机械设计课程设计__二级锥齿—斜齿圆柱齿轮减速器

1、机械设计课程设计说明书摘要 减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。 本设计采用的是二级锥齿斜齿圆柱齿轮传动，先利用两个大小锥齿轮减速，然后利用两个大小斜齿轮减速，达到最终的目的，由于齿轮

2、的效率高，传动比精确，所以可以实现很精准的传动。目 录一 设计任务书. 1二 传动方案的拟定.1三 电动机的选择 1.选择电动机的类型.1 2.选择电动机的功率.2 3.确定电动机的转速.2四 传动比的计算 1.总传动比.2 2.分配传动比.2五 传动装置、动力参数的计算 1.各轴的转速.3 2.各轴功率计算.3 3.各轴的转矩.3六 传动件的设计计算 （一）高速级锥齿轮传动的设计计算 1.选择材料、热处理方式和公差等级.3 2.初步计算传动的主要尺寸.4 3.确定传动尺寸.4 4.计算锥齿轮传动及其他几何尺寸.5 （二）低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 1.选择材料、热处理方式和公差等级.5 2

3、.初步计算传动的主要尺寸.6 3.确定传动尺寸.7 4.计算锥齿轮传动其它几何尺寸.8七 齿轮上作用力的计算 1.高速级齿轮传动的作用力.8 2.低速级齿轮传动的作用力.9八 减速器装配草图的设计.9九 联轴器的选择.9十 轴的设计计算 （一）高速轴的设计与计算 1.已知条件.10 2.选择轴的材料.10 3.初算轴径.10 4.结构设计.11 5.键连接的选择.12 6.轴的受力分析.13 （二）中间轴的设计与计算 1.已知条件.15 2.选择轴的材料.15 3.初算轴径.15 4.结构设计.15 5.键连接的选择.17 6.轴的受力分析.18 （三）低速轴的设计与计算 1.已知条件.18

4、2.选择轴的材料.18 3.初算轴径.18 4.结构设计.18 5.键连接的选择.21 6.轴的受力分析.21十一 润滑油的选择与计算.22十二 装配图和零件图.22十三 设计体会.23十四 参考文献.24一 传动方案的拟定 根据已知条件，运输带的有效拉力为2500N，运输带的速冻为1m/s，卷筒直径为300mm，三相交流电源，有粉尘，载荷平稳，常温下持续工作。 该设备的传动系统由电动机(原动机)减速器（传动装置）带式运输机组成，工作机为型砂运输设备。简图如下：1电动机 2联轴器 3减速器 4卷筒 5传动带减速器为展开式圆锥斜齿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

5、，8选用齿式联轴器。二 电动机的选择计算名称计算及说明计算结果1 电动机的选择根据用途选用Y系列三相异步电动机 2 选 择 电 动 机 的 功 率 输送带的功率为P=kw；查机械设计手册，取一对轴承的效率0.99；锥齿轮的传动效率0.96；斜齿轮的传动效率0.97；联轴器的传动效率0.99；所以=0.88；电动机所需的工作效率为P=2.28KW根据附录九，选择电动机的功率为3KWP=kw0.88P=2.28kwkw3 确 定 电 动 机 的 转 速输送带的转速r/min；已知锥齿轮的传动比；斜齿轮的传动比；故；电动机的转速范围：63.69（618）=（382.141146.42）r/min；由

6、附录九知道，符合这一要求的电动机同步转速有750r/min,1000r/min。本题选用1000r/min,其满载转速为960r/min，型号为Y132S6r/min960r/min三 传动比的分配计算名称计算及说明计算结果1总传动比=15.072分配传动比高速级传动比=3.77，因为锥齿轮的传动比不能大于3，故取；低速级的传动比四 传动装置动力参数的计算计算名称计算及说明计算结果1各个轴的转速=320r/min 2各个轴的功率2.282.26kw2.262.15kw2.06kw2.02kwkwkwkwkw3各个轴的转矩五 传动件的设计计算（1） 高速级锥齿轮设计计算计算项目计算及说明计算结果

