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1、燕山大学机械设计课程设计说明书题目： 二级圆锥圆柱齿轮减速器设计 学院（系）： 机械工程学院 年级专业： 12级轧钢（1）班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 教 授 2015年1月10日目 录1.任务说明书-12.电动机选择及计算-23.总传动比的确定和各级传动比的-54.传动装置的动力和运动参数计算-65.传动零件的设计和计算-86.轴的设计和计算-187.轴承的选择和校核-248.键的选择和键连接的强度计算- -269.润滑说明-3210.密封说明-3211.减速器箱体说明-3212.减速器附件的说明-3213.拆装和调整的说明-3014.设计小结-3015.参考材料- 30
2、 设计及计算过程结果二、电动机的选择计算原始数据如下：运输带牵引力F=1737N输带工作速度V=1.32m/s 滚筒直径D=0.27m(1）选择电机类型 按照工作要求和工作条件，选择Y（IP23）系列三相笼形异步电动机全封闭自扇冷式结构。(2）确定电机容量 设电动机输出功率为，卷筒功率为。则电动机的输出功率为 设卷筒效率为 设传动总效率为 其中为联轴器效率取为0.99为锥齿轮效率取为0.95为斜齿轮效率取为0.97为轴承效率取为0.97所以有 =0.87F=1437NV=1.40m/sD=0.26m共32页 第4页 设计及计算过程结果(3）选择转速 卷筒轴工作转速为 rmin一般情况之下电动机
3、的转速在8n到40n之间，通过手册可知选用Y132S-6型电动机，转速为960r/min，额定功率为3kw，转速大约为10n，满足条件。电动机的转矩为2.98。 表1.电动机主要性能参数 型号额定功率（kw）同步转速（rmin）满载转速（rmin）Y132S-63.010009602.02.2三、总传动比的确定和各级传动比的分配电动机满载时转速为960r/min设为,卷筒的转速n为93.4r/min。总传动比 由经验公式可知 且锥齿轮的传动效率不宜大于3，则一级传动比取0.25i为2.6。则为3.96n=93.4r/min 共32页 第5 页 设计及计算过程结果四、运动和动力参数的计算（1）各
4、轴转速如下:轴转速960rmin2轴转速369.2rmin3轴转速93.4rmin卷筒轴的转速n为93.4rmin(2).各轴的输入功率电动机输出功率为1轴输入功率 2.87kw2轴输入功率 =2.64kw3轴输入功率 2.50kw卷筒轴输入功率 2.29kw(3).各轴输出转矩电动机输出转矩为28749.51轴的输出转矩为 28749.5 共32 页 第 6 页 设计及计算过程结果28353.7 2轴的输出转矩为 68368.93轴的输出转矩为 254839.1卷筒轴的输出转矩为 234431.2 其运动和动力学参数整理于表2。表2.运动和动力学参数项目电动机轴高速轴中间轴低速轴卷筒轴转速9
5、60960369.293.493.4功率2.892.872.642.502.29转矩28749.528353.768368.9254839.1234431传动比112.63.961效率10.990.920.870.8428353.768368.9254839.1234431 共 32 页 第 7 页 设计及计算过程结果五、传动零件的设计计算（一）低俗级斜齿轮传动的设计a选材，精度和等级1.小齿轮选择小齿轮材料为45（调质），硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢（正火），硬度为200HBS，二者材料硬度差为40HBS。2.精度等级选用8级精度；3.初选齿数：本装置为闭式传动，则小齿轮的齿数为2
6、0到40之间，初选小齿轮的齿数为24。因为斜齿轮的传动比为3.96，则取整为95实际传动比为，在5%的允许范围之内。4. 初选螺旋角，按照机械设计书中的表6-7选取尺宽系数b齿面接触强度设计公式为 1.确定载荷系数K 1）由于工作环境为平稳，则根据机械设计书中表6-4查取使用系数 2）估计圆周速度v为2m/s，按照机械设计书中的表6-11选取动载系数3） 共 32 页 第 8 页 设计及计算过程结果 由机械设计书中的图6-13可知齿间载荷分布系数由机械设计书中图6-17齿向载荷分布系数所以 2.转矩3.区域系数4.重合度系数 因所以取为1。则可得5.螺旋角系数通过查取机械设计书中的表6-5可知
