毕业设计二级齿轮减速器设计.doc

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1、目 录设计任务书41题目分析及传动方案的拟定52 减速器传动系统结构及动力分析52.1传动系统的工作情况分析52.2传动系统运动及动力分析计算6 2.3计算各轴的转速、功率和转矩73齿轮设计与校核计算.8 3.1低速级齿轮设计与校核计算8 3.2高速级齿轮设计与校核计算134轴的设计与校核计算.194.1输入轴设计与校核计算194.2中间轴设计与校核计算224.3输出轴设计与校核计算265箱体设计及说明.316轴承的选择及寿命校核计算.316.1输入轴轴承的寿命校核计算316.2中间轴轴承的寿命校核计算326.3输出轴轴承的寿命校核计算337键联接的选择及校核计算.34 7.1输入轴连轴器键3

2、47.2中间轴斜齿轮键347.3中间轴直齿轮键347.4输出轴齿轮键.357.5输出轴连轴器键.358联轴器的选择.358.1输入轴连轴器的选择.358.2输出轴连轴器的选择.359减速器附件的选择.359.1视孔盖的选择.359.2通气帽的选择.359.3放油螺塞及油圈的选择.359.4游标的选择.3510润滑与密封.36设计小结.36参考资料.37设计内容计算及说明结果1题目分析及传动方案的拟定2减速器传动系统结构及动力分析2.1传动系统的工作情况分析2.1.1传动系统的作用2.1.2传动方案的特点2.1.3电机和工作机的安装位置由题目所知传动机构类型为：展开式二级圆柱齿轮减速器。故只要对

3、本传动机构进行分析论证。作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调二者的转速和转矩。特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。电机安装在远离高速轴齿轮的一端；工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。设计内容计算及说明结果2.1.4画传动系统结构简图2.2传动系统运动及动力分析计算2.2.1计算总效率设计内容总效率：带式

4、输送机的效率（未计入轴承损失）查表得：弹性联轴器效率，滚动轴承效率，齿轮传动效率，滑动轴承效率所以传动的总效率计算及说明结果2.2.2计算滚筒功率2.2.3确定电机型号2.2.4确定传动比i2.3计算各轴的转速、功率和转矩2.3.1低速轴（III轴）相关计算 设计内容二.传动零件的设计计算2.1 选择料、热处理方式及精度等级2.初步计算传动主要尺寸三.轴的设计计算(一)高速轴(即轴)的设计计算卷筒工作的功率 电动机的输出功率 优选1000转的电动机，查机械设计课程设计手册后选取电动机型号：Y132M1-6 满载转速： 额定功率：卷筒转速：总传动比：取高速轴传动比为低速轴传动比的1.4倍。则得，

5、则，分传动比： ，误差： 符合要求。各轴的转速I轴：960r/min960/3.9246.15r/min /246.15/2.8=87.91r/min =87.91r/min各轴的输入功率： 40.9923.968kW 3.9680.970.963.695kW 3.6950.970.963.44kW =3.440.9920.973.31kW各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩=9550 =95504/960=3.979Nmm： =3.9790.992=3.947 Nmm =3.9473.90.970.96=1.433 Nmm =1.4332.80.970.96=3.736Nmm=3.7360.99

6、20.97=3.595 Nmm。整理以上数据，制成表格以备用户随时方便查阅。减速器运动学和动力学参数一览表轴名功率转矩转速传动比效率电机轴496010.992轴3.029603.770.93轴2.81254.62.930.93轴2.6290.9010.92卷筒轴2.4290.901. 选用直齿圆柱齿轮传动。2. 运输机为一般工作机器，速度不高，因此可选择7级精度等级。3. 材料选择。查表选择小齿轮材料为40（调质后表面淬火），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质后表面淬火），硬度为240HBS。4. 选小齿轮的齿数大齿轮齿数 ，取5由设计计算公式进行计算，即(1) 确定公式内各个计算数

7、值。1)试选载荷系数。2)计算小齿轮传递的转矩。查3)机械设计表10-7选取齿宽系数 4)查机械设计表10-6得材料的弹性影响系数5)查机械设计图10-21d，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6)由计算应力循环次数。7)查,机械设计图10-19取接触疲劳强度系;8)计算疲劳接触需用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由公式得：（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值。 2)计算圆周速度。3)计算齿宽。4)计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 所以 5)计算载荷系数。根据，7级精度等级，查机械设计图10-8得动载系数查机械设计表10-3得直齿轮，查表的使

