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Reducer compact structure, high transmission efficiency, use convenient maintenance, so widely used in industry. This paper is about the design of a three-cylinder gear reducer, including the design of gear, the design of shaft and the strength check of them. With three-dimensional modeling and assembly by Solidworks,At the same time, using CAD to draw and assemble the reducer， the results have the most direct manifestation. By the initial establishment of this parametric design system, the program can devise a reducer, shorting the design cycle, saving design costs, and subjoining the accuracy of it. It is the great significance to improve product quality. Key words:Three-dimensional Modeling; Assembly Modeling;Solidworks;CAD 第1章 緒論 1.1 課程設(shè)計(jì)目的： 進(jìn)年來(lái)科技迅速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)大力發(fā)展，為機(jī)械行業(yè)注入了新的活力。運(yùn)用三維繪圖軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)大大提高了工作效率、降低了工作強(qiáng)度。為機(jī)械設(shè)計(jì)者提供了巨大便利。為了適應(yīng)新環(huán)境，安排了這次專業(yè)課程設(shè)計(jì)。 同時(shí)專業(yè)課程設(shè)計(jì)也是本專業(yè)集中實(shí)踐環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容之一，是學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)課所需的必要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)得到鞏固，并使學(xué)生得到運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的初步訓(xùn)練；專業(yè)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生接觸和了解實(shí)際局部設(shè)計(jì)從收集資料、方案比較、計(jì)算、繪圖的全過(guò)程，進(jìn)一步提高學(xué)生的分析、綜合能力以及工程設(shè)計(jì)中計(jì)算和繪圖的基本能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)做必要的準(zhǔn)備。 1.2 減速器的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 我國(guó)減速器的發(fā)展現(xiàn)狀 減速機(jī)在我國(guó)的發(fā)展已有近40年的歷史，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。產(chǎn)品已從最初單一的擺線減速機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在五大類產(chǎn)品，即擺線減速機(jī)、無(wú)級(jí)變速器、齒輪減速機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)、電動(dòng)滾筒。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，減速機(jī)用量比較大的行業(yè)主要有：電力機(jī)械、冶金機(jī)械、環(huán)保機(jī)械、電子電器、筑路機(jī)械、化工機(jī)械、食品機(jī)械、輕工機(jī)械、礦山機(jī)械、輸送機(jī)械、建筑機(jī)械、建材機(jī)械、水泥機(jī)械、橡膠機(jī)械、水利機(jī)械、石油機(jī)械等，這些行業(yè)使用減速機(jī)產(chǎn)品的數(shù)量已占全國(guó)各行業(yè)使用減速機(jī)總數(shù)的60%～70%。 ??? “十五”期間，由于國(guó)家采取了積極的財(cái)政政策，拉動(dòng)了內(nèi)需，固定資產(chǎn)投資力度加大，各行業(yè)的發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨?。特別是基礎(chǔ)建設(shè)的投資，使冶金、電力、建筑機(jī)械、建筑材料、能源等加快了發(fā)展，因此，對(duì)減速機(jī)的需求也逐步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)“十一五”期間，隨著國(guó)家對(duì)機(jī)械制造業(yè)的重視，重大裝備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的加快以及城市改造、場(chǎng)館建設(shè)等工程項(xiàng)目的開(kāi)工，減速機(jī)的市場(chǎng)前景看好，整個(gè)行業(yè)仍將保持快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，尤其是齒輪減速機(jī)的增長(zhǎng)將會(huì)大幅度提高，這與進(jìn)口設(shè)備大多配套采用齒輪減速機(jī)有關(guān)。