机械设计-同轴式圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计说 明 书目 录设计任务书 31传动装置总图 32设计要求 33已知条件 4一、 电动机的选择 5二、 分配传动比 6三、 传动装置的运动和动力参数计算 6四、 传动零件的设计计算 7（一） 第一级直齿圆柱齿轮的基本参数及强度计算 7（二） 第二级直齿圆柱齿轮的基本参数及强度计算 12（三） 开式齿轮的基本参数及强度计算 16五、 齿轮公差组的确定（圆柱齿轮） 20六、轴的结构设计及强度计算 21（一） 输入轴结构设计和强度计算 21（二） 中间轴的结构设计 26（三） 输出轴的结构设计 31 七、轴承寿命校核计算 35八、平键的强度校核 37九、箱体的基本参数 39设 计 任 务 书1. 传动装置总图 2.设计要求：1） 选择电动机类型和规格；2） 设计减速器和开式齿轮传动；3） 选择联轴类型和型号；4） 绘制减速器装配图和零件图；5） 编写设计说明书。3.已知条件1） 输送机主轴功率P10 Kw，输送机主轴转速n90 /min；2） 输送机效率f0.96；3） 工作情况 单向转速，连续工作，工作平稳；4） 机械公用 输送散装物料，如砂、灰、谷物、煤粉等；5） 运动要求 输送机主轴转速误差不超过7%；6） 使用寿命 5年，每年300天，每天8小时；7） 检修周期 半年小修；两年大修；8） 生产批量 中批生产；9） 生产厂型 中小型械制造厂。项目内容及计算说明：计算结果：一、电动机的选择：1）输送机主轴效率功率：Kw2） 输送机主轴转速：90 r/min3）传动装置总效率： 选取 弹性柱销联轴器效率： 球轴承效率： 圆柱齿轮啮合效率： 总效率： =0.94） 电动机输出功率： Kw所以：选择电动机型号为:Y160M2-2型三相异步电动机,同步转速 r/min，异步转速r/min。二、分配传动比：1. 估算传动装置的总传动比：2. 根据公式：试分配传动比： 第一级齿轮传动：第二级齿轮传动：第三级（开式）齿轮传动：则：三、传动装置的运动和动力参数计算：1.计算各轴转速： r/min r/min r/min r/min2.计算各轴输入功率： Kw Kw Kw 2. 计算各轴输入转矩： Nm Nm Nm Nm将上述结果列于表中：轴号转 速功 率转 矩1 r/min Kw Nm2r/min Kw Nm3r/min Kw Nm4r/minKw Nm四、传动零件的设计计算：（一） 直齿圆柱齿轮的基本参数及强度计算：1.选择齿轮的材料： 小齿轮选用40Cr调质 大齿轮选用正火许用接触应力由式=确定齿轮精度等级，按估计齿宽中点分度圆上的圆周速度m/s。查表取： 小轮大端分度圆由式： 计算： 齿宽系数 按齿轮相对轴承为非对称布置： 小轮齿数 在推荐值 中选： 大轮齿数 齿数比 传动比误差 在范围内， 小轮转矩 载荷系数 使用系数 查表得： 动载荷系数 查 得： 齿向载荷分布系数 齿间载荷分布系数 由推荐值 载荷系数的初值 弹性系数 查表得： 节点影响系数 查表得： 许用接触应力 接触疲劳极限 接触寿命系数 应力循环次数由式： 则：查表 得，（不允许有点蚀） 硬化系数 查表得： 接触安全系数 查表得： 则： 故：的值为：齿轮法面模数 圆整：齿轮啮合中心距为 ：取圆整得分度圆螺旋角为 小轮分度圆直径为： 大轮分度圆直径 圆周速度 齿宽 圆整: 大轮齿宽 小轮齿宽 3.齿根弯曲疲劳强度校核计算： 由式 当量齿数： 齿形系数 查表得：小轮 大轮 应力修正系数 查表得:小轮 大轮 重合度系数 由式 许用弯曲应力 弯曲疲劳极限应力 查表得： 弯曲寿命系数 查表得： 尺寸系数 查表得： 安全系数 查表得： 则： 所以： N/mm N/mm4.