展开式二级圆柱齿轮减速器说明书

晋 中 学 院

机械设计课程设计

题目：二级展开式圆柱斜齿轮减速器

设计者：______ 张伟斌________

学 号：______0914121136_______

班 级：_______ 09师本一 _____

学 院：______ 机械学院 ____ 指导老师______刘刚_____ _____________

2012年 6月 20日目录

1

一、电动机的选择

工作机参数???????????????????????4 由工作条件选择电动机??????????????????4

二、传动系统的参数计算和设定

传动比??????????????????????????6

各轴转速?????????????????????????6 各轴传动功率???????????????????????6 各轴转矩?????????????????????????6

三、齿轮设计

高速级齿轮传动设计??????????????????????7 低速级齿轮传动设计??????????????????????11

四、联轴器

靠近电机的联轴器???????????????????????14 靠近工作机的联轴器??????????????????????14

五、轴的设计

Ⅰ轴设计????????????????????????????15 Ⅱ轴设计????????????????????????????17 Ⅲ轴设计????????????????????????????18

六、轴承校核

Ⅰ轴角接触球轴承校核?????????????????????20 Ⅱ轴圆锥滚子轴承校核?????????????????????22

Ⅲ轴角接触球轴承校核?????????????????????24

七、轴校核

Ⅰ轴校核????????????????????????????25 Ⅱ轴校核????????????????????????????27 Ⅲ轴校核??????????????????????????? 29

八、键的校核

Ⅰ轴键的选择和校核??????????????????????31 Ⅱ轴键的选择和校核??????????????????????31 Ⅲ轴键选择及校核???????????????????????31

九、圆柱齿轮的结构及尺寸

齿轮2的结构设计参数?????????????????????32 齿轮4的结构设计参数?????????????????????32

十、箱体结构尺寸设计???????????????????????32

2

鉴于机构从简，且传动系统的工作条件为“载荷平稳，室内工作，有粉尘”，可选用二级展开式圆柱齿轮减速器。

一、电动机的选择

1、工作机参数

工作机参数： 题号 参数 36 运输带工作拉力F/KN 运输带工作速度v/(m/s) 卷筒直径D/mm 取滚筒-输送带效率?w运输带功率 Pw?Fvηw4.6 1.0 550 ??滑=0.96 ； ?6.5?1.20.96?8.125KW ；

即 工作机需要的输入功率为8.125KW。

2、由工作条件选择电动机

（1）外界工作条件

电动机是一般机械广为使用的原动机，已经标准化、系列化。本系统使用的原动机选择电动机。通用的电动机为Y系列三相异步电动机，Y系列三相异步电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40°C，相对湿度不超过95%，额定电压380V，频率50HZ。其安装尺寸和功率等级符合国家标准，具有高效、节能、起动转矩大、噪声底、振动小、运行安全可靠等优点。故本系统选择Y系列三相异步电动机。 （2）电动机功率

由要求得知：取大齿轮的搅油效率?搅?0.98； 查手册得知：运输带的齿轮箱的齿轮精度等级一般取6~8；同时为降低成本，故选择齿轮的精度为7级。

查手册得（机械传动和摩擦副的效率概略值）知：圆柱齿轮传动中7级精度的一般齿轮传动（油润滑）的效率η取0.98，即?啮?0.98；

圆锥滚子轴承适用于同时承受轴向和径向载荷的场合，应用广泛。通常成对使用。故传动装置中的滚动轴承选择圆锥滚子轴承，需要3对。

查手册得（机械传动和摩擦副的效率概略值）知：滚子轴承（稀油润滑）的效率?滚=0.98；

3

查手册得（机械传动和摩擦副的效率概略值）知：弹性套柱销联轴器的效率?联=0.99

；

可得总效率：

23222322?=?联??滚??啮??搅??滑=0.99?0.98?0.98?0.98?0.96?0.8168 则 所需电动机的工作功率Pd?Pw

（3）电动机轴转速及总传动比

查表知：圆柱齿轮传动的传动比常用3~5； 该传动装置为二级齿轮啮合，则总传动的传动比范围为9~25；

已知输送带的速度v?1.2m/s则滚筒轴的转速为

nw?v2?R?1.2?1000?602??200?57.296r/min??8.125KW0.8168?9.947KW

则电动机轴的转速为

nd?i*nw?9?57.296~25?57.296?515.664r/min~1432.4r/min参照功率可选择的电动机有三种： Y160M-4其满载转速nm?1460r/min 则传动装置的总传动比为：i总=Y1

nmnwnmnwnmnw?146057.296?25.482

-6其满载转速nm?970r/min

?97057.29673057.296?16.93

则传动装置的总传动比为：i总=Y180L-8其满载转速nm?730r/min 则传动装置的总传动比为：i总=

其参数汇总如下： 电动机型号 Y160M-4 Y160L-6 Y180L-8 额定功率/KW 11 11 11 满载转速/（r/min） 1460 970 730 额定转矩 2.2 2.0 1.7 最大转矩 2.3 2.0 2.0 总传动比 25.482 16.93 12.741 ??12.741

选择型号为Y160L-6的电动机

4

二、传动系统的参数计算和设定

1、传动比

查手册得：圆柱齿轮传动单级减速器的传动比i?4~6； 且二级圆柱齿轮i1?(1.3~1.5)i2； 则3.36?i2?3.61 ，取i2?3.6；i1?4.7 由于i?i1?i2?3.6?4.7?16.92；

