两级同轴式圆柱齿轮减速器的设计

级两级同轴式圆柱齿轮减速器的设计摘要：本篇论文主要以“两级同轴式圆柱齿轮减速器的设计”为论题，研究减速器设计及过程中需要注意的问题。由于减速器应用广泛，与生活息息相关，因此研究减速器的设计具有重要意义，为此写下了这篇论文。两级同轴式圆柱齿轮减速器的设计通常包括以下内容：决定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、连接键、润滑密封和联轴器的选择及计算等。顺泽公司 .关键词：减速器；设计方法一、减速器设计的一般资料减速器的种类很多，设计减速器前必须要先对减速器有一些基本的了解，了解减速器的一般资料有助于我们更好的发现其优点和缺点，只有这样我们才能设计出实用的减速器，下面的一些设计减速器须知的必要依据。(一)常用减速器的分类、型式及其应用范围减速器的类型很多，不同类型的减速器有不同的特点，设计减速器时，首先应该根据各类减速器的特点选择一种进行设计。各类减速器的形式、特点及应用见表名称推荐传动比范围特点及应用单级圆柱齿轮减速机i8 齿轮可做成直齿、斜齿或人字齿。直齿用于速度较低或负荷较轻的传动；斜齿或人字齿用于速度较高或负荷较重的传动。箱体通常用铸铁做成，有时也采用焊接结构或铸钢件 两级圆柱齿轮减速器展开式i=860两级展开式圆柱齿轮减速机的结构简单，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应设计得有较大的刚度。建议用于载荷比较平稳的场合。高速级可做成斜齿，低速级可做成直齿或斜齿同轴式i=860减速器长度较短，两对齿轮浸入油中深度大致相等，但减速器的轴向尺寸及重量较大；高速级齿轮的承载能力难以充分利用；中间轴较长，刚性差，载荷沿齿轮分布不均匀；仅有一个输入输出轴端，限制了传动布置的灵活性单级锥齿轮减速器i6用于输入轴和输出轴两轴线垂直相交的传动，可做成卧式或立式。由于锥齿轮制造较复杂，仅在传动布置需要时才采用圆锥圆柱齿轮减速器i=840特点通单级锥齿轮减速器。锥齿轮应布置在高速级，以使锥齿轮的尺寸大致过大，否则加工困难蜗杆减速机蜗杆下置式i=1080蜗杆减速机蜗杆布置在蜗轮的下边，结合处的冷却和润滑都较好，同时蜗杆轴承的润滑液较方便。但当蜗杆圆周速度太大时，油的搅动损失较大，一般用于蜗杆圆周速度v10m/s的情况蜗杆上置式i=1080蜗杆布置在蜗轮的上边，装拆方便，蜗杆的圆周速度允许高一些，但蜗杆轴承的润滑不太方便，需采取特殊的结构措施本次论文设计我选择设计其中的两级同轴式圆柱齿轮减速器进行设计，两级同轴式圆柱齿轮减速器，两级同轴式圆柱齿轮减速器应用广泛，优点和缺点明显，具有代表性。（二）关于减速机的构造 （1）传动零件及其支撑减速机传动零件包括轴、齿轮、带轮、蜗杆等，其中，齿轮、带轮、蜗杆、蜗轮安装在轴上，而轴则通过滚动轴承由箱体上的轴承孔、轴承盖加以固定和调整。轴承盖是固定和调整轴承的零件，其具体尺寸依轴承和轴承孔的结构尺寸而定，设计时可以可以参考相关的推荐尺寸确定。 （2）箱体结构减速机的箱体一般由铸铁材料铸造而成，分为上箱体和下箱体。箱体上设有定位销孔以安装定位；设有螺栓孔以安装连接上下箱体的螺栓；设有地脚螺钉孔以将箱体安装在地基上。为了提高轴承座的支撑刚度，通常在上下箱体的轴承座孔上下与箱体的连接处设有加强肋。（三）减速机主要零件的配合减速器主要零件的配合见表3-1 桥星减速机公司 。表3-1减速器主要零件配合配合代号应用举例装配和拆卸条件H7/s6重载荷并有冲击载荷时的齿轮与轴的配合，轴向力较大并且无辅助固定压力机装配和拆卸H7/r6蜗轮轮缘与轮体的配合，齿轮和齿式联轴器与轴的配合，中等的轴向力但无辅助固定装置压力机H7/n6电机轴上的小齿轮，摩擦离合器和抓式离合器，涡轮轮缘。承受轴向力时必须有辅助固定压力机、拆卸器、木锤H7/m6经常拆卸的圆锥齿轮（为了减少配合处的磨损）压力机、拆卸器、木锤H7/h7滚动轴承外圈与减速器箱体的配合徒手H8/h9滚动轴承组合中的端盖止退环、填料压盖、带锥形紧固套的轴承与轴H8/f9滑动轴承与轴、填料压盖（四）减速器附件减速机附件及其功用如下：窥视孔和视孔盖：为了便于检查向内传动零件的齿合情况以及将润滑油注入箱体内，在减速机机体的箱盖顶部设有窥视孔。为防止润滑油飞溅出来和污物进入箱体内，在窥视孔上应设窥视盖。通气孔：减速机工作时箱体内温度升高，气体膨胀，箱内气压增大。为了避免由此引起密封部位的密封性下降，造成润滑油向外渗透，大多在窥视盖上设通气器，使箱内的热膨胀气体能自由逸出，保持箱内压力正常，从而保证箱体的密封性。