机械设计基础变速器.docx

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机械设计基础变速器

机械设计基础--变速器

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机械设计基础课程设计

第一章课程设计概述

1.1准备

设计手册，图册，绘图工具等。

复习内容：

齿轮传动、轴、滚动轴承、键、螺纹联接、联轴器选择等。

1.2时间安排

1）电动机选择、传动比分配、运动参数、计算、传动零件设计计算（两天）。

2）参观和动手装拆减速器（或看录相），并开始绘装配草图（三天）。

3）画正式装配图：

包括主要尺寸、配合公差、零件编号、明细表、技术要求等（三天）。

4）画零件图2张，低速轴（输出轴）和低速轴上大齿轮。

（一天）

5）编写计算说明书（设计计算时就可整理）。

（一天）

6）检查和装订。

1.3减速器简介

一级斜齿圆柱齿轮减速器

二级斜齿圆柱齿轮减速器

二级圆柱齿轮电动机减速器

一级圆柱蜗杆减速器

二级圆柱齿轮-蜗杆减速器

一级圆柱蜗杆减速器

三级圆锥-圆柱齿轮减速器

三级斜齿圆柱齿轮减速器

二级斜齿圆柱齿轮减速器

Ⅱ

Ⅲ

第二章传动比计算及电动机选型

2.1按照设计要求确定传动方案

二级圆柱齿轮减速器传动方案有：

展开式、同轴式、分流式。

Ⅰ

注：

高速级小齿轮位置最好远离输入端，使齿面接触较均匀。

2.2选择电动机

1）电机类型：

推荐Y系列380V，三相异步电动机

2）选择电动机功率Ped

图2-1传动方案图

设：

工作机（卷筒）所需功率PW（KW）

PW＝F·V/1000（kW）

卷筒效率ηW

电机至卷筒轴Ⅲ的传动总效率ηa（减速器效率）

电机需要的功率Pd（kW）　　　

机械传动效率和传动比概略值

传动

类型

传动类别

效率η

单级传动比

最大值

常用值

圆柱齿轮传动

7级精度（稀油润滑）

8级精度（稀油润滑）

9级精度（稀油润滑）

开式齿轮（脂润滑）

0.98

0.97

0.96

0.94～0.96

10

10

10

15

3～5

3～5

3～5

4～6

滚动轴承

球轴承（稀油润滑）

滚子轴承（稀油润滑）

0.99（一对）

0.98（一对）

滑动轴承

润滑不良

正常润滑

液体摩擦

0.94（一对）

0.97（一对）

0.99（一对）

联轴器

浮动式（十字沟槽式等）

齿式联轴器

弹性联轴器

0.97～.99

0.99

0.99～0.995

带式输送机

输送机滚筒

0.96

举例：

现算出Pd=2.08kW

查手册取电动机额定功率：

Ped=2.2kW

Y系列电动机技术数据

型号

额定功率

（kW）

满载时

电流（A）

转速（r/min）

效率（%）

功率因数

Y100L1—4

2.2

5

1420

81

0.82

Y100L2—4

3.0

6.8

1420

82.5

0.81

Y112M—4

4.0

8.8

1440

84.5

0.82

Y112M—6

2.2

5.6

940

80.5

0.74

Y132S—6

3.0

7.2

960

83

0.76

Y132M1—6

4.0

9.4

960

84

0.77

对于Ped=2.2kW的电动机型号有四种

型号

Y90L-2

Y100L1-4

Y112M-6

Y132S-8

同步转速

3000r/min

1500r/min

1000r/min

750r/min

满载转速

2840r/min

1420r/min

940r/min

710r/min

3）确定电动机转速nd

已知卷筒转速为n（r/min）

二级减速器的总传动比合理范围是ia=8~25

所以：

电动机转速为nd=ia·n=（8～25）n

例如n=65r/min

则nd=520～1625r/min

该范围内的转速有750r/min,1000r/min,1500r/min

电动机方案比较

方案

电动机

型号

额定功率Ped（kW）

电动机转速

电动机重量（kg）

参考价格

减速器传动比ia

同步转速

满载转速

1

Y100L1－4

2.2

1500

1420

40

低

21.85

2

Y112M－6

2.2

1000

940

46

中

14.5

3

Y132S－8

2.2

750

710

62

高

10.92

注：

ia=满载转速/n卷筒

通过比较得知：

1号方案较好，其重量轻，价格便宜，传动比适中（注：

我们一般取1000r/min,1500r/min）。

2.3分配减速器传动比ia

按浸油润滑条件考虑，取高速级传动比i1=1.3·i2

由ia=1.3i2·i2=1.3·i22

图2-2传动比分配

2.4运动参数计算

设nⅠ，nⅡ，nⅢ―――分别为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ轴的转速（r/min）

TⅠ，TⅡ，TⅢ―――分别为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ轴的输入扭矩（N·mm）

PⅠ，PⅡ，PⅢ―――分别为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ轴的输入功率（kW）

将计算结果列成表格以便查找。

轴Ⅰ

轴Ⅱ

轴Ⅲ

卷筒

功率

（kW）

输入

4.568

4.387

4.213

4.046

输出

4.522

4.343

4.171

4.006

转矩

（T）

输入

42.24

204.86

711.78

697.62

输出

41.82

202.81

704.66

690.64

转速（r/min）

960

197.94

53.07

53.07

传动比

4.85

3.73

1.000

第三章传动零部件设计及校核计算

3.1齿轮设计及校核计算（根据课本例题进行计算）

1、直齿轮要计算的参数

zi，bi，dai,dfi,di（i=1~4）；a1,a2;m12,m34;

2、斜齿轮要计算的参数

zi，bi，dai,dfi,di（i=1~4）；a1,a2;mn12,mn34;β12,β34;

