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1、 设计题目：二级展开式圆柱齿轮减速器学生姓名： 学 号： 学 院： 机械工程学院 专业班级： 09机制 指导老师： 2012年1月9日目录机械设计课程设计任务书11绪论22二级减速器四种传动方案的简要分析.23机械传动装置的总体设计.5 3.1 电动机的选择.53.2 传动比的分配.53.3 计算传动装置的运动和动力参数64齿轮传动的设计74.1高速级齿轮传动的设计74.2低速级齿轮传动的设计125低速轴的设计与校核175.1按许用切应力法校核轴强度175.2按安全系数法校核轴强度216轴承设计与校核.227轴上键的设计与校核.238箱体的设计249减速器的润滑与密封259.1润滑方式25 9
2、.2密封方式2510减速器附件的选择及简要说明2611联轴器的选择与说明.2912设计总结3013参考文献30附录：1.燕山大学 机械设计 课程设计综评表2.三维模型展示1.绪论减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。 与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机（从动
3、机）的载荷状态，通常分为三类：均匀载荷;中等冲击载荷;强冲击载荷。减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。此外，在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。 通过对减速器的研究与设计，我们能在另一个角度了解减速器的结构、功能、用途和使用原理等，同时，我们也能将所学应用于实践中。2.二级减速器各种传动方案分析1、展开式特点：传动比一般为840，结构简单，应用广泛。展开式的高速级常用斜齿，由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度，用于载荷比较平稳的场合。2、同轴式 特点：横向尺寸较小，但轴向尺寸较大，刚度差，高速级齿轮的承载能
4、力难于充分利用。3、二级齿轮-蜗杆减速器 特点： 传动比较大，一般为1560，最大到480.齿轮传动在高速级时结构比较紧 凑，蜗杆传动在高速级时传动效率较高，但总体传动效率较低。 4、二级圆锥圆柱齿轮减速器 特点：齿轮布置在高速级，圆锥齿轮为直齿时传动比为i=820，斜齿时或曲线齿时i=840，但加工齿形叫困难，成本较高。该方案传动平稳，能够承受较大的冲击和振动。 根据工作要求和工作环境，选择展开式二级圆柱斜齿轮减速器传动方案。此方案工作可靠、传递效率高、使用维护方便、环境适用性好，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。此外，总体宽度较大。为了保护电动机，其输出端选用带式传动，这样
5、一旦减速器出现故障停机，皮带可以打滑，保证电动机的安全。项目计算及说明结果1、 初步选择电动机类型2、确定工作装置所需要的功率3、确定电动机的输出功率4、确定电动机的额定功率2、确定电动机的转速(1)确定卷筒轴的转速(2)确定电动机的满载转速3、总传动比计算和传动比分配(1)总传动比的计算(2)传动比的分配4、传动装置运动参数的设计(1)各轴转速的计算(2)各轴输入功率计算(3)各轴输入转矩的计算5、将以上数据列表4.1高速级齿轮传动的设计1、齿轮材料、精度、热处理方式以及基本参数初选2、按齿面接触强度设计1) 确定公式内的各项计算数值载荷系数区域系数重合度系数螺旋角系数弹性影响系数接触疲劳许
6、用应力2） 计算3、按齿根弯曲强度校核1)确定公式内的各计算数值2）校核齿根弯曲疲劳强度4、几何尺寸计算4.2低速级齿轮传动的设计1、齿轮材料、精度、热处理方式以及基本参数初选2、按齿面接触强度设计1) 确定公式内的各项计算数值载荷系数区域系数重合度系数螺旋角系数弹性影响系数接触疲劳许用应力2） 计算3、齿根弯曲疲劳强度校核4、齿轮传动的几何尺寸5.1低速轴的设计1、轴材料的选择2、初步确定轴的最小直径3、轴的结构设计5.2轴的校核1、许用应力法校核轴的强度1）计算齿轮受力2）计算轴承反力3）画弯矩图4）画扭矩图5）选取轴的材料6）求出当量弯矩7）比较2、安全系数法校核轴的强度1）判断危险截面