则传动比误差

i总-ii=16.93-16.920.00059 ，在误差范围（?3%??5%）内。总16.93=确定i1?4.7；i2?3.6；

2、各轴转速

各轴转速如下： nI?nm；

nnⅠⅡ=i?970?206.38r/min;14.7

nnⅡ206.38Ⅲ?i?23.6?57.33r/min;nⅣ=nⅢ?57.33r/min;

3、各轴传动功率

轴的输入功率如下：

pⅠ?pd*η联=9.947?0.99=9.848KW;

PⅡ?PⅠ*?滚*?啮=9.848?0.98?0.98=9.46KW; PⅢ?PⅡ*?滚*?啮*?搅=9.46?0.98?0.98?0.98=8.90KW; PⅣ=PⅢ*?滚*?搅*?联=8.90?0.98?0.98?0.99=8.46KW;

4、各轴转矩

各轴的转矩如下：

Tpdd?9550*n?9550?9.947?m; d1000?94.99NTPⅠ9.848Ⅰ?9550*n?9550??96.96N?m; Ⅰ970TPⅡⅡ?9550*?9550?9.46n?437.75N?m; Ⅱ206.38TⅢ?9550*PⅢ?9550?8.9n?1482.56N?m; Ⅲ57.33TPⅣ?9550?8.46Ⅳ?9550*n?1409.26N?m;

Ⅳ57.33综述以上各参数如下：

5

参数 轴 电动机轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 Ⅳ轴

功率（KW） 9.947 9.848 9.46 8.90 8.46 转速（r/min） 970 970 206.38 57.33 57.33 转矩（N·m） 94.99 96.96 437.75 1482.56 1409.26 三、齿轮设计

为确保传动系统能够平稳运转，并且为小批量生产，传动装置的转速较高，要求传动平稳，故选用传动平稳性高、结构紧凑、承载能力高的斜齿圆柱齿轮。同时，为使结构更加紧凑，采用硬齿面齿轮传动。由于是闭式硬齿面齿轮，其主要失效形式是轮齿弯曲疲劳折断。

1、高速级齿轮传动设计

首先计算高速级齿轮传动

初选材料：小齿轮：17CrNiMo6 ，渗碳淬火，54~62HRC； 大齿轮：37SiMn2MoV ，调质，50~55HRC；

根据小齿轮齿面硬度58HRC和大齿轮齿面硬度52HRC，按轮齿接触疲劳极限应力图MQ线查得齿面接触疲劳极限应力为：

?Hlim1?1500MPa ，?Hlim2?1180MPa

按齿根弯曲疲劳极限应力图MQ线查得轮齿弯曲疲劳极限应力为：

?FE1?850MPa ，?FE2?720MPa 循环次数N1?60?n1th?60?1?970?8?365?16?2.7?109;

N2?60?n2th?60?1?206.38?8?365?16?5.8?10;8

按寿命系数图查得接触寿命系数ZN1?0.9,ZN2?0.93; 按寿命系数图查得弯曲寿命系数YN1?0.87,YN2?0.89; 查表取最小安全系数：SHlim?1.2,SFlim?1.5; 于是 ??H1?? ??H2???Hlim1SHZN1?15001.21.2?0.9MPa?1125MPa; ?0.93MPa?914.5MPa;

?Hlim2SHZN2?11806

??F1?? ??F2???EF1SFYN1?YN2?8501.51.5?0.87MPa?493MPa; ?0.89MPa?427.2MPa;

?EF2SF2720按齿轮的弯曲疲劳承载能力计算齿轮的主要参数： mn?32KT1cos?YF?dz12??F?

确定计算载荷：

小齿轮转矩 T1?96.96N?m KT1?KAK?K?K?T1

查表，考虑本齿轮传动是斜齿圆柱齿轮传动，电动机驱动，轴承相对齿轮不对称布置，取载荷系数K=1.3，则

KT1?KAK?K?K?T1?1.3?96.96N?m?126.048N?m 齿宽系数查表，硬齿面取?d?bd1?1，初选

?z1?24,z2?i1z1?4.7?24?112.8,??10

112cos103?取z1?22,z2?i1z1?112,??10? 则： zv1?22cos?3?22cos103??23.03 ，

zv2?112cos?3??117.26

查外齿轮复合齿形系数图可得：两轮复合齿形系数为YF1?4.33,YF2?3.96; 由于

YF1??F1??4.33493?0.00878?YF2??F2?3?3.96427.2?0.0093

将二齿轮参数代入计算，于是 mn?32KT1cos?2YF?dz1mn2??F??2?126.048?1000?cos103.961?2422427.2?1.58mm

取标准模数mn?2.5mm，则

a?2cos?(z1?z2)?2.52?cos10??(24?112)mm?172.62mm

取标准中心距a?175mm, 则：

??arccosmn2a(z1?z2)?arccos2.52?175(24?112)?1343'45''

?选择齿轮精度等级 d1?mnz1cos??2.5?24cos1343'45''??61.76mm

?3.14m/s

齿轮圆周速度 v?

?d1n160?1000???61.76?97060?1000查表选择7级精度。

7

精确计算计算载荷 KT1?KAK?K?K?T1 K?KAK?K?K?

