二级圆锥圆柱斜齿轮减速器说明书.doc

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1、目录第1章 选择电动机和计算运动参数31.1 电动机的选择31.2 计算传动比：41.3 计算各轴的转速：41.4 计算各轴的输入功率：51.5 各轴的输入转矩5第2章 齿轮设计52.1 高速锥齿轮传动的设计52.2 低速级斜齿轮传动的设计13第3章 设计轴的尺寸并校核。193.1 轴材料选择和最小直径估算193.2 轴的结构设计203.3 轴的校核243.3.1 高速轴243.3.2 中间轴273.3.3 低速轴30第4章 滚动轴承的选择及计算344.1.1 输入轴滚动轴承计算344.1.2 中间轴滚动轴承计算364.1.3 输出轴滚动轴承计算37第5章 键联接的选择及校核计算395.1 输

2、入轴键计算395.2 中间轴键计算395.3 输出轴键计算40第6章 联轴器的选择及校核406.1 在轴的计算中已选定联轴器型号。406.2 联轴器的校核41第7章 润滑与密封41第8章 设计主要尺寸及数据41第9章 设计小结43第10章 参考文献：43第1章 选择电动机和计算运动参数1.1 电动机的选择1. 带式运输机所需的功率：P=2. 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（圆锥齿轮传动），=0.97（圆柱斜齿轮传动），=0.96（卷筒）.所以总传动效率：= = =0.8083. 计算电动机的输出功率：=kw3.79kw4. 确定电动

3、机转速：查机械设计课程设计指导书表2.1，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=90r/min ，所以电动机转速范围为 。则电动机同步转速选择可选为1000r/min，1500r/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1000r/min，电动机选择如表所示 表1型号额定功率/kw满载转速r/min轴径D/mm伸出长E/mm启动转矩最大转矩额定转矩额定转矩Y132M1-6496038802.02.01.2 计算传动比：2. 总传动比：3. 传动比的分配：，=3，成立=41.3 计算各轴的转速： 轴 轴 轴 1

4、.4 计算各轴的输入功率： 轴 轴 轴 =3.530.980.97=3.36kw 卷筒轴 1.5 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩故轴 3.73 轴 轴 卷筒轴 第2章 齿轮设计2.1 高速锥齿轮传动的设计(二) 选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数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 由机械设计第八版西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著的教材 表101选择小齿轮材料和大齿轮材料如下： 表 2齿轮型号材料牌号热处理方法强度极限屈服极限硬度（HBS）硬度（HBS）齿芯部齿面部小齿轮45Cr调质处理700500241286

5、270大齿轮45调质处理650360217255230二者硬度差约为40HBS。4. 选择小齿轮齿数24，则：，取。实际齿比5. 确定当量齿数 ， 。(三) 按齿面接触疲劳强度设计 1. 确定公式内的数值1) 试选载荷系数2) 教材表106查得材料弹性系数（大小齿轮均采用锻钢）3) 小齿轮传递转矩 3.734) 锥齿轮传动齿宽系数。5) 教材1021d图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；1021c图按齿面硬度查得大齿轮接触疲劳强度极限。6) 按式(1013)计算应力循环次数；7) 查教材1019图接触疲劳寿命系数，。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 =

6、2. 计算1) 计算小齿轮分度圆直径（由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计） = =64.278 mm2) 计算圆周速度 3) 计算齿宽b及模数 27.851mm mm4) 齿高 5) 计算载荷系数K由教材102表查得：使用系数使用系数=1；根据v=2.74m/s 、8级精度按第一级精度，由108图查得：动载系数=1.22；由103表查得：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(四) 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 由教材105表得：， ； ，

7、。3) 教材1020图c按齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳极限 ；教材1020图b按齿面硬度查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限 。4) 教材1018图查得弯曲疲劳寿命系数 。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（按大齿轮） = =2.5mm对比计算结果，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2.5 mm并就近圆整为标准值 mm（摘自机械原理教程第二版清华大学出版社 4

8、.11 锥齿轮模数（摘自GB/T123681990），而按接触强度算得分度圆直径=77.601mm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1.2%，且在误差范围内。(五) 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) 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=38mm。则：圆整后小齿宽 ，大齿宽 。9. 当量齿数 ，10. 分度

