课程设计--设计圆锥—圆柱齿轮减速器.doc

二级圆锥-圆柱齿轮减速器说明书 姓名： 班级： 学号： 目 录一、设计任务书1二、传动方案的拟定2三、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算一、选择电动机的类型和结构形式3二、选择电动机容量3三、确定电动机的转速3四、确定传动装置的总传动比和分配传动比4五、计算传动装置的运动和动力参数5四、传动零件的设计计算 一、圆锥齿轮传动的设计计算7 二、圆柱齿轮传动的设计计算11五、轴的计算1. 减速器高速轴I的设计182. 减速器低速轴III的设计233. 减速器低速轴II的设计28六、轴承的计算和校核1. 输入轴滚动轴承计算322. 中间轴滚动轴承计算323. 输出轴滚动轴承计算33七、 键联接的选择及校核计算1. 输入轴键计算342. 中间轴键计算353. 输出轴键计算35八、联轴器的选择36九、 润滑与密封36十、参考文献36机械设计课程设计计算说明书圆锥圆柱齿轮减速器- 24 -计 算 及 说 明结果一、设计任务书一、设计题目：设计圆锥圆柱齿轮减速器设计铸工车间的型砂运输设备。该传送设备的传动系统由电动机减速器运输带组成。每日二班工作。 （图1）1电动机；2联轴器；3减速器；4鼓轮；5传送带二、原始数据：传送带拉力F(KN)传送带速度V(m/s)鼓轮直径D（mm）31.4400计 算 及 说 明结果二、传动方案的拟定运动简图如下：（图2）由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为型砂运输设备。减速器为展开式圆锥圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深沟球轴承。联轴器2选用凸缘联轴器，8选用齿形联轴器。计 算 及 说 明结果三、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算一、选择电动机的类型和结构形式按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，Y系列，封闭式结构，电压380V，频率50Hz。二、选择电动机容量工作机主动轴功率：传动装置的总效率： （式中、分别为联轴器、滚动轴承、原锥齿轮传动、圆柱齿轮传动和卷筒的传动效率。）取=0.99（联轴器），=0.985（滚动轴承），=0.96（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），=0.97（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），=0.96（卷筒效率，不包括轴承）则电动机所需功率：三、确定电动机的转速卷筒州的工作转速为：按课程设计指导书P7表1查得圆锥圆柱齿轮的传动比一般范围为：=1015，故电动机转速计 算 及 说 明结果根据额定功率，且转速满足，选电动机型号为：Y132M2-6。其主要性能如下表：型号额定功率Kw满 载 时转速电流（380V）A效率%功率因数Y132M2-65.59606.582.50.8112.62.02.0电动机的外形尺寸：中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径 K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FGD100380288245160140122860831四、确定传动装置的总传动比和分配传动比1.总传动比总传动比2.分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比按直齿轮圆柱齿轮传动比 ，又锥齿轮的传动比一般不大于3，故取=3则实际总传动比，满足要求。计 算 及 说 明结果五、计算传动装置的运动和动力参数1.各轴的转速2.各轴的输出、输入功率3.各轴输入、输出转矩计 算 及 说 明结果运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名效率P(Kw)转矩（）转速nr/min传动比效率输入输出输入输出电动机轴5.0950.639601.00.99轴5.0394.96350.1249.379603.00.95轴4.7464.69273.1072.276204.80.96轴4.5514.482651.60641.7266.71.00.97卷筒轴4.4374.195635.28600.6366.7计 算 及 说 明结果四、传动零件的设计计算一、圆锥齿轮传动的设计计算已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比，由电动机驱动。1.选定齿轮类型、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，齿形制,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位。（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（4）、选小齿轮齿数2.按齿面接触疲劳强度设计 公式： （1）、确定公式内的各计算值1）查得材料弹性影响系数。2）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。计 算 及 说 明结果3）计算应力循环次数小齿轮：大齿轮：4）查得接触批量寿命系数5）计算接触疲劳许用应力6）试选，查得所以，7）8）（2）、计算1）试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得2）计算圆周速度v计 算 及 说 明结果3）计算载荷系数根据，8级精度，查得，所以。4）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：5）技术模数3.按齿根弯曲疲劳强度设计公式：m（1）、确定公式内的各计算值1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度。2）查得弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则，计 算 及 说 明结果4）载荷系数 K=2.315）节圆锥角6）当量齿数7）查取齿形系数 8）查取应力校正系数 9）计算大小齿轮的 ,并加以比较。大齿轮的数值大。（2）、设计计算m综合分析考虑，取得，计 算 及 说 明结果4.几何尺寸计算（1）、计算大端分度圆直径（2）、计算节锥顶距（3）、节圆锥角（4）、大端齿顶圆直径（5）、齿宽二、圆柱齿轮传动的设计计算已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。计 算 及 说 明结果1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）由以上计算的数据可得圆锥齿轮的传动在轴的轴向力此轴向力较小，故二级变速装置选用直齿圆锥齿轮。