一级减速器的设计及其零件图

毕业设计一级减速器的设计及其零件图目录一概述………………………11.毕业设计的目的……………………12.毕业设计的内容和步骤……………3.毕业设计应注意的问题……………二传动装置的总体设计…………1.减速器的简要介绍………………………2.传动方案拟定、电动机的选择…………3.传动装置的总传动比和分配各级传动比………………4.传动装置的运动参数和动力参数的计算………………三传动零件的设计…………1.带传动的设计………………………2.齿轮传动的设计………………………四轴系部件的设计……………………1.传动轴的结构设计…………2.联轴器的选择与设计…………………3.轴承的类型选择和设计………………五减速器的结构…………1.减速器箱体的结构设计………………2.减速器附件的设计………………六减速器的润滑及密封………………1.减速器的润滑………………2.减速器的密封………………七设计小结……………………一概述1.毕业设计的目的毕业设计是机电工程类教学过程的一个重要环节，其目的在于：1）运用所学的机械设计课程的理论，以及有关课程的知识，进行一次较为全面的综合设计练习，培养自己的动手能力，加深对所学知识的理解，也是达到毕业要求的一部分。2）通过这一设计环节，掌握一般传动装置的设计方法、设计步骤等3）通过这一设计掌握具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，进一步培养独立分析问题和解决问题的能力。2.毕业设计的内容和步骤⑴毕业设计的内容：以一级减速器的设计为主，其设计内容包括①拟定传动装置的传动方案。②电动机的选择。③传动装置的运动参数和动力参数的计算④传动件及轴的设计计算⑤轴承、键的选择和校核计算及减速器润滑和密封的选择⑥减速器的结构和附件设计⑦零件图的绘制等⑵毕业设计的步骤第一阶段：拟定传动装置的转动方案；选择电动机；传动装置总传动比的确定及各级传动比分配；计算轴的功率、转矩和转速。第二阶段:传动零件及轴的设计计算。如齿轮传动，带传动及轴径的初算。第三阶段：设计及相关的零件图。包括减速箱箱体的设计；轴的设计（轴的机构）；轴承的选择；键的选择；减速器的润滑和密封方式的选择。第四阶段：相关零件图的绘制及结束语。二传动装置的总体设计1.减速器的简要介绍减速器多用来作为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，以满足工作的需要。在某中场合也可用作增速传动装置，成为增速器。根据传动型式，减速器可分为齿轮、蜗杆、和齿轮-蜗杆减速器；根据齿轮形状不同，可分为圆柱、圆锥和圆柱-圆锥减速器，根据传动的级数，可分为一级和多级减速器；根据传动的结构布置形式，还可分为展开式、同轴式和分流式减速器。设计题目设计用于带式运输机的单级圆柱直齿减速器，图示如下，连续单项运转，载荷平稳，空载启动，使用期限10年，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为±5%设计数据原始数据编号B30运输带工作拉力F（N）790运输带速度V(m/s)1.2卷筒直径D（mm)3002.传动方案的拟定和电动机的选择⑴分析传动方案的组成和特点机器一般都有原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置一般包括传动件和支撑件两部分。它在原动机和工作机之间传递动力和运动，可以改变运动的形式、速度和转矩的大小。传动装置的性能与质量的优劣对机器的工作影响很大，因此，合理地设计传动方案是十分必要的。传动方案通常用机构简图表示，机构简图简单明了的反映了运动和动力传递的路线、方式以及各部件的组成和连接关系。⑵拟定传动方案合理的传动方案必须满足工作机的性能要求，适应工作条件，工作可靠，并且应结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低，传动效率高和使用维护便利。设计用于带式运输机的单级圆柱直齿减速器①工作条件：连续单项运转，载荷平稳，空载启动，使用期限10年，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为±5%。②原始数据：运输带工作拉力F=790N运输带速度V=1.2m/s卷筒直径D=300mm③方案拟定：采用Ｖ带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。传动示意图如下图所示：电动机2.V带传动3.弹性套柱销联轴器4.圆柱直齿减速器5.弹性柱销联轴器6.卷筒7.运输带⑶电动机的选择①电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。②电动机容量的选择电动机所需工作功率为：Po＝Pw/ηa(kw)即：Pw＝FV/1000(KW)即：Po=FV/1000ηa(KW)由电动机至运输带的传动总效率ηa总=η1×η2×η33×η4×η5×η6其中式中：η1。η2、η3、η4、η5、η6分别为弹性柱销联轴器、带传动、滚动轴承、单级齿轮减速器、弹性柱联轴器、卷筒的效率。取η1=0.99.η2=0.96.η3=0.99.η4=0.97.η5=0.99.