二级圆柱斜齿轮减速器

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1、《机械设计课程设计》（第二版） 龚桂义主编 课程设计讲义 《机械设计》课程设计 [1] ── 机械设计课程设计指导书（第二版） 龚桂义主编 高等教育出版社 1990年4月第2版。 [2] ── 机械设计课程设计图册（第三版） 龚桂义主编 高等教育出版社 1989年5 月第3版。 [3] ── 机械零件手册（第五版） 周开勤主编 高教出版社 2001年7月 [4]

2、── 机械设计（第八版） 濮良贵主编 2006年5月。 第一讲 一．概述： 1．目的： 课程设计是机械设计课程的最后一个环节，目的有三： 1）巩固、加深机械设计及相关先修课（e.g. 制图、公差、材料与热处理等）的 理论知识。 2）训练机械设计的能力，了解并掌握常用零件的设计方法。 3）培养计算、绘画及运用技术资料（e.g. 手册、图册等）的基本技能。 2．任务： 每个同学必须独立完成： 1）减速器装配图 1张 （1号图纸） 2）零 件 图

3、 3张 （1号图一张，2号图二张） 3）设计计算说明书 1份 3．设计过程： 传动参数计算 → 装配图设计 → 零件图设计 → 编写说明书 → 答辩。 注意：每人必须准备一本专用草稿本，所有设计参数、计算公式、计算过程及计算 结果等，都应清楚地写在专用草稿本上，数据及公式等应注明来源，这样也 方便于编写说明书。 二．传动装置的总体设计： 1．拟定传动方案： 已在设计任务书中给定。 2．选择电动机 1）选择电机类型： 电机类型很多，因本课程设计对电机无特别要求，所以一般选

4、 用Y系列三相异步电动机 （[3]. P.273.） 2）选择电机容量： (1)工作机所需的工作功率Pw： a. 对带式运输机 给定： 工作拉力F，带速v(m/s) Pw = Fv/1000 kw b. 对卷扬机 给定： 起吊重量Q（N），起吊速度v(m/s) Pw = Qv/1000 kw (2）电动机所需

5、的功率Pd: Pd = Pw/ηa ηa ── 传动装置的总效率。 ηa =η1·η2·η3·…… ηi ── 每个传动副（齿轮、蜗杆、链 及带），每对轴承，每个联轴 器及卷筒的效率。 可查：[1]. P.7.表1. 及 P.12. 如对上图： ηa =η卷·η滑块联轴器·η4轴承·η2齿轮·η弹性联轴

6、器 (3)电机的额定功率Ped: 应略大于Pd，即应： Ped ≥ Pd 3）确定电机转速nm（nm ── 电机的满载转速）： 同类型、同容量的电机有几种同步转速（3000，1500，1000，750 r/min） 同步转速↓ → 电机尺寸、重量、价格↑，选择时应综合考虑。 (1)传动装置总传动比的合理范围ia′： ia′= i1′·i2′·i3′·…… ii′── 各级传动副传动比的合理范围 [1].

7、 P.7. 表1. V带传动 i带′= 2～4 链传动 i链′= 2～6 二级圆柱 i′= 8～40 （一级圆柱，i′= 3～6） 蜗杆 一 圆柱 i′= 60～120 （与[1] 不同） 圆锥 一 圆柱 i′= 10～25 最好 i′= 8～15 (2)工作机转速n：

8、 在本课程设计中，可按下式确定： n = 60×1000V/πD V ── 带速或起吊速度，m/s D ── 卷筒或滚筒直径，mm (3)电机转速的可选范围nd： nd = ia′·n r/min (4)确定电机转速nm a．在nd中，选定电机的同步转速（一般应选：1000或1500 rmp） b．按nd、Ped [3]. P.291. 选定电机型号。

9、 如： Y100L2 - 4 Y ── 异步电机 100 ── 中心高100mm L ── 长机座 2 ── 功率序号 4 ── 极数 c．记下电机的外形尺寸，轴伸尺寸，键接尺寸，满转速nm。 注： 设计可参照 [1] P.14. 例2-1. 3．传动比分配： 1）传动装置的总传动比ia： 由电机满载转速nm及工作

10、转速n确定： ia = nm/n = i1·i2 …… in ii ── 各级传动装置的传动比。 2）传动比的分配 [1]. P.15～19. 传动比的分配就是根据总传动比ia，合理确定各级传动比ii，其原则为： (1)带传动： i带 = 2～4 最好取 i带 = 2～3 (2)链传动： i链 = 2～6 最好取 i链 = 2～4 (3)减速器： 记：i减,i1,i

