圆柱齿轮减速器设计

圆柱齿轮减速器设计摘要选做这个毕业设计，一方面对于减速器的内部结构和工作原理也有一定的了解和基础，其次通过对圆柱齿轮减速器这一毕业课题设计可以巩固我大学4年来所学的专业知识，对于我也是一种检验。可以全面检验我大学所学的知识是否全面，是否能灵活运用到实际生活工作中。在做的过程中我还可以不断学习和拓宽视野和思路，做到理论与实际相结合的运用。最重要的是对于即将离校走向社会的我是一种挑战，培养我独立思考，树立全局观念，为以后的我奠定坚实的基础。关键词：圆柱；齿轮；减速器；闭式传动 目录TOC\o"1-5"\h\z\u第1章机械设计基础要求及总论 11.1《机械设计CAD设计》任务书 11.2了解和学习机械设计基础 21.3总论 3第2章传动装置总体设计 42.1传动方案的拟定及说明 42.2电动机的选择 6第3章参考资料目录 63.1传动件的设计计算 73.2齿轮减速器的箱体结构尺寸 73.3轴承的选择及计算 93.4联接的选择及校核计算 113.5润滑与密封 11第4章设计总结 11参考文献 13致谢 15第1章机械设计基础要求及总论1.1《机械设计CAD设计》任务书1.1.1课程设计的目的课程设计是机械设计课程的重要的教学环节，是培养学生机械设计能力的重要实践环节。课程设计的重要目的是：（1）通过课程设计使学生综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的知识，起到顽固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。（2）通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械设计的一般方法和步骤。（3）提高学生的有关设计的能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计（CAD）能力等，使学生熟悉设计资料（手册、图册等）的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。1.1.2课程设计的内容和任务课程设计一般选择机械传动装置或一些简单机械作为设计课题（比较成熟的题目使以齿轮减速器为主的机械传动装置），设计的主要内容一般包括以下几方面：（1）初步确定分析传动装置的设计方案；（2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；（3）教学传动件的设计计算，校核轴轴承联轴器键等；（4）绘制减速器装配图；（5）绘制零件装配图；（6）编写设计计算说明书。1.1.3课程设计的有关事项本课程设计中应注意以下事项：1.认真设计好草图是提高设计质量的关键草图也应该按正式的比例尺画，而且作图的顺序要得当。画草图是应着重注意各零件之间的相对位置，有些细部结构可先以简化画法画出。2.设计过程中应及时检查、及时修正设计过程是一个边计算、边绘图、边修改的过程，应经常进行自查或互查，有错误时应及时修改，避免造成大量的修改。3.注意计算数据的记录和整理数据是设计的依据，应及时记录与整理计算数据，如有变动应及时修正，供下一步设计及编写设计说明书是使用。4.要有整体观念设计时考虑问题周全整体观念强，就会少出差错，从而提高设计效率1.2了解和学习机械设计基础1.2.1机械设计的基本要求机械设计零件的基本要求是零件工作可靠且成本低廉，所以必须注意：1、要求合理选择材料，降低材料费用；2、保证良好的工艺性，减少制造费用；3、尽量选用标准化通用化的设计，简化设计过程从而降低成本。机械设计的基本要求：1、实现预定功能；2、满足可靠性要求；3、满足经济性要；4、操作方便，工作安全；5、造型美观，减少污染。1.2.3机械设计的内容和步骤1、产品规划2、方案设计3、技术设计4、制造及实验。1.2.3机械零件的失效形式和设计计算准则失效形式：1、断裂，2、过量变形，3、表面失效，4、破坏正常工作条件引起的失效。设计计算准则：1、强度准则，2、刚度准则3.磨性准则，4、散热性准则，5、可靠性准则。1.2.4机械零件设计的标准化、系列化及通用化。标准化给机械带来的好处：1、保证质量、节约材料、降低成本2、简化设计工作、缩短产品生产周期3、减少刀具和量具的规格4、简化机械的安装和维修1.3总论1.3.1课程设计的目的课程设计是机械设计课程的重要的教学环节，是培养学生机械设计能力的重要实践环节。1.3.2课程设计的重要目的1.通过课程设计使学生综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的知识，起到顽固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。2、通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械设计的一般方法和步骤。