精密機(jī)械課程設(shè)計(jì)-二級(jí)圓柱同軸式直齒輪減速器2

1、一、目 錄一、目錄.2二、設(shè)計(jì)任務(wù)書.3三、傳動(dòng)方案的比較和擬定.3四、各級(jí)傳動(dòng)比的分配 .4五、各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 .5六、電動(dòng)機(jī)的選擇 .8 七、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .13 八、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .13九、滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算 .13十、聯(lián)軸器的選擇 .13十一、鍵的選擇與校核.13十二、減速器的技術(shù)特性、潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑的選擇 .13十三、參考文獻(xiàn) .26.二、設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）、設(shè)計(jì)課題： 二級(jí)圓柱直齒輪減速器的設(shè)計(jì)（二）、技術(shù)指標(biāo)：（1） 減速器輸出功率:2.66kw。（2） 減速器的輸入軸轉(zhuǎn)速:960r/min。（3） 總傳動(dòng)比: i=10。（4） 使用壽命10年，每年工作250 天，每

2、天工作8小時(shí)。（5） 雙向傳動(dòng)（傳動(dòng)無(wú)空回），載荷基本穩(wěn)定，常溫工作。三、傳動(dòng)方案的比較和擬定（一）、擬定設(shè)計(jì)方案： 1.展開(kāi)式 2.同軸式（二）、選擇設(shè)計(jì)方案： 根據(jù)老師分組要求，選擇同軸式方案。簡(jiǎn)圖如下：其特點(diǎn)為：減速器長(zhǎng)度方向尺寸縮小，兩級(jí)大齒輪直徑較為相近，有利于浸油潤(rùn)滑，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大，中間軸較長(zhǎng)、剛度差，中間軸承潤(rùn)滑較困難。四、各級(jí)傳動(dòng)比的分配高速級(jí)的兩齒輪分別為齒輪1和齒輪2，低速級(jí)的兩齒輪分別是齒輪2和齒輪3。高速級(jí)的傳動(dòng)比為i12，低速級(jí)的傳動(dòng)比為i23。選擇i12=i23，又因?yàn)閕12.i23=10,則i12=3.16, i23=3.16五、各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩（

3、一）、各軸的轉(zhuǎn)速n：因?yàn)閚1=n3·i; n2=n3·i23, n1=960r/min，則 n2= n2=303.58r/min, n3=96r/min.（二）、各軸的功率P: 假設(shè)輸入軸的功率為，中間軸的功率為，輸出軸的功率為。 已知工作機(jī)的功率為Pg=2.66kw; 由P1=P·c；P2=P1·r·f; P3=P2·r·s ;Pg=P3·r ; 式中 c聯(lián)軸器效率（0.99） r一對(duì)軸承效率（0.97） f高速級(jí)齒輪傳動(dòng)效率（0.97） s 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)效率（0.97） P電機(jī)輸出效率 P額定功率（應(yīng)稍大于所

4、需功率） 則可計(jì)算出P=3.13kw, P1=3.01kw, P2=2.92kw, P3=2.74kw.（二）、各軸的轉(zhuǎn)矩T: 轉(zhuǎn)矩T及其分布為 T=9550000Ptnt N·mm i=1,2,3 所以轉(zhuǎn)矩 T1=30838.54N·mm T2=T2'=91542.59N·mm T3=272572.92 N·mm 六、電動(dòng)機(jī)的選擇由參考資料可查得，選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是Y132S2，其額定輸出功率為3kw，同步轉(zhuǎn)速1000 r/min，額定轉(zhuǎn)速960 r/min，重量為73Kg。七、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)：選擇齒輪材料：考慮減速器的

5、功率、壽命及其強(qiáng)度、高度要求，且外輪廓尺寸不宜過(guò)大且在經(jīng)濟(jì)上考慮，高速級(jí)齒輪軸材料為45鋼，表面淬火；大齒輪40Cr,調(diào)質(zhì)處理。低速級(jí)大、小齒輪材料為20Cr，滲碳淬火處理。. 確定許用應(yīng)力：. 許用接觸應(yīng)力：由公式H=HlimbSH×KHL表1 齒面接觸極限應(yīng)力材料熱處理方法齒面硬度Hlimb Nmm2碳鋼和合金鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)350HBW2HBW+69整體淬火3850HRC18HRC+15表面淬火4056HRC17HRC+20合金鋼滲碳淬火5464HRC23HRC氮化550750HRC1.5HV由表1查得Hlimb1=17HRC+20=17×48+20=836Nmm2

