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南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
二級圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
課題名稱
二級圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)
院/專 業(yè)
機(jī)械工程學(xué)院/機(jī)電一體化
班 級
學(xué) 號
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師：
年 月 日
0
二級圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)
機(jī)械工程學(xué)院/計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造
摘要
圓柱齒輪減速器是廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)備，因此，提高承載能力和延長其使用壽命，減少其體積和質(zhì)量等具有重要意義主題的第二圓柱齒輪減速器，分析可靠性設(shè)計(jì)。
本設(shè)計(jì)首先從結(jié)構(gòu)和原理，圓柱齒輪減速器進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了自己的設(shè)計(jì)；然后，主要技術(shù)參數(shù)的選擇計(jì)算；然后，主要零部件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證和體積最小為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)分析和優(yōu)化，可靠性；最后，制圖軟件AutoCAD圖圓柱齒輪減速組件和主要零部件圖。
關(guān)鍵詞：圓柱齒輪，減速器，軸，設(shè)計(jì)
Abstract
Cylindrical gear reducer is widely used in various types of machinery and equipment, and therefore, increase its carrying capacity study, to extend its service life, reduce the volume and quality and other issues, has important economic significance. The issue of a second cylindrical gear reducer, the smallest volume as the objective function, reliability analysis and optimization of the design.
The design is first, by performing on the cylindrical gear reducer structure and principle analysis presented in this analysis based on its design; Next, the main technical parameters were calculated selection; then, for each of the main components were designed and Checking and minimum volume as the objective function, reliability analysis and optimization design; Finally, AutoCAD drawing software to draw the cylindrical gear reducer assembly drawing and major components after optimization Fig.
Key words: Cylindrical gear, Reducer, Shafts, Design
目 錄
摘要 1
Abstract 1
第1章 概述 2
第2章 總體參數(shù)計(jì)算 3
2.1設(shè)計(jì)要求 3
2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 4
2.3 分配傳動(dòng)比 5
2.4 各軸轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩計(jì)算 5
第3章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 6
3.1 低速級齒輪的設(shè)計(jì) 6
3.2 高速級齒輪的設(shè)計(jì) 10
第4章 軸、軸上零件及附件的設(shè)計(jì) 13
4.1 軸1的設(shè)計(jì) 13
4.2 軸2的設(shè)計(jì) 15
4.3 軸3的設(shè)計(jì) 18
4.4箱體結(jié)構(gòu)尺寸 20
第5章 總結(jié) 21
答謝詞 21
參考資料 22
第1章 概述
隨著科技水平的提高和技術(shù)的圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)裝置有了很大的進(jìn)步，越來越多的經(jīng)濟(jì)意識強(qiáng)烈要求每個(gè)企業(yè)項(xiàng)目也越來越多。然而，由于圓柱齒輪高性能的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，并卡測試裝置使用壽命低的問題，影響較大的差距控制系統(tǒng)等，目前仍然存在著一些問題。在信息技術(shù)時(shí)代高速發(fā)展的現(xiàn)代科技今天，我們的國家為提高qualité.comme主要設(shè)備材料的運(yùn)輸，生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展，機(jī)會(huì)……高端合作，從而提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，提高我國的國際競爭力，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。
圓柱齒輪減速器是廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)備，因此，提高承載能力和延長其使用壽命，減少其體積和質(zhì)量等具有重要意義économique.ce主題的第二圓柱齒輪減速器，以最小的體積為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，可靠性分析和優(yōu)化，使學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)得到綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