9、圆齿厚 11. 修正计算结果：1) 由教材105表查得：， ； ， 。2) ，再根据8级精度按教材108图查得：动载系数=1.23；由103表查得：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 = =785) = ， ，大齿轮的数值大，按大齿轮校核。6) = =2.38mm实际，均大于计算的要求值，故齿轮的强度足够。 (六) 齿轮结构设计 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2结构草图如图。高速级齿轮传动的尺寸见表 大锥齿轮结构 草图表3 大锥齿轮结构尺寸 名称结构

10、尺寸及经验公式计算值锥角锥距R111.925mm轮缘厚度10.5mm 大端齿顶圆直径212.107mm榖空直径D由轴设计而定45mm轮毂直径72mm轮毂宽度L 取49.5mm腹板最大直径由结构确定172mm板孔分布圆直径122mm板孔直径由结构确定20mm腹板厚度15mm 表4 高速级锥齿轮传动尺寸名称计算公式计算值法面模数3 mm锥角齿数2670传动比2.69分度圆直径78mm210mm齿顶圆直径 83.625mm212.107mm齿根圆直径70.970mm207.367mm锥距 111.925mm齿宽38mm38mm2.2 低速级斜齿轮传动的设计(七) 选定齿轮类型精度等级材料及齿数1.

11、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240HBS，大齿轮材料为45刚正火，平均硬度为200HBS，二者材料硬度差为40HBS。4. 齿数选择 选小齿轮齿数，根据传动比，则大齿轮齿数，取=80。 实际传动比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。 3) 查课本表10-7选取齿宽系数。4) 查课本表10-6得材料的弹性影响系数。5) 教材1021d图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；1021c图按齿面

12、硬度查得大齿轮接触疲劳强度极限。6) 按式(1013)计算应力循环次数7) ；8) 查教材1019图接触疲劳寿命系数，。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 = =30mm，取联轴器孔直径为30mm，轴孔长度L联=82mm，Y型轴孔，A型键，联轴器从动端代号LH3 38*82GB/T50142003，相应的轴段 的直径d1=30mm。其长度略小于孔宽度，取L1=80mm半联轴器与轴的配合为。（3）轴承与轴段和的设计 在确定轴段的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。 若联轴器采用轴肩定位，其值最终由密封圈确定该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毡圈油封，

13、查表初选毡圈。考虑该轴为悬臂梁，且有轴向力的作用，选用圆锥滚子轴承，初选轴承3208，由表得轴承内径d=40mm，外径D=80mm，宽度B=18mm，内圈定位直径da=47mm，轴上力作用点与外圈大端面的距离故d3=47mm，联轴器定位轴套顶到轴承内圈端面，则该处轴段长度应略短于轴承内圈宽度，取L3=17mm。该减速器锥齿轮的圆周速度大于2m/s，故轴承采用油润滑，由齿轮将油甩到导油沟内流入轴承座中。通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则d5=47mm，其右侧为齿轮1的定位轴套，为保证套筒能够顶到轴承内圈右端面，该处轴段长度应比轴承内圈宽度略短，故取L5=17mm，轴的配合为公差为k6。（4）

14、由箱体结构，轴承端，装配关系，取端盖外端面与联轴面间距L=30,故去L2 =45mm,又根据大带轮的轴间定位要求以及密封圈标准，取d2 =35mm。（5）齿轮与轴段的设计，轴段上安装齿轮，小锥齿轮处的轴段采用悬臂结构，d6 =35mm，L6 =63mm。选用普通平键10 8 40mm,小锥齿轮与轴的配合为。（6）因为d4 为轴环段，应大于d3 ，所以取d4 =47mm，又因为装配关系箱体结构确定L4 =102mm。列表轴段dL130mm80mm235mm40mm340mm17mm447mm102mm540mm17mm635mm63mm3.2.2 中间轴直径长度确定(1) 轴承部件的结构设计 为

15、方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故 轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计(2) 轴段及轴段的设计 该轴段上安装轴承，此段设计应与轴承的选择设计同步进行。考虑到齿轮上作用较大的轴向力和圆周力，选用圆锥滚子轴承。轴段及轴段上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。根据dmin=45mm，取轴承30209，由表得轴承内径d=45mm，外径D=85mm，宽度B=19mm，故d1=45mm，=42mm。通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则d5=45mm，=40mm。轴的配合为公差为m6。齿轮轴段与轴段的设计 轴段上安装齿轮3