η6=0.94.ηa总=0.99×0.96×0.993×0.97×0.99×0.94=0.83所以电动机需要的工作效率：Po＝FV/1000η总＝(790×1.2)/（1000×0.83）＝1.14(KW)③确定电动机的转速N卷筒＝60×1000·V/（π·D）＝（60×1000×1.2）/(π×300)＝76.4(r/min)根据传动传动比的数值范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I2=3～6。取V带传动比I1=2～4。则总传动比理论范围为：Ia＝6～24。所以电动机的转速范围可选为：N电动机＝Ia×N卷筒＝(16～24)×76.4＝1222.4～1833.6(r/min)符合这一范围的同步转速有1500(r/min)根据容量和转速由相关手册查出电动机的型号，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等因素，选定电动机的型号为Y90L-4电动机的技术数据：电动机型号额定功率(KW)电动机转速(r/min)电动机重量（KG)同步转速满载转速Y90L-41.51500140027电动机的主要外形和安装尺寸：中心高（H)外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD地脚安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E90335×(87.5+155)×190140×1251024×503.传动装置的总传动比和分配各级传动比⑴由选定的电动机满载转速Nm和工作机主动轴转速N卷筒可得传动装置总的传动比：Ia=Nm/N卷筒=1400/76.4=18.32⑵分配各级传动装置的传动比总传动比等于各传动装置传动比的乘积。即Ia=I1×I2（式中I1.I2分别为带传动和减速器传动的传动比）普通V带的传动比为2～4，取V带的传动比I1=3.5,则I2=Ia/I1=18.32/3.5=5.24.传动装置的运动参数和动力参数的计算将传动装置各轴由高速至低速依次定为Ⅰ轴、Ⅱ轴以及I1、I2为两轴之间的传动比，η01、η12……为相邻两轴之间的传动效率，PⅠ、PⅡ......为各轴的输入功率（KW），TⅠ、TⅡ......为各轴的输入转矩（N·m），nⅠ、nⅡ......为各轴的输入转速（r/min）⑴计算各轴的转速：I轴：nⅠ=Nm/I1=1400/3.5=400（r/min）II轴：nⅡ=nⅠ/I2=400/5.2=76.9（r/min）卷筒轴：nIII=nII=76.9（r/min）⑵计算各轴的输入功率：I轴：PⅠ=Po×η01=Po×η1×η2=1.14×0.99×0.96=1.08（KW）II轴：PⅡ=PⅠ×η12=PⅠ×η3×η4=1.08×0.99×0.97=1.04（KW）卷筒轴：PⅢ=PⅡ×η23=PⅡ×η3×η5=1.04×0.99×0.99=1.02（KW）⑶计算各轴的输入转矩：电动机的输出转矩为：Td=9550·Po/Nm=9550×1.14/1400=7.78（N·m）I轴：TⅠ=Td·I1·η01=Td·I1·η1·η2=7.78×3.5×0.99×0.96=25.88（N·m）II轴：TⅡ=TⅠ·I2·η12=TⅠ·I2·η3·η4=25.88×5.2×0.99×0.97=129.23（N·m）卷筒轴的输入转矩：TIII=TⅡ·η3·η5=129.23×0.99×0.99=126.66（N·m）⑷计算各的输出功率及输出转矩由于Ⅰ～Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率，则：P’Ⅰ=PⅠ×η轴承=1.08×0.99=1.069（KW）P’Ⅱ=PⅡ×η轴承=1.04×0.99=1.03（KW）由于Ⅰ～Ⅱ轴的输出转矩分别为输入功率乘以轴承效率，则：T’Ⅰ=TⅠ×η轴承=25.88×0.99=25.62（N·m）T’Ⅱ=TⅡ×η轴承=129.23×0.99=127.94（N·m）综合以上数据得：轴名功率P（KW）转矩T（N·m）转速nr/min传动比I效率η输入输出输入输出电动机轴1.147.7814003.50.95Ⅰ轴1.081.06925.8825.624005.20.96Ⅱ轴1.041.03129.23127.9476.910.98卷筒轴1.021.01126.66125.476.9三传动零件的设计1.带传动的设计⑴选择V带的型号查表得带的工作情况系数：KA=1.1由计算功率PC=P×KA=1.5×1.1=1.65（KW）（其中P为额定功率）根据计算功率PC和小带轮的转速n1并根据普通V带选型图，选择带的型号为A型带。⑵确定带轮的直径并演算带速查表可得小带轮的基准直径的推荐值为80～100mm。则取小带轮的直径为d1=100mm。则大带轮的直径d2=d1×I1=100×3.5=350mm带速V=n1·d1·π/（1000×60）=1400×100×3.14/（1000×60）=7.33(m/s)介于5～25m/s范围内，故合适。