机械设计(带皮)二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器

1、机械设计课程设计 轴的结构设计和计算 轴是组成机械的主要零件，它支撑其他回转件并传递转矩，同时它又通过轴承和机 架连接。所有轴上零件都围绕轴心做回转运动，形成一个以轴为基准的组合体一一轴系 部件。 轴的结构设计 1 高速轴： 1.1初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为45号钢调质处理。 按扭转强度法估算轴的直径,由1P207表12 2,取A0=112 P12.4436 dmin 二 Ao3 1 =1123=15.2922 川.960 考虑到该轴段截面上有一个键槽，d增大5%即 dmin =15.2922（1+5%）=16.0568 mm 减速器高速轴外伸端用联轴器与电动机相连，外伸端轴径用电动

2、机轴直径D估算: d=（0.8 1.2）D=（0.8 1.2）38=30.4 mm 圆整后d =30 mm 为了使所选的外伸端轴径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器： 由于轴的转速较高且稍有冲击，为了减小进去载荷，缓和冲击，应选用具有较小转 动惯量和具有弹性的联轴器，由于弹性柱销联轴器结构简单、安装方便、耐久性好，故 选用弹性柱销联轴器。 选择联轴器的型号： 联轴器的计算转矩Tca=KA T ,查1P193表11 1, 取 Ka=1.5，则 Tca = KA T =Ka T 1=1.524308.3820=36462.5731 N.mm 由2P131表13-7选联轴器型号为HL3,联轴器

3、的许用转矩T=630N m半联轴器 的外孔径d=30mm故取与输入轴相连处d1-2 =30mm半联轴器长度L=82m（ J型孔），与轴 段连接处长度L1=60mm. 1.2按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 1） 考虑联轴器的定位要求，1 2轴段需定位轴肩，取轴肩高度h=2.25mm （h0.07d），则d2=34.5mm联轴器左端用螺栓紧固轴端挡圈定位，由3P207 表7-6按轴端直径取挡圈直径D = 38。半联轴器与轴配合长度L1=60mm为 了保证轴端挡圈压紧半联轴器，故1-2轴段的长度应比 L1略短一些，故 L1-2 =58mm 2）轴段2-3的直径需对1-2轴段有定位轴肩，故d2-

4、3 =35mm轴承端盖的总宽度为38m（由减速器及轴承端盖的结构设计决定）。根据轴承端盖的装拆及便于 对轴承添加润滑油的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 L=18mm故取 L2=56mm 3）初步选择滚动轴承，由于主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承，故选择深 沟球轴承，取安装轴承段直径 d3/=d7*=35mm由3P252表8-23选取6207型 深沟球轴承，其尺寸为，其内径 d = 35mm，外径D二72mm ,宽度B二17mm， 安装尺寸 damin =42mm，Damax =65mm 4）对4-5段，由中间轴可知 L 4j=89 mm,由轴肩定位可得d4=42mm 5） 取

5、安装齿轮处的轴段5-6的直径，由于高速级齿轮df1 =44.2715,则取d5-6 =44mm 由于高速轴为齿轮轴，所以齿轮的右端无须轴肩定位，L5-6=56mm 6）取小齿轮距箱体内壁的距离 =8 mm,考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承 位置应距箱体内壁一段距离 s，现取s=5mm则L 6-7 = A +s=8+5=13mm右端轴承 的轴肩定位从手册中查得 6207型的安装尺寸dmin 42mm，因此d6-7=42mm 2 中间轴： 2.1初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为45号钢调质处理。 按扭转强度法估算轴的直径，由1P207表12 2,取A0=112 df詈叫希 = 26.182