7、2）求截面c的应力3）截面c的有效应力集中系数4）表面状态系数以及尺寸系数5）求安全系数1、求两轴的径向载荷2、求轴承当量动载荷P1和P23验算轴承寿命1、安装齿轮处键的选择与校核2、与联轴器相连接处键的选择与校核1、减速器的润滑2、减速器的密封1、轴承端盖的设计说明2、游标的设计说明3、排油孔螺栓及封油垫的结构设计说明4检查孔盖板的设计说明5、定位销的选用6、吊环螺钉的选用7、启盖螺栓的选用1.高速轴与电动机联接的联轴器2.低速轴与电动机联接的联轴器3.机械传动装置的总体设计电动机是标准部件。室外作业，运动载荷平稳，选择Y系列（IP44）全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。工作机所需要的功率为
8、：其中：，卷筒效率代入数据得： 电动机的输出功率为其中：电动机至卷筒轴的传动装置总效率，；弹性联轴器的传动效率，取值为0.99；8级齿轮传动效率，取值为0.97；滚动轴承传动效率，取值为0.98；代入数据得电动机的输出功率为：微小振动，电动机额定功率只需略大于即可，选取电动机额定功率为。 卷筒轴工作转速：二级展开式圆柱齿轮减速器的传动比为：电动机实际转速的推荐值为：符合这一范围的同步转速为750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min。综合考虑，选用同步转速1500r/min的电机，型号为Y100L1-4，主要性能如下表所列：电动机型号额定功率（kW）同步转速（r
9、/min）满载转速（r/min）驱动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y100L1-42.2150014302.22.3=1430/54.47=26.25由于是二级展开式圆柱齿轮减速器，所以两级齿轮的传动比比较近似，根据经验公式，优化齿轮传动比取高速级齿轮的传动比：取高速级齿轮的传动比为；低俗级齿轮的传动比为高速轴：中速轴：低速轴：工作轴：高速轴：中间轴：低速轴：工作轴：电动机输出转矩： ： 高速轴：中间轴：低速轴：工作轴： 轴名称参数 电动机轴高速轴中间轴低速轴工作轴转速n（r/min）14301430238.3354.4754.47功率P(kw)1.231.2181.1581.1011.06
10、8转矩T（Nm）8.218.1346.38192.0187.15传动比i1.0064.3731.00效率0.990.950.950.974.齿轮传动的设计1）斜齿圆柱齿轮传动2）初步选用8级精度3）材料选择： 小齿轮材料为45钢，调质处理，齿面硬度为HB1=250HBS； 大齿轮材料为45钢，正火处理，齿面硬度为HB2=210HBS。 HB1-HB2=40HBS，两齿轮齿面硬度合适。4） 初定小齿轮的齿数：则大齿轮齿数： 取Z2=1205）初选螺旋角6）齿宽系数1、 使用系数：表3-4，=1.25.2、 动载系数：估计圆周速度v=4m/s，vZ1/100=0.8m/s；由图3-11b=1.05
11、.3、 齿间载荷分配系，由图3-13，=1.434、 齿向载荷分布系数：由图3-17得，=1.11载荷系数1.25*1.05*1.43*1.11=2.083由图3-19.区域系数由式3-14，取其为1.由表3-5查得材料的弹性影响系数1）由图3-27（c）查得小齿轮的接触疲劳强度极限 由图3-27（b）查得大齿轮的接触疲劳强度极限2） 由式3-25计算应力循环次数 3）由图3-25查得接触疲劳寿命系数： ，4） 计算接触疲劳许用应力 安全系数S=1，由式3-24得取两者之中的较小值，故而取508.25MPa.1、 计算小齿轮分度圆直径，代入2、 计算圆周速度v3、 修正载荷系数K：vZ1/10
12、0=2.157*20/100=0.431,由图3-11b，4、 校核试算的分度圆直径：由式3-13得，5、 计算法向模数：圆整取标准值6、 计算中心距：圆整取a=110mm.7、按圆整后的中心距修正螺旋角：的值改变较多，需要修正、.修正：修正齿间载荷分布系数：=2.187,修正区域系数：8、计算分度圆直径：9、计算齿宽：，圆整取由式3-16得：1、 重合度系数：2、 螺旋角系数：3、 当量齿数：查取齿形系数：，查取应力校正系数：,4、由图3-28（c）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限5、由图3-26，取弯曲疲劳寿命系数,6、计算弯曲疲劳强度的许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1
