机械设计课程设计-带式输送机传动装置二级圆柱圆锥齿轮减速器.doc

燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告 题目：带式输送机传动装置二级圆柱圆锥齿轮减速器 全套设计加扣 3012250582 学 院： 机械工程学院 年级专业： 13级机控一班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 42燕山大学课程设计报告目 录1 项目设计目标与技术要求21.1任务描述：21.2技术要求：22传动系统方案制定与分析32.1.1传动基本单元件的分析32.1.2课程设计中的四种经典传动方案的分析32.1.3方案的选取43 传动方案的技术设计与分析53.1 电动机选择与确定53.1.1 电动机类型和结构形式选择63.1.2 电动机容量确定63.1.3 电动机转速选择73.2 传动装置总传动比确定及分配83.2.1 传动装置总传动比确定83.2.2.2 各级传动比确定84 关键零部件的设计与计算104.1 设计原则制定104.2齿轮传动设计方案104.3 第一级齿轮传动设计计算114.3.1 第一级齿轮传动参数设计114.3.2 第一级齿轮传动强度校核134.4第二级齿轮传动设计计算144.4.1 第二级齿轮传动参数设计144.4.2 第二级齿轮传动强度校核174.5 轴的初算184.6 键的选择及键联接的强度计算194.6.1 键联接方案选择194.6.2 键联接的强度计算204.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式215 传动系统结构设计与总成235.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范235.1.1装配图整体布局235.1.2 轴系结构设计与方案分析235.2零件图设计（可选）265.3 主要零部件的校核与验算275.3.1 轴系结构强度校核(选择低速轴进行校核)275.3.2 滚动轴承的寿命计算326主要附件与配件的选择336.1联轴器选择336.2 润滑与密封的选择346.2.1 润滑方案对比及确定。与环境要求关系346.2.2 密封方案对比及确定。与环境保护要求关系356.3 通气器356.4 油标366.5 螺栓及吊环螺钉366.6油塞376.7其它377 零部件精度与公差的制定377.1 精度设计制定原则377.2 减速器主要结构、配合要求387.3 减速器主要技术要求388 项目经济性分析与安全性分析398.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性398.2 减速器总重量估算及加工成本初算398.3安全性分析 （可进行驱动力裕度 主要零部件安全系数的确定等方面分析）408.4 经济性与安全性综合分析409 设计小结4110 参考文献411 项目设计目标与技术要求 1.1任务描述： 机械设计课程设计是学生第一次较全面的在机械设计方面的训练，也是机械设计课程的一个重要教学环节，其目的是：第一、通过机械设计课程设计，综合运用机械设计课程和其它有关先修课程的理论和知识，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使学生知识得到巩固，深化和扩展。第二、学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件部件、机械传动装置和简单机械的设计原理和过程，第三、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料(手册、图册、标准和规范等)以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。机械设计课程设计的题目是带式运输机的传动装置的设计，设计内容包括：确定传动装置总体设计方案，选择电动机；计算传动装置运动和动力的参数；传动零件，轴的设计计算；轴承，联轴器，润滑，密封和联接件的选择与校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计说明书；课程设计总结；最后完成答辩。 1.2技术要求： 技术要求：设计带式输送机传动装置，使传送带传递的力F=1206N，带轮直径D=0.26m，传送带速度v=1.35m/s。并且满足使用地点为室外，小批量生产，载荷性质为微振，使用年限八年一班的要求。2传动系统方案制定与分析 2.1.1传动基本单元件的分析 （一）带传动 优点：带传动可以缓和冲击和振动；带传动中心距不受限制；可以通过打滑，提高设备的防过载能力。 缺点：传递效率较低；易出现皮带打滑造成皮带磨损剧烈；传动比不明确。 