6、9 2.2按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 1）初步选择滚动轴承。由于主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承，取安装轴 承段直径d1-2=d7-8=40mm,选取6208型深沟球轴承，其尺寸为， d D B =40 80 18，安装尺寸 dm i n 47mm, Damax 二 73mm 轴段 L1-2 =L7-8 =18mm. 2）由于轴承的安装尺寸dmin =47mm现取d2-3=47mm低速级小齿轮距箱体内壁的 距离A =10mm由于已选择油润滑，所以滚动轴承位置应距箱体内壁距离s，现 取 s=5mm贝U L 2-3 = A +s=10+5=15mm 3） 由于低速级小齿轮df3 =5

7、8.1847,则取d3-4=58mm由于高速轴为齿轮轴，所以 齿轮的右端无须轴肩定位，由于低速级小齿轮齿宽为68 mm所以L3-4=68 mm 4）中间轴的两齿轮间轴段 4-5的直径d4-5 =54mm L4-5=12mm 5） 取安装齿轮处的轴段5-6的直径d5-6 =46mm由于高速级大齿轮的轮毂宽为44 mm且由于高速级大齿轮左端与轴承右端之间采用套筒定位，为了使套筒端面 可靠的压紧齿轮，故取L5-6=42mm 6） 高速级大齿轮距箱体内壁的距离 A =14 mm,由于已选择油润滑，所以滚动轴承 位置应距箱体内壁距离s，取s=5mm由于高速级大齿轮左端与轴承右端之间 采用套筒定位，为了使

8、套筒端面可靠的压紧齿轮，故取L6-7=19.5 mm, d6-7 =40mm 3低速轴： 3.1初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为45号钢调质处理。 按扭转强度法估算轴的直径,由1P207表12 2,取A0=116 dmin =A3 “ -1163 2.2081 -42.5429 n2i 44.7624 输入轴受扭段的最小直径是安装联轴器处的轴径。为了使所选的轴径与联轴器的孔 径相适应，故需同时选取联轴器。 联轴器的计算转矩 =心T ,查1P193表11 1, 取 Ka=1.5，则 Tca = kA T=kA T 3=1.5471096.4988=706644.7482N.mm 根据工作要求

9、，选用弹性柱销联轴器，由2P131表13-7选联轴器型号为HL4,联 轴器的许用转矩T=1250N m半联轴器的外孔径d=40mm故取与输出轴相连处 d1-2 =40mm半联轴器长度L=112m（ J型孔），与轴段长度L1 =84mm. 3.2按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 1） 考虑联轴器的定位要求，1 2轴段需定位轴肩，取轴肩高度h=3mm则 d2J3=46mm联轴器左端用螺栓紧固轴端挡圈定位，由3P207表7-6按轴端直 径取挡圈直径D = 50 ;半联轴器与轴配合长度L1 =84mm为了保证轴端挡圈 压紧半联轴器，故1-2轴段的长度应比1各短一些，故L1-2 =82mm 2） 轴

10、段2-3的直径需对1-2轴段有定位轴肩，故d2-3 =48mm轴承端盖的总宽度 为35m（由减速器及轴承端盖的结构设计决定），根据轴承端盖的装拆及便于 对轴承添加润滑油的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 L=18mm故取 L2；=53mm 3）初步选择滚动轴承。因轴承受径向载荷较大，故选择深沟球轴承，取安装轴承 段直径d 3u =d8-9=50mm,选取6210型深沟球轴承，其尺寸为， d D B =50 90 20，轴段 L3=L8-9 =20mm 4） 对4-4 /段，查得手册6210型深沟球轴承的定位轴肩高度为 h=3.5mm取d4-4 / =57mm L4-4 / =7 m

11、m 对 4，-5 轴段，d47 -5 =48mm 由中间轴可知 L47 -5 =65 mm 对5-6轴段，为右侧齿轮的定位轴肩，取 d5-6 =65mm L5-6 =7 mm 5） 取安装齿轮处的轴段6-7的直径d6-7 =57mm由于低速级大齿轮的轮毂宽为60 mm且由于高速级大齿轮右端与右轴承之间采用套筒定位，为了使套筒端面可 靠的压紧齿轮，故取L6-7=58 mm 6）低速级大齿轮距箱体内壁的距离 =14 mm,由于已选择油润滑，所以滚动轴承 位置应距箱体内壁距离s，取s=5mm由于低速级大齿轮右端与左轴承之间采 用套筒定位，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，故取L7 -8=19.5 mmd