因此，業(yè)內(nèi)專家希望企業(yè)抓緊開(kāi)發(fā)制造齒輪減速機(jī)，尤其是大型硬齒面減速機(jī)及中、小功率減速機(jī)，以滿足市場(chǎng)的需求。 ??? 從行業(yè)內(nèi)企業(yè)發(fā)展情況來(lái)看，近年來(lái)，江蘇省、浙江省的民營(yíng)企業(yè)發(fā)展速度很快，已經(jīng)成為行業(yè)中的一支生力軍。此外，山東省淄博地區(qū)的減速機(jī)廠家也很多。一些發(fā)展速度較快的民營(yíng)企業(yè)，在完成了原始積累后，不斷發(fā)展壯大。他們緊跟市場(chǎng)變化，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也在不斷提高。為了增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，他們加大購(gòu)置檢測(cè)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及擴(kuò)大廠房的資金投入，加工能力及技術(shù)水平提高很快，同時(shí)還重視人才的培養(yǎng)與引進(jìn)，企業(yè)已開(kāi)始向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。 1.1.2 國(guó)外減速器的發(fā)展現(xiàn)狀 眼前國(guó)外工程機(jī)械緊要配套件大多半都出產(chǎn)歷史久遠(yuǎn)，技藝成熟、供應(yīng)富余，出產(chǎn)集中度高，品牌效應(yīng)突出。配套件的開(kāi)展隨主機(jī)的開(kāi)展而開(kāi)展，同時(shí)配套件自身的開(kāi)展反過(guò)來(lái)又推進(jìn)主機(jī)的開(kāi)展。眼前國(guó)外工程機(jī)械配套件的開(kāi)展形勢(shì)好過(guò)主機(jī)的開(kāi)展形勢(shì)。 　　在流體產(chǎn)物范疇內(nèi)，眼前世界上最大的流體產(chǎn)物締造企業(yè)，美國(guó)的派克公司，成立于1918年，也有近100年歷史，能夠提供種類齊全的、高技藝程度的液壓件、密封件及一切的液壓附件。 眼前世界上最大的用于靜液壓體系的變量液壓元件締造企業(yè)，德國(guó)的博士――力士樂(lè)公司，已有200多年的歷史，從1953年開(kāi)端一切締造液壓元件，也有50年以上歷史。其最具特征的產(chǎn)物是用于靜液壓傳動(dòng)的變量體系液壓元件，不管是斜盤式或斜軸式，閉式或開(kāi)式體系液壓元件種類都十分齊全，能為各種需求靜液壓體系元件的工程機(jī)械配件。 　　還有世界上最大的傳動(dòng)部件締造企業(yè)，德國(guó)的ZF公司，成立于1915年，也有近100年歷史，能為各種工程機(jī)械提供種類齊全的傳動(dòng)部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國(guó)西門子電氣公司，以及日本的東芝公司、川崎公司、德國(guó)的博士公司等，都有50年以上，以至100年以上的久遠(yuǎn)歷史，能滿足工程機(jī)械各種高技藝程度的電氣體系和電氣元件的請(qǐng)求。 1.3 減速器的發(fā)展趨勢(shì) 減速機(jī)發(fā)展趨勢(shì)如下： ① 高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高4倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。 　　 ② 積木式組合設(shè)計(jì)。基本參數(shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強(qiáng)，系列容易擴(kuò)充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。 　　 ③ 型式多樣化，變型設(shè)計(jì)多。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動(dòng)支承底座、電動(dòng)機(jī)與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴(kuò)大使用范圍。 　　 促使減速器水平提高的主要因素有： 　　 ① 理論知識(shí)的日趨完善，更接近實(shí)際（如齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法、修形技術(shù)、變形計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、齒根圓滑過(guò)渡、新結(jié)構(gòu)等）。 ② 采用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平提高。 　　 ③ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理。 ④ 加工精度提高到ISO5－6級(jí)。 　　 ⑤ 　軸承質(zhì)量和壽命提高　 ⑥ 　潤(rùn)滑油質(zhì)量提高。 　 自20世紀(jì)60年代以來(lái)，我國(guó)先后制訂了JB1130－70《圓柱齒輪減速器》等一批通用減速器的標(biāo)淮，除主機(jī)廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè)生產(chǎn)廠。目前，全國(guó)生產(chǎn)減速器的企業(yè)有數(shù)百家，年產(chǎn)通用減速器25萬(wàn)臺(tái)左右，對(duì)發(fā)展我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品作出了貢獻(xiàn)。 　 20世紀(jì)60年代的減速器大多是參照蘇聯(lián)20世紀(jì)40－50年代的技術(shù)制造的，后來(lái)雖有所發(fā)展，但限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、工藝水平及裝備條件，其總體水平與國(guó)際水平有較大差距。