1、河北工程大学毕业设计1河北工程大学毕业论文毕业设计说明书题 目：二级减速器的设计专 业：机械设计制造及其自动化班 级：13 级机制一班姓 名：郝振芳指导老师：魏效玲 王桂梅2014 年 12 月 18 日河北工程大学毕业设计2目 录摘 要 .3ABSTRACT .4第 1 章 减速器概述 .51.11.1 减速器简介.51.2 普通减速器的类型.51.3 减速器的结构.61.4 减速器的润滑.91.5 减速器的密封.10第 2 章 减速器方案设计 .102.1 本次设计要求.102.2 设计计算.102.2.1 设计原则102.2.2 整体方案初步设计122.2.3 电动机设计计算132.2.
2、4 总传动比及传动比分配14第 3 章 传动装置的运动参数计算 .164.1 高速级传动计算.204.2 低速级传动计算.21第 5 章 轴的尺寸计算及强度校核 .235.1 减速器轴的尺寸的计算.235.2 减速器输入轴的校核.24第 6 章 减速器箱体及附件的设计 .266.1 箱体结构设计.266.2 减速器附件及其结构设计.266.3 润滑方式的确定.27第 7 章 结论 .28附 录 .29参考文献 .30致 谢 .31河北工程大学毕业设计3摘 要本次毕业设计任务为根据所给要求设计一个皮带运输机滚筒所用的二级圆柱齿轮传动减速器。作者在设计报告中首先对减速器作了一个简要的介绍，并说明了
3、减速器设计的流程，而后根据设计要求中所列的实际要求，严格按照减速器的设计规范对减速器进行了初步设计，而后对主要部件进行了强度校核和刚度校核，最后进行减速器箱体尺寸及对应的结构要素的确定，而后根据最终计算结果及确定的减速器箱体尺寸和对应的结构要素绘制了一张减速器的装配草图。关键词：圆柱齿轮；二级减速器；强度校核；刚度校核；.装配图河北工程大学毕业设计4AbstractDesigning a cylindrical gear second order reducer according to the requirements is my task this time. First of all a
4、 brief introduction of reducer has been made in this paper, and then according to the actual requirements, in accordance with the reducer design standards, the initial design of the reducer has been done. Then both the strength and the rigidity of the main parts were checked, finally a reducer assem
5、bly drawing was drawn according to the calculation result.Keyword:cylindrical gear; second order reducer;strength check; rigidity check; assembly drawing河北工程大学毕业设计5第 1 章 减速器概述1.1减速器简介减速器又称减速箱。它是具有恒定传动比(i1)的独立的闭式传动部件，一般装设在机器的原动机与工作机之间，用来降低转速并相应地增大扭矩。在某些情况下，也有用来增高转速(i3) 0.950.99联轴器万向联轴器(3 ) 0.970.98平带
6、无张紧轮的传动 0.98平带有张紧轮的传动 0.97平带交叉传动 0.90带传动V 带传动 0.96片式销轴链 0.95滚子链 0.96链传动齿形链 0.97润滑不良 0.94(一对)润滑正常 0.97(一对)润滑很好(压力润滑) 0.98(一对)滑动轴承液体摩擦润滑 0.99(一对)河北工程大学毕业设计18球轴承 0.99(一对)滚动轴承滚子轴承 0.98(一对)滑动丝杠 0.300.60丝杠传动滚动丝杠 0.850.95卷筒 0.940.97计算时，在传动系统中，从减速器的高速轴开始各轴依次命名为轴、轴、轴。3.1 各轴转速计算：第轴转速 n =n/i0 r/min (3-1)第轴转速 n
