机械设计双级展开式圆柱齿轮减速器说明书终版(供参考).doc

1、文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.武汉工程大学机械设计课程设计设计计算说明书:03:02:201517目录22334616- 0 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持. 16 18 21 22 24 24- 1 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .T=370Nm;一设计任务书V=0.75m/s;D=330mm设计带式传输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器。nw=43.41r/min设计数

2、据及工作条件：T=370Nm;V=0.75m/s; D=330mm；生产规模：中小批量；工作环境：多尘；载荷特性：平稳；工作期限： 8 年，两班制。设计注意事项：1. 设计由减速器装配图 1 张，零件图 2 张（包括低速轴和低速轴上大齿轮） ，以及设计计算说明书一份组成 ;2.设计中所有标准均按我国标准采用，设计说明书应按规定纸张及格式编写;3. 设计图纸及设计说明书必须按进度完成，经指导教师审查认可后，才能给予评分或答辩。二传动方案的分析与拟定根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为为防止过载以及过载而引起的安全事故，可拟定传动方案为：外部 V 带传动 +内部双级圆柱齿轮传动。机构整体布置如图一

3、：图 1.传动方案简图- 2 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.总效率：三电动机的选择与计算 =0.833电动机型号：1电动机的类型选择Y100L1-4根据动力源和工作条件，选用Y 系列三相交流异步电动机。2电动机的功率工作机有效功率 :P = T nw/9550 =370 43.41/9550 kW=1.68 kWw设电动机到工作机之间的总效率为，并设1， 2， 3， 4， 5分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为8 级）、滚动轴承、 V 带传动以及滚筒的效率。查文献 4 表 2-2 可得： =0

4、.99 ， =0.97 ， =0.99 ，=0.96 ，=0.96 ，由此可得：12345总效率：2 4 = 1 2 3 4 5=0.972 0.99 4 0.96 0.96=0.833电动机所需功率：Pd=Pw/ =1.68/0.833=2.02 kW查文献 4 表 16-1 选取电动机的功率为2.2 kW 。3电动机转速的选择在常用的同步转速为 1500 r/min 和 1000 r/min 两者之间选择。前者虽然电动机转速高、价格低，但总传动比大。为了能合理地分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为 1500 r/min 的电动机。4电动机型号确定由功率和转速， 查表 20-1

5、 ，选择电动机型号为： Y100L1-4, 其满载转速为1420r/min ，查表 20-2 ，可得：中心高 H=100 mm；轴外伸轴径D=28 mm；轴外伸长度E=60 mm.四传动比的分配计算得内外总的传动比取 V 带传动的传动比i 1=2.5则减速器的总传动比因此，双级圆柱齿轮减速器高速级传动比i 21.3i1.313.084.12- 3 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .i13.08减速器总传动i33.17比：低速级的传动比i 24.12i=13.08高速级传动比：五传动装置的运动及动力参数

6、的选择和计算i2=4.12低速级传动比1. 各轴的转速计算i =3.1732. 各轴的输入功率计算3. 各轴的输入转矩计算将上述数据归纳总结如下表所示。表 1. 各轴的运动和动力参数转速功 率转 矩轴号传动比 i（ r/min ）（ kW）（ N m）电动机输2.54.1214202.214.8出轴 03.17高速轴 I5682.11235.51中间轴 II137.862.028140.49低速轴 III43.491.947427.54- 4 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.六传动零件的设计计算和轴系零

7、部件的初步选择1. 减速器外部传动 V 带传动的设计计算（ 1）、确定计算功率 Pc两班制工作，即每天工作16h，查表8-8 得工况系数 K =1.2 ，故APc=K P=1.2 2.2 kW =2.64 kWA（ 2）、选择普通V 带的型号根据 Pc=2.641 kW 、 n1=1420 r/min，选用 A 型带。（ 3）、选取带轮基准直径 dd1 和 dd2取 dd1=90 mm，并取 =0.02 ，则（ 4）、验算带速 v因 v 在 5 25 m/s 范围内，故带速合适。（ 5）、确定中心距 a 和带的基准长度 Ld 初定中心距 a0 的取值范围为初选中心距a0=400 mm 。由此计