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)引進(jìn)一批先進(jìn)加工裝備，通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和科研攻關(guān)，逐步掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度均有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可從JB179－60的8－9級(jí)提高到GB10095－88的6級(jí)，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在4－5級(jí)。部分減速器采用硬齒面后，體積和質(zhì)量明顯減小，承載能力、使用壽命、傳動(dòng)效率有了較大的提高，對(duì)節(jié)能和提高主機(jī)的總體水平起到很大的作用。 　 　 我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的高速齒輪減（增）速器的功率已達(dá)42000kW ，齒輪圓周速度達(dá)150m/s以上。但是，我國(guó)大多數(shù)減速器的技術(shù)水平還不高，老產(chǎn)品不可能立即被取代，新老產(chǎn)品并存過(guò)渡會(huì)經(jīng)歷一段較長(zhǎng)的時(shí)間。 1.4 Solidworks軟件特點(diǎn) Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。 對(duì)于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來(lái)搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。 在目前市場(chǎng)上所見(jiàn)到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過(guò)程比較簡(jiǎn)便而方便的軟件之一。美國(guó)著名咨詢公司Daratech所評(píng)論：“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者?！? 在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。 第2章 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)題目的提出 設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)上同軸式三級(jí)圓柱齒輪減速器 2.1.1 總體布置簡(jiǎn)圖 圖2-1：傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 2.1.2工作情況 工作平穩(wěn)、單向 運(yùn)轉(zhuǎn) 2.1.3原始數(shù)據(jù) 表2-1：運(yùn)輸機(jī)數(shù)據(jù) 運(yùn)輸機(jī)卷筒扭矩（N?m） 運(yùn)輸帶速度（m/s） 卷筒直徑（mm） 帶速允許偏差（%） 使用年限（年） 工作制度（班/日） 1500 0.85 400 5 10 2 第3章 零件計(jì)算 3.1電機(jī)選型 3.1.1電動(dòng)機(jī)類型選擇 標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的容量以額定功率表示，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)不小于所需工作機(jī)的額定要求的功率。則工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)功率為： Pd＝Pw/η (3-1) Pd—工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率，單位為Kw； η—電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率； Pw—工作機(jī)所需輸入功率，單位為Kw。 按工作要求和工作條件，選用一般用途的Ｙ（IP44）系列三相異步電動(dòng)機(jī)。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。 3.1.2電動(dòng)機(jī)容量 （1）卷筒軸的輸出功率 （3-2） （3-3） （2） 電動(dòng)機(jī)的輸出功率Pd 傳動(dòng)裝置的總效率 式中為從電動(dòng)機(jī)至卷筒軸之間的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的效率。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》查得： 齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 圓柱斜齒齒輪傳動(dòng)效率 滾子軸承 則 η=0.99×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98×0.99=0.851 故 （3） 選擇電動(dòng)機(jī) 一般常選用同步轉(zhuǎn)速3000r/min的電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，因此傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比約為49-74 表3-1：Y160M1-2電動(dòng)機(jī)參數(shù) 型號(hào) 額定功(kw) 滿載轉(zhuǎn)速n(r/min) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 Y160M1-2 11 2930 2.0 2.2 3.2計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 3.2.1傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 （3-4） 3.2.2分配各級(jí)傳動(dòng)比 總傳動(dòng)比公式為i＝i*i*i，其中i＝72.15，根據(jù)傳動(dòng)比分配原則，初步假定i=2，i=4.