单级直齿圆柱齿轮减速器.doc

设 计 计 算 及 说 明结 果一 设计任务书1. 设计方案 设计题目：带式输送机的传动装置设计方案图如下： 2. 设计条件 21工作条件空载起动、连续单向运转，载荷较平稳，运输带允许误差为5%； 2 .2使用期限及检修间隔工作期限为10年，小批量生产，单班制,每年工作300日；检修期定为三年；3. 设计要求 1）设计一级闭式圆柱齿轮减速器； 2）完成装配图1张，零件图2张； 3）设计计算说明书一份，按指导老师的要求书写 4）相关参数：运输带卷筒所需功率P=8.422KW；运输带卷筒工作转速n=866；传动比i=4.24。二 传动方案简述1. 电动机选择11 电动机类型的选择按工作要求和工作条件选用Y系列三相异步电动机。1.2确定电动机的功率和型号：联轴器效率：圆柱齿轮传动效率：开式齿轮传动效率：滚动轴承传动效率 （一对）由参考书1表2-4查得：=0.99（齿式联轴器）, =0.98(7级精度), =0.95, =0.99(球轴承)， （1）传动装置的总效率： （2）计算电动机所需功率 由参考书1 表16-3可选取电动机的额定功率为10KW。（3）确定电动机转速 电动机通常采用的同步转速有和两种，现对两种转速作对比。 由参考书1表16-3可知，同步转速是的电动机，其满载转速是；同步转速是的电动机，其满载转速是 总传动比，其中为电动机的满载转速。 现将两种电动机的有关数据列于表1作比较表1 两种电动机的数据比较方案电动机型号额定功率/KW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比iY160M-67.5100097011.548Y132M-47.51500144017.142综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，为了使传动装置结构紧凑，选用方案较合理。（4）确定电动机型号 根据电动机功率和同步转速，选定电动机的型号为Y160M-6。查参考书1表16-3和16-4，可知电动机有关参数如下：电动机的额定功率电动机的满载转速=电动机的外伸轴直径D=42mm电动机的外伸轴长度E=110mm2传动比确定传动装置总传动比和分配各级传动比1）传动装置总传动比 i=2）分配到各级传动比 因为减速器传动比。i=i其中i为齿轮高速级的传动比，i为齿轮低速级的传动比。根据，取=1.3则3）传动装置中各轴的转速计算根据传动装置中的安装顺序，对轴依次编号：0轴、轴、轴、轴。 3传动装置的运动和动力参数计算电动机：转速：n=970输入功率：P=P=KW输出转矩：T=9550= 轴：转速： 输入功率：输入转矩：T= T=9550=轴：转速： 输入功率：输入转矩： 轴：转速：输入功率： 输入转矩： 现将两种电动机的有关数据列于表2作比较 表2 各轴运动和动力参数轴 号功率（KW）转矩（）转速（）电机轴970轴970轴轴866三 传动件设计1. 齿轮设计（一）闭式齿轮设计1.选定齿轮类型，精度等级，材料及模数 1）按要求的传动方案，选用圆柱斜齿轮传动； 2）运输机为一般工作机器，速度不高，故用8级精度齿轮传动； 3）材料的选择。由2表10-1选择小齿轮材料为45钢，并进行调质处理，平均硬度为235HBS，大齿轮的材料为45钢，并进行正火处理，平均硬度为190HBS，两者硬度差为50HBS； 4）选小齿轮齿数为Z=31，大齿轮齿数Z可由Z=i得Z=120.125，取120； 5）初选螺旋角=13;2.按齿根弯曲疲劳强度设计 按公式： m1）确定计算参数(1）试选载荷系数K=1.7；(2）小齿轮传递的扭矩 T= T=9550= =5.3969；(3）由2图10-30选取区域系数；(4）由2图10-26查得： 故端面重合度；(5）由2表10-7，选取齿宽系数；(6）大小齿轮均采用45钢锻造，由2表10-6查得材料系数；（7) 由2图10-20(c),按齿面硬度查得：查得小齿轮的弯曲疲劳强度极=380MPa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限=325MPa；（8）计算应力循环次数。按2中式（10-13）。 N=60njL，式中：j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数，在此处中j=1；L为齿轮的工作寿命，单位为小时。在此处，L=2班制8小时所以，应力循环次数为N=60njL=2.79410N= N/=2.79410/=7.210（9）由2图10-18查得弯曲疲劳寿命系数K=0.86，K=0.91（10）计算当量齿数。 