二级圆锥圆柱齿轮减速器毕业设计

1、学 专 年 学 姓本科毕业论文（设计）题 目二级圆锥圆柱减速器设计院机电与信息工程学院业 机械设计制造及其自动化级 2012 级号2012131047名解鹏飞指导教师范盈圻成 绩2015年12月15日摘要1关键词1abstract 1key words 10引言21总体传动方案的设计 22电动机的选择 22.1 选择电动机类型 22.2 选择电动机容量 33传动装置运动及动力参数计算 33.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比 43.2 计算各轴的转速 43.3 计算各轴的输入功率 43.4 计算各轴的输入转矩 44减速器齿轮的参数计算 44.1 高速级减速齿轮的设计计算 54.2 低速级减

2、速齿轮的设计计算 85轴的设计计算及校核 135.1 轴材料选择和最小直径估算 145.2 轴i的设计计算145.3 轴ii的设计计算155.4 轴iii 的设计计算165.5 轴的强度校核176键的选择及强度校核 186.1 轴i上联轴器和小锥齿轮的连接键选择及校核 186.2 轴ii上大锥齿轮的连接键选择及校核 196.3 轴iii上大锥齿轮和联轴器连接键选择及校核 197.1 箱体的结构形式和材料 197.2 箱体的主要结构尺寸和关系 208润滑与密封209总结21参考文献22致另中23附录24西南大学育才学院2016届机械设计制造及其自动化专业本科论文二级圆锥圆柱减速器设计摘要：齿轮传

3、动是现代机械设计中应用最广的一种形式，它由齿轮、轴、轴承、及 箱体组成的齿轮减速器。齿轮减速器具有效率高、寿命长、维护简便等优点，因而应用 极为广泛。本文对带式运输机的常用传动装置之一一一二级圆锥圆柱减速器进行了相关 的设计，确定了传动方案，并对主要零件进行了结构设计或选型。关键词：齿轮传动减速器 圆锥齿轮abstract: gear drive is one of the most widely used forms in modern mechanical design. it consists of gears, shafts, bearings, and a gear reducer.

4、the gear reducer has the advantages of high efficiency, long life and easy maintenance,and so on, so the application is very extensive.in this paper,one of the commonly used driving device of belt conveyor,the two stage conical cylindrical gear reducer is designed, the transmission scheme is determi

5、ned, and the main parts of the structure design of selection.key words: gear drive, retarder, design, bevel gear wheel第31页共24页0引言齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：瞬时传动比 恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功 率和速度范围广；传动效率高，“=0.92-0.98 ;工作可靠、使用寿命长；外轮廓 尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和传递转

6、矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方 向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和 多种功率型号的产品。近十几年来，由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加 工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化， 标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。1总体传动方案的设计传动装置由电机、减速器和工作机组成。考虑到电动机转速高，传动功率大，将 v 带设置在高速级。初步确定传动系统总体方案如图 1-1所示，选择v带传动和二级圆锥 圆柱齿轮传动。图1-1传

7、动方案2电动机的选择2.1 选择电动机类型按照工作要求和工作条件，则选择 y系列三相笼型异步电动机，具结构为全封闭自扇冷式结构，额定电压为380v。2.2 选择电动机容量选择电动机所需功率为pd =kw,所以选择电动机时应保证电动机的额定功率pedi略大于工作机所需的电动机 pd即可，即padpdoe 计算带式运输机所需的功率为：pw=2vw = 1500x1-1 =i.65kw10001000(2-1)(2)各机械传动效率的参数选择：1=0.99 (弹性联轴器)，0 =0.98(圆锥滚子轴承)，1 = 0.96 (圆锥齿轮传动)， 狐=0.97 (圆柱齿轮传动)，为=0.96 (卷筒)(2-

8、2)(2-3)传动总效率：= 12 22 3 4 5 =0.992 0.982 0.96 0.97 0.96 = 0.8081123 4 5(3)电动机的输出功率：pd =%=2.042kw三 0.808(4)确定电动机转速：选择二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比合理范围i三二82260 100v 60 1000 1.1 ,工作机探筒转速：nw95.54r/mind 3.14 220(2-4)所以电动机车速范围为nd =(822) x95.54= (764.322101.88) r/min ,符合这一范围的同步转速为：750r/mim , 1000r/min , 1500r/min。考虑电动机和传动

