單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器

1、設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說(shuō) 明結(jié) 果一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1. 設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)題目：帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案圖如下： 2. 設(shè)計(jì)條件 21工作條件空載起動(dòng)、連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)，運(yùn)輸帶允許誤差為5%； 2 .2使用期限及檢修間隔工作期限為10年，小批量生產(chǎn)，單班制,每年工作300日；檢修期定為三年；3. 設(shè)計(jì)要求 1）設(shè)計(jì)一級(jí)閉式圓柱齒輪減速器； 2）完成裝配圖1張，零件圖2張； 3）設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份，按指導(dǎo)老師的要求書(shū)寫(xiě) 4）相關(guān)參數(shù)：運(yùn)輸帶卷筒所需功率p=8.422kw；運(yùn)輸帶卷筒工作轉(zhuǎn)速n=866；傳動(dòng)比i=4.24。二 傳動(dòng)方案簡(jiǎn)述1. 電動(dòng)機(jī)選擇11 電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇按工作要求和工作條

2、件選用y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。1.2確定電動(dòng)機(jī)的功率和型號(hào)：聯(lián)軸器效率：圓柱齒輪傳動(dòng)效率：開(kāi)式齒輪傳動(dòng)效率：滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率 （一對(duì)）由參考書(shū)1表2-4查得：=0.99（齒式聯(lián)軸器）, =0.98(7級(jí)精度), =0.95, =0.99(球軸承)， （1）傳動(dòng)裝置的總效率： （2）計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需功率 由參考書(shū)1 表16-3可選取電動(dòng)機(jī)的額定功率為10kw。（3）確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)通常采用的同步轉(zhuǎn)速有和兩種，現(xiàn)對(duì)兩種轉(zhuǎn)速作對(duì)比。 由參考書(shū)1表16-3可知，同步轉(zhuǎn)速是的電動(dòng)機(jī)，其滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速是；同步轉(zhuǎn)速是的電動(dòng)機(jī)，其滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速是 總傳動(dòng)比，其中為電動(dòng)機(jī)的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速。 現(xiàn)將兩種電動(dòng)機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)列于表1作比

3、較表1 兩種電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)比較方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/kw同步轉(zhuǎn)速/(r/min)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速/(r/min)總傳動(dòng)比iy160m-67.5100097011.548y132m-47.51500144017.142綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，為了使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，選用方案較合理。（4）確定電動(dòng)機(jī)型號(hào) 根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率和同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為y160m-6。查參考書(shū)1表16-3和16-4，可知電動(dòng)機(jī)有關(guān)參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)的額定功率電動(dòng)機(jī)的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速=電動(dòng)機(jī)的外伸軸直徑d=42mm電動(dòng)機(jī)的外伸軸長(zhǎng)度e=110mm2傳動(dòng)比確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比1）傳動(dòng)

4、裝置總傳動(dòng)比 i=2）分配到各級(jí)傳動(dòng)比 因?yàn)闇p速器傳動(dòng)比。i=i其中i為齒輪高速級(jí)的傳動(dòng)比，i為齒輪低速級(jí)的傳動(dòng)比。根據(jù)，取=1.3則3）傳動(dòng)裝置中各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算根據(jù)傳動(dòng)裝置中的安裝順序，對(duì)軸依次編號(hào)：0軸、軸、軸、軸。 3傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)：轉(zhuǎn)速：n=970輸入功率：p=p=kw輸出轉(zhuǎn)矩：t=9550= 軸：轉(zhuǎn)速： 輸入功率：輸入轉(zhuǎn)矩：t= t=9550=軸：轉(zhuǎn)速： 輸入功率：輸入轉(zhuǎn)矩： 軸：轉(zhuǎn)速：輸入功率： 輸入轉(zhuǎn)矩： 現(xiàn)將兩種電動(dòng)機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)列于表2作比較 表2 各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)軸 號(hào)功率（kw）轉(zhuǎn)矩（）轉(zhuǎn)速（）電機(jī)軸970軸970軸軸866三 傳動(dòng)件設(shè)計(jì)1. 齒輪設(shè)計(jì)

5、（一）閉式齒輪設(shè)計(jì)1.選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及模數(shù) 1）按要求的傳動(dòng)方案，選用圓柱斜齒輪傳動(dòng)； 2）運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故用8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)； 3）材料的選擇。由2表10-1選擇小齒輪材料為45鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，平均硬度為235hbs，大齒輪的材料為45鋼，并進(jìn)行正火處理，平均硬度為190hbs，兩者硬度差為50hbs； 4）選小齒輪齒數(shù)為z=31，大齒輪齒數(shù)z可由z=i得z=120.125，取120； 5）初選螺旋角=13;2.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按公式： m1）確定計(jì)算參數(shù)(1）試選載荷系數(shù)k=1.7；(2）小齒輪傳遞的扭矩 t= t=9550= =5.3969；(