7、 n /i1 r/min (3-2)第轴转速 n n /i2 r/min (3-3)式中 n电动机转速 r/min；i0电动机至第轴传动比；i1、i 2第轴至第轴，第轴至第轴传动比。3.2 各轴功率计算：第轴功率 P =P12 kW (3-4)第轴功率 P =P 23 kW (3-5)第轴功率 P = P 23 kW (3-6)式中 1联轴器或带传动效率；2轴承效率；3齿轮或蜗杆传动效率。3.3 各轴扭矩计算：第轴扭矩 T = 9550P /n Nm (3-7) 第轴扭矩 T = 9550P /n Nm (3-8)第轴扭矩 T = 9550P /n Nm (3-9)3.4 由题目所给条件计算各
8、轴转速、功率、扭矩：3.4.1 各轴转速计算：第轴转速，设 i0=1，即电机转速即为第 轴转速 n =1460/1=1460 r/min 第轴转速，i 1=6.14，n n /i1 =1460/6.14= 237.79 r/min 河北工程大学毕业设计19第轴转速 i2=4.73 n n /i2 =237.79/4.73=50.27 r/min 3.4.2 各轴功率计算：第轴功率 P =P12 =9.220.990.99=9.04 kW 第轴功率 P =P 23 =9.040.990.97=8.68 kW 第轴功率 P = P 23 = 8.680.990.97=8.33 kW 3.4.3 各
9、轴扭矩计算：第轴扭矩 T = 9550P /n =95509.04/1460=59.11 Nm 第轴扭矩 T = 9550P /n =95508.68/237.79=348.52 Nm 第轴扭矩 T = 9550P /n =95508.33/50.27=1583.05 Nm 将以上数据整理列表如下表 3-2：表 3-2 传动系统主要参数表轴号 转速 n(r/min) 输出功率 P(kW)输出扭矩T(Nm)传动比 i 效率 电机轴 1460 9.221 0.98轴 1460 9.04 59.116.14 0.96轴 237.79 8.68 348.524.73 0.96轴 50.27 8.33
10、1583.05滚筒轴1 0.98第 4 章 闭式齿轮传动计算及校核在齿轮材料的选择及尺寸计算等步骤时应注意以下几个方面：1随着热处理工艺的技术进步，为了减小尺寸、节省材料和延长齿轮的寿命，现代齿轮设计推荐采用硬齿面。2齿轮的结构与齿轮的尺寸有关。齿轮材料是根据齿轮尺寸决定的，尺寸小时采用锻钢(40、45 号钢)，尺寸大时(如圆柱齿轮 d500mm)由于受到锻造设备能力的限制，采用铸钢。当毛坯的制造方法不同时，齿轮的结构也不同，也就是齿轮结构必须与毛坯的制造方法相适应。故不同尺寸的齿轮要视其材料而决定结构。3圆柱齿轮在强度计算中得到的齿宽应做为大齿轮齿宽，而小齿轮宽度应取大一些b 1 b+(23
11、)mm，这样，可补偿轴向安装误差，保证足够的齿宽接触。河北工程大学毕业设计204齿轮传动的参数及尺寸分别进行标准化和圆整；而有的尺寸则不能标准化、也不能圆整。例如，圆柱齿轮的模数、压力角、中心距应该标准化；而齿数、齿宽及其他结构尺寸应该圆整；齿顶圆直径、齿根圆直径、齿高、齿顶高、齿根高等则不能圆整，小数点后至少要保留 2 位准确数字；而啮合角、螺旋角等则应计算到度、分、秒。5锥齿轮是以大端模数作为标准的；节锥角、齿顶角、齿根角、背锥角等必须计算到度、分、秒。锥顶距至少计算到小数点后两位数。带式输送机对减速器的外形尺寸及质量大小并无严格限制，但是要长期工作，因而齿轮材料的选择应以不太贵重且易加工
12、处理为宜。4.1 高速级传动计算4.1.1 材料选择 小轮选择 40Cr 调质，HBS 1=241286；大轮选择 45 钢调质，HBS 2=217255；此时，两轮最小硬度差为 241-217=24，比希望值略小些，可以初步试算。4.1.2 齿数选择 初选 Z1=24 则 Z2=6.1424=147.4取大轮齿数 Z2=147，则实际传动比为 u=Z2/Z1=147/24=6.13。与原要求仅差（6.14-6.13）/6.13=0.163%，故可以满足要求。4.1.3 齿宽系数选择 由于减速器为展开式双级齿轮传动，所以齿轮相对支承只能为非对称简支结构，故齿宽系数不宜选得过大。参考相关数据后选
