二级斜齿圆柱齿轮-锥齿轮减速器课程设计

1、2015届模具设计专业课程设计（论文）机械设计课程设计2013-2014第2学期 姓 名: 赵烜 班 级: 模具二班 指导教师： 钟老师 成 绩:日期：2014 年 5月 目录第一章 前言11.1 基本简介11.2 结构特点1第二章 传动装置的总体设计32.1 传动方案的确定32.1.1 两级展开式圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器32.2 电动机的选择32.2.1 选择电动机的类型32.2.2 选择电动机的功率32.2.3确定电动机转速42.3 传动比的计算及分配42.3.1 总传动比42.3.2 分配传动比42.4 传动装置运动、动力参数的设计52.4.1 各轴的转速52.4.2 各轴的功率52.4

2、.3 各轴的转矩5第三章 传动件的设计63.1 高速级锥齿轮传动的设计计算63.1.1 选择材料、热处理方式和公差等级63.1.2 初步计算传动的主要尺寸63.1.3 确定传动尺寸73.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度83.1.5 计算锥齿轮传动其他几何尺寸83.2 低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算93.2.1 选择材料、热处理方式和公差等级93.2.2 初步计算传动的主要尺寸93.2.3 确定传动尺寸103.2.4 计算齿轮传动其它几何尺寸12第四章 齿轮上作用力的计算134.1 高速级齿轮传动的作用力134.1.1 锥齿轮1的作用力134.1.2 锥齿轮2的作用力134.2 低速级齿轮传动的作用力

3、134.2.1 齿轮3的作用力134.2.2 齿轮4的作用力13第五章 轴的设计计算145.1 高速轴的设计计算145.1.1 选择材料及草图设计145.1.2 初算轴径145.1.3 结构设计145.1.4 键连接165.1.5 轴的受力分析165.1.6 校核轴的强度175.1.7 校核键连接的强度175.1.8 校核轴承寿命175.2 中间轴的设计计算185.2.1 选择材料及草图设计185.2.2 初算轴径195.2.3 结构设计195.2.4 键连接205.2.5 轴的受力分析205.2.6 校核轴的强度215.2.7 校核键连接的强度225.2.8 校核轴承寿命225.3 低速轴的

4、设计计算235.3.1 选择材料及草图设计235.3.2 初算轴径245.3.3 结构设计245.3.4 键连接255.3.5 轴的受力分析255.3.6 校核轴的强度275.3.7 校核键连接的强度275.3.8 校核轴承寿命27第六章 减速器附件的选择296.1 通气器296.2 油面指示器296.3 起吊装置296.4 放油螺塞29第七章 润滑与密封307.1 齿轮的润滑307.2 滚动轴承的润滑307.3 润滑油的选择307.4 密封方法的选取30第八章 减速器箱体的结构尺寸31第九章 参考资料目录33第1章 前言1.1 基本简介减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低

5、转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。1.2 结构特点为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。1）检查孔为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检

6、查孔。检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。2)通气器减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。3)轴承盖为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承方便，但和嵌入式轴承盖相比，零件数目较多，尺寸较大，外观不平整。4)定位销为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工

7、时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称布置，以免错装。5)油面指示器检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器。6)放油螺塞换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。7)启箱螺钉为加强密封效果，通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常在箱盖联接凸缘的适当位置，加工出2个螺孔，旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱螺钉。旋动启箱螺钉

8、便可将上箱盖顶起。小型减速器也可不设启箱螺钉，启盖时用起子撬开箱盖，启箱螺钉的大小可同于凸缘联接螺栓。33第二章 传动装置的总体设计2.1 传动方案的确定2.1.1 两级展开式圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器图2.11- 电动机 2-联轴器 3-圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器 4-卷筒 5-带式运输机2.2 电动机的选择2.2.1 选择电动机的类型Y系列三相异步电动机2.2.2 选择电动机的功率输送带所需的功率 PW=3.9kw查表取各部分效率 ；得：=0.9940.960.970.992=0.88电动机所需的功率 P0=4.5kw ；查表选取电动机额定功率 P额 =5.5kw2.2.3确定电动机转速输送带