11、2 ── 减速器的总传动比，高速级及低速级的传动比。 a．展开式两级圆柱齿轮减速器： 宜： i2 = i减/i1 b．蜗杆 一 齿轮减速器： 宜： i2 = (0.03～0.06)i减 i1 = i减/i2 c．圆锥 一 圆柱齿轮减速器： 宜： i1≈(0.20～0.25)i减 并尽量使i1≤3

12、 i2 = i减/i1 i减小时取大值，反之取小值 4．运动和动力参数计算： 1）选定电机，定出总传动比并合理分配后，应算出各轴的转速、输入及输出功率， 输入及输出转矩等。 仿 [1]. P.21. 例2-3. 2）将求得的数据列成下表： 表1 轴名 功率(kW) 转矩(N·m) 转速n (r/min) 传动比i 效率η 输入 输出 输入 输出 电机轴 实需功率Pd Td=9550Pn/nm 满

13、载转速nm io ηo1 Ⅰ轴 PⅠ= Pdηo1 PⅠ´= Pdηo1 TⅠ= Tdioηo1 TⅠ´= TⅠη轴承 nⅠ= nm/io i齿轮 η齿轮 Ⅱ轴 PⅡ= PⅠ´ηo1 PⅡ´= PⅡη轴承 TⅡ=TⅠ´i齿轮η齿轮 TⅡ´= TⅡη轴承 nⅡ=nⅠ/i齿轮 Ⅲ轴 卷筒轴 3）注：① 电机的输出功率是实需功率而非电机的额定功率。 ② io ── 电机轴至减速器输入轴Ⅰ的传动比，以联轴器相联时，io = 1

14、以带传动相联时：io = i带 ③ ηo1 ── 电机轴至Ⅰ轴的效率，以联轴器相联，ηo1 =η联 以带传动相联，ηo1 =η带 ④ Ⅰ轴的输出功率PⅠ′及输出转矩TⅠ′： ∵ Ⅰ轴由一对轴承支承，∴应考虑轴承效率η轴承 ∴ PⅠ′= PⅠ·η轴承 Tx′= Tx·η轴承 ⑤ 其它轴的计算同此。 第二讲 传动零件的设计计算

15、 一．减速器外传动零件的设计 （一）带传动： 1．设计的原始数据： 1）电机的实需功率Pd(非Ped)、转速nm，传动比i带 （见表1） 2）工作条件等 （见任务书） 2．设计过程： 参见 [4] P.163. 例题 3．检查小带轮直径与电机中心高是否相称等 [1] P.30. 1）小带轮半径大于电机中心高时， 地基上要定制凹孔，不好，应: D/2＜H(电机中心高) 2）带轮宽度（取决于带数）与电 机轴装配长度是否相称

16、4．照表1格式再划一表，记为表2，将 Pd，Td，nm及带传动的实际传动比i带等填入，并以此修正减速器的设计数据。 （二）链传动： 1．设计的已知数据 1）减速器输出轴的功率PⅢ´及转速nⅢ，工作机（滚筒）的转速n 2）工作条件等 见任务书 2．设计过程： 参见 [4] P.178. （四）滚子链传动的设计计算 3．注意： 单排链节距过大时，可采用多排链，以减小节距。 （三）选择联轴器 1．类型选择： 1）高速轴（电机轴与Ⅰ轴的）联轴器： 弹性套柱销联轴器 [3]

17、 P.146. 2）低速轴（Ⅲ轴与卷筒轴的）联轴器： 凸缘联轴器 [3] P.142. （∵ [3] 中无十字滑块联轴器，∴只能用凸缘联轴器） 2．尺寸选择： 1）估算Ⅰ、Ⅲ轴的轴径dⅠ，dⅢ： ① 轴材料： 一般用45号钢 ② 估算公式： [4] P.370. 2）按以下条件选择联轴器 Tca ≤[T联] n ≤

18、[n联] [4] 第十四章 3）把dⅠ，dⅢ圆整到与联轴器孔径一致，轴径应在联轴器孔径范围内。 3．定型号： 同时记下联轴器的孔径长度等。 二．减速器内传动零件的设计： 应先算减速器的第一级、再算第二级。 1．设计第一级的已知条件： 1）传递的转矩和转速： 表2中Ⅰ轴的输出转矩TⅠ´转速nⅠ 2）传动比： 按实际的i带 → 修正i减 → 分配得i1 3）工作条件： 任务书 注：

