福建农林大学机械设计课程设计说明书(二级圆柱圆锥齿轮减速器)

1、福建农林大学机械设计课程设计说明书（二级圆柱圆锥齿轮减速器）Last revision on 21 December 20201传动简图的拟定12电动机的选择23传动比的分配24传动参数的计算35圆锥齿轮传动的设计计算37轴的设计计算118键连接的选择和计算209滚动轴承的设计和计算2110联轴器的选择2211箱体的设计22设计总结25参考文献261传动简图的拟定匕二技术参数：n 二碾轮上的阻力矩为2800N,p尸碾轮轴的转速n=40 r/min ,n=1500r/min允许有±5%的偏差。电动机型号：工作条件：Y112M4混沙机由交流电动机带动，单班制工作，工作时经常满载、有轻微振

2、动，工i总二作年限为五年。（设计时）。产1.3拟定传动方案b =传动装置由电动机，减速器，工作机等组成。减速器为二级圆锥圆柱与二齿轮减速器。外传动为齿轮传动。方案简图如图。n,=1470r/min2电动机的选择n2=min电动机的类型：三相交流异步电动机（Y系列）n3=min功率的确定n4=40r/min工作机所需功率匕（kw）:片二Pw =Tn</9550=2800*40/9550=外二电动机至工作机的总效率r：6 二P广=x X X X x =（二 N-m为联轴器的效率，小为轴承的效率，小为圆锥齿轮传动的效率，小为心二.m圆柱齿轮的传动效率，小为开式圆锥齿轮传动的效率）所需电动机的功

3、率丹（kw）：7=-m2=Pw /r=Z产35确定电动机的型号22二107因同步转速的电动机磁极多的，尺寸小，质量大，价格高，但可使传动滴油润滑比和机构尺寸减小，其中匕-4kN,符合要求，但传动机构电动机容易制造m =3 mm且体积小。4 二 mm由此选择电动机型号：Y180M4J2=321 mm电动机额定功率匕-,满载转速nM-1470r/minZi=24电动机型号额定功率 (kw)满载转速 (r/min)起动转矩/ 额定转矩最大转矩/ 额定转矩Zj=91m=石二30Z2=113a=B=-=90mm4=339, mmB2 =95mmJ12=30mm “23=35 mm 轴全长343mm/45

4、=105mm 轴总长：296mm4L60 mm "x =70mmJ67 =86mm，56=12nun 轴总长：477mmY180M-11470选取B35安装方式3传动比的分配总传动比：i总二%I/n出二1470/40二设局速轮的传动比为4,低速轮的传动比为，开式圆锥齿轮传动比为* 减速器的传动比为&，开式圆锥齿轮传动的传动比推荐3-4,选二, 诚二总/i3=12,选不二，i2 =贝IJ i =11 i2 z3=xx=Z = U F) /%=0符合要求。4传动参数的计算各轴的转速n(r/min)高速轴1的转速：n1 = nm=1470 r/min中间轴 II 的转速:n2 =

5、n1/z1=1470/= r/min低速轴 III 的转速：n3=n2/2=490/=min碾轮轴IV的转速：n4 = n3/3=140/=40 r/min各轴的输入功率p (kw)小X小小x?14Xs各高速轴1的输入功率：P：=Ph*7二*二 中间轴II的输入功率：Po-Pi*r2*7；3 低速轴川的输入功率：年* /二*二碾轮轴IV的输入功率：PLP3*%*r2=*=轴的输入转矩T(NM高速轴1的输入转矩：7； =9550 4/=.m 中间轴II的输入转矩：一 =9550玛/% = m 低速轴川的输入转矩：7； =95506/3=皿碾轮轴IV的输入转矩：4 =9550巴/% = .5圆锥齿

6、轮传动的设计计算选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用闭式直齿圆锥齿轮传动，按齿形制GB/712369-1990齿形角a = 201顶隙系数5=02齿顶高系数4=1,螺旋角色=。，轴夹角 S=90不变位，齿高用顶隙收缩齿。根据课本表10-1,材料选择，小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。根据课本表10-8,选择7级精度。传动比U=z2/ Z=3节锥角，& =90, -18.43° =71.57°不产生根切的最小齿数：Zmin = 2ha* cos/sin2 a -选q=35, Z2=uq=35*3= 1

