二级斜齿齿轮圆柱减速器机械设计计算说明书(共59页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上机械设计减速器设计说明书 系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称：目 录第一部分 设计任务书.4第二部分 传动装置总体设计方案.5第三部分 电动机的选择.5 3.1 电动机的选择.5 3.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比.6第四部分 计算传动装置的运动和动力参数.7第五部分 V带的设计.9 5.1 V带的设计与计算.9 5.2 带轮的结构设计.11第六部分 齿轮传动的设计.13 6.1 高速级齿轮传动的设计计算.13 6.2 低速级齿轮传动的设计计算.20第七部分 传动轴和传动轴承及联轴器的设计.28 7.1 输入轴的设计.28 7.2 中

2、间轴的设计.32 7.3 输出轴的设计.38第八部分 键联接的选择及校核计算.44 8.1 输入轴键选择与校核.44 8.2 中间轴键选择与校核.44 8.3 输出轴键选择与校核.44第九部分 轴承的选择及校核计算.45 9.1 输入轴的轴承计算与校核.45 9.2 中间轴的轴承计算与校核.46 9.3 输出轴的轴承计算与校核.46第十部分 联轴器的选择.47第十一部分 减速器的润滑和密封.48 11.1 减速器的润滑.48 11.2 减速器的密封.49第十二部分 减速器附件及箱体主要结构尺寸.50设计小结.52参考文献.53第一部分 设计任务书一、初始数据 设计展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器，

3、初始数据T = 440Nm，n = 32r/m，设计年限（寿命）：5年，每天工作班制（8小时/班）：1班制，每年工作天数：300天，三相交流电源,电压380/220V。二. 设计步骤1. 传动装置总体设计方案2. 电动机的选择3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数5. 设计V带和带轮6. 齿轮的设计7. 滚动轴承和传动轴的设计8. 键联接设计9. 箱体结构设计10. 润滑密封设计11. 联轴器设计第二部分 传动装置总体设计方案一. 传动方案特点1.组成：传动装置由电机、V带、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

4、轴有较大的刚度。3.确定传动方案：考虑到电机转速高，V带具有缓冲吸振能力，将V带设置在高速级。选择V带传动和展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器。二. 计算传动装置总效率ha=h1h24h32h4h5=0.960.9940.9720.990.96=0.825h1为V带的效率,h2为轴承的效率,h3为齿轮啮合传动的效率,h4为联轴器的效率,h5为工作装置的效率。第三部分 电动机的选择1 电动机的选择工作机的转速n:n=32r/min工作机的功率pw:pw= 1.47 KW电动机所需工作功率为:pd= 1.78 KW工作机的转速为:n = 32 r/min 经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比i

5、1=24，二级圆柱斜齿轮减速器传动比i2=840，则总传动比合理范围为ia=16160，电动机转速的可选范围为nd = ian = (16160)32 = 5125120r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y90L-2的三相异步电动机，额定功率为2.2KW,满载转速nm=2840r/min，同步转速3000r/min。电动机主要外形尺寸：中心高外形尺寸地脚螺栓安装尺寸地脚螺栓孔直径电动机轴伸出段尺寸键尺寸HLHDABKDEFG90mm33519014012510mm24508203.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比（1）总传动比： 由

6、选定的电动机满载转速n 和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为:ia=nm/n=2840/32=88.75（2）分配传动装置传动比:ia=i0i 式中i0,i1分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取i0=4.5，则减速器传动比为:i=ia/i0=88.75/4.5=19.72取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为:i12 = 则低速级的传动比为:i23 = 3.9第四部分 计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴转速:输入轴：nI = nm/i0 = 2840/4.5 = 631.11 r/min中间轴：nII = nI/i12 = 631.11/5.06 = 1

7、24.73 r/min输出轴：nIII = nII/i23 = 124.73/3.9 = 31.98 r/min工作机轴：nIV = nIII = 31.98 r/min（2)各轴输入功率:输入轴：PI = Pdh1 = 1.780.96 = 1.71 KW中间轴：PII = PIh2h3 = 1.710.990.97 = 1.64 KW输出轴：PIII = PIIh2h3 = 1.640.990.97 = 1.57 KW工作机轴：PIV = PIIIh2h4 = 1.570.990.99 = 1.54 KW 则各轴的输出功率：输入轴：PI = PI0.99 = 1.69 KW中间轴：PII

8、= PII0.99 = 1.62 KW中间轴：PIII = PIII0.99 = 1.55 KW工作机轴：PIV = PIV0.99 = 1.52 KW(3)各轴输入转矩:输入轴：TI = Tdi0h1 电动机轴的输出转矩:Td = = 5.99 Nm 所以：输入轴：TI = Tdi0h1 = 5.994.50.96 = 25.88 Nm中间轴：TII = TIi12h2h3 = 25.885.060.990.97 = 125.75 Nm输出轴：TIII = TIIi23h2h3 = 125.753.90.990.97 = 470.96 Nm工作机轴：TIV = TIIIh2h4 = 470.