8、用系数用插值法查机械设计10-4得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，由，查机械设计图10-13得因此载荷系数6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径7)计算模数6.按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为（1） 确定公式内的各计算数值1） 查机械设计图10-20c得小齿轮的弯曲疲劳极限；大齿轮的弯曲疲劳极限2） 查机械设计图10-18得弯曲疲劳寿命系数,3） 计算弯曲疲劳需用应力取弯曲疲劳安全系数，由得4） 计算动载荷系数5） 查取齿形系数查机械设计表10-5得；6） 查取应力校正系数查机械设计表10-5得;7)计算大小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大一些。（2） 设计计算对比计算结果，由

9、于齿面接触疲劳强度计算的模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，而齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，故，去弯曲疲劳强度所计算的模数，并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出1小齿轮齿数 大齿轮齿数，取。这样设计出来的齿轮，既满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径（2） 计算中心距（3） 计算齿轮宽度取，高速级齿轮参数列表齿轮齿宽（mm）齿数中心距(mm)小6137132大56139低速轴齿轮设计：1.选用直齿圆柱齿轮传动。2.运输机为一般工作机器，

10、速度不高，因此可选择7级精度等级。3.材料选择。查表选择小齿轮材料为40（调质后表面淬火），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质后表面淬火），硬度为240HBS。4.选小齿轮的齿数大齿轮齿数 ，取由设计计算公式进行计算，即(2) 确定公式内各个计算数值。1)试选载荷系数。2)计算小齿轮传递的转矩。查3)机械设计表10-7选取齿宽系数 4)查机械设计表10-6得材料的弹性影响系数5)查机械设计图10-21d，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6）由计算应力循环次数。7)查机械设计图10-19取接触疲劳强度系;8)计算疲劳接触需用应力。取失效概率为1%，安全

11、系数S=1，由公式得：（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值。 2） 计算圆周速度。3） 计算齿宽。4） 计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 所以 5） 计算载荷系数。根据，7级精度等级，查机械设计图10-8得动载系数查机械设计表10-3得直齿轮，查表得使用系数用插值法查机械设计10-4得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，由，查机械设计图10-13得因此载荷系数6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径7） 计算模数3.按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为（3） 确定公式内的各计算数值7） 查机械设计图10-20c得小齿轮的弯曲疲劳极限；大齿轮的弯曲疲劳极限8） 查机械设计图1

12、0-18得弯曲疲劳寿命系数,9） 计算弯曲疲劳需用应力取弯曲疲劳安全系数，由得10） 计算动载荷系数11） 查取齿形系数查机械设计表10-5得；12） 查取应力校正系数查机械设计表10-5得;7)计算大小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大一些。（4） 设计计算对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，而齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，故，去弯曲疲劳强度所计算的模数，并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出1小齿轮齿数 大齿轮齿数，取。这样设计出来的齿轮，既满

13、足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4几何尺寸计算（4） 计算分度圆直径（5） 计算中心距（6） 计算齿轮宽度取，低速级齿轮参数列表齿轮齿宽（mm）齿数中心距(mm)小7829142.5大7385三.验证两个大齿轮润滑的合理性两个大齿轮直径分别为：、146mm。浸油深度不能过深也不能过浅，通常一般的推荐值为满足浸油润滑的条件为油的深度大于10mm，小于三个全齿高。斜齿轮4的全齿高： ，即三个全齿高22.8mm。（四）根据所选齿数修订减速器运动学和动力学参数。轴名功率转矩转速传动比效率电机轴496010.992轴3.029603.770.93轴2.81254.62.930.93轴2.

14、6290.9010.92卷筒轴2.4290.901. 轴的基本参数-轴：作用在齿轮上的力：(对标准齿轮，)2.选择轴的材料考虑结构尺寸可能出现的特殊要求（一号小齿轮，其材料40Cr表面淬火则有可能需要使用齿轮轴）传递力矩及高转速，选用40Cr材料表面淬火，以获得良好的综合机械性能。3.初算轴径按弯扭强度计算：，考虑到轴上键槽应适当增加轴直径，当直径100mm时，如有一个键槽，轴径增大%7%；有两个键槽时应增大10%15%，轴有一个键槽，取6%则式中：Ao由许用扭转剪应力确定的系数。由教材表15-3查得40Cr 为11297，此处取110。P轴传递的功率（单位kW）。n轴的转速。4.轴承部件的结

