双圆弧齿轮减速器设计-API减速器设计【7张CAD图纸+说明书完整资料】
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目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc419119855 摘 要 PAGEREF _Toc419119855 h I HYPERLINK l _Toc419119856 ABSTRACT PAGEREF _Toc419119856 h II HYPERLINK l _Toc419119857 1 绪 论 PAGEREF _Toc419119857 h 1 HYPERLINK l _Toc419119858 1.1研究背景及意义 PAGEREF _Toc419119858 h 1 HYPERLINK l _Toc419119859 1.2 国内外研究及发展现状 PAGEREF _Toc419119859 h 1 HYPERLINK l _Toc419119860 1.3双圆弧齿轮减速器的优点 PAGEREF _Toc419119860 h 2 HYPERLINK l _Toc419119861 2 总体方案及参数的选择 PAGEREF _Toc419119861 h 4 HYPERLINK l _Toc419119862 2.1设计要求 PAGEREF _Toc419119862 h 4 HYPERLINK l _Toc419119863 2.2传动方案的选择 PAGEREF _Toc419119863 h 4 HYPERLINK l _Toc419119864 2.3电动机的选择 PAGEREF _Toc419119864 h 6 HYPERLINK l _Toc419119865 2.3.1 选择电动机类型 PAGEREF _Toc419119865 h 6 HYPERLINK l _Toc419119866 2.3.2 选择电动机容量 PAGEREF _Toc419119866 h 6 HYPERLINK l _Toc419119867 2.3.3 选择电动机转速 PAGEREF _Toc419119867 h 7 HYPERLINK l _Toc419119868 2.4传动比计算 PAGEREF _Toc419119868 h 7 HYPERLINK l _Toc419119869 2.4.1 计算总传动比 PAGEREF _Toc419119869 h 7 HYPERLINK l _Toc419119870 2.4.2 分配各级传动比 PAGEREF _Toc419119870 h 7 HYPERLINK l _Toc419119871 2.5运动和动力参数技术 PAGEREF _Toc419119871 h 8 HYPERLINK l _Toc419119872 2.5.1 各轴转速 PAGEREF _Toc419119872 h 8 HYPERLINK l _Toc419119873 2.5.2各轴输入功率 PAGEREF _Toc419119873 h 8 HYPERLINK l _Toc419119874 2.5.3 各轴转矩 PAGEREF _Toc419119874 h 8 HYPERLINK l _Toc419119875 3 带、齿轮传动的设计与校核 PAGEREF _Toc419119875 h 10 HYPERLINK l _Toc419119876 3.1V带传动的设计 PAGEREF _Toc419119876 h 10 HYPERLINK l _Toc419119877 3.1.1 V带的基本参数 PAGEREF _Toc419119877 h 10 HYPERLINK l _Toc419119878 3.1.2 带轮结构的设计 PAGEREF _Toc419119878 h 12 HYPERLINK l _Toc419119879 3.2高速级齿轮传动设计 PAGEREF _Toc419119879 h 12 HYPERLINK l _Toc419119880 3.2.1选择材料、精度及参数 PAGEREF _Toc419119880 h 12 HYPERLINK l _Toc419119881 3.2.2 按抗弯曲疲劳强度计算齿轮模数 PAGEREF _Toc419119881 h 13 HYPERLINK l _Toc419119882 3.2.3 确定齿轮传动参数 PAGEREF _Toc419119882 h 14 HYPERLINK l _Toc419119883 3.