7、弹性影响系数6.由机械设计书中图6-27c与6-27b可查得接触疲劳极限应力，7.由公式计算应力循环次数 8.查得寿命系数 （允许有点蚀）9.计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数 共 32 页 第 9 页 设计及计算过程结果 取10.计算小齿轮分度圆直径 11计算圆周速度 12修正载荷系数： 按 查表得 可查得 13校正试算的分度圆直径 14法向模数 取 15计算中心距 16.按圆整后的中心距修正螺旋角 共32 页 第10 页 设计及计算过程结果因为螺旋角与设定值相差过大，则对于相应系数进行修正：对于重合度系数进行修正： 对于动载系数进行修正： 齿向载荷分布系数 保持不变仍为1.0
8、9 则 修正后 ,18. 计算分度圆直径 19.计算齿轮宽度 共32 页 第11页 设计及计算过程结果 圆整取 为51mm，因为机械设计要遵循等强度原则，则大齿轮要比小齿轮薄一些，所以取： c.校核齿根弯曲疲劳强度 1.重合度系数 2.螺旋角系数3.计算当量齿数 4.查取齿形系数可得 5.查取应力修正系数可得 6.查取弯曲疲劳极限应力及寿命系数 由机械设计书中图6-26可知 7.计算弯曲疲劳许用应力 (取失效率为1，安全系数S=1,)由公式得 共 32页 第12页 设计及计算过程结果 8.计算弯曲应力 计算结果合适。将齿轮其他相关尺寸汇总与下表序数名称字母数值1端面模数 2mm2螺旋角 17.
9、8 3分度圆直径 50.4mm 199.6mm4齿顶高 2mm5齿根高 2.5mm6全齿高 4.5mm7顶隙 0.5mm8齿顶圆直径 54.4mm 203.6mm9齿根圆直径 45.4mm 194.6mm10中心矩 125mm（二）高速级齿轮传动的设计a选材，精度和等级 共 33 页 第 13页 设计及计算过程结果1.小齿轮选择小齿轮材料为45（调质），硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢（正火），硬度为200HBS，二者材料硬度差为40HBS。2.精度等级选用8级精度；3.初选齿数闭式传动小齿轮的齿数为20到40之间，所以取，实际传动比为 ，不存在误差则允许。4.锥齿轮的分锥角 通过计算可
10、知 b按齿面接触强度设计 1.确定载荷系数 1）使用系数 2）估计圆周速度为 ，得动载系数3）由于圆锥齿轮传动时精度较低，取齿间载荷分配系数 4）齿向载荷分布系数 因为传动比为2.6则选取 为0.4，由公式 可得 为0.4在允许的范围 共 32页 第 14页 设计及计算过程结果内，则取所以 2.转矩 3.区域系数4.弹性影响系数5.由图6-27可查得接触疲劳极限应力，6.由公式计算应力循环次数 7.查得寿命系数 ,8.计算接触疲劳许用应力(取失效概率为1%，安全系数， 取9.计算小锥齿轮分度圆直径 10计算圆周速度 共32页 第15页 设计及计算过程结果11修正载荷系数： 按 得 12校正试算
11、的分度圆直径 13法向模数 取 14计算锥距 15. 计算分度圆直径 16.计算齿轮宽度计算齿轮宽度 圆整取 c.校核齿根弯曲疲劳强度 1.当量齿数 2.齿形系数 共 32页 第16页 设计及计算过程结果3.应力修正系数 4.查取弯曲疲劳极限应力及寿命系数 7.计算弯曲疲劳许用应力 (取失效率为1，安全系数S=1,)由公式得 8.计算弯曲应力 计算结果合适。齿轮的其他相关尺寸汇总于下表序号名称符号数值1大端模数2.5mm2当量齿数 26.8181.43分锥角 21 69 4大端分度圆直径 62.5mm162.5mm5齿高 5.5mm 共 32页 第17页 设计及计算过程结果6大端顶圆直径 67
12、.2mm164.3mm7齿宽系数 0.258平均模数 2.2mm9平均分度圆直径 54.7mm142.2mm10锥距R87mm六轴的设计和计算轴的材料选用45钢当轴的支撑距离未定时， 无法由强度确定轴径，要用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式为： （一）、中间轴的设计计算1.初估轴径 考虑到轴上有两个位置需要需要安装单键由于二级传动轴上安装有锥齿轮，直径较大，则轴的直径不宜过小。考虑到大于22mm的最小轴承内径为25mm，所以轴的最小直径确定为25mm2.轴的结构设计 输出轴结构设计如下图： 共32页 第 18页 设计及计算过程结果 初选轴承为圆锥滚子轴承302
