两级展开式圆柱齿轮减速器的设计说明书_(1)

- 1 - 两级展开式 （平行轴） 圆柱齿轮减速器的设计说明书 例如： 设计热处 理车间零件清洗用设备。该传送设备的动力由电动机经减速器装置后传至传送带 。每日两班制工作，工作期限为 8 年。 热处 理车间零件清洗用设备。该传送设备的动力由电动机经减速器装置后传至传送带 。每日两班制工作，工作期限为 8 年。 已知条件：输送带带轮直径 d=300送带运行速度 v=s,输送带轴所需转矩 T=一、传动装置的总体设计 动方案 的确定 两级展开式圆柱齿轮减速器的传动装置方案如图所示。 1 2 3 4 5 6动机的选择 计算项目 计算及说明 计算结果 1. 选择电动机的类型 根据用途选用 Y 系列一般用途的全封闭自冷式 三相异 电动机。 2. 选择电动机的功率 输送带所需的拉力为 F=2T/d=2 700/4667N 输送带所需动率为 v/1000=4667 000表取， v 带传动效率 带 =对轴承效率 轴承=齿圆柱齿轮传动效率 齿轮 =轴器效率 联 =电动机到工作机间的总效率为 总 = 带 轴承 4 齿轮 2 联 =4667N 总 =- 2 - W/ 总 =据表，选取电动机的额定功率为 O=输送带带轮的工作转速为 000 60 300r/ 表， v 带传动的传动比 i 带 =2 4，两级减速器传动比i=8 40，则总传动比范围为 i 总 =i 带 i 齿 =（ 2 4）（ 8 40） =16 160 电动 机的转速范围为 no= 16 160） r/6421r/表可知，符合这一要求的电动机同步转速 1000 r/ 1500r/000r/虑 3000r/ 1000r/电动机的体积大且贵，故选用转速为 1500r/电动机进行试算，其满载转速为1440r/满载转速为 1440r/型号为 m=1440r/动比的计算及分配 各级 传动比的计算及分配。 计算项目 计算及说明 计算结果 i 总 =440/i 总 =根据传动比范围，取带传动的传动比 i 带 =减速器传动比为 i=i 总 /i 带 =速级传动比为 （ i=（ 速级传动比为 i2=i/i=.4 动装置的运动、动力参数计算见表。 计算项目 计算及说明 计算结果 no=440r/n1=no/i 带 =1440/76 r/n2=n1/76/30.9 r/n3=n2/0 nw=440r/76 r/30.9 r/- 3 - 2 各轴功率 =2= 承 齿 =3= 承 齿 =W= 承 联 =1=2=3=W=550 (PO/9550 (440)N m= m 550 (P1/ 9550 (76) N m= m 550 (P2/ 9550 (N m= m 550 (P3/ 9550 (N m= m 550 (PW/ 9550 (N m= m m m m m m 二、传动件的设计计算 速器外传动件的设计 减速器外传动件只有带传动，故只需对带传动进行设计。带传动 的设计见下表。 计算项目 计算及说明 计算结果 A 表 8得工作情况系数 d=440r/图选择 A 型带 选择 带 根据表 8小带轮直径为 00大带轮的直径为 i 带 10050mm 00mm 50V 带 = 0 1000m/s=20 - 4 - 带根数 V 带根数可用下式计算： Z= ( 表 8 带所能传递的功率 .3 率增量 i) 由表 8得 10表 8得 P=101440（ 1表 8得 表 8L= 带的根数为 Z= 四根 Z=4 由表 8得 v 带质量 m=m,则初拉力为 00pd/ （ a） + =500 35/+0=Q=2z =2 4 =Q=（ 1）小带轮结构采用实心式，由表 8得电动机轴径 8，由表 8得 e=15 f=10 2 1轮毂宽 :L 带轮 =（ 2） 2） 282 56其最终宽度结合安装带轮的轴段确定 轮毂宽 :B 带轮 =（ z 1） e 2f=(4 1) 152 105 2）大带轮结构 采用孔板式结构，轮毂宽可与小带轮相同，轮毂宽可与轴的结 构设计同步进行 速器内传动的设计计算 高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算见表。 计算项目 计算及说明 计算结果 处理和公差等级 考虑到 带式运输机为一般机械，故大、小齿轮均选用 45 钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由表 8齿面硬度17 25562 3690 6 30 50 间。 