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度 PAGEREF _Toc419119883 h 15 HYPERLINK l _Toc419119884 3.2.5 验算齿面接触疲劳强度 PAGEREF _Toc419119884 h 17 HYPERLINK l _Toc419119885 3.2.6几何尺寸计算 PAGEREF _Toc419119885 h 18 HYPERLINK l _Toc419119886 3.3低速机齿轮传动设计 PAGEREF _Toc419119886 h 19 HYPERLINK l _Toc419119887 3.3.1 选择材料、精度及参数 PAGEREF _Toc419119887 h 19 HYPERLINK l _Toc419119888 3.3.2 按抗弯曲疲劳强度计算齿轮模数 PAGEREF _Toc419119888 h 19 HYPERLINK l _Toc419119889 3.3.3 确定齿轮传动参数 PAGEREF _Toc419119889 h 20 HYPERLINK l _Toc419119890 3.3.4 验算齿根弯曲疲劳强度 PAGEREF _Toc419119890 h 21 HYPERLINK l _Toc419119891 3.3.5 验算齿面接触疲劳强度 PAGEREF _Toc419119891 h 23 HYPERLINK l _Toc419119892 3.3.6几何尺寸计算 PAGEREF _Toc419119892 h 23 HYPERLINK l _Toc419119893 4 轴及附件的设计与校核 PAGEREF _Toc419119893 h 25 HYPERLINK l _Toc419119894 4.1轴的设计 PAGEREF _Toc419119894 h 25 HYPERLINK l _Toc419119895 4.1.1 输入轴的设计 PAGEREF _Toc419119895 h 25 HYPERLINK l _Toc419119896 4.1.2中间轴的设计 PAGEREF _Toc419119896 h 27 HYPERLINK l _Toc419119897 4.1.3输出轴的设计 PAGEREF _Toc419119897 h 28 HYPERLINK l _Toc419119898 4.2轴承的选择与校核 PAGEREF _Toc419119898 h 31 HYPERLINK l _Toc419119899 4.2.1输入轴轴承 PAGEREF _Toc419119899 h 31 HYPERLINK l _Toc419119900 4.2.2中间轴轴承 PAGEREF _Toc419119900 h 32 HYPERLINK l _Toc419119901 4.2.3输出轴轴承 PAGEREF _Toc419119901 h 33 HYPERLINK l _Toc419119902 4.3 键的选择与校核 PAGEREF _Toc419119902 h 33 HYPERLINK l _Toc419119903 4.3.1输入轴与带轮的键 PAGEREF _Toc419119903 h 33 HYPERLINK l _Toc419119904 4.3.2齿轮2与中间轴的键 PAGEREF _Toc419119904 h 34 HYPERLINK l _Toc419119905 4.3.3 齿轮3与轴的键 PAGEREF _Toc419119905 h 34 HYPERLINK l _Toc419119906 4.4 减速器附件设计及润滑密封 PAGEREF _Toc419119906 h 35 HYPERLINK l _Toc419119907 4.4.1 减速器附件设计 PAGEREF _Toc419119907 h 35 HYPERLINK l _Toc419119908 4.4.2 润滑与密封 PAGEREF _Toc419119908 h 35 HYPERLINK l _Toc419119909 4.5 刹车装置的设计 PAGEREF _Toc419119909 h 38 HYPERLINK l _Toc419119910 总 结 PAGEREF _Toc419119910 h 39 HYPERLINK l _Toc419119911 参考文献 PAGEREF _Toc419119911 h 40 HYPERLINK l _Toc419119912 致 谢 PAGEREF _Toc419119912 h 41 I摘 要随着石油钻采工业的迅速发展，对于钻采设备的要求也就越来越高，减速器作为采油设备的一个重要组成部分也急需得到了相应的改进和提高。圆弧齿轮传动是一种新型齿轮传动，在冶金、矿山、起重运输机械以及高速传动中得到广泛的应用。圆弧齿轮是一种以圆弧做齿形的斜齿（或人字齿）轮。双圆弧齿轮减速器主要由输入轴、中间轴、输出轴、圆弧齿轮、轴承、键等构成。