二级展开式减速器设计说明书.doc

哈尔滨工程大学机械设计课程设计计算说明书设计题目：二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器 机械设计制造及其自动化 专业 100711 班 设计者： 黄诗博 指导教师： 杨恩霞 2013年1月6日 哈尔滨工程大学机械设计课程设计目录1.设计任务书11.1设计课题21.2已知条件21.3已知数据21.4生产批量21.5设计要求22.传动装置总体设计方案22.1 组成22.2 特点32.3 确定传动方案33 电动机的选择和传动系统参数的选择和计算43.1 电动机类型和结构的选择43.2 电动机功率的选择43.3 电动机转速的确定43.4 计算传动装置的总传动比，并分配传动比53.5 计算传动装置各轴的运动和动力参数54 传动零件的设计计算65 轴的设计计算105.1 电动机的安装尺寸105.2初定轴的最小直径105.4低速轴的设计115.5中间轴的设计145.6高速轴的设计156 键连接的选择计算166.1 低速轴键的选择与校核166.2 中间轴键的选择与校核166.3 高速轴键的选择与校核177 滚动轴承的类型、代号及寿命计算177.1 低速轴轴承的选择与校核177.2 中间轴轴承的选择与校核187.3 高速轴轴承的选择与校核188 箱体设计189 润滑密封的选择2110设计小结2411 参考资料241. 设计任务书1.1设计课题设计带式运输机传动装置的二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器。1.2已知条件带式输送机用于锅炉房送煤。三班制工作；每班工作8小时,常温下连续、单向运转，载荷平稳。输送带滚轮效率为0.97。使用期限为12年；检修间隔为3年。1.3已知数据方 案123456运输带牵引力F(N)160020002400280032003600运输带速度V(m/s)0.50.60.81.01.21.4 滚 筒 直 径D(mm)300400350350400400注：题号为154。1.4生产批量小批量生产（5台），无铸钢设备。1.5设计要求 (1)设计说明书一份。(2)减速器装配图一张。2.传动装置总体设计方案2.1 组成传动装置由电机、减速器、工作机组成。2.2 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。2.3 确定传动方案装置应简单环保，应用寿命长，可靠性好 其传动方案如下：3 电动机的选择和传动系统参数的选择和计算3.1 电动机类型和结构的选择选择应用广泛的三相异步交流电动机。Y系列三相笼形异步电动机结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，故选用此系列电动机。全封闭自扇冷式结构，电压380V。3.2 电动机功率的选择(1)螺旋输送机所需要的工作功率：(2)电动机到工作机输送带间的总效率：联轴器的效率滚动轴承的效率8级精度圆柱齿轮传动效率卷筒传动的效率(3)电动机所需工作功率： 3.3 电动机转速的确定(1)工作机卷筒的转速为，(2)二级圆柱齿轮减速器传动比， 所以电动机转速可选范围为：符合这一范围的同步转速为、三种。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量及价格等因素，为保证经济性，决定选用同步转速为的电动机。考虑到此输送机用于锅炉房送煤，工作条件较恶劣，灰尘较多，故选用Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机。选定电动机型号为Y132M-4。