分析：由于随着带不断转动，带的疲劳受损现象严重，需要经常更换皮带，增加检修时间并伴随经济效益的下降。 （二）链传动 优点：无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确；工作可靠，效率高；传递功率大；过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 缺点：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长；传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声。 分析：链的磨损较快，并且较带传动相比，链传动还存在拖链、振动冲击等特点，在运行过程中的瞬时传动比不准确。 （三）齿轮传动 锥齿轮：寿命长，高负荷承载力；耐化学和腐蚀性强；降噪和减震；重量轻，成本低；易于成型，润滑性好；最重要的是，它可以实现两个垂直轴的传动，而一般圆柱齿轮只能用于平行轴。 斜齿轮：啮合性好，传动平稳、噪声小；重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力；不产生根切的最少齿数少。 蜗轮蜗杆：可以得到很大的传动比；两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大提高；传动平稳、噪音很小；具有自锁性，其反向自锁性可起安全保护作用；传动效率较低，磨损较严重；蜗杆轴向力较大。 2.1.2课程设计中的四种经典传动方案的分析 （一）二级展开式圆柱齿轮减速器 优点：传动比一般是8-40，结构简单，用于两平行轴之间的传动，常用斜齿轮。传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长。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抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。 缺点；由于齿轮的不对称布置，因而沿轴向载荷分布不均匀。要求轴有较大的刚度，适用于载荷平稳的工况 （二）二级同轴式减速器 优点:传动比一般为8-40，横向尺寸较小，结构简单加工方便。 缺点:轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差，高速级齿轮的承载能力难以充分利用。 （三）二级圆锥-圆柱齿轮减速器 优点:圆锥齿轮为直齿时传动比为8-20，斜齿是为8-40。可以改变力矩的方向，实现的是相交轴传动，体积小，重量轻，效率高，使用寿命长的特性。 缺点：与二级圆柱直齿轮减速器相比，加工稍微复杂一些，传动效率低。 (四)齿轮蜗杆减速器 蜗轮蜗杆传动适用于中、小功率的场合。采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动，由于允许齿面有较高的相对滑动速度，可将蜗杆传动布置在高速级，以利于形成润滑油膜，可以提高承载能力和传动效率。因此将蜗杆传动布置在第一级。斜齿轮传动，斜齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。因此将斜齿轮传动布置在第二级。优点：传动比一般为15-60，最大到480，可获得较大传动比，实现的是相交轴传动，工作平稳，噪音小。缺点：效率低，容易产生齿面粘附，成本高，蜗轮蜗杆传动采用铜合金材料，由于一般有专用切齿机床，切齿加工效率低。2.1.3方案的选取综合考虑到齿轮传动的传动比准确，磨损程度相对较小，并可以通过传动过程中降低转速来提升转矩，所以选用齿轮传动。本次项目减速器的目标传动比适中，不需要选用可以实现较大传动比的蜗轮蜗杆传动。同时，因为驱动卷筒带动传动带所承受力较大、并且输入轴与输出轴呈90度角，可以适用较特殊的安装空间，故选用锥齿轮传动。最终选择的传动方案为圆锥-圆柱二级齿轮传动。在选择传动类型时，要遵循以下原则： （1）小功率传动，宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动机构，以降低制造成本。 （2）大功率传动，应优先选用效率高的传动机构，如齿轮传动，以降低能耗。 （3）工作中可能出现过载或载荷变化较大、换向频繁的工作机，应选用具有过载保护作用和缓冲吸振能力的传动机构，如带传动。 （4）工作温度较高、潮湿、多尘场合，宜选用链、闭式齿轮或蜗杆传动。 （5）要求传动比准确时适宜选用齿轮或蜗杆传动。 综合考虑到齿轮传动的传动比准确，磨损程度相对较小，并可以通过传动过程中降低转速来提升转矩，所以选用齿轮传动。