二级圆锥圆柱齿轮减速器说明书.doc

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1、 机械设计课程设计说明书 设计题目：圆锥圆柱齿轮减速器 学 院： 年级专业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期：目录一、 传动方案的拟定3二、 电动机的选择及传动比的确定41 性能参数及工作情况42 电动机型号的选择43 传动比的分配5三、 运动和动力参数计算6四、 传动零件的设计计算81 高速级直齿圆锥齿轮的设计计算82 低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算12五、 轴的计算191 轴的设计192 输出轴的弯扭强度校核24六、 键的选择和键连接的强度校核30七、 滚动轴承的选择及基本额定寿命计算32输出轴处轴承校核32八、 联轴器的选择34九、 润滑和密封的选择35十、 其他技术说明36十一

2、、 典型零件三维建模38十二、 设计小结40十三、 参考文献41设计及计算过程结果一、 传动方案的拟定 本设计要求设计一带式输送机传动装置二级圆锥圆柱齿轮减速器，动力装置为三相异步电动机，工作装置为卷筒。工作地点为煤场，承受中等冲击的载荷，中批生产，六年一班。为提高传动稳定性以及传动效率，将圆锥齿轮布置在高速级，采用直齿齿轮。圆柱齿轮布置在低速级，采用斜齿齿轮。其整体传动装置简图如图所示：图1-1.减速器机构简图设计及计算过程结果二、 电动机的选择及传动比的确定1 性能参数及工作情况输送机卷筒力：F=1335N 输送机卷筒直径：D=0.27m输送机卷筒速度：V=1.55m/s使用地点：煤场 生

3、产批量：中批载荷性质：中等冲击 使用年限：六年一批2 电动机型号的选择 根据煤场的使用条件选用Y系列（IP44）三相异步电动机，即封闭自扇冷氏鼠笼型三相异步电动机，能防止灰尘，铁屑，或其他杂物的进入。1）输送机所需工作功率： 2）传动效率的计算：根据机械设计课程设计指导手册表12-10有 弹性联轴器（ 2对 ）传动效率： 圆锥齿轮（8级精度）传动效率： 圆锥齿轮（8级精度）传动效率： 圆锥滚子轴承（4对）传动效率： 运 输 滚 筒 的 传 动 效 率 ： 总传动效率： 3）电动机输出有效功率： 根据输出的有效功率选用Y100-L2-4的电机，其主要性能参数如下：表2-1 Y100L2-4型电机

4、性能参数电动机型号额定功率（Kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min） Y100-L2-43.0150014302.2 2.33 传动比的分配1）运输机的转速： 2）总 传 动 比： 取圆锥齿轮传动比： 取圆柱齿轮传动比： F=1335ND=0.27mV=1.55m/sPW=2.155kw=0.833Kw电动机型号：Y100-L24i=13.043设计及计算过程结果三、 运动和动力参数计算1）各轴转速：电机轴： 输入轴： 中间轴： 输出轴： 卷筒轴： 2）各轴功率： 电机轴： 输入轴： 中间轴： 输出轴： 卷筒轴： 3）各轴转矩：电机轴： 输入轴： 中间轴： 输出轴： 卷筒轴： 表3-

5、1 动力和运动参数轴转速n（r/min）输入功率P/Kw输入转矩T/ 传动比电机轴14302.58717.277/输入轴14302.56117.1043中间轴4772.40948.2054.333输出轴109.642.290199.44/卷筒轴109.642.177189.63设计及计算过程结果四、 传动零件的设计计算1 高速级直齿圆锥齿轮的设计计算a 选择材料、精度及参数1） 选取齿轮的材料、热处理方法及齿面硬度由表6-3，小齿轮选用45钢，调质，HB1=250HBS；大齿轮选用45钢，正火，HB2=200HBS。HB1-HB2=250-200=50HBS，合适。2） 选取精度等级初选8级精

