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、目 录1 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36 圆柱齿轮传动的设计计算67 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1.1 技术参数：碾轮上的阻力矩为2800N，碾轮轴的转速n=40 rmin ，允许有±5%的偏差。 1.2 工作条件：混沙机由交流电动机带动，单班制工作，工作时经常满载、有轻微振动，工作年限为五年。 (设计时)。 1.3 拟定传动方案传动装置由电动机，减速器，工作机等组成。减速器为二级圆锥圆

2、柱齿轮减速器。外传动为齿轮传动。方案简图如图。 2 电动机的选择2.1 电动机的类型：三相交流异步电动机（Y系列）2.2 功率的确定2.2.1 工作机所需功率 (kw):=Tnw/9550=2800*40/9550= 11.73kw2.2.2 电动机至工作机的总效率：=××××× =0.993×0.993×0.985×0.94×0.97×0.94=0.764（为联轴器的效率，为轴承的效率，为圆锥齿轮传动的效率，为圆柱齿轮的传动效率，为开式圆锥齿轮传动的效率）2.2.3 所需电动机的功率 (kw)

3、: =/=11.73Kw/0.764=15.353kw2.2.4电动机额定功率: 2.4 确定电动机的型号 因同步转速的电动机磁极多的，尺寸小，质量大，价格高，但可使传动比和机构尺寸减小，其中=4kN，符合要求，但传动机构电动机容易制造且体积小。 由此选择电动机型号：Y180M4 电动机额定功率=18.5kN,满载转速=1470r/min 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Y180M-418.514702.02.2 选取B35安装方式3 传动比的分配总传动比：=/n出=1470/40=36.75 设高速轮的传动比为,低速轮的传动比为,开式圆锥齿

4、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=3.06 ，=/=12,选=3.2，=3.75则 =3.2×3.75×3.06=36.72=（-）/=0符合要求。4 传动参数的计算4.1 各轴的转速n(r/min)高速轴的转速：=1470 r/min中间轴的转速：=/=1470/3.2=459.37 r/min低速轴的转速：=/=490/3.75=122.5r/min碾轮轴的转速：=/=140/3.06=40 r/min4.2 各轴的输入功率P（kw）×××××高速轴的输入功率：P1=pm*=15.35

5、*0.993=15.25kw中间轴的输入功率：P2=p1*2*=15.25*0.94=14.3kw低速轴的输入功率：P3=p2*2*=14.3*0.97=13.9kw碾轮轴的输入功率：P4=p3*2=13.9*0.94=13.06kw4.3 各轴的输入转矩T(N·m)高速轴的输入转矩： 99.07N·m中间轴的输入转矩： 297.28N·m低速轴的输入转矩： 1083.63N·m碾轮轴的输入转矩： 3118.075N·m5 圆锥齿轮传动的设计计算5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数5.1.1 选用闭式直齿圆锥齿轮传动，按齿形制齿形角，顶隙

6、系数，齿顶高系数，螺旋角，轴夹角，不变位，齿高用顶隙收缩齿。5.1.2 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。5.1.3 根据课本表10-8，选择7级精度。5.1.4 传动比u=/=3节锥角， 不产生根切的最小齿数： =16.22 选=35，=u=35*3=105 选取=1075.2 按齿面接触疲劳强度设计 公式： 2.925.2.1 试选载荷系数=25.2.2 计算小齿轮传递的扭矩=95.5×10/=9.9×104N·mm5.2.3 选取齿宽系数=0.35.2.4 由课本表

7、10-6查得材料弹性影响系数5.2.5 由图10-21d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。5.2.6 计算应力循环次数 5.2.7 由图10-19查得接触疲劳寿命系数 6.2.8 计算接触疲劳许用应力 5.2.9 试算小齿轮的分度圆直径代入中的较小值得 =88.663 mm 5.2.10 计算圆周速度v mm =（3.14159×75.364×1470）/（60×1000）5.801m/s5.2.11 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=1.25。由图10-8查得动载系数=1.15。由表10-3查得齿间载荷分