本次项目减速器的目标传动比适中，不需要选用可以实现较大传动比的蜗轮蜗杆传动。同时，根据设计任务指导书所给的任务要求，综合考虑各传动类型的优缺点、外廓尺寸、传动机构在多级传动中的布置，选择了外廓尺寸小，传动效率高，轴向力小的二级圆锥-圆柱齿轮减速器因为驱动卷筒带动传动带所承受力较大、并且输入轴与输出轴呈90度角，可以适用较特殊的安装空间，故选用锥齿轮传动。最终选择的传动方案为圆锥-圆柱二级齿轮传动。 3 传动方案的技术设计与分析传输带牵引力F=1206N传输带工作速度v=1.35m/s滚筒直径D=0.26 m使用地点室外生产批量小批量生产载荷性质微震使用年限八年一班 3.1 电动机选择与确定 3.1.1 电动机类型和结构形式选择 如无特殊要求，常选用交流电动机作为原动机。在交流电动机中如无特殊需要，一般选用Y系列三相交流异步电动机。由机械设计课程设计指导手册表14-1查得Y系列电动机一般分为三类。 Y系列（IP23）三相异步电动机：该系列为一般用途防护式笼型电动机。符合国际防护等级要求。该系列特点：具有效率高，起动性能好，噪声低，体积小，重量轻等优点Y系列（IP44）三相异步电动机：该系列为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，具有效率高，节能堵转转矩高，噪声低，振动小，运动可靠。能防止灰尘铁屑或其他杂物侵入电机内部，具有（IP23）相同用途外，还能适用于灰尘多，水土飞溅的场所。 YEJ系列电磁制动三相异步电动机：该系列是全封闭自扇冷式鼠笼型带有直流圆盘式电磁制动器的三相异步电动机。它是（IP44）的派生产品。它适用于要求快速停止准确定为的传动机构或装置上，具有制动快，定位准确的优点。综合设计，根据比较三种电机的性能、适用场合、使用条件及工作方式及其使用功率，结合任务书所给的要求室外微振带式运输机传动装置，确定为选择Y系列（IP44）三相异步电动机。与其他三相异步电动机相比，Y系列（IP44）三相异步电动机具有以下优点： （1）效率水平较高。 由于电动机效率水平的提高，就给社会带来了巨大的节电经济效益。 （2）起动性能较好。其最小转矩均保证在0.8倍的额定转矩以上，并且大部分还达到或超过1倍的额定转矩。因此，其起动性能非常优良，带负载起动也十分顺利。 （3）噪声低振动小。该系列采用电机专用轴承，因而运转噪声大为降低 （4）防护性能较好。结构设计满足对外界固体物和溅水的防护要求，这样就能有效防止异物对电动机和人体的危害，同时也可以满足室外使用的要求 （5）运行可靠使用寿命长。绕组均采用B级绝缘材料。当海拔不超过1000米，冷却空气的温度不超过40时，电动机定子绕组的温升限度（电阻法）不超过80K。较大的温升裕度则能延长电动机的使用寿命，并提高电动机运行的可靠性。 3.1.2 电动机容量确定 电动机的容量，（功率）选的合适与否，对其工作和经济性影响很大。容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能损耗，造成很大浪费。 设电动机输出功率为，卷筒功率为。则电动机的输出功率为 设卷筒效率为 设传动总效率为 。 其中为联轴器效率取为0.99（弹性联轴器），为直齿圆锥齿轮效率取为0.96，为圆柱斜齿轮效率取为0.97，为轴承效率取为0.98。所以有 =0.84，。要求考虑安全性、裕度，所以选取电动机的额定功率为2.2kw 3.1.3 电动机转速选择 卷筒轴工作转速为 rmin型号Y90L-2Y100L1-4Y112M-6Y132S-8额定功率/kw2.22.22.22.2同步转速/kw300015001000750满载时转速/（r/min）28401430940710电流/A4.745.035.615.81效率/%80.58180.581功率因数cos0.860.820.740.717.07.06.05.52.22.22.02.02.32.32.22.0GD/(N)0.0140.0540.1380.314质量（B3）/kg25344563 根据计算得出的电动机的额定转速，可选择四种不同的电动机，其主要性能参数表如下： 表3-1 额定功率为2.2kw的Y型（IP44）电动机主要参数表 同步转速为由电流额定率与极对数而定的磁场转速，是空载时才可能达到的转速，而负载时的转速都低于同步转速。电动机的转速高，极对数小，尺寸和重量小，价格也低，但使传动装置的传动比大，传动装置的结构尺寸、重量增大，成本提高；选用低转速的电动机则相反。因此，应对电动机及传动装置作整体考虑，综合分析比较。一般来说，如无特殊要求，通常多采用同步转速为1500或1000r/min的电动机。 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等因素，决定选用同步转速为决定选用同步转速为1000r/min,额定转速n电=940r/min的电动机。 