3、计算卷筒实际转速及误差

4、注意事项

1）斜齿轮的中心距a要圆整，其尾数为0，2，5，8

2）模数m取标准值（查教材），并且m≥1.5mm

3）直齿轮用“60000”轴承（深沟球轴承）

斜齿轮β＝8°～20°

当β＝8°～12°时用“70000”轴承（角接触球轴承）

当β＝12°～20°时用“30000”轴承（圆锥滚子轴承）

4）小齿轮齿宽b1应比大齿轮齿宽b2大5~10mm

取齿宽系数Ψd=0.7~1.2

材料一般取45钢，Pd≥5.5kW时可用合金钢如40Cr等。

5）齿轮结构设计（草图）

对齿顶圆直径

的齿轮可采用锻造毛坯。

其中直径小的齿轮，当齿根至键槽底部距离小于2.5倍齿轮模数m时，将齿轮和轴制成一体，称为齿轮轴；反之，齿轮与轴分开制造。

对于

的齿轮常用实心式结构，对于

的齿轮常用辐板式结构。

对齿顶圆直径

的齿轮，因锻造很困难而采用铸造齿轮，一般常用轮辐式或辐板式结构。

3.2轴的设计

1、初选轴径

∵在开始设计轴时，轴的长度和跨距未定，支座反力和弯矩就无法求得，这时常用简单公式初步估算出轴的最细处直径dmin，并依次进行轴的结构设计。

轴1的最细直径为d1min（减速器的输入端）

轴2的最细直径为d2min（为减速器中间轴轴承处直径）

轴3的最细直径为d3min（减速器的输出端）

注意：

有键槽处，估算直径要加大3～7％；然后圆整，尽量为偶数。

说明：

根据扭矩查表来选择联轴器，选择联轴器时先只考虑扭矩，不考虑直径来选具体型号。

轴直径主要还是由上述公式获得。

2.进行轴的结构设计

3.3轴上零件的具体结构设计与选择

当完成轴的受力分析和轴的结构设计，就可着选择滚动轴承，并进行轴承组合设计。

1．滚动轴承的选择

首先应综合考虑轴承所受载荷大小、方向和性质，转速高低，轴承装置的结构、装配条件和经济性等因素，选择轴承类型，然后选择尺寸。

轴承的内径尺寸可根据轴颈直径选定，轴承的型号应通过寿命计算最后确定。

轴承的寿命最好与减速器寿命大致相同，或按减速器工作寿命的1/2取值，按所给题目的设计要求，即取滚动轴承预期寿命

小时。

减速器中轴承的最低寿命为

小时。

有关滚动轴承尺寸选择的具体方法和步骤可参考《机械设计基础》教材。

2．滚动轴承组合设计

为了保证滚动轴承正常工作，作了正确选择轴承类型和尺寸外，还必须合理地从结构上考虑轴承组合设计，包括正确选择轴承组合方式；轴承的安装、固定、调整和拆卸；选择轴承的配合；轴承的润滑和密封等。