6、3）由2圖10-30選取區(qū)域系數(shù)；(4）由2圖10-26查得： 故端面重合度；(5）由2表10-7，選取齒寬系數(shù)；(6）大小齒輪均采用45鋼鍛造，由2表10-6查得材料系數(shù)；（7) 由2圖10-20(c),按齒面硬度查得：查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極=380mpa，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=325mpa；（8）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。按2中式（10-13）。 n=60njl，式中：j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，同一齒面嚙合的次數(shù)，在此處中j=1；l為齒輪的工作壽命，單位為小時(shí)。在此處，l=2班制8小時(shí)所以，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為n=60njl=2.79410n= n/=2.79410/=7.210（9）由2圖10-18

7、查得彎曲疲勞壽命系數(shù)k=0.86，k=0.91（10）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。 z=33.51 z=129.73（11）查取齒形系數(shù) 由2表10-5查得y=2.471，y=2.156；(12）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由2表10-5查得y=1.643，y=1.814(13）選取螺旋角系數(shù)(14）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，則有： = =(15）計(jì)算大、小齒輪的 ，并加以比較 = = 所以，大齒輪的數(shù)值較大。 2）設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）計(jì)算齒輪模數(shù)m= （2）計(jì)算圓周速度 (3)計(jì)算載荷系數(shù) 由2表10-2查得：使用系數(shù)k=1;根據(jù)，8級(jí)精度，由2圖10-8查得：動(dòng)載荷系數(shù)k=1.11; 由2表

8、10-3查得：k=1.4，由2圖10-13查得k=1.4。 故 （4）校正并確定齒輪模數(shù) 查3表10-1取齒輪模數(shù)2.5；3.計(jì)算齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸 （1）計(jì)算中心距a ，將中心距a圓整為193 mm；（2）按圓整后的中心距修正螺旋角 （3）計(jì)算大、小齒輪寬度 （4）計(jì)算大、小齒輪寬度 ，其中為齒寬系數(shù)，此處齒輪對(duì)稱(chēng)布置，查2表10-7，選=1，所以，圓整后取b=80mm； 所以，大齒輪寬度為80mm，小齒輪寬度為85mm；4校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 1) 確定公式內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)值（1） 由2圖10-30，選取區(qū)域系數(shù)；（2） 大、小齒輪均采用45鋼鍛造，由2表10-6查得材料系數(shù)（3） 重合度系數(shù)，

9、齒數(shù)多時(shí)取小值，此處齒數(shù)中等，取=0.8；（4） 螺旋角系數(shù)； （5） 小齒輪的扭矩 t= t=9550= =5.3969；（6） 計(jì)算載荷系數(shù)k 由2表10-2查得：使用系數(shù)k=1;根據(jù)，8級(jí)精度，由2圖10-8查得：動(dòng)載荷系數(shù)k=1.11; 由2表10-3查得k=1.4；由2表10-4查得當(dāng)8級(jí)精度、調(diào)小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù): 所以， （7） 根據(jù)齒面硬度，由2圖10-21（d）查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，由2圖10-21（c）查得大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；（8） 由2圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)；（9） 計(jì)算許用接觸疲勞應(yīng)力取安全系數(shù)s=1，

10、失效率為1%。則2）校核計(jì)算 所以，齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。5.齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于小齒輪的直徑較小，故采用齒輪軸結(jié)構(gòu)。 大齒輪采用孔板式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸按1表5-11的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。大齒輪的孔徑根據(jù)后續(xù)設(shè)計(jì)的中間軸配合的部分的直徑來(lái)確定，設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3；表3 大齒輪結(jié)構(gòu)尺寸名稱(chēng)結(jié)構(gòu)尺寸及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式結(jié)果/mm轂孔直徑根據(jù)中間軸設(shè)計(jì)而定=60輪轂直徑=1.696輪轂寬度ll=(1.21.5) 80腹板最大直徑=-（1014）m270板孔分布圓直徑=0.5（+）183板孔直徑=1523mm25腹板厚度cc=(0.20.3)b24 大齒輪的結(jié)構(gòu)草圖如圖1所示，閉式齒輪傳動(dòng)的尺寸列于表4。圖1表4

