单级直齿圆柱形减速箱的设计.docx

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1、单级直齿圆柱形减速箱的设计第1节课程设计任务表(1)标题单级直齿圆柱形减速箱的设计.设计数据拉力F4150N速度V1,2米/秒直径D305mm(3)工作条件每天工作时间：16小时，工作寿命：10年，每年工作天数：300天，配备三 相交流电源，电压380/220V。(4)减速器的构造步骤L齿轮单元的总示意图2 .电机的选择.计算传输单元的总传输率和分配率3 .传输动力学参数的计算.V形带设计的计算4 .传动装置的设计.滚动轴承和传动轴的设计和校准5 .关键联接的设计.离合器的设计6 .齿轮箱的润滑和密封设计.减速器外壳的设计0.812 53mm0. 27. 83mmf 2“20. 2b. 26m

2、m图5-2大滑轮的结构示意图2）设计结论使用A型V型皮带，有7条皮带，参考长度为1940mm。滑轮的参考直径 ddl = 106mm, dd2=315mm,中心距控制在a=601688mm。单个皮带的初始张力F0=153.3No皮带型A中心距离630毫米小滑轮的参考直 径ddl106mm缠绕角度160.99大滑轮的参考直 径dd2315mm皮带的长度1940mm皮带根的数量z7自命非凡153.3N皮带速度V5.38米/秒压缩波力2116.74N第5节减速机齿轮箱的设计5.1 选择的齿轮类型、精度等级、材料和齿数(1)根据传动图，选择一个直齿轮，假设压力为a=20。(2)关于精度等级7的选择，见

3、表10-6o(3)按表10-1选择材料选择小齿轮40Cr (硬化)，硬度为280HBS,大齿轮 45 (硬化)，硬度为240HBS。(4)选择小齿轮的齿数zl=39,那么大齿轮的齿数z2=zlxi=39x4.3=167。5.2 根据牙齿接触的疲劳强度确定尺寸(1)按公式(10-11)探针计算小齿轮回路的直径，即1)确定公式中的参数值。尝试选择KHt=1.3o 计算小齿轮传递的扭矩。T 161456.9N*mm从表10-7中选择齿宽系数(pd=l。图10-20显示面积系数ZH=2.49由表10-5可知，材料的弹性影响系数为ZE=189.84MPa。/ cos a arccos 乙1，2 han根

4、据公式(10-9)计算出接触疲劳强度的重组系数Ze。26. 6380/39 X cos 20arccosl：-I 39 + 2 X 1arccosZ2 cos a2.2八初/167 X cos 20 arccos _I 167 + 2 X 121.7870a(vii)计算允许的接触疲劳应力oH小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限如图10-25d所示。= 600Mpa, Om加2 = 550Mpa根据公式(10-15)计算应力循环的数量。N1A = 60 n j 4=60 X 323.33 X 1 X 16 X 300 X 10 = 9. 312 X 108N1AN1A9.312 X 1084732.

5、166 X 108接触疲劳系数由图10-23得到。Khni 097097假设故障概率为1%,平安系数S=l,结果如下。aHl=600 X 0.97I582MPa卜/21=550 X 0.97533. 5MPaoHl和oH2的较小值被认为是齿轮组的允许疲劳应力，即 叫=533. 5MPa小齿轮回路直径的实验计算。it=67. 189nun2 X 1.3 X 164456.1（2）调整小齿轮回路直径1）在计算实际负荷率之前准备好数据。电路速度vL 14m/ sL 14m/ s71 du n n X 67. 189 X 323. 3360 X 1000 -60 X 1000齿宽bb = % duX

6、67. 189 = 67. 189mm2）计算实际负荷率KH。从表10-2中，使用系数KA=1.25。在v=1.14m/s和精度等级为7的情况下，从图10-8中可以得到动载荷系数Kv=1.022o齿轮箱的圆周力。Ft = 2 X4895. 35N164456.92 X 67. 189KAxFt/b= 1.25 X4895.35/67.189=91 N/mm 0 s - = 112 X 1=28. 93nm JnJ323. 33由于在最小的轴截面上必须开1个键槽，所以轴直径增加了 5%0dmm = (1 + 0.05) X 28. 93 = 30. 38m图7-1局速轴的示意图为满足大滑轮的轴向

