10KW圆锥圆柱齿轮减速器设计

第 1 页 共 26 页毕 业 设 计(论文)题 目 名 称 10KW 圆锥圆柱齿轮减速器的设计题 目 类 别 学 院（系） 山 东 理 工专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 开题报告日期 第 2 页 共 26 页目 录1 引言 12 传动装置的总体设计12.1 拟订传动方案 12.2 电动机的选择 22.3 确定传动装置的传动比及其分配 32.4 计算传动装置的运动和动力参数 33 传动零件的设计计算 43.1 高速级圆锥齿轮传动设计 43.2 低速级圆柱直齿轮设计 84 轴的设计 114.1 中间轴的设计114.2 高速轴的设计164.3 低速轴的设计175 轴承的选择和计算 185.1 中间轴的轴承的选择和计算185.2 高速轴的轴承的选择和计算195.3 低速轴的轴承的选择和计算196 减速器铸造箱体的主要结构尺寸 197 键联接的选择和强度校核 217.1 中间轴与齿轮联接用键的选择和强度校核218 结 论 239 致 谢 2410 参考文献 26第 3 页 共 26 页1 引言减速器是机械行业中较为常见而且比较重要的机械传动装置。减速器的种类非常多，各种减速器的设计各有各的特点，但总的设计步骤大致相同。其设计都是根据工作机的性能和使用要求，如传递的功率大小、转速和运动方式，工作条件，可靠性，尺寸，维护等等。本文是关于圆锥齿轮减速器的设计，主要用于搅拌机的传送。这种减速器相对于其他种类的减速器来讲，运用不是很广泛。本课题主要通过计算机辅助设计（CAD）完成。计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM）技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术，通过本课题的研究，将进一步深入地对这一技术进行了解和学习。2 传动装置的总体设计2.1 拟订传动方案本传动装置用于搅拌机，工作参数：传动效率 =0.96，在室内工作（环境最高温度 35） ，载荷平稳，连续单向运转，使用寿命 24000 小时。本设计拟采用二级圆锥直齿轮减速器，锥齿轮应布置在高速级，使其直径不至于过大，便于加工。传动简图如图 2-1 所示。图 2-1 传动装置简图1电动机 2传动带轮 3二级圆锥齿轮减速器 4输出轴 第 4 页 共 26 页2.2 电动机的选择（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的 Y 系列三相异步电动机。电压 380V。（2）选择电动机的功率电动机所需工作功率为：P d=PW ；查表确定各部分装置的效率：V 带传动效率 1=0.96，滚动轴承传动效率（一对） 2=0.99，圆锥齿轮传动效率 3=0.96，圆柱齿轮传动效率 4=0.99，联轴器传动效率 5=0.99，分析传动装置传动过程可得：传动装置的总效率为： = 1 24 3 4 5；所以 =0.960.9940.960.970.99=0.894；所以所需电动机功率为：P d= PW =10/0.894=11.1 kW查表，选取电动机的额定功率 P c=12.5 kW。（3）选择电动机的转速通常，V 带的传动比范围为：i 1=24,二级圆锥齿轮减速器传动比为： i2=815,则减速器的总传动比 i=1660，符合这范围的电动机同步转速有 1000、1500、3000 r/min 三种，现以同步转速1000 r/min 和 1500 r/min 两种常用转速的电动机进行分析比较（查表）综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为 Y160M4，其主要安装尺寸如下：中心高：H=160 mm外型尺寸：L（ACAD）HD=600（325+255）385 mm轴伸尺寸：D=42 mm，E=110 mm装键部分尺寸：F GD=123742 mm底脚安装尺寸：AB=254210 mm地脚螺栓孔直径：K=15 mm2.3 确定传动装置的传动比及其分配（1）减速器总传动比 ia=12.6（n m为满载转速）第 5 页 共 26 页（2）分配传动装置各级传动比：取 V 带传动的传动比 i0=3，则减速器的传动比为 i=ia/i0=12.6/3=4.2为了避免圆锥齿轮过大，制造困难，并考虑齿轮的浸油深度，取高速级传动比 i 1=2，低速级传动比为 i 2=i/i1=2.1。2.4 计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的输入功率轴 0（电动机轴）：P 0= P d=11.1 kW轴（高速轴）P 1= P01=11.10.96=10.66kW轴（中间轴）P 2= P 23=10.660.990.96=10.13 kW轴（低速轴）P 3= P 24=10.130.990.97=9.73 kW（2）各轴的转速轴 0：n 0= n m=1460 r/min轴：n 1= n0i 01=1460 3=486.67 r/min轴：n 2=n1i 12=486.672=243.335 r/min轴：n 3=n2i 23=243.3352.1=115.874 r/min（3）各轴的输入转矩轴 0：T 0=T d=9550 mdnP=95501460.72.6N m轴：T 1=9550 1=9550 7.8209.18 N m轴：T 2=9550 2nP=9550 35.410397.57N m轴：T 3=9550 3=9550 87.9801.92N m表 2-1 设计轴的传动特性表轴名 输入功率 转速 输入转矩（N 传动比 效率 第 6 页 共 26 页（kW） n（r/min） m）电动机轴 11.1 1460 72.63 0.96轴 10.66 486.67 209.182 0.96轴 10.13 243.335 397.57轴 9.73 115.874 801.92 2.10.973 传动零件的设计计算3.1 高速级圆锥齿轮传动设计（1）选择齿轮类型、材料、精度以及参数 选用圆锥直齿齿轮传动 选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为 45 钢，小齿轮调质处理齿面硬度取 240HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取 200HBS。 