清華二級展開式圓柱齒輪減速器設計

1、目 錄一設計任務書1二傳動方案的擬定及說明3三電動機的選擇3四計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)4五傳動件的設計計算5六軸的設計計算14七滾動軸承的選擇及計算26八箱體內(nèi)鍵聯(lián)接的選擇及校核計算27九連軸器的選擇27十箱體的結構設計29十一、減速器附件的選擇30十二、潤滑與密封31十三、設計小結32十四、參考資料33一、設計任務書：題目：設計一用于帶式運輸機傳動裝置中的展開式二級圓柱齒輪減速器1. 總體布置簡圖：1 電動機；2聯(lián)軸器；3齒輪減速器；4帶式運輸機；5鼓輪；6聯(lián)軸器2. 工作情況：載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)3. 原始數(shù)據(jù)：輸送帶的牽引力F（kN）：2.1輸送帶滾筒的直徑D（mm）：450輸送帶速度

2、V（m/s）：1.4帶速允許偏差（）：±5使用年限（年）：10工作制度（班/日）：24. 設計內(nèi)容：1) 電動機的選擇與運動參數(shù)計算；2) 直齒輪傳動設計計算；3) 軸的設計；4) 滾動軸承的選擇；5) 鍵和聯(lián)軸器的選擇與校核；6) 裝配圖、零件圖的繪制；7) 設計計算說明書的編寫。5. 設計任務：1) 減速器總裝配圖一張；2) 齒輪、軸以及箱座零件圖各一張；3) 設計說明書一份；6. 設計進度：1) 第一階段：總體計算和傳動件參數(shù)計算2) 第二階段：軸與軸系零件的設計3) 第三階段：軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制4) 第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計算說明書的編寫二、傳動方

3、案的擬定及說明：由題目所知傳動機構類型為：展開式二級圓柱齒輪減速器。故只要對本傳動機構進行分析論證。本傳動機構的特點是：減速器橫向尺寸較小，兩大齒輪浸油深度可以大致相同。結構較復雜，軸向尺寸大，中間軸承受載荷大、剛度差，中間軸承潤滑較困難。三、電動機的選擇：1 電動機類型和結構的選擇：因為本傳動的工作狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式Y（IP44）系列的電動機。2 電動機容量的選擇：1） 工作機所需功率 P3.1kW2） 電動機的輸出功率/由于，故：3.6kW3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇：根據(jù)，初選為同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動機4 電動機型號的確定：由表17-7查出電動機型號為Y

4、112M-4,其額定功率為4kW，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min,基本符合題目所需的要求。 四、 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)：1. 計算總傳動比：由電動機的滿載轉(zhuǎn)速和工作機主動軸轉(zhuǎn)速可確定傳動裝置應有的總傳動比：由于，故計算得到總傳動比：2. 合理分配各級傳動比：由于減速箱是展開式布置，為了使兩個大齒輪具有相近的浸油深度，應試兩級的大齒輪具有相近的直徑，于是可按下式 3.分配傳動比：因為，取，此時速度偏差為 ，所以可行。五、 各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩：項 目電動機軸高速軸I中間軸II低速軸III滾筒軸IV轉(zhuǎn)速（r/min759.459.4功率（kW）43.963.8

5、03.653.50轉(zhuǎn)矩（N·m）26.526.3141.4586.8562.7傳動比115.614.321效率10.990.960.960.94五、傳動件設計計算：直齒圓柱齒輪具有不產(chǎn)生軸向力的優(yōu)點，但傳動平穩(wěn)性較差，在減速器中圓周速度不大的情況下采用直齒輪。I-II軸高速傳動嚙合的兩直齒輪（傳動比5.61）：1 選精度等級、材料及齒數(shù)：1） 材料及熱處理；選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。2） 精度等級選用8級精度；3） 試選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)的；2 按齒面接觸強度設計：因為低速級的

6、載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進行計算按式（109）試算，即 4） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值：（1） 試選 ；（2） 由圖1030選取區(qū)域系數(shù)；（3） 由表107選取尺寬系數(shù)；（4） 由表106查得材料的彈性影響系數(shù)；（5） 由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限；（6） 由式1013計算應力循環(huán)次數(shù)： 由圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)；（7） 計算接觸疲勞許用應力： 取失效概率為1，安全系數(shù)，由式（1012）得 5） 計算過程：（1） 試算小齒輪分度圓直徑：=2.32=41.36mm（2） 計算圓周速度：（3） 計算齒寬、模數(shù)及齒高等參數(shù)：齒