7、定位要求，i-n轴段的右端必须有肩部，因此n-m轴段 的直径为d23=37mm；左端用轴端挡圈定位，根据轴端直径，取挡圈直径 D=42mm。大滑轮轮毂的宽度L=64mm,为保证轴端挡圈只压在大滑轮上而不压在 轴的端面上，所以I-H段的长度应略短于大滑轮轮毂宽度L略短，现取 112=62mmo1）预先选择滚动轴承。由于轴承受到径向力的作用，所以选择深沟球轴承。 根据工作要求和d23=37mm,从轴承目录中选择深沟球轴承6208,其尺寸为 dxDxB=40x80xl8mm,所以d34=d78=40mm,接油环的宽度为12,所以 134=178=18+12=30mm。轴承的轴向定位是由挡油环完成的。

8、手册显示，6208型轴承的定位肩高度为 h=2.5mm, 所以 d45=d67=45mmo以接油环的宽度为12,那么。34 = 78 = B + S1 = 18 + 12 = 30 mm2）由于齿轮的直径较小，齿轮和轴应连接成一个齿轮轴，以保证齿轮体的强 度。所以 156=85mm, d56=82mm3）轴承端盖便于安装和拆卸后，要保证轴承端盖的外外表与外部传动件有一 定的距离，取123=63mm。4）取小齿轮距轴承座内壁的距离A=10mm。考虑到轴承座的铸造误差，在确 定滚动轴承的位置时，应取距轴承座内壁的距离S,取s=10mm,贝上Z45 = s + A - Sj = 1010 - 12

9、= 8 mm在这一点上，每个轴段的直径和长度都已经确定。轴心 局部1234567直径32374045824540长度626330885830小齿轮的分度圆直径为：dl=78mm,那么X -dl164456.92 X 78=4216.84、第2节：拟定传动方案（1）传动装置示意图根据设计任务，传动方案如下：前部外驱动为普通V型带传动，变速箱为单 级直齿轮。1）计划的优势和劣势由于V型带具有缓冲和减振作用，所以V型带传动可以减少振动的影响，而 且工作机的功率小，负荷波动不大，可以采用V型带这样的简单结构，而且价格 廉价，标准化程度高，大大降低了本钱。单级直齿轮变速箱的齿轮与轴承对称排列，因此载荷在

10、齿间均匀分布，轴的刚 性相比照不对称排列的变速箱要小。原动机是一个Y系列的三相三相异步电动 机。第3节电机选择3.1 电机类型的选择根据电源和工作条件，选择全封闭的Y系列三相异步电动机，带自扇和冷 却，额定电压为380V。3.2 整体传输效率的计算% = E 股2% 加=0.99 X 0.992 X 0.98 X 0.96 X 0.94 = 可是联轴器的效率099,碎是滚动轴承的效率0.99, “3是封闭式正齿轮的效 率0.98, nv是三角皮带的效率0.96, “w是被动机的效率0.94。3.3 发动机参数的选择被动机器所需的功率为Frl = F” tan a = 4216.84 X tan

11、 200 = 1534.8N根据6208检查槽球手册得到的压力中心a=9mm齿轮毂的宽度B=85mm第一轴段的中心与轴承载荷中心之间的距离。+ a = + 63 + 9= 103mm222从轴承压力中心到齿轮箱旋转中心的距离。,， B852 =心3 +。4 + r- 4 = 30 + 8 + - 9 = 71. 5mm22从齿轮中心到轴承压力中心的距离。71. 5nim计算轴支撑的反作用力。高速轴上的外部驱动元件的轴压Fq = 2116.74水平反作用力2108. 42N2108. 42N4216.84 X 71.571.5 + 71.5FNH24216.84 X 71.571.5 + 71.

12、52108. 42N垂直反作用力垂直反作用力FNV1Fqp1 + Z2 + G)Fqp1 + Z2 + G)1534.8 X 71.5 + 2116. 7471.5 +4408. 78N_ 一 Fq 匕 _ 1534.8 X 71.5 - 2116. 74 X 103NV2 -I 7 I -71.5 + 71.5计算轴的弯矩并绘制弯矩图断面C的水平弯矩M“t = FNin ,2 = 2108. 42 X 7L 5 = 150752. 03N*mmB段的水平弯矩= Fq / = 2116. 74 X 103 = 218024- 22N*mm断面C的垂直弯矩Mjq2116. 74 X=FNV1 l