6、度，按GB/T 10095。3） 选取齿数选小齿轮齿数z1=20；大齿轮齿数 4） 选取齿宽系数 b.按齿面接触强度计算 按式（6-20） 1） 确定载荷系数K由表6-4有使用系数KA=1.25；估计圆周速度v=4m/s， ；由图6-11a）有，动载系数 ；由图6-13，齿间载荷分配系数 ；由图6-17，齿向载荷分布系数 2）转矩T1 3）区域系数ZH 由图6-19有ZH=2.54）弹性影响系数ZE 由表6-5有 5）接触疲劳极限应力 查表6-27 c） 查表6-27 b） 6）应力循环次数N 7）寿命系数KHN （允许有点蚀）8）接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1 取=49

7、8.2MPa9）试算小齿轮分度圆直径的d1 10）圆周速度 与假设差距不大，无需修正KV 。11）模数m 取标准模数m = 3mm12）大端分度圆直径d 13）锥距R 14）齿轮宽度b 圆整取b1=b2=29mm15）分锥角 c校核齿根弯曲疲劳强度按式（6-22）有 1）转矩T1 2）当量齿数zv 3）齿形系数YFa 查图6-21有 4）应力修正系数YSa 查图6-22有 5）载荷系数K K=1.7466）弯曲疲劳极限应力 查图6-28c）有=440MPa 查图6-29b）有=390MPa7）寿命系数KFN 查图6-26有 8）弯曲疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1.4 9）弯曲应

8、力 校验结果说明，轮齿弯曲疲劳强度裕度较大，但因模数不易再较小，故轮齿的参数和尺寸维持原结果不变。10）锥齿轮其他传动参数平均模数： 齿 高： 小锥齿轮平均分度圆直径：大端顶圆直径： 大锥齿轮平均分度圆直径：大端顶圆直径：2 低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算a 选择材料、精度及参数1） 选取齿轮的材料、热处理方法及齿面硬度由表6-3，小齿轮选用45钢，调质，HB3=240HBS；大齿轮选用45钢，正火，HB4=200HBS。HB3-HB4=240-200=40HBS，合适。2） 选取精度等级初选8级精度，按GB/T 10095。3） 选取齿数选小齿轮齿数z3 =18；大齿轮齿数： 圆整取z4=78

9、实际的齿数比 齿数比的误差为 在允许的误差范围内4）初选螺旋角 ，齿宽系数 b.按齿面接触强度计算 按式（6-13） 1） 确定载荷系数K由表6-4有使用系数KA=1.25；估计圆周速度v=3.7m/s， ；由图6-11a）有，动载系数 。 由图6-13，齿间载荷分配系数.41 ；由图6-17，齿向载荷分布系数 2）转矩T1 3）区域系数ZH 由图6-19有ZH=2.4254）重合度系数 因 5）螺旋角系数 6）弹性影响系数ZE 由表6-5有 7）接触疲劳极限应力 查表6-27 c） 查表6-27 b） 8）应力循环次数N 9）寿命系数KHN （允许有点蚀）10）接触疲劳许用应力 取失效概率为

10、1%，安全系数为S=1 取=526.4MPa11） 试算小齿轮分度圆直径的d3 12）圆周速度 13）修正载荷系数KV 取KV=1.0214）校正分度圆直径d3 15）法向模数mn 圆整取标准模数mn = 3mm16）中心距a 圆整后取 17）修正螺旋角 18）分度圆直径d 19）齿轮宽度b 取b4 = 45mm，b3 = 50mmc校核齿根弯曲疲劳强度按式（6-16）有 1）转矩T2 2）重合度系数 3）螺旋角系数 4）当量齿数zv 5）齿形系数YFa 查图6-21有 6）应力修正系数YSa 7）载荷系数K K=1.988）弯曲疲劳极限应力 查图6-28c）有=450MPa 查图6-29b）