7、1材料的选择，热处理方式和公差等级 考虑到带式输送机为一般机械，大小锥齿轮均选用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，小齿面硬度HBS=216254，大齿轮齿面硬度HBS=162217，平均硬度HBS=235，HBS=190，HBS与HBS相差45，在3050之间，故选用8级精度 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为： 45钢小齿轮调质处理大齿轮正火处理8级精度2初步计算传动的主要尺寸（1） 小齿轮的转矩为（2） 因为v未知，的值不能确定，可初步选载荷系数=1.3（3） 查得弹性系数为（4） 查得锥齿轮的节点区域系数为（5） 齿数比（6） 取（7） 许用接触应力可

8、用下式表示，由机械设计手册查得极限应力， 大小齿轮的应力循环次数为：查得，S取1则有； ；两者比较取较小的，故初算小齿轮的直径， = 3确定传动尺寸（1） 计算载荷系数：查得,齿宽中点分度圆直径故降低1级精度按9级精度查得，对进行修正，因为与有较大差异，故先对进行计算而对进行修正 （2） 确定齿数 初选小锥齿轮的齿数23，则69（3） 大端模数，查取标准模数为2.75（4） 大端的分度圆直径为： （5） 锥齿齿距为： （6）齿宽：4计算锥齿轮传动其他几何尺寸（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7） （8）（9）（2） 低速级斜齿圆柱齿轮设计计算计算名 称计算及说明计算结果1选择材料，热处理方

9、式和公差选择小齿轮的材料为40Gr，进行调质处理，硬度为280HBS；大齿轮为45钢，进行调质处理，硬度为240HBS，二者材料相差40HBS，在3050HBS之间。选择8级精度小齿轮为40Gr大齿轮为45钢8级精度2初步计算传动的尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为：（1）（2） 试选（3） 查得弹性系数（4） 初选螺旋角，查得区域系数为（5） 齿数比（6） 齿宽系数（7） 初选，取,则查得端面重合度为：；（8） 1.87；查得重合度系数为（9） 查得螺旋角系数（10） 许用接触应力可用下式计算：，由图查得接触疲劳极限应力为； 大小齿轮的应力循环次数分别为：

10、查得寿命系数；取安全系数取较小者，故初算小斜齿轮的分度圆直径 =3确定传动尺寸（1） 计算载荷系数：，查得载荷系数； （2） 对进行修正: （3） 确定模数，查表取标准值=2.5 （4） 中心距 取整数 螺旋角为，与初选的螺旋角相差不大，所以 所以 （5），由于装配或者安装的误差，小斜齿轮应该比大斜齿轮的宽度大510，故大斜齿轮的宽度4计算齿轮传动其他几何尺寸端面模数齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径为： 齿根圆直径为： 七 齿轮上作用力的计算齿轮上作用力的计算为后续轴的设计和校核，键的选择和验算及轴承的选择和校核提供数据计算名称计算及说明计算结果1高速级齿轮传动的作用力（1） 已知条件 高速

11、轴传递的转矩为，转速为，小齿轮大端分度圆直径，（2） 锥齿轮1上的作用力圆周力 方向与力作用点圆周速度方向相反径向力为： 其方向为由力的作用点指向轮1的中心轴向力为： 其方向为沿轴向从小锥齿轮的小端指向大端 法向力为： 2低速级齿轮传动的作用力（1） 已知条件：中间轴传递的转矩,转速，低速级斜齿圆柱齿轮的螺旋角。为了使斜齿圆柱齿轮3的轴向力与锥齿轮2的轴向力相互抵消一部分，低速级的小齿轮右旋，大齿轮左旋，小齿轮分度圆直径为（2） 齿轮3的作用力 圆周力为 其方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为： 其方向由力的作用点指向轮3的转动中心 轴向力为： 其方向用右手定则来确定，即用右手握住轮3的轴

12、线，并使四指的方向顺着轮的转动方向，此时拇指的指向即改力的方向 法向力为：（3） 齿轮4的作用力 从动轮4的各个力与主动齿轮3上相应的力大小相等，作用方向相反八 联轴器的选择（一）高速级 根据，电动机直径为38，选择LT6型号的联轴器（二）低速级 根据，查附表8-4，选择LT6型号的联轴器九 减速器装配草图的设计（1） 合理布置图面 该减速器的装配图一张，选择在纸上绘制。根据图纸图幅面大小与减速器两级齿轮传动的中心距，绘图比例定为1:1，采用三视图来表达装配结构。（2） 绘出齿轮的轮廓尺寸 在俯视图上绘出锥齿轮和圆柱齿轮传动的轮廓尺寸（3） 箱体内壁 在齿轮齿廓的基础上绘制出箱体的内壁、轴承端