13、2 - Fq& + Z2) = 4408. 78 X 71.5mm“K2 = Mv = - 54143. 36Nmm水平面(图b)和垂直面(图c)中的弯矩图Mb =、:Mb J + Mbv2 =押；21802屈1 = 218024. 22NmmC段的合成弯矩M =+ My/ = %1150752.032 7 54143.362 = 160180. 14N*mniM2 =+ mV22 = 7150752 032 54143.362 = 160180. 14N*mni (建立一个合成的弯矩图(图d)。T 161456.9N*mm创立一个力矩图（图e）。计算等效弯矩并绘制等效弯矩图。取a=0.6Jm

14、/ + (a T)2 = W 4- (0.6 X 164456.9)2 = 98674. 14N*mmJMb2 + (a T)2 = ；218024.222 + (0.6 X 164456.9)2 = 239313. 91NT)2 = 160180.142 i (0.6 X 164456.9)2 = 188133. 63N*F，图7-2高速轴的力和弯矩图。5)测试弯曲和扭转强度。因为B的弯矩很大，而且作用力很大，所以B是一个危险的轮廓。弯曲局部的系数为n d3 n X 403o=6280mm33232扭曲截面系数为WT丸d316n X 403.=12560mm16最大弯曲应力为M 218024

15、.22 o =-=W 628034. 72MPa剪切应力为T _ 164456.9 科1256013. 09MPa经过弯曲和扭转的合成强度进行标定计算，对于单向传动轴，其扭矩经过脉动 循环处理，所以取卷积系数a=0.6,是可比的应力Mq = M + 4 (a_= J34.722 + 4 (0.6 X 13.09)2 = 38. 11 MPa查表得40Cr (回火)处理，抗拉强度极限。B=735MPa,那么轴的允许弯曲应力 a-lb=60MPa, oca1.4h,所以156=8mm。3）轴承端盖后为便于装拆，要保证轴承端盖的外外表与外部传动部件有一定 的距离，取123=59mm。4）取大齿轮距轴

16、承座内壁的距离A2=12.5mm,考虑到轴承座的铸造误差，在 确定滚动轴承的位置时，应该是距轴承座内壁的距离s,取s=10mm,滚动轴 承宽度B=22mm,贝IJ取右侧油环宽度s_2为14.5,那么/67 = B + $2 = 22 + 14. 5 = 36. 5 mm到目前为止，轴的每个局部的直径和长度已经首先被确定。轴心部 分123456直径505560637460长度1125946.578836.5大齿轮的节圆直径为：d2=334mm,那么686091.163344108. 33NFr2 = Ft2 tan。= 4108. 33 X tan 20 = 1495. 31N根据6212检查槽

17、球手册得到的压力中心a=llmm由于齿轮伞2齿轮轮毂的宽度B=80mm轴承压力中心到第一节轴心的距离。4112L = + L? + a = + 59 + 11 = 126mm】22JJ从齿轮中心到轴承压力中心的距离。.B,80G 二 一 十 L3一2- = + 46. 5 - 2 - 11 = 73. 5mml）49从轴承压力中心到齿轮旋转中心的距离。L In 73. 5mmL轴的反作用力的计算。 水平反作用力FNH11108.33 X 73.573. 5 + 73. 52054.17NFNH24108.33 X 73.573. 5 + 73. 52054. 17N垂直支撑反作用力_Frl3

18、1495. 31 X 73.52 + 23 73. 5 + 73. 5747. 66N2 + 31495.31 X 73.573. 5 + 73. 5=747. 66N计算轴的弯矩并画出弯矩图。断面C的水平弯矩= Fnhx l2 = 2054. 17 X 73.5 = 150981. 5Nmm断面C的垂直弯矩Mvx = Fnvx l2 = 747.66 X 73.5 = 54953. 01N*nwn创立水平弯矩图（图b）或垂直弯矩图（图c）。C段的合成弯矩M =+ Mvl2 = 150981.52 T 54953.012 = 16067L 24Nmm（iii）创立一个合成弯曲力矩图（图d）。T

19、 686091. 16N*mni创立一个力矩图(图e)。计算等效弯矩并绘制等效弯矩图。取a=0.6MeA = Jm/ + (a T)2 = 02 +(o6 x 686091.16)2 = 411654. 7N*mn)= J”/ + (q T)2 = W +(0.6 X 686091.16)2 = 411654. 7NmmMel = M2 + (a T)2 = 160671.242 + (0. 6 X 686091.16)2 = 441899. 12N*mmF，图7-4低速时轴力和弯矩的示意图。5)测试弯曲和扭转强度。由于C的左侧有很大的弯曲力矩和扭矩的滚动，C的左侧是一个危险的轮廓。 弯曲局部