13、择 d 为 0.71.15，现选 d1.0。4.1.4 选择裁荷系数 原动机为平稳工作的电动机，而工作机为有一定冲击的皮带运输机滚筒。现设计高速级传动，支承轴的刚性一般不大。参考相关数据，K 为 1. 61.8。现选较大值，取K1.8。4.1.5 按齿面接触强度设计传动4.1.5.1 计算许用接触应力按说明，对于直齿圆柱齿轮，应以大齿轮材料所决定的许用接触应力为准。对 45 钢，取 HBS2=230，取较低极限应力值， Hlim Hlim2539MPa。并取安全系数 SH1.0，设该减速器寿命为 5 年，且每天工作 16 小时，一年工作 330 天，计算接触疲劳的寿命河北工程大学毕业设计21系
14、数 KHN：(4-1)式中 N=60nth=601460163305=2.31109No =30（HBS） 2.4 =1.397107，因 NNo，故 KHN=1。许用接触应力(4-2)故可知许用 接触应力为 539MPa。且由相关规定可得，区域系数 ZH=2.5；弹性影响系数 ZE=189.8MPa1/2。4.1.5.2 计算小齿轮分度圆直径(4-3)代入相关数据得d157.67mm4.1.5.3 计算模数m=d1/z1=57.67/24=2.40mm查标准模数进行圆整，选择模数为 2.5mm4.1.6 计算齿轮的几何尺寸d1=mz1=2.524=60mmd2=mz2=2.5147=367.
15、5mmd1=d1+2m=60+5=65mmd2=d2+2m=367.5+5=372.5mm=（d 1+d2） /2=213.75mmb2=dd1=160=60mmb1=b2+（23）=60+2=62mm4.1.7 计算节圆速度HNHSKlim3 2112HEduKT5NKoH河北工程大学毕业设计22v=3.14601460/60000=4.584 m/s4.2 低速级传动计算4.2.1 材料选择 小轮选择 40Cr 调质，HBS 3=241286；大轮选择 45 钢调质，HBS 4=217255；此时，两轮最小硬度差为 241-217=24，比希望值略小些，可以初步试算。4.2.2 齿数选择
16、初选 Z3=30 则 Z4=4.7330=141.9取大轮齿数 Z4=142，则实际传动比为 u=Z4/Z3=142/30=4.73。与原要求相差很小，故可以满足要求。4.2.3 齿宽系数选择 由于减速器为展开式双级齿轮传动，所以齿轮相对支承只能为非对称简支结构，故齿宽系数不宜选得过大。参考相关数据后选择 d 为 0.71.15，现选 d1.0。4.2.4 选择裁荷系数 原动机为平稳工作的电动机，而工作机为有一定冲击的皮带运输机滚筒。现设计高速级传动，支承轴的刚性一般不大。参考相关数据，K 为 1. 61.8。现选较大值，取K1.8。4.2.5 按齿面接触强度设计传动4.2.5.1 计算许用接
17、触应力按说明，对于直齿圆柱齿轮，应以大齿轮材料所决定的许用接触应力为准。对 45 钢，取 HBS2=230，取较低极限应力值， Hlim Hlim2539MPa。并取安全系数 SH1.0，设该减速器寿命为 5 年，且每天工作 16 小时，一年工作 330 天，计算接触疲劳的寿命系数 KHN：N=60nth=601460163305=2.31109No =30（HBS） 2.4 =1.397107，因 NNo，故 KHN=1。而后经计算可知许用接触应力为 539MPa。且由相关规定可得，区域系数 ZH=2.5；弹性影响系数 ZE=189.8MPa1/2。4.2.5.2 计算小齿轮分度圆直径代入相