9、960.990.99 = 461.59 Nm 输出转矩为：输入轴：TI = TI0.99 = 25.62 Nm中间轴：TII = TII0.99 = 124.49 Nm输出轴：TIII = TIII0.99 = 466.25 Nm工作机轴：TIV = TIV0.99 = 456.97 Nm第五部分 V带的设计5.1 V带的设计与计算1.确定计算功率Pca 由表查得工作情况系数KA = 1.1，故Pca = KAPd = 1.11.78 kW = 1.96 kW2.选择V带的带型 根据Pca、nm由图选用Z型。3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v 1）初选小带轮的基准直径dd1。由表，取小带轮

10、的基准直径dd1 = 56 mm。 2）验算带速v。按课本公式验算带的速度8.32 m/s 因为5 m/s v 1206.计算带的根数z 1）计算单根V带的额定功率Pr。 由dd1 = 56 mm和nm = 2840 r/min，查表得P0 = 0.33 kW。 根据nm = 2840 r/min，i0 = 4.5和Z型带，查表得DP0 = 0.04 kW。 查表得Ka = 0.94，查表得KL = 1.54，于是Pr = (P0 + DP0)KaKL = (0.33 + 0.04)0.941.54 kW = 0.54 kW 2）计算V带的根数zz = Pca/Pr = 1.96/0.54 =

11、 3.63 取4根。7.计算单根V带的初拉力F0 由表查得Z型带的单位长度质量q = 0.06 kg/m，所以F0 = = = 53.02 N8.计算压轴力FPFP = 2zF0sin(a1/2) = 2453.02sin(158.6/2) = 416.73 N9.主要设计结论带型Z型根数4根小带轮基准直径dd156mm大带轮基准直径dd2250mmV带中心距a520mm带基准长度Ld1540mm小带轮包角1158.6带速8.32m/s单根V带初拉力F053.02N压轴力Fp416.73N5.2 带轮结构设计1.小带轮的结构设计 1）小带轮的结构图 2）小带轮主要尺寸计算代号名称计算公式代入数

12、据尺寸取值内孔直径d电动机轴直径DD = 24mm24mm分度圆直径dd156mmdadd1+2ha56+2260mmd1(1.82)d(1.82)2448mmB(z-1)e+2f(4-1)12+2750mmL(1.52)d(1.52)2448mm2.大带轮的结构设计 1）大带轮的结构图 2）大带轮主要尺寸计算代号名称计算公式代入数据尺寸取值内孔直径d输入轴最小直径D = 16mm16mm分度圆直径dd1250mmdadd1+2ha250+22254mmd1(1.82)d(1.82)1632mmB(z-1)e+2f(4-1)12+2750mmL(1.52)d(1.52)1632mm第六部分 齿

13、轮传动的设计6.1 高速级齿轮传动的设计计算1.选精度等级、材料及齿数（1）选择小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为240HBS。（2）一般工作机器，选用8级精度。（3）选小齿轮齿数z1 = 24，大齿轮齿数z2 = 245.06 = 121.44，取z2= 121。（4）初选螺旋角b = 14。（5）压力角a = 20。2.按齿面接触疲劳强度设计（1）由式试算小齿轮分度圆直径，即1）确定公式中的各参数值。试选载荷系数KHt = 1.3。计算小齿轮传递的转矩T1 = 25.88 N/m选取齿宽系数d = 1。由图查取区域系数ZH = 2.4

14、4。查表得材料的弹性影响系数ZE = 189.8 MPa1/2。计算接触疲劳强度用重合度系数Z 。端面压力角：at = arctan(tanan/cosb) = arctan(tan20/cos14) = 20.561aat1 = arccosz1cosat/(z1+2han*cosb) = arccos24cos20.561/(24+21cos14) = 29.982aat2 = arccosz2cosat/(z2+2han*cosb) = arccos121cos20.561/(121+21cos14) = 22.853端面重合度：ea = z1(tanaat1-tanat)+z2(tan

