机械设计课程设计-二级同轴式齿轮减速器的设计F=4000,V=1.6,D=400.doc

目录1. 设计任务书12. 传动方案简述4 一、传动方案说明4 二、电动机的选择4 三、总传动比的确定及各级传动比的分配8 四、各轴转速，转矩与输入功率83. 传动设计11 一、低速级齿轮传动设计11 二、高速级齿轮传动设计17 三、齿轮参数汇总表22 四、齿轮结构224. 轴及轮毂连接23 一、高速轴的结构设计23 二、低速轴的结构设计30 三、中间轴的结构设计375. 减速器的润滑与密封436. 减速器箱体及其附件457. 小结4953设 计 计 算 及 说 明结 果一 设计任务书1.1 题目：二级同轴式齿轮减速器的设计。全套图纸加扣3012250582 1.2 任务：（1）减速器装配图（0号） 1张 （2）低速轴零件图（3号） 1张（3）低速级大齿轮零件图（3号） 1张 （4）设计计算说明书 1份1.3 传动方案： 图（1）传动方案示意图 1电动机 2联轴器 3同轴式二级齿轮减速器 6联轴器 5卷筒 4传送带1.4 设计参数： （1）运输工作拉力F=4000N （2）运输带工作速度V= 1.6m/s （3）卷筒直径 D= 400mm1.5 其它条件：工作条件：一班制，连续单向运转、载荷平衡，室内工作，有灰尘（已考虑）实用年限：十年、大修期三年生产批量：10台生产条件：中等规模机械厂，可加工7-8级精度齿轮及蜗轮动力来源:电力、三箱交流电、电压200/300伏二传动方案简述2.1 传动方案说明 2.1.1 选用闭式斜齿圆柱齿轮闭式齿轮传动的润滑及防护条件最好。而在相同的工况下，斜齿轮传动可获得较小的几何尺寸和较大的承载能力。采用传动较平稳，动载荷较小的斜齿轮传动，使结构简单、紧凑。而且加工只比直齿轮多转过一个角度，工艺不复杂。 2.1.2将传动齿轮布置在距离扭矩输入端较远的地方由于齿轮相对轴承为不对称布置，使其沿齿宽方向载荷分布不均。固齿轮布置在距扭矩输入端较远的地方，有利于减少因扭矩引起的载荷分布不均的现象，使轴能获得较大刚度。 综上所述，本方案具有一定的合理性及可行性。2.2 电动机的选择（1）电动机类型和结构型式根据直流电动机需直流电源，结构复杂，成本高且一般车间都接有三相交流电，所以选用三相交流电动机。又由于Y系列笼型三相异步交流电动机其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、起动性能较好、价格低等优点均能满足工作条件和使用条件。根据需要运送型砂，为防止型砂等杂物掉入电动机，故选用封闭式电动机。根据本装置的安装需要和防护要求，采用卧式封闭型电动机。Y(IP44)笼型封闭自扇冷式电动机,具有防止灰尘或其他杂物侵入之特点。故优先选用卧式封闭型Y系列三相交流异步电动机。电动机的额定电压一般为380V。（2） 选择电动机容量 1、电动机所需工作功率Pd 电动机额定功率 因此 式中： V -传送速度; -传动总效率; F-运输工作拉力 由电动机至运输带的总效率 h 弹性联轴器的效率=0.993 一对球轴承的效率=0.99 一对齿轮传动的效率=0.97 卷筒的效率=0.96 因为 所以 2、确定电动机转速 式中: -电动机转速; iv -V带的传动比; -高速齿轮的传动比 -低速齿轮的传动比; -卷筒轴的转速 卷同轴工作转速为 r/min二级圆柱齿轮减速器传动比i=840，故电动机转速可选的 范围为 （3）确定电动机的型号 一般同步转速取1000r/min或1500 r/min的电动机。初选 方案： 查机械设计手册得电动机型号额定功率kw同步转速r/min最大转矩额定转矩满载转速r/min质量kgY132M-47.51500 2.21440 68 （4）电动机的主要参数 电动机的主要技术数据 电动机型号额定功率kw同步转速r/min最大转矩额定转矩满载转速r/min质量kgY132M-47.51500 2.21440 68 （2）电动机的外形示意图 Y型三相异步电动机 （3）电动机的安装尺寸表 （单位：mm） 电机型号Y132M型号尺 寸HABCDEFGDGADACHDL132216178893880108332102703155152.3 总传动比的确定及各级传动比的分配2.3.1 理论总传动比 nm : 电动机满载转速2.3.2 各级传动比的分配 两级齿轮传动的传动比由于是同轴式传动故取高速级和低 速级的传动比为 2.4 