20、的系数为n d332n d332jt X 633 3224535.86mm?扭曲截面系数为n d3 n X 633WT = = = 49071.72mmT 1616最大弯曲应力为6. 55MPa=13. 98MPaM 160671.24 o =-=W 24535.86剪切应力为T 686091.16T =WT 49071.72经过对弯曲和扭转的合成强度进行校核计算，对于单向传动轴，其扭矩经过脉 动循环，所以取卷积系数a=0.6,其可比应力为Ma =+ 4 (a= 6.552 + 4 (0.6 X 13. 98)2 = 18. OIMPa查表得45 (回火)处理，抗拉强度极限。B=640MPa,

21、那么轴的允许弯曲应力 lb=60MPa, ocaPr2,所以只需要测试1个轴承。轴承的预期寿命为48,000小时。io6 (ft GhLh =-P = 48825h 48000h八 60n fp Prj轴承有足够的使用寿命。7.2缓慢运行的轴轴承模型孔径 d(mm)外直径D(mm)宽度B(mm)基本额定 动载何 Cr(kN)基本额定 静载荷 COr(kN)6212601102247.832.8根据负载和速度，轴承被选择为深沟球轴承。选用的轴承型号为：6212,其基 本参数可在表中找到，得到额定动载荷Cr=47.8kN,额定静载荷C0r=32.8kN。从前面计算出的轴的水平和垂直面的支撑反力，那

22、么可以计算出合成支撑反 力。Frl =瓜/ + fnv = (2054.172: 747.662 = 2186NF r2 = Jf nhz? + F nvz? = J2054.17、+ 74766、= 2186N查表得到 Xl=l, Y1=O, X2=l, Y2=0o由于没有轴向力，Fal=Fa2=0。Prl = X Frl + Y Fnl = 1 X 2186 - 0 X 0 = 2186NPr2 = X2 Fr2 + Y2 Fa2 = 1 X 2186 0X0 = 2186N根据工作条件，负载系数fp=L2温度系数(轴承温度小于120度)ft=l0因为PrGPr2,所以只需要测试1个轴承。

23、预期的轴承寿命为48,000小时。106 (ft %60n=1341152h 48000h轴承有足够的使用寿命。第8节密钥的计算8.1大滑轮的关键连接的计算所选型号为A型钥匙10x8 (GB/T1096-2003)。钥匙的工作长度l=L-b=50-10=40mm车轮键槽的接触高度为k=h/2=4mm根据大带轮材质为铸铁，载荷为轻度冲击，查出op=60MPa,那么其挤压强度 为4 T、(rp = j-yj = 40MPa op = 60MPa满足强度要求8.2大型齿轮的键连接计算的验证所选型号为A型钥匙18x11 (GB/T1096-2003)。钥匙的工作长度上L-b=63-18=45mm轮毂键

24、槽的接触高度为k=h/2=5.5mm根据大齿轮材质为45,载荷为轻度冲击，查出op=120MPa,那么其挤压强度为4 T= = 88MPa on = 120MPap hidJp满足强度要求8.3检查联接键接头的计算。所选型号为A型钥匙14x9 (GB/T1096-2003)。钥匙的工作长度l=L-b=100-14=86mm轮毂键槽的接触高度为k=h/2=4.5 mm耦合材料为45后，负载轻微冲击，查出op=120MPa,那么其挤压强度为4 T% = = 71MPa on = 120MPap hidJp满足强度要求第9节联接选择9.1用于慢速轴端的联轴器(1)负荷计算额定扭矩T=686,09N-

25、m从表中KA=1.5,所以计算出的扭矩为Tca=KAxT=1.5x686.09=1029.14N-m(2)模型选择选用LX4弹性柱销联轴器(GB/T5014-2017),联轴器允许的额定扭矩 Tn=2500N-m,允许的最大转速为n=3870r/min,主动端孔径d=50mm,轴孔长度 L=112mmoTea= 1029.14N-mTn=2500N-mn=75. 19r/minn=3870r/min该联轴器符合要求，因此是合适的。第10节减速器的密封和润滑10.1 减速器的密封性为了防止润滑油在轴承座内泄漏和外部杂质进入轴承座内影响轴承座的功能， 必须在组成轴承座的各部件之间安装各种类型的密封

