两级展开式圆柱齿轮减速器（含全套CAD图纸） .pdf

1 目 目 录录 一 课程设计书课程设计书 2 二 设计要求设计要求 2 三 三 设计步骤设计步骤 2 1. 传动装置总体设计方案 3 2. 电动机的选择 4 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 5. 设计 v 带和带轮 6 6. 齿轮的设计 8 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 8. 键联接设计 26 9. 箱体结构的设计 27 10.润滑密封设计 30 11.联轴器设计 30 四 四 设计小结设计小结 31 五 五 参考资料参考资料 32 2 一一. . 课程设计书课程设计书 设计课题: 设计一用于带式运输机上的两级展开式圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运 转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为 0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速 器小批量生产,使用期限 8 年(300 天/年),两班制工作,运输容许速度误差为 5%,车 间有三相交流,电压 380/220v 表一: 题号 参数 1 2 3 4 5 运输带工作拉力 （kn） 2.5 2.3 2.1 1.9 1.8 运 输 带 工 作 速 度 （m/s） 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 卷筒直径（mm） 250 250 250 300 300 二. 二. 设计要求设计要求 1.减速器装配图一张(a1)。 2.cad 绘制轴、齿轮零件图各一张(a3)。 3.设计说明书一份。 三. 三. 设计步骤设计步骤 1. 传动装置总体设计方案 2. 电动机的选择 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5. 设计 v 带和带轮 6. 齿轮的设计 7. 滚动轴承和传动轴的设计 8. 键联接设计 9. 箱体结构设计 10. 润滑密封设计 11. 联轴器设计 3 1.传动装置总体设计1.传动装置总体设计方案方案: : 1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。 2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀， 要求轴有较大的刚度。 3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将 v 带设置在高速级。 其传动方案如下： 2 3 5 4 1 i ii iii iv pd pw 图一:(传动装置总体设计图) 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 选择 v 带传动和二级圆柱斜齿轮减速器（展开式）。 传动装置的总效率 a 5 4 2 3 3 2 1 = a 0.96 3 98 . 0 2 95 . 0 0.970.960.759； 1 为 v 带的效率, 1 为第一对轴承的效率， 3 为第二对轴承的效率， 4 为第三对轴承的效率， 5 为每对齿轮啮合传动的效率（齿轮为 7 级精度，油脂润滑. 因是薄壁防护罩,采用开式效率计算)。 4 5 2.电动机的选择2.电动机的选择 电动机所需工作功率为： p p / 19001.3/10000.7593.25kw, 执 行机构的曲柄转速为 n d 60v 1000 =82.76r/min， 经查表按推荐的传动比合理范围，v 带传动的传动比 i 24，二级圆柱斜齿轮 减速器传动比 i 840， 则总传动比合理范围为 i 16160，电动机转速的可选范围为 n i n （16160）82.761324.1613241.6r/min。 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比， 选定型号为 y112m4 的三相异步电动机，额定功率为 4.0 额定电流 8.8a，满载转速 = m n 1440 r/min，同步转速 1500r/min。 电动机转速电动机转速 min r 传动装置的传动比 传动装置的传动比 方方 案 案 电 动 机 电 动 机 型号 型号 额 定 额 定 功率功率 p ed kw 同步 同步 转速 转速 满载 满载 转速 转速 电动机 电动机 重量重量 n 参 考 参 考 价格 价格 元 元 总 传 总 传 动比动比 v 带 带 传动 传动 减速器减速器 1 y112m4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 中心高 中心高 外型尺寸外型尺寸 l（ac/2+ad）hd 底 脚 安 装 尺 底 脚 安 装 尺 寸寸 ab 地 脚 螺 栓 地 脚 螺 栓 孔直径孔直径 k 轴 伸 尺 轴 伸 尺 寸寸 de 装 键 部 位 尺 装 键 部 位 尺 寸寸 fgd 132 515 345 315 216 178 12 36 80 10 41 6 3 3.确定传动装置的总传动比和.确定传动装置的总传动比和分配传动比分配传动比 （1） 总传动比 由选定的电动机满载转速 n 和工作机主动轴转速 n，可得传动装置总传动比 为 a i n /n1440/82.7617.40 （2） 分配传动装置传动比 a i 0 i i 式中 1 0 ,i i 分别为带传动和减速器的传动比。 为使 v 带传动外廓尺寸不致过大， 初步取 0 i 2.3， 则减速器传动比为i 0 /i i a 17.40/2.37.57 根据各原则，查图得高速级传动比为 1 i 3.24，则 2 i 1 /i i 2.33 4 4.