机械设计课程设计说明书-单级圆柱减速器.doc

机械设计课程设计说明书单级圆柱减速器班 级： 设计者： 学 号： 指导教师： 时 间： 2011.1.42011.1.15目录一、概述1二、运动参数及动力参数计算1三、传动零件的设计计算1四、减速器轴的计算4五、滚动轴承的选择及校核计算8六、键联接的选择及校核计算3七、减速器箱体的结构3八、减速器附件结构3九、润滑密封设计3十、设计总结3参考文献3计算及说明一、概述减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。20世纪7080年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。其主要类型：齿轮减速器；蜗杆减速器；齿轮蜗杆减速器；行星齿轮减速器。一般的减速器有斜齿轮减速器（包括平行轴斜齿轮减速器、涡轮减速器、锥齿轮减速器等等）、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。圆柱齿轮减速器包括单级、二级、二级以上级，本文设计的是一级圆柱齿轮减速器的机械结构部分。设计的减速器需达到以下指标：功率：4kw； 高速轴转速：；传动比：3.95。二、运动参数及动力参数计算1计算各轴的转速输入轴：n1=572rmin输出轴：n2=n1i=5723.95=144.8 rmin2计算各轴的功率输入轴：P1=Pin=4KW输出轴：P2=P1轴承齿轮=40.980.96=3.7632KW 3计算各轴扭矩：输入轴：输出轴：三、 传动零件的设计计算选择材料及热处理小齿轮选用45钢，调制处理 HBS1=240270大齿轮选用45钢，正火处理 HBS2=160190确定许用接触应力HP1和HP2HP=（Hlim/Hmin）ZNZWZL取接触疲劳极限应力Hlim1=590MPa，Hlim2=500Mpa。取接触强度计算寿命系数ZN1=1, ZN2=1。因一对齿轮均为软齿面，故工作硬化系数ZW=1。一般设计中取润滑系数ZL=1。当失效概率低于1/100时，取接触强度最小安全系数SH min=1。将以上数值代入许用接触应力计算公式 HP1=（Hlim1/Hmin）ZN1ZWZL=590/1111=590Mpa HP2=（Hlim2/Hmin）ZN2ZWZL=500/1111=500Mpa按齿面接触强度条件计算中心距a 理论传动比 i=3.95 大齿轮转矩 T2=248.194Nm 齿宽系数 a=0.35 初取载荷系数 K=1.8 弹性系数 ZE=189.8 节点区域系数 ZH=2.5 初取重合度系数 Z=0.80 将以上数值代入中心距计算公式=142.1mm取减速器标准中心距a=150mm确定主要参数和计算主要尺寸（a）模数mn 按经验公式，mn=（0.010.02）a=（0.010.02）150=1.54mm，要求mn1.52，取标准模数mn =3mm。（b）齿数z1和z2 z1=2a/ mn（i+1）=2150/3（3.95+1）=20.2 z2= z1i=20.23.95=79.79 经圆整后取 z1=20， z2=80 实际传动比： = z2/z1=80/20=4 传动比误差：（i-）/i=（3.95-4）/4=-1.3%（c) a=mn（z1+z2）/2=3（20+80）/2=150mm（d）分度圆直径d1和d2：d1= mz1 =320=60mmd2= mz2 =380=240mm（e）齿宽b1 和b2： b2=b=aa=1500.35=52.5mm 取齿宽b2=55mm。 b1= b2+（510）=55+（510）=6065 取齿宽b1=60mm。（f）载荷系数K： 取使用系数KA=1 根据齿轮圆周速度： v=d1 n1/60000=3.1481572/60000=1.8m/s 取齿轮精度为八级。当vz1/100=1.820/100=0.36时，动载荷系数Kv=1.043。当d=b1/ d1=55/60=0.9时，齿向载荷分配系数K=1.065。端面重合度=1.88-3.2(1/ z1+1/ z2) =1.88-3.2(1/20+1/80) =1.68当总重合度=1.68时，齿间载荷分配系数K=1.2最后求得载荷系数：K=KAKvKK=11.0431.0651.2=1.333（g）重合度系数Z=(4-)/31/2=(4-1.68)/31/2=0.88由上述（f）（g）步可知： KZ2=1.3330.882=1.032而原估取的KZ2=1.80.802=1.152因KZ2KZ2故原设计偏于安全，不再重新进行设计计算。确定许用弯曲应力和取弯曲疲劳极限应力，取弯曲强度计算寿命系数YNT1=1，YNT2=1.当时，尺寸系数YX=1。按标准中有关规定，取试验齿轮的应力修正系数YST=2。当失效概率低于1/100时，弯曲强度最小安全系数SFmin=1。将以上数值代入许用弯曲应力计算公式：验算轮齿弯曲强度F1=2000KT2/（b1d2mn）YFa1YSa1YY MpaF2=2000KT2/（b2d2mn）YFa2YSa2YY Mpa根据当量齿数：z1=z1/cos3=20/ cos312.24=21.4321z2=z2/cos3=80/ cos312.24=85.786取齿形系数YFa和应力修正系数YSa分别为：YFa1=2.55，YFa2=2.18，YSa1=1.62，YSa2=1.8算得重合度系数：Y=0.25+0.75/a=0.25+0.75/1.68 =0.696将以上数值及已知的K,T3,b1，b2，d2，m代入弯曲应力计算公式：F1=2000KT2/（b1d2m）YFa1YSa1Y=20001.333248.194/(602403)2.551.620.696=44.04MPaF2=2000KT2/（b2d2m）YFa2YSa2YY=20001.333248.194/(552403)2.181.80.696=45.63MPa因F1FP1, F2FP2，故齿轮弯曲强度满足要求。