7、寬模數(shù)m=2.18齒高齒寬與齒比為（4） 計算載荷系數(shù)K： 已知載荷平穩(wěn)，所以取=1；根據(jù)v=2.93m/s,8級精度，由圖108查得動載系數(shù)；對于直齒輪 ；由表10-4 插值法查的8級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時，由,查圖10-13得，故： （5） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 （6） 計算模數(shù)m m=2.37mm3 按齒根彎曲強度設計：由式(1017) m確定計算參數(shù)：1) 由圖10-20c查的小齒輪的彎曲疲勞強度極限;大齒輪的彎曲疲勞強度極限2) 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 3) 計算彎曲疲勞許用應力 取安全系數(shù) ，由式10-12 得： = = =

8、 =4) 查取齒型系數(shù)和應力校正系數(shù)由表105 查得 ；由表105查得；5) 計算大、小齒輪的并加以比較= 大齒輪的數(shù)值大。6) 計算載荷系數(shù)7) 設計計算=1.54 最終結果：=1.544 標準模數(shù)選擇：由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞的強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)優(yōu)先采用第一系列并就近圓整為標準值，按接觸疲勞強度算的的分度圓直徑的1)小齒輪齒數(shù)，取2） 大齒輪齒數(shù)， 取=1295.幾何尺寸計算：1) 計算中心距：a=152mm2) 計算大

9、、小齒輪的分度圓直徑：，計算齒輪寬度： 小齒輪齒寬相對大一點因此，3) 結構設計：以大齒輪為例，因齒輪齒頂圓直徑大于160mm，而又小于500mm，故以選用腹板式為宜。其他有關尺寸參看大齒輪零件圖。 II-III軸低速傳動嚙合的兩直齒輪（傳動比4.32）：1. 選精度等級、材料及齒數(shù)(與上面兩對齒輪相同)：1） 材料及熱處理：選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。2） 精度等級選用8級精度；3） 試選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)的；2. 按齒面接觸強度設計：因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)

10、據(jù)進行計算按式（109）試算，即 4） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1） 試選 ；（2） 由圖1030選取區(qū)域系數(shù)ZH2.5；（3） 由表107選取尺寬系數(shù)；（4） 表106查得材料的彈性影響系數(shù)ZE189.8Mpa（5） 由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限； 大齒輪的接觸疲勞強度極限；（6） 由式1013計算應力循環(huán)次數(shù)： 由圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)；（7）計算接觸疲勞許用應力： 取失效概率為1，安全系數(shù)，由式（1012）得： 5） 計算過程：（1） 試算小齒輪分度圓直徑=2.32=73.54mm（2） 計算圓周速度（3） 計算齒寬b及模數(shù)mm=3.06齒高齒寬與齒高比（

11、4）計算載荷系數(shù)K 已知載荷平穩(wěn)，所以取=1；根據(jù)v=0.99m/s,8級精度，由圖108查得動載系數(shù)；由于直齒輪 ；由表10-4 插值法查的8級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時，；由b/h=8.44，查圖10-13得； （4） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 （5） 計算模數(shù)m m=3.25mm3. 按齒根彎曲強度設計：由式(1017) m1） 確定計算參數(shù)（1） 由圖10-20c查的小齒輪的彎曲疲勞強度極限;大齒輪的彎曲疲勞強度極限（2） 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) （3）計算彎曲疲勞許用應力 取安全系數(shù)，由式10-12 得 = =310.7Mpa = =

12、247MPa（4）查取齒型系數(shù)和應力校正系數(shù)由表105 查得；由表105查得；（5）計算大、小齒輪的并加以比較= 大齒輪的數(shù)值大。（6）計算載荷系數(shù)2) 設計計算m=2.29 最終結果：m=2.294. 標準模數(shù)的選擇：由齒面解除疲勞強度計算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞的強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.29優(yōu)先采用第一系列并就近圓整為標準值m=2.5mm，按接觸疲勞強度算的的分度圓直徑的小齒輪齒數(shù)，取 大齒輪齒數(shù)5. 幾何尺寸計算： 1）計算中心距：a=206