查表，KA?1,K??1.13。

齿轮传动啮合宽度b??dd1?1?61.76?61.76mm?62mm

Ft?2T1d1?2?96.9661.76??3.14KN

?50.6N/mm?100N/mm查表得

KAFtb1?3.14?100062 ，K??1.4

查表?d?1.0，减速器轴刚度较大，K??1.17

K?KAK?K?K??1?1.4?1.17?1.13?1.851 KT1?KAK?K?K?T1?1.851?96.96?179.47N?m

KFt1?1.851?3.14?5.812KN

KFtu?1()???H? bd1u验算轮齿接触疲劳承载能力 ?H?ZHZEZ?区域系数查图，标准齿轮ZH?2.45,弹性系数查表得ZE?189.8MPa，

Z??cos??cos10?0.99；因大齿轮的许用齿面接触疲劳应力值较小，故将

???H2??914.5MPa带入，于是

?H?ZHZEZ?KFtu?1()?2.45?189.8?0.99?bd1u5.812?10004.67?1()?624.95MPa???H2?62?61.764.67齿面接触疲劳强度足够。

验算轮齿弯曲疲劳承载能力

?F?

???bsin?KFtbmYFY????F?

?1.87

?mn?62?sin1343'45''???2.5查图得：Y??0.92

?F1?KFtbmKFtbmYF1Y?1?YF2Y?2?4.33?0.92?80.7MPa???F1??493MPa62?2.5 1?3.14?1000??3.96?0.92?73.8MPa???F2??427.2MPa62?2.51?3.14?1000?F2?

轮齿弯曲疲劳承载能力足够。

8

高速级斜齿轮圆柱齿轮传动几何尺寸： 名称 小齿轮 大齿轮 法向模数mn/mm 法向压力角?/(?) 螺旋角? 2.5 2.5 20 13?43'45'' mz20 13?43'45'' 2.5?112d2?n2??288.235mnz12.5?24分度圆直?d???61.76 cos?cos1343'45''径d/mm 1cos?cos13?43'45'' 齿顶高**ha1?hamn?1?2.5?2.5 ha2?hamn?1?2.5?2.5 ha/mm 齿根高hf/mmhf1?(ha?c)mn?(1?0.25)?2.5** hf2?(ha?c)mn?(1?0.25)?2.5?3.125** ?3.125全齿高h/mm 齿顶圆直径da/mm 齿根圆直径df/mm 顶隙c/mm h1?ha1?hf1?(2ha?c)mn?(2?1?0.25)?2.5?5.625** h2?ha2?hf2?(2ha?c)mn?(2?1?0.25)?2.5?5.625** da1?d1?2ha1?61.76?2?2.5?66.76 da2?d2?2ha2?288.235?2?2.5?293.235 df1?d1?2hf1?61.76?2?3.125?55.51 df2?d2?2hf2?288.235?2?3.125?281.985 c?cmn?0.25?2.5?0.6225 *标准中心距a/mm 节圆直径d'/mm 传动比i a?mn(z1?z2)2cos??2.5?(24?112)2?cos1343'45''??175 d1'?d1?61.76 n1n2?z2z1?11224d2'?d2?288.235 i??4.667 齿宽b b1?b?10?72mm b2?b?62mm 9

2、低速级齿轮传动设计

其次计算低速级齿轮传动。

初选材料：小齿轮：17CrNiMo6 ，渗碳淬火，54~62HRC； 大齿轮：37SiMn2MoV ，调质，50~55HRC；

根据小齿轮齿面硬度58HRC和大齿轮齿面硬度52HRC，按轮齿接触疲劳极限应力图MQ线查得齿面接触疲劳极限应力为：

?Hlim3?1500MPa ，?Hlim4?1180MPa 按齿根弯曲疲劳极限应力图MQ线查得轮齿弯曲疲劳极限应力为：

?FE3?850MPa ，?FE4?720MPa

循环次数N3?60?n3th?60?1?206.38?8?365?16?5.8?108

N4?60?n4th?60?1?57.33?8?365?16?1.6?108

按寿命系数图查得接触寿命系数ZN3?0.92,ZN4?0.95 按寿命系数图查得弯曲寿命系数YN3?0.88,YN4?0.9 查表取最小安全系数：SHlim?1.2;SFlim?1.5 于是 ??H3?? ??H4?? ??F3?? ??F4???Hlim3SHZN3?ZN4?15001.211801.2?0.92MPa?1150MPa

?Hlim4SH?0.95MPa?934.17MPa?EF3SFYN3?YN4?8501.57201.5?0.88MPa?498.67MPa?0.9MPa?432MPa

?EF4SF

按齿轮的弯曲疲劳承载能力计算齿轮的主要参数： mn?32KT1cos?2YF?dz12??F?

确定计算载荷：

小齿轮转矩 T3?437.75N?m

KT3?KAK?K?K?T3

查表，考虑本齿轮传动是斜齿圆柱齿轮传动，电动机驱动，轴承相对齿轮不对称布置，取载荷系数K=1.3，则

KT1?KAK?K?K?T1?1.3?437.75N?m?569.075N?m

齿宽系数查表，硬齿面取?d?bd1?1，初选

?z3?30,z4?i2z3?3.6?30?108,??10

?108cos103?则：

30 zv2?3cos??30cos103??31.41 ，

zv4?108cos?3?113.08

查外齿轮复合齿形系数图可得：两轮复合齿形系数为YF3?4.16,YF4?3.96;

10

由于

YF3??F3??4.16498.67?0.00834?YF2??F2??3.96432?0.0092

将二齿轮参数代入计算，于是 mn?32KT3cos?2YF?dz3mn2??F??32?569.075?1000?cos103.961?3022432?2.24mm

取标准模数mn?3mm，则

a?2cos?(z3?z4)?32?cos10??(30?108)mm?210.19mm

取标准中心距a?215mm, 则：

??arccosmn2a(z3?z4)?arccos32?215(30?108)?1540'45''?