8、配系数=1.1。依据大齿轮两端支承，小齿轮悬臂布置，查表10-19得轴承系数=1.23由公式=1.5=1.383接触强度载荷系数=1.25×1.23×1×1.383=2.135.2.12 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 =88.663×=104.525 mm m=/=104.525/35=2.99mm 取标准值m = 3 mm 。5.2.13 计算齿轮的相关参数=m=3×35=105 mm=m=3×107=321 mm = =90-=715.3 校核齿根弯曲疲劳强度5.3.1 确定弯曲强度载荷系数 K=2.135.3.2 计算当

9、量齿数 =/cos=35/cos=36.8 =/cos=107/cos71.9=344.45.3.3 查表10-5得 =2.62,=1.59,=2.11,=1.895.3.4 计算弯曲疲劳许用应力 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 =0.9 =0.97 取安全系数=1.7 由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 =500Mpa =380Mpa 按脉动循环变应力确定许用弯曲应力5.3.5 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。6 圆柱齿轮传动的设计计算6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数6.1.1 选用闭式斜齿圆柱齿轮传动。6.1.2 根据课本表10-1

10、，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 。7.1.3 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。6.1.4 试选小齿轮齿数=26,则=u=24*3.7591 初选螺旋角=14。6.2 按齿面接触疲劳强度设计公式：6.2.1 试选载荷系数=1.36.2.2 计算小齿轮传递的转矩 =95.5×10 /=2.98×105N·mm6.2.3 由表10-7选取齿宽系数=16.2.4 由表10-6查得材料的弹性影响系数=188，由图10-30查的区域系数=2.5。6.2.5 由图10-26

11、查的 则6.2.5 需用接触应力Mpa6.2.5 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600Mpa，大齿轮的接触疲劳强度极限=600Mpa。6.2.6 计算应力循环次数=60×459.375×1×（8×250×5）=2.76×10=/u=2.76×10/3.75=0.73×106.2.8 由图10-19取接触疲劳寿命系数，。6.2.9 计算接触疲劳许用应力 取安全系数 S=1 取失效概率1%=0.96×600=576MPa=0.98×600=588MPa6.2.10 试算试算

12、小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得 =79.08mm 6.2.11 计算圆周速度 =m/s=1.902m/s6.2.12 计算齿宽b =1×79.082mm=79.08mm6.2.13 计算齿宽与齿高之比模数=79.08*cos14。/24=3.20mm齿高=2.25×3.2=7.2mm=79.08/7.2=10.996.2.14 计算纵向重合度6.2.14 计算载荷系数 根据v=1.902m/s，由图10-8查得动载荷系数=1.05； 直齿轮，由标10-3查的= =1.4 由表10-2查得使用系数=1.25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，=

13、1.40。由=10.99，=1.40查图10-13得=1.35;故载荷系数=1×1.09×1.4×1.35=2.3796.2.15 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 =88.791mm6.2.16 计算模数m：=88.791×cos14。/24=3.14mm6.3 按齿根弯曲强度设计公式为 6.3.1 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮 弯曲疲劳强度 据纵向重合度，从图10-28查的螺旋角影响系数6.3.2 计算当量齿数和齿形系数 当量齿数 6.3.3 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 小齿轮弯曲疲劳强度

14、 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数=0.90, =0.97 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则=0.91×500/1.4=325 Mpa=0.95×380/1.4=257.86 Mpa6.3.4 计算载荷系数K =1×1.1×1.4×1.35=2.3796.3.5 查取齿形系数 由表10-5查得=2.65，=2.23 6.3.6 查取应力校正系数 由表10-5查得=1.58，=1.766.3.7 计算大、小齿轮的并加以比较 =2.65×1.58/289.29=0.0145=2.23×1.76/311.79=0.0126 大齿轮