15、aat2-tanat)/2 = 24(tan29.982-tan20.561)+121(tan22.853-tan20.561)/2 = 1.663轴向重合度：eb = dz1tanb/ = 124tan(14)/ = 1.905重合度系数：Ze = = = 0.664由式可得螺旋角系数Zb = = = 0.985计算接触疲劳许用应力sH查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为sHlim1 = 600 MPa、sHlim2 = 550 MPa。计算应力循环次数：小齿轮应力循环次数：N1 = 60nkth = 60631.111530018 = 4.54108大齿轮应力循环次数：N2 = 60nk

16、th = N1/u = 4.54108/5.06 = 8.98107查取接触疲劳寿命系数:KHN1 = 0.9、KHN2 = 0.93。取失效概率为1%,安全系数S=1,得:sH1 = = = 540 MPasH2 = = = 511.5 MPa取sH1和sH2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即sH = sH2 = 511.5 MPa2）试算小齿轮分度圆直径 = = 30.459 mm（2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度vv = = = 1.01 m/s齿宽bb = = = 30.459 mm2）计算实际载荷系数KH由表查得使用系数KA = 1.25。根

17、据v = 1.01 m/s、8级精度，由图查得动载系数KV = 1.08。齿轮的圆周力Ft1 = 2T1/d1t = 2100025.88/30.459 = 1699.334 NKAFt1/b = 1.251699.334/30.459 = 69.74 N/mm 100 N/mm查表得齿间载荷分配系数KHa = 1.4。由表用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KHb = 1.454。则载荷系数为：KH = KAKVKHaKHb = 1.251.021.41.454 = 2.5953）可得按实际载荷系数算的的分度圆直径d1 = = 52.257 = 65.797 mm及相应的齿轮模

18、数mn = d1cosb/z3 = 65.797cos13/25 = 2.564 mm模数取为标准值m = 3 mm。3.几何尺寸计算（1）计算中心距a = = = 189.348 mm中心距圆整为a = 190 mm。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角b = = = 13.827即：b = 134937（3）计算大、小齿轮的分度圆直径d1 = = = 77.236 mmd2 = = = 302.765 mm（4）计算齿轮宽度b = dd1 = 177.236 = 77.236 mm取b2 = 78 mm、b1 = 83 mm。4.校核齿根弯曲疲劳强度（1）齿根弯曲疲劳强度条件sF = sF1）

19、确定公式中各参数值计算当量齿数ZV3 = Z3/cos3b = 25/cos313.827 = 27.303ZV4 = Z4/cos3b = 98/cos313.827 = 107.029计算弯曲疲劳强度的重合度系数Ye基圆螺旋角：bb = arctan(tanbcosat) = arctan(tan13.827cos20.482) = 12.984当量齿轮重合度：eav = ea/cos2bb = 1.668/cos212.984= 1.757轴面重合度：eb = dz3tanb/ = 125tan13.827/ = 1.959重合度系数：Ye = 0.25+0.75/eav = 0.25+

20、0.75/1.757 = 0.677计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数YbYb = 1-eb = 1-1.959 = 0.774由当量齿数，查图得齿形系数和应力修正系数YFa1 = 2.56 YFa2 = 2.17YSa1 = 1.62 YSa2 = 1.83计算实际载荷系数KF由表查得齿间载荷分配系数KFa = 1.4根据KHb = 1.454，结合b/h = 11.56查图得KFb = 1.424则载荷系数为KF = KAKvKFaKFb = 1.251.021.41.424 = 2.542计算齿根弯曲疲劳许用应力sF查得小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳极限分别为sFlim1 = 500 MPa、sFl

21、im2 = 380 MPa。由图查取弯曲疲劳寿命系数KFN1 = 0.89、KFN2 = 0.93取安全系数S=1.4，得sF1 = = = 317.86 MPasF2 = = = 252.43 MPa2）齿根弯曲疲劳强度校核sF1 = = = 77.632 MPa sF1sF2 = = = 74.335 MPa sF2齿根弯曲疲劳强度满足要求。5.主要设计结论 齿数z3 = 25、z4 = 98，模数m = 3 mm，压力角a = 20，螺旋角b = 13.827= 134937，中心距a = 190 mm，齿宽b3 = 83 mm、b4 = 78 mm。6.齿轮参数总结和计算代号名称计算公