选择齿轮精度等级 d3?mnz3cos??3?30cos1540'45''???93.48mm

?1.01m/s

齿轮圆周速度 v??d3n360?1000??93.48?206.3860?1000查表选择7级精度。

精确计算计算载荷 KT3?KAK?K?K?T3 K?KAK?K?K? 查表，KA?1,K??1.13。

齿轮传动啮合宽度b??dd3?1?93.48?93.48mm?94mm

Ft?2T3d3?2?437.7593.48?9.366KN

，K??1.4

查表得

KAFtb?1?9.366?100094?99.63N/mm?100N/mm查表?d?1.0，减速器轴刚度较大，K??1.17

K?KAK?K?K??1?1.4?1.17?1.13?1.851 KT3?KAK?K?K?T3?1.851?437.75?810.275N?m

KFt3?1.851?9.366?17.34KN

KFtu?1()???H? bd3u验算轮齿接触疲劳承载能力 ?H?ZHZEZ?区域系数查图，标准齿轮ZH?2.45,弹性系数查表得ZE?189.8MPa，

Z??cos??cos10?0.99；因大齿轮的许用齿面接触疲劳应力值较小，故将

???H4??934.17MPa带入，于是

?H?ZHZEZ?KFtu?1()?2.45?189.8?0.99?bd3u17.34?10003.6?1()?731MPa???H4?94?93.483.6齿面接触疲劳强度足够。

11

验算轮齿弯曲疲劳承载能力 ?F?

???bsin?KFtbmYFY????F?

?2.7

?mn?94?sin1540'45''???3查图得：Y??0.92

?F3?KFtbmKFtbmYF3Y?3?YF4Y?4?1?9.366?100094?31?9.366?100094?3?4.16?0.92?127.11MPa???F3??498.67MPa?3.96?0.92?121MPa???F4??432MPa

?F4?

轮齿弯曲疲劳承载能力足够。

低速级斜齿轮圆柱齿轮传动几何尺寸： 名称 法向模数mn/mm 法向压力角?/(?) 螺旋角? 分度圆直径d/mm 齿顶高ha/mm 齿根高hf/mm小齿轮 大齿轮 3 3 20 1540'45'' ??20 1540'45'' d3?mnz3cos??3?30cos1540'45''*??93.477 d4?mnz4cos??3?108cos1540'45''*??336.518 ha3?hamn?1?3?3 ha4?hamn?1?3?3 hf3?(ha?c)mn?(1?0.25)?3** hf4?(ha?c)mn?(1?0.25)?3?3.75** ?3.75全齿高h/mm 齿顶圆直径da/mm 齿根圆直径df/mm 顶隙c/mm h3?ha3?hf3?(2ha?c)mn?(2?1?0.25)?3?6.75** h4?ha4?hf4?(2ha?c)mn?(2?1?0.25)?3?6.75** da3?d3?2ha3?93.477?2?3?99.477da4?d4?2ha4?336.518?2?3?342.518df3?d3?2hf3?93.477?2?3.75?85.977* df4?d4?2hf4?336.518?2?3.75?329.018 c?cmn?0.25?3?0.75 12

标准中心距a/mm 节圆直径d'/mm 传动比i a?mn(z3?z4)2cos??3?(30?108)2?cos1540'45''??215 d3'?d3?93.477 i?n3n4?z4z3?10830?3.6d4'?d4?336.518 齿宽b b3?94?10?104mm b4?b?94mm 四、联轴器

1、靠近电机的联轴器

电动机Y160L-6的参数： 外形尺寸 机座号 Y160L 底脚安装尺寸A?B 254?254L(AC/2?AD)HD325?255?385 轴伸尺寸D?E 42?110H 160 根据电动机轴和Ⅰ轴的转矩和转速： 转速（r/min） 电动机轴 Ⅰ轴 970 970 转矩（N·m） 94.99 96.96 查手册可选择弹性套柱销联轴器型号为LT6，其参数如下： 公称转矩许用转速轴孔直径Y型轴孔长型号 /(N?m) /(r/min) /mm 度/mm LT6 250 3800 42 82 质量/kg 9.57 2、靠近工作机的联轴器