13、mm2) 計算大、小齒輪的分度圓直徑：計算齒輪寬度： 小齒輪齒寬相對大一點因此，3) 結構設計：以大齒輪為例。因齒輪齒頂圓直徑大于160mm，而又小于500mm，故以選用腹板式為宜。其他有關尺寸參看大齒輪零件圖。六、軸的結構設計和強度校核：第一部分 結構設計1. 初選軸的最小直徑：選取軸的材料為45號鋼，熱處理為調(diào)質(zhì)。取Ao=112，=3040MPa1軸 d1Ao3P1n1=15.69mm，考慮到聯(lián)軸器、鍵槽的影響，取2軸 d2Ao3P2n2=27.50mm，取3軸 d3Ao3P3n3=44.20mm， 取2. 初選軸承：1軸高速軸選軸承為7206C2軸中間軸選軸承為7208C3軸低速軸選軸承

14、為7211C各軸承參數(shù)見下表：軸承代號基本尺寸/mm安裝尺寸/mm基本額定/kNdDBdaDa動載荷Cr靜載荷Cor7206C306216365623157208C408018477336.825.87211C5510021649152.840.53. 確定軸上零件的位置和定位方式：1軸：由于高速軸轉(zhuǎn)速高，傳動載荷不大時，為保證傳動平穩(wěn)，提高傳動效率，將高速軸取為齒輪軸，使用角接觸球軸承承載，一軸端連接電動機，采用剛性聯(lián)軸器，對中性好。2軸：低速嚙合、高速嚙合均用鍛造齒輪，低速嚙合齒輪左端用甩油環(huán)定位，右端用軸肩定位，高速嚙合齒輪左端用軸肩，右端用甩油環(huán)定位，兩端使用角接觸球軸承承載。3軸：采

15、用鍛造齒輪，齒輪左端用甩油環(huán)定位，右端用軸肩定位，為減輕軸的重量采用中軸頸，使用角接觸球軸承承載，右端連接單排滾子鏈。（一）高速軸的結構設計：1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度：a) 由于聯(lián)軸器一端連接電動機，另一端連接輸入軸，所以該段直徑尺寸受到電動機外伸軸直徑尺寸的限制，選為20mm。b) 考慮到聯(lián)軸器的軸向定位可靠，定位軸肩高度應達2.5mm，所以該段直徑選為25。c) 該段軸要安裝軸承，考慮到軸肩要有2mm的圓角，則軸承選用7206C型，即該段直徑定為30mm。d) 該段軸為齒輪，考慮到軸肩要有2mm的圓角，經(jīng)標準化，定為40mm。e) 為了齒輪軸向定位可靠，定位軸肩高度應達

16、5mm，所以該段直徑選為46mm。f) 軸肩固定軸承，直徑為40mm。g) 該段軸要安裝軸承，直徑定為30mm。2)各段長度的確定：各段長度的確定從左到右分述如下：h) 該段軸連接聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為38mm，該段長度定為34mm。i) 該段取32mm。j) 該段安裝軸承，參照工作要求長度至少16mm，考慮間隙取該段為22mm。k) 該段綜合考慮齒輪與箱體內(nèi)壁的距離、軸承與箱體內(nèi)壁距離（采用油潤滑），還有二級齒輪的寬度，定該段長度為90mm。 l) 該段考慮齒輪的寬度，根據(jù)齒輪校核，選定該段50mm。m) 該段軸肩選定長度4mm。n) 該段與c段相同取22mm。o) 軸右端面與

17、端蓋的距離為10mm。（二） 中間軸的結構設計：1) 擬定軸上零件的裝配方案軸的各段直徑：a) I段軸用于安裝軸承7208，故取直徑為40mm。b) II段該段軸要安裝齒輪，考慮到軸肩要有2mm的圓角，經(jīng)強度計算，直徑定為46mm。c) III段為軸肩，相比較比II段取直徑為58mm。d) IV段安裝大齒輪直徑與II段相同，直徑為46mm。e) V段安裝軸承，與I段相同直徑為40mm。2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段長度：a) I段軸承安裝軸承和擋油環(huán)，軸承7208C寬度B=18，該段長度選為28mm。b) II段軸考慮到齒輪齒寬的影響，所以長度為80mm。c) III段為定位軸肩，長度略

18、小8mm。d) IV段用于安裝大齒輪，考慮齒寬長度為44mm。e) V段用于安裝軸承與擋油環(huán)，長度與I相同，為28mm。（三）低速軸的結構設計：1) 擬定軸上零件的裝配方案軸的各段直徑a) I段軸用于安裝軸承7211C，故取直徑為55mm。b) II段該段軸要安裝齒輪，考慮到軸肩要有2.5mm的圓角，經(jīng)強度計算，直徑定為60mm。c) III段為定位軸肩，取72mm。d) IV段安裝大齒輪直徑與II段相同，直徑為60mm。e) V段安裝軸承，與I段相同直徑為55mm。f) VI段直徑53mmg) VII段直徑與彈性注銷選擇有關，取LX3，直徑為46mm。2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段長度