，i=9。 3.3計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 3.3.1各軸轉(zhuǎn)速 n===2930 r/min （3-5） n===1465 r/min （3-6） n===366 r/min （3-7） n===41 r/min （3-8） 3.3.2各軸輸入功率 P=11Kw P=P0.99=10.89Kw （3-9） P=P0.98=10.46Kw （3-10） P=P0.98=10.04Kw （3-11） P=P0.98=9.65Kw （3-12） 式中，P ，P， P， P分別為相對(duì)應(yīng)軸的功率。 3.3.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 T=9.5510=35.49 Nmm （3-13） T=9.5510=68.19 Nmm （3-14） T=9.5510=261.97 Nmm （3-15） T=9.5510=2247.74 Nmm （3-16） 式中， 對(duì)應(yīng)軸的轉(zhuǎn)矩。 第4章 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 高速軸齒輪的設(shè)計(jì) 4.1.1 主要參數(shù) 大小齒輪均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火，齒面硬度為58～62HRC，7級(jí)精度，Z=25，Z=68，φ= 0.8,β=13 4.1.2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) a) 確定 M （4-1） 1)載荷系數(shù) 試選K=1.5 2)小齒輪傳遞取T=9.5510=35.49大小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限 3)==460Mpa 4)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60njLh=4.03210， N=60 njLh=1.48210 5)彎曲疲勞壽命系數(shù)K=0.88, K=0.90 6)計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)Y=2.0，則 == 578.2 Mpa (4-2) == 591.4Mpa (4-3) Z ==27.02 (4-4) Z ==73.51 (4-5) 7) 查表得出： Y=2.62, Y=2.24, Y=1.59，Y=1.75 8)因?yàn)? 所以按小齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 9)重合度系數(shù)Y及螺旋角系數(shù)Y Y=0.70 Y=0.86 b)設(shè)計(jì)計(jì)算 1) M==3.46m (4-6) 2)圓周速度: v===6.5 m/s (4-7) 3)計(jì)算載荷系數(shù)K 使用系數(shù)K=1.5，傳動(dòng)載荷系數(shù)K=1.2， 齒間載荷分配系數(shù)K=1.2, 齒間載荷分布系數(shù)K=1.24 K= K K K K=2.68 4)校正并確定模數(shù)m m==3.46×=4.2mm (4-8) 取m=4mm c)計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 1）中心距a a==190.9mm (4-9) 2) 螺旋角 =13.00 (4-10) 3) 齒輪分度圓直徑 d==48.21mm d==279.15mm (4-11) 4) 齒寬 b= d=0.848.21=82.104mm (4-12) b=90mm b= b+(5—10)=100mm 4.1.3 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 = (4-13) 確定上公式各參數(shù)值 1) ==1200 Mpa 2) K=0.9 K=0.92 3)計(jì)算許用接觸應(yīng)力 取S=1 =K/ S=0.91200/1=1080Mpa =K/ S=0.921200/1=1104Mpa =(+)/2=1092Mpa 4)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z=2.44 5)重合度系數(shù)Z=0.8 6)螺旋角系數(shù)Z==0.987 7)材料系數(shù)Z= 189.8 8)校核 =2.44189.80.750.992 (4-14) =926.43 Mpa <=1092Mpa 4.2 第二級(jí)傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì) 4.2.1 主要參數(shù) 大小齒輪均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火，齒面硬度為58～62HRC，7級(jí)Z=25， Z=88，φ= 1.1,β=13 4.2.2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) a) 確定 M （4-15） 1)載荷系數(shù) K=1.5 2)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=68.19Nm 3)大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ==460Mpa 4)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=14.83210, N=0.42410 5)彎曲疲勞壽命系數(shù) K=0.9, K=0.92 6)取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)Y=2，則 == 591.43 Mpa （4-16） == 604.6 （4-17） 7)查取齒型系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) Z ==27.03 （4-18） Z ==95.13 （4-19） 查表得 Y=2.57，=2.18 , Y=1.6，Y=1.79 8)計(jì)算大小齒輪的并加以比較 因?yàn)?