选取齿轮为 8 级精度（GB1009588） 选取小齿轮齿数 Z 1=26，Z 2= 1iZ =22652（2）按齿面接触疲劳强度设计首先确定计算参数（a）使用系数 KA：查表得 KA=1.0（b）使用系数 KV：查图得 KV=1.3（c）齿间载荷分配系数 KHa：估计 KAKt/b100N/mm,cos 1= 2u= 12=0.8944cos 2= = 2=0.4472当量齿数：Z V1=Z1/cos=26/cos 1=29ZV2=Z2/ cos =52/ cos 2=116第 7 页 共 26 页当量齿轮的重合度： v=1.88-3.2（1/ Z V1+1/ ZV2）=1.88-3.2（1/29+1/116 ）=1.742Z= 34av=0.868（d）K H=1/ Z 2=1/（0.868 ） 2=1.33（e）查取齿向载荷分布系数 K =1.2所以载荷系数 K：K=K AKV KH K =1.01.31.31.2=2.028转矩 T1=209.18Nm=209180Nmm（f）查取齿宽系数 R=0.3（g）查得弹性影响系数 EZ=189.8 MPa（h）查得区域系数 H=2.5（i）查取材料接触疲劳强度极限 limH：查图得，小齿轮为 1limH=580Mpa,大齿轮 2limH=540 Mpa（j）计算应力循环次数 NN1=60 rthn1=60124000486.67=700.80106N 2= i=280.32106（k）查表得：对 N1,取 m1=14.16,对 N2 取 m2=17.56（m 为疲劳曲线方程指数）ZN1= 10m= 16.469087=1.025ZN2= 20N=1.075（l）查得接触疲劳强度最小安全系数 S minH=1.05（m）计算许用接触应力 H：第 8 页 共 26 页 1H= min1lNSZ= 05.2=566.19 Mpa 2= in2lH=552.86 Mpa（n）小齿轮大端分度圆直径 d1：1d3 221)()5.0(4HERRZKT= 3 22 )86.57019(.)3.(.98=120.14mm即 d1=120mm（3）确定主要参数：（a）大端模数 m：m=d 1/z1=120/26=4.62,即 m=4.6（b）大端分度圆直径 d1=m z1=264.6=119.6mmd2=mz2=239mm（c）锥距 R：R= 1z=133.72（d）齿宽 b：b= R=40.11，取整 b=40(4)轮齿弯曲疲劳强度验算：（a）齿形系数 YFa1=2.65, YFa2=2.15（b）应力修正系数 YSa 按当量齿数查图得：YSa1=1.67，Y Sa2=2.25（c）重合度系数 Y：Y =0.25+ av75.0=0.25+ 47.1=0.68（d）齿间载荷分配系数 KFa：K Fa=1/ Y =1/0.68=1.47载荷系数 K：K=2.028（e）齿根工作应力 F： 1= 15.042312mZTRRSaF= 5.46.3. 6807.982232第 9 页 共 26 页=202.21N/mm2112SaFFY= 67.152.0=221.04N/mm2（f）弯曲疲劳极限 lim由图查得： lim=330 N/mm22liF310N/mm2由表查得：N 0=3106，m=49.91( 为疲劳曲线方程指数 )（g）弯曲寿命系数 YN：Y N1= m10= 9.4610873=0.9YN2= 9.46202=0.91（h） 由图查得尺寸系数：Y X=1.0（i）弯曲疲劳强度最小安全系数 SFmin 查得：S Fmin=1.25（j）许用弯曲疲劳应力 F：1F= min1lFXNSY= 25.0193=237.6N/mm22F= in2lFX= .=225.68 N/mm2（k）弯曲疲劳强度校核：1F= 237.6N/mm2 1F2=225.68N/mm2所以满足弯曲疲劳强度要求。 （注：本节查表查图见机械工程及自动化简明设计手册 叶伟昌 2001）（5）齿轮传动几何尺寸计算几何尺寸计算结果列于下表 3-1：（取 1*ah， 2.0*c, 9） 表 3-1 圆锥齿轮参数（单位 mm）结 果名 称 代号 计算公式小齿轮 大齿轮传 动 比 i 12Zi21i第 10 页 共 26 页法面模数 1m Zd1 6.41m法面压力角 n标准值 20n齿 数 Z1Z5Z分度圆直径 dZmdd42d齿顶圆直径 a cos2*aah8.1a 8.1a齿根圆直径 f ff539f 5392f齿 宽 b3/Rb41b4b3.2 低速级圆柱直齿轮的设计：（1）选择齿轮类型、材料、精度以及参数选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为 45 钢，小齿轮调质处理齿面硬度取 240HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取 200HBS。 选取齿轮为 8 级精度（GB1009588） 选取