Ⅲ轴、Ⅳ轴的工作参数： 参数 轴 Ⅲ轴 Ⅳ轴 13

转速（r/min） 57.33 57.33 转矩（N·m） 1482.56 1409.26

查手册可选择弹性柱销联轴器型号为LX5，其参数如下： 公称转矩许用转速轴孔直径Y型轴孔长型号 /(N?m) /(r/min) /mm 度/mm LX5

3150 3450 50，55,56 112 质量/kg 30 五、轴的设计

轴的示意简图：

Ⅰ轴

Ⅱ轴

Ⅲ轴

齿轮1 齿轮2 齿轮3 齿轮4 1、Ⅰ轴设计

Ⅰ轴示意简图： 5 4

（1）Ⅰ轴直径设计

Ⅰ轴材料选择17CrNiMo6 ，?d1?A033 2 1 ?T??36;A0?110;?23.8mm

Pn?11039.848970对于d?100mm的轴，当轴的同一截面上开有一个键槽时，轴径应加大5%；有两个键槽时，轴径加大10%；

则：d1'?d1(1?5%)?23.8?1.05?25mm

取LT6弹性套柱销联轴器，轴孔直径查表选d1'?32mm; 满足上述计算式直径。

14

取d1'?32mm

d2?d1'?8?40mm d3?d2?5?45mmd4?d3?5?50mmd5?d3?45mm

（2）Ⅰ轴各轴段长度设计

1）

根据轴径选择角接触球轴承的型号： 轴承? d 代号 D B Da d6?d5?3?42mma Cr C0r 极限转速/(r/min) 7009C 15? 45 75 16 69 16 25.8 20.5 10000 2） 选择凸缘式轴承盖，材料为HT150,轴承外径D=75mm,螺钉直径d3?8mm ，螺钉数为4；

轴承盖参数如下：

D0?D?2.5d3?75?2.5?8?95mm;D2?D0?2.5d3?95?2.5?8?115mm;e?1.2d3?1.2?8?9.6mm;D4?D?(10~15)?75?10?65mm;D6?D?(2~4)?75?2?73mm;D5?D0?3d3?95?3?8?71mm;m?9.4mm;

3）

密封圈选用毡圈密封。其参数为： 轴径d D 40

则l1?82mm

l2?9.6?10?12?31.6?32mml4?72?100?172mmd1 B1 53 39 7

l3?16+8.5+3+5+4?36.5mm?37mm

l5?16?8.5?3?5?32.5mm?33mm

15

Ⅰ轴各轴段主要参数设计如下： 1 2 3 d 32 40 45 l 82 37 33

4 50 172 5 45 33 2、Ⅱ轴设计

Ⅱ轴示意简图：

5

（1）Ⅱ轴直径设计

Ⅱ轴材料选择45钢 ，

??36;A?1100取?T?d1?A033 4 2 1 Pn?11039.46206.38?39.367mm

对于d?100mm的轴，当轴的同一截面上开有一个键槽时，轴径应加大5%；有两个键槽时，轴径加大10%~15%；

则：d1'?d1(1?12%)?39.37?1.12?44.1mm

取d1'?45mm

满足上述计算式直径。

d2?d1'?5?50mm d3?d2?10?60mm

d4?d2?3?47mmd5?d1'?45mm

（2）Ⅰ轴各轴段长度设计

1)

选择凸缘式轴承盖，材料为HT150,轴承外径D=85mm,螺钉直径d3?8mm ，螺钉数为4；

凸缘式轴承盖参数：

16

D0?D?2.5d3?85?2.5?8?105mm;D2?D0?2.5d3?105?2.5?8?125mm;e?1.2d3?1.2?8?9.6mm;D4?D?(10~15)?85?10?75mm;D6?D?(2~4)?85?2?83mm;D5?D0?3d3?105?3?8?81mm;m?9.4mm

2）

根据轴径选择圆锥滚子轴承的型号： 轴承? 代号 d D T B C da min Da e Cr C0r 极限转速/(r/min) 30209 15? 45 85 20.75 19 16 52 74~78 0.4 67.8 83.5 则

l1?20.75+8.5+3+9?41.25mm?42mml2?b3?4?104?2?102mml3?5mm5600

3 60 5 4 47 60 5 45 39 l4?b2?2?62?2?60mml5?20.75?10?8?38.75mm?39mmⅡ轴各轴段主要参数设计如下： 1 2 d 45 50 l 42 102

3、Ⅲ轴设计

Ⅲ轴示意简图： 3 4 2 1

5 6 7 （1）Ⅲ轴直径设计

17

Ⅲ轴材料选择45钢 ，

??36;A0?110 取?T?d1?A03Pn?11038.957.33?59.12mm

对于d?100mm的轴，当轴的同一截面上开有一个键槽时，轴径应加大5%；有两个键槽时，轴径加大10%~15%；

则：d1'?d1(1?12%)?59.12?1.12?66.21mm 满足上述计算式直径。

取d1'?70mm

d2?d1'?10?80mm d3?d2?5?85mmd4?88mm

d5?d6?12?100mmd6?d3?3?88mmd7?d3?85mm

（2）Ⅲ轴各轴段长度设计

1）

根据轴径选择角接触球轴承的型号： 轴承? d 代号 D B Da a Cr C0r 极限转速/(r/min) 7017C 15? 85 130 22 121 25.4 62.5 60.2 5600 2） 选择凸缘式轴承盖，材料为HT150,轴承外径D=130mm,螺钉直径d3?10mm ，螺钉数为6；

凸缘式轴承盖参数：

D0?D?2.5d3?130?2.5?10?155mm;D2?D0?2.5d3?155?2.5?10?180mm;e?1.2d3?1.2?10?12mm;D4?D?(10~15)?130?10?120mm;D6?D?(2~4)?130?2?128mm;D5?D0?3d3?155?3?10?125mm;m?mm;

3）

密封圈选用毡圈密封。其参数为： 轴径d D 80

d1 B1 102 78 9 18

取LT10弹性套柱销联轴器，Y型轴孔长度为142mm， 则l1?142mm

l2?12?12?6?30mm l3?30.5?2.5?33mml5?5mm

l4?62?8.5?70.5mm?71mm

l6?b3?2?92mml7?30.5?8.5?5?44mm

Ⅲ轴各轴段主要参数设计如下： 1 2 3 d 70 80 85 l 142 30 33

4 88 71 5 100 5 6 88 92 7 85 44 六、轴承校核

1、Ⅰ轴角接触球轴承校核

轴承? d 代号 D B Da a Cr C0r 极限转速/(r/min) 7009C 15? 45 75 16 齿轮一的受力分析：

69 16 25.8 20.5 10000

Ft1?2T1d1?2?96.9661.76?3.14KN?