结果:电机型号为Y112M-6， 3.2 传动装置总传动比确定及分配 3.2.1 传动装置总传动比确定 卷筒转速 n=99.2r/min 总传动比 3.2.2 各级传动比分配（要清楚的体现分配原则、要求与目标） 3.2.2.1 分配方案 对于圆锥圆柱齿轮减速器，为使圆锥齿轮直径较小，一般可取圆锥齿轮传动比为i1（0.250.4）i，并尽量使i1 3。 3.2.2.2 各级传动比确定 取i1=0.3i，所以有i1=0.39.47=2.84 而，则i2为3.334。 3.2.2.3计算传动装置的运动和动力参数： 将传动装置各轴由原动机到工作机依次定为1轴、2轴、3轴、工作机轴，并设，为相邻两轴间的传动比。 a.各轴转速：电机轴： I轴： II轴： III轴： 卷筒工作轴： b.各轴输入功率： c.各轴输入转矩： 运动和动力参数计算结果整理于下表：轴号功率P/kw转矩T/（Nm）转速n/(rmin)传动比i效率电机轴2.0220.5294010.991轴2.020.319402.840.942轴1.88.54.28330.993.3340.953轴1.79171.9299.4010.95卷筒轴1.70163.3699.40 4 关键零部件的设计与计算 4.1 设计原则制定 安全系数：S为疲劳强度安全系数，若按作齿轮材料疲劳极限试验所取定的失效概率计算齿轮的疲劳强度时，通常即取S=1。 轴的安全系数可以根据机械设计144页由有效应力集中系数、表面状态系数、尺寸系数和敏感性系数进行计算得到。这里取S=1.5即可。 加工工艺制定： 圆柱斜齿轮：加工齿轮毛坯（小批自由锻）加工齿面（插齿）热处理（大齿轮正火小齿轮调制）精加工（珩齿）。 锥齿轮：加工齿轮毛坯（小批自由锻）加工齿面（插齿）热处理（大齿轮正火小齿轮调制）精加工（珩齿）。 轴类零件：备料车右端面、钻中心孔、调头夹外圆车左端面、钻中心孔粗车外圆铣键槽调制热处理改变材料切削性能 精车外圆表面、切退刀槽和倒角、调头切退刀槽倒角磨削外圆表面去毛刺。 齿轮轴：自由锻正火车端面、钻中心孔粗车外圆调制处理精车外圆、倒角铣键槽滚齿修磨中心孔磨外圆剃齿去毛刺。 箱体和箱座：铸造毛坯时效油漆划线粗、精加工基准面粗、精加工各平面粗、半精加工各主要孔粗、半精加工各次要孔加工各螺纹、紧固孔、油孔等 去毛刺清洗检验。（平面加工采用普通铣床、孔采用镗床加工） 材料选择： 齿轮、齿轮轴和轴类零件都采用45号钢。虽然因硬度不高限制了承载能力，但易制造、成本低，可以满足减速器的工作要求，故选用45钢。箱体和箱座采用HT150即可保证较好的耐磨性、铸造性和可切削性且吸振性好，成本低。 4.2齿轮传动设计方案 大小齿轮据选择软齿面即可满足要求，但热处理方法不同。大齿轮正火、小齿轮调制，可以得到的硬度差（小齿轮齿根薄，受载次数多，可以使大小齿轮寿命接近；减小胶合的危险）。 设计及校核原则：软齿面点蚀为主，以齿面接触疲劳强度设计，齿根接触疲劳强度校核。 圆柱齿轮采用斜齿轮。相对于直齿轮，斜齿轮 有以下优点： （1）斜齿轮的啮合性好，传动平稳、噪声小。 （2）斜齿轮重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力。 （3）斜齿轮不产生根切的最少齿数少。圆锥齿轮传动（1） 圆锥齿轮大端模数取标准值，计算锥距R分度圆直径d等几何尺寸都要用大端模数，这些尺寸都应准确计算，不能圆整。（2）一般取小锥齿轮齿数Z1=1725;3)齿宽按尺宽系数0.250.3。大小圆锥齿轮的齿宽应相等。4.3 第一级齿轮传动设计计算4.3.1 第一级齿轮传动参数设计（已知，） 选择齿轮的材料，热处理方法及硬度 小锥齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为HB1=240HBS，大锥齿轮材料为45钢，正火处理，硬度为HB2=190HBS，二者材料硬度差为50HBS，满足硬度差在3050HBS的要求，且硬度均小于350HBS（软齿面）；估计锥齿轮平均分度圆的圆周速度为5m/s，初选8级精度（v9m/s）； 确定齿数： 小齿轮齿数（1725），取Z1=22， 则Z2=i1*Z1=222.84=62.48 取Z2=63，则齿数比u=2.86传动比误差：，在允许范围内。 由于减速器是闭式齿轮传动所以按齿面接触疲劳强度设计 (1)初定分度圆直径： (2)参数确定： 载荷系数： 传动平稳，由表6-4得； 初取分度圆处圆周速度v=4m/s，由图6-11a得；齿间载荷分配系数（对于圆锥齿轮由于制造精度低，不考虑与重合度有关的的影响，）；由图6-8取齿宽系数，通常为0.250.3取又因为有，所以查图6-17，由于大小齿轮硬度均小于350HBS为软齿面且为悬臂布置。