二级圆柱齿轮毕业设计论文

摘要 减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置。减速器设计的优劣直接影响机械设备的传动性能。 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 选用减速器时应根据工作 机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器 的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。 减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有 40 余种。减速器的类别是根 据所采用的齿轮齿形、 齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使 用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。 关键 词： 减速器 齿轮 轴承 联接 目录 引言 .、 设计任务书 .计题目：设计二级圆柱齿轮减速器 .始数据： .计内容和要求： .动方案的拟定 .、 电动机的选择 .、 传动比的计算及分配 .、 传动装置运动、动力参数的计算 .、 传动件的设计计算 .速器外传动件的设计 .速器内传动的设计计算 .、 低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 .、 齿轮上作用力的计算 .、 减速器转配草图的设计 .、 轴的设计计算 .速轴的设计与计算 .间轴的设计与计算 .0、 减速器箱体的结构尺寸 .1、 润滑油的选择与计算 .2、 装配图和零件 图 .件设计与选择 .查孔集检查孔盖 .制装配图和零件图 . 论 . 谢 .1 引言 本 设计 研究的目的是在已有减速器设计的基本理论基础上，利用 X 和 计软件，建立齿轮、轴、轴承、上箱体及下箱体的 三维参数模型，将各零件进行装配。 本课题研究的意义在于：能够为齿轮减速器是设计提供一种全新手段和方法，改变原有的手工设计，二维设计变为三维设计，并在设计中体现引导作用，使设计更为直观、形象、生动；通过实时人机互动式的三维参数化实体造型设计，更好地理解、掌握零部件的结构及装配关系，实现齿轮建起的动力学参数设计计算、齿轮传动设计技术、轴系的设计技术；分析三维参数化设计的方法，运用设计辩论与程序设计相结合的方法实现零件的三维参数化设计，在此基础上采用了在零件环境中以及在装配环境中建立零件模板的两天方法；分析齿 轮减速器总装配及各部件之间的结构尺寸约束关系，并运用自顶向下与自底向上的设计思想分别构建减速器总装装配模板和轴系模板。采用 维设计软件，并结合二维绘图软件，设计了一个二级 圆柱齿轮减速器，实现了减速器的三维模型生产，以及由此生成二维工程图的思想。通过 X 三维设计软件特有的干涉分析、应力应变分析、空间运动分析、运动仿真功能，对减速器进行了检查和优化设计方案，实现减速器的运动仿真，完成了减速器在计算机中虚拟设计。 2 1、 设计任务书 计 题目：设计二级圆柱 齿轮减速器 设计热处理车间零件清洗用传送设备。 该传送设备的传动系统由电动机 减速器 运输带组成。 每日二班制工作，工作期限为 8 年。 运输带允许最大误差为%5 。传送见图如图 1 所示。 （图 1） 始数据： 转矩T( ) 传送带速度 V(m/s) 滚筒直径D（ 使用年限（年） 1000 00 10 计内容和要求： 编写设计计算说明书一份，其内容通常包括下列几个方面： （ 1）传动系统方案的分析和拟定以及减速器类型的选择； （ 2）电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算； （ 3）传动零件的设计计算； 3 （ 4）轴的设计计算； （ 5）轴承及其组合部件设计； （ 6）键联接和联轴器的选择及校核； （ 7）减速器箱体，润滑及附件的设计； （ 8）装配图和零件图的设计； （ 9）校核； （ 10）轴承寿命校核； （ 11）设计小结； （ 12）参考文献； （ 13）致谢。 动方案的拟定 运动简图如下： （ 图 2） 1 23 4 5 6由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为型砂运输设备。 减速器为展开式圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深沟球轴承。 4 2、 电动机的选择 电动机的选择见表 1 计算项目 计算及说明 计算结果 1. 