機(jī)械設(shè)計(jì)-同軸式圓柱齒輪減速器

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說 明 書目 錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 31傳動(dòng)裝置總圖 32設(shè)計(jì)要求 33已知條件 4一、 電動(dòng)機(jī)的選擇 5二、 分配傳動(dòng)比 6三、 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 6四、 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 7（一） 第一級直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算 7（二） 第二級直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算 12（三） 開式齒輪的基本參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算 16五、 齒輪公差組的確定（圓柱齒輪） 20六、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 21（一） 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算 21（二） 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26（三） 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31 七、軸承壽命校核計(jì)算 35八、平鍵的強(qiáng)度校核 37九、箱體的基本參數(shù) 39設(shè) 計(jì) 任

2、 務(wù) 書1. 傳動(dòng)裝置總圖 2.設(shè)計(jì)要求：1） 選擇電動(dòng)機(jī)類型和規(guī)格；2） 設(shè)計(jì)減速器和開式齒輪傳動(dòng)；3） 選擇聯(lián)軸類型和型號；4） 繪制減速器裝配圖和零件圖；5） 編寫設(shè)計(jì)說明書。3.已知條件1） 輸送機(jī)主軸功率P10 Kw，輸送機(jī)主軸轉(zhuǎn)速n90 /min；2） 輸送機(jī)效率f0.96；3） 工作情況 單向轉(zhuǎn)速，連續(xù)工作，工作平穩(wěn)；4） 機(jī)械公用 輸送散裝物料，如砂、灰、谷物、煤粉等；5） 運(yùn)動(dòng)要求 輸送機(jī)主軸轉(zhuǎn)速誤差不超過7%；6） 使用壽命 5年，每年300天，每天8小時(shí)；7） 檢修周期 半年小修；兩年大修；8） 生產(chǎn)批量 中批生產(chǎn)；9） 生產(chǎn)廠型 中小型械制造廠。項(xiàng)目內(nèi)容及計(jì)算說明：計(jì)算

3、結(jié)果：一、電動(dòng)機(jī)的選擇：1）輸送機(jī)主軸效率功率：Kw2） 輸送機(jī)主軸轉(zhuǎn)速：90 r/min3）傳動(dòng)裝置總效率： 選取 彈性柱銷聯(lián)軸器效率： 球軸承效率： 圓柱齒輪嚙合效率： 總效率： =0.94） 電動(dòng)機(jī)輸出功率： Kw所以：選擇電動(dòng)機(jī)型號為:Y160M2-2型三相異步電動(dòng)機(jī),同步轉(zhuǎn)速 r/min，異步轉(zhuǎn)速r/min。二、分配傳動(dòng)比：1. 估算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比：2. 根據(jù)公式：試分配傳動(dòng)比： 第一級齒輪傳動(dòng)：第二級齒輪傳動(dòng)：第三級（開式）齒輪傳動(dòng)：則：三、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算：1.計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速： r/min r/min r/min r/min2.計(jì)算各軸輸入功率： Kw Kw Kw

4、2. 計(jì)算各軸輸入轉(zhuǎn)矩： Nm Nm Nm Nm將上述結(jié)果列于表中：軸號轉(zhuǎn) 速功 率轉(zhuǎn) 矩1 r/min Kw Nm2r/min Kw Nm3r/min Kw Nm4r/minKw Nm四、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算：（一） 直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算：1.選擇齒輪的材料： 小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì) 大齒輪選用正火許用接觸應(yīng)力由式=確定齒輪精度等級，按估計(jì)齒寬中點(diǎn)分度圓上的圓周速度m/s。查表?。?小輪大端分度圓由式： 計(jì)算： 齒寬系數(shù) 按齒輪相對軸承為非對稱布置： 小輪齒數(shù) 在推薦值 中選： 大輪齒數(shù) 齒數(shù)比 傳動(dòng)比誤差 在范圍內(nèi)， 小輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查表得： 動(dòng)載荷系數(shù) 查 得：