⑶确定中心距ao0.7·（d1+d2）≤ao≤2·（d1+d2）即：0.7·（100+350）≤ao≤2·（100+350)即：315≤ao≤900则取ao=600mm⑷确定带长L0L0=2·a+π·（d1+d2）/2+（d2-d1）2/(4·a)=2×600+3.14×(100+350)/2+(350-100)2/(4×600)=1932.5(mm)根据普通V带基准长度系列表，取带的基准长度为Ld=2000mm。⑸确定带的实际中心距a和小带轮的包角α1a≈a0+(Ld-L0)/2≈600+（2000-1932.5)/2≈633.75小带轮的包角α1=1800-(d2-d1)×57.30/a=157.40小带轮的包角α1一般要求不小于1200。若角度过小，传动能力下降，易打滑，157.40>1200符合要求。⑹确定V带的根数Z根据机械设计基础查表得单根普通V带的基本额定功率为Po=1.32（KW）,查表得单根普通V带额定功率的增量为△P0=0.17（KW）查表得包角的修正系数Kα=0.95,带长的修正系数KL=1.03由公式Z=PC/［(P0+△P0)·KL·Kα]=1.65/［(1.32+0.17)×1.03×0.95]=1.097取整数Z=2⑺确定单根V带的预紧力F0(查表得A型带的单位长度质量q=0.10kg/m)F0=500·PC·（2.5/Kα-1）/Z·V+q·V2=500×1.65×（2.5/0.95-1)/2×7.33+0.10×7.332=97.2(N)⑻计算V带作用于轴上的压力Fw，即初拉力Fw=2·Z·F0·sin(α1/2)=2×2×97.2sin(157.40/2)=381.3(N)⑼带轮的示意图如下齿轮传动的设计⑴选择齿轮材料及精度等级小齿轮选择45钢调质，硬度等级为217～255HBS,取为236HBS；大齿轮选用45钢正火，硬度为169～217HBS。取为193HBS。因为是普通的减速器，估计圆周速度不大于6m/s则选择齿轮的精度等级为8级。⑵按照齿轮面接触疲劳强度设计分度圆直径d1因为两齿轮均为钢质齿轮，可用公式d1≥2112321123］［σΨεHHEZZZuudkT①转矩T1=9549×103×P/n=9549×103×1.069/400=25519.7N/mm②载荷系数K，查表取K=1.1③齿数Z1和齿宽系数ψd，对于软齿面的闭式传动，在满足弯曲疲劳破坏的前提下，宜采用较多齿数，一般取Z1=20～40，则取Z1=25，则大齿轮的齿数Z2=130。因为单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面为软齿面，则取齿宽系数ψd=1。④计算许用接触应力［σH］查表得：σHlim1=570MPaσHlim2=540MPa查表得软齿面的最小安全系数为SHlim=1.1总工作时间T=10×365×12=43800（h）应力循环次数N1=60×njT=60×400×1×43800=1.05×109N2=N1/I2=1.05×109/5.2=2.0×10查表得：ZN1=1ZN2=1［σH］1=(ZN1×σHlim1)/SHlim=(1×570)/1.1=518.2MPa［σH］2=(ZN2×σHlim2)/SHlim=(1×540)/1.1=490.9MPa所以d1≥==39.4（mm）m=d1/Z1=39.4/25=1.576查表取标准模数：m=2⑶主要参数和尺寸的计算分度圆直径：d1=m×Z1=2×25=50（mm）d2=m×Z2=2×130=260（mm）齿轮宽度：b=ψd×d1=1×50=50（mm）取大齿轮的宽度b2=50mm，小齿轮的宽度b1=55mm。a=1/2m（Z1+Z2）=155（mm）⑷按齿根弯曲疲劳强度校核如果σF≦［σF］则校核合格。确定相关系数和参数：①齿形系数YFYF1=2.62YF2=2.14②应力修正系数YSYS1=1.59YS2=1.83③许用弯曲应力［σF］σFlim1=210（MPa）σFlim2=170（MPa）查表得：SF=1.4YN1=YN2=1由公式得：［σF］1=（YN1×σFlim1）/SF=（1×210）/1.4=150（MPa）［σF］2=（YN2×σFlim2）/SF=（1×170）/1.4=121.4（MPa）由公式σF=2·K·T1·YF·YS/b·m2·Z1得代入数据得σF1=46.8（MPa）<150（MPa）σF2=43.6（MPa）<121.4（MPa）齿根弯曲强度合格⑸验算齿轮的圆周速度VV=π·d1·n1/（60×1000）=1.05m/s由机械设计基础查表得选8级精度是合适的。四轴系部件的设计A.传动轴的结构设计（齿轮轴的设计）(1)确定轴上零件的定位和固定方式（如下图所示）1，5—滚动轴承2—轴3—齿轮轴的轮齿段4—套筒6—密封盖7—轴端挡圈8—轴承端盖9—带轮10—键(2)按扭转强度估算轴的直径选择45钢调质，硬度等级为217～255HBS,轴的输入功率为PⅠ=1.08（KW），转速为nⅠ=400（r/min），根据机械设计基础查表得C=120。d≥=120×（PⅠ/nⅠ）1/3=120×（1.08/400)1/3=16.7(mm)(3)确定轴各段直径D和长度Leq\o\ac(○,1)从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=Φ20mm,又因为带轮的宽度B=（Z-1）·e+2·f=（3-1）×18+2×8=52mm，则第一段的长度L1=60mm。