本次设计首先，通过对圆弧齿轮传动减速器结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了双圆弧齿轮减速器装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：圆弧齿轮，减速器，轴，设计AbstractWith the rapid development of the oil drilling industry, the requirements for drilling equipment is more and more high, oil production equipment reducer as an important part also in urgent need of improvement and the corresponding increase. Arc gear transmission is a new gear, is widely used in metallurgy, mining, material handling equipment and high-speed drive system. Arc gear is a circular arc tooth helical do (or herringbone) round. Double arc gear reducer is mainly composed of an input shaft, an intermediate shaft, an output shaft, gear, bearing, bond.The design is first, by performing on the arc gear reducer structure and principle analysis presented in this analysis, based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated selection; then, for each of the main components were Design and Verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a double arc gear reducer assembly drawing and major components Fig.Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.Keywords: Gear, Reducer, Shafts, Design 双圆弧齿轮减速器设计1 绪 论 1 绪 论1.1研究背景及意义近年来，随着石油钻采工业的迅速发展，对于钻采设备的要求也就越来越高。因此，作为采油设备的一个重要组成部分减速器，也得到了相应的改进和提高。为提高采油效率，设计更加合理而精密的减速器成为当务之急。设计出一款与之相匹配的减速器，在动力传输，轴承润滑等方面做出更好的改进，使之更加合理，经济。本毕业设计是“API系列常规抽油机模块化设计”研究项目的一部分，它的完成为该项目提供重要的基础依据；同时，培养学生的工程设计能力，掌握双圆弧齿轮设计的一些基本知识。通过设计，提高分析问题解决问题的能力。通过设计加深了对所学知识的认识和理解，为进一步开拓专业知识创造条件，锻炼了动手动脑的能力，通过实践运用巩固了所学知识，加深了解其基本原理。1.2 国内外研究及发展现状改革开放以来，我国引进一批先进的加工装备。通过不断引进、消化和吸收国外先进技术以及科研攻关，开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度都有较大的提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB 17960的89级提高到GB1009588的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在45级。部分减速器采用硬齿面后，体积和重量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了大幅度的提高，对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用。从1988年以来，我国相继制定了50-60种齿轮和蜗杆减速器的标准，研制了许多新型减速器，这些产品大多数达到了20世纪80年代的国际水平。目前，我国可设计制造2800kW的水泥磨减速器、1700轧钢机的各种齿轮减速器。各种棒材、线材轧机用减速器可全部采用硬齿面。但是，我国大多数减速器的水平还不高，老产品不可能立即被替代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。近十几年来，计算机技术、信息技术、自动化技术在机械制造中的广泛应用，改变了制造业的传统观念和生产组织方式。一些先进的齿轮生产企业已经采用精益生产、敏捷制造、智能制造等先进技术形成了高精度、高效率的智能化齿轮生产线和计算机网络化管理。适应石油钻采工业要求的新产品开发，关键工艺技术的创新竞争，产品质量竞争以及员工技术素质与创新精神，是2l世纪企业竞争的焦点。在2l世纪成套机械装备中齿轮仍然是机械传动的基本部件。