故按小齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 9)重合度系數(shù)Y及螺旋角系數(shù)Y Y=0.7 Y=0.9 b)設(shè)計(jì)計(jì)算 1) 計(jì)算齒輪模數(shù)M=3.437 2)圓周速度: v==2.377m/s （4-20） 3)計(jì)算載荷系數(shù)K 使用系數(shù)K=1.5，傳動(dòng)載荷系數(shù)K=1.01， 齒間載荷分配系數(shù)K=1.2, 齒間載荷分布系數(shù)K=1.34 K= K K K K=2.44 4)校正并確定模數(shù) m==3.437×=3.67mm （4-21） 取m=4m c)計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 1)中心距a a==232mm （4-22） 2) 螺旋角 =13 （4-23） 3) 齒輪分度圓直徑 d= =102.63mm, d==361.26mm （4-24） 4) 齒寬 b= d=1.1102.63=112.893mm （4-25） b=120 mm b= b+(5—10)=130mm （4-26） 4.2.3 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 = （4-27） a) 確定上公式各參數(shù)值 1) ==1500 Mpa （4-28） 2) K=0.95 K=0.97 （4-29） 3)計(jì)算許用接觸應(yīng)力 取S=1 =K/ S=0.951500/1=1425Mpa （4-30） =K/ S=0.971500/1=1455Mpa （4-31） =(+)/2=1440Mpa （4-32） 4)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z=2.44 5)重合度系數(shù)Z=0.8 6)螺旋角系數(shù)Z==0.987 7)材料系數(shù)Z= 189.8, Z=25 8)校核 =683.7=1440 4.3 第三級(jí)傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì) 4.3.1 主要參數(shù) 大小齒輪均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火，齒面硬度為58～62HRC，7級(jí)Z=25，Z=66，φ= 0.9,β=13。 4.3.2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) a) 確定 M 1)載荷系數(shù) K=1.5 2)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=261.97 Nm 3)大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ==460Mpa 4)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=4.2310, N=16.110 5)彎曲疲勞壽命系數(shù)K=0.92, K=0.94 6)取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)Y=2，則 == 604.60 Mpa == 617.71 Mpa 7)查取齒型系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) Z ==27.03 Z ==71.35 查表得 Y=2.57 ,Y=2.24 , Y=1.600, Y=1.75 8)計(jì)算大小齒輪的并加以比較 故按小齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 9)重合度系數(shù)Y及螺旋角系數(shù)Y Y=0.7 Y=0.9 b)設(shè)計(jì)計(jì)算 1) 計(jì)算齒輪模數(shù) M=5.47 2)圓周速度: v==1.080m/s (4-33) 3)計(jì)算載荷系數(shù)K 使用系數(shù)K=1.5，傳動(dòng)載荷系數(shù)K=1， 齒間載荷分配系數(shù)K=1.2, 齒向載荷分布系數(shù)K=1.3 K= K K K K=2.34 4)校正并確定模數(shù)m m==3.28×=6.34mm (4-34) 取m=6mm c)計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 1)中心距a a==280.18mm 2) 螺旋角 =13.00 3) 齒輪分度圓直徑 d= =154.00mm d ==406mm 4) 齒寬 b= d=138.60mm b=138mm b= b+(5—10)=148mm 4.3.3 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 = (4-35) 確定上公式各參數(shù)值 1) ==1500 Mpa 2) K=0.97 ， K=0.98 3)計(jì)算許用接觸應(yīng)力 取S=1 =K/ S=0.971500/1=1455Mpa =K/ S=0.981500/1=1470Mpa =(+)/2=1462.5Mpa 4)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Z=2.44 5)重合度系數(shù) Z=0.8 6)螺旋角系數(shù) Z==0.987 7)材料系數(shù) Z= 189.8 8)校核 =1406.49=1462.5 第5章 軸的設(shè)計(jì) 5.