13、面、轴承座端面线十 轴的设计计算（1） 高速轴的设计与计算计算名称计算及说明计算结果1已知条件高速轴传递的功率，转矩,转速，小齿轮的大端分度圆直径，齿宽中点处的分度圆直径为，轮齿的宽度2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理 45钢 调质处理3初算轴径查得C=106135，取中间值C=118，则，轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应增大，取中间值4%，故轴端最细处直径4结构设计（1） 轴承部件的结构设计 为了方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计（2）

14、联轴器与轴段1，轴段1上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择设计同步进行。为补偿联轴器所连接两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查机械设计手册取动载荷系数，计算转矩为： 由表查得GB/T43232002中的LT6型联轴器符合要求：公称转矩为，许用转速3800r/min。考虑到，取，轴孔的长度为=80mm，Y型轴孔，A型键，联轴器从动端的代号为LT6 25 42GB/T50142002，相应的轴段1的直径，其长度应略小于孔的长度，取（3） 轴承与轴段2和4的设计 在确定轴段2的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。若联轴器采用轴肩定位，轴肩高度轴段2的轴径其值最终由密封圈确定，

15、该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毡圈油封，查表初选毡圈的公称直径为25mm，因为轴承的直径为80mm，经过计算，这样选取的轴径过大，而且轴承寿命过长，故此处改用套筒定位，轴套内径为25mm，外径既要满足密封要求，又要满足轴承定位的标准，考虑该轴为悬臂梁，且有轴向力的作用，选用圆锥滚子轴承，初选轴承30205，由表得轴承的内径的d=25mm，外径52，宽度B=15mm，T=21.4；内圈定位直径，外径定位，轴上力作用点与外圈大端面的距离，故，联轴器定位轴套顶到轴承内圈端面，则该处轴段长度应略短于轴承内圈宽度，取。该减速器锥齿轮的圆周速度大于2m/s，故轴承采用油润滑，由齿轮将油甩到导油沟内

16、流入轴承座中。通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，、则其右侧为齿轮1的定位轴套，为保证套筒能够顶到轴承内圈右端面，该处轴段长度应比轴承内圈宽度略短，故取（4） 轴段3的设计 该轴段为轴承提供定位作用，故取该段直径为轴承定位轴肩，即，该处长度与轴的悬臂梁长度有关，故先确定其悬臂梁的长度（5） 齿轮与轴段5的设计 轴段5上安装齿轮，小锥齿轮所处的轴段采用悬臂梁结构，应小于，故初定=32mm小锥齿轮齿宽中点分度圆与大端处径向端面的距离M由齿轮的结构确定，由于齿轮直径比较小，采用实心式，由图上量得M=32.9mm，锥齿轮大端侧径向端面与轴承套杯端面距离取为，轴承外圈宽边侧距内壁距离，即轴承套杯凸肩厚C

17、=8mm，齿轮大端侧径向端面与轮毂右端面的距离按齿轮结构需要取为56mm，齿轮左侧用轴套定位，右侧采用轴段挡圈固定，为使挡圈能够压紧齿轮端面，取轴与齿轮配合段比齿轮轮毂略短，差值为0.75mm，则： （6） 轴段1和轴段3的长度 轴段1的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承端盖等零件有关。由手册得，下箱体壁厚，取轴承旁联接螺栓为M20，箱体凸缘连接螺栓为M16，地脚螺栓为M24，则有轴承端盖连接螺钉为0.424=9.6mm，取其值为M10。查手册，取轴承端盖凸缘厚度为；取端盖与轴承座间的调整垫片厚度为；告诉轴承端盖连接螺钉，查表取螺栓GB/T5781 M1035；其安装基准圆直径远大于联轴器轮毂

18、外径，此处螺钉的拆装空间足够，取联轴器毂孔端面距轴承端盖表面距离K=10mm，为便于结构尺寸取整，轴承端盖凸缘安装面与轴承左端面的距离取为I=25.5mm，取轴段1端面与联轴器左端面的距离为1.75mm，则有+=110mm 轴段3的长度与该轴的悬臂梁长度I有关。小齿轮的受力作用点与右端轴承对轴的力作用点的距离为： I=M+C+=66.5mm两轴承对轴的力作用点间的距离为： I=（22.5）I=133166.25mm L= I+2-2T=（133166.25）+215.3-218.3 =（127163.5）mm取L=130mm，则有 I= I+2T-2=135.8mm在其取值范围之内，合格（7）