13、.0,则7、计算弯曲应力：合适名称计算公式结果端面齿顶高系数端面顶隙系数分度圆直径模数中心距压力角齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径齿宽ha= 1）斜齿圆柱齿轮传动2）初步选用8级精度3）材料选择： 小齿轮材料为45钢，调质处理，齿面硬度为HB1=250HBS； 大齿轮材料为45钢，正火处理，齿面硬度为HB2=210HBS。 HB1-HB2=40HBS，两齿轮齿面硬度合适。4） 初定小齿轮的齿数：则大齿轮齿数： ，圆整取=114，齿数比误差为0.35%，在误差允许范围内，合适。5）初选螺旋角6） 齿宽系数1、 使用系数：表3-4，=1.25.2、 动载系数：估计圆周速度v=4m/s，vZ1
14、/100=1.04m/s；由图3-11b=1.07.3、 齿间载荷分配系数： =2.021 ，由图3-13，=1.444、 齿向载荷分布系数：由图3-17得，=1.11 载荷系数由图3-19.区域系数由式3-14，取其为1.由表3-5查得材料的弹性影响系数1）由图3-27（c）查得小齿轮的接触疲劳强度极限 由图3-27（b）查得大齿轮的接触疲劳强度极限2） 由式3-25计算应力循环次数 3）由图3-25查得接触疲劳寿命系数： ，4） 计算接触疲劳许用应力 安全系数S=1，由式3-24得取两者之中的较小值，故而取508.25MPa.1、 计算小齿轮分度圆直径，代入2、 计算圆周速度v3、 修正载
15、荷系数K：vZ1/100=0.592*26/100=0.145,由图3-11b，4、 校核试算的分度圆直径：由式3-13得， 5、 计算法向模数：圆整取标准值6、 计算中心距：圆整取a=145mm.7、 按圆整后的中心距修正螺旋角：的值改变较多，需要修正、.修正：修正齿间载荷分布系数：=2.455,修正区域系数：8、 计算分度圆直径：9、计算齿宽：，圆整取由式3-16得：4、 重合度系数：5、 螺旋角系数：6、 当量齿数：查取齿形系数：，查取应力校正系数：,4、由图3-28（c）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限5、由图3-26，取弯曲疲劳寿命系数,6、计算弯曲疲劳强度的许用
16、应力取弯曲疲劳安全系数S=1.0,则7、计算弯曲应力：校核之后证明此对齿轮符合使用要求。名称计算公式结果端面齿顶高系数端面顶隙系数分度圆直径模数中心距压力角齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径齿宽ha= 5.轴的设计与校核减速器的功率不大，无特殊要求，故选用最常用的45钢并正火处理由式10-2知：,由表10-2得，取C=112，则：，圆整按联轴器的标准取高速轴的最小直径为。根据轴上零件的性能以及各方面的要求，初步确定轴上各段长度以及轴颈大小，如下图图（1）所示：图（1）图（2）图（3）图（4）图（5）图（6）受力方向如图二所示。斜齿轮螺旋角：齿轮直径：齿轮受力：转矩 T=N.mm 圆周力 径
17、向力 轴向力由此可得出低速轴的受力图，如图二所示。如图（2）所示，水平面 垂直面 水平弯矩图如图（3）所示，垂直面弯矩图如图（4）示，合成弯矩图如图（5）所示。高速轴受力,做出弯矩图,并按计算结果分别作出。扭矩图如图（6）所示，T=N.mm选取轴的材料为45钢调质处理，由机械零件手册查得，利用插值法由表7-3查得，。由图中可知，在齿轮的中间剖面上的最大当量弯矩为：由式7-4得出，46mm为安装齿轮处的轴直径，由此可知此低速轴符合使用要求。安全系数法校核轴的强度前面四步与许用应力法校核轴直径相同，直接引用上面结果。接下来的步骤如下：初步分析可知，齿轮安装所在的截面有较大的应力和应力集中，下面以齿
