单级圆柱齿轮减速器设计.doc

精密机械课程设计唐 山 学 院精 密 机 械 课 程 设 计题 目 单级圆柱齿轮减速器设计 系 (部) 机电工程系 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2014 年12 月 1 日至 12 月 12 日 共 2 周 2014年 12 月 12 日第 1 页目录设计原始数据1第一章 传动装置总体设计方案11.1 传动方案11.2 该方案的优缺点1第二章 电动机的选择22.1 电机的类型及结构选择22.1.1 选择电动机类型32.1.2 选择电动机的容量32.1.3 确定电动机转速32.1.4 计算各轴转速42.1.5 计算各轴输入功率、输出功率42.1.6 计算各轴的输入、输出转矩52.2 计算结果5第三章 带传动的设计计算63.1 已知条件和设计内容63.2 设计步骤63.3 带传动的计算结果83.4 带轮的结构设计9第四章 齿轮传动的设计计算10第五章 轴的设计155.1轴的概略设计155.2 轴的结构设计及校核165.2.1高速轴的结构设计165.2.2 高速轴的校核185.2.3低速轴的结构设计205.2.4 低速轴的校核225.3轴上零件的固定方法和紧固件245.4轴上各零件的润滑和密封255.5轴承的选择及校核255.5.1轴承的选择255.5.2输出轴轴承的校核265.6 联轴器的选择及校核275.7键的选择及校核计算28第六章 箱体的结构设计296.1 箱体的结构设计296.2 减速器润滑方式30设计小结31参考文献32第 1 页设计原始数据参数符号单位数值工作机直径Dmm335工作机转速Vm/s0.8工作机拉力FN6500工作年限y年10第一章 传动装置总体设计方案图1 带式输送机传动系统简图1.1 传动方案 采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。 1.2该方案的优缺点：机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。 减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成减速器部分一级圆柱齿轮减速，这是减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承对称分布，原动机部分为 Y系列三相交流异步电动机。 结 果计 算 及 说 明 第二章 电动机的选择 2.1 电动机类型及结构的选择本减速器设计为水平剖分，选用Y系列三相异步电动机，封闭卧式结构。2.2 电动机选择（一）工作机的功率Pw =FV/1000=65000.8/1000=5.2kw（二）总效率 =0.960.970.990.96=0.859电机额定功率Ped = 7.5kw（三）所需电动机功率 查机械零件设计手册得 Ped = 7.5 kw 2.3 确定电动机转速 卷筒工作转速为： n卷筒=601000V/（D）=45.63 r/min根据机械设计课程设计表2-3推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比=36范围。取带传动比。则总传动比理论范围为： =614故电动机转速的可选范为 =273.781095.12 r/min电动机型号Y160M-6 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和带传动、减速器的传动 比，选电动机型号为Y160M-6，将总传动比合理分配给 V带传动 和减速器，就得到传动比方案，如表2.1所示。结 果计 算 及 说 明表2.1 电动机主要技术参数电 动 机型 号额 定 功 率电动机转速(r/min)传动装置的传动比同 步满 载总传动动比V带减速器Y160M-67.5kw100097021.2645.315=5.3152.4确定传动装置的总传动比和分配级传动比1、 确定传动装置的总传动比由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速可得传动装置总传动比为：=/=970/45.63=21.26 2、分配各级传动装置传动比： 总传动比等于各传动比的乘积 = 取=3（普通V带 i=24）因为：=所以：=21.26/45.3152.5 动力运动参数计算（一）转速n=970=/=/=970/4=242.5（r/min） =/=242.5/5.315=45.6（r/min） =45.6（r/min） （二）功率P 轴： 轴：结 果计 算 及 说 明 卷筒轴 （三）转矩T (Nm) 轴 轴 (Nm) 卷筒轴(Nm)表 2.2 运动和动力参数计算结果轴名功率P（kw）转矩T（Nm）转速n传动比效率输入输出输入输出r/mini电动机轴4.10 58.53 970 40.96 轴5.76 5.70 226.44 224.18242.5 5.3150.97 轴5.52 5.46 1156.05 1144.49 45.6 1.000 0.96 工作机轴5.41 5.36 1133.01 1121.68 45.6 第三章 传动零件的设计计算减速器外部零件的设计计算-普通V形带传动设计普通V形带传动须确定的内容是：带的型号、长度、根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径中心距、初拉力及作用在轴上之力的大小和方向1、选择带的型号：查表64得, 则计算功率为=P=1.17.5= 8.25KW根据、查表和图68，选取B型带。