选择电动机的类型 根据用途选用 Y 系列三相异步电动机 动机功率 输送带所 需拉力为 6 022 输送带功率为 查表 2，带传动效率 带 =对轴承效率 轴承 =齿齿轮传动效率 直齿 =轴器效率 联 =电动机到工作机间的总效率为 总 = 带 4 轴承 2 直齿 联=动机所需工作效率为 总 =w=据表 8取电动机的额定工作功率为 =6667N 总 =0=动机转速 输送带带轮的工作转速为 m i n/rd vn w 由表 2知带传动传动比 i 带 =2 4，两级减速器传动比 i 齿 =8 40，则总传动比范围为 i 总 =i 锥 i 齿 =（ 2 4） *（ 8 40） =16 160 电动机的转速范围为 5 n0= =16 160)r/6421r/表 8，符合这一要求的电动机同步转速有1000r/1500r/ 3000r/虑到 3000r/电动机转速太高，但 1000r/电动机体积大且价格贵，所以本例选用 1500r/电动机，其满载转速为 1440r/型号为440r/、 传动比的计算及分配 传动比的计 算及分配见表 2 计算项目 计算及说明 计算结果 i 总 =nm/440/i 总 =传动比 根据传动比范围，取带传动的传动比 i 带 =减速器传动比为 带总 取4.4i 低速级传动比为 i2=i/i=.4 、 传动装置运动、动力参数的计算 传动装置运动、动力参数的计算见表 3 计算项目 计算及说明 计算结果 n0=440r/n1=n0/i 带 =1440/76r/440r/6 n2=n1/76/n3=n2/nw=76r/nw=p1=带 =2=1-2=轴承 齿 =3=2-3=轴承 齿 =2w=3-w=轴承 联 =2=3=w=550p0/550*440N m 550p1/550*76N m 550p2/550*m 550p3/550*m 550pw/550*m m m m m m 5、 传动件的设计计算 速器外 传动件的设计 减速器外传动只有带传动，故只需对待 传动进行设计。带传动的设计计算见表 4 7 计算项目 计算及说明 计算结果 1. 确定设 计功率 0d 由表 8得工作情况系数 K ，则 d 440r/，由图 8择 A 型 V 带 选择 A 型 V 带 3. 确定带轮基准直径 根据表 8小带轮直径为 001 ，则大带轮直径为 带 001 502 的速度 d/25/ 0 0 060 1 4 4 01001 0 0 060m a 带带速符合要求 5. 确定中心距和 V 带长度 根据 )(2)(1021 ，初步确定中心距，即 00)250100(2245)250100(为使结构紧凑，取偏低值， 500 V 带计算基准长度为 00250()200100(235024)()(22202122101500 8 由表 8 V 带基准长度 250 ，则实际中心距为 250. 计算小带轮包角 21 合格 带根数 V 带的根数可用下式计算： z)( 00 由表 8取单根 V 带所能传递的功率 率增量 )11(00 由表 8得 由表 8得137.1则1(0 由表 8得 K ，由表 8得 K ,则带的根数为 00z Z=5 9 取 5 根 初拉力 由表 8得 V 带质量 ，则初拉力为 ）（）（ 带带 9. 计算作用在轴上的压力 i i （ 1）小带轮结构 采用实心式，由表 8电动机轴径 380 D ，由表 8 得 0 21, 轮毂宽： 7382）（）（带轮其最终宽度结合安装带轮的轴段确定 轮缘宽： 5(21 ）（带轮（ 2）大带轮结构 采用孔板式结构，轮缘宽可与小带轮相同，轮毂宽可与轴的结构设计同步进行 速器内传动的设计计算 高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算见表 5 计算项目 计算及说明 计算结果 处理方式考虑到带式运输机为一般机械，大、小锥齿轮均选用 45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由表 8齿面硬度45 钢 小齿轮调质处理 10 和公差等级 17 255， 62 217. 平均硬度 36，0 50间。选用 8 级精度。 大齿轮正火处理 8 级精度 2. 初步计算传动的主要尺寸 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为 21 )(121)小齿轮传递转矩为 7760 2)因 v 值未知， 不能确定，可初步选载荷系数 )由表 8得弹性系数 4)直齿轮，由图 9得节点区域系数 )齿数比 =)取齿宽系数 d =)初选 3,则 3* 01，则端面重合度为 s)1011231(co s)11(1 a a 得重合度系数 Z 8)由图 11得螺旋角系数 Z 9)许用接触应力可用下式公式 Z H / 由图 8 a 查 得 接 触 疲 劳 极 限 应 力 为 11 H 3 9 0,5 8 0 2 小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为 00*576*1*2*8*250*8=09 1/09/08 由图 8得寿命系数 ， 表 8安全系数 ，则有 M 451/390*5801/580*1/2l i i 取 45 初算小齿轮的分度圆直径 21 )(123 2)4 4 5 9( 7 7 6 1）计算载荷系数 由表 8得使用系数 t /0000 1 ， 由图 8低 1 级精度，按 9 级精度查得动载荷系数图 8得齿向载荷分配系数 表 8得齿间载荷分配系数 K ，则载荷系数 (2） 对 行修正 因 K 与 较大的差异，故需对K=12 2. 