二级圆柱齿轮减速器设计书

减速器设计说明书 09044222 盖轶静 1 机械设计课程设计 计算说明书 设计题目 二 级圆柱齿轮减速器 建工 学院 某某某某 班 设计者 某某 指导教师 某 2011年 7 月 5 日 某大学 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 2 计算及说明 结果 目录 设计任务书 3 传动方案的拟订 3 电动机的选择与计算 4 传动装置的运动及动力参数的选择和计算 5 V 带的设计 7 减速器内传动零件的计 9 轴的设计及校核 14 选择联轴器 22 轴承的校核 23 键连接的强度校核 29 润滑方式，润滑剂及密封装置的选择 31 箱体设计 32 设计小节及心得体会 35 参考文献 35 1 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 3 一、 设计任务书 1、 设计任务 题目：设计用于 带式运输机 的 展开式二 级圆柱齿轮减速器 2、 原始数据 （ 1） 题目编号： 齿 ) （ 2） 运输机工作 轴 转矩： 850 （ 3） 运输带工作速度 ： （ 4） 卷筒直径： 70 3、 工作条件：连续单向运转，工作时有轻微 振 动，使用期限为 10 年，小批量 生产 ，单 班制工作，输 送 机工作转速允许误差 5%。 二、 传动系统方案的拟订 螺旋输送机传动系统方案如下图所示： 工作原理：由电动机 1将动力 通过 传至减速器 3，再由联轴 4器传到 卷筒 5，从而带动 运输带 6工作。 零件选择： 此方案采用二级闭式齿轮传动，更能适应在繁重及恶劣的条件下长期工作，且使用维护方便。展开式二级圆柱齿轮减速器结构简单，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形将能减缓轴在弯矩作用下产生弯 曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀的现象。 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 4 三、 电动机的选择与计算 1、电动机功率 选择 封闭自扇冷式笼型 三相异步电动机 ，电压 380V 2、 电动机容量 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 1 . 2 5 6 4 . 5 5 5 / m i 8 5 0 6 4 . 5 2 5 . 7 4 69 5 5 0 9 5 5 0nP k W 5423421 其中，1为 为轴承效率，3为齿轮效率，4为联轴器效率， 5 为卷筒效率 由机械设计课程设计 ,表 21 =2 =3 =4 =5 以， 5423421 = . 7 4 6 6 . 9 6 50 . 8 2 5k W 因为 工作时有轻微振动，因此，电动机额定功率应大于其所需功率。即：由表 17 取 电动机功率： 3、确定电动机转速 V 带传动比范围为 4，二级 圆柱齿轮 减速器 40， 则 总传动比 1601621 故， 电动机转速可选范围为： ( 1 6 1 6 0 ) 6 4 . 5 5 5 1 0 3 2 . 8 8 1 0 3 2 8 . 8 / m i i n r 符合 这一同步 范围的有 3000 1500 动机 ，将两方案进行比较。 方 案 电动机 型号 额定功率/电机转速 /( / 电动机质量 传动比 同步转速 满载转速 1 000 2920 70 500 1440 81 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 5 方案 1重量轻，价格便宜，但总传动比大，传动装置外廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑，故不可取。相比较下方案 2结构较紧凑， 质量比 1相差不大。 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格，应选方案 2。即选定电动机 动机的安装及外形尺寸：A=216,B=178,C=89,D=38,E=80,F=10,G=33,H=132,K=12,80,70,10,15,38,L=515 四、 传动装置的运动及动力参数的选择和计算 一） 传动装置的传动比的确定和分配 1、确定总传动比 1440 2 2 . 36 4 . 5 2ma n 2、分配传动装置各级传动比 由表 2 V 带 传 动传 动 比 30 i ， 则 减 速 器 传 动比 为02 2 . 3 2 7 . 4 33i 取高速级的传动比为 1 1 . 4 1 . 4 7 . 4 4 3 . 2 3 则低速级传动比为 2 17 . 4 4 2 . 3 13 . 2 2 7ii i 二） 计算传动装置运动和动力参数 （ 1）输入功率、转速与输入转矩 0 轴（电机轴）：0 6 . 9 6 5 k W4400 m 0006 . 