二级直齿圆柱齿轮减速器课程设计.docx

机械设计课程设计说明书设计题目：二级直齿圆柱齿轮减速器 设计者：第四维指导教师：刘博士2011年12月23日目录一、设计题目 3二、传动装置总体设计 3三、选择电动机 3四、确定传动装置传动比分配5五、计算传动装置运动和动力参数5六、齿轮的设计6七、减速机机体结构设计13八、轴的设计14九、联轴器的选择23十、减速器各部位附属零件设计 23十一、润滑方式的确定24一.设计题目设计一用于卷扬机传动装置中的两级圆柱齿轮减速器。轻微震动，单向运转，在室内常温下长期连续工作。卷筒直径D=220mm,运输带的有效拉力F=1500N,运输带速度,电源380V,三相交流.二.传动装置总体设计1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。 其传动方案如下：三选择电动机1.选择电动机类型： 按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭型结果，电压380V，Y型。2.选择电动机的容量 电动机所需的功率为： 所以 由电动机到运输带的传动总功率为 联轴器效率：0.99滚动轴承的传动效率：0.98圆柱齿轮的传动效率：0.97卷筒的传动效率：0.96则：所以 3.确定电动机转速卷筒的工作转速为 二级圆柱齿轮减速器传动比所以电动机转速可选范围为 符合这一范围的同步转速有750、1000和1500r/min。根据容量和转速，由书本表14.1或有关手册选定电动机型号为Y100L-4。其主要性能如下表：电动机型号额定功率KW同步转速r/min额定转速r/minY100L1-4 2.2150014202.22.2综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和带传动、减速器的传动比，可见第二方案比较适合。因此选定电动机型号为Y100L1-4，其主要参数如下；四.确定传动装置的总传动比和分配传动比 总传动比： 分配传动比：，取，经计算注： 为高速级传动比，为低速级传动比。五.计算传动装置的运动和动力参数将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴；，依次为联轴器、轴承、齿轮传动和卷筒的的传动效率。1.各轴转速： =2.各轴输入功率： 3.各轴输入转矩： 1-3轴的输出功率、输出转矩分别为各轴的输入功率、输入转矩乘轴承传动效率0.99。运动和动力参数结果如下表：功率P/KW转矩T/(Nmm)转速n/(r/min)传动比i效率电动机轴2.0214201轴2.00142010.992轴1.90312.14.550.953轴1.81963.250.95卷筒轴1.769610.97六.齿轮的设计.高速级大小齿轮的设计1材料选择,由表10-1选择小齿轮材料为40Cr,硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS2 选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取3按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即（1）确定公式内内的各计算数值1）试选载荷系数2）计算小齿轮的传递转矩3）由表10-7选取齿宽系数4）由表10-6查的材料的弹性系数5）由图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）由式计算应力循环次数。7)由图10-19取接触疲劳寿命系数,.8)计算疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式得（2）计算1）试算小齿轮的分度圆直径，代入中较小的值。2）计算圆周速度v.3)计算齿宽b。4)计算齿宽与齿高之比。 模数 齿高 5）计算载荷系数。根据v=2.44m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数，直齿轮，,由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，由查图10-13得,故载荷系数6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式得7）计算模数。4. 按齿根弯曲强度设计由式得弯曲强度的设计公式为(1)确定公式内的各计算数值1）由式查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数,3)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数,由式得4)计算载荷系数K。5)查取齿形系数。由表10-5查得 ，6）查取应力校正系数。由表10-5查得 ，7）计算大小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。（2）设计计算对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m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，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数1.03并就近圆整为标准值m=2.5mm,按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 ，取5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,.低速级大小齿轮的设计：1. 材料选择.由表10-1选择小齿轮材料为40Cr,硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢硬度为240HBS，二者材料硬度差40HBS。2. 选小齿轮齿数，大齿轮齿数3.按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数2）计算小齿轮的传功转矩3）由表10-7选取齿宽系数4）由表10-6查得材料的弹性影响系数5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限6）由式计算应力循环次数7）由图10-19取接触疲劳寿命系数,8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值2）计算圆周速度v3）计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比模数 齿高 5）计算载荷系数。