各轴转速，转矩与输入功率2.4.1 各轴理论转速设定：高速轴为轴，图（1）右上侧中间轴为轴，图（1）左侧低速轴为轴，图（1）右下侧联轴器为IV轴 （1）轴 r/min (2)轴 r/mim (3)轴 r/min (4)IV轴 r/min2.4.2 各轴的输入功率 (1)轴 kw (2)轴 kw (3)轴 kw （4）IV轴 2.4.3 各轴的输入转矩(1)电动机 (2)轴 Nmm(3)轴 Nmm (4)轴 = Nm （5）卷筒轴 2.4.4各轴运动和动力参数汇总表轴名功率（kw）转矩（N.mm）转速（r/min)传动比i效率（%）电机轴7.54.974144010.993轴7.454.93914404.340.96轴7.1520.58331.804.340.96轴6.8785.77 76.4510.983卷筒轴6.7584.3276.45三、传动设计3.1 低速级齿轮传动设计3.1.1设计计算一 选齿轮类、精度等级、材料及齿数 1 为提高传动平稳性及强度，选用斜齿圆柱齿轮； 2 因为运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度； 3 为简化齿轮加工工艺，选用闭式软齿面传动小齿轮材料：40cr（调质） HBS1=280接触疲劳强度极限MPa （由书本图10-21d）弯曲疲劳强度极限 Mpa （由书本图10-20C查得）大齿轮材料：45号钢（调质） HBS2=240接触疲劳强度极限 MPa （由书本图10-21c） 弯曲疲劳强度极限 Mpa （由书本图10-20C查得） 4初选小齿轮齿数 大齿轮齿数Z2 = Z1= 244.34=104.16取105 5初选螺旋角二 按齿面接触强度设计 计算公式： 1 确定公式内的各计算参数数值 初选载荷系数 小齿轮传递的转矩 Nmm 取齿宽系数 材料的弹性影响系数 Mpa1/2 （由机械设计课本10-6） 区域系数 （由1 P217图10-30） ， （由机械设计课本 图 10-26） 应力循环次数 接触疲劳寿命系数 （由机械设计课本图 10-19） 接触疲劳许用应力，取安全系数 取 MPa2 计算（1）试算小齿轮分度圆直径 =71.18mm（2）计算圆周速度 m/s（3）计算齿宽b及模数mnt mm （4）计算纵向重合度 （5） 计算载荷系数 使用系数 跟据传动条件可知使用系数 动载系数 根据v=1.19m/s ，7级精度，由图108查得动载系数 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数 根据小齿轮相对支承为非对称布置、7级精度、=1.0，得 =1.423 按齿根弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数 根据b/h=11、 齿向载荷分配系数、 假设，根据7级精度，软齿面传动，得 =11.051.41.423=2.09（6） 按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径 3. 按齿根弯曲强度设计 1 确定计算参数 （1）计算载荷系数K3 （2）螺旋角影响系数 根据纵向重合系数 ，得 0.88 （3）弯曲疲劳系数KFN 得 （4）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 得 （5）计算当量齿数ZV ， ， （6）查取齿型系数YF 应力校正系数YS 得 （7）计算大小齿轮的 并加以比较比较 所以大齿轮的数值大，故取0.01482。2 计算 =2.18mm4、 分析对比计算结果对比计算结果，取=2.5mm已可满足齿根弯曲强度。但为了同时满足 接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的d3=68.59mm来计算应有的 取 取1355、 几何尺寸计算 1 计算中心距阿a将a圆整为214mm 2 按圆整后的中心距修正螺旋角 3 计算大小齿轮的分度圆直径d1、d2 4 因值改变不多，故参数、等不必修正。 