主要性能参数为：额定功率 ，满载时转速3.4 计算传动装置的总传动比，并分配传动比总传动比：分配传动比： 取3.5 计算传动装置各轴的运动和动力参数各轴的转速：各轴的输入转矩：电动机轴的输入转矩为故：将上面结果汇总于表中，以备查用：轴名转矩转速电机轴15493.71430轴15338.71430轴90498242.4轴34345057.7输送机轴32341557.74 传动零件的设计计算4.1 低速级减速齿轮的设计 材 料：由表一选择小齿轮材料45号钢调制处理硬度HBS217255大齿轮材料ZG35CrMo调制处理硬度190240，精 度：8级。2）初选取小齿轮齿数z1=22，大齿轮齿数z2=i2z1=92.4，两齿轮齿数互质取z2=93。3）按齿面接触强度设计确定各参数值初选载荷系数Kt=1.6由表7-5，初选齿宽系数d=1由表7-6，查得弹性系数ZE=189.8Mpa由图7-12，查得节点区域系数ZH=2.5由图7-18，查得接触疲劳极限Hlim1=550MPa，Hlim2=800MPa；小轮应力循环次数N1=60n1jLh=60242.411236524=1.53109大轮应力循环次数N2=60n1jLh=6057.711236524=3.64108由图7-19查得接触疲劳系数ZN1=0.97，ZN2=1.06(允许局部点蚀)取安全系数SH=1，则：=5500.97=533.5 MPa=8001.06=848MPaa. 确定传动尺寸初算小分度圆直径d1=35.75mm圆周速度0.45m/sK=KAKVKK查图7-7得动载荷系数KV=1.07查表7-2得使用系数KA=1假设，查表7-3得齿间载荷分配系数 K=1.2查图7-8得K=1.07故载荷系数K=11.071.21.07=1.37按K值对d修正，即d1=确定模数m=,取m=3mm；中心距a=;取z=170mm传动比i2=传动比在误差范围之内；分度圆直径d1=mz1=322=66mm,d2=mz2=393=279mm;齿宽b=,取小轮齿宽65mm，大齿轮宽60mm。修正齿宽系数=0.984）校核齿根弯曲疲劳强度 a.确定各参数由表7-4知齿形系数和应力矫正系数YF1=2.72，YS1=1.57;YF2=2.20，YS2=1.78由图7-17查得弯曲疲劳寿命系数YN1=0.87，YN2=0.91;由图7-16查得齿轮弯曲疲劳极限=560Mpa，=630Mpa取安全系数SF=1.25，计算得弯曲许用应力MpaMpab.验算齿根弯曲强度疲劳强度符合。4.2 高速级减速齿轮的设计 材 料：由表一选择小齿轮材料45号钢调制处理硬度HBS217255大齿轮材料ZG35CrMo调制处理硬度190240，精 度：8级。采用斜齿轮2）初选取小齿轮齿数z1=22，大齿轮齿数z2=i2z1=129.8，两齿轮齿数互质取z2=133。3）按齿面接触强度设计确定各参数值初选载荷系数Kt=1.6由表7-5，初选齿宽系数d=1由表7-6，查得弹性系数ZE=188.9Mpa由图7-12，查得节点区域系数ZH=2.43由图7-15查得，由图7-18，查得接触疲劳极限Hlim1=440MPa，Hlim2=550MPa；小轮应力循环次数N1=60n1jLh=60143011236524=9.02109大轮应力循环次数N2=60n1jLh=60242.411236524=1.53109由图7-19查得接触疲劳系数ZN1=0.86，ZN2=0.97(允许局部点蚀)取安全系数SH=1，则：=4400.97=378.4 MPa=5500.97=533.5MPab. 确定传动尺寸初算小分度圆直径d1=29.5mm圆周速度2.21m/sK=KAKVKK查图7-7得动载荷系数KV=1.12查表7-2得使用系数KA=1假设，查表7-3得齿间载荷分配系数 K=1.4查图7-8得K=1.07故载荷系数K=11.121.41.07=1.68按K值对d修正，即d1=确定模数m=,取m=2mm；中心距a=;取中心距为160mm。14.36不需修正传动比i2=传动比在误差范围之内；分度圆直径d1=45.4mm,d2=274mm;齿宽b=,取小轮齿宽45mm，大齿轮宽40mm。修正齿宽系数=0.984）校核齿根弯曲疲劳强度 a.