根据v=0.87m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数直齿轮，由表10-2查得使用系数由表10-4用差值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时由,查图10-13得,故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，有式得7）计算模数m4. 按齿根弯曲强度设计由式得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算数值1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲强度极限 2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数, 3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式得4）计算载荷系数K5）查取齿形系数由表10-5查得 , 6）查取应力校正系数。由表10-5查得 , 7）计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大（2）设计计算对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m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做决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数1.65并就近圆整为标准值m=2，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑。避免浪费5. 几何尺寸计算（1）几何分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度取， 七减速器机体结构尺寸如下名称符号计算公式结果机座厚度10机盖厚度10机盖凸缘厚度15机座凸缘厚度15机座底凸缘厚度25地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目4轴承旁联结螺栓直径M12盖与座联结螺栓直径=（0.5 0.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8视孔盖螺钉直径=（0.30.4）5定位销直径=（0.70.8）8，至外箱壁的距离查手册表112342218，至凸缘边缘距离查手册表1122816外箱壁至轴承端面距离=+（510）50大齿轮顶圆与内箱壁距离1.215齿轮端面与内箱壁距离16箱盖，箱座肋厚77轴承端盖外径轴承孔直径+（55.5）72（I 轴）77（II 轴）97（III轴）轴承旁联结螺栓距离72（I 轴）77（II 轴）97（III轴）八轴的设计 轴的设计轴是减速器的主要零件之一，轴的结构决定轴上零件的位置和有关尺寸。1中间轴图4-1 轴的材料选用45钢，调质处理。按文献【一】表15-3，取A0=110mm。于是，取。输出轴最小直径显然是安装轴承处直径，由文献【二】表12.1，根据轴最小直径是30mm，轴承可选圆柱滚子轴承N205E型，其基本尺寸为dDB=255215mm,故此处轴的直径为25mm，即段上的直径d1=25mm。此段长度l1=15mm。 段轴直径取,段处轴肩的高度h=（0.070.1）d1=2.13mm。因为该轴肩不承受轴向力，故取h=2mm，此处有键，直径增大5%，则此处轴的直径d3=35mm。又因为此处与齿轮配合，故其长度应略小于齿宽，取l3=32mm。段，齿轮的定位轴肩高度h=（0.070.1）d2=2.53.4mm，因为它不承受轴向力，故取h=3mm，即d4=47mm。取l4=20mm。段与齿轮配合，其直径与处相等，即d5= =35 mm。该段长度应略小于齿轮的宽度，取l5=58 mm。段轴直径与段相等，即d6= =30 mm。l6=27mm。段轴直径与段相等，即，。中间轴的总长2 输入轴图 4-2 轴的材料选用45钢，调质处理。按文献【一】表15-3，取A0=110mm。于是，因为处有单键槽轴应增大5%，则取，即d1=14mm。l1=32mm。段处轴肩的高度h=（0.070.1）d1=1.261.8mm。而且该段安装轴承，轴需与轴承配合，由文献【二】表12.1，故轴承可选圆柱滚子轴承N204E,其基本尺寸为,故轴的直径，。段与齿轮配合，其长度应略小于齿宽B，轴肩的高度，取，故，段定位轴肩高度，取，故，。段轴直径，。段轴直径，输入轴的总长3 输出轴图 4-3轴的材料选用45钢，调质处理。按文献【一】表15-3，取A0=110mm。于是，有单键槽轴应增大5%，故取，即。段安装轴承，轴需与轴承配合。由文献【二】表12.1，故轴承可选圆柱滚子轴承N207E型，其基本尺寸为。故轴的直径，。段，故轴的直径。轴长。 段轴肩的高度h=（0.070.1）d3=3.855.5mm，取h=4mm，故d4=55mm。l4=10mm。段与齿轮配合，其长度略小于齿宽B，。段轴直径，。输出轴的总长 轴的校核1 输入轴的校核 (1).计算齿轮受力圆周力： 径向力： (2).计算支反力F=0, Ft1+Ft2Ft=0MD=0，FtL3Ft1(L2+L3)=0 解得：Ft1=549.35N, Ft2=216.35NF=0,Fr1+ Fr2 =FrMD=0，FrL3Fr1(L2+L3)=0解得：Fr1=200N, Fr2=78.7NC处水平弯矩MH= Ft1L2=549.3551= Nmm垂直弯矩MV= Fr1L2=20051= Nmm合成弯矩M=MH2+MV2= Nmm弯矩合成强度校核 =0.6,查文献【一】表15-1知，=60MPa所以，安全。 (3).精确校核轴的疲劳强度 1）危险截面为齿轮截面 2）齿轮截面左侧截面校核抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩为截面弯曲应力为 扭转切应力为 由文献【一】表15-1，B=640MPa，-1=275 MPa，-1=155 MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按文献【一】附表3-2查取 =2.01，=1.38又由附图3-1查取轴材料的敏性系数， =0.74，=0.77故有效应力集中系数为 1=1.75 1=1.29由附图3-2的尺寸系数由附图3-3的扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4查得表面质量系数轴未经表面强化处理，即。