雙級圓柱齒輪減速器 課程設計計算說明書

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1、 課 程 設 計 說 明 書 設計題目 雙級圓柱齒輪減速器 機械科學與工程學院 機械設計制造及其自動化專業(yè)202102班 學 生 姓 名 唐祥武 完 成 日 期 2021-7-6 指導老師〔簽字〕 華 中 科 技 大 學 第 1 頁 設計計算與說

2、明 主要結果 一、設計任務書 設計 帶式運輸機 傳動裝置中的 雙級圓柱齒輪減速器〔外傳動件為帶傳動〕 設計數(shù)據(jù)及工作條件：F= 2800 牛、V= 0.7 米/秒、D= 405 毫米；生產(chǎn)規(guī)模：小批量 ；傳動比誤差△i≤2%4%；工作環(huán)境：室內(nèi) ；載荷特性：稍有沖擊 ；工作年限：5 年，2 班制 二、總體方案設計 1.傳動方案的擬定 帶式運輸機的滾筒轉速: 選擇展開式雙級圓柱齒輪減速器 圖1 帶式運輸機傳動方案 第 2 頁 設計計算與

3、說明 主要結果 帶傳動放置在高速級，兩對齒輪傳動均采用斜齒輪傳動，為了平衡中間軸的軸向力，所以中間軸上的兩個斜齒輪旋向相同，且高速軸斜齒輪為左旋。 2.電動機的選擇 〔1〕電動機類型的選擇 電動機的類型根據(jù)動力源和工作條件，選用Y系列三相異步電動機。 〔2〕電動機功率的選擇 工作機所需要的有效功率為 為了計算電動機的所需功率，先要確定從電動機到工作之間的總效率。設、、、、分別為V帶傳動、閉式齒輪傳動〔設齒輪精度為8級〕、滾動軸承、彈性聯(lián)軸器、滾筒的效率，由參考資料【1】表2-2查得=0.95, =0.97, =0.99, =0.99, =0.96,那么傳動裝置的總效率為

4、 電動機所需功率為 由參考資料【1】表16-1選取電動機的額定功率為3。 〔3〕電動機型號確實定 査參考資料【1】表16-1可知，電動機型號為Y100L2-4和Y132S-6。此兩種電動機的數(shù)據(jù)和總傳動比列于表1。 =0.8160 第 3 頁 設計計算與說明 主要結果 表1 電動機的數(shù)據(jù)及總傳動比 方案號 電動機型號 額定功率/kW 同步轉速/(r/min) 滿載轉速/(r/min) 總傳動比 軸外伸軸

5、徑/mm 軸外伸長度/mm 1 Y100L2-4 3.0 1500 1430 43.32 28 60 2 Y132S-6 3.0 1000 960 29.08 38 80 由表1可知，方案1雖然轉速高、價格低。但總傳動比大。為了能合理地分配傳動比，使傳動裝置結構緊湊，決定選用方案2，即電動機型號為Y132S-6。査參考資料【1】表16-2可知，該電動機的中心高H=132mm，軸外伸軸徑為38mm,軸外伸長度為80mm。 3.傳動比的分配 根據(jù)參考資料【1】表2-3，取V帶傳動比，那么減速器的總傳動比為 雙級圓柱齒輪減速器高速級的傳動比

6、為 低速級的傳動比為 4.傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 〔1〕各軸的轉速計算： 〔2〕各軸的輸入功率計算： 第 4 頁 設計計算與說明 主要結果 〔3〕各軸的輸入轉矩計算： 將上述計算結果列于表2 表2 各軸的運動及動力參數(shù) 軸號 轉速n/(r/min) 功率P/kW 轉矩T/(Nm) 傳動比i I 480 2.2819

7、 45.400 4.3476 II 110.406 2.1913 189.545 3.3444 III 33.012 2.1043 608.750 1 IV 33.012 2.0624 596.629 三、傳動零件設計計算 1.V帶傳動設計 〔1〕計算設計功率 由參考資料【2】表5-6查得，故 〔2〕選擇帶型 第 5 頁 設計計算與說明 主要結果 根據(jù)，小帶輪轉速，由參考資料【