在考虑轴承润滑问题时应注意以下几点：

 通常利用浸入箱座油池内的齿轮旋转时将稀油直接溅入轴承内，或将溅至箱盖内壁上的稀油沿坡口流到箱座剖分面上的输油沟，然后沿输油沟流入轴承。

油沟尺寸一般取深5mm，宽8～10mm，可由铸造或机加工获得。

当齿轮圆周速度

m/s时，飞溅的油量不够，此时宜用润滑脂润滑轴承。

润滑脂可在定期检修减速器时涂入，或在轴承座上开注油孔定期注入。

为防止箱体内润滑油进入轴承引起润滑脂变稀流失，应在轴承的内侧挡油盘。

§5.3 键联接和联轴器的选择

键和联轴器可按标准选择，其结构尺寸与轴的结构设计有关。

1．键联接

轴上零件齿轮、蜗轮及联轴器的周向固定，一般采用过盈配合附加普通平键联接。

平键的剖面尺寸（键高

键高h）按轴径d由标准中查取，键长L由轮彀长度

决定，一般取

，且

，再根据键的标准长度系列取定。

键联接应满足挤压强度条件和剪切强度条件，因此要取键联接中最弱材料的许用挤压应力

和键的许用剪应力

对其强度进行校核。

2．联轴器的选择

首先应根据工作条件和使用要求选择联轴器类型，然后根据联轴器所传递的转矩（用计算转矩）、被联接轴的转速和直径确定其结构尺寸，并按标准选定联轴器型号。

减速器输入轴可选用TL型弹性套柱销联轴器（GB4323-84）；减速器输出轴可选用HL型弹性柱销联轴器（GB5014-85）。

3.4箱体及其它零件设计

3.5轴的强度及轴承寿命计算，键联接的强度验算等

草图设计出来后，要进行相关零件的校核。

（略）

3.6箱体的结构（螺纹尺寸）

名称

符号

结构尺寸计算公式

计算结果

箱座壁厚

σ

σ=0.025a+3≥8

10mm

箱体壁厚

=0.0085a+3≥8

10mm

箱座凸缘壁厚

b

b=1.5σ

15mm

箱盖凸缘壁厚

b1

b1=1.5

15mm

箱座座凸缘壁厚

p

P=2.5σ

25mm

箱座上的肋厚

m

m≥0.85σ

9mm

箱盖上的肋厚

m1

M1≥0.85σ1

9mm

地脚螺栓数目

n

双级：

6

6

地脚螺栓

螺栓直径

dφ

dφ=0.036a+12

M20

通孔直径

d′φ

25mm

沉头座直径

D0

48mm

地脚凸

缘直径

C1

30mm

C2

25mm

轴承旁螺栓

螺栓直径

d1

0.75dφ

M16

通孔直径

d′1

17.5mm

沉头座直径

D0

32mm

剖面凸

缘直径

C1

24mm

C2

20mm

上下箱螺栓

螺栓直径

d2

d2=（0.5～0.6）dφ

M8

通孔直径

d′2

9mm

沉头座直径

D0

20mm

剖面凸

缘直径

C1

15mm

C2

12mm

定位销孔直径

d′3

d′3≈（0.7～0.8）d2

6mm

轴承旁螺栓距离

S

S≈D2

125mm

轴承旁突台半径

Rδ

Rδ≈c2

12mm

轴承旁突台高度

h

50mm

大齿轮与内壁间距

Δ1

Δ1>1.2σ

15mm

剖分面至底面高度

H

H≈（1～1.2）a

200mm

第四章绘图