选用 8级精度 45 钢 小齿轮调质处理 大齿轮正火处理 8 级精度 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为 2 d (u 1)/u ( / H) 1/3 (1)小齿轮传递转矩为 4380N 2)因 初步选载荷系数 初选 3)由表 8齿宽系数 d=4)由表 8得弹性系数 5)初选螺旋角 =12o,由图 9H=6)齿数比 u=- 5 - (7)初选 3，则 Z2=23= 01，则端面重合度为 a= 1/ 1/ 101)向重合度为 =d 23 图 8 =8)由图 11得螺旋角系数 9)许用接触应力可用下式计算 H= H 由图 8a 查得接触疲劳极限应力为 8090齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为 00 576 2 8 250 8=109 N1/109/108 由图 8表 8安全系数小齿轮的许用接触应力 3 01 H=580=580齿轮的许用接触应力 H=390=445 H=445算小齿轮的分度圆直径 2 d (u 1)/u ( / H) 1/3 2 54380/(1)/(45) 1/3 80 45 H=445(1)计算载荷系数 由表 8得使用系数 因 v= 0 1000= 576/60 1000m/s=s,由图 8V=由图 8得齿向载荷分配系数 表 8得齿间载荷分配系数 载荷系数为 K= =2)对 与 需对由 d1=K/1/3 1/33)确定模数 mn 3=表 8 4)计算传动尺寸 中心距为 1 2 = (23 101)2 整，取 60螺旋角为 =1 2(23 101)2160)=与初选值相差较大 ，故对与有关的参数进行修正，由图9H=端面重合度为 K=- 6 - a= 1/ 1/ 101)向重合度为 =d 23 图 8 =由图 11 2 d (u 1)/u ( / H) 1/3 2 54380/(1)/(45) 1/3确计算圆周速度为 V= 0 1000= 576/60 1000m/s=s, 由图 8V=K 值不变 3=表 8 高速级的中心距为 1 2 = (23 101)2 160mm 60螺旋角修正为 =1 2a= (23 101)2 160)=正完毕，故 23/ 101/ b= 6mm b1=b (5 10) 5 =6mm 5齿根弯曲疲劳强度条件为 F=2 F (1) K、 (2) 齿宽 b= 63) 齿形系数 S。当量齿数为 1/(3=23/(=2/(3=101/(=图 8图 8 4）由图 8 = 5）由图 11 = 6）许用弯曲应力 【 】 F=F 由图 8b 查得弯曲疲劳极限应力为 1570图 8得寿命系数 ,由表 8得安全系数 【 】 F=1 215/72 】 F=1 170/36 =2 54380/（ 66 足齿根弯曲疲劳强度 - 7 - 端面模数 mt=mn/2.5/顶高 ha* 根高 ( c*)1 齿高 h= 隙 c=顶圆直径为 22 22 根圆直径为 22 22 h=c=速级斜齿圆柱齿 轮的设计计算见表。 计算项目 计算及说明 计算结果 处理和公差等级 大、小齿轮均选用 45 钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由表 8齿面硬度 17 25562 36， 90. 6 3050 间。选用 8 级精度 45钢 小齿轮调质处理 大齿轮正火处理 8级精度 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为 2 d (u 1)/u ( / H) 1/3 (1)小齿轮传递转矩为 29810N 2)因 v 值未知， 初步选载荷系数 初选 3)由表 8齿宽系数 d=4)由表 8得弹性系数 5)初选螺旋角 =11o,由图 9H=6)齿数比 u=7)初选 5，则 Z4=25= 2，则端 面重合度为 a= 1/ 1/ 82)向重合度为 =d 23 图 8 =8)由图 11得螺旋角系数 9)许用接触应力可用下式计算 H= H 由图 8a 查得接触疲劳极限应力为 