16、，轴段上安装齿轮2。为于 齿轮的安装，d2和d4应略大于d1和d5，选 d2=50mm，d5 =60mm。由于齿轮的直径比较小，采用齿轮轴，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定，齿轮2轮廓的宽度范围为（1.21.5）d4=7290mm，取其轮毂宽度，其左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段长度应比齿轮2的轮毂略短，故L2 =36mm。选用普通平键14 9 56mm大锥齿轮与轴的配合为。轴段的设计 该段位中间轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为（0.070.1)d2=3.55mm，所以可得d3 =50mm，=30mm。 轴段dL140mm31mm245mm36

17、mm350mm30mm445mm66mm540mm40mm3.2.3 输出轴长度、直径设置。（1）轴承部件的结构设计 为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故 轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计。（2）由表查得GB/T5014-2003中的LX3型联轴器符合要求：公称转矩为1250Nmm，许用转速4750r/min，轴孔范围为3048mm。取联轴器孔直径为45mm，轴孔长度L联=112mm，J1型轴孔，A型键，联轴器从动端代号为LX3 45*84GB/T50142003，相应的轴段 的直径d1=45mm。其长度略小于孔宽度，取L1=

18、82mm。，半联轴器与轴的配合为。（3） 密封圈与轴段的设计 在确定轴段的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。 若联轴器采用轴肩定位，轴肩高度h=（0.070.1）d1=（0.070.1）*45mm=3.154.5mm。轴段的轴径d2=d1+2*（3.154.5）mm，其值最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毡圈油封，取 d2=50mm，=40mm。（4） 轴承与轴段和轴段的设计 考虑齿轮油轴向力存在，但此处轴径较大，选用角接触球轴承。轴段上安装轴承，其直径应既便于安装，又符合轴承内径系列。现取轴承为30211 由表得轴承内径d=50mm，外径D=100mm，宽度

19、B=21mm。所以取d3 =55mm，由于该减速器锥齿轮的圆周速度大于2m/s，轴承采用油润滑，无需放挡油环，取L3=42mm。为补偿箱体的铸造误差，取轴承靠近箱体内壁的端面与箱体内壁距离。通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则d7=55mm，轴段的长度为=44mm。轴的配合为公差为m6。（5） 齿轮与轴段的设计 轴段上安装齿轮4，为便于齿轮的安装，d6应略大于d7，齿轮4轮廓的宽度范围为（1.21.5）*57=68.485.5mm，所以取d6 =70mm，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段长度应比齿轮4的轮毂略短，取L6=68mm轴段和轴段的设计 轴段为

20、齿轮提供轴向定位作用，定位轴肩的高度为h=（0.070.1)d6=4.97mm，取h=7mm,则d5=80mm，L5=1.4h=9.8mm，取L5=20mm。轴段的直径可取轴承内圈定位直径，即d4=70mm，则轴段的长度=20mm。大斜齿轮与轴的配合为。轴段dL140mm78mm245mm40mm350mm20mm460mm73mm566mm10mm655mm57mm750mm44mm3.3 轴的校核3.3.1 高速轴(一) 轴的力学模型建立(二) 计算轴上的作用力小锥齿轮1：圆周力 径向力 轴向力 (三) 计算支反力1. 计算垂直面支反力（H平面）如图由绕支点1的力矩和 则：则 。2. 计算

21、水平面支反力（V平面）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。 弯矩 2. 绘水平面弯矩图，如图所示. 弯矩： 3. 合成弯矩图 如图 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。由所引起的教材151查得轴的许用应力应用第三强度理论 由轴为单向旋转 取 =0.6故强度足够。3.3.2 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（H平面）如图由绕支点A的力矩和 则：同理则 。2. 计算水

22、平面支反力（V平面）与上步骤相似，计算得： ，(四) 绘扭矩和弯矩图6. 垂直面内弯矩图如上图。 弯矩 弯矩 7. 绘水平面弯矩图，如图所示. 弯矩： 弯矩： 8. 合成弯矩图 如图 最大弯矩值 ： 9. 转矩图 10. 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。由所引起的教材151查得轴的许用应力应用第三强度理论由轴为单向旋转 取 =0.6故强度足够。3.3.3 低速轴(一) 轴的力学模型建立(二) 计算轴上的作用力斜大圆齿4：圆周力 径向力 轴向力 (三) 计算支反力1. 计算垂直面支反力（H平面）如图由绕支点5的力矩和 则：同理则 。2. 计算水平面支反力（V平面）与上

