【《展开式二级圆柱齿轮减速器设计计算过程案例分析》6100字（论文）】

展开式二级圆柱齿轮减速器设计计算过程案例分析1课题来源任务书2计算过程2.1传动方案拟定以及说明展开式二级减速器，每天单独一人班次16小时共制作时间，普通的机械公司制造，小批量制造生产，疲劳寿命为10年（300天为1年），输送带允许的速度误差，带轮的直径，速度，轴的转矩所以可以根据目前已知的数据和条件计算输送带带轮转速nW，既： （2-1）所以传动方案可以选择如下：图2.1传动形式2.2电动机选择选择三相鼠笼式异步电动机，并有一种传动方案来选择圆柱齿轮。由于没有特殊要求，因此采用Y系列电动机。为了防止杂质侵入电机，可以关闭电机。已知工作转速可得 （2-2） （2-3）滚筒的效率为，取皮带的传动功率，齿轮的传动效率，滚子轴承的传动效率，联轴器的传动效率.Ⅰ轴与Ⅱ轴之间的传动效率Ⅱ轴与Ⅲ轴之间的传动效率Ⅲ轴与滚筒传动效率从电机到滚筒效率所需电机功率： （2-4）确定电机转速 （2-5）传动系统传动比展开式减速器传动比的值可以，所以电动机的可选值为可以得出以下计划表：表2.1编号电动机型号额定功率（Kw）满载转速（r/min）总传动比1Y100L-23288028.272Y100L2-43144014.133Y132S-639609.42由表上计划的对照不难分析：编号1选用电动机是转速最快的，块头小而且相对便宜，传动比是。编号中所用电机速度适中，重量轻，价格低，并且总传动比为，且尺寸合适。编号中使用的电机有最低转速，质量价格也是比较高，总传动比为。对于可扩展的减速机，选择第二个最好。2.3传动装置总传动比的计算与传动比的分配已知带式输送机驱动系统的总传动比   传动比多级传动总传动比为齿宽因子相等，面硬度小于350，选择高速传输速率为考虑齿面接触强度大致相等低功率传动比传动系统的传动比为、、、但实质传动存在偏差，一般许可相对差错为。当设计和计算传输部件时，应使用每个轴的速度，扭矩或功率，因此应计算每个轴的工作机械的速度，扭矩或功率。可以分为高速轴为Ⅰ轴、中速轴为Ⅱ轴、低速轴Ⅲ轴与滚筒轴。转速：Ⅰ轴：Ⅱ轴：Ⅲ轴：滚筒轴：———分别表示各轴转速r/min；，，———分别表示带轮与Ⅰ轴；Ⅰ轴与Ⅱ轴；Ⅱ轴与Ⅲ轴间的传动系数；各轴功率电机轴：Ⅰ轴：Ⅱ轴：Ⅲ轴：滚筒轴：，，，——各输入效率；——表示各传动机构与摩擦副的功；各轴转矩电动机轴输出转矩：Ⅰ轴：Ⅱ轴：Ⅲ轴：滚筒轴：，，，——1，2，3，滚筒轴输入转矩；Ⅰ轴（电动机轴）：Ⅱ轴（高速轴）：Ⅲ轴（中间轴）：Ⅳ轴（低速轴）：Ⅴ轴（滚筒轴）：对于每个轴的运动和功率参数的值，请参见表2-2，详细列出每个轴的功率，速度和扭矩。表2-2各轴运动和动力参数表轴转速n（rmin）功率P（Kw）转矩（N.m）传动比i传动效率Ⅰ轴（电动机轴）14402.488416.5010.99Ⅱ轴（高速轴）14402.463516.344.260.972Ⅲ轴（中间轴）3362.390167.953.2970.9702Ⅳ轴（低速轴）1022.3189217.3610.9801Ⅴ轴（滚筒轴）1022.2728213.032.4传动装置与其参数值1.确定计算功率由《机械设计》[1]表8-6查得工作情况系数，故 （2-6）2.选取V带根据确定选用v带，A型3.选小带轮的直径。要验算带速v1）取直径，取计算带速 带速合适3）大带轮的基准直径 （2-7）4.确定带的长度与中心距离1）根据，初步确定中心距2）计算带需要基准长度 （2-8）由查书得3）中心距5.主动轮包角主动轮上包角可行。6.求出根数z计算v带根数 （2-9）取4根7.计算单根v带初拉力最小值查书可知A型带的长度质量q=0.1kg/m 得=232.74N应该使带实际的拉力8.计算作用在轴的压轴力 （2-10）9.带轮结构设计小滑轮采用坚固的类型，大型滑轮采用纤维网10.