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì) a）軸上小齒輪的直徑較小，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，軸的材料及熱處理和齒輪的材料及熱處理一致，均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火。 b)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表得軸的C值是112 d =50.14mm (5-1) 單鍵槽增加5%——7%，所以d(52.65—53.65)mm，這里取d=53mm。 2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T=35.49 Nm 3)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示： 圖5-1：I軸簡(jiǎn)圖 d=d=53 mm, d= d+2=55 mm, d= d+10=65 mm, d= d=65 mm, d= d=55 mm, L=82 mm, L=210 mm, L=242 mm L=8 mm, L=T=29 mm(T為軸承寬度) 查軸承樣本，選用型號(hào)為30311單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑d=55 mm，外徑D=120mm 4)軸的受力分析如下圖 圖5-2：I軸受力分析 L=L+ L+L=72.5 mm （5-2） L=L+ L +T=306.5 mm （5-3） 5) 軸的校核 F==16701 N （5-4） F= Ftan/cos=6239N （5-5） F= Ftan=3856N （5-6） R= F L/L=3195N （5-7） R =13506 N M=1.978706410 Nmm （5-8） R=(F L- F d)/ L =5640 N （5-9） R= 689 N M=979185 M= R L=408900 Nmm （5-10） M= R L=180528.5 Nmm （5-11） M=1061133 Nmm M=995688 Nmm T=857.0410 Nmm =0.6 M==1175165 Nmm (5-12) = M/ω＜[]=90Mpa滿足要求 圖5-3：I軸的載荷分析圖 5.2 Ⅱ軸的設(shè)計(jì) a)軸上小齒輪的直徑較小，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，軸的材料及熱處理和齒輪的材料及熱處理一致，均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火。 b)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表11.3得軸的C值是105 d =64.7mm (5-13) 單鍵槽增加5%——7%，所以d(67.94—69.23)mm，所以d=70mm 2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T=1225.07Nm 3)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：圖5-4：II軸簡(jiǎn)圖 　　　　d=70mm, d= d+10=80mm, d= d+2a= d+2(0.07—0.1)d=91.2—96，這里取d=94mm, d=78mm, d= 70mm 　　　　查軸承樣本，選用型號(hào)為30314單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑分別為d=70 mm，外徑D=150 mm 　　L=35mm, L=108mm, L=105mm, L=7mm, L=T=35mm(T為軸承寬度) 4)軸的受力分析如下圖 圖5-5：II軸的受力分析 L=T+( L-T)+ L=54mm (5-14) L= L+ L+ L+ L=224mm (5-15) L= L+ L+ L=107mm (5-16) 5)軸的校核 F==16031 N (5-17) F= Ftan/cos=5988N (5-18) F= Ftan=3701 N (5-19) F==43603 N (5-20) F= Ftan/cos=16288 N (5-21) F= Ftan=10067 N (5-22) R=( F L+ F L) /L=25901 N (5-23) R=33733 N M= R L=1398654 Nmm (5-24) M= RL=360946 Nmm (5-25) R==3305 N (5-26) R=-8239N (5-27) M=R L=178470 Nmm (5-28) M= F L+R L=921403 Nmm (5-29) M= R L=-881573 Nmm (5-30) M= R L- F L=-422522 Nmm (5-31) M==1409995Nmm (5-32) M==1674878 Nmm (5-33) M==952603Nmm (5-34) M==555704 Nmm (5-35) 圖5-6：II軸的載荷分析圖 d）齒輪軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖，截面D處的彎矩最大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中；截面C處的彎矩較大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中。故這些都屬于危險(xiǎn)截面，應(yīng)進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度校核?？紤]啟、停機(jī)影響，扭矩為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力。 α=0.6, M==1646125 Nmm (5-36) = M/W＜[]=90Mpa滿足要求。 5.3 Ⅲ軸的設(shè)計(jì) a)軸上小齒輪的直徑較小，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，軸的材料及熱處理和齒輪的材料及熱處理一致，均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火。 