油面指示器：用于检查箱内油面高度，以保证传动件的润滑。一般设置在箱体便于观察、油面较稳定的部位。定位销：为了保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔的安装精度，需要在箱盖与箱座的联接凸缘上配装两个定位销，定位销的相对位置越远越好起盖螺钉：为了保证减速器的密封性，常在箱体剖分接合处面上涂有水玻璃活密封胶。为便于拆卸箱盖，在箱盖凸缘上设置12个起盖螺钉。拆卸箱盖时，拧动起盖螺钉，便可顶起箱盖。起吊装置：为了搬运和装卸箱盖，在箱盖上装有吊环螺钉，或铸出吊耳或吊钩。为了搬运箱座或整个减速器，在箱座两端连接凸缘处铸出吊钩。放油孔及螺塞：为了排出油污，在减速器箱座最低部设有放油孔，并用放油螺塞和密封垫圈将其堵住。（五）减速机技术要求(1)减速机箱体技术要求：铸造箱体必须经过时效处理。底座与箱盖合盖后，边缘应平齐。总长27.0mm+27.0（0.030.05）mm=27.828.4mm（3） 减速机的结构设计轴承部件的结构设计 为方便使轴承零件的装拆，减速机的机体采用剖分式结构。该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后，可按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计。轴段的设计 轴段上安装带轮，此段设计应与带轮轮毂孔的设计同步进行。初定轴段的轴径为d1=30mm，带轮轮毂的宽度为（1.52.0）d1=（1.52.0）30mm=4560mm，结合带轮结构L带轮=5776mm，取带轮轮毂的宽度为L带轮=60mm，则轴段的长度略小于毂孔宽度，取L1=58mm。密封圈与轴段的设计 在确定轴段的轴径时，应同时考虑带轮的轴向固定及密封圈的尺寸。带轮用肩定位，轴肩高度h=（0.070.1）30mm=2.13mm。轴段的轴径d2=d1+2（2.13）mm=34.136mm，其最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毡圈油封，查表得毡圈35JB/ZQ46061997,则d2=35mm。轴承与轴段和轴段的设计 考虑齿轮有轴向力的存在，并且有较大的圆周力和径向力作用，选用圆锥滚子轴承。轴段上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。现暂取轴承为30208，由表得轴承内径的d=40mm，外径D=80mm，宽度B=18mm，T=19.75mm，内圈定位直径Da=69mm，对轴的力作用点与外圈大端面的距离a3=16.9mm，故d3=40mm。该减速器齿轮的圆周速度小于2m/s，故轴承采用脂润滑，需要挡油环。为补偿箱体铸造误差和安装挡油环，靠近箱体内壁的轴承端面距箱体内壁距离取=12mm，通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则d6=40mm，同轴式减速器该处轴承座完全处于箱体内部，该处轴承采用油润滑，润滑油由低速级大齿轮轮缘上刮取，可使轴承内圈端面与轴承座端面共面，故可取L6=B=18mm。齿轮与轴段的设计 该轴段上安装齿轮，为便于齿轮的安装，d4应略大于d3，可初定d4=42mm。齿轮分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=85mm，为保证套筒能够顶到齿轮左端面，该处轴径长度应比齿轮宽度略短，取L4=83mm。轴段的设计 齿轮右侧采用轴肩定位。定位轴肩的高度h=（0.070.1）d4=（0.070.1）42mm=2.944.2mm，取h=3mm，则轴肩直径d5=48mm，取L5=1=10mm。该轴段也可提供右侧轴承的轴向定位。齿轮左端面与箱体内壁距离，以及齿轮右端面与右轴承左端面的距离均取1，则箱体内壁与高速轴右侧轴承座端面的距离Bx1=21+b1=(210+85)mm=105mm。轴段和轴段的长度 轴段的长度除与轴上零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座的厚度L=+c1+c2+（58）mm，由表知下箱座壁厚=0.025a+3mm=0.025165mm+3mm=7.125mm8mm，取=8mm，a=165mm300mm，取轴承旁连接螺栓为M12，则c1=20mm，c2=16mm，箱体轴承座宽度L=8+20+16+（58）mm=4952mm;取L=50mm。