18、关数据得河北工程大学毕业设计23d3105.61mm4.2.5.3 计算模数m=d3/z3=105.61/30=3.52mm查标准模数进行圆整，选择模数为 3.5mm4.2.6 计算齿轮的几何尺寸d3=mz3=3.530=105mmd4=mz4=3.5142=497mmd3=d3+2m=105+7=112mmd4=d4+2m=497+7=504mm=（d 3+d4）/2=301mmb4=dd3=1105=105mmb3=b4+（23）=105+2=107mm4.2.7 计算节圆速度v=3.14105238/60000=1.309 m/s第 5 章 轴的尺寸计算及强度校核5.1 减速器轴的尺寸的
19、计算轴材料 选择常用的 45 号钢 并作调质处理。轴径的计算公式如下所示，由此式进行三个轴径的计算如下：， (5-1)6339.5102TPdCn其中对于本设计其 C 可取 102。轴上有键槽时，会削弱轴的强度。对于直径d100mm 的轴，单键时轴径增大 5%-7%，双键时增大 10%-15%，故将各轴输入功率及转速分别代入上述公式计算如下：减速机输入轴的直径：mnpCd 9.1460.91206.06.133 河北工程大学毕业设计24减速机中间轴的直径：减速机输出轴直径：减速器输入轴各轴段尺寸的确定：图 5-1 减速器输入轴图图中由右向左依次为 1、2、3、4、5、6 段，上述轴径计算公式计
20、算结果为d 19.9mm，取 d1=20mm，L 1=50mm；因为大带轮靠轴肩定位，所以取d2=24mm,L2=48mm；d 3 段装配轴承，取 d3=30mm，L 3 =20mm；d 4 段是定位轴承，取d4=35mm，L 4=100mm；d 5 段装配齿轮直径，此段做成齿轮轴，此时齿宽即为该段长度，由前计算得 L5=62mm；d 6 装配轴承所以 d6=d3=30mm，L 6=L3=20mm。减速器中间轴各轴段尺寸确定：图 5-2 减速器中间轴图轴段 1 为轴承径，其直径应符合轴承内径标准，且 d 37.9mm，由此选定d1=40mm，轴段 1的长度由轴承宽度，和实际位置尺寸确定：l 1
21、=18+10+10+2=40mm；轴段 2 与齿轮配合，d2=45mm，轴段 2 的长度取决与轮毂宽度。轮毂宽度 l=62mm，取轴段 2 的长度略小于轮毂宽度l2=60mm； 轴段 3 为定位轴肩，取轴肩高度 h=2.5mm，则 d3=d2+2h=45+5=50mm，轴段 3 为两轴间5 4 3 2 1 mnpCd 9.37.3768102.2.32 6 5 4 3 2 1mnpCd 4.597.5038106.06.133 河北工程大学毕业设计25位置取 l3=10mm；轴段 4 与齿轮配合，且便于安装 d4d1，取其 d4=45mm，轴段 4 的长度取决与轮毂宽度。轮毂宽度 l=107m
22、m，取轴段 4 的长度略小于轮毂宽度 l4=105mm；轴段 5 为轴承径，直径与 相同，即 d5=d1=40mm，轴段 5 的长度由轴承宽度，和实际1位置尺寸确定：l 5=18+10+10+2=40mm。减速器输出轴各轴段尺寸确定： 图 5-3 减速器输出轴图由于 d 59.4mm,且考虑到该轴段上开有键槽，因此取 d1=65mm，且取l1=120mm；d 2 处装配轴承，取 d2=70mm，并使 l2=56mm；d 3 靠轴定位,取 d3=75mm,且取 l3=45mm；取 d4=80mm，且使 l4=70mm；取 d5=85mm，且使 l5=13mm；d 6 处安装齿轮，取 d6=90m
23、m，且使 l6=105mm；d 7 处为向心滚子轴承,取 d7=70mm，l 7 =46mm。5.2 减速器输入轴的校核首先求作用在齿轮上的力：输入轴上大齿轮的分度圆直径为 d1=60mm，L 为两轴承中线间的距离L=192mm，K 为轴上 1 段中点到段中点的距离 K=88mm。圆周力为 Ft=2T1/d1=259110/60=1970N；径向力 F=Fttann=1970tan20=716.6N；设作用在轴带轮上的外力 Fdl=800N 及轴向力 Fa=500N。假设轴所受外力为集中载荷；轴及轴上零件重量不计；将轴承视为铰链支座；轴向力引起的压应力略去不计。 1)求垂直面的支承反力：F1v
