1、前言2第1章 减速机齿轮的设计31.1 减速机高速级齿轮的设计31.1.1 规定分析31.1.2 选择齿轮的材料、热解决方式及疲劳极限应力31.2 减速机低速级传动齿轮的设计101.2.1 规定分析101.2.2 选择齿轮的材料、热解决方式及疲劳极限应力10第2章 轴的设计162.1 按轴的扭矩初选轴径和联轴器162.2 轴的结构设计172.3 轴的受力分析172.4 轴的强度校核18第3章 电机的选择21第4章 箱体的设计224.1 结构和尺寸224.2 箱体内壁线的拟定244.2.1 圆柱齿轮减速器244.2.2 输油沟的拟定244.2.4 箱体结构设计还应考虑的几个问题254.2.5 减
2、速箱的附件26第5章 键、轴承、带传动的选择与校核285.1 键的选择与校核285.2 轴承的选择与校核295.2.1 轴承的选择295.2.2 轴承寿命的计算295.3 带传动的选择与校核30结 论33重要参考文献34前言减速器是电机和皮带机之间的独立的闭式传动装置,用来减少转速和增大转矩,以满足工作需要。本次设计的减速器为二级圆柱齿轮减速器,速比为16,传递功率为3.8Kw。高速级齿轮为一对模数mn=2.5mm、螺旋角=1332的斜齿轮,低速级齿轮为一对模数m=4mm的直齿轮。电机与减速器的传动为三角带传动,选用A型三角带,带轮为4槽结构,带传动速比为1.54。电机为Y系列电机,功率4KW
3、,同步转速1500rpm。本设计对减速器齿轮、轴等零件进行了强度校核,对轴承进行了寿命计算,均能满足设计规定。对箱体进行了设计,在满足使用规定的前提下,力求结构简朴,易于加工,节约材料。 关键词:减速器;齿轮;电机;箱体;强度校核第1章 减速机齿轮的设计1.1 减速机高速级齿轮的设计1.1.1 规定分析(1)使用条件分析传递功率:P1=3.8 KW;减速机输入轴转速:n1=960 rpm;电机与减速机传动方式:V形带传动;齿数比u=4;转矩:T=9.55106 =9.55106 =37802 Nmm圆周速度:估计v N,取zN1=1;由图23.2-19查zN2=1.05润滑油膜影响系数zLVR
4、:v=2.714 m/s 选90#中极压工业齿轮油,50=90 mm2/s 由图23.2-20查zLVR =0.83工作硬化系数zW:因小齿轮齿面未硬化,取zW=1按接触强度计算的尺寸系数zX:由图23.2-23查zX =1则:SH1= SH2= =由式23.2-19知,SHmin=1,SH1,2 SHmin 故安全(4)校核齿根弯曲强度由表23.2-22,F=弯曲强度计算的载荷分布系数:KF=KH=1.49,KF=KH=1.5复合齿形系数YFS:由zv1=22.8,zv2=91.3图23.2-24查得,YFS1=4.3,YFS2=3.94弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数Y:按v=1.65,=
5、1332 ,图23.2-28得,Y=0.64 则:F1=F2=F1计算安全系数SF:由表23.2-22 , SF=寿命系数YN:对调质钢,由图23.2-30查得弯曲疲劳应力的循环基数N=3106因N1=1.728109 N N2=4.32108 N ,取YN1=YN2=1相对齿根圆角敏感系数YrelT:图23.2-24,qs11.5,qs21.5由表23.2-30得,YrelT= YrelT=1相对齿根表面状况系数YRrelT:表23.2-45,齿面粗糙度Ra1=Ra2=1.6由式23.2-24得,YRrelT= YRrelT=1尺寸系数YX:图23.2-31,由mn=2.5得,YX=1则:S
6、F1=SF2=由式23.2-20 ,SFmin=1.4 SF1,SF2均大于SFmin 故安全。(5)重要几何尺寸mn=2.5mm mt=2.5715mm z1=21 z2=84 =1332 d1=z1mt=212.5715=54.002mmd2=z2mt=842.5715=216.006mmda1=d1+2ha=54.002+22.5=59.002mmda2=d2+2ha=216.006+22.5=221.006mma=(d1+d2)/2=135.004b2=aa=0.4135=54mmb1=60mm1.2 减速机低速级传动齿轮的设计1.2.1 规定分析(1)使用条件分析传递功率:P1=3.