8、2】圖5-7初步選用A型帶。 〔3〕選取帶輪基準直徑和 參考參考資料【1】表19-2，由于小帶輪孔徑為38mm,故取，得 由參考資料【2】表5-7取直徑系列值 〔4〕驗算帶速 在范圍內(nèi)，帶速適宜。 〔5〕確定中心距和帶的基準長度 初選中心距，符合 得帶長 由參考資料【2】表5-8對選用基準長度，中心距計算： 第 6 頁 設計計算與說明 主要結果 取。 〔6〕驗算小帶輪包角

9、 在要求的范圍以上，包角適宜。 〔7〕確定帶的根數(shù) 因，， 查參考資料【2】表5-2得 查參考資料【2】表5-3得 因，查參考資料【2】表5-4得 因，查參考資料【2】表5-5得 得 取根。 〔8〕確定初拉力 根 第 7 頁 設計計算與說明 主要結果 單根普通V帶的初拉力 〔9〕計算壓軸力 壓軸力為 2.高速級齒輪傳

10、動設計 〔1〕使用要求分析 傳遞功率： 主動輪轉速： 傳動比： 轉矩： 圓周速度：估計 屬輕載中速齒輪傳動。 〔2〕選擇齒輪材料及熱處理方式 小齒輪：45號鋼，調質處理，軟齒面，硬度為230255HBS； 大齒輪：45號鋼，正火處理，軟齒面，硬度為190217HBS。 〔3〕確定許用應力 第 8 頁 設計計算與說明 主要結果 a.確定極限應力和 齒面硬度：小齒輪按230HBS，大

11、齒輪按190HBS。査參考資料【2】圖3-16，得，；査參考資料【2】圖3-17，得，。 b.計算應力循環(huán)次數(shù)，確定壽命系數(shù)、 査參考資料【2】圖3-18得，； 査參考資料【2】圖3-19得，。 c.計算許用應力 由參考資料【2】表3-4取，。 得 〔4〕選擇齒輪精度等級 按估計的圓周速度，初步選用8級精度。 〔5〕初選齒輪參數(shù) 第 9 頁 設計計算與說明 主要

12、結果 初選：，，， ， 〔6〕初步計算齒輪的主要尺寸 因電動機驅動，載荷特性為稍有沖擊，查參考資料【2】表3-1，得；因齒輪速度為中速，??；因非對稱布置，軸的剛性較小，取，，那么 由參考資料【2】圖3-11，查得；查參考資料【2】表3-2，得；取。又 按接解除疲勞強度計算齒輪分度圓直徑、法面模數(shù) 按參考資料【2】表3-7，取標準模數(shù)，，那么 圓整后?。?。 第 10頁 設計計算與說明

13、 主要結果 修改螺旋角： 與估計值相近。 取， 〔7〕校核輪齒彎曲疲勞強度條件 當量齒數(shù)： 査參考資料【2】圖3-14，得 ， 査參考資料【2】圖3-15，得 ， 取 ， 彎曲應力： 第 11頁 設計計算與說明 主要結果 齒輪滿足強度條件。 高速級齒輪傳動參數(shù)列于表3 表3 高速級齒輪參數(shù) 中心距a /mm 螺旋角β 小齒輪〔主動輪〕 大齒

14、輪〔從動輪〕 d1 /mm da1 /mm df1 /mm b1 /mm d2 /mm da2 /mm df2 /mm b2 /mm 150 17°34’23〞 56.643 60.643 51.643 50 243.357 247.357 238.357 45 3.低速級齒輪傳動設計 〔1〕使用要求分析 傳遞功率： 主動輪轉速： 傳動比： 轉矩： 圓周速度：估計 屬中載低速齒輪傳動。 〔2〕選擇齒輪材料及熱處理方式 小齒輪：45號鋼，調質處理，軟齒面，硬度為230255HBS； 大齒輪：45號鋼，

15、正火處理，軟齒面，硬度為190217HBS。 〔3〕確定許用應力 第 12頁 設計計算與說明 主要結果 a.確定極限應力和 齒面硬度：小齒輪按230HBS，大齒輪按190HBS。査參考資料【2】圖3-16，得，；査參考資料【2】圖3-17，得 ，。 b.計算應力循環(huán)次數(shù)，確定壽命系數(shù)、 査參考資料【2】圖3-18得，； 査參考資料【2】圖3-19得，。 c.計算許用應力 由參考資料【2】表3-4取，。 得 〔4〕選擇齒輪精度