可取箱体凸缘连接螺栓为M10，地脚螺栓为d=M16，则有轴承端盖连接螺钉为0.4d=0.416mm=6.4mm，取为M8，轴承端盖凸缘厚度取为Bd=10mm；端盖与轴承座间的调整垫片厚度取t=2mm，取螺栓GB/T 5781M825；为在不拆卸带轮的条件下，可以装拆轴承端盖连接螺钉，取带轮凸缘端面距轴承端盖表面距离K=30mm，带轮采用轮辐式，螺钉的拆装有足够的空间。则有 ： L2=L+Bd+K+t+-B =（50+10+30+2+-12-18）mm=64.5mm轴段的长度为L3=+B+1+2mm=（12+18+10+2）mm=42mm （4）键连接带轮与轴段间采用A型普通平键连接，查表选其型号为键845GB/T 10961990，齿轮与轴段间采用A型普通平键连接，查表选其型号为键1280GB/T 10961990（5）校核轴的强度轴的抗弯截面系数为 ： W=37227.0mm3 抗扭截面系数为Wt=80301.5mm3 弯曲应力为 b=MPa=12.1MPa扭剪应力为 = Mpa=16.7 MPa按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6，则其当量应力为e=23.4 Mpa由表查得45钢调质处理抗拉强度极限b=650 Mpa，由表查得轴的许用应力为60 Mpa，23.4 MPa55.12mm+55.12（0.030.05）mm=56.7757.88mm（3）关于减速机的结构设计轴承部件的结构设计 该减速机发热小，轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后，可按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计。联轴器及轴段的设计 轴段上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择同步进行。为补偿联轴器所连接减速机两轴的安装误差、隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查表得取KA=1.5,则计算转矩为：Tc=KAT3=1.51342830 N mm =2014245 N mm由表得GB/T50142003 中的LX4型联轴器符合要求；公称转矩为2500 N mm，许用转速为3870r/min，轴孔范围为4075mm。考虑d57.88mm,联轴器毂孔直径为60mm，轴孔长度107mm，J型轴孔，A型键，联轴器主动端代号为LX4 60107GB/T50142003，相应轴段的直径d1=60mm，其长度略小于毂孔宽度，取L1=105mm。密封圈与轴段的设计 在确定轴段的轴径时，应同时考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。联轴器用肩定位，轴肩高度h=（0.070.1）60mm=4.26mm。轴段的轴径d2=d1+2（4.26）mm=68.472mm，最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毡圈油封，查表得毡圈70JB/ZQ46061997,则d2=70mm。轴承与轴段和轴段的设计 考虑齿轮轴向力较大，并且有较大的圆周力和径向力作用，选用圆锥滚子轴承。轴段上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。现暂取轴承为30215，由表得轴承内径的d=75mm，外径D=130mm，圈内宽度B=25mm，T=27.25mm，内圈定位直径Da=115mm，对轴的力作用点与外圈大端面的距离a3=27.4mm，故d3=75mm。该减速器齿轮的圆周速度小于2m/s，故轴承采用脂润滑，需要挡油环。为补偿箱体铸造误差和安装挡油环，靠近箱体内壁的轴承端面距箱体内壁距离取=12mm，通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则d6=75mm，同轴式减速器该处轴承座完全处于箱体内部，该处轴承采用油润滑，润滑油由低速级大齿轮轮缘上刮取，可使轴承内圈端面与轴承座端面共面，故可取L6=B=25mm，该处高速轴右端轴承公用一个轴承座，两轴承相临端面间距离取为6.5mm，满足安放拆卸轴承工具的空间要求。齿轮与轴段的设计 该轴段上安装齿轮，为便于齿轮的安装，d4应略大于d3，可初定d4=76mm。