9 6 59 5 5 0 9 5 5 0 4 6 . 1 91440 1 轴（高速轴）：1 0 0 1 0 1 6 . 9 6 1 0 . 9 6 6 . 6 8 6 4P P P k W 80314400101 1116 . 6 8 6 49 5 5 0 9 5 5 0 1 3 3 . 0 3480 4 型电动机 1 3. 3i 2 0 kW4400 0 4 6 T N m1 kW801 1 1 3 3 T N m减速器设计说明书 09044222 盖轶静 6 2 轴（中间轴）：2 1 1 2 1 2 3 6 . 6 8 0 . 9 9 0 . 9 7 6 . 4 2P P P k W 1212480 1 4 8 . 6 / m i 2 3 2226 . 4 29 5 5 0 9 5 5 0 4 1 2 . 5 91 4 8 . 6 3 轴（低速轴）：3 2 2 3 2 2 3 6 . 4 2 0 . 9 9 0 . 9 7 6 . 1 6 5P P P k W 23231 4 8 . 6 6 4 . 6 / m i 3 3336 . 1 6 59 5 5 0 9 5 5 0 9 1 1 . 3 96 4 . 6 4 轴（卷筒轴）：4 3 3 4 3 2 4 6 . 1 6 5 0 . 9 9 0 . 9 9 6 . 0 4P P P k W 34346 4 . 6 6 4 . 6 / m i 4446 . 0 49 5 5 0 9 5 5 0 8 9 2 . 9 16 4 . 6 （ 2）输出功率和输出转矩 1 轴（ 高速 轴） 1111 0 . 9 9 6 . 6 8 6 4 0 . 9 9 6 . 6 2 0 . 9 9 1 3 3 . 0 3 0 . 9 9 1 3 1 . 7P P k N m 2 轴（ 中间 轴） 2222 0 . 9 9 6 . 4 2 0 . 9 9 6 . 3 5 6 0 . 9 9 4 1 2 . 5 9 0 . 9 9 4 0 8 . 4 6P P k N m 3 轴（ 低速 轴） 3333 0 . 9 9 6 . 1 6 5 0 . 9 9 6 . 1 0 . 9 9 9 1 1 . 3 9 0 . 9 9 9 0 2 . 2 8P P k N m 4 轴（卷筒轴） 4444 0 . 9 9 6 . 0 4 0 . 9 9 5 . 9 8 0 . 9 9 8 9 2 . 9 1 0 . 9 9 8 8 3 . 9 8P P k N m 所以，上述运动及动力参数汇总如下 2 1 4 8 . 6 0 / m i 4 1 2 T N m3 6 4 / m i 9 1 1 T N m 4 6 4 / m i 8 9 2 T N m11 6 1 3 1 m22 6 6 4 0 8 P m33 6 9 0 2 P m44 5 8 8 3 P m减速器设计说明书 09044222 盖轶静 7 轴名 功率 转矩 )( 转速 i 效率 输入 输出 输入 输出 0 440 3 80 五、 1、传递功率 ： 小轮转速 4401 查表 8 计算功率 1 . 2 7 . 5 9c a P k W 2、选择带型： 根据计算功率及小带轮转速，由图 8 型 3、确定带轮基准直径： 由表 8 8主动轮直径 1 125dd 式（ 8：12121440 1 2 5 3 7 5480d m 由表 8直径系列值 ，2 375dd 、验算带速 ： 11 9 . 4 2 /6 0 1 0 0 0m s 带速在 5 25 /范围内，所以 带速合适 5、确定中心距 a 和带的基准长度 由式（ 8 )(2)(即：03 5 0 1 0 0 0a因此， 初定中心距 500 由式 8计算带长得 9 12125375 5, 25 /v m 500 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 8 2210 0 1 202()2 ( )243 . 1 4 ( 3 7 5 1 2 5 )2 4 5 0 (1 2 5 3 7 5 )2 4 4 5 01720d a d 由表 8得 1800dL 算实际中心距00 1 8 0 0 1 7 2 04 5 0 4 9 022a m m 元整，取 490a 验算m i n 0 . 0 1 5 4 9 0 0 . 0 1 5 1 8 0 0 4 6 3da a L m m m a x 0 . 0 3 4 9 0 0 . 0 3 1 8 0 0 5 4 4da a L m m 所以 490a 满足要求 6、验算小带轮包角 1 ： 211 1 8 0 5 7 . 33 1 5 1 2 01 8 0 5 7 . 3 1 5 1 . 9 1 2 0490 包角合适 7、确定带的根数 ： 由表 8查得：0 表 8查得： 由表 8查得： 由表 8查得： 19 4 . 5 4( ) (1 . 9 2 0 . 1 7 ) 0 . 9 2 4 1 . 0 1 P K K 取根数为 5根 8、确定初拉力 0F ： 202( 2 . 