8、算所需带长为查表 8-2，选择基准长度L d=1250mm 。由此计算实际中心距得（ 6）、验算小带轮包角1带轮基准直径：dd1 =90 mmdd2 =225 mm安装中心距：a=372 mm带的基准长度：L d =1250 mm- 5 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.（ 7）、确定带的根数小带轮包角：已知 dd1=90 mm， i=2.5 ， v=6.69 m/s ，查文献2 表 8-4 得 P0=1.05 kW ，查文献2 1=159.2表 8-5 得 P0=0.17 kW；因 =159.2 ，查文

9、献 2 表 8-6 得 K =0.946 ；因 Ld=1250 mm， 带的根数：查文献 2 表 8-2 得 KL=0.93 ，因此Z=3取 z=3 根。初拉力：（ 8）、确定初拉力 F0F0=170.7N单根普通 V带的初拉力为压轴力：（ 9）、计算压轴力 FF =665.33NQQ（ 10）、带轮的结构设计小带轮：A、小带轮的结构设计顶圆直径：由于 d=90mm 300mm, 所以带轮采用腹板式结构，其顶圆直径d =95.5mm，轮毂d =90.5mmd1a1a1长度 L1=45mm，故小带轮 1 的结构设计合理。轮毂长度：B、大带轮的结构设计L1=45mm由于 dd2 =225mm 30

10、0mm，所以带轮采用腹板式结构，其顶圆直径da2=230.5mm，轮大带轮：毂长度 L =60mm。顶圆直径：2da2 =230.5mm轮毂长度：L2=60mm- 6 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .2高速级传动齿轮的设计计算小齿轮1 齿数：高速级主动轮输入功率 2.112 kW ，转速 569 r/min，转矩T1=35.51 N m，齿数比Z1=27u=i 2=4.12 ，单向运转，载荷平稳，每天工作16 小时，预期寿命8 年，电动机驱动。大齿轮2 齿数：（ 1）、选择齿轮的材料及热处理方式Z2

11、=112小齿轮 :40Cr,调质处理，齿面硬度280HBS;变位系数：大齿轮 :45 钢 , 调质处理，齿面硬度240HBS。齿宽系数：（ 2）、确定许用应力A. 确定极限应力 Hlim 和 Flim许用接触应力 Hlim1 =548MPa， Hlim2 =585.33MPa；许用弯曲应力 Flim1 =500MPa， Flim2 =380MPa。B. 计算应力循环次数N，确定寿命系数Z ， YNN查文献2图10-23和图10-22得，K HN10.96，K HN 20.98， K FN 10.96，K FN 20.98 .C. 计算许用应力安全系数： S 1.0， S1.4 ，则：（ 3）、

12、初步确定齿轮基本参数和主要尺寸A. 选择齿轮类型选用较平稳、噪声小、承载能力较强的斜齿圆柱齿轮传动。B. 选用 7 级精度C. 初选参数15 ，Z127 ，Z Zu=30 4.17=112 ， 120初选参数：, 齿宽系数d0.8 。D. 初步计算齿轮主要尺寸- 7 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word版本可编辑 .欢迎下载支持 .K=1.1, 根据螺旋角查得节点区域系数H法面模数：由于载荷平稳，取载荷系数Z 2.425; 弹mn=1.5 mm性系数 ZE189.8MPa ; 取重合度系数 Z0.8 ;中心距：螺旋角系数为：a=130

13、 mmZcoscos150.983； =H 2螺旋角：=537.04MPa ，因此，有：分度圆直径：H故：1；d =55.55mm取标准模数 m=2 mm，则中心距2nd =230.45mm圆整后取 a=143 mm。圆周速度：调整螺旋角：v=1.704 m/s计算分度圆直径：计算圆周速度：- 8 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .计算齿宽：大齿轮齿宽：大齿轮：b2=45mmb2bdd10.855.55mm 44.44mm，小齿轮齿宽：1b =50mm小齿轮：齿顶圆直径：b1 50mm，b2 45mm

14、;da1 =59.55mmd =234.45mma2（ 4）、 验算轮齿的弯曲疲劳强度计算当量齿数 :查图得，齿形系数：YFa 12.45 ， YFa 22. 18 ；应力修正系数： YSa11.625 ，YSa2 1.82 。取 Y 0.812 ， Y0.676 ，则：齿根弯曲强度足够。（ 5）、齿轮结构设计齿顶圆直径：齿根圆直径：- 9 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .Flim3= Flim4=550MPaHlim3 = Hlim4 =600MPaHlim 和 Flim45 钢表面淬火，齿面硬度文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .

15、高速级齿轮设计结果：齿根圆直径：Z1 27， Z2112，df1 =50.55mmdf2 =225.45mmd=55.55 mm,d =230.45 mm12d a1=59.55mm,d a2=234.45mmd f1=50.55mm,d f2=225.45mmb 1=50 mm, b2 =45mmmn=2 mm,13.584, a=143mm ， v=1.704m/s.3. 低速级传动齿轮的设计计算低速级主动轮输入功率1.947kW ，转速 43.49r/min ，转矩 T3=427.54 N m，齿数比u=i 3=3.17，单向运转，载荷平稳，每天工作16 小时，预期寿命 8 年，电动机驱

16、动。（ 1 ）、选择齿轮的材料及热处理方式大小齿轮均采用4050HRC ，取 45HRC 。（ 2 ）、确定许用应力A确定极限应力许用接触应力许用弯曲应力B计算应力循环次数N，确定寿命系数 ZN ,YN查图表得， K HN 30.96,K HN 4 0.98,K FN 3 0.96,K FN 4 0.98 。C计算许用应力安全系数：S3 141.4， S故有：- 10 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .（ 3 ）、初步确定齿轮基本参数和主要尺寸小齿轮3 齿数：A选择齿轮类型Z3=42初估齿轮圆周速度 v

17、=2.5m/s，选用较平稳、 噪声小、 承载能力较强的斜齿圆柱齿大齿轮4 齿数：轮传动。Z4=133B初步选用 7 级精度变位系数：C初选参数齿宽系数：初选：15 ， Z342,Z4=Z3 u=42 3.17 133 ，340 ，齿宽系数d0.8。D初步计算齿轮主要尺寸查得： Ysa3=2.448 ,Y sa4=1.675 ;Y Fa3=2.157 ,Y Fa4=1.82 ; 取 Y =0.663 ，Y =0.633 ；由于载荷平稳，取载荷系数K=1.3 ，则：YFa3YSa3比 YFa4YSa4 大，所以上式将YFa3YSa3 代入）（因为FP3FP4FP3- 11 -文档来源为 :从网络收

18、集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.取标准模数mn=3mm ，则中心距圆整后取a=276mm 。调整螺旋角：计算分度圆直径：计算圆周速度：符合估计值。计算齿宽：4d30.8 130.56mm 105mm，大齿轮： b bd小齿轮：b3 b4(5 10)mm (1055)mm 110mm;（ 4 ）、验算轮齿齿面接触疲劳强度查得节点区域系数 ZH2.425 ;弹性系数 ZE189.8 MPa ;取重合度系数Z 0.8 ;螺旋角系数 Zcoscos15.186 0.982， 则：齿面接触疲劳强度满足要求。法面模数：mn=3.5 mm中

19、心距：a=165mm螺旋角：分度圆直径：d3=130.56mmd4=413.44mm圆周速度：v=0.297 m/s大齿轮 4 齿宽：b4=105 mm小齿轮 3 齿宽：b3=110 mm- 12 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .（ 5 ）、齿轮结构设计齿顶圆直径：齿顶圆直径：da3 =136.56mm齿根圆直径：da4 =419.44mm低速级齿轮设计结果：齿根圆直径：Z 342df3 =123.06mm，Z4 133df4 =405.94mmd 3=130.56mm,d4 =413.44mmb

20、3=110mm,b 4 =105mmd a3=136.56mm ,da4=419.44mmd f3=123.06mm,d f4 =405.94mmmn =3 mm,15.186 , a=272mm ， v=0.297m/s.4. 初算轴的直径及轴结构的初步设计d minC3 P已知，最小轴径的初算公式为n ，轴的材料均选用 45 钢，调质处理，查得其许用应力 -1 b =60MPa, C=118107 。（ 1）、高速轴因 V 带传动的压轴力会对轴端产生较大的弯矩，所以 C 应取大值， 取 C=110，则轴端直径- 13 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从