24、=（F L/2-Fad1/2）/L=280.2NF2v=F- F1v =716.6-280.2=436.4N2)求水平面的支承反力：F1H=F2H=Ft/2=1970/2=985 N3)求 F 在支点产生的反力：F1F=FdlK/L=80088/192=366.7NF2F=Fdl+F1F=800+366.7=1166.7N4)绘制垂直面弯矩图Mav=F2vL/2=436.40.192/2=41.89NmMav=F1vL/2=280.20.192/2=26.89Nm5)绘制水平面弯矩图MaH=F1HL/2=9850.192/2=94.56Nm6)绘制 F 力产生的弯矩图7 6 5 4 3 2 1
25、河北工程大学毕业设计26M2F=FdlK=8000.192=153.6Nma-a 截面上 F 力产生 的弯矩为MaF=F1FL/2=366.70.192/2=35.2Nm7)求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把 MaF 与直接相加Ma=35.2+103.4=138.6NmMa=35.2+98.3=133.5Nm8)求危险截面当量弯矩：T=Ftd1/2=19700.06/2=59.1Nma-a 处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 =0.6）当量弯矩的计算式为：(5-2)由上式计算得 Me=143Nm。9)计算危险截面处轴的直径轴的材料选择 45 号钢，调质处理，查资料可知 B=650MPa，
26、且可查得许用弯曲应力 -1b=60MPa，则由如下公式计算轴径为：(5-3)计算出轴径必须满足 d28.77mm 的条件，而由以上计算可知 d5d4d,故该轴是安全的。第 6 章 减速器箱体及附件的设计6.1 箱体结构设计箱体尺寸如表 6-1 所示：表 6-1 箱体尺寸设计22aMTMe31.0bed22aHavM河北工程大学毕业设计27名称 符号 计算公式 结果机座厚度 0.025a+18 12机盖厚度 d1 0.02a+38 10机盖凸缘厚度 b1 b1=1.5d1 15机座凸缘厚度 b b=1.5d 18机座底凸缘厚度 b2 b2=2.5d 30地脚螺钉直径 df df =0.036a+
27、12 25地脚螺钉数目 n a250500 时，n=6 6轴承旁联结螺栓直径 d1 d1=0. 75 df 18.75盖与座联结螺栓直径 d2 d2=（0.5 0.6）d f 12.5轴承端盖螺钉直径 d3 d3=（0.40.5）d f 12.5视孔盖螺钉直径 d4 d4=（0.30.4）d f 10定位销直径 d d=（0.70.8 ）d 2 10df，d 1，d 2 至外箱壁的距离 C1 查手册 22df，d 2 至凸缘边缘距离 C2 查手册 20外箱壁至轴承端面距离 l1 l1=C1+C2+（58） 50大齿轮顶圆与内箱壁距离 D1 D11.2d 15齿轮端面与内箱壁距离 D2 D2d
28、136.2 减速器附件及其结构设计.1.窥视孔盖与窥视孔在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔, 大小只要能将手伸进操作以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙即可，可以了解啮合情况，润滑油也由此注入机体内。2.放油孔及螺塞减速器通常设置一个放油孔，用以排空箱体内的污油，放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于进行放油，不放油时放油孔用螺塞堵住。螺塞有圆柱细牙螺纹和圆锥螺纹两种，圆柱螺纹螺塞自身不能放在漏油，因此在螺塞与箱体之间要放置一个封油垫片，垫片用石棉橡胶纸板或皮革制成。圆锥螺纹螺塞能形成密封连接，无需附加密封。3.油标油标用来检查油面高度，以保证有工作所需正常的油