5 )500( 2 . 5 0 . 9 2 4 ) 9 5 0 0 0 . 1 7 . 5 4 1 7 1 . 8 70 . 9 2 4 5 9 . 4 2q vK z 9、计算轴压力 ： 1800dL 490a 1 1 5 1 . 9 1 2 0 Z=5 0 1 7 1 6 6 7 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 9 10 1 5 1 . 92 s i n 2 5 1 6 7 . 5 4 . 5 4 s i n 1 6 6 7 . 2 422QF z F N 六、 减速器内传动零件的设计计算 （一）、高速级圆柱齿轮传动设计 1、选择材料及确定许用应力 小齿轮： 20碳淬火， 62561 601 大齿轮： 45 钢，表面淬火， 48432 452 则 380602323 11 95451150011500 22 11 22 2、齿面接触疲劳强度设计 设计准则：硬齿面应按齿根弯曲疲劳强度设计，校核齿面接触疲劳强度。 （ 1）选择齿数： 取 231 z ，则 取752 z （ 2）小齿轮传递的转矩 1T 6 6 51116 . 6 29 5 5 0 1 0 9 5 5 0 1 0 1 . 3 0 3 1 0480 m （ 3）选择齿宽系数 d 对于非对称布置硬齿面，取 d = 4）确定载荷系数 K 取 K = 5）初选螺旋角 取 10 （ 6）确定模数 小齿轮： 20碳淬火 大齿轮： 45 钢，表面淬火 380 1 95 2 48 1 2 231 z 752 z 51 1 . 3 0 3 1 0T N m m 5.2m 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 10 3 11 1 24322 取2 71齿型系数由表 9得： F相同，故取 6 c o s1 . 6 1 . 4 1 . 3 1 5 1 0 2 . 6 7 0 . 9 8 5 2 . 2 00 . 5 2 3 2 7 2 . 5 故取 5.2m （ 7）齿轮几何尺寸计算： 确定中心距： 523( 21 圆整为 25 9 8 (c o s 21 a 螺旋角 42co s 分度圆直径 1 2 齿顶圆直径 a a 齿根圆直径 f f 齿宽 d 5521 241 712 25 1 1 2 8 3 6 a a f f 02 51 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 11 （ 8）齿面接触疲劳强度校核 (6101252211(6102252212强度满足要求 (9)齿轮精度 1 由表 9 级精度 （二 ） 、 低 速级 圆柱齿 轮传动 设计 1、 选择材料及确定许用应力 小齿轮： 20渗碳淬火， 62563 取 603 大齿轮： 45 钢， 表面淬火， 48434 取 454 则 380602323 33 95451150011500 44 33 44 2、 齿面 接触疲劳强度设计 设计准则：硬齿面应按齿根弯曲 疲劳强度设计，校核齿面接触疲劳强度。 （ 1） 选择 齿数 ： 取 273 z ，则 取622 z （ 2） 小齿轮传递的转矩 2T 1 2 强度满足要求 8 级精度 小齿轮： 20碳淬火 大齿轮： 45 钢，表面淬火 380 3 95 4 48 3 4 273 z 622 z 52 09044222 盖轶静 12 562262 3）选择齿宽系数d对于非对称布置硬齿面，取d= 4）确定载荷系数 K 取 K = 5）初选螺旋角 取 15 （ 6）确定模数 309 6 o s 33 33 344 694 齿型系数由表 9得： 3 Y 因为 F 相同，故取 Y 322故取 3m （ 7）齿轮几何尺寸计算 ： 确定中心距： 2 3)6227( 43 圆整为 40 (3 a 螺旋角 45co s 分度圆直径 733 3m 40 1 7 2 6 4 4 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 13 234 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿宽 ，取为54 0543 （ 8）齿面接触疲劳强度校核 (6103252423(6104252424强度满足要求 （ 9） 齿轮精 度 0 060 0 060 23 由表 9 级精度 （三）验算工作速度误差 %5% a a f f 54 03 3 4 强度满足要求 8 级精度 %5% v 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 14 七 、 轴的 设计 及校核 （一）高速轴设计 1、选择轴的材料： 选用 20碳淬火 由表 1150由表 115 1 2、轴的初步计算 确定 查表 11A=11297，因为为减速器的高速轴，所以 初选 A=110 初步计算轴的直径： 311考虑键槽对轴强度削弱的影响，应将直径加大 