13、05E，d=25mm，D=52mm，B=17mm， ， 3中间轴的校核1）、齿轮上受力圆锥齿轮上的作用力：斜齿轮上的作用力 共 32页 第19页 设计及计算过程结果2）.计算轴承反力水平面: 与方向相反 竖直面: 轴承1的总支承反力为 轴承2的总支承反力为 3）.画弯矩图在水平面上，a-a剖面左侧a-a剖面右侧b-b剖面的右侧 b-b剖面的左侧 共 32页 第 20页 设计及计算过程结果因为在斜齿轮与锥齿轮之间并不存在外力，所以这之间的弯矩不会发生突变而是线性变化。在垂直面上，a-a剖面为在垂直面上，b-b剖面为合成弯矩，a-a剖面左侧a-a剖面右侧b-b剖面左侧所以b-b剖面右侧的转矩最大，
14、且此处有键槽存在，对于轴有一定的削弱则，选定此截面为危险截面。计算此处的合成弯矩为： 4）.画转矩图 共32页 第 21页 设计及计算过程结果5）.当量弯矩因为轴为45钢，疲劳极限 ，查机械设计书中的表10-5得， 由式 得 共32页 第 22页 设计及计算过程结果求截面应力 M=104073MPa 有效应力集中系数 因为在此截面处存在着键槽，所以由机械设计书中的表10-9可以查得由 可以查得（使用插值法） 表面状态系数通过查表可知 由机械设计书中表10-13可以查出 安全系数 安全系数在允许的范围之内，所以，该轴安全。（二）、利用等强度原理设计中间轴和输入轴 共32页 第 23页 设计及计算
15、过程结果1.输入轴设计如下图2.输出轴设计如下图七、输出轴轴承的校核选取圆锥滚子轴承30205E d=25mm，D=52mm，B=17mm主要参数如下： d=25mm，D=52mm，B=17mm基本额定静载荷 基本额定动载荷 极限转速 d=25mmD=52mmB=17mm 共 32页 第24页 设计及计算过程结果,则轴承1放松，轴承2压紧 计算当量动载荷 ，查表得X1=1，Y1=0，查表得X2=0.4,Y2=0.4cot 取=1.0轴承的寿命计算S1=S2= 共 32页 第 25页 设计及计算过程结果静载验算由查表11-10得X0=0.5 Y0=0.902则 极限转速验算由表11-4查得f11
16、=1 f12=1 查表11-5得f21=1 f22=0.98则f11 f21nlim =两个轴承的极限转速均大于Shijiazhuang转速，结论：选用30205E符合要求。八、键连接的选择和计算均选普通A型圆头平键1.输出轴联轴器处： b=8mm h=7mm 选择L=40mm，连接中较弱材料为锻钢 强度满足要求2.输出轴轴身处： b=12mm h=8mm 选择L=36mm，材料选择锻钢f11=1f12=1f21=1f22=0.98f11f21nlim =键键 共32页 第26 页 设计及计算过程结果 强度满足要求3.中间轴小齿轮处： b=8mm h=7mm 选择L=40mm 材料选择锻钢 强
17、度满足要求4.中间轴大齿轮处： b=8mm h=7mm 选择L=22mm 材料选择锻钢 强度满足要求5.输入轴联轴器处： b=8mm h=7mm 选择L=40mm 材料选择锻钢 键键键 共32页 第27页 设计及计算过程结果强度满足要求九、润滑说明 因为第二轴上浸油齿轮分度圆圆周速度速度大于2m/s所以选用湿油润滑，需要在箱体上开油沟，并且在端盖的侧面打孔方便润滑油进入轴承。十、密封说明在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃。轴伸处密封应使用橡胶密封圈，来提高减速器的密封性。十一、减速器箱体说明机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，箱体的一些结构尺
