机械设计课程设计-二级展开式圆柱齿轮减速器设计.doc

机械设计课程设计计算说明书二级展开式圆柱齿轮减速器设计 计算说明书 题目名称：二级展开式圆柱齿轮减速器设计 姓 名： 学 院： 制造科学与工程学院 班 级： 机械1002 学 号： 指导老师： 金玉萍 日 期： 2012.12.25 目 录一、电动机的选择.(3)二、计算传动装置的运动和动力参数.(5)三、齿轮的设计与计算,.(7)四、轴的设计与校核.(13)五、滚动轴承的校核(22)六、连接件键设计(24)七、减速器的润滑及密封(25)八、箱体及其附件结构设计(26)九、设计总结(28)十、参考文献.(29)30 课程设计设计内容 计算及说明结果选择电机类型 一、电动机的选择1、 选择电动机类型：根据工作要求选用三相笼型异步电动机，全封闭式结构，380V，Y型。1） 电动机总效率计算根据公式： 式中是联轴器的效率，取=0.98； 是滚动轴承的效率，取=0.99； 是一对圆柱齿轮的效率，取=0.95； 是卷筒机的效率，取=0.96；因此总效率=0.802） 工作机所需功率计算 工作机所需功率 式中F=4800N，v=1.25m/s;代入上式得：3） 电动机所需功率的计算 电动机所需功率代入数据得：4） 转筒转速计算 转筒转速由于二级减速器的传动比范围是因此电动机的转速范围是根据所需的的功率在表121中选择电机，有三种选择：Y160M-6，Y132M-4，Y160L-8；综合考虑价格，重量，转矩方面的因素，由于Y132M-4型电机价格较便宜，输出转矩较大并且质量较轻，因此选择Y132M-4型电机作为动力的输入源。起具体的参数见下表：型号Y132M-4额定功率（kw）7.5满载转速(r/min)1440额定转矩（Nm）2.2最大转矩（Nm）2.3质量（kg)812、 确定传动比以及确定分配传动比：总传动比 其中为电机满载转速； n为工作机转速；取，则工作机此时转速为与给定的实际工作机相比，误差值为变动量极小，故此传动比满足条件。计算传动装置的运动与动力参数二、计算传动装置的运动与动力参数1、 确定各级齿轮传动比 对于二级开式圆柱齿轮减速器，考虑到浸油润滑的要求，应使两个大齿轮的尺寸相近，即两级减速的传动比相近，根据图15-1中推荐的两级齿轮减速比关系:,参照表1-6以及表14-2中给出的各级传动的传动比，初步确定第一级传动比，第二级传动比。2、 计算各轴的转速第一根轴转速第二根轴转速第三根轴转速卷筒机转速代入数据得 3、 计算各轴的输入功率第一根轴：第二根轴：第三根轴：卷筒机轴：各轴功率：4、 计算各轴输出转矩电机输出扭矩：第一根轴输出转矩：第二根轴输出转矩：第三根轴输出转矩：卷筒机轴输出扭矩：各轴转矩：齿轮的设计与计算轴的设计及校核滚动轴承的校核连接件键的校核三、齿轮的设计与计算（1）高速级齿轮传动设计1）、确定材料以及许用应力设齿轮按8级精度制造。因为传递的功率不高、转速适中，因此大小齿轮材料都用45钢，大齿轮用正火热处理，小齿轮用调质热处理的方法，并且都使用软齿面，查表得小齿轮硬度229286HBS，大齿轮硬度为169217HBS。齿轮的许用接触应力查表6.5，取由于使用折旧期为8年，所以查图6.16，取 因此对于小齿轮， 对于大齿轮， 取两者之中较小的一个，因此2）、按齿面接触疲劳强度进行计算：小齿轮分度圆直径其中为区域系数，查表6.12，取（暂取） 为材料系数，查表6.3，取 为重合度系数，由于传动比较大，取 为螺旋角系数， K是载荷系数， 是第一根轴的输出扭矩， 为齿宽系数，由于小齿轮对称布置，查表6.8，取 是两啮合齿轮中许用接触应力较小的： u是高速级齿轮的传动比：因此 3） 、计算齿轮传动参数确定中心距 为便于制造和测量，初定a=190mm；选定模数、齿数、和螺旋角 初选 则，代入上式 由标准取，因此： 取由于计算得，由此得传动比为此传动比与要求的的值相比，误差值为满足要求；并由此求得螺旋角 齿轮的几何尺寸计算小齿轮分度圆直径大齿轮分度圆直径按照强度的计算要求，取齿宽系数 进过圆整后大齿轮齿宽为取小齿轮的宽度为由于采用软齿面的闭式齿轮设计，弯曲疲劳强度满足要求，在此不进行弯曲疲劳强度的校核。（2） 低速级齿轮传动计算1） 、确定材料以及许用应力与高速级齿轮传动一样，因为传递的功率不高、转速适中，因此大小齿轮材料都用45钢，大齿轮用正火热处理，小齿轮用调质热处理的方法，并且都使用软齿面，查表得小齿轮硬度229286HBS，大齿轮硬度为169217HBS。设齿轮按8级精度制造。齿轮的许用接触应力查表6.5，取由于使用折旧期为8年，所以：查图6.16，取 因此对于小齿轮， 对于大齿轮， 取两者之中较小的一个，因此2）、按齿面接触疲劳强度进行计算：小齿轮分度圆直径其中为区域系数，查表6.12，取（暂取） 为材料系数，查表6.3，取 为重合度系数，由于传动比较大，取 为螺旋角系数， K是载荷系数， 是第二根轴的输出扭矩， 为齿宽系数，由于小齿轮对称布置，查表6.8，取 是两啮合齿轮中许用接触应力较小的： u是低速级齿轮的传动比：因此3）、计算齿轮传动参数确定中心距 为便于制造和测量，初定；选定模数、齿数、和螺旋角 初选 则，代入上式 由标准取，因此： 取由于计算得，由此得传动比为此传动比与要求的的值相符，满足要求；并由此求得螺旋角 齿轮的几何尺寸计算小齿轮分度圆直径大齿轮分度圆直径按照强度的计算要求，取齿宽系数 进过圆整后大齿轮齿宽为取小齿轮的宽度为与低速级齿轮一样，由于采用软齿面的闭式齿轮设计，弯曲疲劳强度满足要求，在此不进行弯曲疲劳强度的校核。