一级圆柱斜齿轮减速器设计项目新版说明书.doc

机械设计课程设计计算说明书一、传动方案确实定.2二、电动机选择.3三、运动参数及动力参数计.3四、传动零件设计计算.4五、联轴器选择及校和计算.8六、轴设计计算.8七、滚动轴承选择及校核计算.12八、减速箱附件选择.14九、润滑及密封.15参考文件.16计算过程及计算说明一、传动方案确实定第一组：设计用于10吨轻级起重机提升机构一级圆柱斜齿轮减速器（1） 工作条件：二班制工作，有轻微振动，使用期限。（2） 原始数据：减速器输出转速（r/min） 350 减速器输出功率（KW） 3传动比i 2 图1-1二、电动机选择1、电动机类型选择：Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置总效率：总=22123 =0.9820.970.992=0.92（其中联轴器效率1=0.99，轴承效率2=0.98齿轮极度8级，效率3=0.97）（2）电机所需工作功率：P工作= Pw/总=3/0.92=3.26KW3、确定电动机转速： n=in=2350=700r/min综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和减速器传动比，则选n电=750r/min。4、确定电动机型号依据以上选择电动机类型，所需额定功率及同时转速，选定电动机型号为Y160M1-8。其关键性能：额定功率：4KW，满载转速720r/min，额定转矩2.0。质量120kg。三、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速nI=n电机=720 r/minnII=nI=720 r/minnIII=nII/i齿轮=720/2=360 r/min2、 计算各轴功率PI=P工作=4 KWPII=PI12=40.990.98=3.88 KWPIII=PII23=3.880.980.97=3.689KW3、 计算各轴扭矩TI=9.55106PI/nI=9.551064/720=53056 NmmTII=9.55106PII/nII=9.551063.88/720=51464 NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551063.689/360=97861 Nmm对以上运动和动力参数计算总结，加以汇总，列出表格（表1）。表1轴名转 速r/min功 率P/KW扭 矩Nmm电机轴720453056输入轴7203.8851464输出轴3603.68997861四、传动零件设计计算1、齿轮传动设计计算（1）选择齿轮材料级精度等级考虑减速器传输功率不大，所以齿轮采取软齿面小齿轮选择40Cr调质，齿面硬度为240260HBS，依据教材P210表10-8精度等级选8级（GB10095-88）。齿面粗糙度Ra1.63.2m。( 2 )按齿面接触疲惫强度设计d1t(2kT1(u+1)( ZH ZE/H) 2/du )1/3确定相关参数以下： 传动比i齿=2取小齿轮齿数Z1=24。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=224=48齿数比u=i=2 由教材P205表10-7取d=1 小齿轮传输转矩T1T1=9.55106P/n1=9.551063.88/720 =51464Nmm 载荷系数k取kt=1由书本10-30选择区域系ZH=2.433由书本10-26查得1 =0.785 2 =0.855则 =1+2 =0.785+0.855=1.64由书本10-6查得材料弹性影响系数ZE=189.8MP选择螺旋角。初选螺旋角=14度。许用接触应力H H=HlimkHN/SH由教材P209图10-21查得：HlimZ1=570Mpa HlimZ2=520Mpa由教材P206式10-13计算应力循环次数NLN1=60njLh=607201(16365)=2.49109N2=N1/i=2.49109/2=1.25108由教材P207图10-19查得接触疲惫寿命系数：KHN1=0.92 KHN2=0.94通用齿轮和通常工业齿轮，按通常可靠度要求选择安全系数SH=1.0H1=Hlim1 KHN1/SH=5700.92/1.0Mpa=524.4MpaH2=Hlim2 KHN2/SH=5200.94/1.0Mpa=488.8Mpa（3）齿轮参数计算试算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式得d1t(2kT1(u+1)( ZH ZE/H) 2/du )1/3=2151464(2+1)（2.433189.8/524.4）2/121.641/3mm=41.91mm计算圆周速度V=d1tn1/601000=3.1441.91720/601000=1.58 m/s计算齿宽b和摸数mnt b=dd1t=141.91=41.91mm mnt=d1tcos/ Z1=41.91cos14/24=1.69mm h=2.25 mnt=2.251.69=3.8mm b/h=41.91/3.8=11.03计算纵向重合度 =0.318d Z1tan=0.318124tan14=1.903计算载荷系数K 已知使用系数KA=1，依据V=1.58 m/s，7级精度，由图10-8查得动载荷系数KV=1.14；由表10-4查得KH=1.45；由图10-13查KF=1.35由表10-3查KH=KF=1.4。