毕业设计（论文）-一级直齿圆柱齿轮减速器的设计（全套图纸）.pdf

I 摘 要 减速器是机械工业中应用最多的既能够提供动力又能够减速，增加输出扭矩 的装置，在各行各业的机械设备中都有用到，随着机械工业的越来越强大，各种 类型的减速器将会陆续地出现在一些机械设备工厂，从而来满足不同工况的不同 需求。本篇毕业设计主要是针对一级直齿圆柱齿轮减速器的介绍，对一级直齿圆 柱齿轮减速器中的各个重要零件，例如传动轴，齿轮等等进行分析和设计，从而 设计出参数合理，运行可靠平稳的一级直齿圆柱齿轮减速器。 关键词：关键词： 减速器、齿轮、传动轴 全套图纸，加 153893706 *毕业设计（论文） ABSTRACT II ABSTRACT This paper starts from the study of the governing mechanism, combined gear box with a 11 roller straightening machine straightening the design, and structure design of the combined gear box, calculation, calculation, design and checking calculation of parameters of each gear of the transmission shaft of the transmission gear box comprises a joint. And complete the drawing and parts drawing assembly diagram, and mechanical drawing software rendering. In the stage of structural design, should firmly establish the assurance levels of gear meshing good sense, welded body structure and the shafting structure suitable, reasonably determine the gear rotation direction and rotation direction of attention gear, lubrication piping design, to ensure that the design and calculation of implement, deceleration machine art is good, easy to use, reliable. This topic is mainly combined speed reducer for straightening machine of design. Key words： Straightening machine, gear box, transmission shaft 目录 I 目目 录录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 1、绪、绪 论论 1 1.1 本课题研究目的与意义 1 1.2 本课题国内外发展概况 1 2 、传动方案的拟定、传动方案的拟定 3 3 、一级直齿圆柱齿轮减速器传动机构设计、一级直齿圆柱齿轮减速器传动机构设计 6 3.1 确定总传动比及分配各级传动比 6 3.2 传动装置的运动和动力设计 6 3.3 齿轮传动的设计 11 3.4 传动轴的设计 12 3.5 箱体的设计 16 3.6 键连接的设计 16 3.7 滚动轴承的设计 16 3.8 润滑和密封的设计 16 3.9 联轴器的设计 16 结结 论论 40 参参 考考 文文 献献 41 致致 谢谢 42 2 1 绪 论 1.1 本课题研究目的与意义本课题研究目的与意义 在机械工业中，减速器是不可或缺的基础动力装置。作为重要的机械产业， 减速器行业的发展程度成为一个国家社会发展水平和综合实力的重要衡量指标。 我国经济正处于高速发展期，机械工程建设成为国内机械领域投资最主要的方 式。因此，减速器作为最主要的动力装置之一，必然也处于扩张阶段。减速器的 运转精度和传动效率，与其内部的传动轴和传动齿轮等主要零件密切相关，还有 减速器内部的润滑等等因素都是影响减速器精度的重要原因。 在新的市场需求的驱动下，减速器的更新和优化升级更加迫切。国内减速器 生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的一级直齿圆柱齿轮减速 器， 在推动机械工程不断向前的过程中发挥了积极作用。一般生产减速器设备的 企业对设备减速器内部零部件的质量指数上都有严格的要求。 各企业在生产设备 时， 都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种种问题，从而减少减速器因为振 动或者操作不当而引起的噪音大、污染重等现象。 1.2 本课题国内外发展概况本课题国内外发展概况 减速器的发展史可以追溯到 19 世纪 50 年代，当世界上第一台减速器诞生 于美国时，不久以后随着生产力的发展，减速器已经不能满足减速技术的需要， 于是在减速器的基础上，人们又设计出了多种级别的减速器。到目前为止，减速 器行业已经走过了相当长的一段时间，中国的减速器行业也日渐成熟。也有很多 的机械设备制造厂家不断的崛起，为中国机械的发展做着巨大的贡献。 2、传动方案拟定、传动方案拟定 本次设计的是一级直齿圆柱齿轮减速器，其具体的工况参数如下： 1、工作条件：使用年限 10 年，工作为三班工作制，中等载荷。 、原始数据：ZZ 17,mrn/9401,速比 i=33.5. 方案拟定： 采用三相电机与一大一小齿轮传动的组合，即可满足传动比要求。 