18、寸，如壁厚、凸缘、宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本，均有重大影响。但是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性，未能进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个安全系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件的尺寸大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。十二、减速器附件说明1.窥视孔和视孔盖箱盖上一般开有视孔，用来检查啮合，润滑和齿轮损坏情况，并用来加注润滑油。为了防止污物落入和油滴飞出，视孔须用视孔盖、垫片和螺钉封死。视孔和视孔盖的位置和尺寸由查表得到。本设计的窥视孔的尺寸为 方便人手的进入。 2.油标 共 32页 第 28页 设
19、计及计算过程结果采用油池润滑传动件的减速器，不论是在加油还是工作时，均要观察箱内油面高度，以保证箱内油亮适当，为此，需在箱体上便于观察和油面较稳定的地方，装上油标。油标已标准化。 3.油塞在箱体最底部开有放油孔，以排除油污和清洗减速器。放油孔平时用油塞和封油圈封死。油塞用细牙螺纹，材料为35钢。封油圈可用工业用革、石棉橡胶纸或耐油橡胶制成。 4.吊钩、吊耳和吊环螺钉 为了便于搬运减速器，常在箱体上铸出吊钩、吊耳或在箱盖上安装吊环螺钉。本设计采用吊环螺钉。使用吊环螺钉的时候，应该在装配时将螺钉完全拧入，使其台肩抵紧箱盖上的支承面。为此箱盖上的螺钉孔必须局部锪大。 5.定位销 为了加工时精确地镗制
20、减速器的轴承座孔，安装时保证箱盖与箱体的相互位置，再分箱面凸缘两端装置两个圆锥销，以便定位。圆锥销的位置不应该对称并尽量远离。定位销的直径大致取凸缘连接螺栓直径的一半，长度应大于凸缘的总厚度，使销钉两端略伸凸缘以利装拆。本设计选用直径为10的定位销。6.通气器 减速器运转时，箱体内温度升高，气压加大，对密封不利，故在窥视孔盖上安装通气器，是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。考虑到的工作环境为室内，选用普通的通气器即可。7.启盖螺钉 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。本设计
21、采用的启盖螺钉直径为10mm。 共32页 第 29页 设计及计算过程结果十三、拆装和调整的说明在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承的正常工作。对第二轴和第三轴（中间级和低速级）轴直径分别为30mm和40mm时，可取游隙为0.040.07mm；对高速级的角接触轴承轴直径为35mm可取游隙为0.050.1mm。在安装齿轮后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，可以对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。十四、课设小结设计是一项艰巨和繁琐的任务，要反复思考、反复修改，既要满足足够的强度
22、，也要有一定的美观性。可以说设计是美术与理性完美的结合。本次设计使我感受到了任何一个环节都马虎不得，需要耐心和毅力，不能主观臆断，而要查阅相关的资料，做到有理有据。机械设计课程设计也让我又重温了一遍学过的机械类课程的知识，拾起了许久未曾看过的课本，这次设计真正的让我认识了这些学科的价值与知识的珍贵。设计过程中让我感觉到了许多工程设计人员应该具备但是我目前还未具备基本素质，耐心，细心和责任。我以后要培养自己的耐心与细心，肩负起设计人员应有的责任。十五、参考资料1机械设计 许立忠 周玉林 主编，中国标准出版社，209年。2机械设计课程设计指导手册韩晓娟 主编，中国标准出版社，2009年。3.互换性与测量基础邵晓荣 主编，中国标准出版社。4机械设计课程设计图册龚桂义 主编，高等教育出版社。 共32页 第30页 设计及计算过程结果5画法几何与机械设计贾春玉 张树存主编，中国标准出版社，2011年。 共32页 第31页燕山大学 机械设计 课程设计综评项目细则成绩平时成绩(30分)出勤(15分)(A)全勤(B)缺勤不多于2次(C)缺勤不多于5次(D)缺勤5次以上的态度(15分)(A)积极 (B)比较积极(C)一般(D)不积极图面成绩(50分)结构(10分)合理比较合理图面质量(40分)优良中及格不及格答辩成绩(20分)优良中及格不及格总成绩答辩小组成员签字年 月 日