3%， 故 31( 圆整为 01 3、轴的结构设计 （ 1）确定各轴段的直径 及轴向长度 将各段轴径依次取为 305050轮轴轴径 ) ， 450将 各 段 轴 向 长 度 依 次 取 为5002851图所示 初定轴承： 7208C，正向成对安装 （ 3,7 段） （ 2）轴上零件的周向固定 与电机轴相连 处采用 键的尺寸 ：为宽度 长度 =8 7 45 4、按弯扭合成强度计算 （ 1）画出轴的结构简图，确定轴上的作用力 01 1 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 15 主 动轮上的转矩为 T=m 作用在齿轮上的圆周力 径向力 轴向力 别为 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 16 （ 2）作水平面内的弯矩图 支承反力： 截面 C 处的弯矩： 799 （ 3）作垂直面内的弯矩图 支承反力： 51)1432 2 1 0 2 9)1432 2 11 截 面的弯矩： 左侧 . 4 5 3 右 （ 4）作合成弯矩 M 图 截面 C 左侧的合成弯矩： 22 左21 截面 C 右侧的合成弯矩： 22 右22 （ 5）作转 矩 T=m （ 6）作当量弯矩 , 因单向传动，转矩可认为按脉动循环变化，所以应力校正系数取 危险截面 A B C 51029 C 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 17 (22222 （ 7）校核危险截面轴径 31在结构设计草图中，此处轴径为 65强度足够。 （二）中间轴 设计 1、选择轴的材料： 选用 20碳淬火 由表 1150由表 115 1 2、轴的初步计算 确定 查表 11A=11297，初选 A=105 初步计算轴的直径： 48 322 考虑键槽对轴强度削弱的影响，应将直径加大 3%， 故 31( 圆整为 01 3、轴的结构设计 （ 1）确定各轴段的直径及轴向长度 将各段轴径依次取为 450齿轮轴轴径 ),6005将各段轴向长度依次取为36596如图所示 初定轴承： 7209C，正向成对安装 （ 1,5 段） （ 2）轴上零件的周向固定 齿轮 处采用 A 型普通圆头平键联接， 键的尺寸： 2段 为宽度 长度 =14 9 50 C 01 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 18 4段 为宽度 长度 =14 9 45 4、按弯扭合成强度计算 （ 1）画出轴的结构简图，确定轴上的作用力 齿 轮上的转矩为 T=m 作用在齿轮 1 上的圆周力1向力1向力1 作用在齿轮 2 上的圆周力 2径向力 2轴向力 2别为 （ 2）作水平面内的弯矩图 支承反力： 21 截面 C 处的弯矩： 面 D 处的弯矩： 645D （ 3）作垂直面内的弯矩图 支承反力 : 2452) 312221 r r A B C 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 19 2)312221截面 C 的弯矩： 左侧 6 . 4 5 . 52 6 6 24 7 . 5R 右侧 22312右截面 D 的弯矩： 左侧 2(322311 右（ 4）作合成弯矩 M 图 截 面 C 左侧的合成弯矩： 349 . 14 4373 . 3 222 左21 截面 C 右侧的合成弯矩： 22 右22 截面 D 左侧的合成弯矩： 22 左21 截面 D 右侧的合成弯矩： 5276 . 3 222 右22 （ 5）作转矩 T=m （ 6）作当量弯矩 , 因单向传动，转矩可认为按脉动循环变化，所以应力校正系数取 危险截面 C D 01 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 20 (22222 危险截面 (22221 （ 7）校核危险截面轴径 31在结构设计草图中，此处轴径为 50强度足够。 31在结构设计草图中，此处轴径为 50强度足够。 （三）低速轴设计 1、选择轴的材料： 选用 20碳淬火 由表 1150 由表 115 1 2、轴的初步计算 确定 查表 11A=11297，因为为减速器的低速轴，初选 A=97 初步计算轴的直径： 333 考虑键槽对轴强度削弱的影响，应将直径加大 3%， 故 31( 圆整为 01 3、轴的结构设计 （ 1）确 定各轴段的直径及轴向长度 将各段轴径依次取为 50555050各段轴向长度依次 取为370051210图所示 A B C 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 21 初定轴承： 7210C，正向成对安装 （ 1,5 段） （ 2）轴上零件的周向固定 联轴器处采用 键的尺寸：为宽度 长度 =12 8 100 齿轮处采用 A 型普通圆 头平键联接， 键的尺寸：为宽度 长度 =16 10 56 4、按弯扭合成强度计算 （ 1）画出轴的结构简图，确定轴上的作用力 主动轮上的转矩为 T=m 作用在齿轮上的圆周力 径向力 轴向力 别为 （ 2）作水平面内的弯矩图 支承反力： 截面 C 处的弯矩： 3）作垂直面内的弯矩图 支承反力： 2 4 2 4 C 联轴器 r r 200 Y=F r NF r 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 22 截面的弯矩： 左侧 6 5 . 