3 3 、一级直齿圆柱齿轮减速器传动机构设计、一级直齿圆柱齿轮减速器传动机构设计 3.1 确定总传动比和分配各级传动比确定总传动比和分配各级传动比 由给定的齿数和速比范围以及电机的最高转速可知： A 一级齿轮传动的传动比为： i=n1/n2=z2/z1,已知171z,在这里我们选择 z1=18z, 根据机械设计手册可知，齿轮传动的传动比一般在 i=33.5 之间合适， 所以有：假设电机转速 n1=940r/m，那么就有 i=940/n2,n2=940/3.5=268.5r/m. 根据公式 n1/n2=z2/z1 可知，z2= n1/n2xz1=63z.反之，则有：速比 i=3.5。 3.2 传动装置的运动和动力设计传动装置的运动和动力设计 1、运动参数及动力参数的计算 （1）计算各轴的转数： 高速轴：n=n1 =940（r/min） 低速轴：n=n1/ i =940/3.5=268.5（r/min） 3.3、齿轮传动的设计：、齿轮传动的设计： (1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。 小齿轮选软齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为 45 号钢调质，齿面 硬度为 250HBS，大齿轮选用 45 号钢正火，齿面硬度为 220-255HBS。 齿轮精度初选 8 级 (2)、初选主要参数 Z1=18 ，i=3.5 Z2=Z1i=18x3.5=63z 取a=0.3，则d=0.3 （i+1） =1.67 （3）按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1 2 1 12 3 + H HE ZZZ u u d kT 4 确定各参数值 1 载荷系数 查课本表 6-6 取 K=1.25 2 小齿轮名义转矩 T1=9.5510 6P/n 1=9.5510 63.0/960 =0.298410 5 Nmm 3 材料弹性影响系数 由课本表 6-7 ZE=189.8MPa 4 区域系数 ZH=2.5 5 重合度系数 t=1.88-3.2 （1/Z1+1/Z2） =1.88-3.2（1/20+1/91.4）=1.68 Z= 44 1.68 0.879 33 t = 6 许用应力 查课本图 6-21（a） MPa H 610 1lim = MPa H 400 2lim = 查表 6-8 按一般可靠要求取 SH=1.0 则 MPa SH H H 610 1lim 1 = MPa SH H H 400 2lim 2 = 取两式计算中的较小值，即H=400Mpa 于是 d1 2 1 12 3 + H HE ZZZ u u d kT 2 5 3 2 1.25 0.984 10 4.571 189.8 2.5 0.879 1.674.57400 + =35.7mm (4)确定模数 5 m=35.7/Z135.7/20=1.785 取标准模数值 m=2 (5) 按齿根弯曲疲劳强度校核计算 FFSF YY mbd KT = 1 1 2 校核 式中 1 小轮分度圆直径 d1=mZ=218=36mm 2 齿轮啮合宽度 b=aa =0.3110=33.3mm 3 复合齿轮系数 YFS1=4.38 YFS2=3.95 4 重合度系数 Y=0.25+0.75/t =0.25+0.75/1.68=0.6943 5 许用应力 查图 6-22（a） Flim1=245MPa Flim2=220Mpa 查表 6-8 ，取 SF=1.25 则 a F F F MP S 196 25 . 1 245 1lim 1 = a F F F MP S 176 25 . 1 220 2lim 2 = 6 计算大小齿轮的 F FS Y 并进行比较 02234 . 0 196 38 . 4 1 1 = F FS Y 02244 . 0 176 95 . 3 2 2 = F FS Y 1 1 F FS Y 2 2 F FS Y 取较大值代入公式进行计算 则有 5 1 22 1 22 1.25 0.2984 10 3.95 0.686 33.3 40 2 FFS KT YY bd m = =57F2 故满足齿根弯曲疲劳强度要求 （6） 几何尺寸计算 6 分度圆直径 d1 d1=m*z1=2*18=36mm 分度圆直径 d2 d2=m*z2=3.5*36=126mm 齿顶高 ha1 ha1=ha*m=1*2=2mm 齿顶高 ha2 ha2=ha*m=1*2=2mm 齿根高 hf1 hf1=(ha+c)*m=(1+0.25)*2=2.5mm 齿根高 hf2 hf2=(ha+c)*m=(1+0.25)*2=2.5mm 齿高 h1 h1=ha1+hf1=2+2.5=4.5mm 齿高 h2 h2=ha2+hf2=2+2.5=4.5mm 齿顶圆直径 da1 da1=d1+2*ha1=36+2*2=40mm 齿顶圆直径 da2 da2=d2+2*ha2=126+2*2=130mm 齿根圆直径 df1 df1=d1-2*hf1=36-2*2.5=31mm 齿根圆直径 df2 df2=d2-2*hf2=126-2*2.5=121mm 中心距 a=m/2*(z1+z2)=2/2*(36+126)=81mm （7）验算初选精度等级是否合适 齿轮圆周速度 v=d1n1/（601000） =3.1436960/（601000） 7 =1.8m/s 对照表 6-5 可知选择 8 级精度合适。 