机械设计基础课程设计-二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器.doc

机械设计基础课程设计 吉林化工学院吉林化工学院 机械设计基础课程设计说明书机械设计基础课程设计说明书 题目：题目：二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器 教教 学学 院：院：机电工程学院机电工程学院 专业班级：专业班级：材料成型及控制工程材料成型及控制工程14021402班班 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 机械设计基础课程设计 II 目 录 第一章 设计任务书.1 1.1 设计题目:二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器 .1 1.2 工作条件及生产条件.1 1.3 第十一组设计原始数据.1 第二章 电动机的选择.2 2.1 电动机的选择.2 2.2 传动比的分配.2 2.3 传动装置的运动和动力参数计算.3 第三章 斜齿圆柱齿轮减速器的设计.4 3.1 高速轴上的大小齿轮传动设计.4 3.2 低速轴上的大小齿轮传动设计.6 3.3 功率扭矩及运动参数修正.9 第四章 联轴器的选择.11 4-2 低速机联轴器.11 4.1 联轴器的选择和结构设计.11 4.2 联轴器的选择及计算.12 第五章 轴的设计各轴轴径计算.13 5.1 轴的选择与结构设计.13 第六章 滚动轴承的选择及计算.15 6.1 轴承的选择与结构设计.15 6.2 轴承的寿命校核.15 第七章 键联接的选择及计算.17 7.1 键的选择与结构设计.17 7.2 键的校核.18 第八章 润滑和密封方式的选择.19 8.1 齿轮润滑.19 8.2 滚动轴承的润滑.19 第九章 箱体及设计的结构设计和选择.20 第十章 减速器的附件.22 10.1 窥视孔和视孔盖.22 102 通气孔.22 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 III 10.4 定位销.23 10.5 油面指示装置.24 10.6 放油孔和螺塞.24 10.7 起盖螺钉.24 10.8 起吊装置.25 参考文献.26 机械设计基础课程设计 1 第一章第一章 设计任务书设计任务书 1.1 设计题目设计题目:二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器 1.2 工作条件及生产条件工作条件及生产条件 该减速器用于带式运输机的传动装置。单班制工作（即每天 8 小时） ，连续单向运转，载 荷较平衡，运输带允许速度差为5%。减速器小批量生产，使用期限为 5 年（每年 300 天） 。 1.3 第第十一十一组设计原始数据组设计原始数据 卷筒直径 D/mm 400 运输带速度 v(m/s) 0.73 运输带所需转矩 T(N.m) 420 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 2 第二章第二章 电动机的选择电动机的选择 2.1 电动机的选择电动机的选择 为了确定传动方案，可根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为： =60 1000v/(D)=6010000.73/(3.14400)=34.855r/min w n (1) 电动机类型的选择： 电动机的类型根据动力源和工作条件,选用 Y 系列三相异步电动机。 (2) 电动机功率的选择： 工作机所需要的有效功率为: =Tn/9550=42034.855/9550=1.533（kW） w P 为了计算电动机的所需功率，先要确定从电动机到工作机之间的总效率。设为弹 d P 1 性联轴器效率为0.99，为滚动轴承的效率为0.98，为圆柱齿轮传动（ 7 级） 2 3 传动效率为 0.98，为滚筒的效率为0.96。则传动装置的总效率为： 4 =0.99 0.990.97 0.96=0.850 2 1 4 2 2 3 4 242 电动机所需的功率为: = /=1.533/0.850=1.804 kW d P w P 选择常用的同步转速为1500 r/min 和 1000r/min 根据电动机所需功率和同步 转速查表 Y100L1 和 Y112M 型。根据电动机的满载转速和滚筒转速nw 可算出总传 动比。现将此两种电动机的数据和总传动比列于下表中 方 案 电 动 机 型 号 额定 功率 同 步 转 速 满 载 转 速 总 传 动 比 外 伸 轴 径 轴 外 伸 长 度 1Y100L12.2k w 1500r/min1430 r/min 26.96928mm 009 . 