7、05 选取Z2=107按齿面接触疲劳强度设计试选载荷系数（二2计算小齿轮传递的扭矩人会心 nrxloXmm选取齿宽系数四二由课本表10-6查得材料弹性影响系数Zf = I88MR/2由图10-21d按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=60°何产处 大齿轮的接触疲劳极限。碣2 =550加外。计算应力循环次数N2 =N/ = 2.76x108由图10-19查得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力试算小齿轮的分度圆直径代入%中的较小值得四(1 0.5% )2 111m计算圆周速度V4M = 4.(1 0.5%) = 88.663 x(10.5 x 0,3) = 75.364 mm=(

8、xx 1470) / (60x1000) s计算载荷系数齿轮的使用系数载荷状态均匀平稳，查表10-2得K/。由图10-8查得动载系数Ky二。由表10-3查得齿间载荷分配系数K/Kp/。依据大齿轮两端支承，小齿轮悬臂布置，查表10T9得轴承系数由公式KK = K即二接触强度载荷系数K =Ka Kv Klla K“产 xlx =按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 & 二 dulK/Kl =x V2.13/1.3 = mm m- dJ / q=35=取标准值m = 3 mm o计算齿轮的相关参数cl 1 "m 号=3 x 35105 mind, 二in z,尸 3 x 10 /

9、二 321 nun=arctan(l/M)=18.43°=18°6,47" J2=90°-J,=71° 53'13"校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数K二K八Kv KFa 尸计算当量齿数Z门二 4 /cos =35/cos 18.10 =ZV2 -24COS (52 =107/° -查表 io-5 得 l尸，/h=，2二，丫“二计算弯曲疲劳许用应力由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数KfnKfN2 =取安全系数%二由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限=500Mpa(jFN2 =380Mpa按脉动循环变应力确

10、定许用弯曲应力校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式满足弯曲强度要求，所选参数合适。柱齿轮传动的设计计算选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用闭式斜齿圆柱齿轮传动。根据课本表10T,选择小齿轮材料40Cr钢，调质处理，硬度280HBS；大齿轮材料45钢，调质处理，硬度240HBs ,根据课本表10-8,混沙机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。试选小齿轮齿数4 =26,则与二口号=G Z=24*r91 初选螺旋角忏按齿面接触疲劳强度设计：2Ktz(±D痣 11试选载荷系数K尸计算小齿轮传递的转矩T =xl()56/r'xloKmm由表10-7选取齿宽系数。，产1由表10-6查

11、得材料的弹性影响系数Z£ = 188MPa1由图10-30查的区域系 数 Z=。由图 10-26 查的%=。.780=0.885 则%+72=4=L72需用接触应力/=应匕哂 =55:522.5 = 540.25 Mpa由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限11m尸600Mpa,大齿轮的接触疲劳强度极限b. 11ml =600Mpa。 计算应力循环次数M =60“2/4=60xxlx (8x250x5) =x10s/V2=,/u=x108/=x108由图10-19取接触疲劳寿命系数=0.93 , K2=095。计算接触疲劳许用应力取安全系数S=1取失效概率1%?二K&

12、#39;v0Hm=x600=576MPa s6/J =勺/."而2 =x600=588MPa s试算试算小齿轮的分度圆直径，带入b中的较小值得>Zz2Kz (±1)="一 V b念分 U计算圆周速度研八 3.14x79.08x459,375 ,V =- =m/s=s60 x 100060 x 1000计算齿宽bb = d ,dx=x=计算齿宽与齿高之比9 n模数?,=&：上些小cosl4 /24=齿图力=2.25/nn/ =x=b =h计算纵向重合度分=0.318 d4 tan/? = 0.318*1*26* tan° = 2.06计算载荷