8090齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为 3 01 - 8 - 00 2 8 250 8=108 N3/108/107 由图 8得寿命系数 表 8安全系数 小齿轮的许用接触应力 H=580=齿 轮的许用接触应力 H=390=468 H=445算小齿轮的分度圆直径 2 d (u 1)/u ( / H) 1/3 2 54380/(1)/(45) 1/3 68 H=4683t (1)计算载荷系数 由表 8得使用系数 因 v= 0 1000= 60 1000)m/s=s,由图 8得动载荷系数 由图8 =表 8 =载荷系数为 K= =2) 确定模数 ,因 K 与 大，不 需对由 5=表 8 3)计算传动尺寸 中心距为 3 2 = (25 82)2 整，取 90螺旋角为 =3 2(25 82)2190)=与初选值相差较大，故对与有关的参数进行修正，由图9H=端面重合 度为 a= 1/ 1/ 82)向重合度为 =d 25 图 8得重合度系数 由图 11得螺旋角系数 2 d (u 1)/u ( / H) 1/3 2 229810/(1)/(68) 1/3 V= 60 1000） = 60 1000）m/s=s,由图 8V=K 值不变 5=表 8 中心距为 3 2 = (25 82)2 190=90- 9 - 则螺旋角修正为 =3 2a= (25 82)2 190)=正完毕，故 25/ 82/ b= 8mm b3=b (5 10) 05 =8mm 05齿根弯曲疲劳强度条件为 F=2 F (4) K、 (5) 齿宽 b= 86) 齿形系数 S。当量齿数为 3/(3=25/(=4/(3=82/(=图 8得 图 8得 4）由图 8得重合度系数 5）由图 11 = 6）许用弯曲应力 【 】 F=F 由图 8b 查得弯曲 疲劳极限应力为 1570图 8得寿命系数 ,由表 8得安全系数 【 】 F=1 215/72 】 F=1 170/36 =2 229810/（ 98 足齿根弯曲疲劳强度 端面模数 mt=mn/3.5/顶高 ha* 根高 ( c*)1 齿高 h= 隙 c=顶圆直径为 22 22 根圆直径为 22 22 h=c=、斜齿圆柱齿轮上作用力的计算 - 10 - 齿轮上作用力的计算为后续轴的设计和校核、键的选择和验算及轴承的选择和校核提供数据，其计算见表。 计算项目 计算及说明 计算结果 （ 1）已知条件 高速轴传递的转矩 4380N 速76r/速级齿轮的螺旋角 =齿轮左旋，大齿轮右旋 ，小齿轮分度圆直径 2)齿轮 1 的作用力 圆周力为 T1/ 54380/方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为 =方向为由力的作用点指向轮 1 的转动中心 轴向力为 方向可用左手法则确定，即用左手握住轮 1的轴 线，并使四 的方向顺着轮的转动方向，此时拇指的指向即为该力方向 法向力为 t1/ = = 3)齿轮 2 的作用力 从动齿轮 2 各个力与主动齿轮 1 上相应的力大小相等，作用方向相反 （ 1）已知条件 中间轴传递的转矩 29810N 速速级齿轮的螺旋角 =使齿轮 3 的轴向力与齿轮 2的轴向力互相抵消一部分，低速级的小齿轮右旋，大齿轮左旋，小齿轮分度圆直径 2)齿轮 3 的作用力 圆周力为 T2/ 229810/方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为 911。9N 其方向为由力的作用点指向轮 3 的转动中心 轴向力为 方向可用右手法则确定，即用右 手握住轮 1的轴线，并使四指的方向顺着轮的转动方向，此时拇指的指向即为该力方向 法向力为 t3/ =3)齿轮 4 的作用力 从动齿轮 4 各个力与主动齿轮 3 上相应的力大小相等，作用方向相反 911。 9 N 、轴的设计计算 间轴的设计计算 - 11 - 中间轴的设计计算 见下表 计算项目 计算及说明 中间轴传递的功率 速 轮分度圆直径 齿轮宽度6mm,05因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表 8用的材料 45 钢，调质处理 45 钢，调质处理 查表 9 c=106 135,考虑轴端不承受转矩，只承受少量的弯 矩，故取较小值 c=110,则 c(P2/ (（ 1） 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，按轴上零件的安装顺序，从 始设计 （ 2） 轴承的选择与轴段及轴段的设计 该轴段上安装轴承，其设计应与轴承的选择同步进行。