（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（4）、选小齿轮齿数2.按齿面接触疲劳强度设计 公式： （1）、确定公式内的各计算值1）试选载荷系数 2）计算小齿轮传递的转矩3）选取齿宽系数 4）查得材料弹性影响系数。5）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。计 算 及 说 明结果6）计算应力循环次数小齿轮：大齿轮：7）查得接触批量寿命系数8）计算接触疲劳许用应力（2）、计算1）试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得 =42.8mm2）计算圆周速度v3）计算齿宽b计 算 及 说 明结果4）计算齿宽与齿高比 模数：齿高：5）计算载荷系数根据，8级精度，可查得动载荷系数 ，直齿轮假设 ，查得 查得使用系数 查得8级精度，消除了相对支撑为非对称布置时，=1.4513由 所以。6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：7）计算模数计 算 及 说 明结果3.按齿根弯曲疲劳强度设计公式：m（1）、确定公式内的各计算值1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度。2）查得弯曲疲劳寿命系数 3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则，4）计算载荷系数 K 5）查取齿形系数 6）查取应力校正系数 7）计算大、小齿轮的,并加以比较。 ，大齿轮的数值大。计 算 及 说 明结果（2）、设计计算m综合分析考虑，取，得，取4.几何尺寸计算（1）、分度圆直径（2）、中心距（3）、齿宽，取，5.验算假设成立，计算有效。计 算 及 说 明结果三、数据整理1.圆锥齿轮 齿轮类型：直齿圆锥齿轮（,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位）。精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。大端分度圆直径：小齿轮，大齿轮节锥顶距：R=109.0986mm节圆锥角：， 大端齿顶圆直径：， 齿宽：齿数：，模数m=32.圆柱齿轮齿轮类型：直齿圆柱齿轮 精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。分度圆直径： ， 中心距：a=155mm 齿宽：，齿数：，模数：m=2.5mm计 算 及 说 明结果五、轴的计算一、减速器高速轴I的设计1.求输出轴上的功率，转速和转矩由前面的计算可得2.求作用在齿轮上的力圆锥小齿轮圆锥大齿轮圆柱小齿轮、大齿轮计 算 及 说 明结果3.初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。取,于是得同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：，则，结合电动机的参数，选用凸缘联轴器，型号YL4联轴器，即，该端选用的半联轴器的孔径，故取轴径，半联轴器毂孔的长度L=62mm。4.轴的结构设计（1）、拟定轴上零件的装配方案下图为轴上的装配方案（图3）（2）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：（图4）计 算 及 说 明结果1）由联轴器尺寸确定由联轴器的毂孔长度L 和直径d及相关要求，可确定2）初步选择滚动轴承。轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6206，其尺寸为。为了利于固定，一般取比b小1mm（如图3所示），故可确定。3）由经验公式算轴肩高度：取轴肩高为4mm ，确定。由课程设计指导书P47图46的要求可得，取。4）根据轴承安装方便的要求，取，得根据安装轴承旁螺栓的要求，取 。根据齿轮与内壁的距离要求，取 。5）根据齿轮孔的轴径和长度，确定。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（3）、轴上的零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm（标准键长见）。计 算 及 说 明结果为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为28mm（标准键长见）。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均为R1，如图：（图5）5.求轴上的载荷 根据轴的结构图（图3）作出轴的计算简图（图6）（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。计 算 及 说 明结果结合装配图求得,。做弯矩、扭矩图：（图7）计 算 及 说 明结果6. 求轴上的载荷载荷水平面H垂直面N支反力F弯矩M总弯矩扭矩T7.按弯扭合成应力校核轴的强度 根据图四可知右端轴承支点截面为危险截面，由上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力为前已选定轴的材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。2、 输出轴的设计1. 求出输出轴上的功率，转速和转速，2. 求作用在齿轮上的力 已知大斜齿轮的分度圆直径为 而 圆周力，径向力，轴向力的方向如图六所示 图六 查机械设计课程设计表14-4选Lx3型弹性柱销联轴器其工称转矩为1250N.M半联轴器的孔径，所以取40mm，半联轴器长度L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。4. 轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案（见图七） 图七、输出轴轴上零件的装配（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位，1段轴左端需制出一轴肩，故取2-3段的直径，1段右端用轴端挡圈定位，半联轴器与轴配合的毂孔长 度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短些，取。2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由机械设计课程设计表13-1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30310，其尺寸为，因而可以取。右端轴承采用轴肩进行轴向定位，由机械设计课程表13-1查得30310型轴承的定位轴肩高度，因此取。3） 齿轮左端和左轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为62mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的轮毂直径取为55mm，所以55mm。