11、有=390MPa9）寿命系数KFN 查图6-26有 8） 弯曲疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S= 1.4 9） 弯曲应力 校验结果说明，轮齿弯曲疲劳强度裕度较大，但因模数不易再较小，故轮齿的参数和尺寸维持原结果不变。10）斜齿轮其他传动尺寸端面模数： 齿顶高： 齿根高： 小斜齿轮：齿顶圆直径： 齿根圆直径：大斜齿轮：齿顶圆直径：齿根圆直径：除特别注明外，其余齿轮计算公式以及相关数据皆引自机械设计(许立忠，周玉林主编）第75页-第96页。 设计及计算过程结果五、 轴的计算1 轴的设计（1） 输入轴的设计1） 输入轴的零件结构安装图图5-1 输入轴的安装结构注：轴结构如图所示，自左至右轴

12、段号依次为12段（配合联轴器处），23段（配合密封圈与轴承透盖处），34段（配合左端轴承处），45段（光轴，轴承定位处），56段（右端轴承配合处）67段（小锥齿轮处）。2）轴的结构设计轴选用45钢调质，初算最小轴径根据式（10-2） 查表10-2有 故 又轴上开有一键槽，需增大轴径3%，故 1） 最小轴径处为联轴器配合处，又与电机轴处的联轴器相配合，查机械设计课程设计指导册有，电机轴直径为28mm，选用HL2型弹性柱销联轴器，能配合轴径为28mm与轴径为30mm的两段轴，取 2） 轴段23处左端对联轴器进行定位，又需要与密封圈配合，取轴径 ，该段处需伸出端盖15-20mm，由作图决定 3） 轴

13、段34处为与轴承配合处，查机械设计课程设计指导册表16-3有，圆锥滚子轴承32208E的内径为45mm，B=23mm，T=24.75mm，又需要装入轴用弹性挡圈（查得弹性挡圈厚度为1.5mm，其左端余有5.25mm）且和套筒搭配（套筒搭在该轴段长度为5mm，故 4） 轴段45处仅起到对轴承的轴向定位，但为保证轴的刚度以及右侧轴承能顺利从左侧装入，取 ，两轴承支点距离需为2.5d，圆锥滚子轴承的支点位置距轴承外圈处距离a=20mm，配合作图决定取 5） 轴段56处为与轴承配合处且需要搭套筒与挡油板，取直径 ，长度由作图决定，为 6） 轴段67处为小锥齿轮处，根据小锥齿轮的结构取为3） 输入轴的尺

14、寸图5-2 输入轴的尺寸标注（2） 中间轴的设计1） 中间轴的零件安装图图5-3 中间轴的安装结构注：轴结构如图所示，自左至右轴段号依次为12段（配合轴承处），23段（配合大锥齿轮处），34段（光轴，齿轮定位处），45段（小齿轮处），56段（光轴），67段（右端轴承配合处）。2）轴的结构设计轴选用45钢调质，初算最小轴径根据式（10-2） 查表10-2有 故 又轴上开有一键槽，需增大轴径3%，故 1）最小轴径处为轴承配合处，选取轴承32208E，又配合一套筒进行轴承内圈的轴向固定，取 2）轴段23处与大锥齿轮配合，取轴径 ，该段处需比锥齿轮宽度度略小1mm，取 3）轴段34处为与光轴，对大锥齿

15、轮进行轴向定位，长度由作图决定，取 4）轴段45处为小齿轮与轴一体化处，长度取齿轮宽度 5）轴段56处光轴，由作图决定，取 ，6）轴段67处为与轴承配合处，取直径 ，又需配合挡油板，长度由作图决定，为 3）中间轴的尺寸图5-4 中间轴的尺寸标注（3）输出轴的设计1）输出轴的零件安装结构图图5-5 输出轴零件安装结构注：轴结构如图所示，自左至右轴段号依次为12段（配合联轴器处），23段（配合密封圈与轴承透盖处），34段（配合左端轴承处），45段（光轴，轴承定位处），56段（光轴，齿轮定位处），67段（齿轮配合处），78段（右端轴承配合处）。2）轴的结构设计轴选用45钢调质，初算最小轴径根据式（1