19、a) I段軸承安裝軸承和擋油環(huán)，7211C寬度B=21，該段長度選為30mm。b) II段軸考慮到齒輪齒寬的影響，所以長度為76mm。c) III段為定位軸肩，長度略小8mm。d) IV段用于安裝大齒輪，考慮齒寬長度為50mm。e) V段用于安裝軸承與擋油環(huán)，長度與I相同，為28mm。f) VI長度為32mm。g) VII長度與聯(lián)軸器有關，取56mm。第二部分 強度校核I高速軸：對于角接觸球軸承7206C從手冊中可以查得a=14.2mm校核該軸和軸承：=82.8mm =120.0mm =30.8mm軸的最小直徑：，軸的抗彎截面系數(shù)：作用在齒輪上的力：按彎扭合成應力校核軸的強度：總彎矩：扭矩：4

20、5鋼的強度極限為，又由于軸受的為脈動循環(huán)載荷，所以。所以該軸是安全的，滿足使用要求。II中間軸：對于角接觸球軸承7208C從手冊中可以查得a=17mm校核該軸和軸承：=53mm =70mm =35mm軸的最小直徑，軸的抗彎截面系數(shù)：作用在2、3齒輪上的圓周力： 徑向力：求垂直面的支反力：計算垂直彎矩：求水平面的支承力：計算、繪制水平面彎矩圖：求合成彎矩圖，按最不利情況考慮：求危險截面當量彎矩：從圖可見，m-m,n-n處截面最危險，其當量彎矩為：（取折合系數(shù)）計算危險截面處軸的直徑： m-m截面: n-n截面: 所以該軸是安全的，滿足使用要求。III低速軸對于角接觸球軸承7211C從手冊中可以查

21、得a=20.9mm校核該軸和軸承：=49mm ， =107mm 軸的最小直徑：，軸的抗彎截面系數(shù)：作用在齒輪上的力：按彎扭合成應力校核軸的強度：總彎矩：扭矩：45鋼的強度極限為，又由于軸受的為脈動循環(huán)載荷，所以。所以該軸是安全的，滿足使用要求。七、滾動軸承的選擇及計算：I高速軸：軸承7206C的校核，即軸承壽命校核：軸承壽命可由式進行校核，軸承只承受徑向載荷的作用，由于工作溫度不高且沖擊不大，故查表13-4和13-6可取取基本額定動負荷為則， 該軸承的壽命滿足使用10年要求。II中間軸：軸承7208C的校核，即軸承壽命校核：軸承壽命可由式進行校核，軸承只承受徑向載荷的作用，由于工作溫度不高且沖

22、擊不大，故查表13-4和13-6可取取基本額定動負荷為則， 該軸承的壽命滿足使用10年要求。III低速軸：軸承72011C的校核，即軸承壽命校核：軸承壽命可由式進行校核，軸承只承受徑向載荷的作用，由于工作溫度不高且沖擊不大，故查表13-4和13-6可取取基本額定動負荷為則， 該軸承的壽命滿足使用10年要求。八、箱體內(nèi)鍵聯(lián)接的選擇及校核計算：1. 傳遞轉(zhuǎn)矩已知；2. 鍵的工作長度l=L-b b為鍵的寬度；3. 鍵的工作高度k=0.5h h為鍵的高度；4. 普通平鍵的強度條件為；代號直徑（mm）工作長度（mm）工作高度（mm）轉(zhuǎn)矩（N·m）極限應力（MPa）高速軸無鍵安裝中間軸14

23、15;9×36（圓頭）46224.5141.46214×9×70 (圓頭)46564.5141.424.4低速軸18×11×70（圓頭）60525.5586.868.4由于鍵采用靜聯(lián)接，材料鋼，沖擊輕微，所以許用擠壓應力為，所以上述鍵皆安全。九、聯(lián)軸器的選擇：由于剛性聯(lián)軸器價格便宜、構造簡單、可傳遞較大轉(zhuǎn)矩、對中性較好 ，所以優(yōu)先考慮選用它。1. 高速軸用聯(lián)軸器的設計計算：由于裝置用于運輸機，原動機為電動機，所以工作情況系數(shù)為，計算轉(zhuǎn)矩為所以考慮選用剛性凸緣聯(lián)軸器GYS2（GB5843-2003），其主要參數(shù)如下：材料HT200公稱轉(zhuǎn)矩軸孔直徑