5 计算齿轮宽度b =79.93mm 圆整后 mm 85 mm6、 验算 100N /mm 与初设相符 设计符合要求3.2 高速级齿轮传动设计3.2.1设计计算一 选齿轮类、精度等级、材料及齿数1 为提高传动平稳性及强度，选用斜齿圆柱齿轮；2 因为运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度；3 为简化齿轮加工工艺，选用闭式软齿面传动 小齿轮材料：40cr（调质） HBS1=280 接触疲劳强度极限MPa （由1P209图10-21d） 弯曲疲劳强度极限 Mpa （由1 P209图10-20c） 大齿轮材料：45号钢正火 HBS4=190 接触疲劳强度极限 MPa （由1 P209 图10-21c） 弯曲疲劳强度极限 Mpa （由1 P209图10-20b）4 为保证高速级与低速级齿轮中心距相等即a=214mm，取=2.5，初选小齿轮齿数，大齿轮齿数Z2= Z1= 304.34= 130.2，取131，初选螺旋角，因为，所以二 按齿面接触强度设计校核 计算公式： （由P2181式10-21） 1. 确定公式内的各计算参数数值初选载荷系数小齿轮传递的转矩 Nmm齿宽系数 （由1P156表10-7） 材料的弹性影响系数 Mpa1/2 （由1P201表10-6） 区域系数 （由1P217 图10-30） ， （由1 P215图10-26） 应力循环次数接触疲劳寿命系数 （由1P207图10-19）接触疲劳许用应力，取安全系数2. 计算（1）试算分度圆直径 （2）计算圆周速度 （3） 计算载荷系数 使用系数 根据电动机驱动得 动载系数 根据v=6.01m/s，7级精度 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数 根据小齿轮相对支承为非对称布置、7级精度、=1, mm，得 =1.462 按齿根弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数 齿向载荷分配系数、 假设，根据7级精度，软齿面传动，得 =11.151.41.462=2.35（4） (5）（6）所以符合设计条件三 按齿根弯曲强度设计校核 1 确定计算参数（1）计算载荷系数K （2）螺旋角影响系数 根据纵向重合 ，得0.88（3）弯曲疲劳系数KFN 得 （4）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 得（5）查取齿型系数YF 应力校正系数YS 得 （6）计算大小齿轮的 并加以比较 所以满足条件。 将齿宽圆整为B2=80mm,B1=85mm3.3 齿轮参数汇总表高速级齿轮齿数分度圆直径d(mm)da(mm)df(mm)精度等级Z13079.7584.7579.127Z2131348.25353.25347.62传动传动比i中心距a模数mn螺旋角计算齿宽b2(mm)4.34214 2.519.8880低速级齿轮齿数分度圆直径d(mm)da(mm)df(mm)精度等级Z33179.9384.9379.37Z4135348.08353.08347.45传动传动比i中心距a模数mn螺旋角计算齿宽b4(mm)4.342142.514.16803.4 齿轮结构参照2/P66表9-2，齿轮1、3采用齿轮轴，齿轮2、4采用腹板式。四. 轴及轮毂连接4.1 高速轴的结构设计4.1.1高速轴上的功率P1、转速n1、转矩T1P1=7.45kwn1=1440r/minT1=4.941104Nmm 4.1.2 求作用在齿轮上的力 4.1.2估算轴的最小直径高速轴选用材料：45号钢，调质处理。 取A 0 =112由于需要考虑轴上的键槽放大,d0 =20.34mm 段轴需与联轴器连接，为使该段直径与连轴器的孔径相适应，所以需同时选用连轴器，又由于本减速器属于中小型减速器，其输出轴与工作机轴的轴线偏移不大。其次为了能够使传送平稳，所以必须使传送装置具有缓冲，吸振的特性。因此选用弹性柱销联轴器。联轴器的计算转矩 查表14-1取，则 查机械设计手册（软件版），选用GB/T 5014-2003中的HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000N。半联轴器的孔径，轴孔长度L82,J型轴孔,C型键,联轴器主动端的代号为HL3 38*82 GB/T 5014-2003,相应地,轴段1的直径,轴段1的长度应比联轴器主动端轴孔长度略短,故取 4.1.3轴的结构设计(直径,长度来历)一 高速轴的结构图二 根据轴向定位要求，确定轴的各段直径和长度 （）为满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需制处一轴肩，轴肩高度,故取段的直径（2）初选型号9的深沟球轴承参数如下基本额定动载荷基本额定静载荷故 轴段7的长度与轴承宽度相同,故取 ( 3 )轴段4上安装齿轮,为便于齿轮的安装,应略大与,可取.