5、齒向載荷分布系數(shù) 齒間載荷分布系數(shù) 由推薦值 載荷系數(shù)的初值 彈性系數(shù) 查表得： 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查表得： 許用接觸應(yīng)力 接觸疲勞極限 接觸壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式： 則：查表 得，（不允許有點(diǎn)蝕） 硬化系數(shù) 查表得： 接觸安全系數(shù) 查表得： 則： 故：的值為：齒輪法面模數(shù) 圓整：齒輪嚙合中心距為 ：取圓整得分度圓螺旋角為 小輪分度圓直徑為： 大輪分度圓直徑 圓周速度 齒寬 圓整: 大輪齒寬 小輪齒寬 3.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算： 由式 當(dāng)量齒數(shù)： 齒形系數(shù) 查表得：小輪 大輪 應(yīng)力修正系數(shù) 查表得:小輪 大輪 重合度系數(shù) 由式 許用彎曲應(yīng)力 彎曲疲勞極限應(yīng)力 查表得： 彎曲壽命系數(shù) 查表得

6、： 尺寸系數(shù) 查表得： 安全系數(shù) 查表得： 則： 所以： N/mm N/mm4.齒輪的其他基本幾何參數(shù)與結(jié)構(gòu)圖 模數(shù) 齒數(shù) ， 壓力角 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 傳動(dòng)比 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 cos 齒距 齒厚、槽寬 頂隙 中心距 齒寬 （二） 直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算：1.選擇齒輪的材料：查表： 小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì) 小齒輪選用正火2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算：確定齒輪精度等級，按， 估取圓周速度m/s。查表?。?小輪大端分度圓直徑由式： 計(jì)算： 齒寬系數(shù) 按齒輪相對軸承非對稱布置，?。?小輪齒數(shù) 在推薦值 中選： 大輪齒數(shù) 齒數(shù)比 傳

7、動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)： 小輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查表得： 動(dòng)載荷系數(shù)值 查 得： 齒向載荷分布系數(shù) 查 表： 齒向載荷分布系數(shù) 由及式 取：載荷系數(shù)的初值 彈性系數(shù) 查表得： 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)（ 查表得： 重合度系數(shù) （） 查表得： 許用接觸應(yīng)力 接觸疲勞極限應(yīng)力 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 則：查表 得接觸壽命系數(shù)（不允許有點(diǎn)蝕）: 硬化系數(shù) 查表得： 接觸強(qiáng)度安全系數(shù)按一般可靠度查 ?。?故：的值為：齒輪模數(shù) 圓整：小輪分度圓直徑的值為： 圓周速度 大輪分度圓直徑 中心距 齒寬mm 大輪齒寬 小輪齒寬 3.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算： 由式 齒形系數(shù) 查表得：小輪 大輪 應(yīng)力修正系數(shù) 查表得:小輪 大

8、輪 重合度系數(shù) 由式 許用彎曲應(yīng)力 彎曲疲勞極限應(yīng)力 查表得： 彎曲壽命系數(shù) 查表得： 尺寸系數(shù) 查表得： 安全系數(shù) 查表得： 則： 所以： N/mm N/mm 4.齒輪的其他基本幾何參數(shù)與結(jié)構(gòu)圖1） 基本幾何尺寸計(jì)算： 模數(shù) 齒數(shù) ， 壓力角 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 傳動(dòng)比 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 cos 齒距 齒厚、槽寬 基圓齒距 cos法向齒距 頂隙 中心距 齒寬 （三） 開式齒輪的基本參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算： （一） 直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算：1.選擇齒輪的材料： 小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì) 大齒輪選用正火許用接觸應(yīng)力由式=確定齒輪精度等級，按估

9、計(jì)齒寬中點(diǎn)分度圓上的圓周速度m/s。查表取： 小輪大端分度圓由式： 計(jì)算： 齒寬系 在推薦值中選： 小輪齒數(shù) 在推薦值 中選： 大齒數(shù) 齒數(shù)比 傳動(dòng)比誤差 在范圍內(nèi)， 小輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查表得： 動(dòng)載荷系數(shù)值 查 得： 齒向載荷分布系數(shù) 載荷系數(shù)的初值 2/8.189mmNZE= 彈性系數(shù) 查表得： 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查表得： 許用接觸應(yīng)力 接觸疲勞極限 接觸壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式： 則：查表 得，（不允許有點(diǎn)蝕） 接觸安全系數(shù) 查表得： 則： 故：的設(shè)計(jì)值為：齒輪模數(shù) 圓整：小輪大端分度圓直徑為： 小輪平均分度圓直徑 圓周速度 動(dòng)載荷系數(shù) 查表得： 載荷系數(shù) 大輪大端分度圓直徑