16、等級 按估計的圓周速度，初步選用8級精度。 〔5〕初選齒輪參數(shù) 第 13頁 設計計算與說明 主要結果 初選：，，， ， 〔6〕初步計算齒輪的主要尺寸 因電動機驅動，載荷特性為稍有沖擊，查參考資料【2】表3-1，得；因齒輪速度為低速，取；因非對稱布置，軸的剛性較小，取，，那么 由參考資料【2】圖3-11，查得；查參考資料【2】表3-2，得；取。又 按接解除疲勞強度計算齒輪分度圓直徑、法面模數(shù) 按參考資料【2】表3-7，

17、取標準模數(shù)，，那么 圓整后?。?。 第 14頁 設計計算與說明 主要結果 修改螺旋角： 與估計值相近。 取， 〔7〕校核輪齒彎曲疲勞強度條件 當量齒數(shù)： 査參考資料【2】圖3-14，得 ， 査參考資料【2】圖3-15，得 ， 取 ， 彎曲應力：

18、 第 15 頁 設計計算與說明 主要結果 齒輪滿足強度條件。 低速級齒輪傳動參數(shù)列于表4 表4 低速級齒輪參數(shù) 中心距 /mm 螺旋角 小齒輪〔主動輪〕 大齒輪〔從動輪〕 /mm /mm /mm /mm /mm /mm /mm /mm 195 15°56′32″ 90.480 96.480 82.980 78 299.520 305.520 292.02 72 四、初算軸的直徑 按軸的扭轉強度初算軸的直徑 軸：查參考資料【2】表6-3，取，得

19、因軸外伸端〔即最小軸徑處〕裝帶輪，需在軸上開一鍵槽，所以最小軸徑加大，為，取最小軸徑為。 軸：查參考資料【2】表6-3，取，得 最小軸徑處無鍵槽，軸徑取為。 軸：查參考資料【2】表6-3，取，得 第 16 頁 設計計算與說明 主要結果 因軸外伸端〔即最小軸徑處〕裝聯(lián)軸器，需在軸上開一鍵槽，所以最小軸徑加大，為，取最小軸徑為。 軸：查參考資料【2】表6-3，取，得 因軸端〔即最小軸徑處〕裝聯(lián)軸器，需在軸上

20、開一鍵槽，所以最小軸徑加大，為，取最小軸徑為。 五、選擇聯(lián)軸器 由于工作機的載荷特性為稍有沖擊，故可選彈性柱銷聯(lián)軸器，查 參考資料【1】表13-7，結合連接軸徑，聯(lián)軸器的型號選為。 六、初選滾動軸承 滾動軸承需要承受軸向力，應選用角接觸球軸承。又根據(jù)軸徑大小，根據(jù)參考資料【1】表12-6選擇軸承如下： 軸：7206C；軸：7207C：軸：7212C 第 17頁 設計計算與說明 主要結果 七、低速軸及滾動軸承、鍵校核 1.低速軸校核 〔1〕軸結構設計及受力簡圖、

21、彎矩圖 a.畫受力簡圖 低速軸的結構設計如下列圖所示 低速軸的受力簡圖和彎矩圖如下列圖所示 第 18 頁 設計計算與說明 主要結果 b.軸上受力分析 軸傳遞的扭矩： 齒輪的圓周力： 齒輪的徑向力： 齒輪軸向力： c.計算作用于軸上的支反力 水平面支反力： 由 得 第 19頁 設計計算與

22、說明 主要結果 垂直面支反力： 由 得 d.計算軸的彎矩，并畫彎、轉矩圖 e.計算并畫當量彎矩圖 轉矩按脈動循環(huán)變化計算，取，那么 按計算，并畫出當量彎矩圖。 〔2〕校核軸的強度 B—B截面當量彎矩最大，為危險截面，根據(jù)軸徑變化及當量彎矩分布，可知校核B-B截面即可保證軸滿足強度要求。 考慮鍵槽的影響，査附表6-8，計算 得 顯然， 故平安。 第 20 頁 設計計算與說明 主要結果 2.校核軸承7212C 軸承正裝，如下列圖