确定传 动尺寸 算出的 行修正 ，即 31 3） 大端模数 m 2co ，查表 8标准模数 m= 4） 计算传动尺寸 中心距为 n o 10123(o ( 211 取整 1601 a ，则螺旋角为 10123(r c c o s2(a r c c o Zm n ）因 值与初选值相差较大 ，故对与 有关的参数进行修正 由图 9的节点区域系数 Z ，则端面重合度为 s)1 0 11231(co s)11(1 a a 得重合度系数 Z ，由图 11得螺旋角系数 Z m= 13 21 )(123 2)4 4 5 9 8 9( 7 7 6 =计算圆周速度为 t /0000 1 由图 8得 动载荷系数 K 值不变 按表 8 ,则高速级中心距为 n 1 6 03 6 o 1 0 123(o ( 211 则螺旋角修正为 10123(r c c o s2(a r c c o Zm n ）修正完毕 （ 5） 大端分度圆直径为 5 o s o s 11 o s o s 22 14 （ 6）齿宽为 b= 1= 6mm （ 10521 ，取 5mm 6mm 5. 校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度条件为 211 F （ 1） K、 前 （ 2） 齿宽 62 （ 3） 齿形系数 应力修正系数 当量齿数为 o o o o 得 图 8得 4） 由图 8得重合度系数 Y （ 5） 由图 11得螺旋角系数 Y （ 6） 许用弯曲应力 由图 8得寿命系数 ,由表 8得安 15 全系数 M p p i i m2111 = 1F 7 7 6 M p aM p p aM p 满足齿根弯曲强度 端面模数 n o s o s 齿顶高 ha=根高 16 5. 计算锥齿轮传动其他几何尺寸 顶隙 C=齿高 h=ha+顶圆直径为 *根圆直径为 =h=、 低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 低速级斜齿 圆柱齿轮的设计计算见表 6 计算项目 计算及说明 计算结果 处理方式和公差等级 考虑到带式运输 机为一般机械，大、小锥齿轮均选用 45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由表 8齿面硬度17 255， 62 217. 平均硬度 36，0 50间。选用 8 级精度。 45 钢 小齿轮调质处理 大齿轮正火处理 8 级精度 17 2. 初步计算传动的主要尺寸 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为 22 )(121)小齿轮传递转矩为 28300 2)因 v 值未知， 不能确定，可初步选载荷系数 )由表 8得弹性系数 4)初选螺旋角 10 ，由图 9得节点区域系数 )齿数比 =)取齿宽系数 d =)初选 5,则 5* 2，则端面重合度为 s)821251(co s)11(3 a a 图 8得重合度系数 Z 9)由图 11 得螺旋角系数 Z 10)许用接触应力可用下式公式 18 Z H / 由图 8a 查得接触疲劳极限应力为 M H 3 9 0,5 8 0 2l i i m 小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为 00*2*8*250*8=08 1/08/07 由图 8得寿命系数 表 8安全系数 ，则有 M p p 681/390*80*l i i 取 68 初算小齿轮的分度圆直径 22 )(123 2)4 6 8 9( 2 8 3 0 19 3. 确定传动尺寸 （ 1）计算载荷系数 由表 8得使用系数 t /0000 3 ， 由图 8低 1 级精度，按 9 级精度查得动载荷系数图 8得齿向载荷分配系数 表 8得齿间载荷分配系数 K ，则载荷系数 （ 5) 大 端 模 数 m 0co ，查表 8标准模数 m= 6） 计算传动尺寸 中心距为 n 010c o 8225(o ( 432 取整 902 ，则螺旋角为 8225(r c c o s2(a r c c o Zm n ）因 值与初选值相差大，故对与 有关的参数不用进行修正 （ 7） 大端分度圆直径为 o s o s 33 1 o s o s 44 （ 6）齿宽为 b= 3= 8mm （ 10543 ，取 05=m=902 8mm 0520 4. 校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度条件为 232 F （ 1） K、 前 （ 2）齿宽 84 （ 3）齿形系数 应力修正系数 当量齿数为 o o o o 得 由图 8得 4）由图 8得重合度系数 Y （ 5）由图 11得螺旋角系数 Y （ 6）许用弯曲应力 由图 8得寿命系数 ,由表 8得安全系数 M p p i i m 21 2321 = 3 2 8 3 0 p aM p a 4134434p aM p 满足齿根弯曲强度 5. 