7、8 KW;积极齿轮转速:n1=240 rpm;齿数比u=4;转矩:T=9.55106 =9.55106 =151208 Nmm=151.208 Nm圆周速度:估计v SHmin 故安全(4)校核齿根弯曲强度由表23.2-22,F=弯曲强度计算的载荷分布系数:KF=KH=1.53,KF=KH=1.2复合齿形系数YFS:由zv1=21,zv2=84,图23.2-24查得,YFS1=4.35,YFS2=3.94弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数Y:按v=1.66,=0 ,图23.2-28得,Y=0.72 则:F1=F2=F1计算安全系数SF:由表23.2-22 , SF=寿命系数YN:对调质钢,由图2
8、3.2-30查得弯曲疲劳应力的循环基数N=3106因N1=4.32108 N N2=1.08108 N ,取YN1=YN2=1相对齿根圆角敏感系数YrelT:图23.2-24,qs11.5,qs21.5由表23.2-30得,YrelT= YrelT=1相对齿根表面状况系数YRrelT:根据表23.2-45,齿面粗糙度Ra1=Ra2=1.6 由式23.2-24得,YRrelT= YRrelT=1尺寸系数YX:图23.2-31,由m=4得,YX=1则,SF1=SF2=由式23.2-20 ,SFmin=1.4 SF1,SF2均大于SFmin 故安全。(5)重要几何尺寸m=4mm z1=21 z2=8
9、4 d1=z1m=214=84mmd2=z2m=844=336mmda1=d1+2ha=84+24=92mmda2=d2+2ha=336+24=344mma=(d1+d2)/2=210 mmb2=aa=0.4210=84mmb1=90mm第2章 轴的设计2.1 按轴的扭矩初选轴径和联轴器轴的材料:45轴的转速:60rpm轴所传递的功率:3.8KW轴所传递的转矩:T=9.55106 =9.55106 =604833 Nmm=604.833 Nm轴上装有齿轮,轴端装有联轴器,需开键槽。由表26.1-1查,b=650 Mpa (抗拉强度)s=360 Mpa (屈服强度)-1=270 Mpa(弯曲疲劳
10、极限)-1=155Mpa(扭转疲劳极限)E=2.15105MPa表26.3-1选公式初步估算轴径:dmin=A (由表26.3-2选A=118-107,取A=115)装联轴器、齿轮的轴开有键槽,轴径增长3-5%,取轴端直径为48mm。选联轴器,考虑动载荷及过载,取联轴器工作情况系数K=1.5。联轴器工作转矩:Tc=KT=1.5604.833=907250 Nmm=907.25 Nm根据工作规定选联轴器,由d=48mm,Tc选联轴器型号:HL4 柱销联轴器,允许最大转矩TP=1600Nm2.2 轴的结构设计根据轴的受力,选取6000型滚动轴承,为便于轴承装配,取装轴承处直径d1=55mm,d2=
11、60mm。初选6311型轴承,轴承规格为5512029,轴环宽为15mm。齿轮周向固定为平键,轴向固定为轴环和轴套,轴承的固定靠轴套、轴肩、轴承盖固定,联轴器靠轴肩固定。2.3 轴的受力分析轴传递的转矩:T1=9.55106 =604833 Nmm=604 Nm齿轮所受的圆周力:Ft=轴的弯矩、扭矩。齿轮所受的径向力:Fr=Ft (n=20)齿轮所受的轴向力:Fx=Fttan0=0联轴器由于制造、安装误差所产生的附加圆周力:F0=0.3求支反力:水平面内:MA=0,RBZ(a+b)-Fra=0RBZ=RZ=0,RAZ=Fr-RBZ,则RAZ=1309-444=865N在垂直面内:MA=0,RB
12、Y(a+b)-Fta=0 RBY=RAY=Ft-RBY=3595-1220=2375NF0作用在A、B点的支反力:MB=0,RA0(a+b)-F0c=0RA0=RB0=RA0+F0=1275+2684=3959N则,齿轮的作用力在水平面内的弯矩:MDZ=63Nm齿轮的作用力在垂直面内的弯矩:MDy=173Nm齿轮的作用力的合成弯矩:M D=F0作用的弯矩:MD0=281NmMD0的作用平面不定,但当其与上述合成弯矩共面时是最危险的,此时 ,MD= M D+ MD0=184+281=465 Nm轴所受的转矩为:T1=604 Nm2.4 轴的强度校核a 拟定危险截面根据轴的结构尺寸及弯、扭矩图,截
13、面B处弯矩较大,且有轴承配合引起的应力集中;E处也较大,直径较小,有圆角引起的应力集中;D处弯矩最大,且有齿轮配合与键槽引起的应力集中,属危险截面,故对D截面进行强度校核。b 安全系数校核计算减速机轴转动,弯矩引起的为对称循环的弯应力,转矩引起的为脉动循环的剪应力。弯曲应力幅为:a= W抗弯断面系数,由表26.3-16,W=18.310-6m3由于是对称循环弯曲应力,平均应力m=0由式26.3-2,S=-145#钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限,由表26.1-1,-1=270MPa K正应力有效应力集中系数,表26.3-5,K=1.5 表面质量系数,表26.3-8,=0.92 尺寸系数,表26.