13、系数根据v=s,由图10-8查得动载荷系数二；直齿轮，由标10-3查的K产KFa = 由表10-2查得使用系数K由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时 K/力二。由，-，K即-查图10-13得K/-;故载荷系数K =Ka Kv Kna "lxxx二按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径45肾79.082、 =计算模数m ：mn = 4"* =xcosM，/24= 出按齿根弯曲强度设计公式为韶由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限6的 =450MRj大齿轮弯曲疲劳强度bg=45OM&据纵向重合度分 =2.06,从图10-28查的螺旋角影响系数

14、 =0.88计算当量齿数和齿形系数当量齿数计算弯曲疲劳许用应力由图10-20C查的小齿轮弯曲疲劳强度b阳=550Mpa小齿轮弯曲疲劳强度b归=600 Mpa由图10-18取弯曲疲劳寿命系数长网尸，Kfn广取弯曲疲劳安全系数s二,则=二刖。一二x500/=325 Mpa scrj2 = Knv4上二X380/= Mpa s计算载荷系数KK =Ka Kv KFa K/二lxxx二查取齿形系数由表10-5查得小广，YFa2 =查取应力校正系数由表10-5查得4广，Y =计算大、小齿轮的午午并加以比较大齿轮的数值大。设计计算x0.0145 = 2.374mm2xL3x2.98xlOxO.686 lx2

15、42对比计算结果.由齿面接触疲劳强度计算的模数叱大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，取也，已可满足弯曲强度,但为同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由芍二空吆二瞅79-14： = "597 .30 /3大齿轮齿数：Z2=30x=,即取6=113这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯 曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费，几何尺寸计算计算中心距(z. +z,)mn (38 + 133)x3_a 二= = 214.5 nun2cos/7 2xcosl4°圆整 a=265mm按圆整后的中心距修正螺旋角因B值改变不多，

16、故参数分、Kp、z等不必修正计算分度圆直径和齿轮宽度4 二哥叫/ cos夕二30x3/，=90mm4= 111ft/ cos夕二113x3/ =339nun b二电 4=lx90mm=90mm取华=95mm,100mm7轴的设计计算 输入轴设计求输入轴上的功率Pi、转速小和转矩7；Pi =n1 =1470r/minT= N-m求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为d,n = J|(l-O.50r) = 102 x(l-0.5x0.3) = 86.7nin mm 工=4 tana cosg = 2491xtan20cxeosl6.38° = 869.9 XFn = Ft

17、- tan a - sin = 2491x tan 20s xsin 16.38° = 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45钢(调质)，根据课 本表15-3,取A)= U5,得因轴上有两个键槽，故直径增大10%15%,取力2=35 mm左右。输入 轴的最小直径为安装联轴器的直径42，为了使所选的轴直径42与联 轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Q=K,Z，查课本表14-1,由于转矩变化较大， 故取K/1.3,则Q = K J = L3xlO813O = 140569 N - mm = 140.569 Nm,因输入轴与电 动机相连，转速

18、高，转矩小，选择弹性套柱销联轴器。电动机型号为 Y200L4,由指导书表12-4查得，电动机的轴伸直径D=48 mm。查 指导书表8-5,选LT8型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为 25QN-m,半联轴器长度4= 112恤,半联轴器与轴配合的毂孔长度 为 84mmc拟定轴上零件的装配方案为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3m6o确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2,全部倒角为2x45。根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承从轴的结构图，以及弯矩和 扭矩图，确定轴的危险截面。计算轴危险截面处的M及M的值列于下表：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T7；=10

19、8000N-mm联轴器附加径向载荷Fc计算 Fc作用下的受力分析如图f 由受力平衡的K 作弯矩图Me,如图g所示 A/总=M +M,.，如图 h综上可知：危险截面在靠近联轴器的轴承支点处 M二206778N/mm, T=108000N/mm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c = 0.6,轴的计算应力。前已选定轴的材料为45钢，调质处理,由课本表15T查得许用弯曲 应力b_= 60MP“，因此. <%,故安全。中间轴设计求输入轴上的功率外、转速%和转矩与求作用在齿轮上的力已知小圆柱直齿轮的分度圆半径4二90 mm外二 2Z幽= 749