18、轮中心所在的截面c为研究对象进行安全系数校核。轴材料选用45钢调质处理，由表7-5所列公式可求得疲劳极限：由公式得出截面c上面的弯矩为Mc=82611.5N.mm，此截面处，有轴直径的变化过渡圆角半径r=2，由附表1查得D/d=54/46=1.174,r/d=2/46=0.0434,插值法查得由附表5查得，由附表6查得 综合得知，低速轴符合使用要求，设计较为合理。6轴承的设计及校核该减速器工作期限四年，两班制工作，则轴承的预计寿命为低速轴：选择深沟球轴承02系列6209轴承，查资料得知主要性能参数如下：，计算轴承1,2的径向力：由表8-6得知，插值法查得e=0.205,计算，查表8-6，得出X
19、1=0.56，Y1=2.145X2=0.56，Y2=2.145由于本机器属于微震，查表8-7，选载荷系数=1.5因为P1大于P2，故按轴承1的当量动载荷验算轴承寿命，由式8-9计算轴承寿命，其中对于深沟球轴承，n为轴承转速（r/min）。代入公式得：经验算得知，轴承寿命足够长，符合使用要求。7.低速轴上键的选择及校核低速轴：安装低速级大齿轮处轴颈为46mm，依据其选取符合要求的键，选取普通A型平键，尺寸为14*9*50，键的工作长度，键的工作高度。与联轴器连接的外伸轴依据联轴器的标准来选取，依据轴颈选取键，选取普通A型平键，尺寸为10*8870,键的工作长度，键的工作高度。键、轴、联轴器的材料
20、均为钢，查表得低速轴大齿轮处键连接挤压应力为：，低速轴联轴器处挤压应力为：由此可知，两处键连接符合要求，键强度足够，设计安全。8.箱体的设计箱座壁厚（）10箱盖壁厚（）10箱底，箱盖，箱座底凸缘厚度（b1,b2,b3）b1=151.5b2=151.5b3=252.5地脚螺栓直径及数目（df,n）df=16(由)n=6轴承旁联接螺栓直径d1d1=120.75df箱盖，箱座联接螺栓直径 d2d2=10(0.5-0.6)df螺栓的间距：由实际结构而定轴承端盖螺栓直径及数目(d3,n)d3=8n(1,2,3)=6查表以及经验得出窥视孔盖螺栓直径d4d4=8(0.30.4)dfdf,d1,d2至箱外壁距
21、离c1C1=18查表4-6df,d2至凸缘边缘距离c2C2=16轴承座端面外径D2D2(1)=102D2(2)=112D2(3)=125实际结构决定D+(55.5)d3轴承旁联接螺栓距离SS1=103.5 S2=127S3=138实际结构决定轴承旁凸台半径R116R1=C2轴承旁凸台高度h43.5根据低速轴轴承座、外径D2和Md1扳手空间c1箱外壁至轴承座端面距离L1 =42C1+C2+（58）箱座肋厚m=8.5m1 =8.5m0.85m10.851大齿轮顶圆与箱内壁间距离齿轮端面与箱内壁距离1=122=1011.22参考机械设计课程设计表4-69减速器的润滑与密封1）齿轮的润滑低速级大齿轮的
22、圆周速度为V=0.685m/s12m/s,所以采用浸油润滑，此时应保证箱体内有足够的润滑油，用以润滑和散热。齿轮的浸油深度h由下面方法确定：当高速级大齿轮全齿高小于10mm时，浸油深度h取10mm；当高速级大齿轮全齿高大于10mm时，浸油深度h等于全齿高；最大浸油深度应小于低速级大齿轮半径的三分之一。2）轴承的润滑高速级大齿轮的圆周速度为V=2.391m/s2.5m/s采用油润滑，轴承采用油沟润滑。在箱体中开有油沟，用大齿轮甩上来的油滑到油沟中流动到中间轴承座上的注油孔，然后流入轴承，从而实现对轴承的润滑。轴伸出端的密封形式由密封处轴表面的圆周速度、润滑油的种类、工作温度以及周围环境等决定。高
23、速轴：密封处轴径的圆周速度低速轴：密封处轴径的圆周速度外伸端轴颈的圆周速度均小于8m/s,该机器于室外作业，应考虑防尘。综上考虑采用橡胶油封，选用有骨架的唇式密封装置，且开口向外，阻止灰尘进入。 10.减速器附件及其说明高速轴端盖：D=62mm(轴承外径)D1=102mmD2=80mmD3=60mm中间轴端盖: D=72mm(轴承外径)D1=112mmD2=90mmD3=70mm低速轴端盖：D=80mm(轴承外径)D1=125mmD2=103mmD3=83mm由油标上面的油痕来判断油面的高度是否适合。使用M12的螺纹，查资料得出数据如下：d1=3，d2=10，d3=5，h=24，a=8，b=6