结 果计 算 及 说 明2、确定带轮基准直径、验算带速查资料表65，66，选取带速带速验算： V=n1d1/（100060）=3.14140970/100060=7.11m/s 介于525m/s范围内，故合适大带轮基准直径d2=n1/n2d1=4140=560mm 3、确定带长和中心距a： 0.7（d1+d2）a02（d1+d2） 0.7（140+560）a02（140+560） 490mma01400mm 初定中心距a0=1000mm ，则带长为 L0=2a0+（d1+d2）+（d2-d1）2/(4a0) =21000+（140+460）/2+（460-140）2/(41000) =3143.1 mm查62表，按标准选带的基准长度Ld=3150mm的实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2=1000+(3150-3143.1)/2=1006.9 mm 4、验算小带轮上的包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a=156.09120 小轮包角合适5、确定带的根数由式确定V带根数，查63表得2.11kW，查67表得1.30kW查62表得1.09，0.913则 Z=PC/（(P0+P0)=8.25/（2.11+0.30）1.070.913 = 3.50 故要取4根B型V带结 果计 算 及 说 明第四章 齿轮传动的设计计算 选用直齿圆柱齿轮，齿轮1材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，齿轮2材料为45钢（调质）硬度为240HBS。齿轮1齿数25，齿轮2齿数133 。齿轮精度为8，压力角=20。按齿面接触强度：齿轮1分度圆直径其中：载荷系数，选1.3齿宽系数，取1齿轮副传动比，4材料的弹性影响系数，查得189.8许用接触应力计算接触疲劳强度用重合度系数.结 果计 算 及 说 明查得齿轮1接触疲劳强度极限600。查得齿轮2接触疲劳强度极限550。计算应力循环次数：（设2班制，一年工作250天，工作10年）查得接触疲劳寿命系数0.92，1.50取失效概率为，安全系数1，得：=552=825带入较小的有=480.83圆周速度 =4.10 V=4.10m/s齿宽 180.83=80.83 b=80.83mm计算载荷系数：已知使用系数1；根据4.10 ，8级精度，查得动载系数1.14；查得齿间载荷分配系数；结 果计 算 及 说 明用插值法查得8级精度、齿轮1相对支承对称布置时接触疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数1.355；查得弯曲强度计算齿向载荷分布系数1.32；故载荷系数11.141.1.355=1.54 按实际载荷系数校正所算的分度圆直径 83.73 =83.73计算模数：3.34 =3.34mm按齿根弯曲强度：查取齿形系数：查得2.62 ，2.15查取应力校正系数： 1.59，1.81查得齿轮1弯曲疲劳极限500查得齿轮2弯曲疲劳极限380取弯曲疲劳寿命系数0.91，0.94计算弯曲疲劳使用应力：取弯曲疲劳安全系数1.4，得=325=255.14 计算齿轮1的并加以比较:结 果计 算 及 说 明=0.01282 =0.0152 齿轮2的数值大则有：=2.49对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲2.5mm疲劳强度计算的模数，取模数2.5 ，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算的分度圆直径86.03 来计算应有的齿数。则有： =34.4 35取28，则 =355.32187计算齿轮分度圆直径：352.5 =881872.5 =187mm几何尺寸计算计算中心距：=277.5计算齿轮宽度：88取90，80。结 果计 算 及 说 明表4.1 各齿轮主要参数 名称代号单位高速级低速级中心距 277.5传动比 5.32模数 2.5压力角20啮合角 20齿数 z 35187分度圆直径d88467齿顶圆直径da93472 齿根圆直径df81.75 460.75 齿宽 b9080材料 40Cr（调质）45钢（调质）齿面硬度 280HBS240HBS计 算 及 说 明结 果 第五章 轴的设计 5.1轴的概略设计（1）材料及热处理根据工作条件，选输入轴的材料为40Cr输出轴45钢，调质处理。（2）按照扭转强度法进行最小直径估算。算出轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段界面上有一个键槽时，d增大3%，当该轴段界面上有两个键槽时，d增大7%。查得A=103126，则取A=110。轴112=32.18 轴112=55.40 （3）装V带轮处以及联轴器处轴的直径考虑键槽对各轴的影响，则各轴的最小直径分别为：轴33.14 =35轴57.16 =60将各轴的最小直径分别圆整为：=35，=60。5.2 轴的设计及校核各轴段直径及长度的确定d11：轴1的最小直径，d11=35。d12：密封处轴段，根据大带轮的轴向定位要求，以及密封圈的标准结 果计 算 及 说 明（毡圈密封）d12应比d11大5-10，取d12=42。d13：安装滚动轴承处轴段，d13较d12大1-5mm，选取轴承型号为深沟球轴承6209，d14：过渡轴段，根据轴承安装选择d14=48齿轮处轴段，由于小齿轮的直径较小，采用齿轮轴结构，小齿轮齿顶圆直径d=93,齿底圆直径81.75mmd15：过渡轴段d15=48mm，滚动轴承轴段,d16=d13=45。高速轴轴各轴段长度的确定 图5.1高速轴的尺寸图表5.1高速轴各段尺寸长度L11L12L13L14齿宽L15L1670501921.59021.5195.2.3低速轴的结构设计各轴段直径及长度的确定d21：联轴器段，d21=60，选取轴承型号为深沟球轴承6214。d22:密封处轴段，根据大带轮的轴向定位要求，以及密封圈的标准（毡圈密封）d12应比d11大8,轴环，根据齿轮以及轴承的定位要求d22=66。d23：滚动轴承处轴段d23=70。