15、的数值大。6.3.8 设计计算 mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，取mn=3.0，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=111mm，来计算应有的齿数。于是由 = 30 大齿轮齿数:=30×3.75=112.5，即取=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。6.4 几何尺寸计算6.4.1 计算中心距 a= 圆整a=265mm6.4.2 按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数等不必修正6.4.3 计算分度圆直径和齿轮

16、宽度 =mn/=30×3/cos14.55。 =90mm =mn/=113×3/cos14.55。 =339mm b=1×90mm=90mm取=95mm,=100mm 7 轴的设计计算7.1 输入轴设计7.1.1 求输入轴上的功率、转速和转矩 =15.246kW =1470r/min =99.07 N·m7.1.2 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mm N255.6N7.1.3 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，得 因轴上有两个键槽，故直径增大10%15%，取=35 m

17、m 左右。输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径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，查课本表14-1，由于转矩变化较大，故取，则，因输入轴与电动机相连，转速高，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250，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。7.1.4 拟定轴上零件的装配方案7.1.5 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2-3段的直径=35 mm 。左端用轴端挡圈定位，按轴

18、端直径取挡圈直径D=40 mm ，半联轴器与轴配合的毂孔长度为L=84mm，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轴段的长度应比L略短一些，现取。7.1.6 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=35 mm ，由指导书表6-7，初步选取03系列，30308轴承 其尺寸为，故，而为了利于固定。由指导书表15-1查得。7.1.7 取安装齿轮处的轴段6-7的直径；齿轮的左端与套筒之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为50mm，应使套筒端面可靠地压紧轴承，由套筒长度，挡油环长度以及略小于轮毂宽度的部分组成，故。为使套筒端面可靠地压

19、紧轴承，5-6段应略短于轴承宽度，故取。7.1.8 轴承端盖的总宽度为30mm。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，故取7.1.9 至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。7.1.10 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接轴与半联轴器之间的平键，按=30mm, 查得平键截面 ,长70mm 轴与锥齿轮之间的平键按，由课本表6-1查得平键截面，长为42mm，键槽均用键槽铣刀加工。为保证齿轮、半联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择半联轴器与轴配合为，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

20、尺寸公差为m6。7.1.11 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，全部倒角为。7.1.12轴的强度校核根据轴的结构图，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、及的值列于下表：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T=108000N·mm联轴器附加径向载荷计算 作用下的受力分析如图f 由受力平衡的 作弯矩图，如图g所示 ,如图h 综上可知：危险截面在靠近联轴器的轴承支点处 M=206778N/mm,T=108000N/mm7.3.12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 ，

21、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，因此，故安全。7.2 中间轴设计7.2.1 求输入轴上的功率、转速和转矩 =14.3kW =459.37r/min =297.28N·m7.2.2 求作用在齿轮上的力已知小圆柱直齿轮的分度圆半径=90 mm=已知大圆锥齿轮的平均分度圆半径mm N7.2.3 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，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7.2.4 拟定轴上零件的装配方案如图7.2.5 初步选择滚动

22、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=，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，所以=40mm。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55mm，内直径50mm。7.2.6 取安装圆锥齿轮的轴段，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，轴环处的直径为。7.2.7 已知圆柱直齿轮齿宽=106mm，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=105mm

23、。7.2.8 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 ,7.2.9 轴上的周向定位圆锥齿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，键槽用键槽铣刀加工，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；圆柱齿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，键槽用键槽铣刀加工，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；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。7.2.10 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为。7.2.1

24、1轴的强度校核根据轴的结构图，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、及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T=370800N·mm 综上可知：危险截面在靠近联轴器的轴承支点处 =531046N·mm,T=370800N·m7.3.12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 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，因此，故安全。7.3 输出轴的设计7.3.1 求输入轴上的功率、转

25、速和转矩 =13.901kW =122.5r/min =1088.64N·m7.3.2 求作用在齿轮上的力 已知大圆柱直齿轮的分度圆半径 =339mm=7.3.3 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，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7.3.4 拟定轴上零件的装配方案如图。7.3.5 由图可得为整个轴直径最小处选=60 mm 。 为了满足齿轮的轴向定位，取。根据链轮宽度及链轮距箱体的距离综合考虑取，。7.3.6 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

