二级圆柱齿轮减速器的设计.docx

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二级圆柱齿轮减速器的设计

设计任务书

设计题目：

二级圆柱齿轮减速器

设计要求：

运输带拉力F=3400N

运输带速度V=1.3m/s

卷筒直径D=320mm

滚筒及运输带效率η=0.94。

要求电动机长期连续运转，载荷不变或很少变化。

电动机的额定功率Ped稍大于电动机工作功率Pd。

工作时，载荷有轻微冲击。

室内工作，水份和灰份为正常状态，产品生产批量为成批生产，允许总速比误差为±4%，要求齿轮使用寿命为10年，传动比准确，有足够大的强度，两班工作制，轴承使用寿命不小于15000小时，要求轴有较大刚度，试设计二级圆柱齿轮减速器。

设计进度要求：

第一周：

熟悉题目，收集资料，理解题目，借取一些工具书。

第二周：

完成减速器的设计及整理计算的数据，为下步图形的绘制做准备。

第三周：

完成了减速器的设计及整理计算的数据。

第四周：

按照上一阶段所计算的数据，完成零部件的CAD的绘制。

第五周：

根据设计和图形绘制过程中的心得体会撰写论文，完成了论文的撰写。

第六周：

修改、打印论文，完成。

指导教师（签名）：

摘要

齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。

它的主要优点是：

①瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；

②适用的功率和速度范围广；

③传动效率高，η=0.92-0.98；

④工作可靠、使用寿命长；

⑤外轮廓尺寸小、结构紧凑。

由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用。

齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便，因而应用极为广泛。

齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为单级、二级、三级和多级减速器几种；按轴在空间的相互配置方式可分为立式和卧式减速器两种；按运动简图的特点可分为展开式、同轴式和分流式减速器等。

单级圆柱齿轮减速器的最大传动比一般为8～10，作此限制主要为避免外廓尺寸过大。

若要求i>10时，就应采用二级圆柱齿轮减速器。

二级圆柱齿轮减速器应用于i：

8～50及高、低速级的中心距总和为250～400mmm的情况下。

本设计讲述了带式运输机的传动装置——二级圆柱齿轮减速器的设计过程。

首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容）。

运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计，完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制。

关键词：

齿轮啮合轴传动传动比传动效率

1传动装置总体设计

1.1传动简图

绘制传动简图如下：

从带的拉力、带的速度、卷筒直径、齿轮的工作寿命等多方面因素考虑，选择并确定传动简图。

1-1传动简图

1.2拟定传动方案

采用二级圆柱齿轮减速器，适合于繁重及恶劣条件下长期工作，使用与维护方便。

（缺点：

结构尺寸稍大）。

高速级常用斜齿，低速级可用直齿或斜齿。

由于相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。

高速级齿轮在远离转矩输入端，以减少因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均的现象。

常用于载荷较平稳的场合，应用广泛。

传动比范围：

i=8～40

1.3选择电动机

稳定运转下工件主轴所需功率：

工作机主轴转速为：

工件主轴上的转矩：

如图1-2所示，初选联轴器为弹性柱销联轴器和凸缘联轴器，滚动轴承为滚子轴承，传动齿轮为闭式软齿面圆柱齿轮，因其速度不高，选用7级精度（GB10095-88），则机械传动和摩擦副的效率分别如下：