d24：齿轮处轴段，d24=75。结 果计 算 及 说 明d25：密封处轴段，根据密封圈的标准（毡圈密封）确定，d25=d22=66。各轴段长度的确定图5.2输出轴各轴段长度的确定如图表5.2低速轴各段尺寸长度L21L22L23L24轴环L2514249 42 85 8425.2.4 低速轴的校核圆周力4901 径向力4901 20=1783.8 （1）画出轴的受力简图，受力简图如下图所示；（2）支撑反力，在水平面上为如低速轴结构图所示 =140 =75 =75- =-891.9在垂直平面上为：2450.5 轴承A、B的总支承反力为=2607.76 结 果计 算 及 说 明（3）弯矩计算-891.9 75=-133785在垂直平面上为2450.5 70.5=183787.5 合成弯矩，有227324 （4）画出弯矩图如下图所示（5）转矩和转矩图1156050 因齿轮所在截面弯矩较大，同时截面还作用转矩，因此此截面为危险剖面。已知低速大齿轮键槽=20,=7.5。其抗弯截面系数为=41396.5抗扭截面系数为=82793最大弯曲应力为=5.52扭剪应力为=13.96 按弯扭合成进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数0.6，则当量应力为：=17.64 查得60 2m/s时，轴承润滑方式为油润滑；当2m/s轴承润滑方式选择为脂润滑时，轴承润滑方式为脂润滑。低速大齿轮线速度为0.38 m/s，轴承润滑方式选择为脂润滑。脂润滑型号选择为：ZG-S石墨钙基润滑脂。密封件的选择上选毡封油圈，主要是考虑结构比较简单，由于减速器结构简单，毡封油圈的条件已经满足减速的设计要求。并且毡封油圈工作性能可靠。选择的毡圈材料是半粗羊毛毡。结 果计 算 及 说 明第六章 轴承、键和联轴器的选择6.1 轴承的选择及校核因轴转速较高，且只承受径向载荷，故选取深沟球轴承。根据初算轴径，考虑轴上零件轴向定位和固定，估计初装轴承处的轴径并假设选用轻系列，查表定出滚动轴承型号列表如下：轴号轴承型号基本尺寸 mmdDB16209458519262147012524根据条件，轴承预计寿命 10年25016=40000小时 小轴轴承1.小轴的轴承使用寿命计算 型号6209小齿轮轴承选用6209， Cr=31.5kN Fr=1853N 大轴承型教材表10-8查得=1.2径向当量动载荷： 号6214 Pr=r=1.21853=2223.6 N所以由式Cj=，查表10-6可知ft=0.5=56964540000 故满足寿命要求2.大轴的轴承使用寿命计算 两轴承均大轴承选用6213， Cr=560.8kN Fr=1783.8N 符合寿命径向当量动载荷：Pr=r=1.21783.8=2140.56 N 要求所以由式Cj=，查表10-6可知ft=0.5=837553240000h 结 果计 算 及 说 明故满足寿命要求6.2 键的选择计算及校核 1.小轴上的键： 查手册得，选用A型平键，得： 小轴上键A键 bh= 108 GB1096-79 L=50mm 强度符合根据式p=2T/(dkL)=31.8 MPa100MPa 要求故键强度符合要求2.大轴上的键： 查手册选：A键1811 GB1096-79 L=110mm 大轴上键A键2012 GB1096-79 L=70mm 强度符合根据式pa=2 T/（dhl）=7.18Mpa 100Mpa 要求pc=2 T/（dhl）=14.58Mpa 100Mpa故键强度符合要求 6.3 联轴器的选择在减速器输出轴与工作机之间联接用的联轴器因轴的转速较低、传递转矩较大，又因减速器与工作机常不在同一机座上，要求由较大的轴线偏移补偿，应选用承载能力较高的刚性可移式联轴器。查表得选用YL12型号的轴孔直径为60的凸缘联轴器，公称转矩Tn=1600 Nm K=1.3=9550=1457Nm选用YL11型弹性套住联轴器，公称尺寸转矩=1600，。YL11型弹性套住联轴器有关参数型号公称转矩T/(Nm)许用转速n/（r）轴孔直径d/mm轴孔长度L/mm外径D/mm材料轴孔类型键槽类型YL121600470060142200HT200Y型A型 选用YL12型凸缘联轴器结 果计 算 及 说 明 第七章 减速器附件的选择确定1、 轴承端盖： 王之栎 王大康 机械设计综合课程设计（第二版）根据下2、 列的公式对轴承端盖进行计算： d0=d3+1mm；D0=D +2.5d3； D2=D0 +2.5d3； e=1.2d3； e1e；m由结 构确定； D4=D -(1015)mm；D5=D0 -3d3；D6=D -(24)mm；d1、b1 由密封尺寸确定；b=510，h=(0.81)b3、油标：用来指示箱内油面的高度。4、放油孔及放油螺塞：为排放减速器箱体内污油和便于清洗箱体内部， 在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面，向放油孔方 向倾斜12，使油易于流出。5、窥视孔和视孔盖：窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及轮齿损坏 情况，并兼作注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油。6、定位销：对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各 部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔 的加工精度及安装精度。l 启盖螺钉：由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或 密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖，旋动启箱螺钉可将 箱盖顶起。7、 轴承盖螺钉，轴承盖旁连接螺栓，箱体与