故载荷系数 K=KAKVKHKH=11.141.11.45=2.31按实际载荷系数校正所算分度圆直径，由式（10-10a）得d1=d1t（K/Kt）1/3=41.91（2.31/1）1/3=55.4mm计算模数m n。m n=d1cos/Z1=55.4cos14/24=2.24mm（4）按齿面弯曲强度设计 由教材P216式10-11确定计算参数 计算载荷系数 K=KAKVKFKF=11.141.41.35=2.15 依据纵向重合度=1.903，从图10-28查得螺旋角影响系数Y=0.88 计算当量齿数ZV1= Z1/cos3=24/cos314=26.27ZV2= Z2/cos3=48/cos314=48.49 由齿形系数由表10-5查得YF1=2.65；YF2=2.35 查取应力校正系数由表10-5查得YFs1=1.58；YFs2=1.68 计算弯曲疲惫许用应力 由教材P208 10-20c查表得小齿轮弯曲疲惫极限=480MPa 大齿轮=360MPa 取弯曲疲惫安全系数S=1.4 由式10-12得 =/S=291.43 MPa=226.29 Mpa计算大小齿轮并加以比较 =0.01437 =0.01743大齿轮数值大设计计算mn2.477mm对比计算结果 由齿轮接触mn大于齿根弯曲疲惫强度计算法面模数 ,取mn=2.5 已能够满足强度但为了同时满足接触疲惫强度，需按接触疲惫强度算得分度圆直径d1=55.4mm来计算应有齿数。于是由Z1= d1cos/ mn=55.4cos14/2.5=21.7取Z1=21，则Z2=i Z1=221=42（5）几何尺从计算 计算中心距a= (Z1 +Z2) mn/2 cos=(21+42)2.5/2 cos14=81.18mm 将中心距圆整为82mm 按圆整中心距修正螺旋角 =14.25值改变不大，故参数、等无须修正。计算大小齿轮分度圆直径 =54.1mm =108.2mm计算齿轮宽度 b=dd1=154.1=54.1mm圆整后取B2 =55mm B1=60mm五、联轴器选择及校和计算1、 类型选择为了隔离振动和冲击，选择弹性套柱联轴器2、 载荷计算公称转矩 T=53056 Nmm由教材P351 表14-1查KA=2.3，由式（14-1）得计算转矩为：Tca=KA T=2.353.056=122.03 Nm3、 型号选择从GB 4323-84中查得TL5型弹性套柱销联轴器许用转矩为125 Nm，许用最大转速为4600r/min,轴径为25、28、30、32mm，故适用。半联轴器长度L=62mm,半联轴器和轴配合毂孔长度L1=44mm。六、轴设计计算输入轴设计计算1、按扭矩初算轴径选择45调质，硬度217255HBS依据教材P370（15-2）式，并查表15-3，取A0=115d115(4/720)1/3mm=20.37mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=20.37(1+5%)mm=21.39mm选dmin=25mm2、轴结构设计（1）轴上零件定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称部署，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，周向用平键连接。两轴承分别以轴肩和套筒定位。（2）确定轴各段直径和长度输入轴最小直径显然是安装联轴器处轴直径d1经过比较选择d-=25mm，为了满足半联轴器轴向定位要求。轴段右端需制出一轴肩，故取段直径d=32mm;左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=35mm。半联轴器和轴配合毂孔长度L1=44mm，为了确保轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故段长度应比L1略短部分，现取L=42mm。 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力作用，故选择单列圆锥滚子轴承。