0 004 . 0 60mm 2Y112M2.2k w 1000r/min940 r/min 26.96928mm 018 . 0 002 . 0 60mm 总传动比 := / =1430/60.02=23.83 1 i m n w n = /=940/34.855=26.969 2 i m n w n 由表可知，方案 1 虽然电动机转速高，价格低，但总传动比大。为了能合理地分配传动 比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案 2，即电动机型号为 Y112M。 2.2 传动比的分配传动比的分配 总 = 考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取 =1.4， 1 i 2 i 1 i 2 i 故双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为： 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 3 =总=6.034 1 i1.4i1.4 15.99 低速级的传动比为： = 总/=26.969/4.034=4.470 2 ii 1 i 2.3 传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数计算 (1)各轴的转速计算： =940r/min 1 n m n =/ =940/6.034=155.784r/min 2 n 1 n 1 i =/=155.784/4.470=34.851r/min 3 n 2 n 2 i =34.851r/min 4 n 3 n (2)各轴的输入功率计算： = =1.804 0.99=1.786kW 1 P d P 1 = =1.786 0.99 0.97=1.715 kW 2 P 1 P 23 = =1.715 0.99 0.97=1.647 kW 3 P 2 P 23 = =1.647 0.99 0.99=1.614kW 4 P 3 P 13 (3)各轴的输入转矩计算： =9550/=9550 1.786/940=18.145 Nm 1 T 1 P 1 n =9550/=95501.715/155.784=105.134NmT 22 P 2 n =9550 / =95501.647/34.851=451.3172NmT 33 P 3 n =9550/=95501.614/34.851=442.274Nm 4 T 4 P 4 n 各轴运动的动力参数 轴号转速 n 功率 P转矩 T传动比 19401.78618.145 2155.7841.715105.134 6.034 334.8511.617451.3174.470 434.8511.614442.2741 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 4 第三章第三章 斜齿圆柱齿轮减速器的设计斜齿圆柱齿轮减速器的设计 3.1 高速轴上的大小齿轮传动设计高速轴上的大小齿轮传动设计 (1) 选用标准斜齿轮圆柱齿轮传动： 选小齿轮选择 45Cr(调质),HBS =240 1 大齿轮选择 45Cr(常化),HBS =210; 2 此时两齿轮最小硬度差为 240-210=30,比希望值略小，可以初步试算。 因输送为一般通用机械，故选齿轮精度等级为 8 级。 (2) 齿数的选择： 现为软齿面齿轮，齿数应比根切齿数较多为宜，初选 z1=23 z =i z1=236.034=138.782 2 取大齿轮齿数 z =140，齿轮数比为 u=z /z1=140/23=6.087。与原要求仅差(6.087- 22 6.034)/6.034=0.878%，故可以满足要求。 (3) 选择螺旋角 ： 按经验 ，845.923mm,可同时保证接触疲劳强度 1 mmdb d 84411.47411.471 1 取,52 1 mmb mmb482 3.2 低速轴上的大小齿轮传动设计低速轴上的大小齿轮传动设计 (1) 选用标准斜齿轮圆柱齿轮传动： 选小齿轮选择 45Cr 调质,HBS =240； 1 大齿轮选择 45Cr 常化,HBS =210； 2 此时两齿轮最小硬度差为 240-210=30；比希望值略小些，可以初步试算。 因输送为一般通用机械，故选齿轮精度等级为 7 级。 (2) 齿数的选择： 现为软齿面齿轮，齿数应比根切齿数较多为宜，初选 z =27 1 z =i z =4.470 23=121 21 取大齿轮齿数 z =77，则齿数比为 u=z /z =121/27=4.481。