24、，軸孔長，裝配尺寸半聯(lián)軸器厚（1P167表17-1）2. 連接鏈輪聯(lián)軸器的設計計算：由于裝置用于運輸機，原動機為電動機，所以工作情況系數(shù)為，計算轉(zhuǎn)矩為所以選用彈性銷柱聯(lián)軸器LX3（GB5014-2003），其主要參數(shù)如下：材料HT200公稱轉(zhuǎn)矩軸孔直徑 軸孔長， 半聯(lián)軸器厚（1P175表17-5）（GB5014-2003）十、箱體的結構設計：箱體結構對減速器的工作性能、加工工藝、材料消耗、質(zhì)量及成本等有很大影響。1. 減速器箱體為鑄造箱體，材料HT200。2. 箱體結構為剖分時，剖分面為水平面，與傳動件軸心線平面重合，有利于軸系部件的安裝與拆卸。3. 剖分時箱體的結構尺寸選擇：（1） 箱座壁厚

25、=0.025a+3>=8mm；a為二級圓柱齒輪減速器的低速級中心距a=206.25，=8.16>=8滿足要求，取壁厚=10mm；（2） 箱蓋壁厚=（0.80.85），>=8mm ，則=8.5mm；（3） 地腳螺栓直徑=0.036a+12=19.4 ，選擇M20；（4） 地腳螺栓數(shù)目：由于a=206<250 ，所以n=4；（5） 根據(jù)表5-2得：名 稱符號尺寸確定箱座凸緣厚度1.5 15mm箱蓋凸緣厚度1.5 12.75mm箱座底凸緣厚度2.5 25mm軸承旁連接螺栓直徑0.75 M16箱蓋與箱座連接螺栓直徑0.50.6 M12連接螺栓的間距150200 160mm軸承蓋

26、螺釘直徑0.40.5 M10視孔蓋螺釘直徑0.30.4 M8定位銷直徑0.70.8 9mm、至外箱壁距離查表5-3 26 22 18mm、至凸緣邊緣距離查表5-3 24 16mm軸承旁凸臺半徑 24 16mm凸臺高度圖7-2 >50mm外箱壁至軸承座端面距離+(58)mm 大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離>= 15mm齒輪端面與內(nèi)箱壁距離>= 1220mm箱蓋肋厚0.85 7.5mm箱蓋肋厚0.85 8.5mm軸承蓋外徑圖6-27 =+2.5mm軸承旁連接螺栓距離圖 7-2 凸臺外徑十一、減速器附件的選擇：1. 通氣器：由于在室內(nèi)使用，選通氣器（一次過濾），采用M18×1.5

27、。2. 油面指示器：選用游標尺M16。3. 起吊裝置：采用箱蓋吊耳、箱座吊耳。4. 放油螺塞：選用外六角油塞及墊片M16×1.5。十二、潤滑與密封：1. 齒輪的潤滑：根據(jù)表5-4浸油深度推薦值，選取二級圓柱式齒輪減速器類型：由于低速級周向速度小于12m/s，采用浸油潤滑，II級大齒輪浸油高度約為0.7個齒高但不少于10mm，該大齒輪齒高=2.5<10mm，所以II級大齒輪浸油高度取=11mm。III級大齒輪浸油高度大于一個齒高小于1/6半徑（3.12556.7mm），由于III級大齒輪和二級大齒輪的半徑差為39mm。所以大齒輪的浸油深度選為=50mm。大齒輪齒頂圓到油池低面的距離為3050mm，所以選取的油池深度為80mm2. 滾動軸承的潤滑：由于軸承周向速度為0.99小于2m/s，所以采脂潤滑，為防止軸承室內(nèi)的潤滑脂流入箱體而造成油脂混合，在箱體軸承座箱內(nèi)一側裝設甩油環(huán)。3. 潤滑油的選擇：齒輪潤滑油，考慮到該裝置用于小型設備，選用L-AN15潤滑油。軸承潤滑脂，選用通用鋰基潤滑脂ZL1，普遍應用在各種機械部位。4. 密封方法的選取：選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用悶蓋安裝骨架