主要设计计算结果中心距 a=150mm模数 mn=3mm齿数 z1=20 z2=80分度圆直径 d1=60mm d2=240mm齿顶圆直径 da1=66mm da2=246mm齿根圆直径 df1=52.5mm df2=232.5mm齿宽 b1=60mm b2=55mm齿轮精度等级 8级材料及热处理 小齿轮 45号钢，调质HBS1=240-270；大齿轮 45号钢，正火HBS2=160-190四、 减速器轴的计算 * 高速轴1、按扭矩初算轴径轴的材料为45号钢调质处理，HBS=190230 MPa。取许用切应力p=30 MPa则轴的最小直径为 考虑有键槽，将直径增大5%，则d1min=22.331+5% mm=23.45 mm 考虑到轴上键槽对轴的削弱和实际载荷的冲击，取 ，故d1=1.223.45=28.14 mm取高速轴最小直径为d1=30 mm2、轴的结构设计（1）轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定。（2）确定轴各段直径和长度外伸段：d1=30mm 长度取L1=60mmh=2c c=2 mmII段:d2=d1+2h=30+222=38 mmd2=38 mm初选7208c型角接触球轴承，其内径为40 mm，宽度为18 mm。考虑齿轮端面和箱体内壁、轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为10mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑和箱体外壁应有一定的矩离，为此，取该段长为45mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm。II段长：L2=（2+10+18+45）=75mmIII段直径d3=40mm L3=20mm段直径d4=48mm由手册得：c=2 h=2c=22=4mmd4=d3+2h=40+24=48mm长度与右面的套筒相同，即L4=10mm但从此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=4.该段直径应取：（40+42）=48mm因此将段设计成阶梯形，左段直径为48mm段用于装齿轮，取直径d5=58 mm，为了使齿轮固定，再加一个可以和键槽配合的凸台，高4mm，长度L5=60 mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100 mm。圆角半径为2mm。(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=60mm求转矩：已知T1=66783Nmm求圆周力Ft： Ft=2T1d1=26678360=2226 N 求径向力Fr：Fr=Fttan=2226.1tan20=810.2 N 因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=50mmi绘制轴受力简图（如图a）ii绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：FAY=FBY=Fr/2=405.1 NFAZ=FBZ=Ft/2=1113 N由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为 MC1=FAYL/2=405.1100/2=20.3 Nmiii绘制水平面弯矩图（如图c）截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=1113100/2=55.7 Nmiv绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(20.3 2+55.72)1/2=59.3 Nmv绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55106P1/n1=66.78 Nmvi绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=59.32+(166.78)21/2=89.3 Nmvii校核危险截面C的强度e=Mec(0.1d53)=89.30.1603=4.13 MPa-1b=60MPa 该轴强度足够。 *低速轴1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255HBS）取许用切应力p=30 MPa则轴的最小直径为 考虑有键槽，将直径增大5%，则d1min=34.61+5% mm=36.3 mm 考虑到轴上键槽对轴的削弱和实际载荷的冲击，取 ，故d1=1.236.3=43.6 mm取高速轴最小直径为d1=45 mm2、轴的结构设计（1）轴的零件定位，固定和装配将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮右面用轴肩定位，左面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度外伸段：d1=45mm 长度取L1=67mmh=2c c=1.75 mmII段:d2=d2+2h=45+221.75=52 mmd2=52 mm初选7211c型角接球轴承，其内径为55mm，宽度为21mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长36mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm。II段长：L2=62 mmIII段直径d3=55mm L3=36mm段直径d4=58mmd4=d3+(15)=55+(15)=5670 mm 取d4=58 mm因此段要与齿轮配合，取L4=52 mm段右面用轴肩定位，取直径d5=65 mm L5=12 mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100 mm圆角半径为1.5mm。(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d2=240 mm求转矩：已知T2=248.2 Nm求圆周力Ft： Ft=2T2/d2=2248.2103/240=2068 N求径向力Fr：Fr=Fttan=2068 .3tan20=752.8 N两轴承对称LA=LB=50mmi求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAY=FBY=Fr/2=752.8/2=376.4NFAZ=FBZ=Ft/2=2068 /2=1034 Nii由两边对称，书籍截C的弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=376.450=18.8 Nmiii截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=103450=51.7 Nmiv计算合成弯矩 Mc=2MC12+Mc22=218.82+51.72=55 Nm v转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=552+(1248.2)21/2=254.2 Nmvi校核危险截面C的强度e=Mec/（0.1d43）=254.2 /(0.1583)=13Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够五、 滚动轴承的选择及校核计算1、计算输入轴承（1）已知n1=572 r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=1113 N初选两轴承为角接触球轴承7208c型。轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=701.2N(2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=701.2N FA2=FS2=701.2N(3)求系数x、yFA1/FR1=701.2N/1113N=0.63FA2/FR2=701.2N/1113N=0.63取e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR2e x2=1y1=0 y2=0(4)计算当量载荷P1、P2查表取载荷系数f P=1.5则 P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(11113+0)=1669.5NP2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(11113+0)=1669.5N (5)轴承寿命计算P1=P2 故取P=1669.5N角接触球轴承=3根据手册得7208C型的Cr=30600N查表取温度系数ft=1则该轴承的使用寿命为Lh=10660n(ftCrfpP)=10660572(1306001.51669.5)3=53160 h 该轴承的寿命为53160小时。2、计算输出轴承(1)已知n2=144.8r/minFa=0 FR=FAZ=1034N试选7211C型角接触球轴承FS=0.63FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.631034=651.42 N(2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=651.42 N(3)求系数x、yFA1/FR1=651.42/1034=0.63FA2/FR2=651.42/1034=0.63取e=0.68FA1/FR1e x1=1y1=0FA2/FR2e x2=1y2=0(4)计算当量动载荷P1、P2查表取载荷系数fP=1.5则 P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(11034)=1551NP2=fP(x2FR2+y2FA2)=1.5(11034)=1551N(5)计算轴承寿命LhP1=P2 故P=1551 =3根据手册得 7211C型轴承Cr=41900N查表取温度系数ft=1由轴承寿命公式得Lh=10660n(ftCrfpP)=10660144.8(1419001.51551)3=672377 h此轴承的使用寿命为672377小时。