9、带轮的工作转速 rmin查表取锥齿轮传动传动比 i锥=23，斜齿圆柱齿轮传动传动比=36，则:=618电动机的转速范围 =636.61909.8 rmin查表选取同步转速为 1500rmin的电动机，其满载转速为1440rmin，型号为Y132S-4。2.3 传动比的计算及分配2.3.1 总传动比=13.572.3.2 分配传动比 高速级传动比：；为使大锥齿轮不致过大，锥齿轮传动比尽量小于3，则取;低速级传动比：2.4 传动装置运动、动力参数的设计2.4.1 各轴的转速 rmin； rmin； rmin； rmin； rmin2.4.2 各轴的功率kw；kw；kw；kw2.4.3 各轴的转矩；

10、第三章 传动件的设计3.1 高速级锥齿轮传动的设计计算3.1.1 选择材料、热处理方式和公差等级考虑到带式运输机一般为机械，大小锥齿轮均选用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理。齿面硬度BHW1=217255,HBW2=162217.平均硬度=326,=190; -=46,在3050BHW之间，选用8级精度。3.1.2 初步计算传动的主要尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。设计公式: (3.1)(1).;(2).初选载荷系数;(3).查表得弹性系数；(4).查得节点区域系数；(5).齿数比;(6).取齿宽系数；(7).许用接触应力,又查得接触疲劳极限应力，小齿轮与大齿轮的

11、应力循环次数分别为：；差得寿命系数，取安全系数,有：，；取初算小齿轮分度圆直径，代入公式（3.1）得:3.1.3 确定传动尺寸(1).计算载荷系数：查得使用系数，齿宽中点分度圆直径为 故 ms;降低1级精度，按9级精度查得动载荷系数，再查得齿向载荷分配系数；则载荷系数。(2).对进行修正：(3).确定齿数：选齿数，取；则，在允许范围内。(4).大端模数：，查表取标准模数(5).大端分度圆直径：，(6)锥顶距：(7).齿宽:,取3.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度(3.2)(1).同前；(2).圆周力;(3).齿形系数和应力修正系数:，则当量齿数：,查得(4).许用弯曲应力：；查得，寿命系数，安全系

12、数;故：,;将所得数据代入公式(3.2)得：, 3.1.5 计算锥齿轮传动其他几何尺寸；3.2 低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算3.2.1 选择材料、热处理方式和公差等级大小斜齿圆柱齿轮均选用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理。齿面硬度BHW1=217255,HBW2=162217.平均硬度=326,=190; -=46,在3050BHW之间，选用8级精度。3.2.2 初步计算传动的主要尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度设计，设计公式：(3.3)(1);(2)初选载荷系数;(3)齿宽系数；(4)弹性系数;(5)初选螺旋角，查图得节点区域系数;(6)齿数比;(7)初选，则，取，则端面

13、重合度为： 轴向重合度为：重合度系数；(8)螺旋角系数；(9)许用接触应力可用该式计算：查得接触疲劳极限应力： ;小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别：，；查得寿命系数;取;有，取；初算小齿轮的分度圆直径，将数据代入公式(3.3)得：3.2.3 确定传动尺寸(1).计算载荷系数,由ms；查表取动载荷系数,齿向载荷分配系数,齿间载荷分配系数，故：;(2).对进行修正：；(3).确定模数;若按齿根弯曲强度设计，有：计算载荷系数,压力角；重合度系数：；螺旋角系数：计算当量齿数，查得弯曲疲劳强度极限，取弯曲疲劳寿命系数，取弯曲疲劳安全系数，查得齿形系数，；得应力校正系数，计算大、小齿轮的并加以比较：，取计

14、算得 调整齿轮模数：，；对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数。从满足弯曲疲劳强度出发，从标准中就近取；为了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小齿轮的齿数，即，,为满足互质要求，去。圆整中心距，取修正螺旋角计算几何尺寸，取齿宽为，3.2.4 计算齿轮传动其它几何尺寸端面模数齿顶高 齿根高全齿高顶隙齿顶圆直径为 齿根圆直径为第4章 齿轮上作用力的计算4.1 高速级齿轮传动的作用力4.1.1 锥齿轮1的作用力圆周力:，其方向与力作用点圆周速度方向相反;径向力：，其方向为由力的作用点指向齿轮1的转动中心；轴向力：，其方向沿轴向从小