19、 轴段1 力作用点与左轴承对轴力作用点的距离： I=I-T+-31+1.75=94m输入轴的结构图如下图（1）所示110mmI=66.5mmI=135.8mmI=94mm5键连接带轮与轴段1间采用A型普通平键连接，查机械设计课程设计选取其型号为1056GB/T1096-79,齿轮与轴段4间采用A型平键连接，型号为1063GB/T1096-796轴的受力分析（1） 画轴的受力分析 轴的受力简图如下图所示（2） 计算支承反力 在水平面上为 =408.25N(3) 在垂直面上为轴承1的总支承反力为：轴承2的总支承反力：（3） 画弯矩图 如下图（2）所示=121.89N=408.25N=405.56N

20、=1233.76NNN 图（1） 输入轴的结构图（2） 中间轴的设计与计算计算名称计算及说明计算结果1已知条件高速轴传递的功率，转速r/min，锥齿轮大端分度圆直径为，齿宽中点处分度圆直径，2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用45钢，进行调质处理45钢进行调质处理3初算轴的直径查表取C=106135之间 ，取平均值为C=110，则4结构设计轴的结构构想如图（3）所示，（1） 轴承部件的结构设计 为方便轴承的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定方式，按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计（2） 轴段1和5的设计 该轴段上安装

21、轴承，此段设计应与轴承的选择设计同步，考虑到齿轮上作用较大的轴向力和圆周力，选用圆锥滚子轴承。轴段1和5上安装轴承，其直径应既要便于轴承安装，又要符合轴承内径系列。根据，暂取轴承32004，由表查得轴承内径，外径D=47mm，宽度B=14mm，内圈定位直径，外径定位直径，轴上力作用点与外圈大端面的距离3.5mm，故 通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则（3） 齿轮轴段2与轴段4的设计 轴段2上安装齿轮3，轴段4上安装齿轮2。为便于齿轮安装，和应略大于和，此时安装齿轮3处的轴径可选为23mm，经过验算，其强度不满足要求，可初定和=25mm 由于齿轮的直径比较小，采用实心式，其右端采用轴肩定位，

22、左端采用套筒固定，齿轮2和轮廓的宽度范围为（1.21.5）=（3037.5）mm，取其轮毂宽度I=35mm，其左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段2长度应比齿轮2的轮毂略短，故取（4） 轴段3的设计 该段为轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为（0.070.1）=（1.752.5）mm，取其高度h=2mm，故 齿轮3左端面与箱体内壁距离和齿轮2的轮毂右端面与箱体内壁的距离均取为=10，且使箱体两侧内壁关于高速轴线对称，量得起宽度，取，则轴段3的长度 此时，锥齿轮没有处在正确安装的地方，在装配是可以调节两端盖下的调整垫片使其处于正确的安装位置（5） 轴段1及轴

23、段5的长度 由于轴承采用油润滑，故轴承内端面距箱体内壁距离取为=5mm，则轴段1的长度为：轴段5的长度为：（6）轴上力作用点的距离 轴承反力的作用点距轴承外圈大端的距离，则由图可得轴的支点与受力点间的距离为： 由装配图知，=25mm5键连接的选择齿轮与轴段间采用A型普通平键连接，查表取其型号为键12100GB/T1096-90，齿轮与轴段4间采用A型普通平键连接，型号为1245GB/T1096-906轴的受力分析(1) 画轴的受力简图 轴的受力简图如图所示(2) 计算支承反力 在水平面上为 +=-2266.62N负号表示与所给的方向相反在垂直平面内 轴承1的总支承反力为轴承2的总支承反力为(4

24、) 画弯矩图 弯矩图如下图示在水平面上 =-201145.5 在垂直面上为：合成弯矩138558.23 （4）画转矩图，如下图示=2266.62N=2743.8N=167.76NN138558.23N 图（3）（三）低速轴的设计与计算计算名称计算及说明计算结果1已知条件低速轴传递的功率，转矩，转速，齿轮4的分度圆直径，齿轮宽度2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用45钢调质处理45钢调质处理3初算轴径查表得查表取C=106135之间 ，取C=110，则，考虑到轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应该增大3%5%,轴段最细直径为：mm4结构设计（1） 轴承部件的结构设计