6、Hlimb2=2HBW+69Nmm2=2×300+69=669Nmm2故應(yīng)按接觸極限應(yīng)力較低的計(jì)算，即只需要求出H2。對(duì)于采用整體淬火和滲碳淬火處理的齒輪，取SH=1.1。由于載荷穩(wěn)定，因此按照NH=60×n2×t計(jì)算輪齒的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NH2，結(jié)果如下： NH=60×n2×t=60×303.58×20000=3.6×108 h。循環(huán)基數(shù)NH0由圖1查得，當(dāng)HBW小于600時(shí)，NH0<1.5×108。因NH> NH0，所以KHL=1.由此可計(jì)算出H2=6691.1=608.18Nmm2.圖1 N

7、h0-HBW 曲線表2 齒根彎曲極限應(yīng)力材料熱處理方法硬度Flimb1齒面齒心碳鋼（40、45） 合金鋼（40Cr、40CrNi）正火 調(diào)制180350HBS1.8HBS合金鋼（40Cr、40CrNi、40CrVA）整體淬火4555HRC500合金鋼（40Cr、40CrNi、35CrMo）表面淬火4858HRC2735HRC600合金鋼40Cr、40CrVA、38CrMoAIA)氮化550750HV2540HRC12HRC+300合金鋼20Cr、20CrMnTi）滲碳淬火5762HRC3045HRC750. 許用彎曲應(yīng)力：由F=FlimbSF×KFC×KFL由表二知Flim

8、b1=540Nmm2Flimb2=600Nmm2取SF=2，雙向傳動(dòng)取KFC=0.7，因NFV>NF0，所以KFL=1。由以上的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出F1、F2，其結(jié)果如下： F1 =7502×0.7×1=189Nmm2； F2 =6002×0.7×1=210 Nmm2。 . 根據(jù)接觸強(qiáng)度，求小齒輪分度圓直徑：由式 初步計(jì)算時(shí)，取Kd=843Nmm2，d=1，由圖2得K=1.05圖2 載荷集中系數(shù) 則d1可計(jì)算出來(lái)，d1=41mm。取d1為50mm。設(shè)小、大齒寬分別為b1、 b2；又b2=d×d1，取高速級(jí)的d=1，可得b2=50mm取b1= b

9、2+4mm,則b1=54mm又i12=d2d1，則d2可由d2= i12×d1求出d2=158.11mm，取d2=160mm。則兩齒輪嚙合時(shí)中心距a可由公式a=12（d2 +d1）求得a=104mm，圓整為105mm取m=(0.0150.03)a=1.7253.45，并取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5。由Z1=d1m求出小齒輪的齒數(shù)Z1=20Z2=d2m求出大齒輪的齒數(shù)Z2=63. 驗(yàn)算接觸應(yīng)力：由式H=ZHZEZ2T1KKVd13d+1取ZH=1.76，Z=1（直齒輪），ZE=2712Nmm2（鋼制齒輪）又齒輪圓周速度v=d1n160×1000=2.05ms由圖3得kV=1.1（8級(jí)

10、精度齒輪）求得H=483.82Nmm2<H2 ，所以接觸強(qiáng)度足夠。圖3 512級(jí)精度齒輪動(dòng)載荷系數(shù). 驗(yàn)算彎曲應(yīng)力：圖4 齒形系數(shù)曲線由式F=YF2T1KKVmd12d由x=0可從圖4中查得Z1=55 ，YF1=3.75Z2=175 ，YF2=3.75因F1YF1>F2YF2，故應(yīng)驗(yàn)算大齒輪的彎曲應(yīng)力F2=52.63Nmm2<F2，所以彎曲強(qiáng)度足夠。2. 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)： 由于傳動(dòng)比i12=i23，所以d2=d3,則低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)與高速級(jí)一樣，低速級(jí)齒輪的齒寬系數(shù)d為1 .故由前面高速級(jí)傳動(dòng)的計(jì)算可知此時(shí)只需對(duì)齒輪的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核即可。 . 驗(yàn)算接觸應(yīng)力：由

11、式H=ZHZEZ2T1KKVd13d+1取ZH=1.76，Z=1（直齒輪），ZE=2712Nmm2（鋼制齒輪）又齒輪圓周速度v=d1n160×1000=0.648ms由圖3得kV=1.03（7級(jí)精度齒輪）求得H=1016.24Nmm2<H3 =H2，所以接觸強(qiáng)度足夠。. 驗(yàn)算彎曲應(yīng)力：由式F=YF2T1KKVmd12d小齒輪：F=266.96<F大齒輪：F=232.19<F所以彎曲強(qiáng)度足夠。八、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1輸入軸的設(shè)計(jì)如下圖所示：受力簡(jiǎn)圖如下：A齒輪1BL1=51mmL=102mmFt1Fr1水平面內(nèi)M=MCBXA在垂直面內(nèi)MMCBAX其中L1=51mm軸向力：F