該圓柱齒輪減速器已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門對每缸，近年來在聯(lián)合運(yùn)輸系統(tǒng)在煤礦井下的露天礦和齒輪減速器和重要組成部分：鋼芯圓柱齒輪減速器，牽引繩傳送帶連續(xù)場和疏散交通設(shè)施等等。
這些特點(diǎn)是輸送機(jī)輸送能力大（可達(dá)30000噸/小時(shí)），應(yīng)用范圍廣（可攜帶礦石、煤炭、材料、石材及各種輸送粉也可在特定的條件下，安全可靠，高度自動(dòng)化設(shè)備，維修方便，承載能力大（可達(dá)16°），運(yùn)行費(fèi)用低，通過減少運(yùn)輸距離，減少基建投資。
目前的趨勢是：圓柱齒輪減速器的承載能力，帶寬大，長度增加的大轉(zhuǎn)角和水平的單機(jī)，合理使用張力和降低能源消耗的物料輸送帶清潔，最好的方法。我國1978年完成了鋼絲繩的圓柱齒輪減速器的應(yīng)用范圍con?us.le鋼芯的圓柱齒輪減速器。
（1）適用于環(huán)境溫度一般為40℃～45℃；寒冷地區(qū)的車站設(shè)備加熱引起的；
（2）水平輸送，傾斜向上（16°）和向下運(yùn)輸，也可以旋轉(zhuǎn)；運(yùn)輸單長距離輸送到15公里；
（3）鋪設(shè)輸送線可以打開保護(hù)罩或前庭；
（4）延長輸送帶的1／5帶；其使用壽命比普通帶長；在凹槽中，運(yùn)輸距離。
第2章 總體參數(shù)計(jì)算
2.1設(shè)計(jì)要求
2.1.1 已知條件
1）工作條件：單班制（8h/工作日），連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷有輕微沖擊，室內(nèi)工作，有粉塵，環(huán)境最高溫度35度；
2）使用折舊期：10年；
3）檢修間隔期：4年一次大修，2年一次中修，半年一次小修；
4）動(dòng)力來源：電力，三項(xiàng)交流，電壓380V/220V；
5）運(yùn)輸帶速度允許誤差：-5%~+5%；
6）制造條件及生產(chǎn)批量：一般機(jī)械廠制造，小批量生產(chǎn)。
2.1.2 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)
符號
運(yùn)輸帶工作拉力F(N)
運(yùn)輸帶工作速度V(m/s)
卷筒直徑D(mm)
數(shù)據(jù)
6400
0.8
300
2.1.3 傳動(dòng)方案
二級圓柱齒輪減速器
2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
2.2.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型
電動(dòng)機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)部件，因?yàn)槭窃谑覂?nèi)工作，并且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。
2.2.2 電動(dòng)機(jī)容量的選擇
1）運(yùn)輸機(jī)所需要的功率為：
其中：F=6400N.m，V=0.8m/s，D=300mm得
2）電動(dòng)機(jī)的輸出功率為
——電動(dòng)機(jī)至卷筒軸的總效率。
取聯(lián)軸器效率，圓柱齒輪傳動(dòng)效率，軸承效率，滾筒的傳動(dòng)效率，電動(dòng)機(jī)至卷筒軸的總效率為：
3）電動(dòng)機(jī)所需功率為：
因有輕微震動(dòng) ，電動(dòng)機(jī)額定功率只需略大于即可，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表19-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率為7.5kw。
2.2.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
2.3 分配傳動(dòng)比
2.3.1 總傳動(dòng)比
滿載轉(zhuǎn)速。故總傳動(dòng)比為：
2.3.2 分配傳動(dòng)比
考慮潤滑問題的兩級齒輪，大齒輪的兩級深度應(yīng)相似。在高速和低速兩級齒輪在傳動(dòng)比的值1.3，取
則：；
；
2.4 各軸轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩計(jì)算
2.4.1 各軸的轉(zhuǎn)速
1軸 ；
2軸 ；
3軸
鼓輪軸
2.4.2 各軸的輸入功率
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
2.4.3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電機(jī)軸 ；
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
整理列表
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比
電機(jī)軸
6.02
59.27
970
1軸
5.96
58.68
970
1
2軸
5.72
281.58
194
5
3軸
5.5
1028.89
51.05
3.8
第3章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 低速級齒輪的設(shè)計(jì)
3.1.1 選精度等級、材料和齒數(shù)
精度等級的選擇表6.1 ，40Cr齒輪（改性），280HBS材料硬度，高速（45調(diào)質(zhì)鋼），240HBS硬度。
選小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)取
3.1.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即
（9）計(jì)算
試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
計(jì)算圓周速度v
計(jì)算齒寬b
（11）計(jì)算模數(shù)ｍ
3.1.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（1）確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值
計(jì)算載荷系數(shù)
（2）查取齒形系數(shù)