弹性柱销联轴器：

η=0.9925

滚子轴承：

η=0.98

闭式圆柱齿轮（7级）：

η=0.98

凸缘联轴器（刚性）：

η=0.97

滚筒及运输带效率：

η=0.94

所以，电动机至工件主轴之间的总效率为：

η=0.9925×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98×0.97×0.98×0.94

=0.8264

所以电动机所需功率为

选取电动机的转速为n=1500，查[9]表16-1,取电动机型号为Y132S-4，则所选取电动机：

额定功率为满载转速为

1.4确定传动装置的总传动比及其分配

总传动比

选用浸油深度原则，查表得=5.3；=3.5；

1.5计算传动装置的运动及动力参数

各轴转速：

=

=

=

各轴输入功率：

电动机的输出转矩：

各轴输入转矩：

同理

2设计计算传动零件

标准减速器中齿轮的齿宽系数=b/a（其中a为中心距）

对于一般减速器取齿宽系数=0.4

2.1高速齿轮组的设计与强度校核

2.1.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

（1）如上图所示，选用斜齿圆柱齿轮传动，四个齿轮均为斜齿，有利于保障传动的平稳性；

（2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095—88）；

（3）材料选择。

由文献[2]表10—1,选择小齿轮材料为40（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。

（4）初选小齿齿数=24，大齿轮齿数为=5.3×=127.2，取=128。

2.1.2按齿面接触强度设计

2.1.3确定公式内的数值

（1）试选载荷系数=1.6，由文献[2]图10—30选取节点区域系数=2.433

（2）由文献[2]图10—26查得=0.771、=0.820所以=1.591

（3）外啮合齿轮传动的齿宽系数=0.5×（1+u）×=0.5（1+5.3）×0.4=1.26

（4）查表材料的弹性影响系数=189.8

（5）由表按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为=600；大齿轮的接触疲劳强度极限为=

（6）计算应力循环次数

=60nj=60×1440×1×（2×8×300×10）=4.1472×

同理=7.825X

由文献[2]图10—19查得接触疲劳寿命系数=0.9、=0.97

（7）计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数为S=1.05，则

=/S=514.2

=/S=508

所以=（514.2+508）/2=511.1

2.1.4基本数据计算

（1）由小齿轮分度圆直径

=36.70mm圆整为37mm

（2）计算圆周速度

v==2.813m/s

（3）计算齿宽b及模数

b==46.55mm

=圆整为=1.5

h=2.25×=3.375mm

螺旋角β=b/h=13.715

（4）计算纵向重合度

=0.318tanβ=2.397

（5）计算载荷系数K

已知使用系数=1，根据v=2.813m/s，7级精度，由由文献[3]图10-8查得动载系数=1.054；由文献[3]表10-4查得

查文献[3]图10-13得；查文献[3]表10-3得

所以载花系数K==2.089

（6）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径

mm

（7）计算模数

mm圆整为2mm

2.1.5按齿根弯曲强度设计

2.1.6确定计算参数

（1）计算载荷系数

K==2.021

（2）由纵向重合度=2.397，查文献[3]图10-28得螺旋角影响系数=0.8846

（3）计算当量齿数

同理=140.12

（4）查取齿形系数

由文献[3]表10-5查得齿形系数；

应力校正系数；=1.822

（5）由文献[3]图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限

；

（6）由文献[3]图10-18查得弯曲疲劳寿命系数；

（7）计算弯曲疲劳许用应力

取弯曲疲劳安全系数S=1.4；则

；同理=244.285

（8）计算大、小齿轮的，并加以比较

=0.01365=0.01602

所以,大齿轮的数值大

2.1.7模数设计计算

=1.1832mm

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=2.0mm，已可满足弯曲强度。

但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。

于是有

=21.21取圆整为=21则=u=111

2.1.8计算中心距

a=mm圆整为137mm

2.1.9按圆整的中心距修正螺旋角

因β值改变不多，故参数、、等不必修正。

2.1.10计算大、小齿轮的分度圆直径

mm同理=230.41mm

2.1.11计算齿轮宽度

b==54.923mm圆整后取mm=60mm

2.2高速齿轮组的结构设计

齿根圆直径为43.59-2×（1+0.25）×2=38.59mm

mm

齿顶圆直径为mm

mm

2.3低速齿轮组的设计与强度校核

2.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

（1）所示，选用斜齿圆柱齿轮传动，四个齿轮均为斜齿，有利于保障传动的平稳性；

（2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095—88）；

（3）材料选择。

由文献[2]表10—1选择小齿轮材料为40（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。

（4）初选小齿齿数=24，大齿轮齿数为=3.5=84。

2.3.2按齿面接触强度设计

确定公式内的数值

（1）试选载荷系数=1.6，由文献[2]图10—30选取节点区域系数=2.433

（2）由文献[2]图10—26查得=0.771=0.980所以=1.751

（3）外啮合齿轮传动的齿宽系数=0.5×（1+u）×=0.5（1+3.5）×0.4=0.9

（4）查文献[2]表10—6得材料的弹性影响系数=189.8

（5）由文献[2]图10—21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为=600；大齿轮的接触疲劳强度极限为=550

（6）计算应力循环次数

=60nj=60×77.628×1×（2×8×300×10）=2.235×

同理=7.825×

查得接触疲劳寿命系数=0.97=1.096

（7）计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数为S=1.05，则

=/S=554.3

=/S=574

所以==564.15

2.3.3齿轮数据计算

（1）小齿轮分度圆直径

所以=65.753mm

（2）计算圆周速度

v==0.935m/s

（3）计算齿宽b及模数

b==59.178mm

=mm

h=2.25×=5.980mm

螺旋角β=b/h=9.895

（4）计算纵向重合度

=0.318tanβ=1.713

（5）计算载荷系数K

已知使用系数=1，根据v=0.935m/s，7级精度，由文献[2]图10-8查得动载系数=1.042；由文献[2]表10-4查得

查文献[2]图10-13得；查文献[2]表10-3得

所以载荷系数K==1.866

（6）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径

mm

（7）计算模数

mm圆整为3mm

2.3.4按齿根弯曲强度设计

2.3.5确定计算参数

（1）计算载荷系数

K==1.774

（2）由纵向重合度=1.713，查得螺旋角影响系数=0.8846

（3）计算当量齿数

同理=89.222

（4）查取齿形系数

由文献[2]表10-5查得齿形系数；

应力校正系数；=1.779

（5）由文献[2]图