12、t1=2T1d1=2*30838.5450=1138.48N徑向力：Fr1=Ft1*tan200=414.37N在垂直面內(nèi)：M=0.5*Ft1*L1=29031.24 N·mm在水平面內(nèi)：M=0.5*Fr1*L1=10566.435 N·mm所以 M1=M2+M=2=30894.38 N·mm由表3和表4查得-1p=75 N/mm2，0p=130 N/mm2，+1p=270N/mm2所以a=-1p+1p=75270=0.278 ， M=M12+（aT1）2=32054.07 N·mm由此可得軸的最小直徑為d1=3M0.1*-1p=16.23mm<2

13、0mm所以該輸入軸的設(shè)計(jì)合格。2輸出軸的設(shè)計(jì)如下圖所示：受力簡(jiǎn)圖如下：D齒輪3GL3=53mmL=106mmFt3Fr3水平面內(nèi)M=MDEXG在垂直面內(nèi)MMDEGX其中L3=53mm軸向力：Ft3=2T3d3=2*275273174=3164.06N徑向力：Fr3=Ft3*tan200=1151.62N在垂直面內(nèi)：M=0.5*Ft3*L3=83847.59N·mm在水平面內(nèi)：M=0.5*Fr3*L3= 30517.93N·mm所以 M3=M2+M=2= 89228.71N·mm由表3和表4查得-1p=75 N/mm2，0p=130 N/mm2，+1p=270N/m

14、m2所以a=-1p+1p=75270=0.278 ， M=M32+（aT3）2=117549.88 N·mm由此可得軸的最小直徑為d3=3M0.1*-1p=25.03mm<45mm所以該輸出軸的設(shè)計(jì)合格。3中間軸的設(shè)計(jì)如下圖所示：受力簡(jiǎn)圖如下：Fr2Fr3MFt3Ft2FrnFrmFtn49mm128mm51mmc 齒輪2b 齒輪2FtmN水平面內(nèi)M=：M=L0cb在垂直面內(nèi)MMcbL0由作用力與反作用力的關(guān)系：Ft2=Ft1=1138.48N， Fr2=Fr1=414.37N， Ft2=Ft3=3164.06N， Fr2=Fr3=1151.62N。在水平面內(nèi)有：Ft2*49-

15、Ft2（49+128）+FtN*（49+128+51）=0 Ft2-Ft2+FtN-FtM=0 解得：FtN=2211.64N，F(xiàn)tM=204.06N。在垂直面內(nèi)有：Fr2*49+Fr2*（49+128）+FrN*（49+128+51）=0 FrM+Fr2+Fr2+Fr2=0 解得：FrN=-983.07N，F(xiàn)rM=-583.92N。由分析知b、c兩點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)，應(yīng)分別對(duì)其進(jìn)行校核。. 對(duì)b點(diǎn)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核： M=FrM*49= -28612.08N·mm，M=FtM*49= 9998.9N·mmM2=M2+M=2 =30308.83N·mm，由表3和表4查得-1

16、p=75 N/mm2，0p=130 N/mm2，+1p=270N/mm2所以a=-1p+1p=75270=0.278 ， M=M32+（aT2）2= 39575.48N·mm d2=3M0.1*-1p= 17.4mm<30mm對(duì)c點(diǎn)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核： M=FrM*51=- 29779.92N·mm，M=FtM*51= 10407.06N·mm,M2'=M2+M=2=31546.01N·mm，由表3和表4查得-1p=75 N/mm2，0p=130 N/mm2，+1p=270N/mm2所以a=-1p+1p=75270=0.278 ， M=M2&

17、#39;2+（aT2'）2= 27655.46N·mm d2'=3M0.1*-1p=17.55mm<30mm由于b點(diǎn)和c點(diǎn)的強(qiáng)度校核均合格，故該中間軸的設(shè)計(jì)合格。表3 軸常用材料的力學(xué)性能材料牌號(hào)熱處理毛坯直徑/mm硬度HBW抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn) 備注 MPaQ235-A熱軋或鍛后空冷 100400-420225用于不重要和受載荷不太大的軸>100-250375-39021545鋼 正火回火 100170-217590295 應(yīng)用最廣泛>100-300162-217570285 調(diào)質(zhì) 200217-25564035540Cr 調(diào)質(zhì) 100241-28678