综合影响系数为：1=2.08 1=1.52钢特性系数为 ，取 ，取计算安全系数的值，则，故可知其安全。3）齿轮截面右侧截面校核抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩M为截面弯曲应力为 扭转切应力为 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按文献【一】附表3-2查取 =2.0，=1.31又由附图3-1查取轴材料的敏性系数， =0.74，=0.77故有效应力集中系数为 1=1.74 1=1.24由附图3-2的尺寸系数 由附图3-3的扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4查得表面质量系数 轴未经表面强化处理，即。综合影响系数为：1=2.2 1=1.5钢特性系数为 ，取 ，取计算安全系数的值，则，故可知其安全。因无瞬时过载以及严重的应力循环对称性，故可略去静强度校核。所以，该轴是合格的。 2 输出轴的校核 (1). 计算齿轮受力圆周力： 径向力：(2).计算支反力F=0, Ft1+Ft2Ft=0 MD=0，FtL3Ft1(L2+L3)=0解得：Ft1=679N, Ft2=1299NF=0,Fr1+ Fr2 =Fr MD=0，FrL3Fr1(L2+L3)=0 解得：Fr1=247.2N, Fr2=472.8N C处水平弯矩MH= Ft1L2=679120.5= Nmm垂直弯矩MV= Fr1L2=247.2120.5=2.98104 Nmm合成弯矩M=MH2+MV2= Nmm弯矩合成强度校核 =0.6,查文献【一】表15-1知，=60MPa所以，安全。 (3).精确校核轴的疲劳强度 1）危险截面为齿轮截面 2）齿轮截面左侧截面校核 抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩为截面弯曲应力为 扭转切应力为 由文献【一】表15-1，B=640MPa，-1=275 MPa，-1=155 MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按文献【一】附表3-2查取 =1.91，=1.28又由附图3-1查取轴材料的敏性系数， =0.78，=0.81故有效应力集中系数为 1=1.71 1=1.23由附图3-2的尺寸系数 由附图3-3的扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图3-4查得表面质量系数轴未经表面强化处理，即。综合影响系数为：1=2.50 1=1.57钢特性系数为 ，取 ，取m=0,m=7.035 MPa; a=4.15 MPa, a=7.035 MPa计算安全系数的值，则，故可知其安全。3）齿轮截面右侧截面校核抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩M为截面弯曲应力为 扭转切应力为 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按文献【一】附表3-2查取 =1.35，=1.11又由附图3-1查取轴材料的敏性系数， =0.75，=0.79故有效应力集中系数为 1=1.26 1=1.09由附图3-2的尺寸系数 由附图3-3的扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图3-4查得表面质量系数 轴未经表面强化处理，即。综合影响系数为：1=1.97 1=1.37钢特性系数为 ，取 ，取m=0,m=8.25 MPa; a=4.87 MPa, a=8.25 MPa计算安全系数的值，则，故可知其安全。 因无瞬时过载以及严重的应力循环对称性，故可略去静强度校核。所以，该轴是合格的。九.联轴器的选择输入轴联轴器选择 联轴器的计算转矩,查表14-1,考虑到转矩变化很小,故取,则:,按照计算转矩应小于联轴器公称转矩条件,查手册,选用ML1型弹性联轴器,其公称转矩为,轴孔直径14mm,半联轴器长度。输出轴联轴器选择 ，查手册，选用LT6型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为250000，轴孔直径35mm,半联轴器长度。十. 减速器的各部位附属零件的设计1窥视孔盖与窥视孔：在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔, 大小只要够手伸进操作可。以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙,了解啮合情况.润滑油也由此注入机体内.2放油螺塞放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封。3油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量.因此要安装于便于观察油面及油面稳定之处即低速级传动件附近；用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。4通气器 减速器运转时，由于摩擦发热,机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏,所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由逸处，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带空螺钉制成.5启盖螺钉为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖；螺钉上的长度要大于凸缘厚度，钉杆端部要做成圆柱形伙半圆形，以免顶坏螺纹；螺钉直径与凸缘连接螺栓相同。在轴承端盖上也可以安装取盖螺钉,便于拆卸端盖.对于需作轴向调整的套环,装上二个螺钉,便于调整.6定位销为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定位精度。如机体是对称的,销孔位置不应对称布置.7环首螺钉、吊环和吊钩 为了拆卸及搬运，应在机盖上装有环首螺钉或铸出吊钩、吊环，并在机座上铸出吊钩。8调整垫片 用于调整轴承间隙,有的起到调整传动零件轴向位置的作用.9密封装置在伸出轴与端盖之间有间隙,必须安装密封件,以防止漏油和污物进入机体内. 10 键的设计输入轴联轴器段配合键,取平键,中间轴配合键取平键、平键，输出轴配合键取平键、平键。十一. 润滑方式的确定因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。24