?1.176KN

Fr1?Ft1tan?cos??3.14?tan20??cos1343'45''722Fa1?Ft1tan??3.14tan1343'45''?0.767KN

19

lA?

b12??2??3?B?a??8.5?3?16?16?47.5mm

lB?M?Fab12d12?5?b22?b3?0.767?261.7622??2??3?B?a??23.68Nm722?5?622?1042?8.5?3?16?16?135.5mm

22则：

FR1??lBFr?M??lBFt???????l?ll?l?AB??AB?222?135.5?1.176?23.68??135.5?3.14???????2.53KN135.5?47.5135.5?47.5????22FR2?

?lAFr?M??lAFt????????lA?lB??lA?lB???47.5?1.176?23.68??47.5?3.14???????0.834KN135.5?47.5???135.5?47.5?

Fa?Fttan??3.14tan1343'45''?0.767KN角接触球轴承受力分析：

7009C角接触球轴承的基本额定动载荷Cr?25.8N

iFaC0r?4.667?0.76720.5?0.175 查表选择

e=0.50 ，Y=1.12；

查表得：

Fs1?eFR1?0.50?2.53?1.265KN

Fs2?eFR2?0.50?0.834?0.417KN轴有向左移动的趋势，

FA1?Fa?Fs2?0.767?0.417?1.184KNFA2?Fs2?0.417KN

FA2FR2?0.4170.834?0.5?e计算当量动载荷 因

FA1FR1?1.1842.53?0.468?e;

P1?FR1?2.53KN

10P2?FR2?0.834KN10求轴承1的寿命 取fp?1 ，fT?1

Lh16310?fTCr?10?????60n?fpP1?60?970?6?1?25.8????1?2.53?3?39510h

一年的工作天数=365天。两班制，即工作16小时。所以将轴承1的寿命折合为年得：

20

39510365?16?6.8年

可在4年小修时更换轴承，满足要求。

2、Ⅱ轴圆锥滚子轴承校核

轴承? 代号 d D T B C da Da min e Cr C0r 极限转速/(r/min) 30209 15? 45 85 20.75 19 16 52 74~78 0.4 67.8 83.5 齿轮二的受力分析：

5600

Ft2?2T2d2?2?437.75288.235?3.04KN?

Fr2?Ft2tan?cos?d22?3.04?tan20??cos1343'45''288.2352?1.138KN

Fa2?Ft2tan??3.04tan1343'45''?0.743KN

M2?Fa2?0.743??105.78Nm

齿轮三的受力分析：

Ft3?2T3d3?2?437.7593.477?9.366KN?

Fr3?Ft3tan?cos?d32?9.366?tan20??cos1540'45''93.4772622?3.54KN

Fa3?Ft3tan??9.366tan1540'45''?2.63KN

M3?Fa3lA?lB?b12b12?0.734??34.31Nm

??2??3?B?a??5?b22?b32?8.5?3?19?18.6?47.9mm722?5?622?1042??8.5?3?19?18.6?135.9mm??2??3?B?a?

21

圆锥滚子轴承受力分析：

FR3??lBFr2?M2??lBFt2???????l?ll?l?AB??AB?222?lAFr3?M3??lAFt3???????lA?lB??lA?lB?222??135.9?1.138?105.78??135.9?3.04???????135.9?47.9???135.9?47.9??lAFr2?M2??lAFt2???????l?ll?l?AB??AB?222?47.9?3.54?34.31??47.9?9.366???????4.94KN135.9?47.9???135.9?47.9?2222FR4??lBFr3?M3??lBFt3???????lA?lB??lA?lB?2??47.9?1.138?105.78??47.9?3.04???????135.9?47.9???135.9?47.9??135.9?3.54?34.31??135.9?9.366???????8.31KN135.9?47.9???135.9?47.9?22Fa2?2.63?0.743?1.887KN

30209圆锥滚子轴承的基本额定动载荷Cr?67.8KN

Y=1.5，e=0.4； 查表得：

Fs3?Fs4?12Y12YFR3?FR4?12?1.512?1.5?4.94?1.65KN?8.31?2.77KN

轴有向左移动的趋势，

FA3?Fa2?Fs4?1.887?2.77?4.657KNFA4?Fs4?2.77kN

FA4FR4?2.778.31?0.333?e计算当量动载荷 因

FA3FR3?4.6574.94?0.943?e;

X1=0.4 ,Y1=1.5

P3?0.4FR3?1.5FA3?8.9615KNP2?FR4?8.31KN

103求轴承1的寿命 取fp?1 ，fT?1

10Lh3?10?fTCr????60n?fP?p3?63??1?67.8???60?206.38?1?8.9615?106?6.87?10h

422

一年的工作天数=365天。两班制，即工作16小时。所以将轴承1的寿命折合为年得： 满足要求。

6.87?10365?164?11.76年

3、Ⅲ轴角接触球轴承校核

轴承? d 代号 D B Da a Cr C0r 极限转速/(r/min) 7017C 15? 85 130 22 121 25.4 62.5 60.2 Ⅲ轴受力分析：

5600

Ft4?2T3d4?2?1482.56336.518?8.81KN?