确定各参数由表7-4知齿形系数和应力矫正系数YF1=2.65，YS1=1.58;YF2=2.15，YS2=1.81纵向重合度，查图7-14得螺旋角系数由图7-17查得弯曲疲劳寿命系数YN1=0.86，YN2=0.90;由图7-16查得齿轮弯曲疲劳极限=560Mpa，=630Mpa取安全系数SF=1.25，计算得弯曲许用应力MpaMpab.验算齿根弯曲强度疲劳强度符合。5 轴的设计计算5.1 电动机的安装尺寸轴外伸直径为：，轴外伸长度为：，中心高键槽宽度，键槽深度。5.2初定轴的最小直径先按轴所承受的转矩初步估算轴的最小直径，公式为轴材料选45号钢正火处理，取C=110，则：5.3 选择联轴器和轴承高速输入轴连轴器选择高速连轴器高速轴与电动机连接拟选用LT型弹性套柱销联轴器GB/ 4323-2002，取，计算转矩为。确定选刚性联轴器凸缘GB/75843-2003，轴孔直径低速输出轴连轴器选择低速轴与输送机连接拟选用KL5J1型滑块联轴器，取，计算转矩为。确定选KL8型弹性柱销联轴器，轴孔直径。初选轴承轴承选择角接触球轴承 I轴选择角接触球轴承7007C，II轴选择角接触球轴承7007C，III轴选择角接触球轴承70010C，5.4低速轴的设计（1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为满足半联轴器的轴向定位要求，轴段1右端处需制一轴肩，轴肩高度，故取2段的直径，。半联轴器与轴配合的毂孔长度=90mm.，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故的长度应该比略短一点，但考虑到安装尺寸的限制，现取。 2）轴段3和轴段6用来安装轴承，参照工作要求并根据初步选择的滚动轴承（7010C），可确定，,轴段1和轴段4的长度与轴承宽度相配合，但考虑到密封毡圈的宽度，故取。 3）为减小应力集中,并考虑左右轴承的定位与拆卸,轴段4的直径应根据7010C的角接触球轴承的定位轴肩直径确定,即，取。 4）轴段6上安装低速级大齿轮,为便于齿轮的安装, 应略大与,可取。 5）取轴端倒角为C2。低速轴的设计尺寸如下图：轴材料选用45正火处理，。（2）计算大圆柱齿轮受力。圆周力 径向力 （3）计算支承反力轴承选用7010C角接触轴承，。水平面支反力 竖直面支反力（4）画弯矩图水平面：垂直面：合成弯矩（5）画转矩图转矩图如图：（6）许用应力由，查表9-4得，则折合系数为：当量转矩当量弯矩在大齿轮中间截面处（8）校核轴径大齿轮所在的截面对应的当量弯矩最大，且有较大应力集中，危险截面为大齿轮所在中间截面。该截面有键槽，抗扭截面模量为其中，b=20mm,t=7.5mm则故轴的尺寸满足要求。校核得实际弯矩远小于材料极限故中速轴高速轴不再校核。5.5中间轴的设计 （1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）参照工作要求并根据初步选择的滚动轴承（7007C），可确定 ，,轴段1和轴段5的长度与轴承宽度相配合，考虑到密封毡圈的宽度，故取。2）轴段2上安装高速级大齿轮，为便于齿轮的安装，应略大与，考虑到轴承的拆卸和定位，可取。齿轮右端用轴肩固定，由此可确定轴段3的直径, 轴肩高度,取，。大齿轮左端由密封圈固定，为使齿轮左端顶在密封圈上，即靠紧，轴段2的长度应比齿轮毂长略短，若毂长与齿宽相同，已知齿宽，取。3）轴段4上安装低速级小齿轮。鉴于齿轮直径太小，齿根圆直径与轴直径相差太少，若分开制造后装配会影响轴的强度，故将小齿轮与轴制成一体，形成齿轮轴。取，取。4）取轴端为C2。中间轴的设计尺寸如下图：轴段 1 2 3 4 55.6高速轴的设计 （1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为满足半联轴器的轴向定位要求，6轴段右端需制处一轴肩，轴肩高度，故取5段的直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度=100mm.，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故的长度应该比略短一点，现取。