29、量.因此要安装于便于观察油面及油面稳定之处即低速级传动件附近，用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。4.通气器减速器运转时，由于摩擦发热，机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏，所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由逸出，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带孔螺钉制成。河北工程大学毕业设计285.启盖螺钉为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。螺钉上的长度要大于凸缘厚度，钉杆端部要做成圆柱形或半圆形，以免顶坏螺纹；螺钉直径与凸缘连接螺栓相同。在轴承端盖上也可以安装取盖螺钉，便
30、于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，装上二个螺钉便于调整。6.定位销为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定位精度。如机体是对称的,销孔位置不应对称布置。7.起吊装置起吊装置用以起吊减速器。起吊装置有吊钩、吊耳和吊环螺钉等。当减速器重量较轻时，箱盖上的吊耳或吊环螺钉允许用来吊运整个减速器；当减速器重量较大时，箱盖上的吊耳或吊环螺钉只允许吊运箱盖，用箱座上的吊钩来吊运下箱座或整个减速器。8.调整垫片用于调整轴承间隙，有的起到调整传动零件轴向位置的作用。9.密封装置伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和
31、污物进入机体内。6.3 润滑方式的确定因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以采用脂润滑，箱体内选用 SH0357-92 中的 50 号润滑，装至规定高度润滑与密封。1.由于滚动轴承的速度较低，故可以采用脂润滑；2.齿轮可以浸泡在箱体内的油液内，用油液直接进行润滑；第 7 章 结论本次毕业设计的题目是皮带运输机传动滚筒所用的二级圆柱齿轮减速机的设计，减速机在现代工农业生产中应用十分广泛，是现代化建设中不可或缺的一类机械设备，但是在课堂上对这方面的设计内容的涉猎却较少，所以作者在进行这类设计时不是很熟悉，但经过一段时间的查阅资料和相关设计准备，最终在老师的帮助下，还是顺利完成了这次设计任务。这类
32、齿轮减速器与皮带减速器及链传动等减速机构相比具有很多优势，如带传动传递的功率不大(可用于中小功率)，结构尺寸比其它传动型式大，易由于摩擦产生静电，不适用于有瓦斯及煤尘等爆炸危险场合。而链传动的瞬时传动比是变化的，且有河北工程大学毕业设计29冲击振动，一般仅用于低速级传动及传动比要求不太严格的场所。蜗杆传动速比大，传递运动平稳，但效率低，消耗有色金属。在实际设计过程中，材料的合理选择以及尺寸的确定，还有各种部件刚度强度的校核十分重要，否则设计出来的设备就不能长期稳定工作，在本次设计过程中我经常遇到这样那样的难题，我积极查阅各种资料来解决问题，在一系列努力未奏效的情况便去求助于老师，经过老师的点拨
33、，每次我都豁然开朗，可以说这次实践让我的实际运用所学知识的能力有了很大的提高，在这要特别感谢老师无怨无悔的付出，学生会永远记住这段奋斗拼搏的时光。这次设计是一笔宝贵的财富，对每个同学来说都是受益匪浅，这份成就感和满足感也会让我们的生活更加丰富多彩。由于作者水平及设计时间有限，在本次设计中，仍然会有很多的缺陷和不足，希望看到本设计的老师和同学给予批评指正！河北工程大学毕业设计30附 录表清单表序号 表名称 页码表 1-1 减速器附件及其功用 7表 3-1 机械传动效率概略值 15表 3-2 传动系统主要参数表 17表 6-1 箱体尺寸设计 24图清单图序号 图名称 页码图 1-1 普通减速器的类型 4图 1-2 单级圆柱齿轮减速器装配图 6图 1-3 齿轮的浸油深度 8图 1-4 带油轮供油润滑 8图 1-5 喷油润滑 8图 2-1 传动系统方案图 11图 2-2 齿轮浸油深度确定 13图 2-3 带轮与机座相碰 14图 2-4 大齿轮与低速级轴相碰 14图 5-1 减速器输入轴图 22图 5-2 减速器中间轴图 22图 5-3 减速器输出轴图 22