由表6.4查得
（3）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表6.4查得
（4）計(jì)算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)大
（5）設(shè)計(jì)計(jì)算
比較計(jì)算的齒面疲勞強(qiáng)度大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m與模數(shù)模數(shù)3.52mm可取的抗彎強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)值，m= 4mm
接觸強(qiáng)度計(jì)算和圓后
算出小齒輪齒數(shù) 取
大齒輪齒數(shù) 取
3.1.4 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒寬寬度取
序號
名稱
符號
計(jì)算公式及參數(shù)選擇
1
齒數(shù)
Z
27，103
2
模數(shù)
m
4mm
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
3.2 高速級齒輪的設(shè)計(jì)
3.2.1 選精度等級、材料和齒數(shù)
精度等級的選擇表6.1 40Cr齒輪（改性），280HBS材料硬度，高速（45調(diào)質(zhì)鋼），240HBS硬度。
選小齒輪齒數(shù)，
大齒輪齒數(shù)，取
3.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即
1） 確定公式各計(jì)算數(shù)值
（7）由圖6.16查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
（8）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得
（9）計(jì)算
試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
計(jì)算圓周速度v
計(jì)算齒寬b
計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級精度，查得動(dòng)載荷系數(shù)
假設(shè)，由表查得
由表5.2查得使用系數(shù)
由表查得
查得
故載荷系數(shù)
（10）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得
（11）計(jì)算模數(shù)ｍ
3.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（1）確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值
（4）計(jì)算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)大
（5）設(shè)計(jì)計(jì)算
計(jì)算結(jié)果對比，模數(shù)m的疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸大于彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算模擬-數(shù)字的牙齒，這是可取的2.07mm模塊可以彎曲強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，所以m= 2.5mm。
并根據(jù)接觸電阻的分度圓直徑
算出小齒輪齒數(shù) 取
大齒輪齒數(shù) 取
3.2.4 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒寬寬度取B1=55mm; B2=50mm
序號
名稱
符號
計(jì)算公式及參數(shù)選擇
1
齒數(shù)
Z
25，125
2
模數(shù)
m
2.5mm
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
第4章 軸、軸上零件及附件的設(shè)計(jì)
4.1 軸1的設(shè)計(jì)
4.1.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）高速軸上的功率P1,轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1
，，
（2）初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表11.3，取，于是得：
（3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
4.1.2 強(qiáng)度校核計(jì)算
（1）求作用在軸上的力
已知高速級齒輪的分度圓直徑為= ，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》（軸的設(shè)計(jì)計(jì)算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則
（2）軸荷載（2軸的過程，例如，其他類似的軸不重復(fù)）
首先，根據(jù)方案的決策樹結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖的確定軸承的旋轉(zhuǎn)位置，教材中提取有價(jià)值的。6207型球軸承，通過研究手冊中的a 17mm。因此，范圍支撐軸的L1 = 172毫米。
根據(jù)計(jì)算做圖軸彎矩和扭矩圖的arbre.de樹圖結(jié)構(gòu)板的彎曲和扭轉(zhuǎn)的C部分是危險(xiǎn)截面的計(jì)算C節(jié)處MH，MV和M中所列的值表。
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
，
，
C截面彎矩M
總彎矩
扭矩
（3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
已選定軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此，故安全。
4.2 軸2的設(shè)計(jì)
4.2.1 軸2的轉(zhuǎn)速和功率轉(zhuǎn)矩
P2=5.72Kw，n2=194n/min，T2=281.58N.m
4.2.2 求作用在齒輪上的力
（1）求作用在低速級小齒輪上的力
圓周力：
徑向力：
軸向力：
（2）求作用在高速級大齒輪上的力。因大齒輪為從動(dòng)輪，所以作用在其上的力與主動(dòng)輪上的力大小相等方向相反。
圓周力：
徑向力：
軸向力：
4.2.3 初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)-表15-3，取，于是得：