26、子轴承，参照工作要求并根据=，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，所以=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。去安装支持圆柱齿轮处直径。7.3.7 已知圆柱直齿轮齿宽=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=93mm。7.3.8 由于输出轴在箱体内部长为235mm，轴承30214宽为38mm，可以得 出，。至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。7.3.9 轴上的周向定位圆柱齿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，键槽用键槽铣刀加工，长

27、为88mm，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；链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，键槽用键槽铣刀加工，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。7.3.10 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为。7.3.11 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、及的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M

28、总弯矩扭矩T=1360000N·mm 联轴器附加径向载荷计算 作用下的受力分析如图（5） 由受力平衡的 作弯矩图，如上图所示 ,如上图所示 综上可知：危险截面在靠近联轴器的轴承支点处 M=1214.4N/m,T=1360N/m7.3.12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 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，因此，故安全。8 键连接的选择和计算8.1 输入轴与联轴器的链接轴径，选取的平键界面为，长L=70mm。由指导书表4-1得，键在轴的深度t=4.0mm，轮毂深度3.3mm。

29、圆角半径r=0.2mm。查课本表6-2得，键的许用应力。有k=0.5h，=L-b。 满足强度要求。8.2 输入轴与小圆锥齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=42mm。由指导书表4-1得，键在轴的深度t=4.0mm，轮毂深度3.3mm。圆角半径r=0.2mm。查课本表6-2得，键的许用应力。有k=0.5h，l=L-b。 满足强度要求。8.3 中间轴与大圆锥齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=51mm。由指导书4-1得，键在轴的深度t=5.5mm，轮毂深度3.8mm。圆角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。有k=0.5h，l=L-b。 满足强度要求。8.4 中间轴与小圆柱齿

30、轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=97mm。由指导书表4-1得，键在轴的深度t=6.0mm，轮毂深度4.3mm。圆角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。有k=0.5h，l=L-b。 满足强度要求。8.5 输出轴与大圆柱齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=88mm。由指导书表4-1得，键在轴的深度t=9.0mm，轮毂深度5.4mm。圆角半径r=0.4mm。查课本表6-2得，键的许用应力。有k=0.5h，l=L-b。 满足强度要求。8.6 输出轴与滚子链轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=92mm。由指导书表4-1得，键在轴的深度t=7.0mm，轮毂深度4.4mm。圆角半

31、径r=0.4mm。查课本表6-2得，键的许用应力。有k=0.5h，l=L-b。 满足强度要求。9 滚动轴承的设计和计算9.1 输入轴上的轴承计算 (30308圆锥轴承)9.1.1 由已知可得:=1470r/min， , , e=0.35，Y=1.79.1.2 求两轴承的轴向力 , 9.1.3 求轴承当量动载荷和 >e < e 由指导书表6-7查的=3246.4N ， =4295N9.1.4 验算轴的寿命 >14600h 故可以选用。9.2 中间轴上的轴承计算 (30308圆锥轴承)9.2.1 由已知可得：=432r/min， ， ，e=0.35，Y=1.79.2.2求两轴承的

32、轴向力 9.2.3 求轴承当量动载荷和 <e > e 由指导书表6-7查的， 9.2.4 验算轴的寿命 故可以选用。9.3 输出轴上的轴承计算 (30314圆锥轴承)9.3.1 由已知可得：=140r/min，, ，e=0.35，Y=1.79.3.2求两轴承的径向力和轴向力 9.3.3 求轴承当量动载荷 > e 由指导书表6-7查的 9.2.4 验算轴的寿命 故可以选用。10 联轴器的选择在轴的计算中已选定联轴器型号，选LT6型弹性套柱销联轴器。其公称转矩为，许用转速为3600 r/min。11 箱体的设计11.1 箱体的基本结构设计箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并