资源描述
I 摘 要 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是： 1、瞬时传动比恒定、工作为平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间运动和动力； 2、适用的功率和速度范围广； 3、传动效率高， = 4、工作为可靠、使用寿命长； 5、外轮廓尺寸小、结构运送。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机 和工作为机或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作为用，在现代机械中应用极为广泛。 6、国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率 过代的问题。另外，材料品质和工世水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于依靠地位，特别在材料和制造工世方面占据优势，减速器工作为可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来，由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率 大大提高，从而失去了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。 在 21 世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。 床和工世技术的发展，失去了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。 关键字 ：减速器 轴承 齿轮 机械传动 s to is a of to a in to to in a to of of to an = is is to,a or of,to a of is in to to or to a on s is t of be in to a in it to a to to to as t a to is to to of is of to in a of an to a to of of a a 1 is a to a a to to to to to in to to to of to to a to in to to a of is in a of 、 、 1 目录 摘 要 . 设计目的 . 传动方案的拟定 . 传动方案的分析 . 3 2 传动方案的拟定 . 3 三 电动机的选择及传动比的确定 . 电动机类型和结构型式的选择： . 5 2 确定电动机的功率： . 5 3 确定电动机转速： . 5 4 确定电动机型号 . 6 四 运动参数及动力参数计算 . 计算各轴转速（ R/. 7 2 计算各轴的功率（ . 7 3 计算各轴转矩 . 7 五 传动零件 的设计计算 . 皮带轮传动的设计计算 . 8 2 齿轮传动的设计计算 . 9 六 轴的设计计算 . 12 1 从动轴的设计 . 12 2 主动轴设计 . 16 七 键联接的选择及校核计算 . 21 1根据轴径的尺寸选择键 . 21 2键的强度校核 . 21 八 轴承寿命的校核 . 22 1 校核 46208 轴承 . 22 2 校核 46211 轴承 . 22 九 减速器箱体、箱盖及附件的设计计算 . 23 十 润滑与密封 . 24 1 齿轮的润滑 . 24 4 密封方法的选取 . 24 十一 减速器装配图如下 . 25 致 谢 . 26 参考文献 . 27 2 一 设 计目的 1、 通过本次设计，综合运用机械设计 基础 及其它有关先修课程的理论和实际知识，使所学的知识进一步巩固、深化、发展。 2、 本次设计是高等工科学校学生第一次进行比较完整的机械产品设计， 通过此次设计培养学生正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机械设计的基本方法和步骤。 3、 使学生能熟练的应用有关参考资料、图册和手册，并熟悉有关国家标准和其它标准，以完成一个工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基本训练。 3 二 传动方案的拟定 1 传动方案的分析 机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影 响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足 工作装置的功能外，还要 结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的 机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。 减速器的箱体采用水平剖分式结构，用 铸铁铸造而成。 2 传动方案 的 拟定 （ 1） 工作条件：使用年限 10 年，每年按 300 天计算， 单 班制工作，载荷平稳。 （ 2） 原始数据： 输送带拉力 F=3筒带速 V=s 滚筒直径 D=280运动简图 如下 1：电动机 2：带传动 3：单级圆柱齿轮减速器 4：齿轮 5：联轴器 6：滚筒 7：带式输送机 4 5 三 电动机的选择 及传动比的确定 1 电动机类型和结构型式的选择： 2 确定电动机的功率： （ 1）传动装置的总效率： （ 2）电动机 所需的工作功率： 3 确定电动机转速： 按已知的工作要求和条件，选用 Y 系列三相异步电动机。 由传动图可以看出总计需要 轴承 两对 齿轮 一对 联轴器 一个 带传动 一副 滚筒 一个 由 参考文献 1 2 轴承 = 齿轮 = 滚筒 = 联轴器 = 总 = 轴承 2 齿轮 滚筒 联轴器 =d= 总 =31. 6/=滚筒轴的工作转速： 01000V/D =6010001. 