12、7-8=50mm 根据以上轴最小直径的计算，联轴器的选用，滚动轴承的选用，以及齿轮的设计计 算，初步设计轴的基本结构如下： 高速轴 中间轴 12315 6T 89 中间轴的校核： 1）中间轴的各参数如下： T 2=122.0375N mn2 =181.856r/minP2 =2.3239kW 2）中间轴上的各力： 低速级小齿轮：Fti =3844.1790N F ri =1420.7542N F ai=687.6465N d1=63.4921 高速级大齿：Ft2=1022.1324N F r1 =385.1495N F a1270.7271N d2=252.4137 3）绘制轴的计算简图 -1

13、9 - 水平面（H平面）： r-2=lC22.l32H2=E 2900M 铅垂面（V平面）： Fi ,=_, Iw Fc2=l707E?1N 吐-： ?讥二厂;二旳工川溯wf二二托耻讥 35 记6別申 68582.9865 / 丿门：,J 4B/M .卄: / . / / X - -_ 1 弋工二 4）弯矩图: 5)校核轴的强度 (1)计算支反力 铅垂面： 对A点取力矩： M A = 0 M a 二 Fti 59 Ft2 5974 R h2 597451.5 R H2 - - 1966.1256N 二 F - 0 R H1 =2900.1858N 水平面： 对A点取力矩： M a =0 plp

14、l M A = 一Fr1 59 Fa1 -1 Fr259 74 Fa2R v2 59 74 51.5 Rv2 二 一126.8188N F = 0 .Rv1 =1162 .4235 N (2) 计算弯矩 铅垂面： M H 1 R H 1 59 二 -171110.9622 N _m M H 2 R H 2 74 二 69855.4968 N _m M H 2 - M H 1 二 101255.4654N _m M H 3 =R H 3 51.5 二 101255.4684 N -m 水平面: M v 1 =R v 159 二 68582.9865 N -m M v 2 =R V 274 二 1

15、9116.4718 N -m d 1 M V 2 F a 1 二 21830.0602 N -m 2 M V M V 2 二 46752.9263N -m F M V 2 - M V 2 二 27636.4545N -m M V3 = Fa2 归二 34167.6145 N -m 2 M V4 二 27636.4545- M V4 二 6531.16 N -m (3) 合成弯矩 M 二M 2 H + M 2 V M 1=% M 2 H 1 M 2 V 1 二 1 8 5 7 2 3 5 4 7 3N M 2= x M 2 H 1 - M 2 V 2 二 1 7 7 3 8 3. 1 9 4 N

16、 M 3 二 7 M 2 H 2 - M 2 V 3 二 1 0 4 9 5 9.2 4 4 N M 4 二、M 2 H 2 - M 2 V 4 =1 0 1 4 5 4.4 5 5 N (4) 计算扭矩 T = ： T2 T2 二 122.0375 N -m 减速器单向运转，扭转剪应力按脉动循环变应力，取系数a =0.59，则 T =、T 2 = 0.59122037.5 二 7200.125N -m (5) 计算弯矩 MM 2: T 2 M cal 二 Jm 2 ： T 2 = 199192.2238 N Mca2=MHi:T2二 191439.5558N Mca3二/mH2:T2二 12

17、7282.1626N Mca4=JMH 2:T2= 124407.8472N 判断危险截面： 由计算弯矩图可见，C剖面处得计算弯矩最大，该处得计算应力为： %a Mca/W Mca/0.1d326.8859MPa 查表轴的材料为45号钢调质，可知： lc I -0.09 0.1- b = 58.5 60 MPa ,取七 I :- 60 MPa ， 故匚ca ： I二I ,因此该轴满足强度要求 联轴器的选择及计算 联轴器是连接两轴和回转件，在传递运动和动力过程中使他们一同回转而不脱开的 种装置。联轴器还具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全防护等功能. 4.1联轴器的选择和结构设计 以输入轴为