与原要求误差小故可以满 221 足要求。 (3) 选择螺旋角 ： 按经验 ，863.274mm,可同时保证接触疲劳强度 3 mmdb d 70324.69324.691 34 取 mmbmmb70,754 3 按照同样的方法可以得到各级齿轮的主要参数。具体数值如下 表 3-1 齿轮的主要参数 3.3 功率扭矩及运动参数修正功率扭矩及运动参数修正 （1）计算传动装置的总传动比 i 由 i=Z /Z =140/23=6.0871221 i=Z /Z =121/27=4.4813443 i=Z Z /Z Z =140121/2327=27.279 齿2413 i-i /i =16.052-15.99/15.99=0.45%齿 故传动比满足要求。 高速级低速级 齿数z 2314027121 中心距a 168190 模数 n m 22.5 螺旋角 014.14174.13 分度圆直径 d 47.411288.58969.324310.676 齿根圆直径 d f 42.411283.58963.074304.426 齿顶圆直径 da 51.411292.58974.324315.676 齿宽 b 54487570 旋向左旋右旋 压力角2020 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 10 （2）计算各轴的转速 1 轴 N =N =940r/min1m 2 轴 N =N /i =940/6.034=155.784r/min211 3 轴 N =N /i 155.784/4.470=34.851r/min322 卷筒轴 N=N =34.851r/min卷3 （3）各轴的输入功率 1 轴 P =P=1.80490.99kw=1.786kw1d1 2 轴 P =P=1.7860.990.97kw=1.715kw2132 3 轴 P =P=1.7150.990.97kw=1.6472kw3232 卷筒轴 P =P=1.6470.990.99kw=1.614kw4313 (4)各轴的输入转矩 T =9550P /n =95501.786/940=18.145Nm111 T =9550P /n =95501.715/155.784=105.1348Nm222 T =9550P /n =95501.647/34.851=451.317Nm333 T =9550P /n =95501.614/34.851=442.274Nm444 表 3-2 带式传动装置的运动和动力参数 轴名 功率 P/kw转矩 T/(Nmm) 转速 n传动比 电机轴 1.533 4.2 4 10 9401 1 轴 1.786 1.8145 4 10 9406.034 2 轴 1.715 1.05134 5 10 155.7844.470 3 轴 1.647 4.51317 5 10 34.8511 卷筒轴 1.614 3.30015 5 10 34.851 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 11 第四章第四章 联轴器的联轴器的选择选择 联轴器是机械传动常用的部件，它主要用来是联接轴与轴（有时也联接其它回转零件） 。 以传递运动与转矩。用联轴器连接的两根轴只有在机器停车后用拆卸的方法才能把两轴分离。 图 4-1 高速机联轴器 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 12 4-2 低速机联轴器 4.14.1 联轴器的选择和结构设计联轴器的选择和结构设计 联轴器是机械传动常用的部件，它主要用来是联接轴与轴（有时也联接其它回转零件） 。 以传递运动与转矩。用联轴器连接的两根轴只有在机器停车后用拆卸的方法才能把两轴分离。 以输入轴为例进行联轴器的介绍。根据所选的电动机的公称直径和设计所要求的 机械特性选择（因转矩较小） ，选弹性套柱销联轴器。 联轴器的型号具体参数如下 表 4-1 联轴器的主要参数 轴孔长度型 号公称转矩 Tn N.m 许用转速钢n r/min 轴孔直径 d1、d2、dz Y 型 LT46357002562 LX31250475045 112 4.24.2 联轴器的选择及计算联轴器的选择及计算 I 轴：选用弹性套柱销联轴器，用 LT4 型号。许用转速 5700r/min , Tn=63N.m. 实际 n=960r/minn=3800r/min .TTn=63Nm III 轴：选用弹性套柱销联轴器，用 LX3 型号。许用转速 4750r/min，公称转矩Tn =1250N.m n=60.05r/minP ，所以 Lh =21 )( 10 10 4 6 P C n h 8 . 3864463) 7 .10480 . 