16、0-2） 查表10-2有 故 又轴上开有俩键槽，需增大轴径7%，故 7） 最小轴径处为联轴器配合处，查机械设计课程设计指导册有，选用HL3型弹性柱销联轴器，取 8） 轴段23处左端对联轴器进行定位，又需要与密封圈配合，取轴径 ，该段处需伸出端盖15-20mm，由作图决定 9） 轴段34处为与轴承配合处，查机械设计课程设计指导册表16-3有，圆锥滚子轴承32209E的内径为45mm，T=24.75mm，故 10） 轴段45处仅起到对轴承的轴向定位，取 ，长度由作图决定取 11） 轴段56处为齿轮的轴向定位处，承受一定的轴向力，取 12） 轴段67处为与齿轮的配合处，齿轮的轴孔直径为50mm，取该

17、处轴径为 ，又为了保证对齿轮的轴向定位牢靠，轴段长度应略小于齿轮宽度，取 。13） 轴段78处为与轴承配合处，取直径 ，长度由作图决定，为 3）轴的尺寸图5-6 轴的结构尺寸2 输出轴的弯扭强度校核1） 计算齿轮受力圆周力： 径向力： 轴向力： 由此做出轴的受力分析图图5-7 轴受力图图5-8 水平面受力图图5-9 垂直面受力图2）计算轴承反力水平面 求得：垂直面 求得： 3）画出水平弯矩Mxy图,垂直面弯矩Mxz图和合成弯矩 图图5-10 水平面弯矩图图5-11 垂直面弯矩图图5-12 合成弯矩图4）画出轴的转矩T图，T = 199440 5）轴材料选用45钢调质，由机械设计手册查得， ，由

18、插值法由表10-3查得 6）画当量弯矩 图图5-13 转矩图图5-14 当量弯矩图7）判断危险截面，由当量弯矩图可知，齿轮左侧轴肩处截面1和齿轮中间截面2为危险截面。8）轴材料选用45钢调质，由表10-5所列公式可求得疲劳极限 由式 得 9）a.求截面1的应力 弯矩 b.求截面1的有效应力集中系数因在此截面处有轴径变化，过渡圆角半径r = 2 mm，其应力集中系数可由表10-9查得 。由查得 c.求表面状态系数及尺寸系数 由表10-13查得=0.92，（Ra=3.2mm，）由表10-14查得（按靠近应力集中处的最小轴径50mm查得）d.求安全系数由式（10-5）（设为无限寿命，kN=1）得 由

19、式（10-6）得综合安全系数 10）a求截面2的应力 弯矩 b.求截面2的有效应力集中系数因在此截面处无轴径变化，其应力集中系数可由表10-10查得 c.求表面状态系数及尺寸系数 由表10-13查得=0.92，（Ra=3.2mm，）由表10-14查得（按靠近应力集中处的最小轴径50mm查得）d.求安全系数由式（10-5）（设为无限寿命，kN=1）得 由式（10-6）得综合安全系数 除特别注明外，其余轴计算公式以及相关数据皆引自机械设计(许立忠，周玉林主编）第137页-第157页。 设计及计算过程结果六、 键的选择和键连接的强度校核1. 输入轴处键的选择及强度校核 输入轴处开有键槽的轴段轴径为3

