課程設(shè)計---同軸式二級圓柱齒輪減速器

1、<p>　　《機械設(shè)計》課程設(shè)計</p><p>　　題 目：同軸式二級圓柱齒輪減速器</p><p>　　專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………2</p><p>

2、;　　準備階段………………………………………………………3</p><p>　　電動機的選擇…………………………………………………3</p><p>　　計算傳動比和動力參數(shù)………………………………………5</p><p>　　傳動件的設(shè)計計算……………………………………………5</p><p>　　軸的設(shè)計計算………………………………………

3、…………10</p><p>　　滾動軸承的選擇及計算………………………………………22</p><p>　　減速器設(shè)計資料………………………………………………26</p><p>　　潤滑與密封……………………………………………………27</p><p>　　設(shè)計小結(jié)………………………………………………………27</p>&l

4、t;p>　　參考資料目錄…………………………………………………27</p><p>　　機械設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　題目：同軸式二級圓柱齒輪減速器</p><p><b>　　一：總體結(jié)構(gòu)簡圖</b></p><p><b>　　二：已知數(shù)據(jù)</b></p>&l

5、t;p>　　運輸機工作軸轉(zhuǎn)矩 T=1100N·m</p><p>　　運輸帶工作速度 V=0.8m/s</p><p>　　卷筒直徑 D=450mm</p><p>　　卷筒效率 η=0.96（包括卷筒與軸承的功率損失）</p><p>　　工作年限8年，每日工作3班</p>

6、<p>　　運輸帶速度允許誤差為±5%</p><p><b>　　三：工作條件：</b></p><p>　　連續(xù)單項運轉(zhuǎn)，有輕微振動，灰塵較多，小批量生產(chǎn)。</p><p><b>　　四：設(shè)計工作量</b></p><p><b>　　減速器裝配圖一張</b

7、></p><p><b>　　零件工作圖1-3張</b></p><p><b>　　設(shè)計計算說明書一份</b></p><p><b>　　準備階段</b></p><p><b>　　閱讀任務(wù)書</b></p><p>

8、<b>　　閱讀指導(dǎo)書</b></p><p><b>　　閱讀手冊資料</b></p><p><b>　　減速器拆裝實驗</b></p><p><b>　　電動機的選擇</b></p><p><b>　　電動機類型選擇</b>

9、</p><p>　　如任務(wù)書上布置簡圖所示，傳動方案采用V帶加同軸式二級圓柱齒輪減速箱，采用V帶可起到過載保護作用，同軸式可使減速器橫向尺寸較小。</p><p>　　按工作要求和工作條件，選用一般用途的Ｙ（IP44）系列三相異步電動機。</p><p><b>　　電動機容量</b></p><p><b>

10、;　　卷筒軸的輸出功率</b></p><p><b>　　電動機的輸出功率</b></p><p><b>　　傳動裝置的總效率</b></p><p>　　式中，為從電動機至卷筒軸之間的各傳動機構(gòu)和軸承的效率。由《機械設(shè)計課程設(shè)計》（以下未作說明皆為此書中查得）表2-4查得：V帶傳動；圓柱齒輪傳動；彈性聯(lián)軸

11、器；卷筒與軸承的功率損失，則</p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　電動機額定功率</b></p><p>　　由第二十章表20-1選取電動機額定功率。</p><p><b>　　電動機的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　

12、　由表2-1查得V帶傳動常用傳動比范圍，最高位7；由表2-2查得兩級同軸式圓柱齒輪減速器傳動比范圍，則電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為</p><p>　　可見同步轉(zhuǎn)速為750r/min、1000r/min、1500r/min和3000r/min的電動機均符合。這里初選同步轉(zhuǎn)速分別為1000r/min和1500r/min的兩種電動機進行比較，</p><p><b>　　如下表：</b

13、></p><p>　　由P167表，綜合考慮電動機和傳動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)量及傳動比，方案1較合理。由表16-2查得電動機中心高H=132mm，外伸軸段</p><p>　　計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比</p><p><b>　　傳動裝置總傳動比</b></p><p><b>　　分配各級傳

14、動比</b></p><p>　　取V帶傳動的傳動比，則兩級圓柱齒輪減速器的傳動比為</p><p>　　，所以選取帶傳動的傳動比符合要求</p><p>　　所得符合一般圓柱齒輪傳動和兩級圓柱齒輪減速器傳動比的常用范圍。</p><p>　　計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)</p><p><b>

15、　　各軸轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　電動機軸為0軸，減速器高速軸為Ⅰ軸，中速軸為Ⅱ軸，低速軸為Ⅲ軸，各軸轉(zhuǎn)速為</p><p><b>　　各軸輸入功率</b></p><p>　　按電動機額定功率計算各軸輸入功率，即 </p><p><b>　　各軸轉(zhuǎn)矩</b></p&g