由于计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度、加工效率太为提高，从而推动了机械传动产品多样化，整机配套的模块化、标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致。CNC机床和工艺技的发展，推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动。齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。总之，当今世界各国减速器及齿轮技术发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率：二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景，对于石油这个重工业来说更是迫不及待。1.3双圆弧齿轮减速器的优点圆弧齿轮传动是一种新型齿轮传动，在冶金、矿山、起重运输机械以及高速传动中得到广泛的应用。圆弧齿轮是一种以圆弧做齿形的斜齿（或人字齿）轮。圆弧齿轮传动可分为单圆弧齿轮和双圆弧齿轮传动两种形式。对于单圆弧齿轮，通常小齿轮做成凸齿。为加工方便，一般法面齿形做成圆弧，两端面齿形只是近似的圆弧。工作时，从一个端面看，先是主动轮齿的凹部推动从动轮齿的凸部，离开后，再以它的凸部推动对方的凹部，故双圆弧齿轮传动在理论上同时有两个接触点，经跑合后，这种传动实际上有两条接触线，因此可以实现多对齿和多点嚙合。此外，由于其齿根厚度较大，双圆弧齿轮传动不仅承载能力比单圆弧齿轮传动约高30以上，而且传动较平稳，振动和噪声较小，并且可用同一把滚刀加工相配对的两个齿轮。因此。高速重载时，双圆弧齿轮传动有取代单圆弧齿轮传动的趋向。其齿廓形状，具有比渐开线齿轮高得多的承载能力。渐开线齿轮是两个凸齿面相接触，综合曲率半径很小，接触应力很大，接触强度低，齿面上容易出现疲劳点蚀。圆弧齿轮传动是凸凹齿面接触，齿面的综合曲率半径比渐开线齿轮大许多倍，所以接触强度有很大提高。双圆弧齿轮的齿形参数可以灵活设计，齿腰和齿根的厚度可按强度要求调节，加之齿根用一段大圆弧连接，这扰非常有利于轮齿弯曲强度的提高。圆弧齿轮啮合传动时，因其运动特性，接触区以很高的滚动速度沿齿宽方向移动。当a =10* -22时，滚动速度是圆周速度的5.67-2. 75倍，齿面间容易形成油膜。早在1960年Essen国际齿轮会议上曾指出圆弧齿轮的主要优点之一是润滑性能良好，油膜厚度为渐开线齿轮的10倍。此外，齿面间的滑动速度很小，综合起来，啮合摩擦损失减小5060%,磨损减少2/33/4。渐开线齿轮滑动速度沿齿高不同，离节线越远，速度愈大。因而引起不同的磨损程度而导致齿形变化，使啮合传动质量恶化。圆弧齿轮滑动速度沿齿高方向均等，所以，齿面磨合时，啮合齿廓更趋于圆弧，有良好的跑合性能。齿面的跑合磨损无损于齿形精度，而且圆弧齿轮的跑合工艺，实际上起到了装配后的对研精加工工艺的作用。综上所述圆弧齿轮能有效地提高承载能力。2 总体方案及参数选择 2 总体方案及参数的选择2.1设计要求设计技术参数要求如下：（1）总传动比（i）： 27 31 （2）齿轮模数（m）：第一级68、第二级 911（3）减速器的额定扭矩： 640000/73 InLbs/kN.m （4）最高输出轴转速（n）： 12 min-1 （5）传递的功率（P） 2375 kW（6）同类减速器的主要构件的几何尺寸、与减速器相关的国家标准、API标准及易损件、标准件图样2.2传动方案的选择抽油机减速器是一种承受重复交变载荷、长期连续运转的减速装置。减速器常用的分布方案有展开式，同轴式，分流式以及对称分流式，现分别对四种方案加以对比分析。（1）对称分流式（图2-1）图2-1传动方案1示意图该方案结构复杂，由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布较均匀，轴承受载较均匀。中间轴危险截面上的转矩只想当于轴所传递转矩的一半，使用与变载荷的场合。与分流式相比，输出轴危险截面上的转矩是轴所传递转矩的一半。 （2）分流式（图2-2）图2-2传动方案2示意图该方案结构复杂，由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布较均匀，轴承受载较均匀。中间轴危险截面上的转矩只想当于轴所传递转矩的一半，使用与变载荷的场合。（3）展开式（图2-3）图2-3传动方案3示意图该方案结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不固定，因此要求轴有交大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和在载荷作用下产生的弯曲变形可部分互相抵消，以减缓沿齿宽分布不均匀的现象。用于载荷比较平衡的场合。（4）同轴式（2-4）图2-4传动方案4示意图该方案减速器的横向尺寸较小，两对齿轮侵入油中深度大致相同。但轴向尺寸大和重量较大，且中间轴较长，刚度差，沿齿宽载荷分布不均匀，高速轴的承载能力难于充分利用。