18、5510用于載荷較大，而無(wú)很大沖擊的重要軸>100-30068549040CrNi 調(diào)質(zhì) 100270-300900735 用于很重要的軸>100-300240-27078557038SiMnMo 調(diào)質(zhì) 100229-286735590用于重要的軸，性能接近于40CrNi>100-300217-26968554038CrMoAlA 調(diào)質(zhì) 60293-321930785用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度且熱處理變形很小的軸>60-100277-302835685>100-160241-27778559020Cr滲碳淬火回火 60滲碳56-62HRC640390用于要求強(qiáng)度及韌

19、性均較高的軸3Cr13 調(diào)質(zhì) 100241835635用于腐蝕條件下的軸QT600-3190-270600370用于制造復(fù)雜外形的軸QT800-2245-335800480表4 轉(zhuǎn)軸和心軸的許用彎曲應(yīng)力材料b-1p-1p-1p碳素鋼40013070405001707545600200955570023011065合金鋼80027013075100033015090-1p=75 N/mm2，-1p=130 N/mm2，-1p=270N/mm2九、滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算1輸入軸上的軸承的選擇和校核： 輸入軸的軸承選擇深溝球軸承6205，其基本尺寸和安裝尺寸為d=25mm,D=52mm,B=15mm,

20、rsmin=1mm，damin=31mm, Damax=46mm, rasmax=1mm,基本額定載荷為Cr=14.0kN,C0r=7.88kN.軸承的基本載荷壽命Lh'=10*250*8=20000h 考慮無(wú)軸向載荷時(shí)，則P=Fr 。工作溫度t100，則取ft =1，轉(zhuǎn)速n=960r/min.所以C1=Pft*3Lh'*n16670=4264.6<19500 ，所以所選擇的軸承合格。2輸出軸上的軸承的選擇和校核：輸出軸上的軸承均選擇深溝球軸承6209，其基本尺寸和安裝尺寸為d=45mm,D=85mm,B=19mm,rsmin=1.1mm，damin=52mm, Dama

21、x=78mm, rasmax=1mm,基本額定載荷為Cr=31.5kN,C0r=20.5kN.軸承的基本載荷壽命Lh'=10*250*8=20000h 考慮無(wú)軸向載荷時(shí)，則P=Fr 。工作溫度t100，則取ft =1，轉(zhuǎn)速n3=96r/min.所以C3=Frmft*3Lh'*n316670=5571.12<35000 ，所以所選擇的軸承6210合格。3中間軸上的軸承的選擇和校核：中間軸的兩個(gè)軸承均選擇深溝球軸承6205，其基本尺寸和安裝尺寸為d=25mm,D=52mm,B=15mm,rsmin=1mm，damin=31mm, Damax=46mm, rasmax=1mm,

22、基本額定載荷為Cr=14.0kN,C0r=7.88kN.軸承的基本載荷壽命Lh'=10*250*8=20000h 考慮無(wú)軸向載荷時(shí)，則P=Fr 。工作溫度t100，則取ft =1，轉(zhuǎn)速n2'=n2=303.58r/min.下面分別對(duì)兩個(gè)軸承進(jìn)行校核：所以C2=Frmft*3Lh'*n2'16670=18022.76<35000 ，所以所選擇的軸承6205合格。C2'=Prnft*3Lh'*n2'16670=11594.30<35000 ，所以所選擇的軸承6205合格。十、聯(lián)軸器的選擇表3 載荷系數(shù)K原動(dòng)機(jī)工作機(jī)特性轉(zhuǎn)矩變化小轉(zhuǎn)

23、矩變化中等沖擊載荷中等轉(zhuǎn)矩變化小沖擊載荷小電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)1.31.51.71.92.33.1多缸內(nèi)燃機(jī)1.51.71.92.12.53.3單、雙杠內(nèi)燃機(jī)1.82.42.22.82.84.01輸入軸上的聯(lián)軸器的選擇和校核： 由輸入軸上的轉(zhuǎn)矩變化小、沖擊載荷小，選擇剛性聯(lián)軸器。查表3可得k=1.4；Tj=k*T1=1.4*30838.54=43174 N·mm <160000 N·mm因此選擇撓性聯(lián)軸器中的剛性凸緣聯(lián)軸器HL1,其公稱扭矩Tn=160N·m.其軸孔直徑為18mm，軸孔長(zhǎng)度為30mm。2輸出軸上的聯(lián)軸器的選擇和校核：由輸出軸上的轉(zhuǎn)矩變化轉(zhuǎn)矩變化小、