考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承。轴段、上安装轴承， 其直径既应便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。 暂取轴承为 7207C,经过验算，轴承 7207C 的寿命不满足减速器的预期寿命要求，则改变直径系列，取 7210C 进行设计计算，由表 11轴承内径 d=50径 D=90度 B=20位轴肩直径 7径定位直径 3轴的力作用点与外圈大端面的距离 0常一根轴上的两个轴承取相同型号，则 0 3） 轴段和轴段的设计 轴段上安装齿轮 3，轴段上安装齿轮 2，为便于齿轮的安装， 初定 d2=2 齿轮 2 轮毂宽度范围为（ 78其轮毂宽度与齿轮宽度 6等，左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定。由于齿轮 3 的直径比较小，采用实心式，取其轮毂宽度与齿轮宽度 05右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴端和轴端的长度应比相应齿轮的轮毂略短，故 024=644)轴端 该段为中间轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范 围为（ 其高度为 h=5 2轮 3 左端面与箱体内壁距离与高速轴齿轮右端面距箱体内壁距离均取为 1=10轮 2 与齿轮 3 的距离初定为3=10箱体内壁之间的距离为 1 3 (b12=(2 10 10 105 (75 66)/2)3=箱体内壁距离为 的右端面与箱体内壁的距离 0mm 0mm d2=22=1024=64mm 2X=2063=- 12 - 2= 1（ 10 (75 66)/2轴段的长度为 3=5)轴段及轴段的长度 该减速器齿轮的圆周速度小于2m/s,故轴承采用脂润滑，需要用挡油环阻止箱体内润滑油渐入轴承座，轴承内端面距箱体内壁的距离取为 =12间轴上两个齿轮的固定均由挡油环完成，则轴段的长度为 1 320 12 10 3)5段的长度为 2 220 12 2) 6）轴上力作用点的间距 轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距离 由图 4得轴的支点及受力点距离为 1 345 105/2 3)3 (2=(66 105)/2=96mm 5 366/2 2)1=455=6mm 齿轮与轴间采用 A 型普通平键连接，查表 8键的型号分别为键 16 1001096键 16 631096（ 1）画轴的受力简图 轴的受力简图 如图 4示 （ 2）计算支撑反力 在水平面上为 /( (96 /( 96 =2H= 中负号表示与图中所画力的方向相反 在垂直平面上为 ( =(96 ( 962V= 承 1 的总支撑反力为 承 2 的总支撑反力为 3)画弯矩图 弯矩图如图 4d和 在水平面上， 面图左侧为 1mm 面图右侧为 M =N mm 面图右侧为 M 29466N M =N 垂直平面上为 1V=2V=1=2=- 13 - 12成弯矩，在 面左侧为 mm 面右侧为 M a= M 2 mm 面左侧为 mm 面右侧为 M b= M 2 4)画转矩图 转矩图如图 429810 N a= a=b= b=2=229810 N 虽然 面右侧除作用有弯矩外还作用有转矩，故 面两侧均有可能为危险剖面，故分别计算 a- W= 2 bt(t)2/2 523/3216 6(52 6)2 /2 52扭截面系数为 6 bt(t)2/2 523/1616 6(526)2/2 52面左侧弯曲应力为 b=面右侧弯曲应力为 b=M a/W=剪应力为 =T=229810/弯矩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 =当量应力为 e= b 2 4( )2= 4 ( e b,故 面右侧为危险截面 