3、提高学生的有关设计的能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计（CAD）能力等，使学生熟悉设计资料（手册、图册等）的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。1.3.3课程设计的内容和任务课程设计一般选择机械传动装置或一些简单机械作为设计课题（比较成熟的题目使以齿轮减速器为主的机械传动装置），设计的主要内容一般包括以下几方面：（7）初步确定分析传动装置的设计方案；（8）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；（9）教学传动件的设计计算，校核轴轴承联轴器键等；（10）绘制减速器装配图；（11）绘制零件装配图；（12）编写设计计算说明书。1.3.4课程设计的有关事项本课程设计中应注意以下事项：1.认真设计好草图是提高设计质量的关键草图也应该按正式的比例尺画，而且作图的顺序要得当。画草图是应着重注意各零件之间的相对位置，有些细部结构可先以简化画法画出。2.设计过程中应及时检查、及时修正设计过程是一个边计算、边绘图、边修改的过程，应经常进行自查或互查，有错误时应及时修改，避免造成大量的修改。3.注意计算数据的记录和整理数据是设计的依据，应及时记录与整理计算数据，如有变动应及时修正，供下一步设计及编写设计说明书是使用。4.要有整体观念设计时考虑问题周全整体观念强，就会少出差错，从而提高设计效率。第2章传动装置总体设计2.1传动方案的拟定及说明2.1.1传动方案分析1）一般工作机器通常由原动机、传动装置和工作装置三个基本职能部分组成。传动装置传送原动机的动力、变换其运动，以实现工作装置预定的工作要求，它是机器的主要组成部分。2)分析和选择传动机构的类型及其组合是拟定传动方案的重要一环，这时应综合考虑工作装置载荷、运动以及机器的其他要求，再结合各种传动机构的特点适用范围，加以分析比较，合理选择。3)在分析传动方案时注意用机械传动方式的特点及在布局上的要求①带传动平稳性好，能缓冲吸震，但承载能力较低，宜布置在高速级。②锥齿轮、斜齿轮宜放在高速级③链传动平稳性差，且有冲击，震动，宜放在低速级④开式齿轮传动的润发条件差，磨损严重，宜放在低速级4)传动装置的布局应使结构紧凄、匀称，强度和刚度好。并适合车间布置情况和工人操作，便于装拆和维修5)在传动装置总体设计中，必须注意防止因过载或操作疏忽而造成机器损坏和人员工伤，可视具体情况在传动系统的某一环节加设安全保险装置。2.1.2传动方案拟定传动装置的设计方案通常由运动简图表示。它直观的反映了工作机、传动装置和原动机三者间的运动和力的传递关系。如下图即为运输机运动简图；传动方案的分析：1、在分析传动方案时应注意常用机械传动的特点及在布局上的要求：（1）带传动平稳性好，能缓冲吸振，但承载能力小，宜布置在高速级；（2）链传动平稳性差，且有冲击、振动，宜布置在低速级；（3）蜗杆传动放在高速级时蜗轮材料应选用锡青铜，否则可选用铝铁青铜；（4）开式齿轮传动的润滑条件差，磨损严重，宜布置在低速级；（5）锥齿轮、斜齿轮宜放在高速级。2、常用减速器的类型及特点：（1）二级圆柱齿轮减速器：传动比一般小于5，使用直齿、斜齿或人字齿，传递功率可达数万千瓦，效率较高。工艺简单，精度易于保证，一般工厂均能制造，应用广泛。轴线可作水平布置、上下布置或铅垂布置。（2）二级锥齿轮减速器：传动比一般小于3。（3）二级蜗杆减速器：结构简单，效率较低，适用于载荷较小、间歇工作的场合；蜗杆圆周速度V≤4～5m/s时用蜗杆下置式，V>4～5m/s时用蜗杆上置式。（4）二级圆柱齿轮减速器：传动比，使用斜齿、直齿或人字齿齿轮。结构简单，应用广泛。展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度。分流式则齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、変载荷场合。同轴式减速器长度方向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差，两级大齿轮直径接近，有利于浸油润滑。轴线可以水平、上下或铅垂布置。2.1.3传动方案的拟定及传动简图的绘制：根据设计任务书中的设计任务及常用传动减速器的特点，我们可以选用二级斜齿圆柱齿轮减速器来设计为运输机的传动机构。其运输机的传动简图如下：此图为二级斜齿轮减速器，应注意齿轮的润滑，以及齿轮的分布情况，以便进行合理的布置。工作条件：使用年限8年，工作为两班工作制，载荷较平稳，一般机械厂制造，小批量生产；（2）原始数据：滚筒直径260mm；运输带工作速度V=1.45m/s；运输带工作拉力1800N,卷筒效率0.81，运输带速度允许误差为±5﹪。2.2电动机的选择1、电动机类型的选择按已知的工作条件和要求知：用于运输机的电动机，一般选用Y系列自散冷式笼型三相异步电动机。2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：η总=η×ηW=η轴承3×η齿轮2×η联轴器2×ηw×η=0.993×0.972×0.992×0.98×0.96=0.81（2）电机所需的工作功率：Pd=Pw/η=FV/1000ηw=FV/1000ηwη=2350×1.45/（1000×0.81）=4。