eq\o\ac(○,2)右起第二段直径取D2=Φ38mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm，则取第二段的长度L2=70mmeq\o\ac(○,3)右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，主要承受径向载荷，同时也可以承受一定量的双向轴向载荷，选用6208型轴承，其尺寸为d×D×B=40×80×18，那么该段的直径为D3=Φ40mm，长度为L3=20mm。eq\o\ac(○,4)右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=Φ48mm，长度取L4=10mm。eq\o\ac(○,5)右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为Φ54mm，分度圆直径为Φ50mm，齿轮的宽度为55mm，则此段的直径为D5=Φ54mm，长度为L5=55mm。eq\o\ac(○,6)右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=Φ48mm，长度取L6=10mm。eq\o\ac(○,7)右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=Φ40mm，长度L7=18mm。（4)求齿轮上作用力的大小、方向eq\o\ac(○,1)小齿轮分度圆直径：d1=50（mm）eq\o\ac(○,2)作用在齿轮上的转矩为：T1=25519.7（N/mm）eq\o\ac(○,3)求圆周力Ft：Ft=2T1/d1=2×25519.7/50=1020.8（N）eq\o\ac(○,4)求径向力Fr：Fr=Ft·tanα=1020.8×tan200=371.5（N）根据轴承径向力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型Ft，Fr的方向如下图所示：⑤求轴面的支座反力水平面的支座反力：RA=RB=Ft/2=1020.8/2=510.4（N）垂直面的支座反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0，那么RA’=RB’=Fr×62/124=185.75（N）（6）画弯矩图右起第四段剖面C处的弯矩：水平面的弯矩：MC=RA×62=32（Nm）垂直面的弯矩：MC1’=MC2’=RA’×62=11.5（Nm）合成弯矩：34（7）转矩T=Ft×d1/2=1020.8×50/2=26（Nm）（8）画当量弯矩图因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6，可得右起第四段剖面C处的当量弯矩：37.4(Nm)=0.6×26=15.6Nm（9）判断危险截面并验算强度eq\o\ac(○,1)右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=65.9Nm,由机械设计基查表得:［σ-1］=60Mpa则：σe=MeC2/W=MeC2/(0.1·D43)=37.4×1000/(0.1×483)=33Nm<［σ-1］eq\o\ac(○,2)右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：=0.6×26=15.6Nmσe=MD/W=MD/(0.1·D13)=15.6×1000/(0.1×253)=9.98Nm<［σ-1］所以确定的尺寸是安全的。齿轮轴的零件图如下图所示：B.输出轴的设计计算确定轴上零件的定位和固定方1，5—滚动轴承2—轴3—齿轮4—套筒6—密封盖7—键8—轴承端盖9—轴端挡圈10—半联轴器(2)按扭转强度估算轴的直径选择45钢调质，硬度217~255HBS，轴的输入功率为PⅡ=1.04KW，转速为nⅡ=76.9r/min，查表选择c=115。d≥=115×（1.04/76.9)1/3=27.4(mm)(3)确定轴各段直径D和长度Leq\o\ac(○,1)从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=Φ30mm,查表得工作情况系数KA=2.0计算转矩TC=KA×TⅡ=2.0×129.23=258.46Nm,查标准GB/T5014—85，选用HL型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=84mm,因此选取轴段长L1=82mm。eq\o\ac(○,2)右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取D2=Φ52mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为L2=74mm。eq\o\ac(○,3)右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6211型轴承，其尺寸为d×D×B=55×100×21，那么该段的直径为D