9、装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000r/min的电动机。电动机选择如表所示：表2-1电动机参数型号额定功率/kw满载功率(r/min)启动转矩最大转矩额定转矩额定转矩y112m-62.29402.02.23传动装置运动及动力参数计算3.1确定传动装置的总传动比和分配传动比传动装置总传动比：i= nm= 940 ： 9.839(3-1)(3-2)-nw 95.54分配各级传动比：i= i - i .i = 0.25i 尸 0.25父 9,839 =2.46 3,成立i； 9.839 , i4i -2.463.2 计算各轴的转速i轴 n = nm =940

10、r/minnjj = nj = _940_ =382,1r /minii 轴 il 2.46niii轴= n = 382=95.5/min3.3 计算各轴的输入功率(3-3)i轴：ppd2 =2.042x0.99= 2.022kwii轴：pn=p1n2n3 = 2.002x0.98x0.96 = 1.902kwiii 轴：p/24 = 1.902 x0.98x0.99 = 1.754kw滚筒轴 p滚：p2、=1.808x0.98x0.99= 1.754kw3.4 计算各轴的输入转矩. . .6 p“6 2.0426因电动机轴的输出转矩 td =9.55 10 hd =9.55 10 2.074

11、6 10 n.mmnm940(3-4)(3-5)所以 i 轴：t=ti = td，=2.0746m0.99父104 =2.054m104n.mmii 轴：tu=12t13i 1=2,054义 0.98. 0.96乂 2.46义 104 =4.754乂 104 n.mmiii 轴：丁也=丁?244=4.754父0,98父0,97父4m104 = 1.80810n.mm滚筒轴：t滚=2 1 -1.808 0.98 0.99 105 =1.75410n.mm4减速器齿轮的参数计算4.1高速级减速齿轮的设计计算(1)选定高速齿轮类型、精度等级、材料和齿数按传动方案方案选用直齿圆锥传动，压力角取为20。

12、带式输送机为一般工作机器，查手册2选用7级精度小齿轮、大齿轮材料选择如下表：齿轮型号材料牌号热处理方法强度极限%/mpa屈服极限ismpa s小齿轮45调质650360大齿轮45正火580290表4-1齿轮材料参数选择小齿轮齿数 乙=19,则大齿轮齿数z2 =i1z1 =2.46父19 = 46.74,取z? = 47、一zc 47头际内数比u =2.47z219(4-1)(2)按齿面接触疲劳强度计算计算小齿轮分度圆直径：% =3/4khtt2 (zhze)2丁:，r(1 -05：，r) 二 h(4-2)1)确定各式中参数：取kht =1.3 ,小齿轮传递的转矩t = 2.054父104 n.

13、mm ,选取齿宽系数6r=0.3,查手1册2得区域系数zh=2.5,弹性影响系数ze =189.8mpa2 ,查手册2得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为%m1570mpa、仃lim2 =390mpa计算应力循环次数:_9n1 =60nljlh =60 940 1 (2 8 300 10)=2.7072 10999n2 = ni/u =2.7072 10 /2.47 =1.096 10查手册2得接触疲劳寿命系数khni=0.90、khn2=0.95(4-3)(4-4)取失效概率为1%安全系数s=1(4-5)(4-6)4khttd1t -3.：r(1_0.5：，r)2 c?24 1.3 2.05

14、4 104= 3 0.3 (1 -0.5 0.3)2 2.472.5 189.8 2()2 =68.921mm370.53）调整小齿轮分度圆直径计算圆周速度vdm1 二dt(1-0.5：，r) =68.921 (1-0.5 0.3) = 58.583mm(4-7)二dm1nl3.14 58.583 94012.882m/s60 100060 1000(4-8)当量齿轮的齿宽系数b = ：rd1t ,u2 1 /2 =0.3 68.921 . 2.472 1 /2 = 27.549mm(4-9):d =b/dmi =27.549 ： 58.583 = 0.47mm计算实际载荷系数查手册2得使用系

15、数ka=1,动载系数kv=1.07,齿间载荷分配系数khu = 1 ，齿向载荷分配系数khp =1.815。实际载荷系数 kh = ka kv kh：. kh ： =1 1.07 1 1.815 = 1.942(4-10)按实际载荷系数得分度圆直径:kh1.924d1 =d1t 3 h =68.921 378.788mm1 1.3(4-11)齿轮模数:m = d1 /zi = 78.788/19 = 4.147mm(4-12)则有：以1 二 mi二hlimi，90 570 :592 slbh = khn20hlim2= 0.95父390 =370 5mpa sl取二者中较小者作为该齿轮的接触疲