23、 査滾動軸承樣本或機械設計手冊，得 載荷特性為稍有沖擊，由參考資料【2】表8-8查得 〔1〕計算派生軸向力 由參考資料【2】表8-9查得7000C型軸承派生軸向力為：，那么可求得軸承A、B的派生軸向力分別為 〔2〕計算軸承所受的軸向載荷 因為 所以軸承B被壓緊，軸承A被放松。 由此可得 第 21 頁 設計計算與說明 主要結果 〔3

24、〕計算當量動載荷 軸承A： 由參考資料【2】表8-7，用線性插值法可求得：。 由查參考資料【2】表8-7，并用線性插值法求得： 由此可得 軸承B： 由參考資料【2】表8-7，用線性插值法可求得：。 由查參考資料【2】表8-7，并用線性插值法求得： 由此可得 第 22頁 設計計算與說明 主要結果 〔4〕軸承壽命計算 因，故按軸承B計算軸承壽命： 又減速器要求壽命為五年兩班制，得

25、 所選軸承合格。 3.校核鍵 該平鍵用于靜聯(lián)接，只需校核平鍵聯(lián)接工作外表的擠壓應力 查參考資料【2】表6-8得許用擠壓應力 因此 鍵強度足夠。 八、潤滑和密封方式的選擇 1.由于齒輪圓周速度，所以軸承采用潤滑脂潤滑，査參考資料【1】表15-4潤滑脂牌號選為滾珠軸承脂ZG69-2 SH 036—1992。 2.由于工作環(huán)境為室內(nèi)，且工作速度，因此選用氈圈密封，査參考資料【1】表15-8，選用牌號為氈圈 25 JB/ZQ 4406-1986和氈圈 55 JB/ZQ 4406-1986的氈圈。

26、 第 23 頁 設計計算與說明 主要結果 九、箱體及附件的結構設計和選擇 1.箱體結構尺寸參數(shù)列于表5 表5 箱體結構尺寸參數(shù) 名稱 符號 結構尺寸/mm 箱座壁厚 δ 8 箱蓋壁厚 δ1 8 箱座、箱蓋、箱底座凸緣的厚度 12、12、20 箱座上的肋厚 7 軸承旁凸臺的高度和半徑 39、16 軸承蓋的外徑〔三組〕 D2 92、112、160 地腳螺釘直徑和數(shù)目 16、6 軸承旁連接螺栓直徑 12 箱座、箱蓋的連接螺栓直徑 8 定位

27、銷直徑 8 軸承蓋螺釘直徑〔三組〕 6、8、10 視孔蓋螺釘直徑 6 大齒輪齒頂圓與箱體內(nèi)壁的距離 Δ1 10 齒輪端面與箱體內(nèi)壁的距離 Δ2 10 第 24頁 設計計算與說明 主要結果 2、減速器附件的選擇 軸承蓋：凸緣式軸承蓋 油面指示裝置：油標尺 通氣器：通氣塞 起吊裝置：吊耳 螺塞及封油墊：外六角螺塞M18X1.5 JB/ZQ 4450—1986 3.裝配、拆卸、安裝時的考前須知 〔1〕裝配前所用零件用煤油清洗，滾動軸承用汽油清洗，箱體

28、內(nèi)不允許有雜物存在，箱體內(nèi)壁涂耐油油漆。 〔2〕齒輪嚙合側隙用鉛絲檢驗，側隙值第一級不小于0.14mm，第二級不小于0.16mm，鉛絲不得大于側隙的兩倍。 〔3〕檢驗齒面接觸斑點，按齒高方向不少于40%，按齒長方向不少于50%。 〔4〕滾動軸承7206C、7207C、7212C的軸向調整游隙均為0.04~0.07mm。 〔5〕減速器剖分面、各接觸面及密封處均不允許漏油、滲油，箱體剖分面允許涂密封膠或水玻璃，不允許使用任何填料。 〔6〕減速器內(nèi)裝L-CK工業(yè)齒輪油〔GB/T5903-1995)，油量到達規(guī)定高度。 〔7〕減速器外外表涂灰色油漆。 〔8〕按減速器的試驗規(guī)程進行試驗。 第 25 頁 設計計算與說明 主要結果 十、設計小結 十一、參考資料 【1】唐增寶、常建娥主編.機械設計課程設計〔第3版〕.武漢：華中科技大學出版社，2006. 【2】鐘芳毅等主編.機械設計〔第二版〕.武漢：華中科技大學出版社，2021.