Z=33.51 Z=129.73（11）查取齿形系数 由2表10-5查得Y=2.471，Y=2.156；(12）查取应力校正系数 由2表10-5查得Y=1.643，Y=1.814(13）选取螺旋角系数(14）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则有： = =(15）计算大、小齿轮的 ，并加以比较 = = 所以，大齿轮的数值较大。 2）设计计算 （1）计算齿轮模数m= （2）计算圆周速度 (3)计算载荷系数 由2表10-2查得：使用系数K=1;根据，8级精度，由2图10-8查得：动载荷系数K=1.11; 由2表10-3查得：K=1.4，由2图10-13查得K=1.4。 故 （4）校正并确定齿轮模数 查3表10-1取齿轮模数2.5；3.计算齿轮传动的几何尺寸 （1）计算中心距a ，将中心距a圆整为193 mm；（2）按圆整后的中心距修正螺旋角 （3）计算大、小齿轮宽度 （4）计算大、小齿轮宽度 ，其中为齿宽系数，此处齿轮对称布置，查2表10-7，选=1，所以，圆整后取b=80mm； 所以，大齿轮宽度为80mm，小齿轮宽度为85mm；4校核齿面接触疲劳强度 1) 确定公式内各项参数值（1） 由2图10-30，选取区域系数；（2） 大、小齿轮均采用45钢锻造，由2表10-6查得材料系数（3） 重合度系数，齿数多时取小值，此处齿数中等，取=0.8；（4） 螺旋角系数； （5） 小齿轮的扭矩 T= T=9550= =5.3969；（6） 计算载荷系数K 由2表10-2查得：使用系数K=1;根据，8级精度，由2图10-8查得：动载荷系数K=1.11; 由2表10-3查得K=1.4；由2表10-4查得当8级精度、调小齿轮相对支承非对称布置时接触疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数: 所以， （7） 根据齿面硬度，由2图10-21（d）查得小齿轮的接触疲劳强度极限，由2图10-21（c）查得大齿轮的接触疲劳强度极限；（8） 由2图10-19查得接触疲劳寿命系数；（9） 计算许用接触疲劳应力取安全系数S=1，失效率为1%。则2）校核计算 所以，齿面接触疲劳强度满足要求。5.齿轮结构设计 由于小齿轮的直径较小，故采用齿轮轴结构。 大齿轮采用孔板式结构，结构尺寸按1表5-11的经验公式来计算。大齿轮的孔径根据后续设计的中间轴配合的部分的直径来确定，设计结果见表3；表3 大齿轮结构尺寸名称结构尺寸及经验计算公式结果/mm毂孔直径根据中间轴设计而定=60轮毂直径=1.696轮毂宽度lL=(1.21.5) 80腹板最大直径=-（1014）m270板孔分布圆直径=0.5（+）183板孔直径=1523mm25腹板厚度CC=(0.20.3)b24 大齿轮的结构草图如图1所示，闭式齿轮传动的尺寸列于表4。图1表4 闭式齿轮传动的尺寸名称计算公式结果/mm法面模数2.5法面压力角传动比i分度圆直径 齿顶圆直径866.251311.780齿根圆直径73.001300.53中心距a=193齿宽8580齿数31120螺旋角注：表中和分别称为齿顶高系数和顶隙系数。在此取=1，=0.25。（二）开式齿轮设计开式齿轮的设计过程与闭式类似，故省略。开式式齿轮传动的尺寸列于表5。表5 开式式齿轮传动的尺寸名称计算公式结果/mm法面模数4法面压力角传动比i分度圆直径 119.959359.876齿顶圆直径127.959367.876齿根圆直径117.959357.876中心距a=240齿宽125120齿数2987螺旋角注：表中和分别称为齿顶高系数和顶隙系数。在此取=1，=0.25。2. 轴设计1.轴的材料选择 根据轴的工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理2.轴的最小直径估算 按1中式（5-1）进行最小直径估算，即： 当该轴上有一个键槽时，d增大5%7%；当该轴上有两个键槽时，d增大10%15%。C值由1表5-5来确定：C=120。1）闭式级高速轴因为在最小直径处开有一个键槽为了安装联轴器，所以，最后取=30mm；2）闭式级低速轴因为在该轴上开有两个键槽，所以最后取=40mm；3. 闭式级高速轴的结构设计 闭式级高速轴的结构草图如图2所示图21）.各轴段直径的确定 D15:轴的最小直径，取=30mm； D14：密封处轴段直径，根据轴向定位以及密封圈的尺寸要求，取45mm； D13：滚动轴承处轴段直径，取50mm，由1表13-2初选滚动轴承6010； D12：齿轮处轴段，由于小齿轮直径较小，故采用齿轮轴结构； D11：滚动轴承处轴段直径，取50mm； 2）各轴段长度的确定 D15:由外接的联轴器确定，取50mm； D14：由箱体结构、轴承端盖尺寸、装配要求等确定，取75mm； D13：由滚动轴承、挡油盘等确定，取30mm； D12：齿轮处轴段，取110mm； D11：滚动轴承处轴段直径，取30mm闭式级高速轴的结构尺寸列于表6表6 闭式级高速轴的结构尺寸轴段D11D12D13D14D15直径/mm5080504530长度/mm30110307550 4. 