24、沖擊載荷小，選擇剛性聯(lián)軸器。查表3可得k=1.4；Tj=k*T2=1.4*27257=517888.55 N·mm<630000 N·mm因此選擇剛性聯(lián)軸器中的凸緣聯(lián)軸器YL9,其公稱扭矩Tn=400N·m.其軸孔直徑為38mm，軸孔長(zhǎng)度為60mm。十一、鍵的選擇與校核表4 鍵聯(lián)接的許用應(yīng)力種類聯(lián)接方式輪轂材料載荷性質(zhì)載荷平穩(wěn)輕微沖擊沖擊p靜聯(lián)接鋼1251501001205090鑄鐵7408050603040p動(dòng)聯(lián)接鋼504030靜聯(lián)接鋼1209060由于該二級(jí)減速系統(tǒng)傳動(dòng)平穩(wěn)，輪轂與軸沒(méi)有相對(duì)的向移動(dòng)，即為靜聯(lián)接，故選取p=140Nmm2，=120Nmm2

25、.鍵的抗壓強(qiáng)度條件 p=Fkl=2Tdklp鍵的抗剪強(qiáng)度條件=Fbl=2Tdbl式中 F-擠壓或剪切力； T-傳遞的轉(zhuǎn)矩； d-軸徑； b-鍵寬； l-鍵的工作長(zhǎng)度； k-鍵與輪轂槽的接觸高度，近視可取k=h/2,h為鍵的高度； p 許用壓應(yīng)力； 許用切應(yīng)力。1 輸入軸上的鍵的選擇和校核：(1) 聯(lián)軸器鍵的選擇與校核：聯(lián)軸器鍵選擇普通平鍵，其公稱尺寸為b=6mm, h=6mm, 鍵的長(zhǎng)度系列為36mm，鍵槽深為k=3.5 mm。p=2T1kld1=2×30838.5418×3.5×36=25.68 p.=2T1bld1=2×30808.5418×

26、;6×36=12.84.所以聯(lián)軸器鍵的選擇合格。2輸出軸上的鍵的選擇和校核：(1) 聯(lián)軸器鍵的選擇與校核：聯(lián)軸器鍵選擇普通平鍵，其公稱尺寸為b=10mm, h=8mm, 鍵的長(zhǎng)度系列為50mm，鍵槽深為k= 5mm。p=2T3kld3=2×272572.9238×4×50=71 p.=2T1bld1=2×272572.9238×10×50=28.7.所以聯(lián)軸器鍵的選擇合格。(2) 齒輪鍵的選擇與校核：齒輪鍵選擇普通平鍵，其公稱尺寸為b=14mm, h=9mm, 鍵的長(zhǎng)度系列為63mm，鍵槽深為k= 5.5mm。p=2T3kl

27、d3=2×272572.9247×5.5×63=32.048 p.=2T1bld1=2×272572.9247×14×63=10.015.所以齒輪鍵的選擇合格。3中間軸上的鍵的選擇和校核：(1) 大齒輪2的鍵的選擇與校核：齒輪2的鍵選擇普通平鍵，其公稱尺寸為b=8mm, h=7mm, 鍵的長(zhǎng)度系列為45mm，鍵槽深為k=4 mm。p=2T3kld3=2×91542.5926×4×45=28.254 p.=2T1bld1=2×91542.5926×8×45=11.302.所以齒

28、輪2的鍵的選擇合格。(2) 小齒輪1的鍵的選擇與校核：齒輪1的鍵選擇普通平鍵，其公稱尺寸為b=8mm, h=7mm, 鍵的長(zhǎng)度系列為45mm，鍵槽深為k=4mm。p=2T3kld3=2×91542.5926×4×45=31.786 p.=2T1bld1=2×91542.5926×8×45=12.714.所以齒輪1的鍵的選擇合格。十一、減速器的技術(shù)特性、潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑的選擇1. 箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：減速器的箱體采用鑄造（HT200）制成，并采用剖分式結(jié)構(gòu)。(1). 機(jī)體有足夠的剛度在機(jī)體為加肋，外輪廓為長(zhǎng)方形，增強(qiáng)了軸承座剛度。(2). 考慮到機(jī)體內(nèi)零件的潤(rùn)滑，密封散熱對(duì)于箱體內(nèi)的齒輪的潤(rùn)滑采用浸油潤(rùn)油，同時(shí)為了避免油攪得沉渣濺起，大齒輪齒頂沒(méi)入油面的深度為4.5mm。為保證機(jī)蓋與機(jī)座連接處密封，聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)。(3). 機(jī)體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性鑄件壁厚為8mm，機(jī)體外型簡(jiǎn)單，拔模方便。(4).&#