18、例进行联轴器的介绍： 根据所选电动机的公称直径38mn和设计所要求的机械特性选择弹性柱销联轴器。 因其结构简单装配维护方便使用寿命长和应用较广。 4.2联轴器的校核 校核公式： 查机械设计手册得L-630N m，查表11-1得KA=1.5 Tca =1.5 x24.3084=36.4626 N M 22 30 8 x 7 50 键 C8 x 50 GB1096-2003 8 0 -0.036 0.018 -0.018 4 3.3 38 44 12X 8 32 键 12 x 32 GB1096-2003 12 0 -0.043 0.0215 -0.0215 5 3.3 50 58 16x 10

19、45 键 16 x 45 GB1096-2003 16 0 -0.043 0.0215 -0.0215 6 4.3 38 44 12X 8 70 键 C12x 70 GB1096-2003 12 0 -0.043 0.0215 -0.0215 5 3.3 四、滚动轴承的选择及计算 轴承是支承轴的零件，其功用有两个：支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度, 减轻转轴与支承之间的摩擦和磨损。 与滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小、效率高、润滑简便及易 于互换等优点，所以应用广泛。它的缺点是抗冲击能力差，高速时有噪声，工作寿 命也不及液体摩擦滑动轴承。 6.1轴承的选择与结构设计 由于转速

20、较高，轴向力又比较小，主要承受径向载荷，故选用深沟球轴承。下 面以中间轴为例初选轴承型号为 6208型。: 根据初算轴径，考虑轴上零件的定位和固定，估计出装轴承处的轴径，再假设 选用轻系列轴承，这样可初步定出滚动轴承的型号。轴承具体结构如下 6.2轴承的校核 （1）轴承的固定方式为全固式，故轴向外载荷 F全部由轴承1承受具体如下图: 1 t R2 订 (2)轴承的校核 以中间轴为例 由2P117 表 12-5 查得 Cr = 29500N，Cr=18000N 2P159 表 8-15 fp =1.0,对 于球轴承3 计算当量动载荷P: 装轴承处的轴径D=40mm (中间轴上有两个齿轮) 低速级

21、小齿轮 Ft 1=3862.0920N, Fa1=758.6007N, Fr 1=1431.9950N, 高速级大齿轮 Ft 2=986.7112N, Fa 2=228.6145N, Fr 2=368.5798 N 则Fa = Fa1 Fa2 =529.9862NFr = Fr1 Fr2| =1063.4152N 护0.02944插值法求的e=0-2259,Y=1-408 0.4984 e = 0.2259 Fr 计算当量动载荷 P=1.20.56Fr YFa l-1610.0797N = 328416.3378h12000h 106 (ftCr 106 f 29500 j 60n P _60

22、n 1610.0797 即所选轴承满足工作要求 具体参数如下表。 轴承型号系 列 基本尺寸 安装尺寸 d D B da 6207 35 72 17 42 6208 40 80 18 47 7210C 50 90 20 57 五、润滑和密圭寸方式的选择 减速器的润滑 为了减轻机械传动零件、轴承等的磨损，降低摩擦阻力和能源消耗，提高传动 效率，延长零件使用寿命，保证设备正常运转，减速器必须要有良好的润滑，同时 润滑还可起到冷却、散热、吸振、防锈、降低噪声等作用 1齿轮润滑 润滑方式：浸油润滑 减速器低速级齿轮圆周速度V dn 3.1760 1.52m/s时，即可采用飞溅润滑。靠机体 内油的飞溅直接