16、劳需用应力，既h】=eh 2 =370.5mpa2）计算小齿轮分度圆直径（3）按齿根弯曲疲劳强度计算 1）试算模数m _3_2 _ 22：，r(1 05：，r)乙.u 1/yfaysa、(!、)(4-13)确定公式中的各参数值:试选取kft =1.3,查手册2得齿形系数：yfa1=2.69、yfa2=2.13,应力修正系数:ysa1 =1.55 %iim2 =340mpa、ysa2 =1.89 ,小齿轮和大齿轮齿根弯曲疲劳强度极限分别为fiim1 =360mpa ,弯曲疲劳寿命系数kfn1=0.85 , kfn2 = 0.88。取弯曲疲劳安全系数s=1.50则有f1=：:0 fa(4-14)k

17、 i _ kfn 2；- flim 2s0.88 360yfa2ysa2=211.2mpa , f s1.5rf!2.13 1.89二 0.0191211.2(4-15)因为大齿轮的yfaysa大于小齿轮，所以取%丫必丫引丫“ tfvt= 0.01912）计算模数m*,5：工,2折.崎）(4-16)0.01911.3 2.05 1040.3 (1 -0.5 0.3)2 1 92 、2.4721=1.347mm对比计算结果，齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，因为齿轮模数 m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲 劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径

18、有关，所以可取由弯曲疲劳强度算得的模数 1.347mm,并就近圆整为标准值m=2mm按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1 = 78.788mm。算出小齿轮齿数 乙=a/m = 78.788/2=39.394，取z1=39则大齿轮数乙=乙=2.47兆.394:97.3为了使两齿轮的齿数互质，取z2=972）查手册4得计算小齿轮的基本几何尺寸3）计算分度圆直径：d1=z1 m=39m2=78mmd2 =z2 m =97 2 = 194mm11计算分锥角：、1 = arctan(-) = arctan() =20 9031u2.47(4-17)-2 =90 一20 9031=69 969计算齿轮宽度：

19、b = ：，rd1 u2 1/2 =0.3 79 . 2.492 1/2 = 31.79(4-18)取 b1 =b2 =32mm(4)校核计算1)分度圆直径校核i4kh t1/zhze、2d1t 32t)l0.5 6 r)2u石j修正各式中参数(4-19)yfa1 =2.71yfa2 =2.13ysa1 =1.56ysa2 = 1.85取 kv =1.182, 5 = = 1 =% kh 队=1.25 k p = khm =小阳父 1.5 = 1.375即 k =ka kv kh1khb=1 1.25 1 1.375-1.7182)校核4kh tizhze.2d1t -6r(1-0.56r)2

20、u f4 1.718 2.054 1 04, 2.5 1 89.9、2=32()0.3 (1 -0.5 0.3)2 2.47370.5-68.167mm(2)校核模数因早午:二笄牛，故按大齿轮校核4k tiyfa ysa、mn -3,-：222=(),邛r(1 -0.5 0.3:)2 z1u2 1 j4 2.344 2.144 104二 3 3 ,0.3 (1 -0.5 0.3)2 1622.752 10.0198=1.631mm因实际d=78mm, m=2mm均大于要求值，故所设计的齿轮强度足够。4.2低速级减速齿轮的设计计算选定低速齿轮类型、精度等级、材料和齿数按传动方案选用直齿圆柱齿轮传

21、动查手册2选用7级精度材料选择及热处理如下表：表4-2齿轮材料参数齿轮型号材料牌号热处理方法齿面硬度(hb0小齿轮45cr调质280大齿轮45正火240齿轮齿数选择:选齿轮齿数z3=19,根据传动比i) = 4,则大齿轮齿数为z4 = z3旬=19父4 = 76,取z2 =76，实际传动比明=4o(1)按齿面接触疲劳设计 1)试算分度圆直径 ,12kht 币 u+1 /zhzezdit -3(4-20)t 丁 ,f)确定公式中的各参数值:丁口=4.754 父 104 n mm,试选 kht =1.3查手册zh =2.5,材料的弹性影响系数ze =189.8mpa,。2)计算接触疲劳强度重合系数

22、z,; a1 =arccosz1cos: /(z1 2ha )1 = arccos19 cos20 /(19 2 1) = 31.896:a2 =arccosz2 cos： /(z2 2ha ) l arccos76 cos20 /(76 2 1)1 = 23.794-z1(tan二 a1 -tan： ) z2(tan： a2-tan： )1/2 =19(tan31.896 -tan20 ) 76(tan33.794 -tan20 ) e =1.713得齿宽系数gd =1 ,区域系数(4-21)(4-22)z-0.873(4-23)3)计算接触疲劳许用应力lh】查手册2得小齿轮和大齿轮接触疲劳