3.4 轴的设计轴的设计 1， 齿轮轴的设计 (1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的轮齿段 4套筒 6密封盖 7轴端挡圈 8轴承端盖 9带轮 10键 (2)按扭转强度估算轴的直径 选用 45#调质，硬度 220250HBS 转速为 n=940 r/min 根据课本 P205（13-2）式，并查表 13-2，取 c=110 d=21.53mm (3)确定轴各段直径和长度 1 从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加 5%，取 D1=22mm，又齿轮宽度 B=（Z-1） e+2f =（3-1）15+210=50mm 8 则第一段长度 L1=50mm 2 右起第二段直径取 D2=25mm 根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度， 取端盖的外 端面与带轮的左端面间的距离为 10mm，还考虑到有密封毡圈，则取第二段的长 度 L2=37mm 3 右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力， 而轴向力为零，选用 6206 型轴承，其尺寸为 dDB=306216，那么该段的 直径为 D3=30mm，长度为 L3=16mm 4 右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈 外径，取 D4=33mm，长度取 L4=32mm 5 右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为44mm，分 度圆直径为40mm，齿轮的宽度为 40mm，长度为 L5=40mm 6 右起第六段， 为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈 外径，取 D6=33mm 长度取 L6= 25mm 7 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为 D7=30mm，长 度 L7=20mm (4)求齿轮上作用力的大小、方向 1 小齿轮分度圆直径：d1=36mm 2 作用在齿轮上的转矩为：T1=0.01610 5 Nmm 3 求圆周力：Ft Ft=2T2/d2=20.01610 5/36=44.4N 4 求径向力 Fr Fr=Fttan=44.4tan20 0=60.3N Ft，Fr 的方向如下图所示 （5）轴长支反力 9 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模 型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =1790N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则 Fa=0 那么 RA=RB =Fr62/124=528.6N （6）画弯矩图 右起第四段剖面 C 处的弯矩： 水平面的弯矩：MC=RA62=110.9Nm 垂直面的弯矩：MC1= MC2=RA62=40.4Nm 合成弯矩： 2222 121 110.940.4118 ccCC MMMM=+=+= （7）画转矩图： T= Ftd1/2=71.6 Nm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面 C 处的当量弯矩： 22 22 () ecC MMT=+=110.5 （9）判断危险截面并验算强度 1 右起第四段剖面 C 处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以 剖面 C 为危险截面。 已知 MeC2=110.5Nm ,由课本表 13-1 有: -1=60Mpa 则： e= MeC2/W= MeC2/(0.1D4 3) =110.51000/(0.133 3)=28.33-1 2 右起第一段 D 处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： 2 ()0.6 71.6 D MT=42.96Nm e= MD/W= MD/(0.1D1 3) 10 =42.961000/(0.122 3)=43.5 Nm-1 所以确定的尺寸是安全的 。 P的值为前面第 10 页中给出 在前面带轮的计算中已经得到 Z=3 其余的数据手册得到 D1=22mm L1=50mm D2=25mm L2=37mm D3=30mm L3=16mm D4=33mm L4=32mm D5=44mm 11 L5=35mm D6=33mm L6=25mm D7=30mm L7=20mm Ft=3580Nm Fr=1303Nm RA=RB=1790Nm RA=RB=651.5N MC=110.9Nm MC1= MC2=40.4Nm MC1=MC2=118Nm T=71.6Nm =0.6 MeC2=110.5Nm -1=60Mpa MD=34.86Nm (1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 12 1，5滚动轴承 2轴 3齿轮 4套筒 6密封盖 7键 8轴承端盖 9轴端挡圈 10半联轴器 (2)按扭转强度估算轴的直径 选用 45#调质，硬度 217255HBS 转速为 n=268.5r/min 根据课本 P205（13-2）式，并查表 13-2，取 c=110 d 3 3 1 2.76 110 80.3 P n =35.76mm (3)确定轴各段直径和长度 1 从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加 5%， 取38mm，根据计算转矩 TC=KAT=1.1320.8=352.88Nm，查标准 GB/T 5014 2003， 选用 LXZ2 型弹性柱销联轴器， 半联轴器长度为 l1=60mm,轴段长 L1=60mm 2 右起第二段， 考虑联轴器的轴向定位要求， 该段的直径取45mm,根据轴承端 盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求， 取端盖的外端面与半联轴器左端面的 距离为 34mm，故取该段长为 L2=34mm 3 右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴 向力为零，选用 6210 型轴承，其尺寸为 dDB=509020，那么该段的直径 为50mm，且考虑与轴承连接的套筒，取此段长度为 L3=54 4 右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加 5%，大 齿轮的分度圆直径为 192mm，则第四段的直径取60mm,齿轮宽为 b=35mm，为了 