11、閉式齒輪傳動(dòng)的尺寸名稱(chēng)計(jì)算公式結(jié)果/mm法面模數(shù)2.5法面壓力角傳動(dòng)比i分度圓直徑 齒頂圓直徑866.251311.780齒根圓直徑73.001300.53中心距a=193齒寬8580齒數(shù)31120螺旋角注：表中和分別稱(chēng)為齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)。在此取=1，=0.25。（二）開(kāi)式齒輪設(shè)計(jì)開(kāi)式齒輪的設(shè)計(jì)過(guò)程與閉式類(lèi)似，故省略。開(kāi)式式齒輪傳動(dòng)的尺寸列于表5。表5 開(kāi)式式齒輪傳動(dòng)的尺寸名稱(chēng)計(jì)算公式結(jié)果/mm法面模數(shù)4法面壓力角傳動(dòng)比i分度圓直徑 119.959359.876齒頂圓直徑127.959367.876齒根圓直徑117.959357.876中心距a=240齒寬125120齒數(shù)2987螺旋角注：

12、表中和分別稱(chēng)為齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)。在此取=1，=0.25。2. 軸設(shè)計(jì)1.軸的材料選擇 根據(jù)軸的工作條件，初選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理2.軸的最小直徑估算 按1中式（5-1）進(jìn)行最小直徑估算，即： 當(dāng)該軸上有一個(gè)鍵槽時(shí)，d增大5%7%；當(dāng)該軸上有兩個(gè)鍵槽時(shí)，d增大10%15%。c值由1表5-5來(lái)確定：c=120。1）閉式級(jí)高速軸因?yàn)樵谧钚≈睆教庨_(kāi)有一個(gè)鍵槽為了安裝聯(lián)軸器，所以，最后取=30mm；2）閉式級(jí)低速軸因?yàn)樵谠撦S上開(kāi)有兩個(gè)鍵槽，所以最后取=40mm；3. 閉式級(jí)高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 閉式級(jí)高速軸的結(jié)構(gòu)草圖如圖2所示圖21）.各軸段直徑的確定 d15:軸的最小直徑，取=30mm； d14

13、：密封處軸段直徑，根據(jù)軸向定位以及密封圈的尺寸要求，取45mm； d13：滾動(dòng)軸承處軸段直徑，取50mm，由1表13-2初選滾動(dòng)軸承6010； d12：齒輪處軸段，由于小齒輪直徑較小，故采用齒輪軸結(jié)構(gòu)； d11：滾動(dòng)軸承處軸段直徑，取50mm； 2）各軸段長(zhǎng)度的確定 d15:由外接的聯(lián)軸器確定，取50mm； d14：由箱體結(jié)構(gòu)、軸承端蓋尺寸、裝配要求等確定，取75mm； d13：由滾動(dòng)軸承、擋油盤(pán)等確定，取30mm； d12：齒輪處軸段，取110mm； d11：滾動(dòng)軸承處軸段直徑，取30mm閉式級(jí)高速軸的結(jié)構(gòu)尺寸列于表6表6 閉式級(jí)高速軸的結(jié)構(gòu)尺寸軸段d11d12d13d14d15直徑/mm5

14、080504530長(zhǎng)度/mm30110307550 4. 閉式級(jí)低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 閉式級(jí)低速軸的結(jié)構(gòu)草圖如圖3所示圖31）.各軸段直徑的確定 d26: 軸的最小直徑，取=40mm；d25: 密封處軸段直徑，根據(jù)軸向定位以及密封圈的尺寸要求，取45mm； d24：滾動(dòng)軸承處軸段直徑，取50mm； d23：大齒輪處軸段，由大齒輪確定，取60mm； d22：過(guò)渡軸段，取70mm； d21：滾動(dòng)軸承處軸段直徑，取50mm； 2）各軸段長(zhǎng)度的確定 d26:由外接齒輪等確定，取155mm；d25: 由箱體結(jié)構(gòu)、軸承端蓋尺寸、裝配要求等確定，取80mm； d24：由滾動(dòng)軸承、軸套等確定，取60mm； d23

15、：由大齒輪確定，取80mm； d22：過(guò)渡軸段，取20mm； d21：滾動(dòng)軸承處軸段直徑，取30mm閉式級(jí)低速軸的結(jié)構(gòu)尺寸列于表7表7 閉式級(jí)低速軸的結(jié)構(gòu)尺寸軸段d21d22d23d24d25d26直徑/mm507060504540長(zhǎng)度/mm30208060801555. 軸的校核 1）對(duì)稱(chēng)循環(huán)彎曲許用應(yīng)力 選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由4表14-1查得對(duì)稱(chēng)循環(huán)彎曲許用應(yīng)力=55mpa；2）軸空間受力圖齒輪嚙合處作用有徑向力、圓周力和軸向力，根據(jù)齒輪轉(zhuǎn)向和齒輪旋向，可確定三者方向，畫(huà)出軸空間受力圖，如圖4所示：圖4取集中力作用于齒輪和軸承寬度的中點(diǎn)，齒輪嚙合力即為作用于軸上的載荷，將其分解為