20、0.9N90已知大圆锥齿轮的平均分度圆半径clin2 = d2l (1- 0.5四)=339 X (1 - 0.5 x 0.33) = 288.15 mmFrl = Ftl tanacosb = 2443.8x tan 20° xcos69.1T =316.3 N 初步确定轴翦最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据课本表15-3,取4=114,得中间轴的最小值显然是安装滚动轴承的直径。因轴上有两个键槽，故直径增大10%15%,故4nhi =40拟定轴上零件的装配方案如图初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用圆锥滚子 轴承，参照工作要求并根据

21、九二46>40加，由指导书表6-7中初步 选取03系列，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308,其尺寸为 4x0x7 = 40x90x25.25,所以这对轴承均采用套筒 进行轴向定位，由表15-7查得30306型轴承的定位轴肩高度，因此 取套筒外直径55mli1,内直径50mll1。取安装圆锥齿轮的轴段由3 =5。 ,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L = 60，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G=58"，齿轮的右端采用轴肩 定位，轴环处的直径为24 = 60削。已知圆柱直齿轮齿宽4=106mm,为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴

22、段 应略短于轮毂长，故取/石二105吨。箱体以小圆锥齿轮中心线为对称轴，由圆锥齿轮的啮合几何关系，推 算出，箱体对称则：取轴肩& = 14“ /56 = 64, /r= 55 mm轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按，自由课本表6-1查得平键截面bxh = 4x9mni,键槽用键槽铳刀加工，长为51mm,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生；圆柱齿轮的周向定 位采用平键连接，按，5由课本表6-1查得平键截面。x/? = 16xio?"键槽 用键槽铳刀加工，长为97mm,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

23、坦；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k6o确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2,取轴端倒角为2x45。根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承从轴的结构图，以及弯矩和 扭矩图，确定轴的危险危险截面，计算出的圆柱齿轮位置的中点截面处的用、及M的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T7； =370800NmmT 二370800Nm综上可知:危险截面在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 2 = 0.6,轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢,调质处理，由课本表15-1查得许用弯曲 应力b_= 60MP

24、a ,因此故安全。输出轴的设计求输入轴上的功率Pi、转速和转矩（R =n3=min 7=m求作用在齿轮上的力已知大圆柱直齿轮的分度圆半径c/,=339mm三二 2,136。= 76儆'd, 339F taim 7619tan20e =2773,3cas/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45钢（调质），根据课本表15-3,取4=112,得中间轴的最小值显然是安装滚动轴承的直径。因轴上有两个键槽，故直径增大10%15%,故4nhi =60拟定轴上零件的装配方案如图。由图可得为整个轴直径最小处选&2=60 mm。为了满足齿轮的轴向定位，取出3 =65。根据

25、链轮宽度及链轮距 相体的距离综合考虑取In - 104，G - 55/加。初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用圆锥滚子轴 承，参照工作要求并根据九二48>70"，由指导书表6-7中初步选 取03基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30314,其尺寸 为4x0x7 = 70x150x38,所以4M=4羽二70mm。这对轴承均采用套筒 进行轴向定位，由表6-7查得30214型轴承的定位轴肩高度.因此取 d45= 82mm。去安装支持圆柱齿轮处直径九=86加？。已知圆柱直齿轮齿宽B2=96mm,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广93m

26、m0由于输出轴在箱体内部长为235mm,轴承30214宽为38mm,可以得出 /34 = 36 nun , /45 = 94, /78 = S3 mm。至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。轴上的周向定位圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按47由课本表6-1 查得平键截面/"/? = 25x14，键槽用键槽铳刀加工，长为88nlm,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与；链 mo轮的周向定位采用平键连接，按（由课本表6-1查得平键截面0x/? = 18xll"，键槽用键槽铳刀加工，长为92mm,同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮

27、毂与轴的配合为斗；滚动轴承与轴的 mo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。确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15 2,取轴端倒角为2x45。求轴上的载荷根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承从轴的结构图，以及弯矩和 扭矩图中可以看出圆柱齿轮位置的中点截面是轴的危险截面。计算出的圆柱齿轮位置的中点截面处的及M的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T4 二 1360000Nmm联轴器附加径向载荷Fc计算 Fc作用下的受力分析如图（5）由受力平衡的&=13738.6N62=4672.6%作弯矩图如上图所示 加总=M + M,.,如上图所示 综上可知：危险截面在