23、极限分别为1hlim =600mpa、0hlim =550mpa计算应力循环次数：n1 =60n-jlh =60 382.1 1 (2 8 300 10)=1.100458 109n2 =n/u =2.75112 108查手册2得接触疲劳寿命系数 khn1=0.94、khn2=0.97取失效率为1%安全系数s=1o则有一*09” 564mpa(4-24)!hk hn 2 h lim 2s0.96 5501= 528mpa取两者较小者作为齿轮的解除疲劳许用应力，即th i- !.-h =528mpa4）计算小齿轮分度圆直径d#3 2k ht t- u 1u(4-25)3 2 1.3 4.754

24、10412.5 189.8 0.893528)2=46.339mm5）调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷前的数据准备圆周速度：v。=二 d3tn -60 1000二 46.339 382.160 1000= 0.927m/s(4-26)(4-27)齿轮齿宽：b-：,d d1t =1 46.339 = 46.339mm计算实际载荷系数kh查手册2得ka =1 ,动载系数kv =1.09(4-28)齿轮的圆周力：ft1=21/d1t =2 4.754 104/46.339 = 2.052 103n.mmka f1t/b=1 2.052 103 / 46.339 = 444.28n / mm yfa2

25、 =2.11应力修正系数 ysa1 = 1.88、ysa2 =1.82 ,丁口=4.754父104、d=1、m=2mm、z3=26 o所以二一f1二 2kft-yfa1ysa2y,= 2 1,58 4.754 104 2.15 1.88 0.671:m3z321 23 262= 75.341 二 lf 11二jkftffazys-； =2 1.58 4.754 104 2.11 1.82 =2616；: i- 1f2 力 dm3z421 23 1052. f所以齿根弯曲疲劳强度满足条件。5轴的设计计算及校核5.1 轴材料选择和最小直径估算查手册2选取轴的材料为45钢，调质处理，则许用应力确定的

26、系数为 103 ma0 17.266mm ,取联轴器孔直径为d=25mm。轴孔长度l联=62mm (y型)，相应轴段 直径为di = 25mm,其长度略小于宽度，取l1 =60mm(2)轴承与轴段、的设计，轴段采用轴肩定位，选用毡圈油密封。该轴为悬臂梁，且有轴向力的作用，所以查手册1选用深沟球轴承，初选轴承 6205,尺寸为d m d父b = 25mm父52mmm 15mm ,所以取d3 =30mm ,联轴器定位轴套顶到轴承内圈端 面，该处轴段长度应略短于轴承内圈宽度，取l3=14mm ,在该轴上的两个轴承取相同型号，则 d5 =30mm, l5 =15mm , d6 =29mm , l6 =

27、14mm。(3)轴承端盖的总宽度为 23mm根据箱体结构、轴承端盖的装拆及添加润滑油的要 求，取端盖外端面与联轴器右端面间的距离为l=30mm故取l2=40mm,为满足大带轮的轴间定位及密封圈标准，取d2=30mm。(4)小锥齿轮处的轴段采用悬臂结构，d6=30mm、l6=42mm ,选用普通平键8 m7 m 25定位，小锥齿轮与轴的配合为 上工。n6(5) d4段为轴环段，d4应大于d3 ,所以取d4=50mm,由箱体装配关系确定l4 =100mm。5.3轴ii的设计计算中间轴结构设计如下图：图5-2轴ii的结构图(1)轴段和轴段的设计，改轴段上安装轴承，考虑到齿轮上有作用较大的轴向 力及圆

28、周力，选用圆锥滚子轴承，轴承段及轴段上安装轴承，查手册 1选取轴承为 30207,尺寸为，所以取di=35mm, l1 = 32mm通常一根轴上的两个轴承取相同的型号， 则d5 =35mm , l5 =30mm ,轴的配合为公差为m6(2)齿轮与轴段和轴段的设计，轴段上安装齿轮3,轴段上安装齿轮 2,为了便于安装齿轮，2和4应略大于d1和ds ,所以选取d2=40mm、d4=64mm。由于 齿轮的直径比较小，齿轮右端采用轴肩定位，左端采用轴套固定，齿轮 2轮廓的宽度范 围为(1.21.5) d4=6075mm取其轮毂宽度l4=70mm ,齿轮其左端采用轴肩定位， 右端采用套筒固定，为了使套筒端