15、锥齿轮的小端指向大端；法向力：。4.1.2 锥齿轮2的作用力锥齿轮2上的圆周力、径向力和轴向力与分别与锥齿轮1上的圆周力、轴向力和径向力大小相等，作用方向相反。4.2 低速级齿轮传动的作用力4.2.1 齿轮3的作用力圆周力：，其方向与力作用点圆周速度方向相反；径向力：,其方向为由力的作用点指向齿轮3的转动中心；轴向力：,其方向由右手法则确定；法向力：。4.2.2 齿轮4的作用力从动齿轮4各个力与主动齿轮3上相应的力大小相等，方向相反。第五章 轴的设计计算5.1 高速轴的设计计算5.1.1 选择材料及草图设计因其传递功率不大，并对重量及结构无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理其草图为：5

16、.1.2 初算轴径表查得，故取较小，则轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应增大3%至5%，轴端最细处直径5.1.3 结构设计为方便轴承部件的拆装，减速器的机体采用剖分式结构，轴承采用两端固定方式(1).联轴器与轴段 轴段上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择设计同步进行。为补偿两轴安装误差、隔离振动，选用弹性联轴器。查得，取计算转矩为;查得GB/T 5014-2003中的LT4型联轴器符合要求，公称转矩为，许用转速，轴孔范围。考虑，取孔径为，Y型轴孔，A型键，从动端代号：LT4 2052 GB/T 5014-2003；相应的轴段的直径。(2) .轴承与轴段和的设计 确定轴段的轴径时，应考虑联轴器的

17、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。轴段的轴径，其值最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毛毡圈 25FZ/T 92010-1991，则；经过计算，这样选取的轴径过大，且轴承寿命过长，故此改用轴套定位，轴套内径为20mm，外径既满足密封要求，又满足轴承的定位标准，考虑该轴为悬臂梁，且有轴向力作用，选用圆锥滚子轴承 30205GB/T 297-1994，轴承内径，外径，宽度，；故，取。该减速器锥齿轮的圆周速度大于2m/s，故轴采用油润滑，由齿轮将油甩到导油沟内流入轴承座中。通常一根轴上的两个轴承取相同型号，则，其右侧为齿1的定位轴套，为保证套筒能够顶到轴承内

18、圈有端面，该处轴段长度应该比轴承内圈宽度略短，故取。(3) .轴段的设计 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直径，即，该处长度与轴的悬臂长度有关，故先确定其悬臂长度。(4) .齿轮与轴段的设计 轴段上安装齿轮，小锥齿轮所处的轴段采用悬臂结构，可初定。小锥齿轮齿宽中点分度圆与大端处径向端面的距离M=23.5mm，锥齿轮大端侧径向端面与轴承套杯端面距离取为，轴承套杯凸肩厚，齿轮与轮毂又端面的距离按齿轮结构需要取为46mm,取轴与齿轮配合段比齿毂孔略短，差值为0.75，则：。(5) .轴段与轴段的长度 轴承端盖凸缘厚度，联轴器毂孔端面距轴承端盖表面距离，为便于结构尺寸去整，轴承端盖

19、凸缘安装表面与轴承左端面的距离取为,取轴段与联轴器左端面的距离为1.75mm，则有：；又有，则，取则有，在其取值范围内，合格。(6) .轴段力作用点与左轴承对轴力作用点的间距。5.1.4 键连接带轮与轴段间采用A型普通平键连接，其型号为640 GB/T 1096-2003；齿轮与轴段间采用A型普通平键连接，其型号为854 GB/T 1096-2003.5.1.5 轴的受力分析(1) .画轴的受力简图，如图5.1 b图5.1(2) .计算支撑反力 在水平面上为：；在垂直平面上为：，;轴承1的总支承反力为：轴承2的总支承反力为：；(3) .画弯矩图，如图5.1 c、d、e所示，其中合成弯矩：，(4