10、錐距 齒寬 圓整: 3.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算： 由式 齒形系數(shù)由當(dāng)量齒數(shù) 查表得和應(yīng)力修正系數(shù) 查表得和 許用彎曲應(yīng)力 彎曲疲勞極限應(yīng)力 彎曲壽命系數(shù) 查得： 尺寸系數(shù) 查得： 安全系數(shù) 查得： 則： N/mm N/mm 4.齒輪的其他基本幾何參數(shù)與結(jié)構(gòu)圖 模數(shù) 齒數(shù) ， 壓力角 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 傳動(dòng)比 分度圓錐角 arc tan 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 cos cos 齒根圓直徑 cos cos 錐距 齒頂角 arc tan 齒根角 arc tan 齒寬 2）大圓錐齒輪外觀圖：五、齒輪公差組的確定： 1.高速軸齒輪的精度等級：小齒輪分度圓直徑大齒輪分度圓直徑

11、 公稱中心距 齒輪的圓周速度 綜合考慮三項(xiàng)精度要求，確定齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、傳動(dòng)平穩(wěn)性、輪齒載荷分布均勻性的精度等級為8級、8級、8級。 2.確定齒輪的應(yīng)檢精度指標(biāo)的公差或極限偏差：查表得齒輪軸上的齒輪的四項(xiàng)應(yīng)檢精度指標(biāo)的公差或極限偏差為：齒距累積總公差m，單個(gè)齒距極限偏差m，齒廓總公差m，螺旋線總公差m，齒輪徑向跳動(dòng)公差m。查表得輸出軸上的大齒輪的四項(xiàng)應(yīng)檢精度指標(biāo)的公差或極限偏差為：齒距累積總公差m，單個(gè)齒距極限偏差m，齒廓總公差m，螺旋線總公差m，齒輪徑向跳動(dòng)公差m。本減速器的齒輪屬于普通齒輪，不需要規(guī)定個(gè)齒距累積極限偏差。 六、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算：（一） 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算：

12、 1.計(jì)算作用在齒輪上的力： 轉(zhuǎn)矩：圓周力： 徑向力：軸向力： 2.初步估算軸的直徑： 選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)公式計(jì)算軸的最小直徑，并加大一些以考慮鍵槽等因素的影響。 查表取A=112則： mm 3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： （1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案：該軸（輸入軸）的軸承分別從兩端裝入，由擋油盤定位。 軸段主要用于安裝聯(lián)軸器，其直徑應(yīng)于聯(lián)軸器的孔徑相配合，因此要先選擇聯(lián)軸器。另外還由于聯(lián)軸器那一側(cè)接電動(dòng)機(jī)，則應(yīng)先選電動(dòng)機(jī)。有電動(dòng)機(jī)的型號可得則聯(lián)軸器應(yīng)選擇為系列中的一個(gè)。又由于聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為，根據(jù)工作情況選取，則： Nm。根據(jù)工作要求選用彈性柱銷聯(lián)軸器，型號為TL6,許用轉(zhuǎn)矩 Nm。

13、與輸入軸聯(lián)接的半聯(lián)軸器孔徑mm，因此選取軸段的直徑為mm。半聯(lián)軸器輪轂總長度mm，（J型軸孔），與軸配合的輪轂孔長度為mm。 （2）確定各軸段的直徑和長度： 軸段:為配合軸頸，按半聯(lián)軸器孔徑，選取軸段直徑為mm。為保證定位要求，軸段的長度應(yīng)比半聯(lián)軸器配合段輪轂孔長度（mm）略短mm；半聯(lián)軸器右端用套筒軸向定位，其長度為扳手的有效活動(dòng)距離和輸入軸軸承蓋長度之和。此處取為mm。所以，軸段總長為。軸段:為支撐軸頸，用來安裝軸承。預(yù)選軸承型號為7210AC角接觸球軸承。寬度mm。所以軸段直徑應(yīng)為軸承內(nèi)圈直徑mm；為保證軸承的軸向定位用擋油盤定位，長度為mm，軸段長度應(yīng)比軸承寬度短mm，確定其長度為mm