为保证套筒能够顶到齿轮左端面，该处轴径长度应比齿轮宽度略短，取L4=88mm，轴段的设计 齿轮左侧采用轴肩定位，定位轴肩的高度h=（0.070.1）d4=（0.070.1）76mm=5.327.6mm，取h=5.5mm，则轴肩直径d5=87mm，齿轮左端面与轮毂右端面距箱体内壁距离均取1=10mm。则箱体内壁与低速轴左侧轴承座端面的距离Bx2=21+L4=(210+91.5)mm=111.5mm，取L5=10mm。轴段和轴段的长度 轴段的长度除与轴上零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。为在不拆卸带轮的条件下，可以装拆轴承端盖连接螺钉，取带轮凸缘端面距轴承端盖表面距离K=35mm，带轮采用轮辐式，螺钉的拆装有足够的空间。则有 L2=L+Bd+K+t+-B =（50+10+35+2-12-25）mm=60mm轴段的长度为L3=+B+1+l4-L4=（12+25+10+91.5-88）mm=50.5mm（4）键连接联轴器与轴段间采用A型普通平键连接，查表选其型号为键18100GB/T 10961990，齿轮与轴段间采用A型普通平键连接，查表选其型号为键2080GB/T 10961990（5）校核轴的强度轴的抗弯截面系数为 W=37227.0mm3 抗扭截面系数为Wt=80301.5mm3 弯曲应力为 b=MPa=12.1Mpa 扭剪应力为 = Mpa=16.7 MPa按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6，则其当量应力为：e=23.4 Mpa由表查得45钢调质处理抗拉强度极限b=650 Mpa，由表查得轴的许用应力为60 Mpa，23.4 MPa60 MPa,所以强度满足要求。（三）中间轴的设计计算已知条件低速轴传递的功率P3=6.33kW，转速n2=157.81r/min，齿轮分度圆直径d2=259.605mm，d3=70.935mm，齿轮宽度b2=80mm，b3=95mm（1）选择轴的材料因传递的功率不大，对重量及结构尺寸没有要求，故由表选用常用的材料45钢，调质处理。（2）初算轴径查表得C=106135，考虑轴端不承受转矩，只承受少量的弯距，故取较小值C=110，则 dmin=C=110mm=37.65mm（3）结构设计轴承部件的结构设计 轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后，可按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计。轴承与轴段和轴段的设计 该轴段上安装轴承，其设计应与轴承的设计同步进行。考虑齿轮有轴向力存在，并且圆周力与径向力均较大，选用选用圆锥滚子轴承。轴段和上安装轴承，其直径应即便于轴承安装，又应符合轴承内径系列，现暂取轴承为30208，经过验算，轴承30208的寿命不满足减速器的预期寿命要求，改变直径系列，选30210进行设计计算，由表得轴承内径d=50mm，外径D=90mm，内圈宽度B=20mm，轴承总宽度T=21.75mm，内圈定位轴径da=57mm，外圈定位直径Da=80mm，轴承内圈对轴的力作用点与外圈大端面的距离a3=20mm，故d1=50mm，通常一根轴上的两根轴承取相同的型号，故d5=50mm。齿轮轴段和轴段的设计 轴段上安装齿轮2，轴段上安装齿轮3。为便于齿轮的安装，d2和d4应分别大于d1和d5，可初定d2=d4=55mm。查表知该键处截面尺寸为16mm10mm，轮毂键槽深度t1=4.3mm，齿轮3上齿根与键槽顶面的距离e=0.42mm2.5mmn，齿轮3设计成齿轮轴，d4=df3，L4=95mm，材料为40Cr调质处理。 齿轮2右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定，齿轮2轮毂的宽度范围为（1.21.5）d2=6682.5mm，取其轮毂宽度与齿轮宽度相等。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段的长度应比相应齿轮的轮毂略短，因b2=80mm，故取L2=78mm。轴段设计 该齿轮为齿轮2提供定位，其轴肩高度范围为（0.070.1）d2=3.855.5mm，取其高度为h=4mm，故d3=63mm。