（3）由上面的计算得出齿轮传动的主要参数表如下：高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮齿数z3521125125中心距a(mm)190310模数m(mm)1.54齿宽b(mm)6055110105分度圆直径d(mm)54.07325.93103.33516.66四、轴的设计及校核（在本次设计中为减轻设计负担，只进行高速轴的强度校核）（1） 高速轴的设计1） 、选择材料以及热处理方式选择轴最常用的材料45钢，调质处理（强度、硬度以及韧性均加强）。2）、初估轴径按扭转强度法估算高速轴的直径，查表11.3，取常数，轴的最小直径满足：；此轴的最小直径即安装在联轴器处轴的最小直径，为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。3) 、选择联轴器型号根据传动装置的工作条件拟选用HL型弹性注销联轴器。由于运输机工作平稳，取,由联轴器计算转矩：；按照及电动机轴尺寸等限制条件，联轴器一端连接电机，查表12-3，电机输出轴的直径为38mm。查表8-5，选用LT6型弹性柱销联轴器。其公称转矩，许用转速为4600r/min,半联轴器的孔径，故选取联轴器型号为。联轴器参数为：主动端：Y型轴孔、A型键槽、d=38mm、L=82mm从动端：Y型轴孔、A型键槽、d=32mm、L=82mm4）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案 轴的设计方案如下，2与3轴处长度较大，转速高，不适合用套筒，故采用阶梯轴。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 a、根据联轴器的直径要求，取，为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段左端制作出一轴段，根据轴肩的要求，取2-3段的直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度为82mm，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1-2段的长度应比毂孔长度略短一些，先取。b、初步选择滚动轴承。因轴承同时受到较大径向力和轴向力的作用，故选用单列角接触球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的单列角接触球轴承7008C，其尺寸为dDB=406815mm，故，根据轴承的安装尺寸，同时可以得出。由减速器的结构设计，取轴承端盖的宽度为10mm，根据减速器便于拆装的要求以及便于轴承的润滑，取端盖外端面与半联轴器右端面的距离为30mm，故。c、根据二级减速器低速级的中心距a=310mm，取低速级两齿轮的距离为8mm，小齿轮宽度110mm，轴承宽度15mm，取轴承与机体内侧的距离4mm，得出，。 d、选用齿轮轴，根据高速级小齿轮尺寸，得齿轮处直径，。e、根据齿轮安装位子及尺寸，得出，。至此，已经初步确定了轴的各段直径与长度。轴上零件的周向定位联轴器与轴的周向定位采用普通A型平键连接，按由标准查得平键为10850mm，为使齿轮和轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。确定轴上圆角和倒角尺寸查表11.2，轴端倒角均为，其余各轴肩圆角半径见上图。5） 、轴的受力分析 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。确定轴的支点位置，对与轴承7009，轴承安装方法采用正装，查表6-6，取a=16mm。因此作为简支梁的轴的支撑跨距为232-2*a=200mm。计算轴齿轮上的圆周力：，径向力：轴向力根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图如下： 分别计算水平面与垂直面内的弯矩和扭矩如下： 总弯矩为6)、轴的弯扭合成强度校核进行校核时通常只校核承受最大弯矩核最大扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据教材公式11.3中轴的抗弯截面系数的计算公式，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力：；之前已选定轴的材料为45号调质钢，其抗拉强度，因此由表11.4查得轴的许用弯曲应力。因此，故轴安全。（2） 中间轴的设计1）、选择材料以及热处理方式选择轴最常用的材料45钢，调质处理（强度、硬度以及韧性均加强）。