计算传动装置.计算传动装置的运动和动力参数的运动和动力参数 （1） 各轴转速 n 0 /i n m 1440/2.3626.09r/min n 1 / i n 626.09/3.24193.24r/min n n / 2 i 193.24/2.33=82.93 r/min n = n =82.93 r/min （2） 各轴输入功率 p d p 1 3.250.963.12kw p p 2 3 3.120.980.952.90kw p p 2 3 2.970.980.952.70kw p p 24=2.770.980.972.57kw 则各轴的输出功率： p p 0.98=3.06 kw p p 0.98=2.84 kw p p 0.98=2.65kw p p 0.98=2.52 kw （3） 各轴输入转矩 1 t = d t 0 i 1 nm 电动机轴的输出转矩 d t =9550 m d n p =95503.25/1440=21.55 n 所以: t d t 0 i 1 =21.552.30.96=47.58 nm 7 t t 1 i 1 2 =47.583.240.980.95=143.53 nm t t 2 i 2 3 =143.532.330.980.95=311.35nm t = t 3 4 =311.350.950.97=286.91 nm 输出转矩： t t 0.98=46.63 nm t t 0.98=140.66 nm t t 0.98=305.12nm t t 0.98=281.17 nm 运动和动力参数结果如下表 功率 p kw 转矩 t nm 轴名 输入 输出 输入 输出 转速 r/min 电动机轴 3.25 21.55 1440 1 轴 3.12 3.06 47.58 46.63 626.09 2 轴 2.90 2.84 143.53 140.66 193.24 3 轴 2.70 2.65 311.35 305.12 82.93 4 轴 2.57 2.52 286.91 281.17 82.93 5 5.设计.设计带带和带轮和带轮 确定计算功率 查课本 178 p 表 9-9 得： 2 . 1 = a k 8 . 4 4 2 . 1 = = = p k p a ca ,式中 为工作情况系数， p 为传递的额定功率,既电 机的额定功率. 选择带型号 根据 8 . 4 = ca p ， 3 . 1 = a k ,查课本 152 p 表 8-8 和 153 p 表 8-9 选用带型为 a 型带 选取带轮基准直径 2 1 , d d d d 查课本 145 p 表 8-3 和 153 p 表 8-7 得小带轮基准直径 mm d d 90 1 = ， 则大带轮基准 直径 mm d i d d d 207 90 3 . 2 1 0 2 = = = ,式中为带传动的滑动率，通常取（1% 2%），查课本 153 p 表 8-7 后取 mm d d 224 2 = 。 8 验算带速 v s m s m n d v m d / 35 / 17 . 7 1000 60 1400 90 1000 60 1 因此 取 d mm h d h mm, 取安装齿轮处的轴段 mm d 58 = ;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位. 已知齿轮毂的宽度为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂 宽度,故取 mm l 72 = . 齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高 3.5,取 mm d 65 = . 轴环宽度 h b 4 . 1 ,取 b=8mm. 轴承端盖的总宽度为 20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .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右端 面间的距离 mm l 30 = ,故取 mm l 50 = . 取齿轮距箱体内壁之距离 a=16mm,两圆柱齿轮间的距离 c=20mm.考虑到 箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离 s,取 s=8mm,已 知滚动轴承宽度 t=16mm, 高速齿轮轮毂长 l=50mm,则 mm mm a s t l 43 ) 3 16 8 16 ( ) 72 75 ( = + + + = + + + = mm mm l l a c s l l 62 ) 8 24 16 20 8 50 ( = + + + = + + + = 至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. 5. 求轴上的载荷 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时, 查机械设计手册20-149 表 20.6-7. 对于 7010c 型的角接触球轴承,a=16.7mm,因此,做为简支梁的轴的支承跨距. mm mm mm l l 6 . 175 8 . 60 8 . 114 3 2 = + = + n f l l l f t nh 1506 6 . 175 8 . 60 16 . 4348 3 2 3 1 = = + = n f l l l f t nh 2843 6 . 175 8 . 114 16 . 4348 3 2 2 2 = = + = n l l d f l f f a r nv 809 2 3 2 3 1 = + + = n f f f nv r nv 821 809 1630 2 2 = = = mm n m h = 8 . 