20kw3、确定电动机转速：滚筒轴的工作转速为：nw=（60×1000v）/πD=（60×1000×1.35）/300π=92。30r/min按推荐的合理传动比范围，取齿轮传动比i1=3～5，又i1=（1.3～1.5）i2，故合理总传动比的范围为i总=i1•i2=6～20，则：电动机转速的可选范围为：n电动机=i总×nw=（6～20）×92。30r/min=553～1846r/min符合这一范围的同步转速有1500r/min、3000r/min,再根据计算出的容量综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量以及减速器的传动比，比较两个方案知：方案1电动机转速较高，但总传动比大，传动装置尺寸大；故方案2较好。因此选定电动机型号为Y112M-4，所选电动机额定功率为Ped=4kw,满载转速nm=1440r/min,总传动比适中，传动装置结构较紧凑。第3章参考资料目录3.1传动件的设计计算1．高速级齿轮传动1）选择材料及确定许用应力小齿轮用45号优质碳素钢调质后表面淬火，齿面硬度为45HRC（表11-1）；大齿轮用45号优质碳素钢调质后表面淬火，齿面硬度为45HRC（表11-1）；因240Mpa（图11-10d），1.5（表11-4），单向传动，故因1115Mpa（图11-7d），1.2（表11-4），故2）按轮齿弯曲强度设计计算齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.2（表11-3），齿宽系数。小齿轮上的转矩初步选择螺旋角齿数取，则，取。实际传动比为。齿形系数，由图11-9查得因且，故应将代入式（11-15）计算。法向模数按表4-1取2mm中心距取a1=130mm确定螺旋角齿宽取3）验算齿面接触强度将各参数代入式（11-12）可得齿轮的圆周速度对照表11-2可知选8级精度是合宜的。2．低速级齿轮传动1）选择材料及确定许用应力小齿轮用45号优质碳素钢调质后表面淬火，齿面硬度为45HRC（表11-1）；大齿轮用45号优质碳素钢调质后表面淬火，齿面硬度为45HRC（表11-1）；因240Mpa（图11-10d），1.5（表11-4），单向传动，故因1115Mpa（图11-7d），1.2（表11-4），故2）按轮齿弯曲强度设计计算齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.2（表11-3），齿宽系数。小齿轮上的转矩初步选择螺旋角齿数取，则，取。实际传动比为。齿形系数，由图（11-9）查得因且，故应将代入式（11-15）计算。法向模数按表4-1取3mm中心距取a2=155mm确定螺旋角齿宽取3）验算算齿面接触强度将各参数代入式（11-12）可得齿轮的圆周速度对照表11-2可知选8级精度是合宜的。3.2齿轮减速器的箱体结构尺寸为了对轴进行校核，先求作用在轴上的齿轮的啮合力。第一对和第二对啮合齿轮上的作用力分别为减速器内壁宽1．高速轴设计1）轴的材料取45号钢2）初算轴的直径考虑到外伸轴段用联轴器与电动机轴相联，取d=32mm。3）轴的校核高速轴工作简图如图(a)所示(a)（1）求垂直面的支承反力（图b）（2）求水平面的支承反力（图c）（3）绘垂直面的弯矩图（图b）(b)（4）绘水平面的弯矩图（图c）(c)（5）求合成弯矩图（图d）(d)（6）轴传递的转矩（图e）(e)（7）求危险截面的当量弯矩从图可见，a-a截面最危险，其当量弯矩为：如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数＝0.6，代入上式可得（8）计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调质处理，由表14-1查得，由表14-3查得许用弯曲应力则考虑到键槽对轴的削弱，将值加大4％，故小于该截面处的实际尺寸49mm，满足设计。2．中间轴设计1）轴的材料取45号钢2）计算轴的直径取d=50mm。3）轴的校核中间轴工作简图如图(a)(a)（1）求垂直面的支承反力（图b）（2）求水平面的支承反力（图c）（3）绘垂直面的弯矩图（图b）(b)（4）绘水平面的弯矩图（图c）(c)（5）求合成弯矩图（图d）(d)（6）计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调质处理，由表14-1查得，由表14-3查得许用弯曲应力则考虑到键槽对轴的削弱，将值加大4％，故小于该截面处的实际尺寸，满足设计。3．低速轴设计1）轴的材料取45号钢2）计算轴的直径取d=60mm。