20、) .画转矩图 如图5.1 f所示，；5.1.6 校核轴的强度a-a剖面为危险面，其抗弯截面系数为：；其抗扭截面系数为：；其弯曲应力为：；其扭剪应力为：；按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数，则当量应力为：，查得45钢调质处理抗拉强度极限，轴的许用弯曲应力，满足强度要求。5.1.7 校核键连接的强度联轴器处键连接的挤压应力为：齿轮处键连接的挤压应力为：取键轴及带轮的材料都为钢，查得，因此强度足够。5.1.8 校核轴承寿命 (1) .计算轴承的轴向力查30205轴承得,。查得30205轴承内部轴向力计算公式，则轴承1、2的内部轴向力分别为：外部轴向力,

21、各轴向力方向如下所示：则,则两轴承的轴向力分别为：(2) .计算当量动载荷因为，轴承1的当量动载荷为：；因为，则轴承2的当量动载荷为：;只需校核轴承2，。轴承在100以下工作，查得；对于减速器，查得载荷系数。(3) .校核轴承寿命轴承2的寿命为 ，减速器预期寿命：，故轴承寿命足够。5.2 中间轴的设计计算5.2.1 选择材料及草图设计因其传递功率不大，并对重量及结构无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理其草图为：5.2.2 初算轴径表查得，故取较小，则5.2.3 结构设计轴承采用两端固定方式，按轴上零件的安装顺序，从出开始设计(1) .轴段及轴段的设计 该轴段上安装轴承，其设计应与轴承的

22、选择同步进行。考虑齿轮上的作用较大的轴向力和圆周力，选用圆锥滚子轴承。根据，取轴承30205 GB/T 297-1994，轴承内径，外径，宽度，总宽度；故，通常一根轴上两个轴承取相同型号，则。(2) .齿轮轴段和轴段的设计 轴段上安装齿轮3，轴段上安装齿轮2。为便于齿轮安装，应分别略大于，暂定。由于齿轮3的直径比较小，采用实心式，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定，齿轮2轮毅的宽度范围约为，取其轮毂宽度，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，轴段和轴段的长度应比相应的轮毂略短，故取。(3) .轴段的设计 该段为中间轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围，取其高度

23、为，故。 齿轮3左端面与箱体内壁距离和齿轮2的轮毅右端面与箱体内壁的距离均取为，且使箱体两内侧壁关于高速轴轴线对称，且得其宽度,则轴段的长度为：。(4) .轴段与轴段的长度 由于轴承采用油润滑，故轴承内端面距箱体内壁的距离取为，则轴段的长度为；轴段的长度为。(5) .轴上力作用点的间距 轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距离，则草图由图可得轴的支点及受力点间的距离为：；由草图量得。5.2.4 键连接齿轮与轴段间采用A型普通平键连接，齿轮与轴段键的型号 845 GB/T 1096-2003,齿轮与轴段键的型号 828 GB/T 1096-2003.5.2.5 轴的受力分析(1) .画轴的受力简图

24、，如图5.2 b图5.2(2).计算支撑反力 在水平面上为： ；在垂直平面上为：;轴承1的总支承反力为：轴承2的总支承反力为：；(3) .画弯矩图，如图5.2 c、d、e所示，其中合成弯矩：，(4) .画转矩图 如图5.2f所示，5.2.6 校核轴的强度虽然a-a剖面左侧弯矩大，但其剖面右侧除作用有弯矩外还作用有转矩，其轴颈较小，故少a-a剖面两侧均有可能为危险面，故分别计算剖面的抗弯截面系数:;抗扭截面系数：;a-a两侧的弯曲应力分别为：；扭应力为：；按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，按转矩脉动循环处理，故取折合系数，则当量应力为：，故a-a剖面右侧为危险截面。查得45钢调质处