15、构设计(1)轴承部件的结构形式为方便轴承部件的装拆，减速器的机体用剖分结构形式。因传递功率小，齿轮减速器效率高，发热小，估计轴不会很长，故轴承部件的固定方式采用两端固定。由此所设计的轴承部件的结构形式如图.然后，可按轴上零件的安装顺序，从最小直径的轴端1开始设计。(2)联轴器及轴端1上述所求的的，就是轴段1的直径。 为补偿联轴器所连接两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性套销联轴器。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，取工作情况系数KA=1.3，则计算转矩：考虑到电动机型号为Y132M1-6，其轴径为固定值38mm。按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T 5014-

16、2003,选取LX3的联轴器，其公称转矩为1250Nm,许用转速为4700r/min，轴孔直径30mm48mm。考虑到要使用联轴器将电机轴和轴连接，取轴轴径(3)轴段2在确定轴段2的直径时候，应该考虑联轴器的固定与密封两个方面。但考虑齿轮线速度即轴承可通过齿轮甩油进行润滑，则可不需要密封环装置。为考虑联轴器的轴肩固定，计算轴肩高度，可取h=2.1mm,则轴段2直径(4)轴段3和轴段7轴承类型为深沟球轴承。考虑轴径及安装，暂取6008,查得d=40mm,D=68mm,B=15mm。故取轴段3的直径为(5)轴段4轴段4的轴肩应为（0.070.1）40=2.84mm。初取轴肩2.8mm,则初算可取直

17、径为45.6mm。 (6)轴段5轴段5职称齿轮，其分度圆直径为55.5mm。(7)轴段6轴段6轴肩为（0.070.1）40=2.84mm，取2.8mm，则直径为45.6mm。5. 选择润滑方式由前面计算可知轴承可通过齿轮甩油进行润滑。6. 计算各轴段长度半联轴器与轴配合的毂孔长度L=82mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1段长度应比L段一些，取80mm。由于6008轴承d=40mm,D=68mm,B=15mm ，故3段和7段长15mm。轴承端盖的总宽度为23.2mm，取端盖的外端面与班联轴器右端面间的距离l=20mm，则2段长为43.2mm，取箱体座壁厚=30mm，取

18、齿轮端面D2（）距箱体内壁之间的距离为32mm,内壁与齿轮顶圆的距离D1（1.2）为40mm，轴上两齿轮间距为c=8mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=4mm,已知滚动轴承宽度b=15mm，轴上小齿轮宽度为B=78mm，则3段长度为 l3= 15mm4段长度为 l4= 78+32+8-2.5=115.5mm5段长度即为齿宽61mm，6段长度为32+4=36mm。查机械设计课程设计手册知，当轴承外径D在70100mm，之间时，螺钉直径e=1.2=7.2mm，如上图，端盖外径。另取箱体加工面与非加工面间的距离为5mm。为方便查，轴的尺寸列表如下：轴段12

19、3、7456直径3043.21545.655.545.6长度8034.240116.56134二.轴的基本参数-轴：1.作用在齿轮上的力：(对标准齿轮，)2.选择轴的材料选用40Cr材料，以获得良好的综合机械性能。3.初算轴径按弯扭强度计算：，有两个键槽时应增大10%15%，取15%则式中：Ao由许用扭转剪应力确定的系数。由教材表15-3查得40Cr 为11297，此处取110。P轴传递的功率（单位kW）。n轴的转速。4.轴承部件的结构设计(1)轴承部件的结构形式轴承部件的固定方式采用两端固定。由此所设计的轴承部件的结构形式如图，然后，可按轴上零件的安装顺序，从最小直径的轴端1开始设计。(2)

20、轴段1初选深沟球球轴承6008,查得d=40mm,D=46mm,B=15mm。故取轴段1、6的直径。(3)轴段2与轴段5轴段2的轴肩应为（0.070.1）40=2.84mm。初取轴肩3mm,则初算可得直径为。(4)轴段3轴段3的轴肩也为（0.070.1）46=3.224.6mm，轴肩取4mm,则直径为54mm。（5)轴段4轴段4的轴肩也为（0.070.1）54=3.785.4mm，轴肩取4mm,则直径为62mm。(6)轴段长度 由轴设计的尺寸可确定箱体两端盖之间的距离为：23.2+15+4+115.5+61+32+4+15+23.2=292.9mm。1段长为轴承宽度15mm，2段长为32+4=

