二级圆锥圆柱齿轮减速器.doc

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1、制造学院机械设计课程设计说明书设计题目：二级圆锥圆柱齿轮减速器（用于带式输送机传动装置中）专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：2014年1月3日设计计算说明书 设计任务书3 电动机的选择 4 高速轴齿轮传动的设计 6 低速级圆柱齿轮传动的设计 14 设计轴的尺寸并校核 19 轴的校核(中间轴) 22 滚动轴承的选择及计算27键联接的选择及校核计算29联轴器的选择29 润滑与密封 30 设计小结 30 参考文献 31机械设计课程设计任务书设计题目：带式运输机圆锥圆柱齿轮减速器设计内容：（1）设计说明书（一份）（2）减速器装配图（1张）（3）减速器零件图（不低于

2、3张系统简图：-原始数据：运输带拉力 F=4800N，运输带速度 ，卷筒直径 D=500mm 工作条件：1、 两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35C；2、 使用折旧期：8年；3、 检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；4、 动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；5、 运输带速度允许误差：5%；6、 制造条件及生产批量：一般机械厂生产制造，小批量生产； 计算与说明 主要结果一设计步骤：电动机的选择1. 计算带式运输机所需的功率：P=6kw2. 各机械传动效率的参数选择：=0.99（弹性联轴器）， =0.98（圆锥滚子轴承），=0.96（圆

3、锥齿轮传动），=0.97（圆柱齿轮传动），=0.96（卷筒）.所以总传动效率：= = =0.8083. 计算电动机的输出功率：=kw7.43kw4. 确定电动机转速：查表选择二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比合理范围 =1025,工作机卷筒的转速=47.77 r/min ， 。则电动机同步转速选择可选为 750r/min，1000r/min。考虑电动机和传动装置的尺寸、价格、及结构紧凑和 满足锥齿轮传动比关系，故首先选择750r/min，电动机选择如表所示 型号额定功率/kw满载转速r/min启动转矩最大转矩额定转矩额定转矩Y160L-87.57202.02.0计算传动比：2. 总传动比：3. 传动

4、比的分配：，=3，不成立。所以=3 =5.024计算各轴的转速： 轴 轴 轴 计算各轴的输入功率： 轴 轴 轴 =6.920.980.97=6.714kw 卷筒轴 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩故轴 9.6624 轴 轴 卷筒轴 二、 高速轴齿轮传动的设计1. 按传动方案选用直齿圆锥齿轮传动2. 输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。3. 材料选择 由机械设计选择小齿轮材料和大齿轮材料如下： 齿轮型号材料牌号热处理方法强度极限屈服极限硬度（HBS）平均硬度（HBS）齿芯部齿面部小齿轮45调质处理650360217255236大齿轮45正火处理580290162217189.5二者硬

5、度差约为45HBS。4. 选择小齿轮齿数25，则：，取。实际齿比5. 确定当量齿数 6. ， 。(一) 按齿面接触疲劳强度设计 其中1) 试选载荷系数2) 教材表106查得材料弹性系数3) 小齿轮传递转矩 9.66244) 锥齿轮传动齿宽系数。5) 教材查得小齿轮的接触疲劳强度极限；按齿面硬度查得大齿轮接触疲劳强度极限。6) 循环次数；7) 查教材接触疲劳寿命系数，。8) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1，则 = =1.232. 计算1) 计算小齿轮分度圆直径 = =102.56mm2) 计算圆周速度 3) 计算齿宽b及模数 53.51mm mm4) 齿高 5) 计算载

6、荷系数K由教材=1；根据v=3.09m/s 、8级精度，动载系数=1.18；齿间载荷分配系数=；取轴承系数 =1.25，齿向载荷分布系数=所以：6) 按实际载荷系数校正所算得分度圆直径 7) 就算模数： mm(二) 按齿根弯曲疲劳强度设计m1. 确定计算参数1) 计算载荷 2) 查取齿数系数及应了校正系数 ， ； ， 。3) 按齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳极限 ；按齿面硬度查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限 。4) 弯曲疲劳寿命系数 。5) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 。 6) 计算大小齿轮的并加以比较， = ， ，大齿轮的数值大。2. 计算 = =1797mm对比计算结果