调试高速轴的转速与转矩2.5传动齿轮的设计2.5.1高速级齿轮传动设计1、初选精度等级、材料及齿数(1)热处理：小齿轮：（调质），硬度，大齿轮：钢（调质），齿面的硬度。(2) 精度：7级(3) 小轮z1=24,大轮z2=103(4) 预选螺旋角β=14°(5) 受压角α=20°2、根据齿面强度设计(1).由《机械设计.(高等教育出版社第九版)》[2]可求出小轮直径，即 （2-11）选定合适的结果代入公式参数。试选为载荷系数。查书选定螺旋角系数。计算小齿轮的传递转矩：区域的系数。齿宽系数。材料的弹性影响的系数。计算用于接触疲劳强度和配合程度的系数 （2-12） （2-13） （2-14） （2-15） （2-16） （2-17） 接触疲劳许用应力疲劳极限小轮和大轮和应力的循环次数：疲劳寿命系数。取失的效概率1%、安全系数S=1 （2-18） 取和中的较小者，即齿轮副接触疲劳的许用应力为小齿轮的分度圆直径QUOTEd1t≥ （2）小齿轮直径计算1）实际负载因子速度v齿宽b2）实际载荷系数KH。系数。根据QUOTEms、精度级，载荷系数。圆周力3、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）齿轮模数 （2-19）1）确定公式中的各参数值载荷系数重合度系数 （2-20） （2-21） （2-22）螺旋角系数 计算根据齿数查得齿形系数、。查得应力修正系数。查得为小轮弯曲的疲劳强度极限；为大齿轮弯曲的强度极限。查得弯曲疲劳寿命系数取系数 （2-23） （2-24） （2-25） 大齿轮要大于小齿轮，所以取 2）试算模数 (2)效验齿轮模数1）实际载荷系数①速度v②宽高比。 （2-26）③齿宽b （2-27）2）计算实际载荷系数①根据，7级精度，动载系数。②由 （2-28） （2-29）得齿间载荷分配系数。③查书后可用代入法得,查书可得。则载荷系数3）按实际载荷系数算得的齿轮模数 （2-30）根据弯曲疲劳强度算出的模数就近取；取按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算小齿轮的齿数，即取则大齿轮的齿数，取,两齿轮齿数互为质数。4.几何尺寸(1)中心距 （2-31）模数从1.037毫米四舍五入到2毫米，因此中心距离四舍五入到90。(2)中心距修正螺旋角按圆整后的值 （2-32）(3)分度圆直径的计算 (4)齿轮宽度的计算 取 、。5.中心距的强度校核因为中心距变化，所以需要再一次检查齿轮强度。接触疲劳强度齿面校核 （2-33）齿面接触疲劳的强度满足条件弯曲疲劳强度齿根的校核6.设计的主要结论齿数，模数，压力角，螺旋角，变位系数，中心距，齿宽。齿轮精度是级。大齿轮的齿顶圆直径，可以把它做成实心式。2.5.2低速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算初选精度、材料以及齿数小齿轮大齿轮热处理分别为：调质、钢调质，齿面硬度分别为、精度：7级预选小齿轮的z齿数,大齿轮z齿数压力角=20°1齿面强度设计(1).由《机械设计.高等教育出版社第九版》[1]式（10-24）试算小齿轮分度圆直径，即 （2-34）预选公式中参数。载荷系数。传递的转矩：区域的系数=2.433。齿宽的系数弹性参数接触参数。 ⑦接触疲劳许用应力的计算小齿轮大齿轮查书可以知道 QUOTE[σH]2小轮的分度圆的直径。计算取圆周速度、2）的计算。①可以知道参数=1。=2\*GB3②运动的载荷=1.0。③圆周力的计算 查书得齿间载荷分配系数=1.2。=4\*GB3④如果小齿轮在支撑件没有对称的分布时候，可以得到。载荷系数 QUOTE3）3）根据实际负载因子计算的索引圆的直径 QUOTE及相应的齿轮模数相应的齿轮模数 3.根据齿根弯曲疲劳强度设计（1）试算齿轮模数，即弯曲疲劳强度的重合度系数的计算QUOTEYε。 （2-35）计算齿形的系数应力修正的系数设计小轮的强度；大轮设计的强度弯曲疲劳寿命系数、。弯曲疲劳安全系数S=1.41）取公式中各参数的值。①取。=2\*GB3②得 取 2）模数 (2)根据计算结果修改齿轮的模数1）按照之前的结果重新计算参数①圆周速QUOTEv ②齿宽b ③宽高比 2）计算实际载荷系数 查书可以知道齿间载荷分配系数、、可得。所以可以求出载荷的系数 3）得齿轮模数 相由接触疲劳强度得出分度圆直径，可以得出小轮的齿数。因为和，可以求出而且z1和z2互相为质数。（1）分度圆D （2）计算中心距 (3)齿轮宽度的计算 QUOTEb因为想到误差的不能规避性，并且让齿宽尽量节约材料，可以将小齿轮设得宽出，即 取,而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即4.检查中心距的设计强度通常以传动比的调整、齿数的变位和位置更改来四舍五入。将中心距调整为。变位系数和的计算算出系数，啮合角、变位系数和、齿数的和、中心额距变动与齿顶高降低两者的系数。 （2-36） （2-37） （2-38） （2-39） （2-40）计算后当前虽然齿轮的强度有所提高，但重合度降低了。2）分配变位系数查书得出，坐标点位于与之间。3）校核齿轮的齿面强度可以看出齿轮强度合适可以满足条件。4）校核两个齿轮齿根的强度小齿轮校核大齿轮校核可以看出计算结果满足要求。6.得出设计的结果齿轮使用级精度，齿数，，压力角，模数m=2mm，，变位系数，中心距，齿宽。小轮，大轮钢。大齿轮齿顶圆直径，做成实心式的齿轮。2.6轴的设计以及轴承的选择2.6.1高速轴结构设计一、输入轴的功率、速度和扭矩转速，功率，扭矩二、在高速斜齿轮轴上力的计算：计算圆周力： （2-41）计算径向力： （2-42）计算轴向力： （2-43）三、初步估算轴的最小直径：材料选用号钢。硬度读数A0=112 （2-44）计算轴的最小直径并增加5%以考虑键槽的影响， （2-45）四、轴段设计：（1）轴的确定：轴上轴承可以在两边加载，如下图所示，套筒定位。图2.1高速轴查书可以知道联轴器应该选用弹性套筒柱销式，型号，输入轴和半联轴器相连，因此。半联轴器轮毂总长度（J型轴孔），与轴配合的轮毂孔长度为。（2）确定每个轴段的直径和长度：:配合轴颈，取。取长为。：取。取。:取。去：过渡轴定1位套筒高度，取此段轴的长：这一段是齿轮轴段取长度。：过渡轴段，取段轴的长：轴承套筒轴，宽度，，取。轴上零件的轴向定位可以用平键连接半联轴器与轴。按，取截面b×h=6mm×6mm用键槽铣刀加工键槽，取长度30mm。选择相匹配。轴承和轴过盈配合，取轴的直径公差。4）确定轴上的圆角和倒角尺寸取的轴端倒角，台肩圆角R取五、求轴上载荷（1）画轴的受力简图此时已经可以确定的支点位置，且7205交流角接触球轴承参数，。轴为支撑梁的轴承跨度:。如下所示为弯矩图扭矩图。图2.2弯矩扭矩图（1）支反力 （2-46） （2-47） （2-48） （2-49） （2-50）（2）弯矩M （2-51） （2-52） （2-53）（3）总弯矩 （2-54） （2-55）扭矩T 现将计算出的截面C处的、及的值列于下表。表2-3载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩六、轴的强度校核扭转剪应力为脉动周期可变应力，取，则轴的计算应力如下: （2-56） （2-57）所选轴的材料为45钢，调节过程由第八版“机构设计”[1]中的表15-1控制。因此，可知安全。2.6.2中间轴的结构设计中间轴上的功率 转速 转矩 二、力的分析高速级斜齿轮上：圆周力： 径向力： 轴向力： 低速级齿轮的力： （2-58）三、预选的直径:硬度为的检查表采用根据 （2-59）考虑键槽的影响，加大3%的轴最小直径 轴的结构设计确定轴的结构方案：如下图图2.3中间轴（2）确定各轴段的直径和长度：:支撑轴，选轴承7205AC。