21、36mm，3段长为小齿轮宽度78mm，由前面知4段长为8mm，5段长为56-4=52mm（取大齿轮宽度比轴肩大4mm，6段长为15+4+32+2.5+4=57.5mm，由于轴所使用的轴承同轴，故所用端盖同轴。为方便查，轴的尺寸列表如下：轴段123456直径404654624640长度15367885257.5(三)输出轴(即轴)的设计计算1. 轴的基本参数-轴：(对标准齿轮，)2.选择轴的材料考虑使用45号钢的时候轴可能会比较粗，结构复杂，而且第三根轴传递力矩较大，故选用40Cr，热处理方式为调质，能获得良好的综合机械性能。3.初算轴径按弯扭强度计算：考虑到轴上键槽适当增加轴直径，。式中：Ao

22、由许用扭转剪应力确定的系数。由教材表15-3查得40Cr 为11297，此处取110。P2轴传递的功率（单位kW）。n轴的转速。P轴传递的功率（单位kW）。n轴的转速。4.轴承部件的结构设计(1)轴承部件的结构形式为方便轴承部件的装拆，减速器的机体用剖分结构形式。因传递功率小，齿轮减速器效率高，发热小，估计轴不会很长，故轴承部件的固定方式采用两端固定。由此设计的轴承部件的结构形式。然后，可按轴上零件的安装顺序，从最小直径的轴端7开始设计。(2)轴段7及联轴器轴段7的直径，需要考虑到上述所求的及轴段7上安装联轴器，因此与联轴器的设计同时进行。为补偿联轴器所连接两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱

23、销联轴器。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，取工作情况系数KA=1.3，则计算转矩：查参考文献机械设计课程设计手册，选取LX3的联轴器，其公称转矩为1250Nm,许用转速为4700r/min，轴孔直径30mm48mm。考虑到要使用联轴器将卷筒轴和轴连接，取轴轴径型号记作LX3 4082 GB/T 5014。(3)轴段6考虑联轴器的轴向固定，轴段6轴肩h=（0.070.1）d=2.84，取3则轴段6直径为46mm。(4)轴段5和轴段1选择轴承类型为深沟球轴承。轴段1、5需要考虑轴承直径及安装，查参考文献机械设计课程设计手册，取6210,查得d=50mm,D=90mm,B=20m

24、m。一根轴上两个轴承应该为相同型号，故取轴段5和轴段1的直径为：，宽度为20mm。(5)轴段2和轴段4轴段的轴肩应为，去5mm，则算得直径为60mm，轴段2处用以安装低速轴大齿轮，轴段4处为方便定位，。(6)轴段3轴段3的轴肩也为,轴肩取5mm,则直径为70mm。(7)轴段长度半联轴器与轴配合的毂孔长度L=82mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故7段长度应比L段一些，取80mm。由于6210轴承d=50mm,D=90mm,B=20mm ，故5段长20mm。轴承端盖的总宽度为23.2mm，取端盖的外端面与班联轴器右端面间的距离l=20mm，则6段长为43.2mm，考虑到箱

25、体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=4mm,有轴所确定的尺寸可得1段长度为 因大齿轮宽为73mm，为保证齿轮定位，轴段2应比大齿轮宽度小4mm，故轴段2长度为69mm，轴段3长度,取8mm，则轴段3宽度为8mm。因此4段长度为 l4= 292.9-23.2-20-8-69-58.5=97mm。为方便查，轴的尺寸列表如下：轴段1234567直径50607060504640长度58.5698972043.2825.轴上键校核轴段2上有键，计算时计算轴上所需键最短长度，其键长大于所需最短工作长度即可。连接为动连接，载荷轻微振动，且键材料选用45号钢，查表可得：，取。需满

26、足：。(1) 轴段2与大齿轮连接处的键其中轴段2的直径60mm，可取键的尺寸bh=1811mm。取键长l=56mm。k=0.5h=5.5mm,则(合适)键的标记为：键1856 GB/T 1096-2003。(2) 轴段7与联轴器连接处的键其中轴段7的直径40mm，可取键的尺寸bh=128mm。轴段长度为82mm，取键长l=70mm。k=0.5h=4mm,则(合适)键的标记为：键1270 GB/T 1096-2003。6.轴的强度校核(1)画轴的受力简图(1).(2).计算支反力（取向上为垂直正方向，向前为水平正方向）水平面上:由转矩，由前面分析可知(对标准齿轮，)那么，在水平面上解得，则；在V