计算齿轮传动其他几何尺寸 端面模数 n o s o s 齿顶高 ha=根高 隙 C=齿高 h=ha+顶圆直径为 *根圆直径为 =h=22 7、 齿轮上作用力的计算 齿轮上作用力的计算为后续轴的设计和校核、键的选择和验算及轴承的选择和校核提供数据，其计算过程见表 6 计算项目 计算及说明 计算结果 1. 高速级齿轮传动的作用力 （ 1）已知条件 高速轴传递的转矩 7760速76r/速级齿轮的螺旋角 ，小齿轮左旋，大齿轮右旋，小齿轮的分度圆直径 （ 2）齿轮 1 的作用力 圆周力为 t 2 03 5 7 7 6 022111 其方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为 4c o s 20t a 2 0c o st a 其方向为由力的作用点指向轮 1 的转动中心 轴向力为 4t a 2 0t a 其方向沿轴向从小锥齿轮的小端指向大端 法向力为 7 o o s 2 0c o sc o s 11 （ 3）齿轮 2 的作用力 从齿轮 2 各个力与主动齿轮 1 上相应的力大小相等，作用方向相反 23 2. 低速级齿轮传动的作用力 （ 1）已知条件 中间轴传递的转矩 28300速速级齿轮的螺旋角 。为使斜齿圆柱齿轮 3 的轴向力与锥齿轮 2 的轴向力互相抵消一部分，低速级的小齿轮右旋，大齿轮左旋，小齿轮分度圆直径为 2） 齿轮 3 的作用力 圆周力为 9 57 8 8 3 0 022323 其方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为 3 o a 9 5c o st a 其方向为由力的作用点指向轮 3 的转动中心 轴向力为 2 7 a 9 5t a 其方向可用右手法则来确定，即用右手握住轮 3 的轴线，并使四指的方向顺着轮的转动方向，此时拇指的指向即为该力的方向 法向力为 co s s 33 （ 3） 齿轮 4 的作用力 从动齿轮 4 的各个力与主动齿轮 3 上相应的力大小相等，作用方向相反 272N 24 8、 减速器转配草图的设计 一、 合理布置图面 该减速器的装配图一张 纸上，本文选择 纸绘制装配图。根据图纸幅面大小与减速器两级齿轮传动的中心距，绘图比例定位 1： 1，采用三视图表达装配的结构。 二、 绘出齿轮的轮廓尺寸 在俯视图上绘出两级齿轮传动的轮廓 尺寸 三、 箱体内壁 在齿轮齿廓的基础上绘出箱体的内壁、轴承端面、轴承座端面线 9、 轴的设计计算 轴的设计和计算、轴上齿轮轮毂孔内径及宽度、滚动轴承的选择和校核、键的选择和验算与轴联接的半联轴器的选择同步进行。 速轴的设计与计算 高速轴的设计与计算见表 7。 计算项目 计算及说明 计算结果 高速轴传递的功率 矩 7760速 76r/齿轮大端分度圆直径 轮宽度5. 选择轴 的材料 因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表 8用常用的材料 45 钢，调质处理 45 钢，调制处理 25 查表 9 C=106 135，取中间值 C=118，则 311m i n 轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应增大 3% 5%，轴端最细处直径 1） 轴承部件的结构设计 为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故 轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计 （ 2）轴段 1 轴段 1 上安装带轮，此段轴的设计应与带轮轮毂轴孔设计同步进行 。根据第三步的初算结果，考虑到如该段轴径取得大小，轴承的寿命可能满足不了减速器预期寿命的效果，定轴段 1 的轴径 0轮轮毂的宽度为（ ） 08 合带轮节后 L 带轮 =57 76带轮轮毂的宽度 70段 1 的长度略小于毂孔的宽度，取 8 3）密封圈与轴段 2 在确定轴段 2 的轴径时，应考虑带轮的轴向固定及密封圈的尺寸。 若联轴 器采用轴肩定位，轴肩高度h=（ *404段 2 的轴径 d2=*(4） 48值最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度均小于 3m/s，可选用毡圈油封，查表 8选毡圈 45 1997，则 5 4）轴承与轴段 3 及轴段 7 的设计 考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承。轴段 3 上安装轴承，其直径应符合轴承内径系列。现暂取轴承为 7209C，由表 11轴承内径 d=45径 D=85度 B=19圈定位轴肩直径 2圈定位内径 8轴上力作用点与外圈大端面的距离取轴段 3 的直径 5承采用脂润滑，需01=68mm 526 要用挡油杯阻止箱体内润滑油溅入轴承座。为补偿箱体的铸造误差和安装挡油杯，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离取 ，挡油杯的挡油凸缘内侧面凸出箱体内壁 1油杯轴孔宽度初定为