23、润滑轴承或经济体剖分面上的油沟，沿油沟经轴承盖上的缺口进入 轴承进行润滑。 减速器的密封 减速器需要密封的部位很多，为了防止减速器内润滑剂泄出，防止灰尘、其他 杂物和水分渗入，减速器中的轴承等其他传动部件、减速器箱体等都必须进行必要 的密封，以保持良好的润滑条件和工作环境，使减速器达到预期的工作寿命。 密封类型的选择 1伸出轴端的密圭寸 在输入或输出轴的外伸处，为防止灰尘、水汽及其他杂质渗入，引起轴承急剧磨损 或腐蚀，以及润滑油外漏，都要求在端盖轴孔内装密封件。 因为伸出轴颈圆周转速： : d1 n2 60 1000 二 2.4767m s不 4 5m. s 二 49.2715 181.811

24、1 601000 工作温度不超过90度，对于轴承盖中的透盖选择毡圈油圭寸的方式进行密圭寸，具体 根据轴承盖处轴径查3P144表15-8选择 高速轴的透盖毡圈为：毡圈35 JB/ZQ4406-86 材料：半粗羊毛毡 低速轴的透盖毡圈为：毡圈55 JB/ZQ4406-86 材料：半粗羊毛毡 轴颈为46mm毡圈 不在标准系列中 需另行加工。 六、箱体及附件的结构设计与选择 8.1减速器箱体的结构设计 箱体是加速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件正确相对 位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱。机体结构 尺寸，主要根据地脚螺栓的尺寸，再通过地板固定，而地

25、脚螺尺寸又要根据两齿轮的中 心距a来确定。由3P361表15-1设计减速器的具体结构尺寸如下表： 减速器铸造箱体的结构尺寸 名称 符号 结构尺寸 机座壁厚 S1 8 机盖壁厚 8 机座凸缘、机盖凸缘和机座底凸缘厚度 b,b1,b2 12,12,20 机盖和箱座上的肋厚 m m1 8 轴承旁凸台的高度和半径 h,R 50，16 轴承盖的外径 D2 D+ (5-5.5 ) d3 地脚螺 钉 直径与数目 df 双级减 速器 a1+a2 df 小于 350 16 n 6 通孔直径 df 17.5 沉头座直径 D0 33 螺栓距机壁距离 C1min 25 螺栓距凸缘外缘距离 C2mi n 23 联接螺

26、栓 轴承旁联接螺栓 箱座、箱盖联 接螺栓 直径 d d1=12 d2=10 通孔直径 d 13.5 11 沉头座直径 D 26 22 凸缘尺寸 c1min 20 18 c2mi n 16 14 定位销直径 d d3 d4 6 轴承盖螺钉直径 8 视孔盖螺钉直径 箱体外壁至轴承座端面的距离 6 L1 50 大齿轮顶圆与相体内壁的距离 1 10 齿轮端面与箱体内壁的距离 2 14 8.2减速度器的附件 为了保证减速器正常工作和具备完善的性能，如检查传动件的啮合情况、注油、 排油、通气和便于安装、吊运等。减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这 些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附件。 1.

27、 窥视孔和视孔盖 窥视孔用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，并可由该孔向箱内注入润滑 油，平时由视孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板底部垫有 纸质封油垫片。 2. 通气器 减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器能使热膨胀气体及时排出， 保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来。 结构图如下。 3. 轴承盖 轴承盖用于对轴承部件进行轴向固定，承受轴向载荷，调整轴承间隙，并起到 密封作用。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。凸缘式端盖调整轴承间隙比较方便，封 闭性能好，用螺钉固定在箱体上，用得较多，但外缘尺寸较大；嵌入式端盖结构简 单，外径尺寸小重量轻，不需用螺钉，依靠凸起部分嵌入轴承座相应的槽中，可以 使外伸轴的伸出长度缩短，有利于提高轴的强度和刚度。但密封性较差，易漏油， 而且调整轴承间隙比较麻烦，需打开箱盖，主要用于要求重量轻、结构紧凑的场合。 根据轴是否穿过端盖，轴承盖又分为透盖和闷盖两种。透盖中央有孔，轴的外 伸端穿过此孔伸出箱体，穿过处需有密封装置