21、网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.在该轴段与V 带轮相配处开有一个键槽，故应将dminmin增大 5%，得 d=17.89mm,再根据设计手册查标准尺寸，取d2min =25mm 。初步设计其结构如下图所示：图 2.低速轴结构设计（ 2）、中间轴取 C=108，则：在该轴段与齿轮相配处开有一个键槽，故应将dmin 增大 5%，得 dmin 27.786 mm,再根据设计手册查标准尺寸，并考虑到滚动轴承的选型，取d3min =40 mm。初步设计其结构如下图所示：图 3.中间轴结构设计（ 3）、低速轴取 C=105，则：在该轴段与联轴器相配处开有一个键槽，故应将dmin 增大

22、5%，得 dmin =39.44mm,再根据设计手册查标准尺寸，取d4min =40 mm。初步设计其结构如下图所示：高速轴最小轴颈：d2min =25mm中间轴最小轴颈：d3min =40 mm低速轴最小轴颈：d4min =40 mm- 14 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .图 4.低速轴结构设计滚动轴承选型5. 初选滚动轴承结果：根据传动特征：载荷平稳，中载低速，有轴向和径向载荷，初选圆锥滚子轴承，高速轴：选择型号结果如下表所示。6207表 2.轴承代号及其尺寸性能中间轴：轴种类轴承代号dDTB

23、rC0r /kN6210C /kN低速轴：高速轴6207357235.511715106210中间轴62105090140.49202719.8低速轴与工作低速轴62105090427.54202719.8机间联轴器 :HL4 联轴器2m/s ，所以这三对圆锥滚子轴承均采用润滑由于三根轴上的齿轮圆周速度均小于脂润滑。七联轴器的选择及计算1. 低速轴与工作机之间的联轴器由于轴的转速较低，传递的转矩较大，又因为减速器与工作机常不在同一机座上，要求有较大的轴线偏移补偿，因此选用承载能力较高的刚性可移式联轴器，此处选用HL 弹性柱销联轴器。计算转矩，取工作情况系数KA=1.5，则：查表，选择联轴器型号

24、：HL4 型联轴器。其主要尺寸如下表所示：表 3. HL4弹性柱销联轴器主动端基本尺寸型号轴孔类型键槽类型d1LD2HL4Y 型A 型50112195- 15 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .大带轮与高速八键连接的选择轴间键：键8 401.大带轮与高速轴间键的设计GB/T 1096大带轮与高速轴连接处轴颈d=25mm, 初步选用 A 型键，采用 45 钢调质处理。公中间轴与其上称尺寸：宽度 b=8 mm ，高度 h=7 mm 。该轴段长度 l=60 mm ，故根据标准，可取键长大齿轮间键：L=40

25、mm 。键 B16 302.中间轴与其上大齿轮间键的设计GB/T 1096中间轴上大齿轮与中间轴连接处轴颈d=46 mm, 初步选用 B 型键，采用 45 钢调质低速轴与其上处理。其公称尺寸： 宽度 b=16 mm ，高度 h=10 mm 。该轴段长度 l=50 m, 可取键长 L=30大齿轮间键：mm 。键16 503.低速轴与其上大齿轮间键的设计与计算GB/T 1096低速轴上大齿轮与低速轴连接处轴颈d=56 mm, 初步选用 B 型键，采用 45 钢调质低速轴与工作处理。其公称尺寸：宽度b=16mm ，高度 h=10 mm 。该轴段长度 l=70 mm ，故根据标机间键：准，可取键长 L

26、=50mm 。键12 904.低速轴与工作机间键的设计与计算GB/T 1096工作机与低速轴连接处轴颈d=46 mm, 初步选用A 型键，采用45 钢调质处理。其公称尺寸宽度b=12 mm ，高度 h=8 mm 。该轴段长度l=110 mm ，故根据标准，可取键长 L=90 mm 。- 16 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .齿轮 1 受力：九轴的强度校核计算圆周力：1. 高速轴Ft 1 1278.5N（ 1）、计算齿轮受力径向力：齿轮 1的圆周力：Fr 1 478.7N齿轮 1的径向力：齿轮 1的轴

