电动机驱动带式运输减速器设计与减速器加工工艺毕业设计.doc

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，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: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，=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：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=3.8 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23.2-30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=84 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=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，RBY（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26.3-11 ，=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：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100-200mm。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，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6308；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 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，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