14、3-11 ,=0.81剪应力幅m=WP抗扭断面系数,表26.3-16,WP=39.510-6m3由式26.3-3,S-145#钢扭转疲劳极限,由表26.1-1,-1=155MPa K剪应力有效应力集中系数,表26.3-5,K=1.63(按键槽) K=1.89(按配合),取:K=1.89 表面质量系数,表26.3-8,=0.92 尺寸系数,表26.3-11 ,=0.81 平均应力折算系数,表26.3-13,=0.21D面的安全系数:式26.3-1,S=由表26.3-4,S=1.3-1.5,SS,截面D是安全的。轴的布置参考图 :第3章 电机的选择减速机输入轴转速:n1=960 rpm;传递功率:
15、P1=3.8 KW;电机与减速机传动方式:V形带传动;减速机速比:i=16,两级传动,齿数比u=4;减速机输入轴转矩:T=9.55106 =9.55106 =37802 Nmm圆周速度:估计v 4m/s。属中速、中载,重要性和可靠性一般的齿轮传动。由以上条件可选择电机:Y112M-4 4KW 1500rpm 380v。第4章 箱体的设计4.1 结构和尺寸箱体是减速机中所有零件的基座,是支承和固定轴系部件,保证传动零件的对的相对位置并承受载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱,具有润滑和密封内零件的作用。为保证具有足够的强度和刚度,箱体要有一定的壁厚,并在轴承孔处设立加强筋。加强肋做在箱体外
16、的称为外肋,由于其铸造工艺性好,故应用较广泛。加强肋做在箱体内的称为内肋,内肋刚度大,不影响外形的美观,但它阻碍润滑油的流动而增长损耗,且铸造工艺也比较复杂,所以应用较少。为了便于轴系部件的安装和拆卸,箱体大多做成剖分式,由箱座和箱盖组成,取轴的中心线所在平面为剖分面,箱座和箱盖采用普通螺栓连接,用圆锥销定位。在大型的立式圆柱齿轮减速箱中,为了便于制造和安装,也有采用两个剖分面的。对于小型的蜗杆减速箱,可用整体式箱体。整体式箱体结构紧凑,重量较轻,易于保证轴承与轴承孔的配合规定,但装拆和调整不如剖分式箱体方便。箱体的材料,毛坯种类与减速器的应用场合及生产数量有关。铸造箱体通常采用灰铸铁铸造。当
17、需要承受振动和冲击载荷时,可用铸钢或高强度铸铁铸造。铸造箱体的刚性较好,外形美观,易于切削加工,能吸取振动和消除噪声,但重量较大,适合于成批生产。对于单件或小批生产的箱体,可采用钢板焊接而成。这种箱体箱壁薄,重量轻,材料省,生产周期短,但规定制导致本较高。此外,为了便于加工和检测,同一轴线轴承孔的直径通常都相等,且使同侧各轴承座的外端面处在同一平面。为了减少加工面积,箱体与其它零件、部件的接合处一般都做成凸台或沉头座。4.2 箱体内壁线的拟定本阶段的设计内容,重要是初绘减速器的俯视图和部分主视图。4.2.1 圆柱齿轮减速器先画出传动零件的中心线,然后画齿轮的轮廓。为了保证两齿轮的啮合宽度和减少
18、安装精度的规定,通常小齿轮比大齿轮宽5-10mm。其他具体结构可暂时不画出。双级圆柱齿轮减速器可以从中间轴开始,中间轴上的两齿轮端面间距为8-15 mm。如中间轴上小齿轮也为轴齿轮,可将小齿轮在原本基础上再做宽8-15mm,作为大齿轮轴向定位的轴肩。按小齿轮端面距箱体内壁间的距离a2=(为底座壁厚,机械设计手册(3)表25.1-2查=0.025a+58,本例a=200mm,则=10mm)的规定,画出沿箱体长度方向的两条内壁线。沿箱体宽度方向,只能先画出距低速级大齿轮顶圆a1=1.2的内壁线。高速级小齿轮一侧内壁涉及箱体结构,暂不画出,留到画主视图时再画。双级圆柱齿轮减速器,按高速级小齿轮和中间