抽油机减速器是一种承受重复交变载荷、长期连续运转的减速装置。抽油机由电动机驱动，电动机1皮带2将动力传入减速器3，在输出端带动曲柄工作。由于抽油机工作时的载荷变化大，传动系统中采用两级对称分流式双圆弧圆柱齿轮减速器结构，高速级齿轮相对于轴承位置对称，沿齿宽载荷分布较均匀，高速级和低速级均为人字齿双圆弧圆柱齿轮传动。通过比较知选择传动方案1如图2-1；2.3电动机的选择2.3.1 选择电动机类型按已知工作条件和要求，选用Y系列一般用途的三相异步电动机2.3.2 选择电动机容量（1）减速器输出功率= （2-1）已知最高输出轴转速（n）=12r/min，此处取输出轴转速为：=8r/min由公式（2-1）得= 61.15kw（2） 电动机至减速器之间传动装置的总效率为（2-2）， 分别为皮带，轴承及齿轮传动的效率，由公式（2-2）得（3） 确定电动机的额定功率 （2-3）电动机的输出功率可由公式（2-3）得到：选定电动机的额定功率2.3.3 选择电动机转速输出轴转速为：=8r/min该传动系统为分流式圆柱齿轮传动，查阅教材表18-1已知传动比为=2731，带传动推荐传动比为，则总传动比可取54至124之间，则电动机转速的可选范围为=54=548=432r/min，=124=1248=992r/min可见同步转速为750r/min,1000r/min的电动机都符合,这里初选这两种电动机进行比较,由参考文献1中表16-1查得：表2-11方案电动机型号额定功率（KW）电动机转速n/(r/min)质量/kg同步转速满载转速1Y315S-67510009801.62.08502Y315M-8757507401.72.01008由表中数据，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量，价格以及总传动比，即选定方案2，即，选取的电机型号为：Y315M-82.4传动比计算2.4.1 计算总传动比由参考文献1中表16-1查得：满载转速r/min总传动比=740/8=92.52.4.2 分配各级传动比查阅参考文献1机械设计课程设计中表2-3分配各级传动比为了保证结构的紧凑性取V带传动的传动比为：则减速器的传动比为：取高速级的圆柱齿轮传动比6.16则低速级的圆柱齿轮的传动比为52.5运动和动力参数技术2.5.1 各轴转速电动机轴为电机轴0，减速器高速级轴为轴1，中速轴为轴2低速级轴为轴3，则 = 740r/min r/min r/min2.5.2各轴输入功率2.5.3 各轴转矩（2-4）由公式（2-4）得 =15.834将轴的运动参数汇总于下表以备查用：表2-3 各轴动力参数轴名功率P（kw）转矩T（N.mm）转速n（r/min）传动比效率电机轴71.9374030.96输入轴69.052.673246.676.160.96中间轴66.3215.8344050.96输出轴63.6976.0383 带、齿轮传动的设计与校核 3 带、齿轮传动的设计与校核3.1V带传动的设计3.1.1 V带的基本参数1）确定计算功率：已知：；查机械设计基础表13-8得工况系数：；则：2）选取V带型号：根据、查机械设计基础图13-15选用C型V带,3）确定大、小带轮的基准直径（1）初选小带轮的基准直径：；（2）计算大带轮基准直径：；圆整取标准系列，误差小于5%，是允许的。4）验算带速：带的速度合适。5）确定V带的基准长度和传动中心距：中心距：初选中心距（2）基准长度：对于A型带选用（3）实际中心距：6）验算主动轮上的包角：由得主动轮上的包角合适。7）计算V带的根数：，查机械设计基础表13-3 得：；（2），查表得：；（3）由查表得，包角修正系数（4）由，与V带型号A型查表得： 综上数据，得取合适。8）计算预紧力（初拉力）：根据带型A型查机械设计基础表13-1得：9）计算作用在轴上的压轴力：其中为小带轮的包角。10）V带传动的主要参数整理并列表：带型带轮基准直径(mm)传动比基准长度(mm)C33250中心距（mm）根数初拉力(N)压轴力(N)99561520.417877.33.1.2 带轮结构的设计1）带轮的材料：采用铸铁带轮（常用材料HT200）2）带轮的结构形式：V带轮的结构形式与V带的基准直径有关。小带轮接电动机，较大，所以采用孔板式结构带轮。3.2高速级齿轮传动设计3.2.1选择材料、精度及参数（1） 按图2-1所示传动方案，选用圆弧圆柱齿轮传动；（2）抽油机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度；（3） 材料选择。