20、0mm，选用A型普通平键 键 850 GB1096-2003 材料为Q235A键的接触强度 ，由表3-1取联接的许用挤压应力 ，由式（3-1）有 结论：键安全2. 中间轴处键的选择及强度校核输入轴处开有键槽的轴段轴径为45mm，选用A型普通平键 键 1440 GB1096-2003 材料为Q235A键的接触强度 ，由表3-1取联接的许用挤压应力 ，由式（3-1）有 结论：键安全3. 输出轴处键的选择及强度校核a.齿轮处开有键槽的轴段轴径为50mm，选用A型普通平键 键 1440 GB1096-2003 材料为45钢键的接触强度 ，由表3-1取联接的许用挤压应力 ，由式（3-1）有 结论：键安全

21、b.联轴器处开有键槽的轴段轴径为35mm，选用A型普通平键 键 1050 GB1096-2003 材料为45钢键的接触强度 ，由表3-1取联接的许用挤压应力 ，由式（3-1）有 结论：键安全键计算公式以及相关数据引自机械设计第39页及机械设计课程设计指导手册第191页。键 850 键1440键1440键1050 设计及计算过程结果七、 滚动轴承的选择及基本额定寿命计算输出轴处轴承校核选取轴承型号为32209E，由机械设计课程设计指导手册表16-3查得：d = 45mm，D = 85mm ，B=23mm，C=79500N， C0 = 79500，e = 0.4，Y = 1.5轴承承受载荷如图所示

22、：1）计算轴承的径向力 2） 计算内部轴向力： 3） 计算单个轴承的轴向载荷 由图式结构可知，2轴承“放松”，1轴承“压紧”所以， 4） 计算当量动载荷 ，由表11-7有， 由机械设计课程设计指导手册表16-3查得： 则 5）计算寿命 取P1、P2中的较大值代入寿命计算公式 机器寿命： 5） 结论： ，轴承合格。除特别注明外，轴承计算公式以及相关数据皆引自机械设计(许立忠，周玉林主编）第159页-第172页。轴承型号：32209E设计及计算过程结果八、 联轴器的选择1. 电机轴与输入轴之间为了减小震动，选用有缓冲作用的弹性柱销联轴器。输入轴的最小直径为30mm，选用HL2型J型孔弹性柱销联轴器

23、，半联轴器轴孔直径为30mm，轴孔长度为60/82mm，额定转矩为315N m。2. 输出轴与卷筒轴之间选用弹性柱销联轴器。输入轴的外伸直径为35mm，选用HL3型J型孔弹性柱销联轴器，半联轴器轴孔直径为30mm，轴孔长度为60/82mm，额定转矩为630N m。联轴器的校核T1 =17.104 N m315 N mT4=189.631 N m630 N m故：联轴器合格。联轴器相关数据皆引自机械设计课程设计指导手册第133页表15-5HL2型J型孔HL3型J型孔。设计及计算过程结果九、 润滑和密封的选择1. 润滑说明本传动装置为大锥齿轮搅油，其圆周速度为故大圆锥齿轮和大圆柱斜齿轮采用浸油润滑

24、，而小锥齿轮和小圆柱采用油浴润滑。轴承则是利用稀油润滑。润滑油选用HJ-60润滑油，油面高度不超高大锥齿轮齿顶圆以上100mm。润滑油每半年更换一次。2. 密封说明在试运转过程中，减速器所有联接面及密封处都不许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，但不允许使用任何垫片。轴伸出处的橡胶油封应按图纸所示位置安装。十、 其他技术说明1. 对安装、调整的要求 在安装调整圆锥滚子轴承时，应保证具有一定的轴向间隙，以保证轴承的刚性和减少噪声和震动，利用调整垫片调整轴向间隙时，其间隙为0.08mm0.2mm。在安装齿轮时，应保证必要的侧隙和足够的齿面接触斑点。当测隙及接触斑点不符合精度要求时，需对齿面进行刮研