19、 第一级设计好后，按实际的i1 = z2/z1 列入表2，并 按此修正Ⅱ轴的nⅡ及TⅡ，TⅡ´等。 2．设计第二级的已知条件： 1）传递的转矩和转速： 表2中Ⅱ轴的转速nⅡ及输出转矩TⅡ´ 2）传动比： 按实际的i1及i减确定： i2 = i减/i1 3）工作条件： 任务书 注：① 第二级设计完成后，将实际的i2 = z4/z3 列入表2，并按此算出Ⅲ轴 的转速nⅢ及输入、输出转矩TⅢ、TⅢ

20、´，列入表2 ② 对减速器 一 链传动输送机，按nⅢ，TⅢ′设计链传动。 ③ 最后，校核工作机的转速是否满足速度允许误差。 3．圆柱斜齿轮传动的设计： 1）材料、热处理、精度： 材 料： 一般用35、40、45钢，45钢最常用。 热处理： 小轮，调质； 大轮，正火。 精 度： 8级。 2）设计过程： 参见[4]. P.218. 例10-2 3）说明： a.齿宽系数φd：

21、 可取φd = 1.0～1.4 b.中心距： 应调整成0、5结尾。 c.螺旋角β： 用β调整a时，应保证：β=8°～20° d.应检查高速级大齿轮与低速轴Ⅲ是否干涉。 e.齿轮结构： [2]. P.74. P.75. 4．圆锥齿轮传动的设计： 1）材料、热处理、精度： 同斜齿轮。 2）设计过程： 见[4] §10-8 仿圆柱齿轮。 3）说明： a.齿数z1：

22、 一般可取z1 = 17～25 b.齿宽系数φR： 一般可取φR = b/R = 0.3 c.齿轮结构： [2]. P.75. P.76. 5．蜗杆传动：1）设计过程： [4]. P.270. 例题 2）说明：① 本设计中，蜗杆采用下置式 ② 蜗杆强、刚度校核及热平衡计算要完成装配草图后进行 ∵ 装配草图完成前支点距离及散热面积尚不知道

23、 第三讲 装配图设计 一．设计准备： 1．已定出各传动零件的中心距、外径、宽度。 2．已选定联轴器的类型及型号，及两轴孔的直径及长度。 3．按[1]. P.26. 表3. 表4. 算出各项数据备用。 二．设计过程： 1．估算轴径： mm [4]. P.370 1）Ⅰ、Ⅲ轴： 轴径已估算，该估算轴径应作为轴的最小轴径。 2）Ⅱ轴： ∵Ⅱ轴仅中段受扭，估算轴径可作

24、为轴的最大轴径。 注： ① 估算轴径仅是轴结构设计的指导尺寸， ② 设计时，轴尺寸一般应：Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ。 2．确定机体内壁及轴承座端面的位置： 本工作应分以下二步做： 1）画草图，初定减速器的大概外形尺寸：长×宽×高。 ① 画出传动零件的中心线及轮廓线。 ② 定出轴承及轴承座端面的位置。 ③ 由草图定出减速器的大概外形尺寸：长×宽×高。 注： ① 草图无需严格按比例画，画法以蜗杆 一 齿轮为例如左图。

25、 ② 齿轮宽度Bi，各预留间隙Δi等见 [1]. P.26. 表1. 2）在1#图纸上，根据上述外形尺寸，选择适当的比例尺，按[1]. P.39. 图28. 合理布置好三个视图，重复上述①、②步。 3．轴的结构设计 1）设计过程： [4]. P.377. 例题 2）轴的外伸端长度： 确定方法见： [1]. P.46. P.47. 图45. ① 应为联轴器的装拆留有足够的空间。 [1]. P.47. 图45. ② 应在不拆下联轴器的情况下，能拆下端盖螺钉，以便可开启箱盖。

26、3）各段轴的直径最好以0，5，2，8结尾。 4．确定轴的支点距离和力的作用点： 轴的结构设计完成后，轴径及轴承等均已确定，故可定出支点距离及力的作用点。 蜗杆一齿轮减速器草图： 参照 [2]. P.51. Δ3 ── 轴承端面到箱体内壁的距离，与轴承润滑有关 [1]. P.43. 图34. Δ2 ── 齿轮端面到箱体内壁的距离。 Δ4 ── 要为箱体内蜗杆轴承座留有足够的空间，一般可取Δ4≈Δ5 Δ5 ── 要保证蜗杆轴