2）、初估轴径按扭转强度法估算中间轴的直径，查表11.3，取常数，轴的最小直径满足：；3）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案 轴的设计方案如下，齿轮2与齿轮5轴安装处用套筒连接。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a、 初步选择滚动轴承。由于中间轴安装有两个齿轮，根据其轴向力的不同，可以使轴向力互相抵消一部分，故所受轴向力较小，径向力占主要的部分，而且转速也不高，故可以选择的滚动轴承为圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的圆锥滚子轴承30207，其尺寸为dDT=357218.25mm，因此。b、取两齿轮间距离，故，齿轮机架内壁留有的间隙，轴承内端面与机架内壁距离。c、根据齿轮的齿宽大齿轮取，小齿轮采用齿轮轴设计长度d、根据齿轮安装位子及尺寸，根据高速轴轴颈长为31mm，得出两套筒长度为16mm。由此可以得出，根据轴承标准，齿轮安装处，则由轴肩固定的原则，取。至此，已经初步确定了轴的各段直径与长度。轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用普通A型平键连接，按由标准查得大齿轮平键为12845mm。确定轴上圆角和倒角尺寸查表11.2，轴端倒角均为，其余各轴肩圆角半径见上图。（3） 、低速轴的设计1）、选择材料以及热处理方式低速选择轴最常用的材料45钢，调质处理（强度、硬度以及韧性均加强）。2）、初估轴径按扭转强度法估算低速轴的直径，查表11.3，取常数，轴的最小直径满足：；此轴的最小直径即安装在联轴器处轴的最小直径，为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。3）、选择联轴器型号根据传动装置的工作条件拟选用HL型弹性注销联轴器。由于运输机工作平稳，取,由联轴器计算转矩：；按照的限制条件，查表8-5，选用LT10型弹性柱销联轴器。其公称转矩，许用转速为2300r/min,半联轴器的孔径，初选取联轴器型号为。联轴器参数为：主动端：Y型轴孔、A型键槽、d=70mm、L=142mm从动端：Y型轴孔、A型键槽、d=70mm、L=142mm4）、轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案轴的设计方案如下，6与7之间用套筒连接。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 a、根据联轴器的直径要求，取，为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端制作出一轴段，根据轴肩的要求，取2-3段的直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度为142mm，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1-2段的长度应比毂孔长度略短一些，先取。b、初步选择滚动轴承。因轴承同时受到较大径向力和轴向力的作用，运转速度较低，故选用圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的圆锥滚子轴承30217，其尺寸为dDT=8515030.5mm，故，根据轴承的安装尺寸，同时可以得出。由减速器的结构设计，取轴承端盖的宽度为10mm，根据减速器便于拆装的要求以及便于轴承的润滑，取端盖外端面与半联轴器右端面的距离为30mm，故，同时左边的轴承与轴紧密连接，可得出为轴承的宽度，即：。c、由大齿轮宽度为105mm，为满足其定位要求，取，根据设计要求，取，可以得出套筒长度为16mm，因此d、根据轴承标准，取套筒小截面处外径为95mm，取大截面处外径为105mm，因此可以取e、由于安装在同一机架上，此轴的两轴承外端面长度仍为232mm，由此可以得出。至此，已经初步确定了低速轴的各段直径与长度。轴上零件的周向定位联轴器与轴的周向定位采用普通A型平键连接，按由标准查得平键尺寸为2012110mm。大齿轮与轴的周向定位也采用普通A型平键连接，按照由标准取得平键尺寸为251490mm确定轴上圆角和倒角尺寸查表11.2，轴端倒角均为，其余各轴肩圆角半径见上图所示。五、滚动轴承的校核（本次设计中为减轻设计负担，只进行高速轴上轴承的校核）根据要求对所选的在高速轴1上的两滚动轴承进行校核，角接触球轴承都为7008C，其基本额定动载荷，基本额定静载荷。查表8.6，由于冲击小，取前面求得的两个轴承所受的载荷分别为： 外加轴向力1、求轴向力与径向力之比 对于角接触球轴承所受径向力： 查表8.7，角接触球轴承的派生轴向力计算公式为:S=0.5R由此得派生轴向力分别为： 明显故轴承二被“压紧”，轴承一被“放松”，所以求得： 2、计算轴承当量动载荷和 查表8.5，利用线性插值法，取e=0.46因为 查表8.5，用线性插值法取X=0.44，Y=1.173、验算轴承的寿命按要求轴承的最短寿命为：；所选轴承7009C基本额定寿命，根据式8.2有：则，故所选的轴承7010C满足要求。