4.1绘制装配草图

1.选择视图

一般用三视图，和必要的局部视图

2.布置图面

1）确定绘图的有效面积（不绝对）

对于低速级a2<180mm-200mm建议用0号图纸，按1：

1画。

对于低速级a2≥180mm建议用0号图纸，按1：

2画。

2）大体确定三视图的位置

先画俯视图

（1）根据中心距a12,a34先画俯视图的三根轴线;

现以两级圆柱齿轮减速器为例，见上图。

由减速器传动零件的设计计算得知齿轮传动中心距和齿轮结构参数。

选定比例尺，按高速级、低速级中心距

、

和齿轮几何尺寸画出三根轴线和齿轮轮廓，并参考同类型减速器结构画出轴、轴承及减速器箱体内壁和轴承孔。

考虑相邻齿轮沿轴向不发生干涉，计入尺寸s，可取

；考虑齿轮与箱体内壁沿轴向不发生干涉，计入尺寸k，可取

；为保证滚动轴承放入箱体轴承孔内，计入尺寸c，当轴承采用油润滑时，可取

，当轴承采用脂润滑时，可取

；初取轴承宽度

，

、

、

分别表示1轴、2轴、3轴所用滚动轴承宽度；

和

分别为减速器高速级小齿轮宽度和低速级小齿轮宽度。

由此，初步取定轴及轴上零件的相互位置，求得三根轴的支承跨距分别为:

待有关零件的结构尺寸确定后，可对初定跨距进行修正。

一般情况下，如出入不大或偏于安全，则不必修改及重新计算。

（2）然后画齿轮（注意：

齿轮的顶圆不能与其它的轴干涉）；

（3）按设计资料决定传动零件的轴向间距△3，然后确定零件与箱体内壁的间距△1和△，画出俯视图的箱体内框线；

4.2绘制正式装配图

图幅尺寸（摘自GB4457.1-84）

幅面代号

A0

A1

A2

A3

A5

A6

宽度*长度（B*L）

841*1189

594*841

420*594

297*420

210*297

148*210

留装定边

装订边宽a

25

其它周边宽c

10

5

不留装订边

周边宽e

20

10

1.装配图的绘制略

2.尺寸标注

由于减速器装配图是安装减速器时所依据的图样，因此在图上必须标注有关尺寸，一般包括：

（1）特性尺寸

表明减速器的性能、规格和特性的尺寸。

如传动齿轮中心距及偏差。

（2）配合尺寸（齿轮与轴，轴承与轴，轴承与箱体等）

有配合要求的两零件接合部位应标注配合尺寸。

如传动零件、联轴器、轴承内圈、轴套、挡油盘等与轴之间；轴承外圈、轴承盖等与箱体轴承座孔之间。

配合和精度等级选择是否得当对减速器的工作性能、加工工艺和制造成本均有很大影响。

（3）外形尺寸（减速器的最大长、宽、高；减速器底座的长、宽、高）

表明减速器所占空间尺寸。

如减速器的总长、总宽及总高及减速器底座的长、宽、高。

外形尺寸可供包装运输和布置安装场所作为参考。

（4）安装尺寸

考虑减速器本身在基础上的安装及与电动机或其它传动部件的联接需标注安装尺寸。

如箱体底面的长与宽，地脚螺栓孔的直径、中心距及定位尺寸，轴外伸端的直径、配合长度及中心高等。

3.技术要求

1）减速器特性（功率，输入转速，总传动比，传动效率，等）

2）技术要求

4.零件编号及明细表

4.3绘制零件图（轴、齿轮）

第五章编写计算说明书及装订（见其他文件）