28、靠近联轴器的轴承支点处M=m, T=1360N/m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,2=06,轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由课本表15T查得许用弯曲 应力口_=60MP”，因此a a < * .故安全。8 键连接的选择和计算输入轴与联轴器的链接轴径"12 =30，选取的平键界面为/"/ylOxS""* 长L=70mmo由指 导书表4-1得，键在轴的深度t二，轮毂深度t1=Q圆角半径尸。查课本表 6-2得，键的许用应力qJ=110MPa。有k二，/二L-b。满足强度要求。2Txl

29、O3 2x108863”一“<Jn = 30.24Mpa < crnp dx/xk 30x60x4pJ输入轴与小圆锥齿轮的链接轴径467 =35?？，选取的平键界面为x/? = 10x8?，长L=42mm。由指 导书表4-1得，键在轴的深度L,轮毂深度圆角半径尸。查课本表 6-2 得，键的许用应力bp=110MPa0 有 k=，1 二L-b。2Txl03 2x108000r一口一喉说文% =三 - = 48.29/Wpa 4bp湎足强度要求。dx/xk 35 x 32 x 4中间轴与大圆锥齿轮的链接轴径“23 = 5。?？，选取的平键界面为x/? = 14x9，长L=51mm。由指

30、 导书4-1得，键在轴的深度轮毂深度1=。圆角半径片。查课本表6-2 得，键的许用应力hJ=110MPa。有k=, 1=L-b。册一-71.42Mpa< p 满足强度要求。1 dx/xk 50x37 x4.5'中间轴与小圆柱齿轮的链接轴径“45 = 55?，选取的平键界面为。x/? = 16x10"，长L=97mm。由 指导书表4-1得，键在轴的深度L,轮毂深度L=。圆角半径厂。查课本 表6-2得，键的许用应力hJ=110MPa0有kq 1=L-b。2Txl03 2x370800 w, j 1 -上bp 一乂 7 1 一R <一35.02Mpa"b 涧足

31、强度要求。dx/xk 55x77x51输出轴与大圆柱齿轮的链接轴径467 = 82?，选取的平键界面为x = 25x14，长L=88mm。由 指导书表4-1得，键在轴的深度L,轮毂深度L=°圆角半径尸。查课本 表6-2得.键的许用应力匕J=110MPa0有kq 1=L-b。=答辞 = 7521"pa"k满足强度要求。输出轴与滚子链轮的链接轴径选取的平键界面为x/? = 18x11"明 长L=92mm。由指 导书表4-1得，键在轴的深度L,轮毂深度=。圆角半径片。查课本表 6-2得，键的许用应力qJ=110MPa。有k=，1二L-b。2Txi()32x13

32、60000 1外 /1 一 口呼喉说文4=力=l°21MpaK %湎足强度要求。dx/xk 60 x 74 x 5.59滚动轴承的设计和计算输入轴上的轴承计算(30308圆锥轴承)由已知可得：n|=1470r/min,Fr = 1662 TV , Ft 2 = 4295 N ,%=300N C0= 108/CN Cr = 90.8 KN求两轴承的轴向力 “ = Frl /(2K) = 1662 /(2x L7)N = 4883NFd2 =耳2«2Y) = 4295 /(2xl.7)AT = 1263 2V, Fa=Fd2 + Fn= 1518.6 N&=1263N 求轴承当量动载荷R和P, 区=更%=0.9> 耳 I1662由指导书表 6-7 查的 R=0.4F“+L7%= ,P2=Fr2=4295N验算轴的寿命106 (c106108000x 10/3-6017； 60x1470k 4295= 5.9xl05/>14600h故可以选用。中间轴上的轴承计算（30308圆锥轴承）由已知可得：叫二432”加11,广“=亚；+死” =4698N%=Jr3+&2 =5295