得齿向载荷分布系数；根据表3知；节点区域系数，（，图6-19）；弹性影响系数，（表6-5）； 接触疲劳强度极限： ，（图6-27c） ，（图6-27b）计算应力循环次数：由图6-25取接触疲劳寿命系数 ， 失效率1%，安全系数S=1得 取(3)计算：小齿轮分度圆直径=计算平均分度圆处的圆周速度4m/s；修正载荷系数 Kv=1.06 ，（图6-11）；K=Kv=1.325 校正试算大端分度圆直径； (4)确定尺寸参数 模数确定 ，将模数标准化取m=3； 分度圆直径 计算锥距 ； 计算齿轮宽度 ，尺宽数值需要圆整且大小锥齿轮尺宽相等，所以取分锥角 ， 4.3.2 第一级齿轮传动强度校核按齿根弯曲疲劳强度校核：有如下公式：，；当量齿数，所以，齿形系数：，；应力修正系数：；（图6-21,6-22）计算弯曲疲劳许用应力：取失效概率1%，安全系数S=1，由图6-26得所以， ， MPa；MPa=MPa由，成立，满足强度要求4.4第二级齿轮传动设计计算4.4.1 第二级齿轮传动参数设计 （已知）选择斜齿轮的材料，热处理方法及硬度选材及热处理方式小齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为HB3=240HBS，大齿轮材料为45钢，正火处理，硬度为HB4=190HBS，二者材料硬度差为50HBS，满足硬度差在3050HBS的要求，且硬度均小于350HBS（软齿面）；选精度初取圆柱齿轮平均分度圆的圆周速度为v=4m/s，初选8级精度（v9m/s）；确定齿数小齿轮齿数=（2040），取，大齿轮齿数，取，则可以得到实际传动比 传动比误差： =0.36%5% 在允许误差范围内。选取螺旋角（），初选螺旋角齿宽系数，轴承相对齿轮不对称布置查表6-7得；按齿面接触疲劳强度设计有公式(1)参数确定：载荷系数 使用系数，由表6-4得；动载荷系数，估计分度圆处圆周速度v=4m/s，由图6-11b得齿间载荷分配系数由图6-13得齿向载荷分布系数，由于，由图6-17得；载荷系数 根据表3知；节点区域系数，（，图6-19）；弹性影响系数，（表6-5）；重合度系数，因为，则取，所以得到 螺旋角系数 接触疲劳强度极限： ，（图6-27c） ，（图6-27b）计算应力循环次数：由图6-25取接触疲劳寿命系数 ，失效率1%，安全系数S=1得 取(2)计算：小齿轮分度圆直径计算平均分度圆处的圆周速度；修正载荷系数，查图6-11；校正试算大端分度圆直径 ；计算法向模数，由于润滑需要，将模数标准化取；计算中心距，圆整，取a=145mm；按圆整后的中心距修正螺旋角计算分度圆直径 计算齿轮宽度圆整取，（比大510mm）4.4.2 第二级齿轮传动强度校核按齿根弯曲疲劳强度校核 重合度系数 螺旋角系数 计算当量齿数， 查取齿形系数由图6-21查得 ，查取应力修正系数由图6-22查得 ，计算弯曲疲劳极限应力及寿命系数 () ()寿命系数按，分别查得 ，计算弯曲疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数S=1 计算弯曲应力 由，成立，满足强度要求。4.5 轴的初算 最小轴颈初算选取轴的材料为45，实际工作功率不是太大，考虑到轴的弯矩不是太大，取C=112，根据公式：则有： 轴： 单键槽： 选取该轴最小直径为20mm. 轴： 单键槽： 选取该轴最小直径为25mm. 轴： 单键槽： （34）选取该轴最小直径为25mm. 4.6 键的选择及键联接的强度计算4.6.1 键联接方案选择键联结的种类，有平键联结 半圆键联结 楔键联结（一）平键连接平键按用途分有三种：普通平键、导向平键和滑键。平键的两侧面为工作面，平键连接是靠键和键槽侧面挤压传递转矩，键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等优点，因而应用广泛。普通平键用于轮毂与轴间无相对滑动的静连接。按键的端部形状不同分为A型（圆头）、B型（方头）、C型（单圆头）三种。A型普通平键的轴上键槽用端铣刀在立式铣床上铣出，槽的形状与键相同，键在槽中固定良好，工作时不松动，但轴上键槽端部应力集中较大。B型普通平键轴槽是用盘状铣刀在卧式铣床上加工，轴的应力集中较小，但键在轴槽中易松动，故对尺寸较大的键，宜用紧定螺钉将键压在轴槽底部。C型普通平键常用于轴端的连接。导向平键和滑键均用于轮毂与轴间需要有相对滑动的动连接。导向平键用螺钉固定在轴上的键槽中，轮毂沿键的侧面作轴向滑动。滑键则是将键固定在轮毂上，随轮毂一起沿轴槽移动。 导向平键用于轮毂沿轴向移动距离较小的场合，当轮毂的轴向移动距离较大时宜采用滑键连接。（二）半圆键连接半圆键连接的工作原理与平键连接相同。轴上键槽用与半圆键半径相同的盘状铣刀铣出，因此半圆键在槽中可绕其几何中心摆动以适应轮毂槽底面的斜度。