2）参照工作要求并根据初步选择的滚动轴承（7007C），可确定，,轴段1和轴段5的长度与轴承宽度相配合，但考虑到密封毡圈的宽度和结构需要，故取。考虑到轴承的安装尺寸限制，在轴段5左侧加一轴肩，。3）取齿轮左端面与箱体内壁间留有足够间距，取。为减小应力集中,并考虑右轴承的拆卸、定位等问题,轴段5直径应根据7007C角接触球轴承的定位轴肩直径确定。4）轴段上3安装齿轮，鉴于齿轮直径太小，齿根圆直径与轴直径相差太少，若分开制造后装配会影响轴的强度，故将小齿轮与轴制成一体，形成齿轮轴。取 。5）端倒角为C2。高速轴的设计尺寸如下图：轴段1 2 3 4 5 6 轴材料选用45正火处理，。 6 键连接的选择计算6.1 低速轴键的选择与校核（1）低速轴键的选择低速轴与大圆柱齿轮的连接。选用圆头普通平键（A型），尺寸大小为，b=16mm，h=12mm，L=50mm。低速轴与输送机联轴器的连接。选用圆头普通平键（A型），尺寸大小为，b=14mm，h=9mm，L=70mm。（2）低速轴与大圆柱斜齿轮的连接校核。键、轴和轮毂的材料都是钢，由表查得许用挤压应力，取其平均值。 键的工作长度l=L-b=50-14=36mm键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=6mm则键的强度符合要求。（3）低速轴与输送机联轴器的连接校核。键、轴和联轴器的材料都是钢，由表查得许用挤压应力，取其平均值。键的工作长度l=L-b=70-14=56mm.键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4.5mm则键的强度符合要求。6.2 中间轴键的选择与校核（1）中间轴键的选择中间轴与大圆柱斜齿轮的连接。选用圆头普通平键（A型），尺寸大小为，b=14mm，h=9mm，L=40mm。（2）中间轴与大圆柱斜齿轮的连接校核。键、轴和轮毂的材料都是钢，由表查得许用挤压应力，取其平均值。 键的工作长度l=L-b=40-14=26mm键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4.5mm则键的强度符合要求。6.3 高速轴键的选择与校核（1）高速轴键的选择高速轴与输入电机联轴器的连接。选用圆头普通平键（A型），尺寸大小为，b=10mm，h=8mm，L=50mm。（2）高速轴与输入电机联轴器的连接校核。键、轴和联轴器的材料都是45号钢，由表查得许用挤压应力，取其平均值。键的工作长度l=L-b=50-10=40mm键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4mm则键的强度符合要求。7 滚动轴承的类型、代号及寿命计算7.1 低速轴轴承的选择与校核（1）低速轴轴承的选择低速轴轴承处直径为，选用角接触轴承GB/T292-94，型号为7010C，基本额定动载荷，。（2）计算当量动载荷， 由于低速轴上的轴承不承受轴向力，只承受径向力，故即： （3）计算寿命取较大者代入寿命计算公式，取，则故轴承符合寿命要求。因低速级远大于使用寿命故中间轴高速轴省略校核过程7.2 中间轴轴承的选择与校核（1）中间轴轴承的选择中间轴轴承处直径为，选用角接触轴承GB/T292-94，型号为7007C7.3 高速轴轴承的选择与校核（1）高速轴轴承的选择高速轴轴承处直径为，选用角接触轴承GB/T292-94，型号为7207B，基本额定动载荷，8 箱体设计减速器的箱体材质选用铸铁（HT150）。采用剖分式结构。1.机体有足够的刚度机体设置外加肋，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，故采用浸油润滑，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30mm。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6.3。