25、、跑合或调整传动件的啮合位置。2. 减速器附件的选择说明1）窥视孔盖 窥视孔盖的规格为150120mm。箱体上开窥视孔处设有凸台5mm，一边机械加工支撑盖板的表面，并用垫片加强密封，盖板材料为Q235A钢，用6个M6螺栓紧固。2）放油螺塞 放油孔的位置在油池的最低处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便于放油。放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的箱座外壁有凸台5mm，经机械加工成为螺塞头部的支承面，并加封油圈以加强密封，选用M16的油塞。3）油标尺 油标尺应放在便于观测减速器油面及油面稳定之处。先确定油面面高度，再确定油标尺的高度和角度，应使油孔位置在油面以上，以免油溢出。油标尺应足够长，保证

26、在油液中。采用带有螺纹部分的M12的杆式油标尺。4）通气器 减速器运转时，箱体内温度升高，气压加大，密封不利，故在窥视孔盖上安装通气器，使箱体内热膨胀气体自由逸出，以保证压力均衡，提高箱体缝隙处的密封性能。选用带金属滤网M24的通气器。5）启盖螺栓 在减速器装配时于箱体剖分面上涂有水玻璃或密封胶，为了便于开盖故设有启盖螺钉。其螺纹长度要大于机盖连接凸缘的厚度，螺杆端部做成圆柱形、大倒角或半圆形，以免破坏螺纹。故选用GB/T5783-2000的M1045的螺栓。6） 吊环螺钉和吊钩 为了便于拆卸和搬运，在箱盖上拧有吊环螺钉，其规格为M12，在箱座上铸有吊钩。7） 定位销为了保证剖分式箱体的轴承座

27、孔的加工及装配精度，在箱体连接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销，两销尽量远些，以提高定位精度。定位销的直径为d=8mm，长度为30mm。十一、 典型零件三维建模 图11-1 箱座 图11-2 箱盖 图11-3 圆锥齿轮 图11-4 圆柱斜齿轮 图11-5 中间轴 图11-6 装配图1图11-7 装配图2十二、 设计小结 为期四周的课程设计转眼间就结束了，在四周的课程设计里，是一个全新的学习过程，也是一个极好的复习过程。当时刚刚拿到设计任务书的时候，不知从何下手，当设计开始时，看着指导手册的课设阶段设计任务时，才初步了解课设的任务要求并发现设计过程中如此多的细节存在。从最初的齿轮中心距的调

28、整，到箱体尺寸的调整以及轴的长度调整设计，一步步的每个数据都需要谨慎处理都应设计的有凭有据，而非随随便便上的一个数据。设计中应时刻保持着严谨的态度，认真的学习作风。细节性的错误也许无法完完全全的避免，但是良好的作风可以帮自己避免很多这种错误。另外，课设虽说是每人一份任务设计书，设计内容不尽相同，但亦有很多相同点及值得学习的地方，同学间的相互讨论，相互指导，可以发现很多新问题，帮助自己完善设计。个人的任务也需要团队的帮助。老师的适时、实时指导更是令自己在设计过程中避免原则性错误。课设尽管结束了，但是课设使自己明白各知识的相关性及将知识灵活运用于实际生产生活当中的必要性。学习是为了实践做准备的，如

29、若不能将知识运用到实践中去，那么一切都将仅仅是纸上谈兵，空无任何作用。课设是将自己模拟进入生产场地的一个过程，须珍惜，不得浪费。课设的小小成果，是大学知识的凝聚结晶。须珍惜课设的机会，好好体验课设的过程，并在以后学习、工作中保持严谨的态度，珍惜每次个人设计的机会。十三、 参考文献1 许立忠，周玉林编.机械设计.北京：中国标准出版社， 2009.9 2 成大先编.机械设计手册.北京：化学工业出版社，20073 邵晓荣，张艳编.互换性与测量技术基础.第二版.中国标准 出版社，2011.84 龚溎义主编.机械设计课程设计图册.第三版.北京：高等教 育出版社，1989.55 韩晓娟编.机械设计课程设计指导手册.北京： 中国标准出版社，2008.26贾春玉，张树存主编.画法几何与机械制图.北京：中国标准 出版社，2011.8