19、轴小齿轮面与箱体内壁间的距离a2=的规定画出沿箱体长度方向的两条内壁线。同样,可画出低速级大齿轮具顶圆与箱体内壁的距离a1=1.2的一侧的内壁线。高速级小齿轮一侧暂不画出,留到画主视图时再画。4.2.2 输油沟的拟定当轴承运用齿轮飞溅起来的润滑油润滑时,应在箱座连结凸缘上开输油沟。输油沟的结构见图。开输油沟时还应注意,不要与连接螺栓孔相干涉。4.2.3 箱盖,箱座凸缘及连接螺栓的布置为了防止润滑油外漏,凸缘应有足够的宽度。此外,还应考虑安装连接螺栓时,要保证有足够的扳手活动空间。在布置凸缘连接螺栓时,应尽量均匀对称。为保证箱盖与箱座接合的紧密性,螺栓的间距不要过大,对中小型减速箱不大于100-
20、200mm。布置螺栓时,与别的零件间也要留有足够的扳手活动空间。4.2.4 箱体结构设计还应考虑的几个问题a、足够的刚度箱体除有足够的强度外,还需有足够的刚度,若刚度不够,会使轴和轴承在外力作用下产生偏斜,引起传动零件啮合精度下降,使减速器不能正常工作。因此,在设计箱体时,除有足够的壁厚外,还需在轴承凸台上下做出刚性加强肋。b、良好的箱体结构工艺性箱体结构工艺性,重要涉及铸造工艺性和机械加工工艺等。箱体的铸造工艺性:设计铸造箱体时,力求外形简朴,壁厚均匀,过渡平缓。在采用砂模铸造时,箱体铸造圆角半径一般可取R=5-10mm。为使液态金属流动通畅,壁厚应大于最小壁厚(min=8mm),还应注意铸
21、件应有1:10-1:20的拔模斜度。箱体的机械加工工艺性:为了提高劳动生产率和经济效益,应尽量减小机械加工面。箱体上任何一处加工表面与非加工表面要分开,不使它们在同一平面上。是采用凸出还是采用凹入结构,应视加工方法而定。轴承孔端面、窥视孔、通气器、吊环螺钉、油塞等处均应凸起3-8mm。支承螺栓头或螺母的支承面,一般多采用凹入结构,即沉头座。沉头座锪平时,深度不限,锪平为止。箱座底面也应铸出凹入部分,以减少加工面及保证减速器安装在基础上的稳定性。为保证加工精度,缩短工时,应尽量减少加工时工件和刀具的调整次数。因此,同一轴线上的轴承孔的直径,精度和表面粗糙度应尽量一致,以便一次镗成。各轴承座的外端
22、面应在同一平面内。箱座与箱盖用螺栓联接后,打上定位销进行镗孔,镗孔时接合面处严禁放任何衬垫。4.2.5 减速箱的附件a、检查孔 为检查传动零件的啮合情况,并向箱内注入润滑油,应在箱体的适当位置设立检查孔。检查孔设在箱盖顶部能直接观测到齿轮啮合部位处。平时,检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。b、通气塞减速器工作时,箱体内温度升高,气体膨胀,压力增大。为使箱体内热胀的空气能自由排出,通常在箱体顶部装设通气塞。c、轴承盖为固定轴系部件的轴向位置,并承受轴向负荷,轴承座孔两端用轴承盖封闭。本次设计采用嵌入式轴承盖,减速器外观平整,宽度较小。d、定位销为保证每次拆装箱盖时,仍保持轴承座孔制造加工时的精度,
23、在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。本次设计采用2个8mm的圆锥定位销。e、油面指示器为检查减速器内油池油面的高度,一般在箱体便于观测、油面较稳定的部位,装设油面指示器。本次设计采用的是油标尺。f、放油螺塞换油时,排放油污和清洗剂,应在箱座底部、油池的最低位处开设放油孔,平时用螺塞将孔堵住。放油螺塞与箱座接合面应回防漏用的垫圈。g、启箱螺钉 这加强密封效果,通常在装配时于箱体剖分面上涂以密封胶,因而在拆卸时往往因胶接紧密而难于开盖。为此,常在箱盖联接凸缘的适当位置,加工2个螺孔,旋入启箱用的螺钉。第5章 键、轴承、带传动的选择与校核5.1 键的选择与校核以低速轴为例,来选择、校核键。根据机械设
24、计手册(4),选择平键,尺寸为1811,长度为70mm 。键的校核:由于平键连接用于传递扭矩,键的侧面受挤压,故根据键的受力情况,按挤压强度进行校核。由式 jy=T大齿轮传递的扭矩,T=602 Nmd与齿轮配合的轴径,d=60mml键的工作长度,l=70-18=52mmk键与轮毂的接触高度,k=h/2=11/2=5.5mm jy键联接的许用挤压应力,查表21.3-3,对于轻微冲击时,取 jy=100-120MPajy=满足强度规定。5.2 轴承的选择与校核5.2.1 轴承的选择根据轴承的受力情况,减速机选择轴承型号为6000型。由轴的尺寸及轴承的受力,选择输入轴轴承为6307;中轴轴承为630