22、式低速级小齿轮低速级大齿轮模数m3mm3mm齿数z2598螺旋角左134937右134937齿宽b83mm78mm分度圆直径d77.236mm302.765mm齿顶高系数ha1.01.0顶隙系数c0.250.25齿顶高hamha3mm3mm齿根高hfm(ha+c)3.75mm3.75mm全齿高hha+hf6.75mm6.75mm齿顶圆直径dad+2ha83.236mm308.765mm齿根圆直径dfd-2hf69.736mm295.265mm第七部分 传动轴和传动轴承及联轴器的设计7.1 输入轴的设计1.输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1P1 = 1.71 KW n1 = 631.11 r

23、/min T1 = 25.88 Nm2.求作用在齿轮上的力 已知高速级小齿轮的分度圆直径为:d1 = 49.655 mm 则:Ft = = = 1042.4 NFr = Ft = 1042.4 = 392.5 NFa = Fttanb = 1042.4tan14.8430 = 276.1 N3.初步确定轴的最小直径: 先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表，取A0 = 112，得：dmin = A0 = 112 = 15.6 mm 输入轴的最小直径是安装大带轮处的轴径，由于安装键将轴径增大5%，故选取:d12 = 16 mm4.轴的结构设计图5.根据轴向定位的要求确定轴

24、的各段直径和长度 1）为了满足大带轮的轴向定位要求，I-II轴段右端需制出一轴肩，故取II=III段的直径d23 = 21 mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D = 26 mm。大带轮宽度B = 50 mm，为了保证轴端挡圈只压在大带轮上而不压在轴的端面上，故I-II段的长度应比大带轮宽度B略短一些，现取l12 = 48 mm。 2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。参照工作要求并根据d23 = 21 mm，由轴承产品目录中选择角接触球轴承7205C，其尺寸为dDT = 255215 mm，故d34 = d78 = 25 mm，取挡油环的宽度

25、为15，则l34 = l78 = 15+15 = 30 mm。 轴承采用挡油环进行轴向定位。由手册上查得7205C型轴承的定位轴肩高度h = 3 mm，因此，取d45 = d67 = 31 mm。 3）由于齿轮的直径较小，为了保证齿轮轮体的强度，应将齿轮和轴做成一体而成为齿轮轴。所以l56 = B = 55 mm，d56 = d1 = 49.655 mm 4）根据轴承端盖便于装拆，保证轴承端盖的外端面与大带轮右端面有一定距离，取l23 = 50 mm。 5）取齿轮距箱体内壁之距离 = 16 mm，低速小齿轮和高速小齿轮之间的距离c = 12 mm。考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距

26、箱体内壁一段距离s，取s = 8 mm，已知低速小齿轮的宽度b3 = 83 mm，则l45 = b3+c+s-15 = 83+12+16+8-15 = 104 mml67 = +s-15 = 9 mm至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。6.轴的受力分析和校核1）作轴的计算简图（见图a）: 根据7205C轴承查手册得a = 12.7 mm 带轮中点距左支点距离L1 = (50/2+50+12.7)mm = 87.7 mm 齿宽中点距左支点距离L2 = (55/2+30+104-12.7)mm = 148.8 mm 齿宽中点距右支点距离L3 = (55/2+9+30-12.7)mm = 53.8

27、 mm2）计算轴的支反力：水平面支反力（见图b）：FNH1 = = = 276.8 NFNH2 = = = 765.6 N垂直面支反力（见图d）：FNV1 = = = -459.1 NFNV2 = = = 434.8 N3）计算轴的弯矩，并做弯矩图：截面C处的水平弯矩：MH = FNH1L2 = 276.8148.8 Nmm = 41188 Nmm截面A处的垂直弯矩：MV0 = FpL1 = 416.7387.7 Nmm = 36547 Nmm截面C处的垂直弯矩：MV1 = FNV1L2 = -459.1148.8 Nmm = -68314 NmmMV2 = FNV2L3 = 434.853.8 Nmm = 23392 Nmm分别作水平面弯矩图（图c）和垂直面弯矩图（图e）。截面C处的合成弯矩：M1 = = 79770 NmmM2 = = 47367 Nmm作合成弯矩图（图f）。4）作转矩图（图g）。5）按弯扭组合强度条件校核轴的强度： 通常只校核轴上承受最大弯矩和转