半圆键连接的结构简单，制造和装拆方便，但由于轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般多用于轻载连接，尤其是锥形轴端与轮毂的连接中。（三）楔键连接楔键的上下表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面均具有 1:100 的斜度。装配后，键楔紧于轴槽和毂槽之间。工作时，靠键、轴、毂之间的摩擦力及键受到的偏压来传递转矩，同时能承受单方向的轴向载荷。（四）切向键连接切向键由两个斜度为 1:100 的普通楔键组成。装配时两个楔键分别从轮毂一端打入，使其两个斜面相对，共同楔紧在轴与轮毂的键槽内。其上、下两面（窄面）为工作面，其中一个工作面在通过轴心线的平面内，工作时工作面上的挤压力沿轴的切线作用。因此，切向键连接的工作原理是靠工作面的挤压来传递转矩。一个切向键只能传递单向转矩。切向键连接主要用于轴径大于 100mm 、对中性要求不高且载荷较大的重型机械中。考虑到加工成本因素和减速器应用情况，采用A型圆头平键联接即可。键的具体尺寸可以由轴径根据机械设计课程设计指导手册191页续表17-30查得：轴键槽部分的轴径为20mm，所以选择普通圆头平键小锥齿轮键A632 ， 联轴器键A645 GB/T 1095-2003轴左右两端键槽部分的轴径为30mm大锥齿轮键 A850 ， 小圆柱齿轮键A863 GB/T 1095-2003轴与大圆柱齿轮配合部分键槽部分的轴径为42mm，所以选择普通圆头平键键 A1256 ；与联轴器配合部分的轴径为34mm，所以选择圆头普通平键 A1056 GB/T 1095-2003 4.6.2 键联接的强度计算1.输出轴轴与联轴器配合处：轴端直径d6=34 1090 b=10mm h=8mm 选择l=90mm联结中较弱材料为锻钢 强度满足要求与大圆柱齿轮配合处：轴端直径为d5=42 1256 b=12mm h=8mm选择l=44mm联结中较弱材料为锻钢 强度满足要求2. 中间轴轴 与小圆柱齿轮配合处：轴端直径为d3=30 863 b=8mm h=7mm l=63mm联结中较弱材料为锻钢 与大圆锥齿轮配合处:轴端直径为d4= 30 850 b=8 h=7 l=50联结中较弱材料为锻钢 3输入轴轴 与联轴器配合处：轴端直径为d1=20 645 b=6 h=6 l=45 联结中较弱材料为锻钢 与小圆锥齿轮配合处： 轴端直径为d2= 20 A632 b=6 h=6 l=32 联结中较弱材料为锻钢 类型选用根据联轴器和齿轮的要求选定。所选键具体数据如下：轴轴径bhL标准输入轴d1=206645GB/T1095-2003d2=206632GB/T1095-2003中间轴d3=308763GB/T1095-2003d4=308850GB/T1095-2003输出轴5=4212844GB/T1095-2003d6=3410856GB/T1095-20034.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式 深沟球轴承：主要承受径向载荷和一定的双向轴向载荷，极限转速高，结构简单，价格低廉。调心球轴承：主要承受径向载荷和不大的双向轴向载荷。轴承外圈内表面是以轴承中点为心的球面，内外圈轴线允许有小于3的相对偏转角，故能自动调心，以适应轴的变形或安装误差。这类轴承适用于弯曲刚度较小的轴、二轴承孔同心度较低及多支点的支撑中。圆柱滚子轴承：滚动体是圆柱滚子，内圈或外圈上有凹槽滚道，内外圈间可沿轴向作相对移动。它能承受大的径向载荷，不能承受轴向载荷，适用于刚性大、对中性好的支撑中。滚针轴承：径向结构尺寸紧凑，只能承受径向载荷。对轴的变形或安装误差很敏感，适用于转速较低、径向尺寸受限制的场合。角接触球轴承：能同时承受较大的径向载荷和单向轴向载荷，接触角愈大承受轴向载荷的能力也愈大。这类轴承宜成对使用，适用于旋转精度高的支撑。圆锥滚子轴承：与角接触球轴承类似，因滚动体与套圈间为线接触，故同时承受径向载荷和单向的轴向载荷的能力比角接触球轴承的大，但其极限转速低。轴承外圈可分离，安装、调整方便，宜成对使用。推力球轴承：两套圈的内孔直径不同，孔径小的与轴配合称为紧圈，孔径大的与轴有间隙称为松圈。它只能承受单向轴向载荷，应用于轴向载荷大，转速不很高的支撑中。由于本减速器为圆锥-圆柱齿轮二级减速器及采用了斜齿轮，在传动过程中，既受径向载荷，又受轴向载荷，故将会产生径向分力和轴向分力，可以承载轴向力的滚动轴承有：深沟球轴承、调心球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承。根据具体载荷的大小、方向和性质，可以采用角接触球轴承和圆锥滚子轴承。