27、面（垂直平面）上： ； ；。轴承I的总支弯矩 ：H面内：画出轴的受力简图首先, 确定轴承的支点位置时,查机械设计手册20-149表20.6-7.对于7208C型的角接触球轴承,因此,做为简支梁的轴的支承跨距.经计算得L1=102.5mm，L2=78mm，L3=47.5mm。(2)计算支反力（取向上为垂直正方向，向前为水平正方向）水平面上:垂直平面上:轴承1的总支承反力轴承2的总支承反力(3)画弯矩图在水平面上：a-a剖面左侧，a-a剖面右侧：在垂直面上：合成弯矩：a-a剖面左侧: a-a剖面右侧：(4)画转矩图(5)校核轴的强度由弯矩图可知，a-a截面左侧，轴的弯矩最大，有转矩，还有键槽引起的

28、应力集中，为危险截面。由参考文献1P205页附表10.1 ：抗弯剖面模量：抗扭剖面模量弯曲应力：扭剪应力由参考文献1P192页表10.1和P201页表10.4得，45号钢调质处理，由参考文献1表10.1查得材料的等效系数，键槽引起的应力集中系数，由附表10.4查得绝对尺寸系数，由参考文献1附图10.1查得轴磨削加工时的表面质量系数，由参考文献1附图10.2查得安全系数S= 所以a-a剖面是安全的，强度满足要求。7.校核轴承寿命由表12.3（参考文献2）查得7208C轴承的。(1)计算轴承的轴向力轴承I、II内部轴向力分别为比较两轴承的受力，因及，故只需校核轴承I。(2)计算当量动载荷由，由表1

29、0.13查得。因为，所以查表插值可得：。当量动载荷为(3)校核轴承寿命轴承在以下工作，由表10.10查得。微振，由表10.11查得。轴承I的寿命为已知减速器使用3年两班，则预期寿命为，故轴承寿命充裕。8.环境清洁，且线速度小于4m/s，故选用毛毡圈密封(四)整体结构的的最初设计1.轴承的选择根据之前轴的结构计算设计， 可知三个轴选择的轴承分别为：轴承型号D/mmD/mmB/mm输入轴7204C204714中间轴7205C255215输出轴7207C3572172.轴承润滑方式及密封方式齿轮1线速度与齿轮2的线速度相等，即：，但是考虑此处线速度并不是很大，而且减速器的尺寸比较大，有六个轴承，综合

30、考虑采用脂润滑，需要挡油环。 工作环境清洁，密封方式暂采用毛毡圈。3.确定轴承端盖的结构形式为方便固定轴承、实现较好的密封性能以及调整轴承间隙并承受轴向力的作用，初步选用凸缘式轴承端盖。4确定减速器机体的结构方案并确定有关尺寸由于需要大批量生产，需要考虑工作性能以及成本问题，机体采用剖分式，制造工艺选择为铸造。其机体结构尺寸初选如下表：名称符号尺寸 mm机座壁厚8机盖壁厚8机座凸缘厚度12机盖凸缘厚度12机座底凸缘厚度20地脚螺栓直径16地脚螺栓数目6轴承旁连接螺栓直径12机盖与机座连接螺栓直径10连接螺栓的间距轴承端盖螺钉直径8窥视孔盖螺钉直径6定位销直径10、至外机壁距离22、18、16、至凸缘边缘距离16、14轴承旁凸台半径c2凸台高度外机壁至轴承座端面距离39内机壁至轴承座端面距离大齿轮顶圆与内机壁距离10齿轮端面与内机壁距离8机盖、机座肋厚、轴承端盖外径轴承端盖凸缘厚度8轴承旁连接螺栓距离5.轴上键校核设计输入轴只有轴段1上有键，计算时计算轴上所需键最短长度，轴段1上键长大于所需最短工作长度即可。连接为动连接，载荷轻微振动，且键材料均选用45号钢，查表可得：，取。需满足：其中由轴的直径16mm，可取键的尺寸bh=55mm。则可解得: 其连接的联轴器处长为55mm，则键可选长度为45mm。a=99mm