参考工作要求并依据d=32mm，由轴承产品目录中初步选择0基础游隙组、标准精度级单列圆锥滚子轴承3，其尺寸为dDT=35mm62mm18mm,故d= d=35mm;而 取安装齿轮轴承直径d=40mm；齿轮左端和左轴承之间采取套筒定位。已知齿轮轮毂宽度为60mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段略短于轮毂宽度，故取L=57mm。齿轮右端采取轴肩定位，轴肩高度h0.07d,故取h=4mm，则轴环处直径d=48mm。轴环宽度b1.4h,取L=8mm 轴承端盖总宽度为10mm。依据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑脂要求，取端盖外端面和半联轴器右端面间距离L=30mm，故取L=40mm。 齿轮距箱体内壁之距a=16mm,考虑到箱体铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm，前面已选出滚动轴承，宽度T=18mm L=T+s+a+(60-57)=18+8+16+3=45mm 至此，已初步确定了轴各段直径和长度。3、轴上零件周向定位 齿轮、半联轴器和轴周向定位均采取平键连接。按d=40mm由表6-1查得平键截面bh=128,键槽用键槽铣刀加工，长为36mm，同时为了确保齿轮和轴配合有良好对中性，故选择齿轮轮毂和轴配合为H7/n6 ；一样，半联轴器和轴连接，选择平键为8720，半联轴器和轴周向配合定位是有过渡配合来确保，此处选轴直径尺寸公差为m6。4、轴上零件周向定位 参考表15-2，取轴端倒角为145，5、求轴上载荷 绘制水平面弯矩图图： 图6-1截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=1210.770=84.7Nm（4）绘制合弯矩图（图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(30.82+84.72)1/2=90.1Nm（5）绘制扭矩图（图e）转矩： =90.8 Nm（6）绘制当量弯矩图（图f）转矩产生扭剪文治武功力按脉动循环改变，取=1，截面C处当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=90.12+(190.8)21/2=127.9Nm（7）校核危险截面C强度由式（15-5）e=Mec/0.1d33=127.9/0.1363=27.41MPa0.07d,故取h=4mm，则轴环处直径d=63mm。轴环宽度b1.4h,又考虑到齿轮对中性要求，取L=20mm。 轴承端盖总宽度为10mm。依据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑脂要求，取端盖外端面和半联轴器右端面间距离L=30mm，故取L=40mm。 齿轮距箱体内壁之距a=16mm,考虑到箱体铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm，前面已选出滚动轴承，宽度T=18mm L=T+s+a+(55-52)=18+8+16+3=45mm 至此，已初步确定了轴各段直径和长度。3、轴上零件周向定位 齿轮、半联轴器和轴周向定位均采取平键连接。按d=45mm由表6-1查得平键截面bh=1610,键槽用键槽铣刀加工，长为45mm，同时为了确保齿轮和轴配合有良好对中性，故选择齿轮轮毂和轴配合为H7/n6 ；一样，半联轴器和轴连接，选择平键为10836，半联轴器和轴周向配合定位是有过渡配合来确保，此处选轴直径尺寸公差为m6。（3）按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=108.2mm求转矩：已知T3=978.62Nm求圆周力Ft：依据教材P198（10-3）式得Ft=2T3/d2=2978.62103/108.2=18089N求径向力Fr依据教材P198（10-3）式得Fr=Fttan=180890.36379=658N两轴承对称LA=LB=7mm（1）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=866.01/2=433NFAZ=FBZ=Ft/2=2380.5/2=1190.25N（2）由两边对称，截面C弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=4330.07=30.31Nm（3）截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=1190.250.07=83.31Nm（4）计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2 =（30.312+83.312）1/2 =88.65Nm（5）计算当量弯矩：依据教材选=1Mec=MC2+(T)21/2=88.652+(1535.62)21/2 =542.9Nm（6）校核危险截面C强度由式（15-5）e=Mec/（0.1d3）=275.06/(0.10.0453)=58.5Mpa=58400h故所选轴承可满足寿命要求。