角接触轴承支撑的轴距短，但是轴向可以受较大的力矩，是成对使用的。故选择角接触轴承。轴承型号dDBC/kNC0/kN润滑7208C输出轴40801836.825.8油润7305C中间轴25621721.515.8油润7306C输入轴30721926.219.8油润5 传动系统结构设计与总成5.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范5.1.1装配图整体布局 5.1.2 轴系结构设计与方案分析 输入与输出轴的位置与相对关系通过锥齿轮传动，实现了输入轴与输出轴相垂直的位置关系。 5.1.2.1 高速轴结构设计与方案分析 1、齿轮结构形式 齿轮结构形状和尺寸与所采用的材料、毛坯大小及制造方法有关。尺寸较小的齿轮可与轴做成一体，此时轴的刚度大，但是轴承是在套杯内进行安装，很不方便；当齿根圆直径大于轴颈，并且x2.5mn时，齿轮可与轴分开制造，这种结构，安装轴承方便。对直径较大的齿轮，常用腹板结构，并在腹板上加工孔（钻孔或铸造孔），以便于加工时装夹，同时也可减轻其重量。齿宽较大时，宜加肋以提高刚度。小锥齿轮平均底圆df=59.42mm,dm=66.28mm所以，因此，小锥齿轮应与轴做成装配式。2、轴上零件固定方案联轴器与轴通用键连接进行周向固定，用定位轴肩进行轴向固定；小锥齿轮与轴做成装配式，需要通过键进行周向定位，通过套筒，螺栓紧固轴端挡圈进行轴向定位。轴承内圈与轴通过过盈连接进行周向定位，外圈通过与套杯的过盈连接实现周向定位；靠近输入端的轴承内圈通过轴用弹性挡圈进行轴向定位，外圈通过轴承端盖实现轴向定位；远离输入端的轴承内圈通过套筒与定位轴肩进行轴向定位，外圈通过套杯实现轴向定位。 3、滚动轴承轴系固定方案 轴承在轴系上的固定方案有三种，分别如下：（1）两端固定支承：指两个支承端各限制一个方向的轴向位移的支承方式。（2）固定-游动支承：指在轴的一个支承端使轴承与轴及外壳孔的位置相对固定，以实现轴的轴向定位。而在轴的另一支承端，使轴承与轴及外壳孔间可以相对移动，以补偿轴因热变形及制造安装误差引起的长度变化。 固定-游动支承的运转精度高，对各种工作条件的适应性强。因此，在各种机床主轴、工作温度较高的蜗杆轴以及跨距较大的长轴支承中得到了广泛的应用。 （3）两端游动支承：两端游动支承结构中两个支承端的轴承，都对轴不作精确的轴向定位，因此都属于游动支承。此类支承常用于轴的轴向定位已由其他零件限定的场合。两端游动支承不需精确限定轴的轴向位置，因此安装时不必调整轴承的轴向游隙。工作中即使处于不利的发热状态，轴承也不会卡死。 为改善圆锥齿轮的啮合性能，提高轴的刚度，该减速器的输入轴采用两端固定的支承方式。 （4）内外圈的固定方案的选择：内圈的固定：弹性挡圈固定方法不能承受轴向力，故不能采用；外圈的固定：多采用端盖或套筒固定的固定方式。 输入轴结构布置图5.1.2.2 中间轴结构设计与方案分析 1、齿轮结构形式 因为大锥齿轮的尺寸较大，做成一体式的会增大轴的重量，降低州的刚度，使轴的使用寿命降低，且难以装配，故大锥齿轮应与轴分开。 m=2.5,z=26的齿轮应与轴分开，因为是小批制造，故采用自由锻的方式加工，且因齿轮的尺寸较小，故，可以加工成简单的齿轮，不需加工腹板。 2、轴上零件固定方案 轴承内圈与轴通过过盈连接进行周向定位，外圈通过与外壳孔的过盈连接实现周向定位；轴承内圈通过套筒进行轴向定位，外圈通过轴承端盖实现轴向定位。 两个齿轮均通过键连接实现周向定位，通过套筒与定位轴肩实现轴向定位。 3、滚动轴承轴系固定方案 为提高轴的刚度，该减速器的中间轴采用两端固定的支承方式。 中间轴结构布置图 5.1.2.3 低速轴结构设计与方案分析 1、齿轮结构形式 因为大圆柱斜齿轮的尺寸较大，做成一体式的会增大轴的重量，降低轴的刚度，使轴的使用寿命降低，且难以装配，故大圆柱斜齿轮应与轴分开。轮的尺寸较大，故需加工腹板。因为是小批制造，故采用自由锻的方式加工， 2、轴上零件固定方案 联轴器与轴通用键连接进行周向固定，用定位轴肩进行轴向固定；轴承内圈与轴通过过盈连接进行周向定位，外圈通过与外壳孔的过盈连接实现周向定位；靠近联轴器一端的轴承内圈通过定位轴肩进行轴向定位，外圈通过轴承端盖实现轴向定位；另一轴承内圈通过定位轴肩和套筒进行轴向定位，外圈通过轴承端盖实现轴向定位。齿轮通过键连接实现周向定位，通过套筒与定位轴肩实现轴向定位。 3、滚动轴承轴系固定方案为提高轴的刚度，该减速器的中间轴采用两端固定的支承方式。输出轴结构布置如下图示 5.2零件图设计（可选）代表性零件设计（代表零件选择说明）轴承端盖的设计，由于是在输出端，需要做成透盖，详细的尺寸设计见机械设计课程设计图册85页。其中b,h方槽是用于导润滑油进入轴承的，轴承端盖部件的形状结构根据轴承部件的具体结构确定。