23、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。 弯矩 2. 绘水平面弯矩图，如图所示. 弯矩： 11. 合成弯矩图 如图 最大弯矩值 ： 12. 转矩图 13. 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。由所引起的教材151查得轴的许用应力应用第三强度理论由轴为单向旋转 取 =0.6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5处是齿轮轴，故5处不是危险截面。直径60mm到直径为66mm轴肩截面是危险截面。需对截面进行校核。2. 轴的材料的机械性能根据选定的轴的材料45钢，调质处

24、理，由所引用教材表151查得：。取3. 截面上的应力抗弯截面系数抗扭截面系数截面左侧=175900 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，所以只需考虑过盈配合的综合影响系数。 由附表3-2查取 查附图3-1得所以由附图3-2、3-3查得轴按磨削加工，由教材附图34求出表面质量系数：。故得综合影响系数： 5. 疲劳强度校核 查P25页得轴在截面的安全系数为：取许用安全系数，故截面强度足够。第4章 滚动轴承的选择及计算4.1.1 输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计

25、表15-7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3208（GB/T 297-1994），其尺寸为， ，e=0.37,Y=1.6,载荷水平面H垂直面V支反力F则 因为则轴有右移的倾向。轴承1压紧，轴承2放松。则，由表13-5得轴承1，轴承2：由表13-6得 取 因为故合格。4.1.2 中间轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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3208，其尺寸为 ， 载荷水平面H垂直面V支反力F则则轴有左移的倾向。轴承3压紧，轴承4放松。则，则由表13-5得轴承3，轴承4：由表13-6得 取则故合格4.1.3

26、输出轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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3210，其尺寸为 ， 载荷水平面H垂直面V支反力F则则轴有右移的倾向。轴承6压紧，轴承5放松。则，则由表13-5得轴承5，轴承6：由表13-6得 取则故合格第5章 键联接的选择及校核计算5.1 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，；则键联接所受的应力为： 故单键即可。校核小锥齿轮处的键连接，该处选用普通平键尺寸为，接触长度，；则键联接所受的应力为： 故单键即可。5.2 中间轴键计算校核大锥齿轮处的键连接，该处选用普通平键尺寸为，接

27、触长度，；则键联接所受的应力为： 故单键即可。5.3 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，接触长度，；则键联接所受的应力为：故单键即可。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，；则键联接所受的应力为： 故单键即可。第6章 联轴器的选择及校核6.1 在轴的计算中已选定联轴器型号。1. 输入轴选LH3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630，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80mm。2. 输出轴选金属滑块联轴器，其公称转矩为500，半联轴器的孔径半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为80m。6.2 联轴器的校核查表14-1得 第

28、7章 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。第8章 设计主要尺寸及数据 表11-1铸铁减速器机体机构尺寸计算表名称符号尺寸关系结果mm机座壁厚0.0125（d1+d2）88机盖壁厚8机座凸缘厚度b1.512机盖凸缘厚度b11.512机座底凸缘厚度

29、P2.520地脚螺钉直径12地脚螺钉数目n44轴承旁连接螺栓直径d10.75 df10机盖机座连接螺栓直径d2(0.50.6)df6连接螺栓d2的间距150200180轴承端盖螺钉直径d3(0.40.5)df 6窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4)df4定位销直径d(0.70.8) d25df d1 d2 至外机壁距离c12020df、d2之凸缘的距离c21818轴承旁凸台半径R199凸台高度h4040外机壁至轴承座端面距离L1c1+c2+(510)40内机壁至轴承座端面距离L258大齿轮顶圆与内机壁距离12齿轮端面与内机壁距离16机盖、机座肋厚m1,m2m10.85,m20.858轴承端盖外

30、径D2D+(55.5)d3120轴承端盖凸缘厚度e1.2d38轴承旁连接螺栓距离s140第9章 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、互换性与技术测量、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。第10章 参考文献：1濮良贵 纪名刚主编机械设计（第八版）高等教育出版社。2王连明 宋宝玉主编机械设计课程设计（第三版）哈尔滨工业大学出版社。3孙恒主编机械原理第七版高等教育出版社。4荣涵锐主编机械设计课程设计简明图册哈尔滨工业大学出版社。5刘鸿文主编材料力学第五版高等教育出版社。6廖念钊 古营菴 莫雨松 李硕根 杨兴骏编著互换性与技术测量第五版中国计量出版社。