該軸的最小直徑顯然是軸承處軸的直徑和，故
4.2.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）方案的制定裝配零件在軸
（2）根據(jù)軸向定位的直徑和軸的長度確定每段
（一）最初的選擇。滾動(dòng)軸承的軸承不受軸向力，因此滾珠軸承。根據(jù)工作需要，根據(jù)
4.2.5 求軸上的載荷
對于6207型深溝球軸承，
計(jì)得：，，根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下圖所示
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即圓柱齒輪的截面，取，軸的計(jì)算應(yīng)力：
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)表，查得，因此，安全。
4.3 軸3的設(shè)計(jì)
4.3.1 功率P3,轉(zhuǎn)速n3和轉(zhuǎn)矩T3
，，
4.3.2 求作用在齒輪上的力
圓周力：
徑向力：
軸向力：
4.3.3 初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表11.3，取，于是得：
4.3.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
（4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即安裝齒輪處，取，軸的計(jì)算應(yīng)力：
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)
查得，因此，安全。
計(jì)得：，，根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下圖所示。
4.4箱體結(jié)構(gòu)尺寸
1
箱座壁厚
，
2
箱蓋壁厚
3
箱座凸緣厚度
4
箱蓋凸緣厚度
5
箱座底凸緣厚度
6
地底螺釘直徑
，取M20
7
地底螺釘數(shù)目
8
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
，取M14
9
箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑
取M10
10
聯(lián)接螺栓的間距
12
窺視孔蓋螺釘直徑
,取M6
13
定位銷直徑
14
，，至外箱壁距離
15
軸承旁凸臺(tái)半徑
16
凸臺(tái)高度
17
箱體外壁至軸承座端面距離
19
大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離
20
齒輪端面與內(nèi)箱壁距離
21
箱蓋，箱座筋厚
，
22
軸承端蓋外徑
23
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
24
大齒輪齒頂圓至箱底內(nèi)壁的距離
25
箱底至箱底內(nèi)壁的距離
26
減速器中心高
27
箱體內(nèi)壁至軸承座孔端面的距離
28
軸承端蓋凸緣厚度
29
軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離
30
旋轉(zhuǎn)零件間的軸向距離
31
齒輪頂圓至軸表面的距離
第5章 總結(jié)
設(shè)計(jì)階段的大學(xué)學(xué)習(xí)是一種罕見的理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，通過圓柱齒輪減速器的理論和實(shí)踐知識的組合設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)綜合運(yùn)用我的專業(yè)知識，能力解決實(shí)際問題，而且提高了我的文件和設(shè)計(jì)手冊的設(shè)計(jì)規(guī)范的能力水平，和其他的專業(yè)知識，而且通過對局部控制組件，妥協(xié)，以及細(xì)節(jié)的決定，我的運(yùn)動(dòng)能力，經(jīng)驗(yàn)了豐富，壓縮力的能力和意愿的質(zhì)量，也提高耐力水平不同。
答謝詞
大學(xué)生活即將結(jié)束，在這四年，我遇到了很多朋友熱心幫助教授工作設(shè)計(jì)成功的完成不是他們的熱情幫助和顧問的指導(dǎo)，教師和學(xué)生在這里都給予指導(dǎo)和幫助我的畢業(yè)這表示最誠摯的謝意。
首先，設(shè)計(jì)指導(dǎo)，感謝你緊張的工作，試圖引導(dǎo)時(shí)間，我們總是關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，要求我們掌握幫助教師管理在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，從實(shí)際操作數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，它提供了指導(dǎo)，我不僅學(xué)到了書本上的知識，更學(xué)會(huì)操作方法。
其次，給予幫助教師設(shè)計(jì)的畢業(yè)生，與我的同學(xué)以誠摯的感謝，在設(shè)計(jì)的過程中，他們給了我很多的幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是提供信息，在許多方面，我們的技術(shù)。
此外，也給所有的學(xué)生我的幫助表示感謝。
總之，本設(shè)計(jì)的結(jié)果是教師和學(xué)生，在一個(gè)月內(nèi)，我們合作的非常愉快，教會(huì)我很多偉大的真理，是一種資產(chǎn)，我的生活，我在新教師和學(xué)生對我的幫助表示感謝！
祝萬事如意，身心健康
學(xué)生：
2016年5月
參考資料
[1] 李海萍《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社 2011年
[2] 李海萍《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社 2011年
[3] 李萍萍《機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖》機(jī)械工業(yè)出版社 2011年
[4] 成大先《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》化學(xué)工業(yè)出版社 2010年
[5] 馬小麗《機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社 2009年
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