1 295001 ( 96010 106 L =83008=38400h h 因为 LL h h 故型号 6207 深沟球轴承满足预期计算寿命要求 2)对低速轴轴承校核型号为 6211 Ft =2607.753N Fa=676.208N Fr =980.536N444 F合=2786.005N 2 4 2 4 rt FF Fr1+ Fr2= F合 , 51.5 F合 120 Fr1=0， Fr1=341.985N Fr2=638.551N Fd1=e Fr1=660.75N Fd2= e Fr2=1233.74N Fd =660.75e 查表 13-7 得 X=0.41 Y=0.871合1 P =X Fr+YFa =11246.280+0=246.280N1合11 Fa / Fr=1233.74/1814.32=0.68=e 查表 13-7 X=1 ， Y=02合2 P2=X Fr +YF111246.280+01233.74=1246.280N合22a P P 选用 P 带入求寿命121 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 17 Lh =116159.7435h L =830051=12000h 3 4 6 )( 10 10 P C n 3) 2481.0201 255001 ( 155.78460 106 h 因为 LL 满足要求 h h 同理可得 轴 2 上的轴承同样符合要求。 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 18 第七章第七章 键联接的选择及计算键联接的选择及计算 键是标准件，通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。有些类 型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。根据所设计的要求。此次设计所采用的 均为平键联接。 7.17.1 键的选择与结构设计键的选择与结构设计 取本设计中间轴段的平键进行说明。 键的具体结构如下 表 7-1 轴承盖的具体参数 按照同样的方法选择其他键，均会满足设计要求和强度要求。 具体主要参数如下: 表 7-1 键的主要参数 轴键键槽 宽度 b深度 极限偏差 一般键联接 公称直 径 d 公称尺 寸 hb 公称尺寸 b 轴 N9毂 JS9 轴 t毂 1 t 2230 1088 0 -0.036 0.018 4.03.3 445014 9 14 0 -0.043 0.0215 5.53.8 4450 14 9 140 -0.043 0.0215 5.53.8 3844 128 12+0.043 0 0.0215 5.03.3 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 19 7.2 键的校核键的校核 先根据设计出轴的尺寸 d=32mm,从标准中查的键的剖面尺寸为：键宽 b=10mm, 键高 h=8mm, 由轮毂宽度参考键的长度系列，取键长 L=50mm，选用半圆头普通平键。 校核键的连接强度 联接中心内以轮毂材料最弱，所以按钢材料查得许用挤压应力= 100 120Mpa，一般 P 取平均值=110 Mpa。键的工作长度， =L-b=50-10=40mm。键与轮毂键槽的接触高度 k 为 P l 等于 0.5h=4mm, x10002 : PP dKl T 校核公式 393.28 502/ )850(5 . 3 1951022 PP Mpa dKl T 故满足设计要求。 同理，另外的三个键都满足设计要求。 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 20 第八章第八章 润滑和密封方式的选择润滑和密封方式的选择 减速器的润滑： 减速器的传动零件和轴承必须要有良好的润滑，以降低摩擦，减少磨损和发热，提高效率。 8.1 齿轮润滑齿轮润滑 （1）润滑剂的选择 齿轮传动所用润滑油的粘度根据传动的工作条件、圆周速度或滑动速度、温度等按来选择。 （2）润滑方式（油池浸油润滑） 在减速器中，齿轮的润滑方式根据齿轮的圆周速度 V 而定。当 V12m/s 时，多采用油 池润滑，齿轮浸入油池一定深度，齿轮运转时就把油带到啮合区，同时也甩到箱壁上，借以 散热。 齿轮浸油深度以 12 个齿高为宜。当速度高时，浸油深度约为 0.7 个齿高，但不得小 于 10mm。当速度低（0.50.8m/s）时，浸油深度可达 1/61/3 的齿轮半径。 在多级齿轮传动中，当高速级大齿轮浸入油池一个齿高时，低速级大齿轮浸油可能超过 了最大深度。此时，高速级大齿轮可采用溅油轮来润滑，利用溅油轮将油溅入齿轮啮合处进 行润滑。 