b)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表11.3得軸的C值是107 d=98.8mm 　　　　　　　　　　　?。?-37） 單鍵槽增加5%——7%，所以d(103. 74—105.716)mm，所以d=110mm 2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T=7528.26 Nm 3)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示： 圖5-7：III軸簡(jiǎn)圖 d= d= d=95mm, d= d+26=121mm, d= d+10=130mm ，d=120mm， L=137mm, L=58mm, L=7 mm, L=T=45 mm(T為軸承寬度) L=45 mm, 查軸承樣本，選用型號(hào)為30319單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑d=95 mm，外徑D=200 mm。 4)軸的受力分析如下圖 圖5-8：III軸的受力分析 L=L+ L+L=103.5mm (5-38) L=L+ L=221.5 mm (5-39) L=L+( L-T)+T=170 mm (5-40) 5) 軸的校核 F==41678N (5-41) F= Ftan/cos=15569 N (5-42) F= Ftan=9622N (5-43) F==97770 N (5-44) F= Ftan/cos=36521 N (5-45) F= Ftan=22572 N (5-46) R=( F L+ F L) /L=91641 N (5-47) R=( F L+ F L) /L=47807 N (5-48) M= R L=948484 Nmm (5-49) M= RL=8127190 Nmm (5-50) R==-16516 N (5-51) R==-4436 N (5-52) M=R L=-1709406 Nmm (5-53) M= R L-F L =-1736694 Nmm (5-54) M= R L=-754120 Nmm (5-55) M= R L+ F L=272170Nmm (5-56) M==1954915 Nmm (5-57) M==1978820 Nmm (5-58) M==8162102 Nmm (5-59) M==8131746 Nmm (5-60) 圖5-9：III軸的載荷分析圖 d）齒輪軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖，截面C處的彎矩最大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中；截面D處的彎矩較大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中。故這些都屬于危險(xiǎn)截面，應(yīng)進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度校核?？紤]啟、停機(jī)影響，扭矩為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，α=0.6, M==9328601 Nmm (5-61) = M/W＜[]=90Mpa滿足要求。 5.4 Ⅳ軸的設(shè)計(jì) 　　a）軸材料選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理 b)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表得軸的C值是97 d =121mm (5-62) 單鍵槽增加5%——7%，所以d(127—129)mm，根據(jù)工廠實(shí)際情況，這里取d=130mm。 2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T=24591.3 Nm 3)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示： 圖5-10：IV軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 d= d=140mm, d= d= d+10=150mm,d= d+2(0.07—0.1)= （173.28—182.4）mm,這里取d=175mm, d= d+10=160 mm L=370mm, L=269mm, L1.4h=10.5,取L=15mm, L=180mm, L=T=65mm(T為軸承寬度) 查軸承樣本，選用單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑d=150 mm，外徑D=320 mm 4)軸的受力分析如下圖 圖5-11：IV軸的受力分析 L=167.5mm L=296.5mm 5) 軸的校核 F==18978.92N (5-63) F= Ftan/cos=34923 N (5-64) F= Ftan=21584 N (5-65) R= F L/L=33750 N (5-66) R = F L/L=59742 N (5-67) M=10006785 Nmm (5-68) R=(F L+ F d)/ L= 31759 N (5-69) R=(F L- F d)/ L=3164 N (5-70) M= R L=5319633 Nmm (5-71) M= R L=938126 Nmm (5-72) M=11332883 Nmm (5-73) M=938131 Nmm (5-74) 圖5-12：IV軸的載荷受力分析 T=18978920Nmm (5-75) M==11332889 Nmm (5-76) = M/W＜[]=90 Mpa滿足要求 第6章 滾動(dòng)軸承的校核 6.1 Ⅰ軸承校核 軸承類型為圓錐滾子軸承，軸承預(yù)期壽命為 由之前計(jì)算可知：F=6329N，F(xiàn)= 3856 N 軸承工作轉(zhuǎn)速n=2930 r/min P=4952 N　　　　　　　　　　?。?-1） < C　　　　　　　　　　?。?