5- 1 6 4 . 75 2 . 5R 右 侧 3 右 （ 4）作合成弯矩 M 图 截面 C 左侧的合成弯矩： 22 左21 截面 C 右侧的合成弯矩： 05 222 右22 （ 5）作转矩 T=m （ 6）作当量弯矩 , 因单向传动，转矩可认为按脉动循环变化，所以应力校正系数取 危险截面 (22222 （ 7）校核危险截面轴径 31在结构设计草图中，此处轴径为 60强度足够。 八、选择联轴器 （一）选联轴器类型 运输机的安装精度一般不高，易用挠性联轴器，输出端转速低，动载荷小，转矩较大，故应选用结构简单、制造容易、具有微量补偿两轴线偏移和缓冲吸振能力弹性柱销联轴器。其优点是装拆方便，不需润滑，有较好的耐磨性，可补偿两轴相对位 移和缓和冲击。 （ 二 ）输出轴端联轴器选择 1、 转矩 T=m 由表 13=算转矩 1 . 3 9 1 1 . 3 9 1 1 8 5 . 9 9 T N m 2、 选择型号 由计算转矩及低速轴伸出端轴头的最小直径为 d=40 表13F S 5000 27307 r r 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 23 型 号 公称转矩 N m 许用转速 r/孔直径 d(孔长度 L 250 2800 40 112 九 、 轴承的校核 （一）高速轴 1、滚动轴承的选择 7208 轴承采用正装 2、验算滚动轴承寿命 （ 1）确定 表 11207承 基本额定动载荷 r 基本额定静载荷 r 200 （ 2）计算确定 2e 线性插值法确定 e 值 e Y= 3）计算内部轴向力 已知 A B 51 029 则 2221 2222 2 3 42 11 Y=F r NF r 2931 5292 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 24 3 0 42 22 （ 4）计算轴承所受的轴向载荷 因为12 此时整个轴有向左 移动的趋势，所以轴承 1 被“压紧”，而轴承 2被“放松” 1 a （ 5）计算当量动载荷 承 1： 3 4 5 211查表 121 1111 轴承 2： 20,1 22 2222 12 ，轴承 2比轴承 1 危险 （ 6）验算轴承寿命 因为轴承 2比轴承 1危险 ,所以在此只校核轴承 1,若其寿命满足工作要求 ,则高速轴所选轴承合适 . 1） 选择温度系数 载荷系数命指数 认为轴承的工作温度 t 120 , 所以 0.1工作时有轻微冲击 ，取 0.13 2）预期寿命 单 班制工作，使用期限为 10年 ， 5000 25019 r 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 25 3）计算轴承 1 寿命 27307)8016667)(16667 3 所以所选轴承满足寿命要求。 （二）中间轴 1、滚动轴承的选择 7209 轴承采用正装 2、验算滚动轴承寿命 （ 1）确定 表 11209基本额定动载荷 r 基本额定静载荷 r （ 2）计算确定 2e 线性插值法确定 e 值 e Y= 3）计算内部轴向力 已知 A B 662 03 则 2221 2222 2 9 9 82 11 r 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 26 2 （ 4）计算轴 承所受的轴向载荷 因为12 3709)15292180( 此时整个轴有向右 移动的趋势，所以轴承 2 被“压紧”，而轴承 1被“放松” 709)15292180(21 a 152922 （ 5）计算当量动载荷 承 1： 4 4 9 83 7 0 911查表 120,1 11 1111 轴承 2： 20,1 22 2222 12 ，轴承 1危险 （ 6）验算轴承寿命 因为轴承 1比轴承 2危险 ,所以在此只校核轴承 1,若其寿命满足工作要求 ,则高速轴所选轴承合适 . 1）选择温度系数 载荷系数 寿命指数 认为轴承的工作温度 t 120 , 所以 0.1工作时有轻微冲击，取 0.1对于球轴承， 3 2）预期寿命 L 30338 减速器设计说明书 09044222 盖轶静 27 单班制工作，使用期限为 10 年， 50003）计算轴承 1寿命 250 1 9) 01( 7)(166 6 7 3 所以所选轴承满足寿命要求。 （三）低速轴 1、滚动轴承的选择 7210 轴承采用正装 2、验算滚动轴承寿命 （ 1）确定 表 11210基本额定动载荷 r 8.42