3.机体结构有良好的工艺性铸件壁厚为9，圆角半径为R=2。机体外型简单，拔模方便。4.对附件设计A窥视孔和窥视孔盖窥视孔用于检查传动件的啮合情况，并兼作注油孔。由于检测时常需要使用相应的工具并需观察，所以窥视孔一般设计在减速器的上方，并应有足够的尺寸，以便观察和操作。为防止杂质进入箱体和箱体内油液溢出，窥视孔上设有窥视孔盖及密封垫圈。窥视孔与箱体用螺纹连接。B通气器机器工作时其内部温度会随之升高，箱体内气体膨胀，如无通气管道则油气混合气体会从减速器周边密封处溢出，为此应在箱体上方设置通气器，使机器运转升温时气体通畅通出。为避免停机时吸入灰尘，使用带有过滤网的通气器。C放油孔及放油螺塞为放出箱体内油液，应在箱体底部设置放油孔，其设计位置在箱体地面稍低部位，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便排油时将油液排净。机器正常工作时用螺塞加耐油垫片将其阻塞密封，为加工内螺纹方便，需在靠近放油孔内箱体上局部铸造一小坑，使钻孔攻丝时，钻头丝锥不会一侧受力。D油面指示器为了指示减速器内油面的高度，以保持箱体内正常的油量，在便于观察的油面比较稳定部位设置油面指示器。E吊环螺钉，吊耳及吊钩为了装拆和搬运，在机盖上设置吊耳，在机座上设置吊钩。F定位销为了精确的加工轴承座孔，并保证减速器每次装拆后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，所以在箱盖和箱座的剖分面加工完成并用螺栓连接之后、镗孔之前，在箱盖和箱座的连接凸缘上装备两个定位圆锥销。G启盖螺钉为了加强密封效果，防止润滑油从箱体剖分面处渗漏，通常在箱盖和箱座剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因黏接较紧而不宜分开。为此在箱盖凸缘的适当位置上设置2个启盖螺钉。启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。螺钉杆端部做成圆柱形，以免破坏螺纹。箱体主要尺寸名称符号计算公式结果箱座壁厚9箱盖壁厚8箱座凸缘厚度13.5箱盖凸缘厚度12箱座底凸缘厚度22.5箱座肋厚m8箱盖肋厚8轴承旁凸台的高度h由结构要求确定40轴承旁凸台的半径15轴承盖外径地脚螺钉直径查手册M16地脚螺钉数目查手册6地脚螺钉通孔直径查手册15地脚螺钉沉头座直径查手册32底座凸缘尺寸查手册20查手册16轴承旁联接螺栓直径M12箱盖、箱座联接螺栓直径=（0.50.6）M8轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M8窥视孔盖螺钉直径=（0.10.4）M6定位销直径=（0.70.8）6箱体外壁至轴承座端面距离=+（58）40大齿轮顶圆与内机壁距离11齿轮端面与内机壁距离10轴承旁联结螺栓距离1229 润滑密封的选择因为传动装置属于轻型，且传速较低，轴承不能达到使用油润滑的标准，所以轴承采用脂润滑。选用钙基润滑脂。由于齿轮圆周速度远小于12m/s，故齿轮传动选用浸油润滑。考虑到低速级大齿轮可能浸不到油，所以在大齿轮下安装一带油轮进行辅助润滑。箱体内选用L-AN150号润滑，装至规定高度。油的深度为50mm。从密封性上来看，由于I，II，III轴与轴承接触处的线速度，所以采用毡圈密封。 Y100L2-4m=3mma=160mm=1.5mma=125mm轴承符合寿命要求10设计小结1.总结与评价通过设计，该展开式二级减速器具有以下优点和不足：1）能满足所需的传动比齿轮传动能实现稳定的传动比，该减速器为满足设计要求而设计了1：21.01的总传动比。2）选用的齿轮满足强度刚度要求由于系统所受的载荷不大，在设计中齿轮采用了腹板式齿轮。不仅能够满足强度及刚度要求，又能节省材料，降低了加工成本。3）轴具有足够的强度及刚度由于二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的