5.3 主要零部件的校核与验算5.3.1 轴系结构强度校核(选择低速轴进行校核)给出轴系结构简化力学模型，进行受力分析及计算，完成强度校核1.整体受力图如下： 2.水平面受力图： 3. 垂直面受力图：4.计算斜齿轮上的三个力： 5.计算轴承反力.水平面 .垂直面 6.各个力矩图：（单位：）.齿轮的轴向力平移至轴上所产生的弯矩为： .水平面弯矩图92819.352936.8 .垂直弯矩图69238.96215467.合成弯矩图335857.9115799.287156.97295975.4.转矩图171819.546、 判断危险截面由图可知齿轮中间断面C处以及C处右左端的轴肩端面： 应力大（弯矩大，有扭矩，轴颈小） 应力集中（过盈配合、键槽、过渡圆角） 因此有，C处附近为危险截面7、安全系数法校核轴的强度 .材料对循环载荷的敏感性系数轴材料选用45钢调质，由机械设计查得 由机械设计P147 表10-5所列公式可求得疲劳极限 由式 .校核安全系数 一般转轴b对称循环，按脉动循环考虑 由机械设计P155表10-11查得，过盈配合， 过渡圆角： 查机械设计P154表10-9得： 按车削加工，由机械设计P156表10-3查得：表面状态系数为：=（0.95+0.90）/2=0.93 由机械设计P156表10-13查得尺寸系数； 所以， 因此可见： 代入公式，进行安全系数校核（设无限寿命，k=1）故C截面处安全 5.3.2 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承的选择及计算（输出轴） 该减速器输出轴的转速为99.40r/min，又因为输出轴上的齿轮为圆柱斜齿轮，因此该轴同时承受径向载荷和单向轴向载荷，因此选择极限转速高，能同时承受较大的径向载荷和和单向轴向载荷的角接触球轴承。 现计算输出轴轴上的一对轴承的寿命。 已知： （4）载荷平稳1、轴承型号： 根据轴的直径，选轴承型号为7208C，d=40mm，D=80mm，B=18mm，基本额定动载荷 C=36800N，基本额定静载荷 Cor=25800N，采用油润滑，极限转速为10000r/min. 查表得 S=0.4Fr（=15o，e=0.4） 则 ： 2、计算单个轴承的轴向载荷比较S1+Fa与S2的大小由图示结构知，1轴承“放松”，2轴承“压紧”。则它们的轴向力为：Fa1=S1=249N，Fa2=S1+Fa=606.242N 3、当量动负荷P： 轴承A: （由机械设计P169表11-7得fp=1.01.2，取fp=1.1）轴承B： 所以，有1307.05 4、寿命计算： 选用的轴承的寿命要远大于要求的寿命，此时不必换用使用寿命低的轴承，虽然选用的轴承远远超出了实际需要，提高了成本，但改变轴承还需要改变轴的尺寸，所需的成本更高，所以不必更换轴承。6主要附件与配件的选择6.1联轴器选择 联轴器主要有两类： 无弹性元件挠性联轴器（也称可移式刚性联轴器）：这类联轴器利用自身具有相对可动的元件或间隙，即元件间的活动度，来补偿两轴相对位移。由于可动元件间存在相对运动而发生摩擦，引起磨损，因此需重视润滑。没有缓冲和减震作用，只能用于平稳载荷或轻微冲击的场合。 有弹性元件挠性联轴器（又统称为弹性联轴器）：这种联轴器由于含有能产生较大弹性变形的元件，除具有补偿性能外，还具有缓冲和减振作用。弹性元件储存能量越多则缓冲能力越强，弹性元件的弹性滞后性能越好，则减振作用越大。由于受弹性元件强度限制，这种联轴器传递转矩的能力一般不及无弹性元件联轴器。金属弹性元件的主要特点是强度较高、传递转矩能力较大、使用寿命长且性能稳定；非金属弹性元件(主要是橡胶、尼龙和聚氨酯等工程塑料）的有点是制造方便，易获得各种结构形状且具有较高的阻尼性能。由于减速器要求的工作情况为微振，考虑到价格、加工及安装等因素，输入轴选LT4型弹性套柱销联轴器，其公称转矩63N/m，半联轴器的孔径d1=20mm，半联轴器长度L=50mm。输出轴选选LT6型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为250 N/m，半联轴器的孔d1=35mm，半联轴器长度L=60mm。6.2 润滑与密封的选择6.2.1 润滑方案对比及确定。与环境要求关系 润滑方式有油润滑和脂润滑两种，它们的优缺点如下： 油润滑：润滑可靠，摩擦系数小，具有良好的冷却和清洗功能，可用多种润滑方式以适应不同的工作条件，但是需要复杂的密封装置和供油设备。 脂润滑：油膜强度高，油脂粘附性好，不易流失，使用时间较长，能防止灰尘、水分和其他杂物进入轴承，密封装置结构简单。缺点是：转速较高时摩擦损失较大。润滑脂的不足或过多，都会导致轴承工作中温升增大。 由于高速级齿轮速度大于2m/s，相对于脂润滑来说油润滑效果更好，故轴承润滑采用油润滑。齿轮采用浸油润滑，由机械设计课程设计指导手