6/2 80 =用 Y 系列三相异步电动机 总 =d =6542180r/6 4 确定电动机型号 5 总传动比： 6 分配各级传动比 根据 参考资料 【 1】 2 i 带 =24，单级圆柱齿轮传动比范围 i 齿 =35，则合理总传动比 i 总 的范围为 i=620，故电动机转速的可选范围为 nd=i 620） 542180r/ 参考资料 【 1】 2择 Y 系列三相异步电动机得出以下三种符合条件的电动机 由以上 电机对比及从经济上考虑，选择 电动机 其主要参数如下 额定功率： 载转速： 1440r/定转矩： 传动比 i 总 i 总 =n 电 /n 筒 =1440/ 1） 取 i 带 =3 其符合 V 带传动一般传动比范围 （ 2） i 总 =i 齿 i 带 故 i 齿 =i 总 /i 带 = i 齿 = 其主要参数如下 额定功率： 载转速：1440r/定转矩： 2.2 i 总 = i 带 =3 i 齿 =机型号 额定功率 满载转速 起动转矩 440 16070 16020 7 四 运动参数及动力参数计算 设电动机轴为 0 轴 减速器高速轴为 轴 减速器低速轴为轴 1计 算 各轴转速（ r/ 2计算各轴的功率（ 3、计算各轴转矩 440r/n =n0/i 带 =1440/3=480r/n =n /i 齿 =0=I= 带 带 =I 轴承 齿轮 =0=9550 440 =m 80 =m m 440r/n=480r/n=0=I=0=m m m 8 五 传动零件的设计计算 1 皮带轮传动的设计计算 （ 1） 确定 普通 （ 2） 确定带 轮基准直径，并验算带速 （ 3） 确定大带轮的基准直径 （ 4） 确定带长和中心距 初定中心距00带基准长度 (5) 验算小带轮包角 由 参考资料 2 9： 0=Pd=据 440r/由 参考资料 2 9： 选用 带 25 参考资料 2 9 25速 V： V=d 01 000 = 12514 40/601000 =s 在 525m/s 范围内，带速合适。 通常带传动的滑动系数 =取 =i 带 =3 100 （ 375参考资料 2 9标准值 00(d d1+2+( 600+( 125+400) /2+(400 600 =根据 参考资料 2 9准值 240确定中心距 aa 0+(2 =600+(2 =692 1=180 (d a =180 ( 400692 = 选用 25速合适 00a=692 1=120，故小带轮符合设计要求。 9 6） 确定带的根数 。 7）单根 (8) 作用在轴上的力 2齿轮传动的设计计算 （ 1）选择齿轮材料与 热处理： (2) 按齿面接触疲劳强度设计 许用接触力 H 齿宽系数 d 据 参考资料 2 9 i1 时单根 V 带的额定功率增量 i 带 查 参考资料 2 9 参考资料 2 9 查 参考资料 2 9 = ( K L =( = Z=4根 查参考资料 2 9 q=m 则 00(a)V)+500 （ （ 4 +m 1/2) =2 4 1/2) =设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。 查阅 参考资料 2 11用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为 45 钢，调质，齿面硬度 230 大齿轮材料也为 45 钢，正火处理，硬度为 200 精度等级： 查阅 参考资料 2 11输机是一般机器，速度不高，故选 8级精度。 1= 120，故小带轮符合设计要求。 按中等质量查参考资料 2 11 H=520级齿轮减速器中齿轮相对轴承呈对称布置，由于是软齿面的闭式齿轮传动，查参考资料 2 11取 Z=4 根 m 齿轮材料为 45钢，调质，齿面硬度230 大齿轮材料也为 45钢，正火处理，硬度为200 8级精度 H=52010 材料弹性系数 荷系数K 按齿面接触强度疲劳强度设计 选择齿轮齿数、模数 计算主要几何尺寸 (3) 校核齿根弯曲疲劳强度 计算 齿根 弯曲许用应力 d=参考资料 2 11料弹性系 数 参考资料 2 11 K=1.5 u=i 齿 =算小轮直径 d1 3 212E /)1( 3. 52Z d= 3 22 ( =小齿轮齿数 4 则 大齿轮齿数 z2=4 标准值 06 齿轮模数 m=d1/4=考资料 2 11标准模数 m=4度圆 d1= 24=96mm d2= 106=424心距 a=m(z1+2=4 (24+106)/2=260宽 b= 106=106 06mm b1=5 10) 取 14中等质量查参考资料 表 11 310 290参考资料 2204 表 11 21112 F =24410 6 = Y d=E=1.5 4 06 m=4mm 6mm 24mm a=260mm 06mm 14310290 验算齿根弯曲应力 (4) 计算齿轮的圆周速度 V 计算圆周速度 = 故满足齿根弯曲强度要求，设计合理 V=100060n 11 d=100060 96480 =s 因为 V 6m/s，故取 8级精度合适 由上可得，齿轮设计合理。 确定有关参数如下： 传动比 i 齿 =齿轮齿数 4 大齿轮齿数 06 中心距 a=260mm i 齿 =4.4 a=260mm 06 4 满足弯曲强度要求，设计合理。 V=s 齿轮设计 合理 12 六 轴的设计计算 1 从动轴 的 设计 1选择轴的材料 确定许用应力 2按扭转强度估算轴的最小直径 3轴承的确定 4联轴器的选择 5设计轴的结构并绘制轴的结构蓝图 确定轴上零件的位置和固定方式 选轴的材料为 45 号钢，调质 处理。 查 参考资料 2 11知： b=650 参考资料 2 11知： b -1b=60级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接， 从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dC 查 参考资料 2 11得， 45 钢取 C=118 107 则 d （ 118 107） 3=（ 118 107） 3 43考虑键槽的影 响以及联轴器孔径系列标准，取 标准值d=50简化安装，选择两轴承一致。 据参考资料 1 轴承 46211型 其内径 d=55采用弹性柱销联轴器，查 参考资料 1表 6取 联轴器的型号为 轴器 由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在齿轮箱体的中内，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装联轴器。 如下图所示要确定轴的结构，先确定轴上零件的装配顺序和固定方 式 b=650b -1b=60d=50接触球轴承46211 型 轴器 13 确定各段轴的直径 确定各轴段的长度 6 轴 上作用力的计算 确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩定位，右端用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定，齿轮的周向固定采用平键连接，轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴上采用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。 