Fr4?Ft4tan?cos??8.81?tan20??cos1540'45''722?3.33KN

Fa4?Ft4tan??8.81tan1540'45''?2.473KN

lA?lB?b12b12??2??3?B?a?b22?b32?8.5?3?22?25.4?44.1mm722?5?622?1042?5?d42??2??3?B?a?336.5182?8.5?3?22?25.4?132.1mmM?Fa4?2.473?2?416.1Nm2

22FR5??lAFr4?M??lAFt4???????l?ll?l?AB??AB??44.1?3.33?416.1??44.1?8.81???????2.683KN132.1?44.1132.1?44.1????22

FR6??lBFr4?M??lBFt4????????lA?lB??lA?lB?22?132.1?3.33?416.1??132.1?8.81???????8.186KN132.1?44.1???132.1?44.1?

角接触球轴承受力分析：

23

7017C角接触球轴承的基本额定动载荷Cr?62.5KN

iFaC0r?3.6?2.47360.2?0.148

查表取Y=1.16，e=0.48； 查表得：

Fs5?eFR5?0.48?2.683?1.288KNFs6?eFR6

?0.48?8.186?3.929KN

轴有向右移动的趋势， FA5?Fs5?1.288KN

FA6?Fa?Fs5?2.473?1.288?3.761KN

计算当量动载荷 因

FA5FR5?1.2882.683?0.48?e;FA6FR6?3.7918.186?0.463?e

P5?FR5?2.683KNP6?FR6?8.186KN10

求轴承1的寿命 取fp?1 ，fT?1

Lh6?10?fTCr????60n?fP?p6?63??1?62.5???60?57.33?1?8.186?106103?2547777h

一年的工作天数=365天。两班制，即工作16小时。所以将轴承1的寿命折合为年得： 满足要求

2547777365?16?43.6年

七、轴校核

1、 Ⅰ轴校核

Ⅰ轴受力分析： a)

24

b)

c)

d)

e)

f)

Ft1?2T1d?2?96.96

161.76?3.14KNtan20?Fr1?Fttan?cos??3.14?cos13?43'45''?1.176KN

F?a1?Fttan??3.14tan1343'45''?0.767KN

25

lA?lB?b12b12??2??3?B?a??5?b22?b32722?8.5?3?16?16?47.5mm722?5?622?1042

?8.5?3?16?16?135.5mm??2??3?B?a?

M?Fd161.76a12?0.767?2?23.68Nm RFr1lB?M1H?l?1.176?135.5?23.68A?lB135.5?47.5?1KN RFr1lA?M2H?l?1.176?47.5?23.68?175.8NA?lB135.5?47.5

RlBF135.51V?lt1?A?lB135.5?47.5?3.14?2.32KN RlA2V?lF47.5t1?A?lB135.5?47.5?3.14?0.815KN

M22max?MH?MV?120NmT?96.96Nm

M ?maxca?(W)2?4(?T22W)?5.1MPa

17CrNiMo6的??F?远大于此，故该轴强度满足要求。

2、Ⅱ轴校核

Ⅱ轴受力分析： a）

b)

c)

26

d)

e)

f)

Ft2?2T2d2?2?437.75288.235?3.04KN?

Fr2?Ft2tan?cos?d22?3.04?tan20??cos1343'45''288.2352?1.138KN

Fa2?Ft2tan??3.04tan1343'45''?0.743KN

M2?Fa2?0.743??105.78Nm

齿轮三的受力分析：

Ft3?2T3d3?2?437.7593.477?9.366KN?

Fr3?Ft3tan?cos?d32?9.366?tan20??cos1540'45''93.4772622?3.54KN

Fa3?Ft3tan??9.366tan1540'45''?2.63KN

M3?Fa3lA?lB?b12b12?0.734??34.31Nm

27

??2??3?B?a??5?b22?b32?8.5?3?19?18.6?47.9mm722?5?622?1042??2??3?B?a???8.5?3?19?18.6?135.9mm

R3H?Fr3lA?Fr2lB?M2?M3?3.54?47.9?1.138?135.9?105.78?34.31?0.843KNlA?lB135.9?47.9R4H?Fr3?Fr2?R3H?3.54?1.138?0.843?1.559KNRFt2lB?Ft3lA3.04?135.9?9.366?47.9

3V?l?A?lB135.9?47.9?4.689KN RFt2lA?Ft3lB3.04?47.9?9.366?135.94V?l?A?lB135.9?47.9?7.717KN

M22max?MH?MV?385.43NmT2?437.75Nm

d3bt(d?t)2??503?10?9W??14?5.5?(50?5.5)2?10?932?2d?32?2?50?1.075?10?5

W?d32?9t??bt(d?t)503?1014?5.5?(50?5.5)2?10?9?5162d???16?2?50?2.302?10

?(Mmax)2?4(?T22ca?WW)?42.5MPat

45钢的??F?=60MPa大于此，故该轴强度满足要求。

3、Ⅲ轴校核

齿轮四的受力分析： a)

b)

c)

d)

28

e)

f)

Ft4?2T3d4?2?1482.56336.518?8.81KN?