齿轮左端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮左端面上,即靠紧,轴段4的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽,故取 ( 4 )齿轮右端用肩固定,由此可确定轴段5的直径, 轴肩高度,取,故取 为减小应力集中,并考虑右轴承的拆卸,轴段6的直径应根据6009深沟球轴承的定位轴肩直径确定,即 ( 5 )取齿轮端面与机体内壁间留有足够间距H,取 ,取轴承上靠近机体内壁的端面与机体内壁见的距离S=10mm,取轴承宽度C=50mm.由机械设计手册可查得轴承盖凸缘厚度e=10mm,取联轴器轮毂端离K=20mm.故取齿轮齿宽中间为力作用点,则可得, （6）键连接。联轴器：选单圆头平键 键C 10*70 GB/T 1096-2003 t=5mm h=8mm 5.轴的受力分析 1)画轴的受力简图 ）计算支承反力 在水平面上在垂直面上 故 总支承反力） 画弯矩图 故 4）画转矩图 6 校核轴的强度 C剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故C剖面左侧为危险剖面 轴的材料为45钢 , 调质处理. 由 表 15-1 查得 ,. 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取.因 , ,经插值后可查得 又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为 故有应力集中系数按式(附3-4)为 由附图3-2得尺寸系数由附图3-3得扭转尺寸系数由附图3-4得 轴未经表面强化处理,即,则按式3-12及3-12a得综合系数值为 由3-1及3-2得碳钢的特性系数 , 取 , 取于是,计算安全系数值,按式(15-6)(15-8)则得 故安全7 按弯矩合成应力校核轴的强度对于单向转动的转轴,通常转矩按脉动循环处理,故取折合系数,则 查表15-1得=60mpa,因此,故安全.8 校核键连接强度联轴器: 查表得.故强度足够.齿轮: 查表得.故强度足够.9. 校核轴承寿命轴承载荷 轴承1 径向: 轴向: 轴承2 径向: 轴向: 因此,轴承1为受载较大的轴承,按轴承1计算 按表13-6,取按表13-5注1对深沟球轴承取,则相对轴向载荷为 在表13-5中介于0.250.50间,对应的e值为0.370.44,Y值为1.21.0线性插值法求Y值 故 查表13-3得预期计算寿命4.2 低速轴的结构设计4.1.1低速轴上的功率P3、转速n3、转矩T3P3=6.87kwn3=76.45r/minT3=85.77104Nmm 4.1.2 求作用在齿轮上的力 4.1.2估算轴的最小直径低速轴选用材料：45号钢，调质处理。 取A 0 =112由于需要考虑轴上的键槽放大,d0 =52.6mm 段轴需与联轴器连接，为使该段直径与连轴器的孔径相适应，所以需同时选用连轴器，又由于本减速器属于中小型减速器，其输出轴与工作机轴的轴线偏移不大。其次为了能够使传送平稳，所以必须使传送装置具有缓冲，吸振的特性。因此选用弹性柱销联轴器。 联轴器的计算转矩 查表14-1取，则 查机械设计手册（软件版），选用GB/T 5014-2003中的HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000N。半联轴器的孔径，轴孔长度L84,J型轴孔,C型键,联轴器主动端的代号为HL4 55*84 GB/T 5014-2003,相应地,轴段1的直径,轴段1的长度应比联轴器主动端轴孔长度略短,故取4.1.3轴的结构设计(直径,长度来历)一 高速轴的结构图二 根据轴向定位要求，确定轴的各段直径和长度 （）为满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需制处一轴肩，轴肩高度,故取段的直径（2）初选型号313的深沟球轴承参数如下基本额定动载荷基本额定静载荷故 轴段7的长度与轴承宽度相同,故取 ( 3 )轴段4上安装齿轮,为便于齿轮的安装,应略大与,可取.齿轮左端用套筒固