齿轮的其他基本几何参数与结构图 模数 齿数 ， 压力角 齿顶高系数 顶隙系数 传动比 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 cos 齿距 齿厚、槽宽 顶隙 中心距 齿宽 （二） 直齿圆柱齿轮的基本参数及强度计算：1.选择齿轮的材料：查表： 小齿轮选用40Cr调质 小齿轮选用正火2.按齿面接触疲劳强度设计计算：确定齿轮精度等级，按， 估取圆周速度m/s。查表取： 小轮大端分度圆直径由式： 计算： 齿宽系数 按齿轮相对轴承非对称布置，取： 小轮齿数 在推荐值 中选： 大轮齿数 齿数比 传动比误差 误差在范围内： 小轮转矩 载荷系数 使用系数 查表得： 动载荷系数值 查 得： 齿向载荷分布系数 查 表： 齿向载荷分布系数 由及式 取：载荷系数的初值 弹性系数 查表得： 节点影响系数（ 查表得： 重合度系数 （） 查表得： 许用接触应力 接触疲劳极限应力 应力循环次数 则：查表 得接触寿命系数（不允许有点蚀）: 硬化系数 查表得： 接触强度安全系数按一般可靠度查 取： 故：的值为：齿轮模数 圆整：小轮分度圆直径的值为： 圆周速度 大轮分度圆直径 中心距 齿宽mm 大轮齿宽 小轮齿宽 3.齿根弯曲疲劳强度校核计算： 由式 齿形系数 查表得：小轮 大轮 应力修正系数 查表得:小轮 大轮 重合度系数 由式 许用弯曲应力 弯曲疲劳极限应力 查表得： 弯曲寿命系数 查表得： 尺寸系数 查表得： 安全系数 查表得： 则： 所以： N/mm N/mm 4.齿轮的其他基本几何参数与结构图1） 基本几何尺寸计算： 模数 齿数 ， 压力角 齿顶高系数 顶隙系数 传动比 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 cos 齿距 齿厚、槽宽 基圆齿距 cos法向齿距 顶隙 中心距 齿宽 （三） 开式齿轮的基本参数及强度计算： （一） 直齿圆锥齿轮的基本参数及强度计算：1.选择齿轮的材料： 小齿轮选用40Cr调质 大齿轮选用正火许用接触应力由式=确定齿轮精度等级，按估计齿宽中点分度圆上的圆周速度m/s。查表取： 小轮大端分度圆由式： 计算： 齿宽系 在推荐值中选： 小轮齿数 在推荐值 中选： 大齿数 齿数比 传动比误差 在范围内， 小轮转矩 载荷系数 使用系数 查表得： 动载荷系数值 查 得： 齿向载荷分布系数 载荷系数的初值 2/8.189mmNZE= 弹性系数 查表得： 节点影响系数 查表得： 许用接触应力 接触疲劳极限 接触寿命系数 应力循环次数由式： 则：查表 得，（不允许有点蚀） 接触安全系数 查表得： 则： 故：的设计值为：齿轮模数 圆整：小轮大端分度圆直径为： 小轮平均分度圆直径 圆周速度 动载荷系数 查表得： 载荷系数 大轮大端分度圆直径 锥距 齿宽 圆整: 3.齿根弯曲疲劳强度校核计算： 由式 齿形系数由当量齿数 查表得和应力修正系数 查表得和 许用弯曲应力 弯曲疲劳极限应力 弯曲寿命系数 查得： 尺寸系数 查得： 安全系数 查得： 则： N/mm N/mm 4.齿轮的其他基本几何参数与结构图 模数 齿数 ， 压力角 齿顶高系数 顶隙系数 传动比 分度圆锥角 arc tan 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 cos cos 齿根圆直径 cos cos 锥距 齿顶角 arc tan 齿根角 arc tan 齿宽 2）大圆锥齿轮外观图：五、齿轮公差组的确定： 1.高速轴齿轮的精度等级：小齿轮分度圆直径大齿轮分度圆直径 公称中心距 齿轮的圆周速度 综合考虑三项精度要求，确定齿轮传递运动准确性、传动平稳性、轮齿载荷分布均匀性的精度等级为8级、8级、8级。 2.确定齿轮的应检精度指标的公差或极限偏差：查表得齿轮轴上的齿轮的四项应检精度指标的公差或极限偏差为：齿距累积总公差m，单个齿距极限偏差m，齿廓总公差m，螺旋线总公差m，齿轮径向跳动公差m。