六、 键联接的选择及校核计算查机械手册，所有键均选用选用A型平键，在冲击情况下许用载荷p=6090 MPa 。1、输入轴外伸端与皮带轮连接采用平键联接轴径d1=30mm选用键 87 GB1096-79 键长L=50mm l= L1-b=50-8=42 mmT1=66.783Nm h=7mm得p=4T1/dhl=466783/(30742)=30.3Mpap=60Mpa2、输入轴与小齿轮联接采用平键联接轴径d3=58mm T1=66.783Nm选用键1610 GB1096-79 键长L=50l=L-b=50-16=34mm h=10mmp=4T/(dhl)=466783/(581034)=13.5Mpap=60Mpa3、输出轴与大齿轮连接用平键联接轴径d=58mm T=248.194 Nm选用键1610 GB1096-79 键长L=45mml=L-b=45-16=29mm h=10mm得p=4T/(dhl)=4248194/(581029)=59Mpap =60Mpa4、输出轴的外伸端与联轴器用平键联接轴径d=45mm， T=248.194 Nm选用键149 GB1096-79 键长L=60mml=L-b=60-14=46mm h=9mm得p=4T/(dhl)= 4248194/(45946)=53.3 Mpa0.851 m0.857,7大齿轮顶圆与箱内壁间距离10齿轮端面与箱内壁8八、 减速器附件结构1油标该减速器中油标选用杆式油标。杆式油标上有按最高和最低油面确定的刻度线，观察时拔出杆式油标，由其上的油痕判断油面高度是否适当。油标安置在油面稳定及便于观测之处，在杆式油标的外面装有油标尺套，可以减轻油的搅动干扰，以便能在不停车的情况下随时检测油面。该减速器中杆式油标选用M12，其尺寸如下：表2 杆式油标M12的结构尺寸(mm)M12412628106420162.排油孔螺塞排油孔螺塞材料采用Q235，封油垫材料选用防油橡胶，排油孔螺塞的直径按箱座壁厚的23倍选取。排油孔螺塞选用M161.5外六角螺塞。排油孔螺塞及封油垫的结构尺寸入下表所示：表3 排油孔螺塞及封油垫的结构尺寸(mm)dD0LlaDSD1d1HM161.5262312319.61716.21723检查孔盖板为了检查传动件啮合情况、润滑状态以及向箱内注油，在箱盖上部便于观察传动件啮合区的位置开足够大的检查孔，平时则将检查孔盖板盖上并用螺钉予以固定，盖板与箱盖凸台接合面间加装防渗漏的纸质封油垫片。盖板材料选用钢板，其尺寸大小如下:表4 检查孔及其盖板的结构尺寸A:100mm；A1=A+56d4=140mm； ； ；B=B1-56d4=130mm ； ；d4为检查孔盖螺钉直径，取M8, d4=8mm；R=5mm；h：8mm4通气器由于减速器运转时，机械内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部窥视孔上安装通气孔，以便达到机体内压力平衡；选通气器（一次过滤），采用M161.5，为钢制并焊接在钢制检查板上。其结构尺寸如下表：表5 通气器的结构尺寸dDD1SLlad1M161.52219.6172312255起吊装置在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊式搬物；吊环尺寸：，为箱盖壁厚吊钩尺寸：，为箱盖壁厚，-按结构确定。6定位销为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度；根据GB5782-86：选取销的型号为B型圆锥销，7油面指示器选用游标尺M12。九、 润滑密封设计1.齿轮的润滑由于单级圆柱齿轮减速器，速度12m/s，采用浸油润滑方式，当齿轮回转时粘在其上的油液被带到啮合区进行润滑，为避免浸油润滑的搅油功耗太大和保证齿轮啮合的充分润浸，传动体浸入油中的深度不宜太深或太浅，一般浸油深度h约为1个齿高，但不小于10mm，所以浸油高度约为36mm。2.滚动轴承的润滑由齿轮转速不高，所以采用油脂润滑。油脂通常在装配时填入轴承室，起装填量一般不超过轴承室的1/31/2，以后每年添加一至二次。3.润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用GB443-89全损耗系统用油L-AN15润滑油。4.密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为GB894.1-86-25轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。十、 设计总结本次课程设计为一级圆柱齿轮减速器，即采用两个齿轮来达到减速的目的。其特点为：结构简单，齿轮位置对称。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。这次课程设计不仅帮助我们复习了以前的知识，还教育我们设计的严谨性，严密性，每一个设计的细