《机械设计》课程设计说明书展开式二级圆柱齿轮减速器.doc
传动装置设计一、 传动方案：展开式二级圆柱齿轮减速器。如下图所示： 二、 选择电机：1、 类型：Y系列三相异步电动机；2、 型号： 工作所需输入功率：； 电机所需功率：； 其中，w为滚筒工作效率，0.96；1为高速级联轴器效率，0.98；2为两级圆柱齿轮减速器效率，095；3为低速级联轴器效率，0.98； 电机转速n选：1500r/min; 所以查指导书表选电机型号为Y100L2-4 电机参数： 额定功率：pm=3KW； 满载转速：nm=1420r/min； 电机轴直径：mm。三、 传动比分配： （）其中，i1为高速级传动比，i2为低速机传动比，且i1=（1.31.5）i2 取i1=1.5i2，则有：i1=4.2，i2=2.8；四、 传动装置的运动和动力参数：1、 电机轴：； ； 2、 高速轴：； ； ；3、 中间轴：； ； ；4、 低速轴：； ； ；传动零件设计一、 齿轮设计（一）、高速级设计参数（斜齿圆柱齿轮）： P1=2.10KW； T1=14.12Ngm； n1=1420r/min； n2=338.1r/min； i1=4.2； 寿命t=19200h；1、 选择齿轮材料及精度等级根据教材表11.8选择齿轮的材料为小齿轮选用45钢调质，硬度为220250HBS，大齿轮选用45钢正火，硬度为170210HBS。因为是普通减速器，由教材表11.20选8级精度，要求齿面粗糙度Ra3.26.3m。2、 确定设计准则 由于该减速器为闭式齿轮传动，且两齿轮均为齿面硬度HBS小于等于350的软齿面，齿面点蚀为主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。3、 按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢质齿轮，可应用下式求出d1值： 确定有关参数与系数：（1）转矩T1 （2）载荷系数K 查教材表11.10取1.1。（3）齿数z1，螺旋角和齿宽系数d 小齿轮的齿数z1取为25，则大齿轮齿数z2=i1z1=4.2×25=105 实际齿数比为 齿数比的误差为。 初选螺旋角=15°。 因为双击斜齿圆柱齿轮为不对称布置，而齿轮表面又为软齿面，由教材表11.19选取d=0.5。（4）弹性系数ZE 由教材表11.11查得ZE=189.8。（5）许用接触应力H由教材图11.25查得； ； 由教材表11.9查得SH=1。 查教材图11.28得zN1=1，zN2=1.09 由式可得：H1；H2； 故： 由教材表11.3取标准模数mn=1.5mm。（6）确定中心距a和螺旋角 圆整后取中心距为a=101mm； 圆整中心距后确定得螺旋角为 此值与初选螺旋角得值相差不大，所以不必重新计算。4、 主要尺寸计算 取b2=20mm，b1=25mm。5、 按齿根弯曲疲劳强度校核由式得出，如，则校核合格。确定有关系数与参数：（1） 当量齿数（2） 齿形系数 查教材表11.12得，。（3） 应力修正系数 查书表11.13得，；（4） 许用弯曲应力由教材图11.26查得；由教材表11.9查得；由教材图11.27查得；由式可得：；故：； 齿根弯曲强度校核合格。6、 验算齿轮度圆周速度 由教材表11.21可知选8级精度式合适的。7、 几何尺寸计算及绘制齿轮零件工作图以大齿轮为里，齿轮的齿顶圆直径为：由da2200mm,所以采用实体式结构。（二）、低速级设计参数（斜齿圆柱齿轮）： P1=1.96KW； T1=55.36Ngm； n1=338.1r/min； n2=120.75r/min； i2=2.8； 寿命t=19200h；1、选择齿轮材料及精度等级根据教材表11.8选择齿轮的材料为小齿轮选用45钢调质，硬度为220250HBS，大齿轮选用45钢正火，硬度为170210HBS。因为是普通减速器，由教材表11.20选8级精度，要求齿面粗糙度Ra3.26.3m。2、确定设计准则 由于该减速器为闭式齿轮传动，且两齿轮均为齿面硬度HBS小于等于350的软齿面，齿面点蚀为主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。3、 按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢质齿轮，可应用下式求出d1值： 确定有关参数与系数：（1）转矩T1 （2）载荷系数K 查教材表11.10取1.1。（3）齿数z1，螺旋角和齿宽系数d 小齿轮的齿数z1取为30，则大齿轮齿数z2=i1z1=2.8×30=84 实际齿数比为 齿数比的误差为。 初选螺旋角=15°。 因为双击斜齿圆柱齿轮为不对称布置，而齿轮表面又为软齿面，由教材表11.19选取d=0.5。（4）弹性系数ZE 由教材表11.11查得ZE=189.8。（5）许用接触应力H由教材图11.25查得； ； 由教材表11.9查得SH=1。 查教材图11.28得zN1=1.09，zN2=1.10 由式可得：H1；H2； 故： 由教材表11.3取标准模数mn=2mm。（6）确定中心距a和螺旋角 圆整后取中心距为a=118mm； 圆整中心距后确定得螺旋角为 此值与初选螺旋角得值相差不大，所以不必重新计算。4、 主要尺寸计算 取b2=32mm，b1=37mm。5、 按齿根弯曲疲劳强度校核由式得出，如，则校核合格。确定有关系数与参数：（1）当量齿数（2）齿形系数 查教材表11.12得，。（3）应力修正系数 查书表11。13得，。（4）许用弯曲应力由教材图11.26查得；由教材表11.9查得；由教材图11.27查得；由式可得：；故：； 齿根弯曲强度校核合格。6、 验算齿轮度圆周速度 由教材表11.21可知选8级精度式合适的。