查表得输出轴上的大齿轮的四项应检精度指标的公差或极限偏差为：齿距累积总公差m，单个齿距极限偏差m，齿廓总公差m，螺旋线总公差m，齿轮径向跳动公差m。本减速器的齿轮属于普通齿轮，不需要规定个齿距累积极限偏差。 六、轴的结构设计及强度计算：（一） 输入轴的结构设计和强度计算： 1.计算作用在齿轮上的力： 转矩：圆周力： 径向力：轴向力： 2.初步估算轴的直径： 选取45号钢作为轴的材料，调质处理 根据公式计算轴的最小直径，并加大一些以考虑键槽等因素的影响。 查表取A=112则： mm 3.轴的结构设计： （1）确定轴的结构方案：该轴（输入轴）的轴承分别从两端装入，由挡油盘定位。 轴段主要用于安装联轴器，其直径应于联轴器的孔径相配合，因此要先选择联轴器。另外还由于联轴器那一侧接电动机，则应先选电动机。有电动机的型号可得则联轴器应选择为系列中的一个。又由于联轴器的计算转矩为，根据工作情况选取，则： Nm。根据工作要求选用弹性柱销联轴器，型号为TL6,许用转矩 Nm。 与输入轴联接的半联轴器孔径mm，因此选取轴段的直径为mm。半联轴器轮毂总长度mm，（J型轴孔），与轴配合的轮毂孔长度为mm。 （2）确定各轴段的直径和长度： 轴段:为配合轴颈，按半联轴器孔径，选取轴段直径为mm。为保证定位要求，轴段的长度应比半联轴器配合段轮毂孔长度（mm）略短mm；半联轴器右端用套筒轴向定位，其长度为扳手的有效活动距离和输入轴轴承盖长度之和。此处取为mm。所以，轴段总长为。轴段:为支撑轴颈，用来安装轴承。预选轴承型号为7210AC角接触球轴承。宽度mm。所以轴段直径应为轴承内圈直径mm；为保证轴承的轴向定位用挡油盘定位，长度为mm，轴段长度应比轴承宽度短mm，确定其长度为mm。轴段：此轴段为连接轴身，为了保证定位轴肩有一定的高度和轴承有足够的支撑跨距其直径和长度确定为：mm，mm轴段：为齿轮轴的齿轮部分，其分度圆的直径为d=53.48mm,因此其尺寸L=49mm。轴段：也是支撑轴颈，其直径应为mm，为保证轴承的轴向定位用挡油盘定位，长度为mm， 即长度为mm。轴段6：此段为了提供一定地轴肩高度和轴承有足够的支撑跨距其直径和长度确定为mm，mm轴段7：为放置轴承和挡油环的地方，轴承宽B=19mm，挡油环长度为15.5mm。则此处轴段长为L=34.5mm。 4.绘制轴的弯矩图和扭矩图： （1）求反力 H水平面 N NV垂直面 N （2）求齿宽中点出的弯矩H水平面 NmmV垂直面Nmm合成弯矩M扭矩T Nmm当量弯矩弯矩图和扭矩图：5.校核轴的强度：查表得 N/mm,材料的许用应力即 N/mm,轴的计算应力为：（二） 中间轴的结构设计：1.计算作用在齿轮上的力： 转矩： 大齿轮上受到的力与小齿轮上的力护卫相反力，则：圆周力： N 径向力： N 轴向力： N 转矩：圆周力： 径向力：2.初步估算轴的直径： 选取45号钢作为轴的材料，调质处理 根据公式计算轴的最小直径，并加大一些因素以考虑键槽等的影响。 查表取A=112则： mm 3.轴的结构设计： 确定轴的结构方案： 该轴（中间轴）左端齿轮轴，大圆柱齿轮从右端装入，然后分别自两端装入挡油板和轴承。结构如图：（2）确定各轴段的直径和长度：轴段：为支撑轴颈，预选轴承型号为7210AC角接触球轴承。其内圈直径mm，宽度mm。挡油板宽度为15mm，所以，确定轴段直径为mm，长度为mm。轴段2：为放置套筒的地方用来固定安装的齿轮。其长度为L=13mm，d=50mm。轴段3：为齿轮轴部分，长度为mm。轴段的直径为mm。轴段4：为固定轴肩，用于保证安装齿轮的固定，所以，确定轴段直径为mm，长度为mm。轴段5：为齿轮轴。其分度圆d=92mm,L=80mm.轴段6：为支撑轴颈，L=11mm轴段7为放置轴承与挡油环的地方。，L=34mm4.