选择大小齿轮材料为45（调制）；（4） 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数6.1618=110.0取；采用人字齿；暂定；选取齿宽系数；3.2.2 按抗弯曲疲劳强度计算齿轮模数（1）抽油机减速器属于中等振动，暂取K=1.7；（2）根据材料种类及硬度确定齿轮的疲劳极限由图3-39b1查得：小齿轮 由图3-39h1查得：大齿轮 由图3-40b1查得：由图3-40h查得：（3-1）-螺旋角 Z-齿数由公式（3-1）得：查图3-35b1由公式（3-1）得：查图：3-5b得，查图3-36b1：查表3-141：查表3-37b1：（3-2）由公式（3-2）得：计算式应取（）（）中之大值代入计算（3-3）-单侧齿宽的纵向重合度 -齿宽系数由公式（3-3）得：总的纵向重合度 人字齿单侧齿宽承担二分之一的载荷（3-4）由公式（3-4）得设计要求：齿轮模数（m）第一级68，故取mn=63.2.3 确定齿轮传动参数（3-5）由公式（3-5）得：取 a=427mm（3-6）由公式（3-6）得（3-7）由公式（3-7）得（3-8）由公式（3-8）得，取 b=105mm3.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度查表3-121，抽油机工作中等振动，；（3-9）由公式（3-9）得查图3-311：查图3-321，；查表3-131，按七级精度，；查图3-36b1，查图3-37b1，查图3-35b1，查表3-141，锻钢球墨铸铁，小齿轮的齿根应力（3-10） 由公式（3-10）得大齿轮的齿根应力为：小齿轮的应力循环次数：大齿轮的应力循环次数：查图3-41a1， 安全系数（3-11）由公式（3-11）得齿根弯曲疲劳强度安全。3.2.5 验算齿面接触疲劳强度查表3-131，查表3-141，锻钢-球墨铸铁，查图3-36b1，查图3-37b1，当查图3-38b1得到：齿面接触应力：（3-12）-接触弹性系数 -接触齿数比系数 -接触螺旋角系数 -接触弧长系数由公式（3-12）得：查图3-41b1，查图3-431，采用320号极压工业齿轮油查图3-441，安全系数（3-13）-接触寿命系数 -润滑剂系数 -速度系数由公式（3-13）得：齿面接触疲劳强度安全。3.2.6几何尺寸计算上述计算得到基本参数为：由公式得小齿轮分度圆直径：；小齿轮齿顶圆直径：；小齿轮齿根圆直径：；大齿轮的分度圆直径：；大齿轮齿顶圆直径：；大齿轮齿根圆直径：；中心矩 ；齿宽 3.3低速机齿轮传动设计3.3.1 选择材料、精度及参数（1） 按图（2-1）所示传动方案，选用人字齿圆柱齿轮传动（2） 抽油机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）（3） 材料选择。查图表（P191表10-1），选择大小齿轮材料为45号钢（调质）。（4） 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数取，采用人字齿，暂定，选取齿宽系数；单侧重合度，由公式（3-3）得：3.3.2 按抗弯曲疲劳强度计算齿轮模数（1）抽油机减速器属于中等振动，暂取K=1.7；（2）根据材料种类及硬度确定齿轮的疲劳极限由有参考文献1图3-39b查得：小齿轮 由图3-39h查得：大齿轮 由图3-40b查得：由图3-40h查得：由公式（3-1）得：当，；，；查图3-36b：当，；查表3-14；查表3-37b：当，；由公式（3-2）得：计算式应取（）（）中之大值代入计算单侧齿宽的纵向重合度，由公式（3-3）得：总的纵向重合度 ；人字齿单侧齿宽承担二分之一的载荷故 由公式（3-4）得设计要求：齿轮模数（m）第二级 911，故取mn=93.3.3 确定齿轮传动参数中心距 由公式（3-5）得 ，取 a=560mm由公式（3-6）得由公式（3-7）得由公式（3-8）得：，取 b=1403.3.4 验算齿根弯曲疲劳强度查表3-12，抽油机工作中等振动，；由公式（3-9）得：查图3-31，；查图3-32，当；查表3-13，按七级精度，；查图3-36b，当查图3-37b，当由公式（3-1）得：查图3-35b，当 当查表3-14，锻钢球墨铸铁，小齿轮的齿根应力，由公式（3-10）得：大齿轮的齿根应力为：小齿轮的应力循环次数：大齿轮的应力循环次数：查图3-41a，当安全系数由公式（3-11）得：齿根弯曲疲劳强度安全。3.3.5 验算齿面接触疲劳强度查表3-13，查表3-14，锻钢-球墨铸铁，查图3-36b，查图3-37b，当查图3-38b，当齿面接触应力，由公式（3-12）得查图3-41b，查图3-43，采用320号极压工业齿轮油查图3-44，安全系数由公式（3-13）得齿面接触疲劳强度安全。3.3.6几何尺寸计算上述计算得到的基本参数为：由公式得小齿轮分度圆直径：小齿轮齿顶圆直径：小齿轮齿根圆直径：大齿轮的分度圆直径：大齿轮齿顶圆直径：大齿轮齿根圆直径：中心矩 ；齿宽 ；空刀槽 小齿轮3采用齿轮轴结构，大齿轮4采用孔板式结构;4 轴及附件的设计与校核 4 轴及附件的设计与校核4.1轴的设计4.1.1 输入轴的设计（1）已知数据如下：=69.05kw ，=246.67r/min ，=2673 =1336.5（2）求作用在齿轮1上的力图4-1 高速轴齿轮受力图（3）初步确定轴的最小直径（4-1）式中：P-功率 单位（kw） n-转速 单位（r/min）根据公式（4-1），初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调质处理。