27、套杯能安装 B2 ── 蜗轮毂宽，与蜗轮轴直径有关。 可初取： Δ4+Δ5+ B2= 2da1 da1 ── 蜗杆齿顶圆直径。 宽 =Δ2+ B3+Δ4+ B2+Δ5+ 2l2+ 2t + 余量 t ── 轴承盖凸缘厚度。 高 = da4+Δ1+δ1+ b2+（30～50） 长 = a2+ DW/2 + da4/2 + 2Δ1+ 2δ1+ 余量（含蜗杆外伸部分及两侧凸缘） 5．轴、键、轴承的强度校核： 仅校核中间轴及其键和轴承 1）轴的校核：① 仅需校核中间轴。

28、 ② 待圆角半径、粗糙度、加工工艺等完全确定后，方可校核疲强。 ③ 校核应在画出轴的零件图后再进行。 2）键： 需校核挤压及剪切强度。 3）轴承： 进行寿命计算。 6．传动零件的结构设计： 齿轮：① 当键槽到齿轮根圆的距离x≥2.5mn时，齿 轮应与轴分开，否则制成齿轮轴 [1]. P.55. ② 齿轮的结构： [2]. P.74. P.75. 锥轮： 也有齿轮轴与分离齿轮之分，

29、结构见： [2]. P.75. P.76. 蜗杆： 制成蜗杆轴，加工及结构见： [2]. P.76. 蜗轮： [2]. P.77. 或 [4]. P.270. 7．轴承端盖的结构： 1）端盖作用： ① 固定轴承并承受轴向力。 ② 调整轴承间隙（通常增减垫片） 2）端盖结构： [2]. P.85. 8．轴承的润滑与密封： 1）润滑： 油润滑： 浸油齿轮分圆周速＞2m/s 时采用，此时应：

30、 a．箱座接合面开导油槽。 [1]. P.66. 图90～91. b．轴承盖端应小一些，并开进油口。 c．轴承旁齿轮或蜗杆的直径小于轴承外径时，应加挡油板。[1]. P.57. 脂润滑： 浸油轮周速＜2m/s时采用，此时，轴承 旁应加挡油板。 [1]. P.43. 图34. [2]. P.81. 2）密封： [1]. P.58. [2]. P.81. P.82. 9．减速器的机体设计 1）轴承旁凸

31、台高度： 按低速级轴承座外径（与轴 承盖凸缘外径相同）确定： [1].P.63. P.43. ① 箱盖、箱座联接螺栓中心线与轴承座外径相切 ② 以上述中心线为基准，留出板手空间C1、C2 。 2）高速级箱盖圆弧半径R2： 按上述方法定出轴承旁凸台高度后： ① R2最好应包住Ⅰ轴轴承座凸台（易于铸造） ② R2与R1的中间过渡平面不得与中间轴大齿轮干涉。 3）机座： 机座的高度由以下三个制约因素确定 ① 低速级大齿轮到箱底的

32、距离H： 应 H = 30～50 mm （以免转动时搅起箱底沉渣） ② 传动件的浸油深度： [1]. P.65. a．二级圆柱齿轮减速器 中间轴大齿轮浸油深度h： h = 1个齿高，且≥10mm 低速级大齿轮浸油深度h1： h1≤R/3 （R ── 齿轮半径） b. 下置式蜗杆的蜗杆 一 齿轮减速器 油面不超过蜗杆轴承中最下方滚动体的中心 c. 圆锥 一 圆柱齿

33、轮减速器 大锥轮浸油深度h2： h2 = (0.5～1)b (b ── 锥轮齿宽) 注：若由于某个条件制约，中间轴齿轮或蜗杆浸不到油，可装溅油盘或 溅油轮。 [1]. P.65. 图89. ③ 所需油量： 单级传动： Vo = 0.35～0.7 dm3/kw 多级传动： Vo =（0.35～0.7）×级数 dm3/kw 10．减速器附件： 1）窥视孔： 位置： 应能看到两个啮合区。

34、 尺寸： 有标准，但由于无手册查，故自定。 原则：尽量大一些 2）通气器： [2]. P.87. 3）放油塞： [2]. P.86. 要求： d孔≥20 mm 4）油标： [2]. P.86. [1]. P.71～72. 5）起盖螺钉： d = d2 (d2 ── 盖、座凸缘联接螺栓直径) 6）定位销： 两个，d =（0.7～0.8）d2 7）吊环： [2]. P.86. 吊耳： [2]. P.86. 注：上述工作完成后，请教师审核。

35、 第四讲 完成装配图 一．标注尺寸： 1．传动中心距a及其偏差±fa: 按齿轮的工作平稳性精度等级（即第Ⅱ公差组精度等级）7～8级， 查[3] 得±fa: 1）圆柱齿轮副： [3]. P.226. 表16-20. 2）蜗杆传动： [3]. P.263. 表16-67. 2．配合尺寸： 齿轮、轴承等主要零件的配合处都应标出尺寸、配合性质及精度等级。 主