29、面能够顶到齿轮端面，轴段长度应比齿轮2的轮毂略短，故取l2=45mm,选用普通平键12m8m32定位，大锥齿轮与轴的配合为 电。2n6(3)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 (0.07 0.1)d 2=2.8 4mm 所以可得 ds=46mm、l3=18mm。5.3轴”的设计计算输出轴结构设计如下图：图5-3轴iii的结构图(1)根据d djmin =35mm查手册1得lx2型联轴器符合要求，公称转矩为 560n.mm 许用转速为 6300r/min ,轴孔范围为 2035mm取联轴器直径为 35mm轴承上度 l联=82mm , j型孔轴，a型键，相应的轴段的直径

30、 d1 =35mm ,其长度略小于孔宽度，取l1 =72mm ,联轴器与轴的配合为h1。1 k6(2)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，采用轴肩定位，则轴肩高度h = (0.07 0.1)d1 =2.45 3.5mm,轴段的轴径d2 =d1 +2父(2.453.5),选用毡圈油封，取d2=40mm。(3)轴承与轴段、的设计，考虑齿轮油轴向力的存在，轴径较大，选用圆锥滚子轴承，轴段上安装轴承，选用轴承为 30209 ,其尺寸为d父d父b =45mmx85mmm19mm ,所以选取d3=45mm, l3 = 38mm .通常一根轴上的两根 轴承取相同的型

31、号，则轴段的 d?=45mm、l7=40mm。轴的配合公差为 m6(4)齿轮与轴段的设计，轴段上安装齿轮4,为便于安装，d6应略大于d7,齿轮4轮廓宽度范围为(1.21.5/45 = 5467.5mm ,取de = 60mm ,其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定，轴段长度应比齿轮 4的轮毂略短，取l6=64mm。(5)轴段、的设计，轴段为齿轮提供轴向定位作用，定位轴肩的高度h =(0.070.1)d6 =4.2 6mm ,取 h=6mm,则 d =70mm、 l5 = 1.4h = 8.4mml5=15mm。轴段直径可取轴承内圈定位直径，即 d4=60mm、l4=44mm ,大直齿轮与轴的配

32、合为业。n65.3轴的强度校核(1)画出轴的载荷分析图(2)计算轴上的作用力，查手册5得如下公式小锥齿轮1:(5-1)圆周力 f” 2.0544 104 =1643.： di30径向力 fr1 = ft1 tan 二 sin、=221.89n轴向力 fac1 =ft1 tan： cos、=453.52nac水平面支反力：fnh1 = ft1 -36 =492.96nfnh2 = 父156 2135.9n(5-2)120120同理，垂直面支反力fnv1 =67n、fnv2 =298n垂直面弯矩 m h1 =41520n mm水平面弯矩 mnv1=40440n mm合成弯矩 m1 =jmh12+m

33、nv： =56441n mm(5-3)轴的强度校核：因选定的材料为45钢，调质处理。查手册1得s =0.6,许用应力k】=60mpa 0查手册3根据第三强度理论：m = m 1 +t- =41.6mpa 卜工】(5-4)w故高速轴强度足够。(3)中间轴及输出的校核强度方式同上，计算得校核强度足够。6键的选择及强度校核6.1 轴i上联轴器和小锥齿轮的连接键选择及校核(1)联轴器处选用普通平键尺寸为bhl =8mmm7mmm50mm ,接触长度l = 508 =42mm, k =0.5h =0.5黑 7 =3.5mm , d = 25mm。 &p 】=120 150mpa则键联接所受的应力为：0p

34、 =.=2父20540 =11.18mpa 88箱座凸缘厚度s i0.0i (dim+d2m) +i 用8箱盖凸缘厚度bi.5 si2箱座凸缘厚度bii.5 sii2箱座底凸缘厚度b22.5 s20地脚螺钉直径df0.0i8 (dim+d2m) +ii2i2地脚螺钉数目n44轴承连接螺栓直径di0.75d fi0机盖机座连接螺栓直径d2(0.5 0.6df)6连接螺栓d2的间距li50200i80轴承端盖螺钉数目d3(0.4 0.5)6窥视孔盖螺钉直径d4(0.3 0.4) df4定位销直径d(0.7 0.8 ) d25d、di、d2至外机壁距离ci2020d、d2之凸缘的距离c2i8i8轴承旁凸台半径ri99凸台高度h4040外机壁至轴承座端面距离lici+g+ (5 i0)40内机壁至轴承座端面距离l2c+g+ (5-8)58大齿轮定远至内机壁 i i.2 ai2齿轮端面与内机