172888 mm n l f m nv v = = = 2 . 92873 8 . 114 809 2 1 1 mm n l f m nv v = = = 8 . 49916 8 . 60 821 3 2 2 mm n m m m v h = + = + = 196255 92873 172889 2 2 2 1 2 1 mm n m =179951 2 23 传动轴总体设计结构图: (从动轴) (中间轴) (主动轴) 24 从动轴的载荷分析图: 25 6. 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 根据 ca = w t m 2 3 2 1 ) ( + = 82 . 10 27465 1 . 0 ) 35 . 311 1 ( 196255 2 2 = + 前已选轴材料为 45 钢，调质处理。 查表 151 得 1 =60mp a ca 1 此轴合理安全 7. 精确校核轴的疲劳强度. . 判断危险截面 截面 a,b 只受扭矩作用。所以 a b 无需校核.从应力集中对轴的 疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看, 截面 c 上的应力最大.截面的应力集中的影响和截面的相近,但是截面不受 扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核.截面 c 上虽然应力最大,但是应力 集中不大,而且这里的直径最大,故 c 截面也不必做强度校核,截面和显然更加 不必要做强度校核.由第 3 章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小， 因而,该轴只需胶合截面左右两侧需验证即可. . 截面左侧。 抗弯系数 w=0.1 3 d = 0.1 3 50 =12500 抗扭系数 t w =0.2 3 d =0.2 3 50 =25000 截面的右侧的弯矩 m 为 mm n m m = = 144609 8 . 60 16 8 . 60 1 截面上的扭矩 3 t 为 3 t =311.35 m n 截面上的弯曲应力 = = w m b mpa 57 . 11 12500 144609 = 截面上的扭转应力 t = t w t 3 = mpa 45 . 12 25000 311350 = 轴的材料为 45 钢。调质处理。 由课本 355 p 表 15-1 查得： a b mp 640 = a mp 275 1 = a mp t 155 1 = 因 = d r 04 . 0 50 0 . 2 = = d d 16 . 1 50 58 = 经插入后得 = 2.0 t =1.31 26 轴性系数为 82 . 0 = q q =0.85 k =1+ ) 1 ( q =1.82 k =1+ q （ t -1）=1.26 所以 67 . 0 = 82 . 0 = 92 . 0 = = 综合系数为： k =2.8 k =1.62 碳钢的特性系数 2 . 0 1 . 0 = 取 0.1 1 . 0 05 . 0 = 取 0.05 安全系数 ca s s = = + m a a k 1 25.13 s = + m t a k 1 13.71 ca s 5 . 10 2 2 = + s s s s s=1.5 所以它是安全的 截面右侧 抗弯系数 w=0.1 3 d = 0.1 3 50 =12500 抗扭系数 t w =0.2 3 d =0.2 3 50 =25000 截面左侧的弯矩 m 为 m=133560 截面上的扭矩 3 t 为 3 t =295 截面上的弯曲应力 = = w m b 68 . 10 12500 133560 = 截面上的扭转应力 t = t w t 3 = 80 . 11 25000 294930 = k = 8 . 2 1 1 = + k k = 62 . 1 1 1 = + k 所以 67 . 0 = 82 . 0 = 92 . 0 = = 综合系数为： k =2.8 k =1.62 27 碳钢的特性系数 2 . 0 1 . 0 = 取 0.1 1 . 0 05 . 0 = 取 0.05 安全系数 ca s s = = + m a a k 1 25.13 s = + m t a k 1 13.71 ca s 5 . 10 2 2 = + s s s s s=1.5 所以它是安全的 8 8.键.键的设计的设计和计算和计算 选择键联接的类型和尺寸 一般 8 级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键. 根据 d 2 =55 d 3 =65 查表 6-1 取： 键宽 b 2 =16 h 2 =10 2 l =36 b 3 =20 h 3 =12 3 l =50 校和键联接的强度 查表 6-2 得 p =110mp a 工作长度 = = 2 2 2 b l l 36-16=20 = = 3 3 3 b l l 50-20=30 键与轮毂键槽的接触高度 k 2 =0.5 h 2 =5 k 3 =0.5 h 3 =6 由式（6-1）得： = = 2 2 2 3 2 2 10 2 d l k t p 20 . 52 55 20 5 1000 53 . 143 2 = p = = 3 3 3 3 3 3 10 2 d l k t p 22 . 53 65 30 6 1000 35 . 311 2 = p 两者都合适 取键标记为： 键 2：1636 a gb/t1096-1979 键 3：2050 a gb/t1096-1979 28 9 9.箱体结构的设计.箱体结构的设计 减速器的箱体采用铸造（ht200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量， 大端盖分机体采用 6 7 is h 配合. 1. 