Fr4?Ft4tan?cos??8.81?tan20??cos1540'45''722?3.33KN

Fa4?Ft4tan??8.81tan1540'45''?2.473KN

lA?lB?b12b12??2??3?B?a??5?b22?b32?8.5?3?22?25.4?44.1mm722?5?622?1042??2??3?B?a??8.5?3?22?25.4?132.1mm

M?Fa4d42M?Fr4lA?2.473?336.5182416.1?3.33?44.1?416.1Nm

R5H?R6H?R5V?R6V?lA?lBFr4lB?MlA?lBlAlA?lBlBlA?lB??132.1?44.1132.1?44.144.1132.1?44.1132.1132.1?44.12?1.528KN3.33?132.1?416.1?4.836KN

Ft4?Ft4?2?8.81?2.205KN?8.81?6.605KN

Mmax?MH?MV?354.38Nm

3?92?9T2?1482.56Nm

2W?Wt??d323?3bt(d?t)2d?2??88?1032??914?5.5?(88?5.5)?102?8814?5.5?(88?5.5)?102?882?6.394?10?9?5

?5?d16?bt(d?t)2d???88?10163??13.083?10

29

?Mmax2ca?(W)2?4(?T2W)?14.7MPat

45钢的??F?=60MPa远大于此，故该轴强度满足要求。

八、键的校核

1、Ⅰ轴键的选择和校核

根据联轴器选择A型（圆头普通平键）键，基本尺寸如下： 公称直径b*h L t d 32 10*8 63 5 ?T2?96.96p?2dlk?32?63?3?32MPa???F?

满足要求。

2、Ⅱ轴键的选择和校核

选择A型（圆头普通平键）键，基本尺寸如下： 齿轮2所用： 公称直径b*h L t d 47 14*9 50 5.5 ?T2?437.75p?2dlk?47?50?3.5?106.4MPa???F??120MPa

满足要求。

齿轮3所用： 公称直径b*h L t d 50 14*9 90 5.5 ?p?2T437.75dlk?2?50?90?3.5?55.6MPa???F??120MPa

满足要求。

3、Ⅲ轴键选择及校核

齿轮四所用： 公称直径b*h L t d 88 25*14 80 9

30

?T2?1482.56p?2dlk?88?80?5?1.5?56.2MPa???F??120MPa

满足要求。

联轴器所用： 公称直径b*h L t d 70 20*12 110 7.5 ?2?1482.56p?2Tdlk?70?110?4.5?85.6MPa???F??120MPa

满足要求。

九、圆柱齿轮的结构及尺寸

1、齿轮2的结构设计参数

d1?1.6d?1.6?47?75.2mm;?0?2.5mn?2.5?3?7.5mm?10mm;D0?0.5(D1?d1)?0.5?(261.985?75.2)?168.6mm;d0?0.25(D1?d1)?0.25?(261.985?75.2)?46.7mm;r?0.6?0.14m?1mm;C?1.5m?0.1b?11mm;

2、齿轮4的结构设计参数

d1?1.6d?1.6?88?140.8mm;?0?2.5mn?2.5?2.5?6.25mm?10mm;D0?0.5(D1?d1)?0.5?(309.018?140.8)?224.909mm?225mm;d0?0.25(D1?d1)?0.25?(309.018?140.8)?42.0545mm?42.1mm;r?0.6?0.14m?1mm;C?1.5m?0.1b?13.15?14mm;

十、箱体结构尺寸设计

箱体设计： 箱座、箱盖壁厚

??0.025a?3?0.025?215?3?8.375mm?1?0.02a?3?0.02?215?3?7.3mm

?2???8.375mm 取 ?2?8.5mm

?3?3mm

31

?1?1.2??10.05mm?11mm

C1?16mm,C2?14mmC1?C2?5?35mm

箱盖、箱座肋厚中心轴高H?m1?0.85?1?0.85?7.3?6.205mm?6.2mm;m?0.85??0.85?8.375?7.11875mm?7.2mm;2?21?13?11?30?246.259?246.5mm;

342.518箱盖凸缘厚度：b1?1.5?1?1.5?7.3?10.95mm?11mm; 箱座凸缘厚度：b?1.5??1.5?8.375?12.5625mm?13mm; 箱座底凸缘厚度：b2?2.5??2.5?8.375?20.9375mm?21mm; 凸台高度h1,2?50mm;h2,3?60mm;

吊钩：K=42mm; H=0.8K=33.6mm; h=0.5H=16.8mm; r=K/6=7mm; 地脚螺钉直径df?0.036a?12?0.036?215?12?20mm

铸铁减速器箱体主要结构尺寸： 名称 箱座壁厚 箱盖厚度 箱盖凸缘厚度 箱座凸缘厚度 箱座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁连接螺栓直径 盖与座连接螺栓直径 连接螺栓d2的间距 轴承端盖螺钉直径 视孔盖螺钉直径 定位销直径 df/d1/d2至外箱壁距离 df/d2符号 ? 齿轮减速器 8.375 8 12 13 21 20 4 16 10 150~200 10 8 8 22 20 20 50 32

?1 b1 b b2 df n d1 d2 l d3 d4 d C1 C2 R1 至凸缘边缘距离 凸台高度 轴承旁凸台半径 h

外箱壁至轴承座端面距离 铸造过渡尺寸 大齿轮顶圆与内箱壁距离 箱盖、箱座肋厚 轴承端盖外径

l1 57 K=3;R=5;h=15 11 7;7.2 115,125,180 x,y ?1 m D2 33

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