14、。軸段：此軸段為連接軸身，為了保證定位軸肩有一定的高度和軸承有足夠的支撐跨距其直徑和長度確定為：mm，mm軸段：為齒輪軸的齒輪部分，其分度圓的直徑為d=53.48mm,因此其尺寸L=49mm。軸段：也是支撐軸頸，其直徑應(yīng)為mm，為保證軸承的軸向定位用擋油盤定位，長度為mm， 即長度為mm。軸段6：此段為了提供一定地軸肩高度和軸承有足夠的支撐跨距其直徑和長度確定為mm，mm軸段7：為放置軸承和擋油環(huán)的地方，軸承寬B=19mm，擋油環(huán)長度為15.5mm。則此處軸段長為L=34.5mm。 4.繪制軸的彎矩圖和扭矩圖： （1）求反力 H水平面 N NV垂直面 N （2）求齒寬中點(diǎn)出的彎矩H水平面 Nm

15、mV垂直面Nmm合成彎矩M扭矩T Nmm當(dāng)量彎矩彎矩圖和扭矩圖：5.校核軸的強(qiáng)度：查表得 N/mm,材料的許用應(yīng)力即 N/mm,軸的計(jì)算應(yīng)力為：（二） 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：1.計(jì)算作用在齒輪上的力： 轉(zhuǎn)矩： 大齒輪上受到的力與小齒輪上的力護(hù)衛(wèi)相反力，則：圓周力： N 徑向力： N 軸向力： N 轉(zhuǎn)矩：圓周力： 徑向力：2.初步估算軸的直徑： 選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)公式計(jì)算軸的最小直徑，并加大一些因素以考慮鍵槽等的影響。 查表取A=112則： mm 3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 確定軸的結(jié)構(gòu)方案： 該軸（中間軸）左端齒輪軸，大圓柱齒輪從右端裝入，然后分別自兩端裝入擋油板和軸承。結(jié)構(gòu)如圖：（

16、2）確定各軸段的直徑和長度：軸段：為支撐軸頸，預(yù)選軸承型號為7210AC角接觸球軸承。其內(nèi)圈直徑mm，寬度mm。擋油板寬度為15mm，所以，確定軸段直徑為mm，長度為mm。軸段2：為放置套筒的地方用來固定安裝的齒輪。其長度為L=13mm，d=50mm。軸段3：為齒輪軸部分，長度為mm。軸段的直徑為mm。軸段4：為固定軸肩，用于保證安裝齒輪的固定，所以，確定軸段直徑為mm，長度為mm。軸段5：為齒輪軸。其分度圓d=92mm,L=80mm.軸段6：為支撐軸頸，L=11mm軸段7為放置軸承與擋油環(huán)的地方。，L=34mm4.繪制軸的彎矩圖和扭矩圖： （1）求反力 H水平面 N NV垂直面 （2）求齒寬

17、中點(diǎn)出的彎矩H水平面 NmmNmm V垂直面NmmNmm合成彎矩M扭矩T Nmm當(dāng)量彎矩彎矩圖和扭矩圖 5.校核軸的強(qiáng)度：查表得 N/mm,材料的許用應(yīng)力即 N/mm,軸的計(jì)算應(yīng)力為：（三） 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 1.計(jì)算作用在齒輪上的力： 轉(zhuǎn)矩：圓周力：N 徑向力： N2 .初步估算軸的直徑： 選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)公式計(jì)算軸的最小直徑，并加大一些以考慮鍵槽等因素的影響。 查表取A=112則： mm 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： （1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案： 該軸（輸出軸）左端先后裝入大圓柱齒輪、擋油板、軸承、軸承套，右端先裝入擋油板、軸承。聯(lián)軸器將在傳動(dòng)系統(tǒng)裝配時(shí)安裝，減速器裝配過程中不