7、，由齿面接触疲劳计算的模m大于由齿根弯曲疲劳强度的模数，又有齿轮模数m的大小要有弯曲强度觉定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径有关。所以可取弯曲强度算得的模数2.671 mm并就近圆整为标准值 mm而按接触强度算得分度圆直径=110mm重新修正齿轮齿数，,取整，则，为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，一般应互为质数。故取整。则实际传动比，与原传动比相差1.01%，且在误差范围内。(三) 计算大小齿轮的基本几何尺寸1. 分度圆锥角：1) 小齿轮 2) 大齿轮 2. 分度圆直径：1) 小齿轮 2) 大齿轮 3. 齿顶高 4. 齿根高 5. 齿顶圆直径：1) 小齿轮 2)

8、 大齿轮 6. 齿根圆直径：1) 小齿轮 2) 大齿轮 7. 锥距 8. 齿宽 ，（取整）b=59mm。9. 当量齿数 ，10. 分度圆齿厚 11. 修正计算结果：1) ：， ； ， 。2) ，再根据8级精度按教材查得：动载系数=1.18；齿间载荷分配系数=；取轴承系数 =1.25，齿向载荷分布系数=3)4) 校核分度圆直径 = =1035) = ， ，大齿轮的数值大，按大齿轮校核。6) = =2.69mm实际，均大于计算的要求值，故齿轮的强度足够。 (四) 轮结构设计 小齿轮1由于直径小，采用实体结构；大齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按经验公式和后续设计的中间轴配合段直径计算，见下表；大齿轮

9、2结构草图如图。高速级齿轮传动的尺寸见表名称结构尺寸及经验公式计算值锥角锥距R176mm轮缘厚度11mm 大端齿顶圆直径337mm榖空直径D由轴设计而定 50mm轮毂直径 80mm轮毂宽度L 取55mm腹板最大直径由结构确定160mm板孔分布圆直径 120mm板孔直径由结构确定 12mm腹板厚度 18mm 高速级锥齿轮传动尺寸名称计算公式计算值法面模数4.4 mm锥角齿数2576传动比3.04分度圆直径132mm334mm齿顶圆直径 140mm337mm齿根圆直径92.382mm228.164mm锥距 176mm齿宽45mm40mm三、 低速级圆柱齿轮传动的设计(一) 选定齿轮类型精度等级材料

10、及齿数1. 按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。2. 经一级减速后二级速度不高，故用8级精度。3. 齿轮材料及热处理小齿轮选用45钢调质，平均硬度为235HBS，大齿轮材料为45刚正火，平均硬度为190HBS，二者材料硬度差为40HBS。4. 齿数选择 选小齿轮齿数，根据高速级传动比，得低速级传动比，则大齿轮齿数，取=120。 实际传动比 传动比误差=0.00015，在允许误差范围内。5. 选取螺旋角。初选螺旋角=14。（二） 按齿面接触强度设计1. 确定各参数的值:1) 试选载荷系数=1.62) 计算小齿轮传递的扭矩。T2=6.923) 查课本选取齿宽系数。4) 查课本得材料的弹性影响系数。5)

11、 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；按齿面硬度查得大齿轮接触疲劳强度极限。6) 计算应力循环次数7) ；8) 接触疲劳寿命系数，。9) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1，则 = = 1.2310) 选取区域系数 Z=2.433。11) 查课本得，则=0.788+0.865=1.653 。2. 计算1) 试算小齿轮分度圆直径d，由计算公式得 =64.14mm2) 计算圆周速度 3) 计算齿宽b和模数 b= 4) 齿高 =5) 计算纵向重合度 6) 计算载荷系数K 已知使用系数，根据v=1.03m/s，8级精度，查课本得动载系数；K=1.46；K=1.35；。 故载荷