绘制轴的弯矩图和扭矩图： （1）求反力 H水平面 N NV垂直面 （2）求齿宽中点出的弯矩H水平面 NmmNmm V垂直面NmmNmm合成弯矩M扭矩T Nmm当量弯矩弯矩图和扭矩图 5.校核轴的强度：查表得 N/mm,材料的许用应力即 N/mm,轴的计算应力为：（三） 输出轴的结构设计： 1.计算作用在齿轮上的力： 转矩：圆周力：N 径向力： N2 .初步估算轴的直径： 选取45号钢作为轴的材料，调质处理 根据公式计算轴的最小直径，并加大一些以考虑键槽等因素的影响。 查表取A=112则： mm 2.轴的结构设计： （1）确定轴的结构方案： 该轴（输出轴）左端先后装入大圆柱齿轮、挡油板、轴承、轴承套，右端先装入挡油板、轴承。联轴器将在传动系统装配时安装，减速器装配过程中不应装配。结构如图：轴段：用于安装联轴器，与联轴器配合的长度为82mm,直径为mm，轴成端盖处直径d=65长度为60mm。因此，确定轴段直径为mm，长度为mm轴段：为支撑轴颈，预选轴承型号为6214深沟球轴承。其内圈直径mm，宽度mm。挡油板长度为13mm，所以，确定轴段直径为mm，长度为mm。 轴段3:轴段长度为L=65mm，下一段为L=20mm轴段：用于安装大圆柱齿轮，其轮毂孔直径为mm,长度为mm。轴段：为联接轴身。综合考虑轴承的支撑跨距和轴身的力学性能,确定其直径mm,长度mm。轴段：用于安装右轴承，型号同样是6214深沟球轴承，挡油板长度为12mm。所以确定轴段直径为mm，长度为mm。4.绘制轴的弯矩图和扭矩图： （1）求反力 H水平面 N NV垂直面 N N （2）求齿宽中点出的弯矩H水平面 NmmV垂直面Nmm合成弯矩M扭矩T Nmm当量弯矩弯矩图和扭矩图：5.校核轴的强度：查表得 N/mm,材料的许用应力即 N/mm,轴的计算应力为：七、1.输入轴轴承型号7209AC的寿命校核计算： 1）.支反力： 由于则通过计算得到 NN 2）.轴承寿命： 按公式，求得，查表取，已知轴承的额定动载荷 N， 通过计算求得当量动载荷P由于查表可得到因1.103e 则可查表得到x=0.44 ，y=1.47 N 满足设备中修的要求，寿命足够！ 2.中间轴轴承型号7210AC的寿命校核计算： 1）.支反力： 由于则通过计算得到 NN计算得到NN2）.轴承寿命： 按公式，求得，查表取，已知轴承的额定动载荷 N通过计算求得当量动载荷P由于查表可得到因0.57e 则可查表得到x=0.44 ，y=1 N h 满足设备中修的要求，寿命足够！ 3.输出轴轴承型号6214的寿命校核计算： 1）.支反力： 2）.轴承寿命： 按公式，求得，查表取，已知轴承的额定动载荷 N， N h 满足设备中修的要求，寿命足够！ h 满足设备中修的要求，寿命足够！八、平键的强度校核：已知：N/mm, 1. 输入轴： mm mm Nmm键 GB/T1095-2003: N/mm2.中间轴： mm mm Nmm键 GB 1096-1979: N/mm3.输出轴： mm ，mm， mm，mm Nmm键 GB 1096-1979: N/mm键 GB 1096-1979: N/mm九、确定箱体的基本参数： (取低速轴中心距mm) 机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺栓直径 地脚螺栓数目 轴承旁螺栓直径 机盖与机座连接螺栓直径 轴承盖螺钉直径 窥视孔螺钉直径 定位销直径 轴承旁凸台半径 查表： 外机壁至轴承座端面距离 大齿轮顶圆与内机壁距离 齿轮端面与内机壁距离 机盖、机座肋板厚 通气器：简易通气器 Kwr/min Kw合适！ r/min r/min r/min r/min Kw Kw Kw Kw Nm Nm Nm NmHBSHBS组公差8级=0.8合适！ Nm=1.1 N/mm N/mmN/mmN/mm mm mm mm m/s mm mm mm N/m