25、为了方便轴承的安装与拆卸，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定方式，按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计（2） 联轴器与轴段1 轴段1上安装联轴器，此设计应与联轴器的选择设计同步进行。为补偿联轴器所连接轴两段的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查机械设计手册，取载荷系数=1.5，计算转矩 =1.521.39=32.085Nm，符合所选的联轴器。轴孔的范围为1325mm。考虑到，取联轴器孔径为14mm，轴孔长度为，则相应的轴段的直径，其长度略短于孔的宽度，取（3） 密封圈与轴段2的设计 在确定轴段2的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。若联轴器

26、采用轴肩定位，轴肩的高度为h=(0.070.1)=(0.981.4)mm。轴段2的轴径=（15.9616.8）mm，其值最终由密封圈决定。该处的圆周速度均小于3m/s，故可选用毡圈油封，查表选取毡圈20JB/ZQ4606-1997，则=20mm。（4） 轴承与轴段3和轴段7的设计 考虑齿轮有轴向力存在，但是此处的轴径较大，选用单列的圆锥滚子轴承，在轴段1上安装轴承，其直径应既便于安装，又符合轴承的内径系列。现取轴承为30110，则轴承内径为50mm，外径为80mm，宽度为16mm，内圈定位直径=56mm，外径定为=74mm，轴上力作用点与外圈大端面的距离mm，故=50mm。由于该减速器锥齿轮的

27、圆周速度大于2m/s，轴承采用油润滑，无需防挡油环，取。为补偿箱体的铸造误差，取轴承靠近箱体内壁的端面与箱体内壁距离=5mm。通常一根轴上的两个轴承选取的型号相同，则=50mm（5） 齿轮与轴段6的设计 轴段6上安装齿轮4，为便于齿轮的安装，应略大于，可初定=55，齿轮4轮廓的宽度范围为（1.21.5）=（6682.5）mm，取其轮毂宽度与齿轮宽度相等为80mm，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒定位。为了使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段6长度应比齿轮 4的轮毂略短，取为=78mm（6） 轴段5和轴段4的设计 轴段5为齿轮提供轴向定位作用，定位轴肩的高度为h=(0.070.1)=5.467.8m

28、m，取h=6mm，则=64mm，=1.4h=8.4mm，取=10mm 轴段4的直径可取轴承内圈定位直径，故=56mm，齿轮左端面与 箱体内壁距离为： 则轴段4的长度为118.5mm（7） 轴段2与轴段7的长度 轴段2的长度除与轴上零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关，轴承座宽度为，轴承旁连接螺栓为M20，则=28mm，=24mm，箱体轴承座宽度=6770mm。取；轴承端盖连接螺钉查表选取螺栓为GB/T5781 M1025，其安装圆周大于联轴器轮毂外径，轮毂外径不与端盖螺钉的拆装空间干涉，故取联轴器轮毂端面与轴承端盖面的距离为K=10mm。故有 70+2+12+10-24-5=65mm

29、轴段7的长度为（8） 轴上力的作用点的间距 轴承反力的作用点距轴承外圈大端的距离=25.3mm，则由图可得轴支点及受力点间的距离为 14mm=20mm=70mm=65mm5键连接的选择联轴器与轴段1及齿轮4由轴段6间采用A 型普通平键连接，查机械设计课程设计选择键的型号为16100 GB/T1096-90，齿轮与轴段4间采用A型普通平键连接，型号为16100GB/T1096-906轴的受力分析（1） 画轴的受力简图 轴的受力简图如下图所示（2） 计算支承力 在水平面为 = 3920N在垂直面上为=1456.67N轴承1 的总支承反力为轴承 2的支承反力为（3） 画弯矩图 如下图示在水平面上：在垂直面上为：合成弯矩 =520428.67N（4）画转矩图 如下图所示=3920N=-3325.4N=1456.67N=3946.97N=3383.94N十 润滑油的选择与计算 齿轮选择全损耗系统用油L-AN68润滑油，润滑油深度为1.18，箱体底面尺寸为6.61.94，箱体内所装润滑油量为： V= 该减速器所传递的功率。对于二级