25、8;输出轴轴承为6311。5.2.2 轴承寿命的计算本次只选择低速轴(三轴)进行计算:圆周力:Ft=3595N;轴向力:Fa=0;轴径:d=55mm;转速:n=60rpm;寿命:大于5000h;可靠性为90%。由表28.2-6,Cor=41.91KN=41910N Cr=55.06KN=55060N 极限转速:油润滑时,nlim=6700rpm计算轴承内部轴向力:轴承支反力:FrA= FrB= Fa=0,Pr=Fr由式28.3-4b,PrA=FrA=3802N,PrB=FrB=5257N轴承的寿命:由式28.3-12,Lh=5.3 带传动的选择与校核设计功率:Pd=KAP=1.34=5.2Kw
26、 KA工况系数,表22.1-9,KA=1.3由图22.1-1,根据Pd,n,选A型三角带。带传动的传动比:i=小带轮基准直径:由表22.1-14,dd1=100mm大带轮直径:dd2=i dd1(1-)=1.56100(1-0.02)=153mm 滑差率,=0.01-0.02 由表22.1-14,取标准直径dd2=160mm验算带速:v=带轮的圆周速度在5-25m/s范围内,合适。拟定中心距:0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2) 0.7(100+160)a02(100+160) 182a0520 取a0=480mm拟定A带基准长度:Ld0=2a0+ =2480+ =1370mm由表
27、22.1-6,选Ld=1400 mm带轮的实际中心距:a= a0+小带轮包角:包角合适。单根三角带传递的功率:由表22.1-13c,根据A型带,d1=100mm,n1=1500rpm得: P1=1.32Kw;P1=0.15Kw三角带根数:Z= K小带轮包角修正系数,表22.1-10,K=0.99 Kl带长修正系数,表22.1-11,Kl=0.96取z=4。单根三角带的预紧力: F0=m三角带每米长质量,表22.1-12,m=0.1kg/m三角带作用在轴上的力:Fr=2F0zsin4、带轮的材料及结构材料:HT150;结构:带轮槽数为4槽A型带。由于带轮直径较小,采用腹板式结构,腹板上钻有4孔,
28、带轮与轴用普通平键固定。结 论通过本次设计,我综合运用了所学的专业课程知识,理论联系实际,所学的专业知识得到了系统的复习和巩固,为以后的工作和进一步的学习打下了良好的基础。这次设计还培养了我的分析和解决实际问题的能力。通过对减速器的设计过程,我学到了以前所没有学到的东西,学会了解决工程技术问题的基本方法,独立工作能力增强,计算机和绘图的技能大大提高。这次设计使我受益非浅, 由于本人能力有限,还望各位老师多多批评指正。 重要参考文献1) 陈立德 机械制造技术 上海交大出版 2023 2) 范顺成 机械设计基础 机械工业出版社 20233) 郑文伟 机械原理 高等教育出版社 19974) 汪恺 机
29、械设计标准应用手册机械工业出版社 19975) 张展 减速器设计选用手册上海科技出版社 20236) 任家卉 机械设计课程设计北京航空航天大学出版社 19997)大连理工大学 机械制图 第四版 高等教育出版社 19938) 王洪欣 机械设计工程学() 中国矿业大学出版社 20239) 张树森 机械制造工程学 东北大学出版社 202310) J.Cecil.Computer-Aided Fixture Design-A Review and Future Trends(J).Virtual Enterprise Engineering Lab(VEEL),Industrial Engineering Department,New Mexico State University,Las Cruves,USA