16、t;<p><b>　　斜齒輪傳動設(shè)計計算</b></p><p>　　選擇精度等級、材料和齒數(shù)</p><p>　　運輸機為一般工作機，速度不高，可選用7級精度</p><p><b>　　材料選擇</b></p><p>　　由表10―1得 小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為28

17、0HBS；大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。HBS1-HBS2=40處在30―550之間，即軟齒面。</p><p>　　選用小齒輪齒數(shù)=20，大齒輪齒數(shù)</p><p>　　選取螺旋角。初選螺旋角 =1（對稱）</p><p>　?。ㄒ唬┌待X面接觸強度設(shè)計</p><p><b>　　公式10―21 </b&

18、gt;</p><p>　　1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p><b>　　試選=1.6</b></p><p><b>　　由圖10-30查得</b></p><p><b>　　由圖10-26查得</b></p><p>　　由式10-13計

19、算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) </p><p><b>　　由圖10-19取</b></p><p>　　由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限</p><p><b>　　查表10-6得</b></p><p>　　計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力</p><

20、;p>　　取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式10-12得</p><p><b>　　計算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得</p><p><b>　　=63.83mm</b></p><p><b>　　計算圓周速度</b></

21、p><p><b>　　計算齒寬b及模數(shù)</b></p><p><b>　　b/h=9.20</b></p><p><b>　　計算縱向重合度</b></p><p><b>　　計算載荷系數(shù)K</b></p><p><b&

22、gt;　　已知使用系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)v=1.07m/s，7級精度，由圖10-8查得動載荷系數(shù)</p><p><b>　　由表10-4查得</b></p><p><b>　　由圖10-13， </b></p><p>　　由表10-3查得 未經(jīng)硬化， </p

23、><p><b>　　故</b></p><p>　　按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑</p><p><b>　　由式10-10a，</b></p><p><b>　　計算模數(shù)</b></p><p>　?。ǘ┯升X根彎曲強度計算</p>

24、;<p><b>　?。?）確定計算參數(shù)</b></p><p>　　由圖10-28 縱向重合度 螺旋角影響系數(shù)</p><p><b>　　由式10-17 </b></p><p><b>　　計算當量齒數(shù) </b></p><p><b>　　

25、由表10-5查得</b></p><p><b>　　由表10-5查得</b></p><p>　　計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 </p><p>　　由圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強度極限</p><p>　　大齒輪彎曲疲勞強度極限</p><p>　　由圖

26、10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)</p><p><b>　　由式10-12得</b></p><p>　　大小齒輪比較 大齒輪數(shù)值大</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　取=2.0或2.5或3，為滿足接觸疲勞強度，需要來計算齒數(shù)</p><p>　　

27、or24.45 or 20.38 </p><p>　　考慮到最小體積，取 ，則</p><p><b>　?。?）幾何尺寸計算</b></p><p>　　中心距 圓整為a=124</p><p><b>　　修正后螺旋角</b></p><p>　　由改變不多

28、，、、等不必修正</p><p>　?。?）計算大小輪分度圓直徑</p><p><b>　　由得</b></p><p><b>　　計算齒輪寬度</b></p><p>　　mm mm</p><p>　　為了使中間軸上大小齒輪的軸向力能夠相互抵消一部分，故高速

29、級小齒輪采用左旋，大齒輪采用右旋，低速級小齒輪右旋大齒輪左旋。</p><p>　　軸的設(shè)計計算以及鍵的選擇</p><p><b>　　高速軸的設(shè)計</b></p><p>　　高速軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　作用在軸上的力</b></p><p>

30、　　已知高速級齒輪的分度圓直徑為=98.75 ，根據(jù)《機械設(shè)計》（軸的設(shè)計計算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則</p><p>　　初步確定軸的最小直徑</p><p>　　先按式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取,于是得</p><p>　　直徑：取d1-2=28mm，則在2-3段，查表7-12取氈圈內(nèi)徑

31、34mm，則dⅡ-Ⅲ=35mm，在3-4段，由于受到軸向力和徑向力，故選用單列圓錐滾子軸承，參照dⅡ-Ⅲ選出30308型號，尺寸為d×D×T=40mm×90mm×25.25mm，故dⅢ-Ⅳ=dⅦ-Ⅷ=40mm，由于小齒輪齒寬70mm，取dⅣ-Ⅴ=45mm，對于Ⅴ-Ⅳ，分別取dⅤ-Ⅵ=48mm</p><p>　　長度：根據(jù)上述要求取值如下</p><p&

32、gt;　　齒輪與軸的周向定位選用平鍵12mm×8mm×70mm，為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。</p><p>　　確定軸上圓角和倒角尺寸</p><p>　　參考表15-2，取軸端倒角，各圓角半徑見圖</p><p><b&