(2) 输出轴轴承进行寿命校核根据最不利情况考虑，轴承当量动载荷为：=1.01266.56N 则：= =153834h故所选轴承可满足寿命要求。八、减速箱附件选择1.检验孔和视孔盖 检验孔用于检验传动件啮合情况，润滑状态、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，故检验孔应开在便于观察传动件啮合区位置，其尺寸大小应便于检验操作。视孔盖可用铸铁、钢板或有机玻璃制成，它和箱体之间应加密封垫，还可在孔口处加过滤装置，以过滤注入油中杂质，如减速器部件装配图1。2放油螺塞放油孔应设在箱座底面最低处，或设在箱底。在其周围应有足够空间，方便于放容器，油孔下也可制出唇边，以利于引油流到容器内。箱体底面常向放油孔方向倾斜11.5，并在其周围形成凹坑，方便于污油聚集和排放。放油螺塞常为六角头细牙螺纹，在六角头和放油孔接触面处，应加封油圈密封。也可用锥型螺纹或油螺塞直接密封。选择M161.5外六角螺塞（2表7-11）。 3 油标油标用来指示油面高度，应设置在便于检验及油面较稳定之处。常见油标有圆形油标（2表7-7），长形油标（2表7-8）和管状油标（2表7-9）、和杆式油标（2表7-10）等。由2表7-10得M14杆式油标。4通气器通气器用于通气，使箱内外气压一致，以免因为运转时，箱内油温升高，内压增大，而引发减速器润滑油渗漏。简易通气器钻有丁字型孔，常设置在箱顶或检验孔上，用于较清洁环境。较完善通气器含有过滤网及通气曲路，可降低灰尘进入。5起吊装置起吊装置用于拆卸及搬运减速器。它常由箱盖上吊孔和箱座凸缘下面吊耳组成2表11-3。6定位销为确保箱体轴承孔加工精度和装配精度，应在箱体联接凸缘上相距较远处安置两个圆柱销，并尽可能不放在对称位置，以使箱座和箱盖能正确定位。选择销 GB/T 11986 A830。九、润滑及密封一）、传动件润滑 减速器传动件和轴承全部需要良好润滑，其目标是为了降低摩檫、磨损，提升效率，防锈，冷却和散热。减速器润滑对减速器结构设计有直接影响，如油面高度和需油量确实定，关系到箱体高度设计；轴承润滑方法影响轴承轴向位置和阶梯轴轴向尺寸。所以，在设计减速器结构前，应先确定减速器润滑相关位置。高速级齿轮在啮合处线速度：V=1.58m/s (前面已经计算出)则采取浸油润滑，箱体内应有足够润滑油，以确保润滑及散热需要。二）、滚动轴承润滑 对齿轮减速器，当浸油齿轮圆周速度 v2m/s 时，滚动轴承宜采取脂润滑；当齿轮圆周速度时，滚动轴承多采取油润滑。由上有v=1.58m/s则采取脂润滑。 三）、密封 在润滑后，为预防油外漏，故减速器需密封。则轴出来需加密封圈，在据机械设计手册表7-14选择对应密封圈。总=0.92P工作=3.26KWn电=750r/minnI=720 r/minnII=720 r/minnIII=360 r/minPI=4 KWPII=3.88 KWPIII=3.689KWTI=53056 NmmTII=51464 NmmTIII=97861 NmmZ1=24Z2=48H1=524.4MpaH2=488.8MpaV=1.58 m/sb=41.91mmmn=1.69mm t=1.903d1=55.4mmm n2.24mmK=2.15ZV1=26.27ZV2=48.49Z1=21Z2=42a=82mm=14.25B1=60mmB2 =55mmL1=44mmdmin=25mmd-=25mmd=32mmL=42mmd=35mmd=35mmL=18mmd=40mmL=57mmL=8mmL=40mmL=45mmMC2=84.7NmMC=90.1NmMec=127.9Nmdmin=30mmd-=30mmd=35mmL=42mmd=40mmd=40mmL=19mmd=55mmL=52mmL=8mmd=53mmL=40mmL=20mmL=45mmd2=108.2mmFt=18089NFr=658NLA=LB=7mmFAX=433NFAZ=1190.25NMC1=30.31NmMC2=83.31NmMC=88.65NmMec=542.9Nme=60Mpa=58400h62375h参考文件1 濮良贵、纪名刚机械设计（第八版）北京：高等教育出版社，2 龚溎义、罗圣国机械设计课程设计指导书（第二版）北京：高等教育出版社，19903 吴宗泽、罗圣国机械设计课程设计手册（第二版）北京：高等教育出版社，1999