取=112，得 112mm=73.27mm该轴直径d100mm，有一个键槽，轴颈增大3%4%,安全起见，取轴颈增大5%则，圆整后取d1=76mm。输入轴的最小直径是安装带轮处的直径。（4） 轴的结构设计a.拟定轴上零件的装配方案经分析比较，选用如图所示的装配方案。图4-2 高速轴装配方案b.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)带轮采用轴肩定位，I-II段=76mm ，由式h=（0.07-0.1）d ，取=88mm初步选择滚动轴承。该传动方案没有轴向力，高速轴转速较高，载荷不大，故选用深沟球轴承.2)根据=88mm，查GB276-89初步取0组游隙，0级公差的深沟球轴承6018，其尺寸为dDB=90mm150mm27mm ，故定位轴肩处，取=105，3)由指导书表4-1知箱体内壁到轴承座孔端面的距离，采用凸缘式轴承盖，取轴承盖的总宽度为68mm，到带轮的距离为80mm，则，取小齿轮距箱体内壁的距离为=20mm，大齿轮2和与齿轮3之间的距离c=30mm，滚动轴承端面距箱体内壁则；mmc.轴上零件的周向定位带轮与轴的周向定位采用普通C型平键连接，按， 查图表（P表6-1）选用键=22mm14mm140mm 。滚动轴承与轴的周向定位采用过渡配合来保证，选用直径尺寸公差为m6d.确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为C2，各轴肩处圆角半径为R24.1.2中间轴的设计（1）已知数据如下：已知，（2）求作用在齿轮上的力 =19KN ，0.77KN，8KN 轴上力的方向如下图4-3所示图4-3 中间轴受力图（3）初步确定轴的最小直径 根据式（4-1）初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。取=112 ，得该轴的最小直径为安装轴承处的直径，取为=130mm，（4） 轴的结构设计a.拟定轴上的传动方案图4-4 中间轴的装配方案b.确定轴的各段直径和长度1）根据， 取，轴承与齿轮2之间采用套筒定位，取，齿轮2与齿轮3之间用轴肩定位h=5mm，取，齿轮3采用轴肩定位，则,由于轴环宽度b1.4h 轴II设计 ，；2）初步选择滚动轴承由于配对的斜齿轮相当于人字齿，轴II相对于机座固定，则III轴应两端游动支承，选取外圈无挡边圆柱滚子轴承，初步选取0组游隙，0级公差的N系列轴承N206，其尺寸为dDB=130mm230mm40mm 。由于轴承内圈不受轴向力，轴端不受力， 选用凸缘式轴承盖，取轴承端盖的总宽度为60mm3）轴上零件的周向定位齿轮的周向定位都采用普通平键连接按mm ；查图表（P表6-1）取各键的尺寸为II-III段：bhL=25mm14mm70mm（使用一对）滚动轴承的周向定位靠过渡配合来保证，选公差为m64）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为C2，各轴肩处的圆角半径为R2。4.1.3输出轴的设计（1）已知数据如下：已知kw ， ，r/min（2）求作用在轴上的力 （3）初步确定轴的最小直径 按式（4-1）初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢调质处理。取，于是得112该轴的最小直径为安装曲柄的直径，则轴的最小直径（4）轴的结构设计 a拟定轴上零件的装配方案。选取如下图4-5所示的方案图4-5 输出轴装配方案 b根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度1）取，为了满足曲柄的轴向定位要求，采用轴肩定位，由h=（0.07-0.1）d，取，曲柄挡圈紧固2）初步选择滚动轴承根据轴上受力及轴颈，初步选用0组游隙，0级公差的深沟球轴承6352，其尺寸为dDB=260mm380mm64mm 故3）轴承采用轴肩定位，取，4）根据轴颈查图表（P表15-2，指导书表13-21）取安装齿轮处轴段，齿轮采用轴肩定位，根据h=（0.07-0.1）d，取h=10mm，则 ，轴环宽度b1.4h=20mm，取5）已知；取， （S=4mm） 其他同上6）根据轴II，轴III的设计，取滚动轴承与内壁之间的距离=10mm，则=100mm， 100mmc 轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位都采用普通平键连接，根据 ，；6-7段：bhL=55mm32mm280mm 1-2段：bhL=50mm28mm220m滚动轴承与轴的周向定位靠过渡配合来保证，选用直径尺寸公差为m6d 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角尺寸为C2，轴上圆角R2。