25、理抗拉强度极限，轴的许用弯曲应力，满足强度要求。5.2.7 校核键连接的强度齿轮2处键连接的挤压应力为：取键轴及带轮的材料都为钢，查得，因此强度足够；齿轮3处键长于齿轮2处的键，故其强度也足够。5.2.8 校核轴承寿命 (1).计算轴承的轴向力查30205轴承得,。查得30205轴承内部轴向力计算公式，则轴承1、2的内部轴向力分别为：外部轴向力,各轴向力方向如下所示：则,则两轴承的轴向力分别为：(2).计算轴承1的当量动载荷因，故只需要校核轴承1的寿命，又因，轴承1的当量动载荷为：；轴承在100以下工作，查得；对于减速器，查得载荷系数。(3).校核轴承寿命轴承2的寿命为 ，减速器预期寿命：，故

26、轴承寿命足够。5.3 低速轴的设计计算5.3.1 选择材料及草图设计因其传递功率不大，并对重量及结构无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理其草图为：5.3.2 初算轴径表查得，故取较小，则轴与联轴器连接，有一个键槽，轴径应增大3%至5%，轴端最细处直径5.3.3 结构设计轴承采用两端固定方式，按轴上零件的安装顺序，从出开始设计(1) .联轴器及轴段的设计 轴段上安装联轴器，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。取载荷系数，则转矩：查得GB/T 5014-2003中LX3联轴器符合要求。公称转矩为，许用转速，轴孔范围。考虑，取

27、孔径为，J型轴孔，A型键，从动端代号：LX3 4084 GB/T 5014-2003；相应的轴段的直径,其长度略小于毂孔长度，取。(2) .密封圈与轴段的设计 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。联轴器采用轴肩定位，轴肩高度。轴段的轴径，其值最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毛毡圈 48FZ/T 92010-1991，则。(3) .轴承与轴段和轴段的设计 考虑齿轮有轴向力存在，但此处轴径较大，选用角接触球轴承。轴段上安装轴承，其直径应既便于轴承安装.义符合轴承内径系列。现暂取轴承 7210C GB/T 292-1994，轴承内径，外径，宽度，,轴上定位

28、端面圆角半径最大为，故。该齿轮的圆周速度大于2m/s，故轴采用油润滑，无需放挡油环，。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，通常一根轴上的两个轴承取相同的型号.故。(4) .齿轮与轴段的设计 该段上安装齿轮4，为便于齿轮的安装，应略大于，可初定。齿轮4轮毂的宽度范围为，去其轮毂宽度与齿轮宽度相等，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段长度应比齿轮4的轮毅略短，取。(5) .轴段和轴段的设计 轴段为齿轮提供轴向定位作用，定位轴肩的高度为，取，则，。取。轴段的直径可取轴承内圈定位直径，即，齿轮左端面与箱体内壁距离为，则轴段的长度：。.轴段与

29、轴段的长度 轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座的宽度为轴承座的宽度为，轴承旁连接螺栓为M20，轴承端盖连接螺钉选GB/T5781 ,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外端面的距离为。则有，。(6) .轴上力作用点的间距 轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距离，则由草图可得轴的支点及受力点间的距离为：5.3.4 键连接联轴器与轴段及齿轮与轴段键采用A型普通平键连接，由表选型号分别为键 GB/T 1096-2003和键 GB/T 1096-2003.5.3.5 轴的受力分析(1) .画轴的受力简图，

30、如图5.3 b图5.3(3).计算支撑反力 在水平面上为：；在垂直平面上为：，;轴承1的总支承反力为：轴承2的总支承反力为：；(4).画弯矩图，如图5.3 c、d、e所示，其中合成弯矩：；(5) .画转矩图 如图5.3f所示，5.3.6 校核轴的强度a-a剖面右侧弯矩大。且作用有转矩，故a-a剖面右侧为危险截面。抗弯截面系数:;抗扭截面系数：;弯曲应力分别为：扭应力为：；按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，按转矩脉动循环处理，故取折合系数，则当量应力为：，查得45钢调质处理抗拉强度极限，轴的许用弯曲应力，满足强度要求。5.3.7 校核键连接的强度联轴器处键连接的挤压应力为：齿轮处键连接的挤压应力为：；取键轴及带轮的材料都为钢，查得，因此强度足够。5.3.8 校核轴承寿命(1) .计算轴承的轴向力查7209C轴承得.又查得轴承内部轴向力计算公式，则轴承1，2的内部轴向力分别为：;外部轴向力,各轴向力方