33、gt;　　（3）求軸上的載荷</b></p><p>　　首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取a值。對于30308型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=20mm。</p><p>　　根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險截面。先計算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。</p>

34、<p>　?。?）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度</p><p>　　根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力</p><p>　　已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此，故安全。</p><p><b>　　低速軸的設(shè)計</b></p><p>　　低速軸上

35、的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　作用在軸上的力</b></p><p>　　已知高速級齒輪的分度圓直徑為，根據(jù)式(10-14)，則</p><p>　　初步確定軸的最小直徑</p><p>　　先按式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取，于是得 <

36、/p><p><b>　　軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　擬訂軸上零件的裝配方案（如圖）</p><p>　　為滿足半聯(lián)軸器的軸向定位，6-7段左端制出一軸肩，取，根據(jù)5-6段上氈圈要求，取。選擇軸承：軸承受徑向力和軸向力作用，選圓錐滾子軸承，根據(jù)，選用30313其尺寸d*D*T=65*140*36 所以而大齒輪配合軸段則取，對于2-3段

37、，，取。</p><p>　　長度選擇：令 由于，所以取</p><p>　　確定軸上圓角和倒角尺寸</p><p>　　參考表15-2，取軸端倒角，各圓角半徑見圖</p><p>　　齒輪與軸的聯(lián)接：平鍵20*12*50，為保證齒輪與軸配合的對中性，選擇輪轂與軸H7/h6</p><p>　　校核危險截面B：取 則&

38、lt;/p><p>　　已選定軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），調(diào)質(zhì)處理。。因此，故安全。</p><p><b>　　中速軸的設(shè)計</b></p><p>　　中速軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　作用在軸上的力</b></p><p>　　已知小齒輪，根據(jù)式(10-

39、14)，則</p><p>　　已知大齒輪，根據(jù)式(10-14)，則</p><p>　　初步確定軸的最小直徑</p><p>　　先按式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取,于是得</p><p><b>　　軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>

40、　　1）擬訂軸上零件的裝配方案（如圖）</p><p>　　根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度</p><p>　　Ⅰ初步選擇軸承。根據(jù)以及受力要求，選用標準精度級別的單列圓錐滾子軸承30308，其尺寸：，取，由軸肩及套筒，取，</p><p>　?、蚋鶕?jù)高低速軸軸向距離 ，則 </p><p>　　軸上零件定位：大小齒輪與軸的周向

41、定位選用平鍵，齒輪輪轂與軸配合H7/h6（良好對中性）滾子軸承由過濾配合來保護，此處軸選m6.</p><p>　　確定軸上圓角和倒角尺寸</p><p>　　參考表15-2，取軸端倒角，各圓角半徑見圖</p><p>　　按彎曲合成應(yīng)力校核,取 則</p><p>　　已選定軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），調(diào)質(zhì)處理。。因此，設(shè)計的軸過細。另取

42、再次校核，，所以取符合要求。</p><p><b>　　確校核軸的疲勞強度</b></p><p><b>　　判斷危險截面</b></p><p>　　截面ⅤⅥⅦ只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過渡配合引起的應(yīng)力集中將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面ⅤⅥⅦ無需校核。</p&g

43、t;<p>　　從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來精看，截面Ⅲ和Ⅳ處過盈配合引起應(yīng)力集中最嚴重；從受載情況來看，截面B上的應(yīng)力最大。截面Ⅲ的應(yīng)力集中影響和截面Ⅳ的相近，但截面Ⅲ不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。截面B上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而這里軸的直徑也大，故截面B不必校核。截面ⅠⅡ顯然更不必校核。由《機械設(shè)計》第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，

44、因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)。</p><p><b>　　截面Ⅳ左側(cè)</b></p><p><b>　　抗彎截面系數(shù)</b></p><p><b>　　抗扭截面系數(shù)</b></p><p><b>　　截面Ⅳ左側(cè)的彎矩為</b></p>

45、<p><b>　　截面Ⅳ上的扭矩為</b></p><p><b>　　截面上的彎曲應(yīng)力</b></p><p><b>　　截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力</b></p><p>　　軸的材料為45度鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得</p><p>　　截面上由于軸肩而形成

46、的理論應(yīng)力集中系數(shù)按附表3-2 </p><p><b>　　經(jīng)插值后可查得</b></p><p>　　又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為</p><p>　　故有效應(yīng)力集中系數(shù)為</p><p>　　由附圖3-2得尺寸系數(shù)</p><p>　　由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)</p>

47、<p>　　軸按磨削加工，附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為</p><p>　　軸未經(jīng)表面強化處理，即βq=1，則得綜合系數(shù)值為</p><p>　　又由§3-1和§3-2查得碳鋼的特性系數(shù)</p><p><b>　　, ?。?lt;/b></p><p><b>　　, ?。?lt;