闭式级低速轴的结构设计 闭式级低速轴的结构草图如图3所示图31）.各轴段直径的确定 D26: 轴的最小直径，取=40mm；D25: 密封处轴段直径，根据轴向定位以及密封圈的尺寸要求，取45mm； D24：滚动轴承处轴段直径，取50mm； D23：大齿轮处轴段，由大齿轮确定，取60mm； D22：过渡轴段，取70mm； D21：滚动轴承处轴段直径，取50mm； 2）各轴段长度的确定 D26:由外接齿轮等确定，取155mm；D25: 由箱体结构、轴承端盖尺寸、装配要求等确定，取80mm； D24：由滚动轴承、轴套等确定，取60mm； D23：由大齿轮确定，取80mm； D22：过渡轴段，取20mm； D21：滚动轴承处轴段直径，取30mm闭式级低速轴的结构尺寸列于表7表7 闭式级低速轴的结构尺寸轴段D21D22D23D24D25D26直径/mm507060504540长度/mm30208060801555. 轴的校核 1）对称循环弯曲许用应力 选轴的材料为45钢，调质处理，由4表14-1查得对称循环弯曲许用应力=55MPa；2）轴空间受力图齿轮啮合处作用有径向力、圆周力和轴向力，根据齿轮转向和齿轮旋向，可确定三者方向，画出轴空间受力图，如图4所示：图4取集中力作用于齿轮和轴承宽度的中点，齿轮啮合力即为作用于轴上的载荷，将其分解为垂直面受力和水平面受力，分别如图5和图6所示：图5图63）轴上载荷计算齿轮圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：4）轴上支反力计算水平面内的支反力：垂直面内的支反力：5)轴弯矩计算及弯矩图绘制计算截面C处的弯矩：分别画出垂直面和水平面的弯矩图，分别如图7、图8所示:图7图8求合成弯矩并画出其弯矩图，如图9所示：图96）画出扭矩图 如图10所示：图107）按弯扭合成校核轴的强度界面C处的弯矩最大，以其为危险截面进行强度校核。根据4式（14-6）取=0.6，则有故安全。四 其它零件设计1. 键的选用1. I轴上接联轴器的键：由1表11-26选择bhL=8mm7mm45mm标记为：键8745 GB/T 1096-2003; 2. II轴上分别与大小齿轮连接的键：小齿轮：由1表11-26选择bhL=12mm8mm125mm标记为：键128125 GB/T 1096-2003;大齿轮：由1表11-26选择bhL=18mm11mm56mm标记为：键181156 GB/T 1096-2003;2. 滚动轴承的选择和校核 根据轴承受载荷及速度情况，拟定选用深沟球轴承，由1表13-2选择滚动轴承6010。由表可得出其相关参数：,；由4附表13-1，深沟球轴承的相对轴向载荷为由4附表13-1，利用线性插值法求判别系数因为故由4附表13-1直接查得径向动载荷系数X=0.56，轴向动载荷系数Y利用线性插值法求得为2.187；由于载荷有轻微冲击，由4附表13-2.取 =1.1,由4式（13-1）得轴承的当量动载荷为由4式（13-6）计算额定动载荷由4附表13-1查得，深沟球轴承的静载荷系数为由4式（13-9）可求得当量静载荷为由4式（13-10）取，计算额定静载荷为因为故由4图13-13查得代入4式（13-11）得轴承实际许用的最高转速为综合以上计算可知：所选轴承6010的额定动载荷、额定静载荷和极限转速均能满足使用要求，三者的安全余量都很大。3. 联轴器选用I轴上所需联轴器选用： 根据直径选择和工作要求，为了缓和冲击，减速器的输出轴应选用弹性柱销联轴器。由1表14-1可知，取,所以联轴器的计算转矩 按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，可查1表15-6，确定选LX1型弹性柱销联轴器；标记为：LX1联轴器五 减速器的润滑和密封 1. 齿轮的润滑 根据v12m/s，故可采用浸油润滑，选N150号工业齿轮油。按每传递1KW的功率需油量为0.35 0.7L来计算，所需润滑油的量为：0.55.0=2.5L。2. 轴承润滑 轴承采用脂润滑，滚动轴承的装脂量一般为轴承内部空间容积1/32/3。3. 密封类型的选择1. 轴伸出端的密封 轴伸出端的密封选择毛毡圈式密封。 毡圈 30JB/ZQ4606 毡圈 45JB/ZQ46062. 箱体结合面的密封 箱盖与箱座结合面上涂密封胶或水玻璃的方法实现密封。 3. 轴承箱体内，外侧的密封 （1）轴承箱体内侧采用挡油盘密封。 （2）轴承箱体外侧采用毛毡圈密封。六 减速器箱体1. 箱体结构形式及材料本减速器采用剖分式箱体，分别由箱座和箱盖两部分组成。用螺栓联