7、 几何尺寸计算及绘制齿轮零件工作图以大齿轮为里，齿轮的齿顶圆直径为：由da2200mm,所以采用实体式结构。所以计算得齿轮参数如下表所示：高速级大163.161.51051012015°10.2520小38.852525低速级大173.8928411832小62.103037二、 联轴器选择高速级：T=14.21Ngm，电机轴直径：D=24mm，所以，选择YL4（钢制）；低速级：T=143.94Ngm，所以，选择YL9（钢制）；三、 轴的设计（一）、高速级1、轴的强度设计.选择轴的材料，确定许用应力 由已知条件可知，故选用45钢并经调质处理。由表16.1查得强度极限2.按电机轴直径估算轴径（最小直径）电机轴径考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故需将轴直径加大3%5%，由设计手册取标准直径3.设计轴的结构确定各轴段的长度如下图所示：4.按弯矩合成强度校核轴径1）画出轴的受力图2)作水平面内的弯矩图，支点反力为-截面处的弯矩为截面处的弯矩为3)作垂直面内的弯矩图，支点反力为截面左侧弯矩为截面右侧弯矩为截面处的弯矩为4）作合成弯矩图截面截面5）作转矩图6）求当量弯矩图（修正系数为0.6）截面截面7）确定危险截面及校核强度弯矩>,故截面可能为危险截面，但由于轴径不等，也应对截面进行校核截面截面查表得16.3得，满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定的裕度5.修改轴的结构因所设计轴的强度裕度不大，此轴不必再进行结构修改。（二）、中间轴设计1、按扭矩强度估算轴径（最小直径）根据教材表16.2得C=118107 d19.822.26mm；由设计手册取标准直径d=20mm2、 设计轴的结构3、 计算轮齿受力（1）（2）作垂直面受力图，弯矩（3）作水平面受力图，弯矩（4）作合成弯矩图 （5）做扭矩图T=1.17×105N.mm（6）作当量弯矩图 扭矩按脉动循环（=0.6）（7）校核 轴材料用45钢正火，；截面-由d=35mm，可得WB=4287.5mm3截面-由d=30mm，可得Wc=2700mm3此轴强度安全。（三）、低速级轴设计1、按扭转强度估算轴径（最小直径）考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故需将估算后的轴直径加大3%5%,取为36.3540.87mm，由设计手册取标准直径38mm。2、设计轴的结构3、按弯扭合成强度校核轴径 已知条件： 1)画出轴的受力图2)做水平面内的弯矩图，支点反力为：-截面处的弯矩为-截面处的弯矩为3)作垂面内的弯矩图，支点反力为-截面左侧弯矩为-截面右侧弯矩为-截面右侧弯矩为4)作合成弯矩图 -截面 -截面5) 作转矩图6)求当量弯矩（修正系数为0.6） -截面 -截面7)确定危险截面及校核强度弯矩，故截面-可能为危险截面，但由于轴径不等，也应对截面-进行校核。-截面-截面 查表16.3得，满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定的裕度。4、修改轴的结构 因所设计轴的强度裕度不大，此轴不必再进行结构修改。六、轴承校核1、选择轴承类型，初选型号斜齿轮因受轴向力，故选角接触球轴承，内孔直径为35mm,初选7007AC（Cr=18.5KN,B=14,a=18.3,=25°）Ft=1044N Fr=394N Fa=288 Lh=12000h2、计算轴承的径向支承反力（1）跨距 （2）求轴承I II的径向支承反力1）轴承I的径向支反力水平分量垂直分量轴承I的径向支反力；2)轴承II的径向支反力水平分量垂直分量轴承II的径向支反力3、计算轴承I、II的轴向力 由表17.7查得7007AC轴承内部轴向力的计算公式为 轴将有向右移动的趋势，轴承II被端盖顶住而压紧，轴承II上将受到平衡力作用，而轴承I则处于放松状态。 4、计算轴承的当量的当量动载荷P1、P2 由表17.8查得7007AC轴承的e=0.68,而由表17.8得X1=1,Y1=0,X2=0.41,Y2=0.87。根据表17.9取fp=1.5，则轴承的当量动载荷为 5、计算轴承寿命 因两个轴承的型号相同，所以其中当量动载荷大的轴承寿命短，因P1<P2，所以只需计算轴承II的寿命。 查手册得7007AC轴承的Cr=18.5KN，取=3,fT=1,转速n=1440r/min； 由式得 由此可见轴承的寿命大于轴承的预期寿命，所以所选轴承型号合适。七、箱体结构尺寸箱箱座壁厚：=0.025a2 +38mm，而0.025×139.5+3=6.58所以，取=8mm箱盖壁厚：1=0.025a2+38mm，所以取1=8mm。箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度：b=b1=1.51=12mm;b2=2.5=20mm。箱座、箱盖的肋厚：m=m1=0.851=6.8mm。轴承旁凸台的半径：R1=C1=14mm。轴承盖外径：D2=D+（55.5）d3=92mm。中心高： Hda3+(3050)mm+20mm=168mm。地脚螺钉的直径：df=22mm(因为a1+a2=278.5mm);数目：6轴承旁联接螺栓：d1=0.75df=16mm;取第一系列16mm箱盖、箱座联接螺栓直径：d2=0.5df=11mm,取11mm,间距l=160mm轴承盖螺钉的直径；d5=8.5mmdf,d1,d2箱外壁的距离：C1f=25mm;C11=18mm;C12=16mmdf,d1,d2至凸缘边缘的距离：C2f=23mm;C21=16mm;C22=14mm外箱壁到轴承座端面的距离：l1=C11+C21+6=40mm齿轮顶圆与内箱壁距离：11.2=9.6mm,取1=12.5mm齿轮端面与内箱壁距离：2=8mm,取2=12mm