机体有足够的刚度 在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度 2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。 因其传动件速度小于 12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿 顶到油池底面的距离 h 为 40mm 为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其 表面粗糙度为 3 . 6 3. 机体结构有良好的工艺性. 铸件壁厚为 10，圆角半径为 r=3。机体外型简单，拔模方便. 4. 对附件设计 a 视孔盖和窥视孔 在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便 于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加 工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用 m6 紧固 b 油螺塞： 放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油， 放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部 的支承面，并加封油圈加以密封。 c 油标： 油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。 油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出. 29 d 通气孔： 由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥 视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡. e 盖螺钉： 启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。 钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹. f 位销： 为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各 安装一圆锥定位销，以提高定位精度. g 吊钩： 在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体. 减速器机体结构尺寸如下： 名称 符号 计算公式 结果 箱座壁厚 8 3 025 . 0 + = a 10 箱盖壁厚 1 8 3 02 . 0 1 + = a 9 箱盖凸缘厚度 1 b 1 1 5 . 1 = b 12 箱座凸缘厚度 b 5 . 1 = b 15 箱座底凸缘厚度 2 b 5 . 2 2 = b 25 地脚螺钉直径 f d 12 036 . 0 + = a d f m24 地脚螺钉数目 n 查手册 6 轴承旁联接螺栓 直径 1 d f d d 72 . 0 1 = m12 30 机盖与机座联接 螺栓直径 2 d 2 d =（0.50.6） f d m10 轴承端盖螺钉直 径 3 d 3 d =（0.40.5） f d 10 视孔盖螺钉直径 4 d 4 d =（0.30.4） f d 8 定位销直径 d d =（0.70.8） 2 d 8 f d ， 1 d ， 2 d 至外 机壁距离 1 c 查机械课程设计指导 书表 4 34 22 18 f d ， 2 d 至凸缘边 缘距离 2 c 查机械课程设计指导 书表 4 28 16 外机壁至轴承座 端面距离 1 l 1 l = 1 c + 2 c +（812） 50 大齿轮顶圆与内 机壁距离 1 1 1.2 15 齿轮端面与内机 壁距离 2 2 10 机盖，机座肋厚 m m , 1 85 . 0 , 85 . 0 1 1 m m 1 m 9 m 8.5 轴承端盖外径 2 d d d = 2 +（55.5） 3 d 120（1 轴）125（2 轴） 150（3 轴） 轴承旁联结螺栓 距离 s 2 d s 120（1 轴）125（2 轴） 150（3 轴） 31 1010. 润滑密封设计. 润滑密封设计 对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度 远远小于 5 (1.5 2) 10. /min mmr ，所以采用脂润滑，箱体内选用 sh0357-92 中的 50 号润滑，装至规定高度. 油的深度为 h+ 1 h h=30 1 h =34 所以 h+ 1 h =30+34=64 其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。 密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接 凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为 密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太 大，国 150mm。并匀均布置，保证部分面处的密封性。 1111.联轴器设计.联轴器设计 1.类型选择. 为了隔离振动和冲击，选用弹性套柱销联轴器. 2.载荷计算. 公称转矩：t=9550 = n p 9550 = 6 . 75 64 . 2 333.5 查课本 1 14 343 表 p ,选取 5 . 1 = a k 所以转矩 m n t k t a ca = = = 0275 . 46