联轴器型号为：轴强度校核合格联轴器型号：选用滚动轴承合格高度轴选用键为：键10850GB/T1096-2003六、连接件键的校核（本次设计中为减轻设计负担，只进行高速轴上键的校核）1、本次设计中所用各键的尺寸表高速轴中间轴低速轴键的型号A型平键A型平键A型平键10x8x50大齿轮：12x8x45联轴器：20x11x110大齿轮：25x14x902、校核键联接的强度由式3.1，平键连接的挤压强度条件：；1) 键、轴和联轴器的材料都是钢，承受轻微冲击，由表3.1查得许用挤压应力，取 ；2) 键的工作长度，则由上式得：；故所选的平键满足强度要求。所校核键的标记为： 键10850GB/T 1096-2003。减速器润滑及密封七、减速器润滑及密封1、齿轮的润滑由于两对啮合齿轮中的大齿轮直径径相差不大，计算它们的速度：，；，所以齿轮传动可采用浸油润滑，查表6.10按照推荐的润滑油粘度，选用全损耗系统用油（GB/T 433-1989），代号为L-AN100。2、滚动轴承的润滑第一对滚动轴承第二对滚动轴承第三对滚动轴承查表8.11，三对滚动轴承的转速均比较低，因此采用润滑脂润滑。3、 减速器的密封 在轴承端盖与轴结合处采用毡圈式密封，利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用，获得防止润滑油漏出和外界杂质灰质等侵入 轴承室的密封效果。箱盖、箱座之间采用涂密胶（水玻璃）密封。检查孔盖板、排油螺塞、油标、与箱体的接合面间采用纸封油垫加以密封。箱体及其附件结构设计八、箱体及其附件结构设计（1）、箱体的结构设计箱体采用剖分式结构，剖分面通过轴心。下面对箱体进行具体设计。1、确定箱体的尺寸与形状箱体的尺寸直接影响它的刚度，首先确定合理的箱体壁厚。为了保证结合面连接处的局部刚度与接触刚度，箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘，箱座底面凸缘厚度设计得更厚些。2、合理设计肋板；在轴承座孔与箱底接合面处设置加强肋，减少了侧壁的弯曲变形。3、合理选择材料；因为铸铁易切削，抗压性能好，并具有一定的吸振性，且减速器的受载不大，所以箱体可用灰铸铁制成。（2）、附件的结构设计1、检查孔和视孔盖检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，检查要开在便于观察传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖用铸铁制成，它和箱体之间加密封垫。2、放油螺塞放油孔设在箱座底面最低处，其附近留有足够的空间，以便于放容器，箱体底面向放油孔方向倾斜一点，并在其附近形成凹坑，以便于油污的汇集和排放。放油螺塞为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处加封油圈密封。3、油标油标用来指示油面高度，将它设置在便于检查及油面较稳定之处。4、通气器通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转时箱内温度升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。将通气器设置在检查孔上，其里面还有过滤网可减少灰尘进入。5、起吊装置起吊装置用于拆卸及搬运减速器。减速器箱盖上设有吊孔，箱座凸缘下面设有吊耳，它们就组成了起吊装置。6、起盖螺钉为便于起盖，在箱盖凸缘上装设2个起盖螺钉。拆卸箱盖时，可先拧动此螺钉顶起箱盖。7、定位销在箱体连接凸缘上相距较远处安置两个圆锥销，保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度。设计总结8、 箱体相关的各参数见下表 减速器箱体及附件主要结构尺寸关系名称符号计算公式结果箱座壁厚10.75箱盖壁厚9.2箱盖凸缘厚度13.8箱座凸缘厚度16.13箱座底凸缘厚度26.875地脚螺钉直径24地脚螺钉数目查机械设计课程设计表4-66轴承旁联接螺栓直径18机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）12轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）10窥视孔盖螺钉直径=（0.30.4）8定位销直径=（0.70.8）9至外机壁距离查指导书表434 26 18至凸缘边缘距离查指导书表428 16外机壁至轴承座端面距离=+（812）50大齿轮顶圆与内机壁距离1.215齿轮端面与内机壁距离12机盖，机座肋厚8 10轴承端盖外径+（55.5）75 75 80大齿轮顶圆与内机壁距离75 75 80九、设计总结1、设计方案分析1)能满足所需的传动比 齿轮传动能实现稳定的传动比，该减速器为满足设计要求而设计了130的总传动比。2)选用的齿轮满足强度刚度要求 由于系统所受的载荷不大，在设计中齿轮采用了齿轮轴设