18、應(yīng)裝配。結(jié)構(gòu)如圖：軸段：用于安裝聯(lián)軸器，與聯(lián)軸器配合的長度為82mm,直徑為mm，軸成端蓋處直徑d=65長度為60mm。因此，確定軸段直徑為mm，長度為mm軸段：為支撐軸頸，預(yù)選軸承型號為6214深溝球軸承。其內(nèi)圈直徑mm，寬度mm。擋油板長度為13mm，所以，確定軸段直徑為mm，長度為mm。 軸段3:軸段長度為L=65mm，下一段為L=20mm軸段：用于安裝大圓柱齒輪，其輪轂孔直徑為mm,長度為mm。軸段：為聯(lián)接軸身。綜合考慮軸承的支撐跨距和軸身的力學(xué)性能,確定其直徑mm,長度mm。軸段：用于安裝右軸承，型號同樣是6214深溝球軸承，擋油板長度為12mm。所以確定軸段直徑為mm，長度為mm。

19、4.繪制軸的彎矩圖和扭矩圖： （1）求反力 H水平面 N NV垂直面 N N （2）求齒寬中點(diǎn)出的彎矩H水平面 NmmV垂直面Nmm合成彎矩M扭矩T Nmm當(dāng)量彎矩彎矩圖和扭矩圖：5.校核軸的強(qiáng)度：查表得 N/mm,材料的許用應(yīng)力即 N/mm,軸的計(jì)算應(yīng)力為：七、1.輸入軸軸承型號7209AC的壽命校核計(jì)算： 1）.支反力： 由于則通過計(jì)算得到 NN 2）.軸承壽命： 按公式，求得，查表取，已知軸承的額定動(dòng)載荷 N， 通過計(jì)算求得當(dāng)量動(dòng)載荷P由于查表可得到因1.103>e 則可查表得到x=0.44 ，y=1.47 N 滿足設(shè)備中修的要求，壽命足夠！ 2.中間軸軸承型號7210AC的壽命校

20、核計(jì)算： 1）.支反力： 由于則通過計(jì)算得到 NN計(jì)算得到NN2）.軸承壽命： 按公式，求得，查表取，已知軸承的額定動(dòng)載荷 N通過計(jì)算求得當(dāng)量動(dòng)載荷P由于查表可得到因0.57>e 則可查表得到x=0.44 ，y=1 N h 滿足設(shè)備中修的要求，壽命足夠！ 3.輸出軸軸承型號6214的壽命校核計(jì)算： 1）.支反力： 2）.軸承壽命： 按公式，求得，查表取，已知軸承的額定動(dòng)載荷 N， N h 滿足設(shè)備中修的要求，壽命足夠！ h 滿足設(shè)備中修的要求，壽命足夠！八、平鍵的強(qiáng)度校核：已知：N/mm, 1. 輸入軸： mm mm Nmm鍵 GB/T1095-2003: N/mm2.中間軸： mm m

21、m Nmm鍵 GB 1096-1979: N/mm3.輸出軸： mm ，mm， mm，mm Nmm鍵 GB 1096-1979: N/mm鍵 GB 1096-1979: N/mm九、確定箱體的基本參數(shù)： (取低速軸中心距mm) 機(jī)座壁厚 機(jī)蓋壁厚 機(jī)座凸緣厚度 機(jī)蓋凸緣厚度 機(jī)座底凸緣厚度 地腳螺栓直徑 地腳螺栓數(shù)目 軸承旁螺栓直徑 機(jī)蓋與機(jī)座連接螺栓直徑 軸承蓋螺釘直徑 窺視孔螺釘直徑 定位銷直徑 軸承旁凸臺半徑 查表： 外機(jī)壁至軸承座端面距離 大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離 齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離 機(jī)蓋、機(jī)座肋板厚 通氣器：簡易通氣器 Kwr/min Kw合適！ r/min r/min r/min r/min Kw Kw Kw Kw Nm Nm Nm NmHBSHBS組公差8級=0.8合適！ Nm=1.1 N/mm N/mmN/mmN/mm mm mm mm m/s mm mm mm