿形系数 由于l和s均与模数成正比，故只取决于轮齿的形状（随齿数z和变位系数x而异），而与模数大小无关。 为应力修正系数。 重合度系数 斜齿圆柱齿轮传动校核公式： 即、，按当量齿数查取。螺旋角系数，当1时，按=1计算。若0.75，则取=0.75。螺旋角过小，斜齿轮的优点不明显，过大则轴向力增大，一般取。对于人字齿轮，因轴向力可以相互抵消，可取。 （3）直齿轮、斜齿轮选择方案 直齿轮与斜齿轮传动性能如下表：性能直齿轮斜齿轮重合度较小较大强度较低较高平稳性较差较好不产生根切的最小齿数适于工作速度低速高速承载能力较低较高结论不宜高速、大功率场合适宜高速、大功率场合斜齿轮传动较直齿轮传动，其强度较高、平稳性较好、承载能力较高，由于此减速器承受的载荷性质为中等冲击，所以选择斜齿轮传动更好一些，同时要注意同一轴上两斜齿轮的齿轮旋向，为使其轴向力相互抵消，应使两齿轮旋向相同。4.3 第一级齿轮传动设计计算4.3.1 第一级齿轮传动参数设计 （1）基本信息确定 传动型式：斜齿圆柱齿轮传动 精度等级：初选8级精度，按国标GB/10095。 硬度：在啮合过程中，小齿轮的轮齿接触次数比大齿轮多，故为了使大小齿轮的寿命接近，这类齿轮一般应使小齿轮的齿面硬度高出3050HBS，甚至更高。取=50。 材料及热处理：由前述可知，材料为45钢，软齿面齿轮，硬度350HBS。小齿轮硬度高一些，热处理选用调质，由上述可知,取；大齿轮硬度低一些，热处理选用正火，由上述可知，取。满足=50。 齿轮齿数：=2040，初取选小齿轮齿数=20 =5.06大齿轮齿数 ，取=101 则 ，满足要求。选取螺旋角： 初选=14选取齿宽系数由机械设计94页表6-7可知，两支承相对小齿轮作不对称布置=0.71.15，故取=0.8。（2） 齿轮设计 由机械设计90页斜齿圆柱齿轮设计公式知： 其中，。 工作状况系数 由机械设计82页表6-4可知，工作机中等振动，动力机为电动机，则=1.25 动载系数 设， 由机械设计82页图6-11（a）可知，当精度等级为8级精度时=1.06 齿间载荷分布系数 端面重合度，由于是外啮合，取“+”， 则 纵向重合度 故 查机械设计84页图6-13得，当精度等级为8级时，取 齿向载荷分布系数 由齿宽系数=0.8，查机械设计85页图6-17知，非对称布置（轴刚性大）取1.07 故 弹性系数 由机械设计87页表6-5知，大小齿轮材料均为钢，故取 节点区域系数 由机械设计87页图6-19，取 重合度系数 螺旋角系数 齿轮材料的接触疲劳强度，可由机械设计95页图6-27（c）查得=530630（MPa）取=550Mpa=380530（MPa）取=450Mpa由机械设计95页图6-25查得=1.0，=1.02为疲劳强度安全系数，取1.0。许用接触应力应以两齿轮中的小者带入计算公式中，故所以验证圆周速度，通过。修正参数：动载系数：由机械设计82页图6-11（a）可知，精度等级为8级，取校正：(mm)（3）参数尺寸确定 模数m 由机械设计76页表6-1取。 中心距a 圆整取a=125mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 计算分度圆直径 计算齿轮宽度 ，故圆整取，取小齿轮比大齿轮宽4mm，取。4.3.2 第一级齿轮传动强度校核由机械设计88页式6-9得，计算当量齿数，齿形系数由机械设计89页图6-21由当量齿数查得应力修正系数由机械设计89页图6-22由当量齿数查得重合度系数螺旋角系数其中。则：许用弯曲应力由机械设计96页图6-28（a）可知，因，故取由机械设计96页图6-28（b）可知，因，故取，由机械设计95页图6-26可得为疲劳强度安全系数，取=1. 通过。4.4第二级齿轮传动设计计算4.4.1 第二级齿轮传动参数设计（1）基本信息确定 传动型式：斜齿圆柱齿轮传动 精度等级：初选8级精度，按国标GB/10095。 硬度：在啮合过程中，小齿轮的轮齿接触次数比大齿轮多，故为了使大小齿轮的寿命接近，这类齿轮一般应使小齿轮的齿面硬度高出3050HBS，甚至更高。取=50。 材料及热处理：由前述可知，材料为45钢，软齿面齿轮，硬度350HBS。小齿轮硬度高一些，热处理选用调质，由上述可知,取；大齿轮硬度低一些，热处理选用正火，由上述可知，取。满足=50。 齿轮齿数：=2040，初取选小齿轮齿数=26，=3.50大齿轮齿数 ，取=91 ，则 ，满足要求。选取螺旋角： 初选=10选取齿宽系数由机械设计94页表6-7可知，两支承相对小齿轮作不对称布置=0.71.15，故取=1.0。（3） 齿轮设计 由机械设计90页斜齿圆柱齿轮设计公式知： 其中，。 工作状况系数 由机械设计82页表6-4可知，工作机中等振动，动力机为电动机，则=1.25 动载系数 设， 由机械设计82页图6-11（a）可知，当精度等级为8级精度时=1.08 齿间载荷分布系数 端面重合度，由于是外啮合，取“+”， 则 纵向重合度 故 查机械设计84页图6-13得，当精度等级为8级时，取 齿向载荷分布系数 由齿宽系数=1.0，查机械设计85页图6-17知，非对称布置（轴刚性大）取1.09 故 弹性系数 由机械设计87页表6-5知，大小齿轮材料均为钢，故取 节点区域系数 由机械设计87页图6-19，取 重合度系数 螺旋角系数 齿轮材料的接触疲劳强度，可由机械设计95页图6-27（c）查得=530630（MPa）取=550Mpa=380530（MP