12、系数 7) 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 8) 计算模数=（三） 按齿根弯曲强度设计1. 确定计算参数1) 计算载荷系数 2) 小齿轮传递的扭矩3) 根据纵向重合度，螺旋角影响系数=0.88。4) 计算当量齿数 5) 查取齿形系数和应力校正系数 。6) 计算弯曲疲劳许用应力 齿轮弯曲疲劳强度极限。 弯曲疲劳寿命系数。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则 7) 计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大，选用大齿轮。2. 设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，又有齿轮模数m的大小要有弯曲强度觉定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载

13、能力仅与齿轮直径有关，所以可取弯曲强度算得的模数1.977 mm并就近圆整为标准值，而按接触强度算得分度圆直径=71.626mm重新修正齿轮齿数 ,取整，则，为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，一般应互为质数。故取整。实际传动比，与原分配传动比4.038基本一致，相差0.2%。3. 几何尺寸计算1) 计算中心距 将中心距圆整为181mm。2) 按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos3) 计算大小齿轮的分度圆直径4) 计算齿轮宽度 圆整后取b=72mm小齿轮，大齿轮 。4. 齿轮结构设计 名称结构尺寸经验计算公式计算值榖空直径d由轴设计而定d=d轴50mm轮毂直径80mm轮毂宽度L75mm

14、（取为与齿宽相等）腹板最大直径268mm板孔分布圆直径174mm板孔直径（4765.8）mm腹板厚度C18mm 低速级圆柱斜齿轮传动尺寸名称计算公式计算值法面模数2.5mm法面压力角螺旋角齿数28113传动比4.036分度圆直径72.006mm290.113mm齿顶圆直径77.006mm295.113mm齿根圆直径65.756mm283.863mm中心距 181mm齿宽80mm75mm四、 设计轴的尺寸并校核。(一) 轴材料选择和最小直径估算 1. 高速轴：，1) 联轴器传递的名义转矩=9550计算转矩 2) 则选取LX3型联轴器。其中：公称转矩，联轴器孔直径 d=（30、32、35、38、4

15、0、42、45、48）满足电机直径d电机= 42 mm。3) 确定轴的最小直径。根据d轴=（0.81.2）d电机，所以。取2. 中间轴：。该处轴有一键槽，则：，另考虑该处轴径尺寸应大于高速级轴颈处直径，取 。3. 低速轴：。考虑该处有一联轴器和大斜齿圆柱齿轮，有两个键槽，则：， 取整：。(二) 轴的结构设计A. 高速轴的结构设计 高速轴轴系的结构如图上图所示。1) 各轴段直径的确定 ：最小直径，安装与电动机相连联轴器的轴向外伸轴段，。 ：根据大带轮的轴向定位要求以及密封圈标准，取45mm3.轴承处轴段，根据圆锥滚子轴承30210 确定轴径50mm4.轴环段取60mm5.轴承处根据轴承取50mm

16、6.小锥齿轮处取40mm2) 轴各段长度1. 由选择的联轴器取60mm2. 由箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定40mm3. 由圆锥滚子轴承确定20mm4. 由装配关系、箱体结构确定110mm5. 由圆锥滚子轴承确定20mm6. 由套筒及小锥齿轮确定63mmB. 中间轴直径长度确定1）初步选定圆锥滚子轴承，因轴承同时承有径向力和轴向力的作用，故选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=40mm，轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承选用型号为30209，其主要参数为：d=45，D=85，T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,所以取其直径45mm。 2）因为安装

17、小斜齿轮为齿轮轴，其齿宽为80mm，直径为77.006mm，所以长80mm直径77.006mm。 3)轴的轴环段直径60mm，长10mm。C. 输出轴长度、直径设置。1）初步选定圆锥滚子轴承，因轴承同时承有径向力和轴向力的作用，故选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=40mm，轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承选用型号为30209，其主要参数为：d=45，D=85，T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,所以取其直径45mm。 2）因为安装大斜齿轮，其齿宽为75mm，所以长75mm直径50mm。 3)轴的轴环段直径60mm，长10mm。 4）过渡轴直径5