取,内圈直径；全长取。：支撑轴颈，安装齿轮。直径取。且。:取，直径取。：支撑台销。取直径轴长应小于毂长，取，：选7205AC角接触球轴承。宽度取,直径；取轴长。（3）轴上零件的轴向排列轴定位采用平键连接。按，b×h=8mm×7mm键槽用长度为的铣刀制作。轴采用平键连接。按，b×h=12mm×8mm，长为。齿轮轮毂和轴之间的配位被选择为，以确保螺旋齿轮和轴之间对准的良好。这里选择轴的直径容差作为。（4）确定轴上圆角与倒角尺寸段的肩部圆角取半径为，倒角为，其他轴段肩部圆角半径为。2.6.3低速轴的结构设计一、低速轴功率、速度与扭矩功率，转速，转矩二、预选在齿轮受到的力： 三、轴最小直径的初步估算：硬度，预选， 该直径必须与配合的开口相符，所以要第一个选取配合。联轴器扭矩，查书可以知道，选取，所以 选用弹性套销联轴器，型号为LT7。孔径，半连接毂的全长（J型轴孔），与轴组合的轮毂孔长度为，A型键槽。因此选取轴段1的直径为。四、轴的结构设计：（1）确定轴的结构方案：其结构初始设定如下图所示。图2.4低速轴:直径取。总长取。:连接轴体，取。取宽度40mm，取总长。与:支撑轴颈，安装轴承。高度取h=4.5mm，直径。选6011号轴承。宽度取，套筒。总长。：连结轴，确保高度,取：轴向固定，取直径宽度。取。要求齿轮啮合和定位要求，可参考中间轴长、：支撑轴颈。取。齿宽，使（3）零件的轴向定位轴用平键连接，因为截面取，键槽铣刀加工键槽，长。轴也用平键连接，因为，截面取，长度为43mm，键槽铣刀加工键槽。所以，让联轴器和轴的对准良好，选择的联接。确保齿轮和轴之间的对准良好，齿轮轮毂和轴被选为。通过过盈的配合确保圆周的定位。选择的轴直径容差。校核方法和前文所写一样。2.6.4轴承选择和计算一、高速轴的轴承选择与寿命校核已知：轴承预期计算寿命：，轴的转速为进行受力分析 （2-60） （2-61） （2-62） （2-63） （2-64） （2-65）、、、为左右轴承的水平、铅垂径向的载荷；、为径向载荷。(3)求两轴承的计算轴向力和轴承的轴向产生的力，得，。则： （2-66） （2-67）按式13-11得 求当量载荷、 （2-68） （2-69）插入径向、轴向载荷系数对轴承1 对轴承2 因为在轴承运行期间负载变化很小，故左右轴承当量动载荷为： （2-70） （2-71）得出，验算受力大小： （2-72）因此，轴承能够满足要求。二、确定中间轴的轴承。高速级从动斜齿轮上的力： 低速级主动直齿轮上的力： 三、低速轴的轴承选择与寿命校核经过前面的计算可以知道低速轴受到的两个力，预期的轴承寿命：转速。可以查出轴承型号6011的这个轴承的基本额定动负荷取可以得出 查书得X=1Y=0根据工作状况，选取 （2-73） （2-74）因此，选用的轴承型号6011是安全的，符合设计要求。2.7键选择和计算2.7.1高速轴上键联接的选择之前选择键截面，键槽的长取。键长，材质都选择为钢，许用的挤压派生力为，使用它的平均数。键的工作长度 高度 由计算公式可得： （2-75）可见键的按压强度满足要求。2.7.2中间轴上键联接的选择（1）从动斜齿轮的键联接1）键联接的类型和尺寸选择精度等级7，扁平键连接。使用平头平键(a型)，键部分，并且在上面确定了键槽长度28mm选取键长。2）键联接强度的校核材料都是钢，所以允许压缩应力，取平均数。键的工作长度 ,高度 。由计算公式可得： （2-76）可见连接的挤压长度满足要求。（2）小齿轮键联接1）类型和尺寸选择精度级别7，使用平键连接。由于齿轮不在轴端，使用普通平键(a型)。键槽截面，键槽长度48mm。选取键长。2）强度的校核因为选用钢作为材料，所以许用应力，取其平均值。可以取键 ,高度 。由计算公式可得： （2-77）可以早知道计算的结果满足要求。2.7.3低速轴上键联接的