3）轴的校核低速轴工作简图如图(a)(a)（1）求垂直面的支承反力（图b）（2）求水平面的支承反力（图c）（3）绘垂直面的弯矩图（图b）(b)（4）绘水平面的弯矩图（图c）(c)（5）求合成弯矩图（图d）(d)（6）轴传递的转矩（图e）（7）求危险截面的当量弯矩从图可见，a-a截面最危险，其当量弯矩为：如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数＝0.6，代入上式可得（8）计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调质处理，由表14-1查得，由表14-3查得许用弯曲应力则考虑到键槽对轴的削弱，将值加大4％，故小于该截面处的实际尺寸65mm，满足设计。3.3轴承的选择及计算1.Ⅰ轴轴承1）计算轴承1、2的轴向力、由表16-13查得轴承的内部轴向力为：所以轴承2为压紧端，轴承1为放松端。2）计算轴承1、2的当量载荷由表16-13查得e＝0.68，而由表16-12查得故当量动载荷为：为：3）计算所需的径向基本额定动载荷因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，今，故应以轴承2的径向当量动载荷P2为计算依据。因载荷较平稳，查表16-10取；工作温度正常，查表16-9得。所以4）由手册查得7307AC轴承的径向基本额定动载荷Cr＝34.2KN。因为，故所选7307AC轴承适用。2．Ⅱ轴轴承1）计算轴承1、2的轴向力、所以轴承1压紧端轴承2为放松端2）计算轴承1、2的当量载荷由表查得e＝0.68，而由表查得故当量动载3）计算所需的径向基本额定动载荷因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，今，故应以轴承1的径向当量动载荷P1为计算依据。因载荷较平稳，查表16-10取；工作温度正常，查表16-9得。所以4）由手册查得7310AC轴承的径向基本额定动载荷Cr＝55.5KN。因为，故所选7310AC轴承适用。3．Ⅲ轴轴承1）计算轴承1、2的轴向力、所以轴承1为压紧端轴承2为放松端2）计算轴承1、2的当量载荷由表查得e＝0.68，而由表查得故当量动载荷为：3）计算所需的径向基本额定动载荷因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，今，故应以轴承1的径向当量动载荷P1为计算依据。因载荷较平稳，查表16-10取；工作温度正常，查表16-9得。所以4）由手册查得7312AC轴承的径向基本额定动载荷Cr＝80.5KN。因为，故所选7312AC轴承适用。3.4联接的选择及校核计算1．Ⅰ轴上与联轴器相联处键的校核键C10×50，b×h×L=10×8×50键联接的组成零件均为钢，=125MPa=125MPa满足设计要求2．Ⅱ轴上大齿轮处键键16×45，b×h×L=16×10×45键联接的组成零件均为钢，=125MPa满足设计要求3．Ⅲ轴上１）联接齿轮处采用键18×56，b×h×L=18×11×56满足设计要求2）联轴器处采用C型键C16×100＝125Mpa满足设计要求八、联轴器的选择1．电动机与减速器高速机之间的联轴器1）选择类型为了缓和冲击和减轻振动选用弹性柱销联轴器。2）计算转矩转矩由表17-1查得，工作为输送机时工作情况系数，故计算转矩3）确定型号由设计手册选取弹性柱销联轴器TL6，它的公称扭矩为，联轴器许用转速为5000r/min，允许的轴孔直径在32～42mm之间，以上数据均能满足本题的要求。选用TL6联轴器42×112GB4323-84HL232×822．输出轴与运输轴的联轴器1）选择类型为了缓和冲击和减轻振动选用弹性柱销联轴器。2）计算转矩转矩由表17-1查得，工作为输送机时工作情况系数，故计算转矩3）确定型号由设计手册选取弹性柱销联轴器TL10，它的公称扭矩为，联轴器材料为钢时许用转速为1700r/min，允许的轴孔直径在63～95mm之间，以上数据均能满足本题的要求。L=142或172。TL10联轴器(63～95)×142(172)GB4323-84。3.5润滑与密封减速器内传动零件采用浸油润滑，减速器滚动轴承采用飞溅润滑。第4章设计总结设计出的圆柱齿轮减速器：其输入功率P=6.2kW，输入转速n1=1450r/min，总传动比i=16.5，齿轮的宽度系数φa=0.4，工作寿命10年，每年工作300天。结构紧凑、传动功率较高，采用惩罚函数法，以中心距最小为目标进行减速器优化设计。参考文献[1]罗岚，侯力，赵斐，吴阳，白青松.变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动几何特性分析[J].工程科学与技术，2018，50（01）：171-179.[2]魏永峭，马登秋，吴阳，罗岚，白青松，侯力.变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面曲率特性研究[J].工程科学与技术，2017，49（06）：196-203.[3]李琴，张祺.曲线齿线圆柱齿轮啮合数学模型[J].工程设计学报，2016，23（06）：571-577.[4]陈曦，陈德鑫.圆柱齿轮设计参数对啮合效率的影响[J].机械研究与应用，2016，29（05）：90-93+98.[5]周琳，