将估算轴 d=50为外伸端直径 联轴器相 配（如 上 图），考虑联轴器用 套筒 实现轴向定位，取第二段直径为 3 齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处 大于 5便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径 大于 0齿轮左端用用套筒固定 ,右端用 套筒 定位 ,轴 肩 直径 0+2 60=72满足齿轮定位的同时 ,还应满足右侧轴承的安装要求 ,根据选定轴承型号确定 取5由于齿轮轮毂宽度为 106保证齿轮固定可靠，轴段 的长度略短于齿轮轮毂宽度，取轴段 长度为 100保证齿轮端面与 箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间就留有一定的间距，取该间距为 25保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽 21并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为 5取轴段长度为30承支点距离 C=185由齿轮宽度及套筒宽度和轴承宽度得，取轴段 长度为 56轴承盖宽度及装配要求选择轴段长度为 57虑联轴器装配要求取轴段为 90 在轴段上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽长度比相应的轮毂宽度小约 5 10槽宽度按轴段直径查手册得得。 选定轴的结构结节 轴两端的倒角均为 2 45 轴段上的倒角为 2 5 段上的圆角均为 2 段上的圆角均为 2 所受力如下 图所示 0mm 3mm 5mm 0mm 25003=56 7 0 0 0 14 7 按弯矩合成强度校核轴径是否合格 做出水平面弯矩图 支点反力 截面处弯矩为 截面处弯矩为 做出垂直面弯矩图 截面 轴上 所受的转矩： T =1000 = 1000 =m 轴上 作用力： 圆周力： T / 径向力： = =点反力 F=2=185/2=H =C/2=185/2=m r = =H=15 截面 做出合成弯矩图 截面合成弯矩 截面合成弯矩 做出转矩图 截面 截面 =F = 22M 22 M = 22 4 9 0 2 6 . 8 51 3 4 6 9 8 . 5 = = 22 M = 22 1 8 8 1 5 . 7 15 1 7 1 2 . 8 5 = =106P/n =617430Nmm a=0.6 5e = 22 )(= 22 617430) 4 3 3 4 3 . 3 6 =e = )( 22 = 22 6 1 7 4 3 0 ) 5 0 2 9 . 5 4 =V =I = =e =e =16 截面 截面 e = 23e e =23e 参考资料 2 11知： -1b=60足 e -1b 的条件，故设计的从动轴有足够的强 e = e = e -1设计的从动轴有足够的强度，设计合理。 2 主 动轴设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 。 2、按扭转强度估算轴的最小直径 3、轴承的确定 选轴的材料为 45 号钢 ，调质处理 查 参考资料 2 11知： b=650考资料 2 11 b -1b=60单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接， 从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dC 查 参考资料 2 11得， 45 钢取 C=118 107 则 d （ 118 107） 3=（ 118 107） 3 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取 标准值d=35为简化安装，选择两轴承一致。 据参考资料 1表 4 轴承 46208 型 轴的材料为 45 号钢，调质处理 b=650b -1b=60d=35沟球轴承 46208型 17 4、 设计轴的结构并 绘制轴的结构蓝图 定轴上零件的位置和固定方式 各段轴的直径 定各轴段的长度 其内径 d=40于设计的是单级减速器，可将 齿轮布置在齿轮箱体的中内，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装联轴器。 要确定轴的结构，须先确定轴上零件的装配顺 序和固定方式 确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的右端用轴肩定位，左端套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定，齿轮的周向固定采用平键连接，轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴上采用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。轴的结构如下图所示将估算轴 d=35为外伸端直径 带轮 相配（如 上图），考虑 轴承盖的装配 ，取第二段直径为 8齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求 ，装轴处 大于 0便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径 5轮左 端 用用 套 筒固 定 , 右 端用 轴 肩 定 位 , 轴 肩 直径5+2 45=54足齿轮定位的同时 ,还应满足右侧轴承的安装要求 ,根据选定轴承型号确定 取 0轴段为装配轴承，取其长 25于齿轮轮毂宽度为114保证齿轮固定可靠，轴段的长度略短于齿轮轮毂宽度，取轴段长度为 100保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间就留 有一定的间距，取该间距为 2保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽 18并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为 5取轴段长度为 25承支点距离 C=185 由齿轮宽度及套筒宽度和轴承宽度得，取轴段长度为 57轴承盖宽度及装配要求选择轴段长度为 47虑带轮装配要求取轴段为 90 在轴段上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽长度比相应的轮毂宽度小约 5 10 5mm 8mm 0mm 5mm 4mm 01=252=253=1004=575=476=9018 5、 轴 上作用力的计算 轴所受力如图 轴上 所受的转矩 轴上 作用力 6、按弯矩合成强度校核轴径是否合格 作出水平面弯矩图 截面处弯矩为 截面处弯矩为 槽宽度按轴段直径查手册得得。 选定轴的结构结节 轴两端的倒角均为 2 45 轴段上的倒角为 5 45 轴段上的 圆角均为 2 段上的圆角均为 2 =1000 =1000 =m 圆周力： T / 径向力： = =点反力
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