（5）求轴上的载荷轴的计算简图如下图（4-6）所示，深沟球轴承6248， 从轴的结构图及弯矩图和扭矩图（见下图）可以看出Ft作用处是危险截面，将该截面的所受弯矩和扭矩列于下表：表4-1载荷水平面H垂直面V支反力F=26.75KN =64KN弯矩=8025N.m=21903总弯矩M=23748扭矩T图4-6 弯矩及扭矩图（6） 按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表对危险截面进行校核，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力（4-2）由公式（4-2）得 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查教科书45钢 =60MPa，因此，故轴安全。4.2轴承的选择与校核4.2.1输入轴轴承（1）由输入轴的设计知，初步选用深沟球轴承6018，由于受力对称，只需要计算一个。（4-3）其受力由公式（4-3）得=0，=3 ，转速n=246.67r/min已知轴承的预计寿命为=8760h（2）查轴承的当量载荷查滚动轴承样本（指导书表15-3）知深沟球轴承6018的基本额定动载荷C=66KN，基本额定静载荷=49.5KN（3）求轴承当量动载荷P因为=0，径向载荷系数X=1，轴向载荷系数Y=0，因工作情况平稳，按课本（P表13-6），取=1.0 （4-4）由公式（4-4）得（4）验算轴承寿命（4-5）由公式（4-5）得故所选用轴承满足寿命要求。确定使用深沟球轴承60184.2.2中间轴轴承（1）计算轴承所有载荷由轴2的设计已知，初步选深沟球轴承6226，由于受力对称，故只需要校核一个。其受力由公式（4-3）得=0，=10/3，n=40r/min（2）查轴承的当量动载荷（指导书表15-5）知6226的基本额定动载荷C基本额定静载荷（3）求轴承当量动载荷P 因为，径向载荷系数X=1，轴向载荷系数Y=0，因工作情况平稳，由公式（4-4）得P=（X+Y）=48KN（4）验算轴承寿命由公式（4-5）得h=73714h=72000h故所选用轴承满足寿命要求。确定使用深沟球轴承6226。4.2.3输出轴轴承（1）计算轴承所受载荷由输出轴的设计知，初步选用深沟球轴承6252，由于受力对称，只需要计算一个。由公式（4-3）得=0，=3 ，转速n=8r/min查滚动轴承样本知深沟球轴承6252的基本额定动载荷C=45KN，基本额定静载荷=40KN（2）求轴承当量动载荷P因为=0，径向载荷系数X=1，轴向载荷系数Y=0，因工作情况平稳，取=1.0，由公式（4-4）得 P=（X+Y）=1.0（169+0）KN =69KN（3） 验算轴承寿命由公式（4-5）得73714h=72000h故所选用轴承满足寿命要求。确定使用深沟球轴承6252。4.3 键的选择与校核4.3.1输入轴与带轮的键（1）选择键由轴1的设计知初步选用普通平键 （2） 校核键连接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢，由课本（P表6-2）查得许用应力=100-120MPa，取=110MPa。键的工作长度=L-b/2=140mm-22mm=118mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.514mm=7mm。（4-6）由式（4-6）得=22.10/（68270）MPa=104MPa=110MPa可见连接的强度足够，选用键4.3.2齿轮2与中间轴的键（1）选择键由轴2的设计知初步选用普通平键=6130（2） 校核键连接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢，由课本（P表6-2）查得许用应力=100-120MPa，取=110MPa。键的工作长度=L-32=90mm-32mm=58mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.518mm=9mm。由式（4-6）可得：=26310/7521402MPa=124MPa=130MPa可见连接的强度足够，选用键4.3.3 齿轮3与轴的键（1） 选用键，=76030（2） 校核键连接的强度 键、轴和轮毂的材料都是钢，由课本（P表6-2）查得许用应力=100-120MPa，取=110MPa。键的工作长度=L-b=280mm-55mm=225mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=16mm。由式（4-6）得=276030/16225300MPa=104MPa=110MPa可见连接的强度足够 ，选用键4.4 减速器附件设计及润滑密封4.4.1 减速器附件设计（1） 视孔盖 选用A=120mm的视孔盖。（2）通气器 选用通气器（经两次过滤）M201.5（3） 油面指示器 根据指导书表9-14，选用2型油标尺M20（4）油塞 根据指导书9-16，选用M161.5型油塞和垫片（5）起吊装置 根据指导书表9-20，箱盖选用吊耳d=20mm（6）定位销
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