8.28.2 滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑 （1）润滑剂的选择 减速器中滚动轴承可采用润滑油或润滑脂进行润滑。若采用润滑油润滑，可直接用减速 器油池内的润滑油进行润滑。若采用润滑脂润滑，润滑脂的牌号，根据工作条件进行选择。 润滑方式（润滑油润滑） （2）飞溅润滑 减速器中当浸油齿轮的圆周速度 V 23m/s 时，即可采用飞溅润滑。飞溅的油，一部 分 直接溅入轴承，一部分先溅到箱壁上，然后再顺着箱盖的内壁流入箱座的油沟中，沿 油沟经轴承盖上的缺口进入轴承。输油沟的结构及其尺寸见图。当 V 更高时，可不设置油沟， 直接靠飞溅的润滑油轴承。若采用飞溅润滑，则需设计特殊的导油沟，使箱壁上的油通过导油 沟进入轴承，起到润滑的作用，因此选 a=7mm ,b=6mm. 图 8-1 油沟示意图 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 21 第九章第九章 箱体及设计的结构设计和选择箱体及设计的结构设计和选择 箱体是加速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件正确相对位置并 承受作用在减速器上载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱。其具体结构尺寸如下 表。 表 9-1 箱体主要尺寸减速器铸造箱体的结构尺寸 名称符号结构尺寸 箱座壁厚 10 箱盖壁厚 18 凸缘的厚度 b,b1,b 2 15，12，25 箱座、箱盖上的肋厚 m,m1 10，8 轴承旁凸台的高度和半径 h,R 由结构尺寸 轴承盖的外径 D2D+2.5d3 a1+a 2 358 df20 直径与数目 df 双 级 减 速 器 n6 通孔直径 f d 20 沉头座直径 D045 C1min25 地 脚 螺 钉 底座凸缘尺寸 C2min23 轴承旁联接螺栓直径 d116 联 接 螺 栓 箱座、箱盖联接螺栓直径 d210 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 22 联接螺栓直径 d16 通孔直径 d17.5 沉头座直径 D33 C1min24 凸缘尺寸 C2min20 定位销直径 d7 轴承盖螺钉直径 d310 视孔盖螺钉直径 d46 箱体外壁至轴承座端面的距离 L140 大齿轮顶圆与箱体内壁的距离 110 齿轮端面与箱体内壁的距离 212 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 23 第十章第十章 减速器的附件减速器的附件 为了保证减速器正常工作和具备完善的性能，如检查传动件的啮合情况、注油、排油、 通气和便于安装、吊运等。减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这些装置和零件及 箱体上相应的局部结构统称为附件（参机械设计基础第十四章） 。现将附件作如下分述。 10.1 窥视孔和视孔盖窥视孔和视孔盖 窥视孔用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，并可由该孔向箱内注入润滑油，平时 由视孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板底部垫有纸质封油垫片。 图 10-1 窥视孔和视孔盖结构图 102 通气孔通气孔 减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器能使热膨胀气体及时排出，保证箱 体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来。 10.310.3 轴承盖轴承盖 轴承盖用于固定轴承外圈及调整轴承间隙，承受轴向力。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。 凸缘式端盖调整轴承间隙比较方便，封闭性能好，用螺钉固定在箱体上，用得较多。嵌入式 端盖结构简单，不需用螺钉，依靠凸起部分嵌入轴承座相应的槽中，但调整轴承间隙比较麻 烦，需打开箱盖。根据轴是否穿过端盖，轴承盖又分为透盖和闷盖两种。透盖中央有孔，轴 的外伸端穿过此孔伸出箱体，穿过处需有密封装置。闷盖中央无孔，用在轴的非外伸端。 通 过对轴及轴承盖的设计得出数据，设计轴承盖： 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计 24 图 10-2 轴承盖 表 10-1 轴承盖的具体参数 内径为 35mm 的轴