26、装置，如在轴承座盖和轴承座 之间以及在输出轴和输入轴的输出轴和轴承座之间。对于没有相对运动的结合面， 通常使用密封剂、耐油橡胶密封圈等；对于外延轴等旋转部件的密封，必须根据其 不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封和结构。在这种设计中，由于密封界面 的相对速度较低，所以采用了接触密封。输入轴和轴承盖之间的V3m/s,输出轴 和轴承盖之间的V3m/s,所以两者都用半刚性的羊毛毡油环密封。10.2 齿轮的润滑一般的闭式齿轮，其润滑方法根据齿轮的圆周速度大小决定。由于大齿轮的外 围速度为vR2m/s,因此在油浸式润滑过程中，大齿轮的齿是浸在油槽中的。这 样，齿轮在传动过程中把润滑油带到啮合的齿面，同

27、时把油甩到壳体壁上以散热。为了防止齿轮转动时被搅碎在油池底部的污物，造成齿面磨损，大齿轮顶出油 池底部的距离不小于30mm,暂时将齿顶出箱底的距离定为30mm,实际油面根据 实际结构变化而定。由于大齿轮的全齿高度为h=4.5毫米W10毫米，油的浸入深度 为10毫米，油的深度H为H=30+10=40mm根据齿轮周边速度查询表选用工业闭式齿轮油(GB5903-2011),该品牌为L- CKC320润滑油，粘度推荐值为288 352cSto轴承的润滑滚动轴承的润滑剂可以由油脂润滑、润滑油或固体润滑剂组成。润滑的选择可 以通过齿轮的外围速度来判断。由于V齿W2m/s,所以都选择油脂润滑。当使用油 脂润

28、滑的轴承时，为了防止油脂被稀油稀释，必须用油夹子将轴承与轴承座内侧隔开，并且轴承与轴承座内壁必须保持一定的距离。在此箱体设计中滚动轴承距箱体 内壁的距离为10mm,因此选用通用锂基润滑脂(GB/T7324-1987),它适用于各 种机械设备的宽温润滑，选用ZL-1品牌的润滑脂。第十一节：减速器的附件11.1 杆件的油位标记标明箱内的油位，油标应放置在容易观察到减速器油位和油位稳定的位置。游 标不应安装得太低，以至于机油无法进入油尺座开口并溢出。最高油面最低油面图12-1棒状油标11.2 风扇为了便于通风，在盖子顶部的窥视孔上安装了一个风扇，以平衡外壳内的压 力。图12-2风扇11.3 放油塞为

29、便于清洗箱体内部和排除箱内的油污，将排油孔设置在箱座油盘的最低点, 箱底做成倾斜面，向排油孔倾斜2。，使油污易于流动。20864密封油圈图12-3六角螺丝塞窥视孔盖在减速箱盖顶部开有窥视孔，可以看到传动部件的齿合区，并有足够的空间伸 进去进行操作，窥视孔盖上，机体上开有窥视孔和法兰片，还有易于加工的支撑盖 和密封圈外表，以加强密封，铸铁盖。R105120图12-4窥视孔盖的示意图Ll = 120, L2=105, Bl =90, B2=75h=6mmd4=6mmR=5mm螺栓的定位对于箱盖和箱座通过联接而组成的分体式箱体，要保证各部件在加工和装配时 能保持准确的位置，特别是要保证箱座孔的加工精

30、度和安装精度。图12-5引脚11.4 盖板螺丝由于安装减速器的箱体分体外表涂有水玻璃或密封胶进行密封，因此在拆卸时 往往因胶合不紧而难以翻开箱盖，转动箱盖螺丝即可将箱盖提起。20图12-6起重螺钉1L7升降装置升降装置用于齿轮箱的拆卸和运输。它通常包括盖子上的一个吊孔和箱座法兰 下的吊眼。升降环也可以拧在盖子上，以提升小型齿轮箱或提升盖子。本设计中使 用的吊耳（或环）和吊环的例子和尺寸如下列图所示。图4-1电机的安装和外部尺寸中心局度H尺寸LxHD安装尺寸AxB脚螺栓孔 直径K轴伸尺寸DxE关键局部FxG的大 小160605x385254x21014.542x11012x37AC/?ADAB3-4传输单元的总传输率和分配率确实定(1)总传动比从选定的发动机满负荷转速nm和从动机的有效转速nw,可以计算出传动装 置的总传动比方下。, nm 970ia =12.909nw 75.14输出比率让我们来看看传统V型带的传动比：iv=3齿轮箱的传动比为吊孔（在箱上传出）吊耳（在扁度上传出）图12-7盖板的提升螺丝 计算提升孔的尺寸。h