由表 85钢调质处理抗拉强度极 限 B=650表8得轴的许用弯曲 应力【 =60 e 强度满足要求 轴的强度满足要求 齿轮 2 处键 连接的挤压应力为 p=4T2/ 229810/52 10 (63 16)键、轴及齿轮的材料都为钢，由表 8得【】 p=125150 p【】 p,强度足够 齿轮 3 处的键长于齿轮 2 处的键，故其强度要求也足够 键连接的强度要求也足够 轴承寿命 （ 1 ） 计 算 轴 承 的 轴 向 力 由表 117210C=42800N,得 7210C 轴承内部轴向力计算公式，则轴承 1、 2的内部轴向力分别为 2=- 14 - 外部轴向力 A=轴向力方向如图 4示 A=两轴承的轴向力分别为 1=1 A= 只需校核轴承 1的寿命 （ 2 ） 计 算 轴 承 1 的 当 量 动 载 荷 由 2000=查得 11 e= e,故 X=1， Y=0，则当量动载荷为 P= 0 3)校核轴 承寿命 轴承在 100下工作，查表 8得 8载荷系数 承 1 的寿命为 106/(603=106/(60 1 42800/(3h=38195h 减速器预期寿命为 L h=2 8 250 8h=32000h L h,故轴承寿命足够 轴承寿命满足要求 速轴的设计计算 高速轴的设计计算见下表 计算项目 计算及说明 高速轴传递的功 率 速 76r/齿轮分度圆 直径 齿轮宽度 5因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表 8用的材料 45 钢，调质处理 45 钢，调质处理 查表 9c=106 135,考虑轴端 即承受转矩，又承受 弯矩，故取较小值 c=120,则 c(P1/ (76)1/3与带轮连接，有一个键槽，轴径应增大 3% 5%，轴端 最细处直径为 ( 3mm 3轴的结构构想如 图 41)轴承部件的结构设计 为方便轴承部件的装拆，减速器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， 按轴上零件的安装顺序，从 轴的最细处开始设计 （ 2）轴段 轴段 上安装带轮 ， 此段轴的设计应与带轮轮毂轴孔的设计 同步进行。 根据第三步初算的结果， 考虑 到如该段轴径取得太小，轴承的寿命可能 满足不了减速器预期寿命的要求，初定 轴段 的轴径 0轮轮毂的宽度为（ 30560合带轮结构 L 带轮 =42 56带轮轮毂的宽度 L 带轮 =50段0- 15 - 的长度略小于毂孔宽度，取 83)密封圈与轴段 在确定轴段的轴径时，应考虑带轮的轴向固定及密封圈的尺寸。带轮用轴肩定位，轴肩高度h=(0.1) 30轴径 d2=2 (3)36最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度小于 3m/s,可选用毡圈油封，查表 85 54)轴承与轴段及轴段 考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承。轴段 上安装轴承， 其直径 应符合轴承内径系列。暂取轴承为 7208C,经过验算， 由表 11轴承内径d=40径 D=80度 B=18内圈 定位轴肩直径7圈 定位直径 3轴上 力作用点与外圈大端面的距离 7 轴段的直径 0承采用脂 润滑，需要用挡油环阻止箱体内润滑油溅入轴承座。为补偿箱体的铸造误差和安装挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离取，挡油环的挡油凸缘内侧面凸出箱体内壁 12油环轴孔宽度初定为 5 1815)07=B 8 15=335)齿轮与轴段 该段上安装齿轮，为便于齿轮的安装，初定 2由表 8该处的键的截面尺寸为 b h=128毂键槽深度 为 该处齿轮上齿根圆与毂孔键槽顶部的距离为 e= ) 轴设计成齿轮轴，则有 L5=5 (6)轴段和轴段的设计 该轴段直径可取略大于轴承定位轴肩的直径，则 d4=8轮右端距箱体内壁距离为1，则轴段的长度 1 12 10 15)长度为 X 1 206 12 10 7515)187)轴段的长度 该轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座的宽度为 L= (5 8)表 4知，下箱座壁厚= 3190 3).7