24、，c=4，D=20，D1=16（单位均为mm）d=M16*15 D0=26 L=23 l=11 a=3 D=19.6 S=17 d1=17 H=2（单位均为mm）因为减速器的轴向尺寸较大,为了加大窥视孔,以方便检修,把窥视孔做成长方形。如下图根据减速箱体的尺寸：设计 B2=120mm, B1=100mm, B=80mmA1=140mm, A2=120mm为保证剖分式箱体的轴承座孔的加工及装配精度，在箱体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销，两销尽量远些，以提高定位精度。此减速器选用GB/T117-2000M10*35的圆锥销，两定位销分别离箱体中心线90mm，两销距离528mm，对称分布
25、。为拆卸和搬运方便，应在箱盖上装有环首螺钉或铸出吊钩、吊环，并在箱体上铸出吊钩。吊环螺钉为标准件，按手册选取M10的吊环螺钉，具体数据如下所示：d=M10,d1=10,d2=24,D1=24,h1=8,l=20,d4=44,h=22,r1=4.r=2,a=3,b=12.(单位均为mm）在箱座与箱体结合处用水玻璃密封，需要打开箱盖时需要用一个力作用在结合处，启盖螺栓的作用源于此。启盖螺栓的螺纹长度要大于箱盖联接凸缘的厚度，螺杆端部要做成圆柱形。大倒角或者半圆形，以免顶坏螺纹。选用GB/T5182-2000M10的螺栓，在螺纹末端加上直径为8mm，长度为5mm的圆柱体，如上图所示。11.联轴器的选
26、择计算1.由于装置用于运输机，原动机为电动机，微小振动，参考机械设计 表10-1，工作情况系数。2. 联轴器的计算扭矩 、3. 确定型号由于转速不高，并且冲击不大，但是电机输出轴与高速轴伸出轴有轴颈差，故而选用弹性套柱销联轴器。电动机的轴颈为28mm，选用LT3Y型联轴器，公称转矩为31.5N.m，轴孔直径为22mm，轴孔长度为52mm。1.由于装置用于运输机，原动机为电动机，微小振动，所以工作情况系数为。联轴器的计算扭矩3. 确定型号 从课程设计表8-181中查得公称扭矩为250N.mm，轴孔直径为35mm，轴孔长度为82mm,其许用扭大于理论计算值，符合。12.设计小结进入大学以来的第二次
27、课程设计几近尾声，这一个月以来，大家都在充实而忙绿的日子中度过，苦并快乐着。大一开始制图课，对机械产生了模糊的印象，进入大三，虽然年级高了两年，但是对机械也为未可知，直到这次课设，我才真正感觉自己触摸到了机械神秘面纱的一角，我知道在这面纱之下还隐藏着冰山等待我去开掘。老师说，减速器是一个很好的教学模型，她拥有其它机器所共有的性质，学会设计减速器，其它机器的设计就会有很大了解。经过一个月我深刻体会到了这句话。从设计到绘制，到校核，每一个步骤都是一项精细而严谨的工作，不是随随便便就能得出结果，也不能随随便便就定下此处该用什么怎么用，面对一个个尺寸，一个个零件，我知道它们是有灵魂的，我不能随便安排它
28、们的人生，所以每一步都要思考如何进行下去，怎样才能更加合理，怎样才符合使用要求，加工要求，以及安装要求。 虽然时代在变化，原始的手绘方法不再适应，但是作为一个机械人，不能把两条线画的相平行，不能完成一张漂亮的图纸，怎么都是不合格的机械人，所以手绘仍然不可抛弃，这是基本，是基础！我们在不丢弃基本的时候也要紧跟时代的步伐，学会一门计算机绘图软件迫在眉睫。以前接触过CAXA，再次用来并不觉陌生，画起来还算得心应手。但是初次接触到SOLIDWORKS这款强大的软件时，我手足无措了，经过两天的快速学习，渐渐了解到了她的可爱以及神奇，也深深喜欢上探索她的奥秘。虽然我的三维图存在很多不让人满意的地方，但是我
29、已经很满足，我靠自己的能力完成了所有零件的绘画，以及装配，即使它不能动。 整个过程下来，让我学会了很多，了解到查资料是多么的关键，书本是最好的老师，不懂就要积极去翻阅，我们的老师不能随时陪在身边指导，但是书本却可以。要成为一名合格的设计人员，我的路还很遥远，但是我对机械的热情已经点燃，再远的路都不再害怕！13.参考文献1 机械设计 主编：许立忠 龚景安 机械工业出版社2 机械设计课程设计指导手册 主编：韩晓娟 中国标准出版社3 机械设计课程设计图册（第三版） 主编：龚溎义 高等教育出版社 4 画法几何与机械制图 主编：贾春玉 郑长民 中国标准出版社已知条件：F=1302NV=0.77m/sD=270mm=1430r/min 已知条件：室外作业，微小振动，四年二班初选参数：8级精度修正后的参数：Error! Reference source not found.已知条件：初选参数：修正后的参数：Error! Reference source not found.已知条件：T=N.mm计算结果：T=N.mm