48、/b></p><p>　　于是，計算安全系數(shù)值，按式(15-6)～(15-8)則得</p><p><b>　　故可知其安全。</b></p><p><b>　　截面Ⅳ右側(cè)</b></p><p><b>　　抗彎截面系數(shù)</b></p><p&g

49、t;<b>　　抗扭截面系數(shù)</b></p><p><b>　　截面Ⅳ右側(cè)的彎矩為</b></p><p><b>　　截面Ⅳ上的扭矩為</b></p><p><b>　　截面上的彎曲應(yīng)力</b></p><p><b>　　截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)

50、力</b></p><p>　　軸的材料為45度鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得</p><p>　　截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按附表3-2 </p><p><b>　　經(jīng)插值后可查得</b></p><p>　　又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為</p><p>　　

51、故有效應(yīng)力集中系數(shù)為</p><p>　　由附圖3-2得尺寸系數(shù)</p><p>　　由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)</p><p>　　軸按磨削加工，附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為</p><p>　　軸未經(jīng)表面強化處理，即βq=1，則得綜合系數(shù)值為</p><p>　　又由§3-1和§3-2查得碳鋼的特

52、性系數(shù)</p><p><b>　　, ??；</b></p><p><b>　　, 取；</b></p><p>　　于是，計算安全系數(shù)值，按式(15-6)～(15-8)則得</p><p><b>　　故可知其安全。</b></p><p>　　滾

53、動軸承的選擇及計算</p><p><b>　　軸承預(yù)期壽命 </b></p><p><b>　　高速軸的軸承</b></p><p>　　選用30308型圓錐滾子軸承，查得 ，</p><p>　　求兩軸承所受到的徑向載荷和由高速軸的校核過程中可知：</p><p>&

54、lt;b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　求兩軸承的計算軸向力和,由《機械設(shè)計》表13-7得 </p><p><b>　　因為</b></p><p><b>　　所以</b></p><p&g

55、t;<b>　　求軸承當量動載荷和</b></p><p>　　由《機械設(shè)計》表13-6，取載荷系數(shù) </p><p><b>　　驗算軸承壽命</b></p><p>　　因為，所以按軸承1的受力大小驗算</p><p>　　故所選軸承滿足壽命要求。</p><p><

56、;b>　　中速軸的軸承</b></p><p>　　選用30308型圓錐滾子軸承，查得 ， </p><p>　　求兩軸承所受到的徑向載荷和由中速軸的校核過程中可知：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p&

57、gt;　　求兩軸承的計算軸向力和由《機械設(shè)計》表13-7得 </p><p><b>　　因為</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　求軸承當量動載荷和</b></p><p>　　由《機械設(shè)計》表13-6，取載荷系數(shù) </p>

58、;<p><b>　　驗算軸承壽命</b></p><p>　　因為，所以按軸承2的受力大小驗算</p><p>　　故所選軸承滿足壽命要求。</p><p><b>　　低速軸的軸承</b></p><p>　　選用30313型圓錐滾子軸承，查得 ，</p><p

59、>　　求兩軸承所受到的徑向載荷和,由低速軸的校核過程中可知：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　求兩軸承的計算軸向力和,由《機械設(shè)計》表13-7得 </p><p><b>　　因為</b></p&g

60、t;<p><b>　　所以</b></p><p><b>　　求軸承當量動載荷和</b></p><p>　　由《機械設(shè)計》表13-6，取載荷系數(shù) </p><p><b>　　驗算軸承壽命</b></p><p>　　因為，所以按軸承2的受力大小驗算<

61、/p><p>　　故所選軸承滿足壽命要求。</p><p><b>　　減速器設(shè)計資料</b></p><p><b>　　潤滑與密封</b></p><p>　　由于中速速軸上的大齒輪齒頂線速度大于2m/s，所以軸承采用油潤滑。為防止?jié)櫥屯庑?，用氈圈密封?lt;/p><p>&

62、lt;b>　　設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　在大學的三年所學，在這次設(shè)計中得到檢驗，親自動手設(shè)計的感覺挺不錯的。還有的就是團隊的配合很重要，在經(jīng)過了好多天的努力設(shè)計后，終于接近了尾聲，而現(xiàn)在，更是提前圓滿完成任務(wù)，感覺甚是自豪。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1] 金清素. 機械設(shè)

63、計課程設(shè)計[M]. 武漢 華中科技大學出版社，2007.</p><p>　　[2] 濮良貴 紀名剛. 機械設(shè)計[M] 第7版. 北京：高等教育出版社，2009.</p><p>　　[3] 吳宗澤 羅圣國. 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M] 第2、3版. 北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[4] 孫恒 陳作模 葛文杰. 機械原理[M] 第7版. 北京