36、要零件的荐用配合见 [1]. P.81. 表8. 3．安装尺寸： 1）机体底面尺寸： 长、宽 2）地脚螺栓孔的孔径及其中心的定位尺寸 3）减速器的中心高 4）主、从动轴外伸部分的长度及直径 4．外形尺寸： 减速器的总长、总宽、总高等。 二．标技术特性： [1]. P.81. 三．标技术要求： 技术要求主要应包括在视图上无法表示的关于装配、调整、检验、维护等方 面的要求。 参见： [1]. P.81～85. 或[2]. P.7.( 圆柱) P.29.

37、( 圆锥) P.36.( 蜗杆) 四．零件编号： 1．每种不同的零件都应有编号，各相同零件应只有一个编号。 2．编号线应互不相交，且不与剖面线平行。 3．编号应按顺时针或逆时针方向整齐排列。 4．编号数字字高应比尺寸数字大。 五．零件明细表及标题栏 格式及尺寸见： [1]. P.86. 第五讲 零件图设计 一．零件设计任务 1．箱盖。 2．低速轴大齿轮 3．中间轴。（定出粗糙度及圆角半径后，再进行强度校核<截面变化处，过盈配合处>） 二．箱盖： 1．轴承油润滑时，箱盖

38、凸缘内壁应倒角， 倒角斜面应达箱座接合面上的油沟。 2．箱盖轴承孔中心距偏差±Δa： 应比齿轮副中心距偏差±fa小，一般取： Δa =（0.7～0.8）fa （只有这样，在制造及安装误差下，才能保证： a±fa） 3．轴承孔中心线间的平行度公差： ∥ 按箱盖两端面间距及平行度公差等级4～5级查 [3]. P.218. 4．轴承座孔中心线对机体剖分面在垂直方向的位置度公差： 1）相对于剖分面的位置度： [1] 要求 ≤0.3 mm. 一

39、般，中、小型减速器可取： ≤0.6mm [2]. P.9. 2）相对于垂直面的位置度： 一般可取两轴线平行度的二分之一 5．轴承座端面对其中心线的垂直度公差： ⊥ 以7～8级公差等级按箱体宽度查 [3]. P.218. 表14-14. 6．箱盖接合面的平面度： 以公差等级7～8，按箱盖宽度查 [3]. P.216. 表14-12. 7．轴承座孔圆柱度： 以公差等级6～7级，按轴承座孔径查： [3]. P.217. 表14-13. 8．两轴承座孔

40、中心线的同轴度： 以7～8级，按轴承座孔径查： [3]. P.219. 表14-15. 9．圆锥齿轮副两轴线的垂直度： ⊥ 7～8公差等级，按小锥轮套杯座端面到大锥轮轴线的距离查：[3].P.218.表14-14 10．螺栓孔中心线的位置度： 轴承端盖螺钉孔中心线，箱盖、座联接螺栓中心线的位置度公差Δ： Δ≈0.5×0.1d d ── 螺栓大径（即公称直径） ∵螺栓孔孔径d′≈1.1d, ∴在螺栓能安装的前提下，栓与孔径的中心线的 最大可能位移尺寸为0.1d

41、，而按经验，位置度≈0.5×最大可能位移。 三．齿轮： 齿轮工作图见： [4]. P.221. 图l0-32. [2]. P.8. P.64. 尺寸、形位公差、啮合特性、技术要求的标注要求见 [1]. P.93～95. 四．轴： 1．轴工作图见： [4]. P.382. 图l5-27. [2]. P.8. P.70. 2．尺寸、形位公差、表面粗糙度等的标注方法和要求见： [1]. P.89～92. 3．中心孔尺寸 [3]. P.52. 4．键槽尺寸及公差 [3]. P.9

42、0. 5．零件图画好后，进行轴的强度及疲强校核 [4]. P.381. 例 五．编写说明书 [1]. P.99～102. 1．内容： 1）目录 （标题、页次） 2）设计任务书 3）运动及动力参数计算 4）传动零件的设计计算 5）中间轴的强度校核 6）键、滚动轴承的选择和计算（中间轴上者） 7）参考资料 2．要求： 1）计算公式： 文字公式 → 数值代公式 → 结果 2）公式、数据等应注明来源 ── 参考资料的编号及页次 3）其它 见[1] 3．格式： [1]. P.100. 143