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径为。轴环宽度，取。4） 轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故。5） 齿轮距箱体内比的距离为a=16mm，大锥齿轮于大斜齿轮的距离为c=20mm，在确定滚动轴承的位置时应距箱体内壁一段距离s=8mm。可求得。（3）轴上的周向定位 齿轮、半联轴器的周向定位均采用平键连接，由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为保证齿 轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，；同样半联轴器与轴的连接，选用平键，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m5。（4） 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为，轴肩处的倒角可按R1.6-R2适当选取。5. 求轴上的载荷 根据轴的结构图做出轴的计算简图，在确定支点时查得30310型的支点距离a=23mm。所以作为简支梁的轴承跨距分别为L1=61.25mm，L2=131.25mm。做出弯矩和扭矩图。由图六可知齿轮支点处的截面为危险截面，算出其弯矩和扭矩值如下：6. 按弯扭合成应力校核轴的强度 根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 =16.9Mpa前已选定轴的材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。7. 精确校核轴的疲劳强度（1） 判断危险截面 由弯矩和扭矩图可以看出齿轮中点处的应力最大，从应力集中对轴的影响来看，齿轮两端处过盈配合引起的应力集中最为严重，且影响程度相当。但是左截面不受扭矩作用故不用校核。中点处虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径比较大，故也不要校核。其他截面显然不要校核，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核齿轮右端处的截面。（2）截面右侧校核 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧弯矩 截面上的扭矩 = 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得， 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得，。又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为， 故有效应力集中系数为 又取碳钢的特性系数为 计算安全系数值 故可知安全。3、 减速器高速轴的设计1. 求输入轴上的功率P、转速n和转矩T =436.36r/min =101.88N.m2. 求作用在齿轮上的力 已知小斜齿轮的分度圆直径为 已知圆锥直齿轮的平均分度圆直径 圆周力，径向力方向如图 中间轴受载荷图3. 初步确定轴的最小直径 先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径和4. 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案 中间轴上零件的装配（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由机械设计课程设计表13.1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30306，其尺寸为，。这对轴承均采用套筒进行轴向定位，由机械设计课程设计表13.1查得30306型轴承的定位轴肩高度37mm，因此取套筒直径37mm。2）取安装齿轮的轴段，锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，已知锥齿轮轮毂长，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径为。3）已知圆柱直齿轮齿宽，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取。4）齿轮距箱体内比的距离为a=16mm，大锥齿轮于大斜齿轮的距离为c=20mm，在确定滚动轴承的位置时应距箱体内壁一段距离s=8mm。则取 （3） 轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为32mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。（4） 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为，轴肩处的倒角可按R1.6-R2适当选取5. 求轴上的载荷 根据轴的结构图做出轴的计算简图，在确定支点时查得30310型的支点距离a=15.3mm。所以轴承跨距分别为L1=55.45mm，L2=74.5mm。L3=60.95mm做出弯矩和扭矩图（见图八）。由图八可知斜齿轮支点处的截面为危险截面，算出其弯矩和扭矩值如下：6. 按弯扭合成应力校核轴的强度 根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力为 前已选定轴的材料为（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。六、轴承的计算和校核1.输入轴滚动轴承计算 初步选择的滚动轴承为0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308，其尺寸为，轴向力 ， ，Y=1.7，X=0.4则 则 则 则 ，则 故合格。2. 中间轴滚动轴承计算 初步选择的滚动轴承为0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306。轴向力 ， ，Y=1.9，X=0.4则 则 则故合格。3. 输出轴轴滚动轴承计算 初步选择的滚动轴承为0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310. 轴向力 ， ，Y=1.7，X=0.4则 则 则故合格。7、 键联接的选择及校核计算1.输入轴键计算（1） 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，键与轮毂键槽的接触高度。则键联接的强度为： 故单键即可。（2） 校核圆锥齿轮处的键连接 该处选用普通平键尺寸为，接触长度，键与轮毂键槽的接触高度。则键联接的强度为： 故合格。2. 中间轴键计算（1） 校核圆锥齿轮处的键连接 该处选用普通平键尺寸为，接触长度，键与轮毂键槽的接触高度。则键联接的强度为：