保证定位的可靠性，取轴段长度为 L4=35mm 5 右起第五段， 考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩， 取轴肩的直径为 D5=70mm , 长度取 L5=10mm 6 右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径， 取 D6=54mm 长度取 L6=24mm 7 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为 D6=50mm，长度 L7=27mm 13 (4)求齿轮上作用力的大小、方向 1 大齿轮分度圆直径：d1=182mm 2 作用在齿轮上的转矩为：T2 =3.210 5Nmm 3 求圆周力：Ft Ft=2T2/d2=23.210 5/182=3516.4N 4 求径向力 Fr Fr=Fttan=3516.4tan20 0=1279.8N Ft，Fr 的方向如下图所示 （5）轴长支反力 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模 型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 = 1758.2 N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则 Fa=0 那么 RA=RB =Fr62/124= 639.9N （6）画弯矩图 右起第四段剖面 C 处的弯矩： 水平面的弯矩：MC=RA62=109Nm 垂直面的弯矩：MC1= MC2=RA62=39.6 Nm 合成弯矩： 2222 121 10939.6116 ccCC MMMM=+=+= （7）画转矩图： T= Ftd2/2=320Nm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面 C 处的当量弯矩： 22 22 () ecC MMT=+=224.3 （9）判断危险截面并验算强度 14 1 右起第四段剖面 C 处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以 剖面 C 为危险截面。 已知 MeC2=224.3Nm ,由课本表 13-1 有: -1=60Mpa 则： e= MeC2/W= MeC2/(0.1D4 3) =224.31000/(0.160 3)=18.1-1 2 右起第一段 D 处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： 2 ()0.6 320192 D MT= e= MD/W= MD/(0.1D1 3) =1921000/(0.138 3)=37.7 Nm-1 所以确定的尺寸是安全的 。 15 D1=38mm L1=60mm D2=45mm L2=34mm D3=50mm L3=54mm D4=60mm L4=35mm D5=70mm L5=10mm D6=54mm L6=24mm D7=50mm L7=27mm Ft=3516.4Nm Fr=1279.8Nm RA=RB =1758.2Nm RA=RB =639.9 N MC=109Nm MC1= MC2 =39.6Nm MC1=MC2 =116Nm T=320Nm =0.6 MeC2=224.3Nm -1=60Mpa 16 MD=192Nm 3.5 箱体结构设计 (1)窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便 检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。 窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。 (2)放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。 (3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型， 有的已定为国家标准件。 (4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致 润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内 热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。 (5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不 易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先 拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于 需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。 (6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗 孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该 对称布置。 (7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片 还要起调整传动零件轴向位置的作用。 (8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运 或拆卸机盖。 (9)密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和 污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选 用。 箱体结构尺寸选择如下表： 17 名称 符号 尺寸（mm） 机座壁厚 7 机盖壁厚