-2） 故軸承30311滿足要求 6.2 Ⅱ軸承校核 軸承類型為圓錐滾子軸承，軸承預(yù)期壽命為 由之前計(jì)算可知：F=5988N，F(xiàn)= 3701 N 軸承工作轉(zhuǎn)速n=515 r/min < C (6-3) 故軸承30314滿足要求 6.3 Ⅲ 軸承校核 軸承類型為圓錐滾子軸承，軸承預(yù)期壽命為 由之前計(jì)算可知：F=36521N，F(xiàn)= 22572 N 軸承工作轉(zhuǎn)速n=147r/min < C (6-4) 故軸承30319滿足要求 6.4 Ⅳ 軸承校核 軸承類型為圓錐滾子軸承，軸承預(yù)期壽命為 由之前計(jì)算可知：F=34923N，F(xiàn)= 21584 N 軸承工作轉(zhuǎn)速n=56 r/min < C (6-5) 故軸承30330滿足要求 第7章 減速器潤(rùn)滑方式及潤(rùn)滑劑的選擇 7.1 減速器的潤(rùn)滑方式 目前，國(guó)外礦用減速器的潤(rùn)滑方式有4種：浸油潤(rùn)滑、噴油潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、和定期注油或脂潤(rùn)滑。 （1） 浸油潤(rùn)滑 浸油潤(rùn)滑是齒輪自身浸在油中或是用一個(gè)與齒輪相嚙合的浸油輪浸在油中；在其他情況中還有用特殊的濺油盤、油輪或吸油桿的，由它們向其他零件供油和濺油。這種方法用于潤(rùn)滑高速和低速齒輪副。這時(shí)，油面的位置應(yīng)使齒輪副的大齒輪浸在油中1/3~1/4直徑。較小的齒輪靠較大的齒輪帶油并送到嚙合處進(jìn)行潤(rùn)滑。軸承是靠足夠的油面高度或?yàn)R油潤(rùn)滑的。當(dāng)傳動(dòng)零件轉(zhuǎn)速相當(dāng)高時(shí)，這種方法可以使位于不同水平面的傳動(dòng)件得到良好的潤(rùn)滑。減速器的軸布置在同一水平面和接近同一水平面，潤(rùn)滑效果最好。這種方法簡(jiǎn)單、可靠而費(fèi)用低廉，優(yōu)點(diǎn)是：潤(rùn)滑強(qiáng)度高，工作零件散熱快。對(duì)潤(rùn)滑油的雜質(zhì)和粘度降低不敏感。其缺點(diǎn)是油的容量有限（容易老化），無(wú)過(guò)濾袋可能性。 另外，考慮到如果采用浸油潤(rùn)滑，在必要時(shí)可在油池內(nèi)裝置蛇形冷卻水管，以降低油池的溫度。當(dāng)裝置蛇形管接入循環(huán)水進(jìn)行冷卻時(shí)，應(yīng)在機(jī)體的一端鑄出2個(gè)圓形凸臺(tái)，可用于接進(jìn)水管。 （2） 噴油潤(rùn)滑 如果個(gè)傳動(dòng)件所在的水平相差很大，且有低速齒輪副，則采用噴油潤(rùn)滑。這時(shí)，由專用油泵供油，其吸油管所在位置應(yīng)保證油面在最低允許水平時(shí)，它也總能浸在油里。這種潤(rùn)滑方法效果很好。它的優(yōu)點(diǎn)死可以避免攪油損耗，油可以在循環(huán)中過(guò)濾、冷卻并進(jìn)行監(jiān)控，還可以將油直接引入軸承。油量可按要求引走的熱量加以核計(jì)?？梢园妖X輪箱用作油箱或把置于箱體外面的容器作油箱。外置油箱也可由多個(gè)裝置供油，保證高處和遠(yuǎn)離油池的傳動(dòng)零件得到正常潤(rùn)滑。但是，這種方法對(duì)潤(rùn)滑油的潔凈有較高的要求，必須經(jīng)常檢查系統(tǒng)的工作。 對(duì)于1000kW以上的大型減速器，其熱功率所占機(jī)械功率的百分比很低，采用一般的散熱裝置難以見(jiàn)效。同時(shí)這一類型減速器，通常是負(fù)荷大，轉(zhuǎn)速也比較高，不適宜采用油池潤(rùn)滑。為了提高熱功率并改善其潤(rùn)滑條件，這一類減速器采用循環(huán)球強(qiáng)迫潤(rùn)滑方式，即在減速器機(jī)體之外設(shè)置專門的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑方式，即在減速器機(jī)體之外設(shè)置專門的潤(rùn)滑油循環(huán)系統(tǒng)，并對(duì)油箱及各零件進(jìn)行冷卻。這樣，可提高潤(rùn)滑油進(jìn)油與出油的溫度差，更好地實(shí)現(xiàn)熱交換散熱。 由齒輪裝置的熱平衡進(jìn)行計(jì)算噴油量。其估算式為 式中 b：齒輪的寬度，mm。 總油量Q，當(dāng)用裝在外面的集油箱時(shí)，油量的循環(huán)時(shí)間常為4~30min，在從油箱中吸油時(shí)，則為0.5~2.5min，其計(jì)算值 (7-1) （3） 油霧潤(rùn)滑 油在一個(gè)包含儲(chǔ)油器的設(shè)備中變成霧狀，然后用低壓噴射油霧。在圓周速度左右的小型齒輪傳動(dòng)中，可以將油霧送到封閉的齒輪箱中，然后潤(rùn)滑所在的內(nèi)部零件。在速度較高時(shí)，可在嚙合區(qū)的前方用噴嘴直接向嚙合輪齒噴油霧。噴嘴孔離齒頂圓的距離約為10mm最佳。多數(shù)齒輪油度能霧化，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有因密封性不好而產(chǎn)生的磨損，能有效地防止箱體內(nèi)所有零件生銹。缺點(diǎn)為：不能通過(guò)油散熱，因此不宜用于載荷較大和速度較高之處。 （4） 定期注油或脂潤(rùn)滑 個(gè)別獨(dú)立地點(diǎn)的潤(rùn)滑，通常是靠定期地用壓力注油器，向其擠入潤(rùn)滑油。壓力注油器可以是固定裝在供油點(diǎn)的，也可以是供油時(shí)才接上去的。這種方法通常用于沒(méi)有地方安排單獨(dú)油池，不希望潤(rùn)滑點(diǎn)與公共油池連通及潤(rùn)滑轉(zhuǎn)速不高，載荷不很大，不要求散熱很快的零件（低速軸的軸承，牽引機(jī)構(gòu)導(dǎo)向鏈輪的軸承）等情況。 7.2潤(rùn)滑劑的選取 只要粘度足夠，應(yīng)當(dāng)毫無(wú)例外地優(yōu)先采用潤(rùn)滑油。它可以很容易地引入輪齒嚙合并把摩擦熱帶走。只有在低速運(yùn)行場(chǎng)合，開(kāi)式傳動(dòng)或主要為部分受載或間歇運(yùn)行的閉式傳動(dòng)的減速器，才采用潤(rùn)滑脂。 根據(jù)圓周速度決定潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式，方法見(jiàn)