18、0mm 长度58mm 5）轴承端直径45mm，长度42mm 6）箱盖密封轴直径40，长度35mm 7)选择联轴器的直接35mm，长度60mm。五、 轴的校核(中间轴)(一) 轴的力学模型建立(二) 计算轴上的作用力大锥齿轮2：圆周力 径向力 轴向力 斜小圆齿3：圆周力 径向力 轴向力 (三) 计算支反力1. 计算垂直面支反力如图由绕支点A的力矩和 则：同理：.则 ，计算无误。2. 计算水平面支反力与上步骤相似，计算得： ，(四) 绘扭矩和弯矩图1. 垂直面内弯矩图如上图。 C处弯矩 左= D处弯矩 2. 绘水平面弯矩图，如图所示. C处弯矩： D处弯矩： 3. 合成弯矩图 如图 C处最大弯矩值

19、 ： D处最大弯矩值： 4. 转矩图 5. 弯扭合成强度校核进行校核时，根据选定轴的材料45钢调质处理。轴的许用应力应用第三强度理论远大于计算尺寸。故强度足够。(五) 安全系数法疲劳强度校核1. 判断危险截面对照弯矩图、转矩图和结构图，从强度、应力集中方面分析，因C处是齿轮轴，故C处不是危险截面。D截面是危险截面。需对D截面进行校核。2. 轴的材料的机械性能根据选定的轴的材料45钢，。取3. D截面上的应力因D截面有一键槽，。所引：抗弯截面系数抗扭截面系数弯曲应力幅，弯曲平均应力；扭转切应力幅，平均切应力。4. 影响系数D截面受有键槽和齿轮的过盈配合的共同影响，但键槽的影响比过盈配合的影响小，

20、所以只需考虑过盈配合的综合影响系数。用插值法求出：，取，轴按磨削加工，求出表面质量系数：。故得综合影响系数： 5. 疲劳强度校核轴在D截面的安全系数为：取许用安全系数，故C截面强度足够。校核高速轴及输出轴校核该轴与中间轴方法一样，故步骤省略。经校核后，两轴强度足够。六、 滚动轴承的选择及计算1. 输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，单列圆锥滚子轴承30210，其尺寸为， ，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则，则 则故合格。2. 中间轴和输出轴轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30209，其尺寸为， 载荷水平面H垂直面V支反力F则则则，则 则故合格七、 键联接的选择及校

21、核计算1. 输入轴键计算校核联轴器处的键连接，该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。2. 中间轴键计算校核联轴器处的键连接，该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。3. 输出轴键计算校核圆柱齿轮处的键连接，该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。八、 联轴器的选择在轴的计算中已选定联轴器型号。1. 输入轴选HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。2. 输出轴选选HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630

22、000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。九、 润滑与密封齿轮采用浸油润滑，由机械设计（机械设计基础）课程设计表16-1查得选用N220中负荷工业齿轮油（GB5903-86）。当齿轮圆周速度时，圆锥齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。由于大圆锥齿轮，可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承，并通过油槽润滑其他轴上的轴承，且有散热作用，效果较好。密封防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。十、 设计小结这次关于带式运输机上的两级圆锥圆柱齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的

23、实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过两个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、工程材料、机械设计（机械设计基础）课程设计等于一体。这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想、训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反应和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操

24、作能力。十一、 参考文献：1机械设计课程设计指导书（第二版） ，高等教育出版社，龚溎义主编，罗圣国等编。2011.8（2012.12重印）2机械设计，武汉理工大学出版社，杨明忠，朱家诚主编，2001.10（2013.7重印）3机械设计课程设计手册（第四版），高等教育出版社，吴宗泽等主编，2012.5（2013.1重印）4机械原理，西南交通大学出版社，赵登峰，陈永强，邓茂云主编，2012.1同步转速为750r/min确定电机Y系列三相异步电动机，型号为Y160L-8，额定功率7.5kW，满载转速720r/min，45号钢调质。小齿轮齿面硬度为236HBS，大齿轮齿面硬度为189.5HBS，31