齿轮3右端面距离箱体内壁距离取为1，齿轮2的左端面距离箱体内壁的距离为2=1+（b1-b2）/2=10mm+（85-80）/2mm=12.5mm高速轴右侧的轴承与低速轴左侧的轴承共用一个轴承座，其宽度为l5=53.5mm，则箱体内壁宽度为Bx=Bx1+Bx2+ l5=270mm则轴段的长度为L3=Bx-b2-b3-1-2=72.5mm（4）键连接齿轮2与轴段间采用A型普通平键连接，查表知该键的型号为键1617GB/T 10961990（5）校核轴的强度其抗弯截面系数为 W=35023.6mm3 抗扭截面系数为Wt=70047.3mm3 弯曲应力为 b=MPa=18.0MPa扭剪应力为 = Mpa=5.5 MPa按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6，则其当量应力为e=19.2Mpa由表查得40Cr调质处理抗拉强度极限B=750 Mpa，由表查得轴的许用弯曲应力为72.5 Mpa，19.2 MPa72.5 MPa,所以强度满足要求。五、减速器箱体的结构尺寸与润滑油的选择计算（一）两级同轴式圆柱齿轮减速器箱体的主要结构尺寸见列表名称代号尺寸高速级中心距a1165mm低速级中心距a2165mm下箱座壁厚8mm上箱座壁厚28mm下箱座剖分面处凸缘厚度b12mm上箱座剖分面处凸缘厚度b12mm地脚螺栓底脚厚度p20mm箱座上的肋厚M8mm地脚螺栓直径dM16地脚螺栓通孔直径 d20mm地脚螺栓沉头座直径D045mm底脚凸缘尺寸（扳手空间）底脚凸缘尺寸（扳手空间）L127mmL225mm底角螺栓数目n4轴承旁连接螺栓（螺钉）直径d1M12轴承旁连接螺栓通孔直径 d113.5mm轴承旁连接螺栓沉头座直径D026mm剖分面凸缘尺寸（扳手空间）剖分面凸缘尺寸（扳手空间）c120mmc216mm上下箱连接螺栓（螺钉）直径d2M10上下箱连接螺栓通孔直径 d211mm上下箱连接螺栓沉头座直径D024mm箱缘尺寸（扳手空间）c118mmc214mm轴承盖螺钉直径d3M8检查孔盖连接螺栓直径d4M6圆锥定位销直径d58mm减速器中心高H195mm轴承旁凸台高度h55mm轴承旁凸台半径R16mm轴承端盖（轴承座）外径D2120mm,130mm,170mm轴承旁连接螺栓距离S142.5mm,147.5mm,137.5mm,177.5mm箱体外壁至轴承座端面的距离K42mm轴承孔长度50mm大齿轮顶圆与箱体内壁间距离111.95mm齿轮端面与箱体内壁间的距离210mm（二）润滑油的选择与计算轴承选择ZN3钠基润滑脂润滑。齿轮选择全耗系统用油LAN68润滑油润滑，润滑油深度为0.65dm，箱体底面尺寸为4.54dm2.70dm，箱体内所装润滑油量为：V=4.452.70.65dm3=7.96dm3该减速器所传递的功率p0=6.86kW。对于二级减速器，每传递1kW的功率，需油量为V0=0.71.4dm3，则该减速器所需油量为 V1=P0V0=6.86（0.71.4）dm3=4.89.6dm3箱体内所装油量在所需油量的范围中间偏大值，润滑油量基本满足要求；如不满足润滑和降温要求，可增大减速器中心高，即增加油池深度的方法使润滑油量满足要求。六、小结首先对杜微娜老师在毕业设计过程中给予我的指导和帮助表示真诚的谢意，正是因为您的指导和帮助我才能如此顺利的完成论文设计，在大学的最后时刻能够聆听您的教诲是我迈入社会最好的鼓励，谢谢您，杜微娜老师！ 论文设计运用到了很多知识，例如将理论力学，材料力学，机械设计，机械原理，互换性与测量技术等，是我对以前学习的知识有了更深刻的体会。通过论文设计，基本掌握了运用AUTO CAD绘图软件制图的方法与思路，对计算机绘图方法有了进一步的加深，基本能绘制一些工程上的图。这次论文设计使我的理论水平，构思能力和判断力逐步有所提高，同时提高了分析问题与解决问题的能力，为以后的专业产品的设计打下了坚实的基础。通过此次毕业设计，我对机械设计有了更加深入的了解，也是第一次将理论知识运用到实际当中，为以后的学习和工作起到了良好的作用。但是我深知，设计中还有很多不足与错误的地方，还需要继续加强理论学习和思维能力。这篇论文是对三年所学的一次总结，也是对三年大学生活的告别，心中虽然恋恋不舍，但是这是成长的必经之路，谢谢三年中老师对我教导，谢谢！向在百忙之中评阅本方案并提出宝贵意见的各位评委老师表示最诚挚的谢意，同时向所有关心、帮助和支持我的老师和同学表示衷心的感谢，祝你们工作顺利，万事如意！ 参考文献1.龚溎义 机械设计课程设计指导书M高等教育出版社，2010.2.谢江 机械设计（第一版）M 国防工业出版社,2009.3.补红志 机械制图M 化学工业出版社，2007.20