16、垂直面受力和水平面受力，分別如圖5和圖6所示：圖5圖63）軸上載荷計(jì)算齒輪圓周力：齒輪的徑向力：齒輪的軸向力：4）軸上支反力計(jì)算水平面內(nèi)的支反力：垂直面內(nèi)的支反力：5)軸彎矩計(jì)算及彎矩圖繪制計(jì)算截面c處的彎矩：分別畫(huà)出垂直面和水平面的彎矩圖，分別如圖7、圖8所示:圖7圖8求合成彎矩并畫(huà)出其彎矩圖，如圖9所示：圖96）畫(huà)出扭矩圖 如圖10所示：圖107）按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度界面c處的彎矩最大，以其為危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)4式（14-6）取=0.6，則有故安全。四 其它零件設(shè)計(jì)1. 鍵的選用1. i軸上接聯(lián)軸器的鍵：由1表11-26選擇b×h×l=8mm×7mm

17、×45mm標(biāo)記為：鍵8×7×45 gb/t 1096-2003; 2. ii軸上分別與大小齒輪連接的鍵：小齒輪：由1表11-26選擇b×h×l=12mm×8mm×125mm標(biāo)記為：鍵12×8×125 gb/t 1096-2003;大齒輪：由1表11-26選擇b×h×l=18mm×11mm×56mm標(biāo)記為：鍵18×11×56 gb/t 1096-2003;2. 滾動(dòng)軸承的選擇和校核 根據(jù)軸承受載荷及速度情況，擬定選用深溝球軸承，由1表13-2選擇滾

18、動(dòng)軸承6010。由表可得出其相關(guān)參數(shù)：,；由4附表13-1，深溝球軸承的相對(duì)軸向載荷為由4附表13-1，利用線性插值法求判別系數(shù)因?yàn)楣视?附表13-1直接查得徑向動(dòng)載荷系數(shù)x=0.56，軸向動(dòng)載荷系數(shù)y利用線性插值法求得為2.187；由于載荷有輕微沖擊，由4附表13-2.取 =1.1,由4式（13-1）得軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為由4式（13-6）計(jì)算額定動(dòng)載荷由4附表13-1查得，深溝球軸承的靜載荷系數(shù)為由4式（13-9）可求得當(dāng)量靜載荷為由4式（13-10）取，計(jì)算額定靜載荷為因?yàn)楣视?圖13-13查得代入4式（13-11）得軸承實(shí)際許用的最高轉(zhuǎn)速為綜合以上計(jì)算可知：所選軸承6010的額定動(dòng)載荷、

19、額定靜載荷和極限轉(zhuǎn)速均能滿(mǎn)足使用要求，三者的安全余量都很大。3. 聯(lián)軸器選用i軸上所需聯(lián)軸器選用： 根據(jù)直徑選擇和工作要求，為了緩和沖擊，減速器的輸出軸應(yīng)選用彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。由1表14-1可知，取,所以聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件，可查1表15-6，確定選lx1型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器；標(biāo)記為：lx1聯(lián)軸器五 減速器的潤(rùn)滑和密封 1. 齒輪的潤(rùn)滑 根據(jù)v12m/s，故可采用浸油潤(rùn)滑，選n150號(hào)工業(yè)齒輪油。按每傳遞1kw的功率需油量為0.35 0.7l來(lái)計(jì)算，所需潤(rùn)滑油的量為：0.5×5.0=2.5l。2. 軸承潤(rùn)滑 軸承采用脂潤(rùn)滑，滾動(dòng)軸承的裝脂量一般為軸承內(nèi)部空間容積1/32/3。3. 密封類(lèi)型的選擇1. 軸伸出端的密封 軸伸出端的密封選擇毛氈圈式密封。 氈圈 30jb/zq4606 氈圈 45jb/zq46062. 箱體結(jié)合面的密封 箱蓋與箱座結(jié)合面上涂密封膠或水玻璃的方法實(shí)現(xiàn)密封。 3. 軸承箱體內(nèi)，外側(cè)的密封 （1）軸承箱體內(nèi)側(cè)采用擋油盤(pán)密封。 （2）軸承箱體外側(cè)采用毛氈圈密封。六 減速器箱體1. 箱體結(jié)構(gòu)形式及材料本減速器采用剖分式箱體，分別由箱座和