27、向力：轴向力：（ 2）、画受力简图假定带轮压轴力的方向垂直向下， 轴的转向向右看为顺时针方向， 齿轮啮合点的位置在上方，对于零件作用于轴上的分布力或转矩均当成集中载荷作用于轴上零件宽度的中点（后面的受力分析均作此假设） ，则根据斜齿圆柱齿轮传动的受力分析方法可知各分力的方向如图所示。从而可进一步作出其弯矩图和扭矩图。- 17 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.图 5.高速轴的受力分析高速轴铅垂面（ 3）、计算支反力内支反力：铅垂面内支反力：水平面内支反力：- 18 -文档来源为 :从网络收集整理.word

28、 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.（ 4）、计算轴的弯矩，并画出弯矩图和转矩图高速轴水平面A铅垂面弯矩内支反力：齿轮所在截面处弯矩有突变，故：左截面：右截面：支点 A处：B水平面弯矩分别作出铅垂面和水平面上的弯矩图，如图5（ c）、（ e）所示。C合成弯矩齿轮所在截面左截面：齿轮所在截面右截面：支点 A处：由此作出合成弯矩图，如图5（f ）所示。画出扭矩图，如图5 （g）所示，转矩作用于齿轮所在截面与带轮所在截面之间的轴段。（ 5）、计算当量弯矩轴单向运转，载荷平稳，为安全起见，将其转矩看成脉动循环变化，取=0.6 ，则：齿轮所在截面左截面：-

29、 19 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .齿轮所在截面右截面：齿轮油池浸油, ,2( T )253514 .42( 0.6 35510 )2N ? mm57599 .6 N ? mm润滑润滑油型M ca ( a )M ( a )号：支点 A处：L-CKC460 中 负（ 6）、校核弯、扭合成强度荷工业齿轮油分析可知，齿轮所在截面的左截面当量弯矩最大，属于危险截面，此处轴颈d=48（ GB/T5903-19mm, 其抗弯模量 W=0.1d 3=（ 0.148 3 ）mm 3=11059.2 mm 3 。

30、由此可得，轴上该处所受弯95）曲应力为：滚动轴承脂润显然，轴的强度非常足够。从而该轴的结构设计合理。滑润滑脂型号：十润滑和密封1号通用锂基润滑脂1. 齿轮的润滑（ GB7324-1991由于齿轮的圆周速度较小，均小于12m/s ，故采用油池浸油润滑。由于低速轴上大）齿轮圆周速度较低（0.5m/s），浸油深度可达1/61/3 的齿轮半径，故主要考虑中间轴上大齿轮的浸油深度。中间轴上大齿轮的齿高较小，故使其浸油深度为10mm 。齿轮齿面硬度为280350HBS，圆周速度小于0.5m/s ，查得其润滑油粘度荐用值为266mm 2/s(50 摄氏度 )，由此选择L-CKC460中负荷工业齿轮油（GB/

31、T5903-1995）。2. 滚动轴承的润滑由于齿轮圆周速度小于 2m/s，故采用润滑脂润滑，并在轴承内侧安装铸造挡油盘以防止箱内油进入轴承使润滑脂稀释流出或变质。在装配时将润滑脂填入轴承座内，每工作 36 个月补充一次润滑脂，每过一年，需拆开清洗更换润滑脂。根据减速器工作要求，选用 1 号通用锂基润滑脂（ GB7324-1991）润滑。3. 密封本减速器中的密封只要是指轴承透盖与轴之间采用毡圈油封，根据其轴颈选用毡圈 40FZ/T92010-91。轴承座与轴承盖间用密封垫圈密封。计算与说明主要结果- 20 -文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.十一箱体及附件的结构设计和选择1. 箱体减速器的箱体采用铸造（ HT150）制成，采用剖分式结构。为使机体有足够的刚度在机体加肋。考虑到机体内零件的润滑，密封散热，采用浸油润滑，同时为了避免油搅得沉渣溅起， 齿顶到油池底面的距离H 大于 40mm 。铸件壁厚为8，圆角半径为R=5。机体外型简单，拔模方便。2. 轴承盖与套杯均选用凸缘式轴承盖，其具体尺寸（见装配图上所示）依结构而定。3. 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件啮合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作。根据减速器中心距选择其具体尺寸，窥视孔有盖板，机体