圆锥圆柱齿轮减速器 二级圆柱圆锥齿轮减速器课程设计说明书[1]

1、圆锥圆柱齿轮减速器 二级圆柱-圆锥齿轮减速器课程设计说明书1 机械设计减速器 机械设计减速器 课程设计说明书课程名称:机械设计课程设计 设计题目:展开式二级圆锥-圆柱齿轮减速器 院系:机电学院机械工程系 班级:0603 班 姓名:刘博 学号:06221069 指导教师:李德才 设计时间:2021 年 12 月 29 日至 1 月 16 日机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 CONTENTS一,设计任务书3 二,总体方案分析4 三,电动机的选择4 四,传动比的分配6 五,计算传动装置的运动和动力参数7 六,高速级圆锥齿轮的计算8 七,低速级圆柱齿轮的计算13 八,链传动的设计计算13 九,减

2、速器轴的结构设计15 十,减速器轴的强度校核计算18 十一,滚动轴承的选择及计算22 十二,键连接的选择及校核计算25 十三,联轴器的选择26 十四,箱体尺寸大的设计27 十五,其它轴系部件确实定29 十六,设计小结30 十七,附图2机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 一,设计任务书设计题目:链式输送机的专用传动装置 原始数据:运输连牵引力 F=6kN; 运势练速度 v=0.8m/s, 输送机效率 w = 0.96 ; 运输连轮节圆直径 D=518mm ; 输送带速度允许误差为 5% 介绍运输机相关参数和工 作条件工作条件:室内,灰尘较多; 动力来源:电力,三相交流,电压 380V; 检修

3、间隔期:三年一次大修,二年一次中修,半年一次小修; 制造条件及生产批量 制造条件及生产批量:一般机械厂制造,小批量生产. 传动方案:二级展开式圆锥-圆柱齿轮减速器3机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 二,总体方案分析此题方案有两个传动局部组成,即链传动与减速器齿轮传动.由 介绍展开式二级减速器的 于减速器工作环境比拟恶劣,而且要求平稳高效率的传动,应选用链 特点 传动,一是可以更好的在恶劣的环境中工作(如高温和潮湿的环境) , 还可以保证准确的平均传动和高效率的传动.而且,链传动的整体尺 寸较小,结构较为紧凑. 减速器局部是本次课题的重点设计局部,本课题中的减速器是展 开式圆锥-圆柱齿轮减

4、速器.展开式的减速器结构简单,但齿轮的位置 不对称.高速级齿轮布置在远离转矩输入端.可使轴在转矩作用下产 生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形局部相互抵消,以减 缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象.三,电动机的选择1,电动机的类型和结构的选择 ,因为本传动的工作状况是:两班制,工作环境较恶劣,380v 交流电, 选用 Y 系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机.根据情况选择 Y 系列全 封闭自扇冷式笼形三相异 步电动机. 步电动机.2,电动机的容量 ,1)工作机所需功率 P )根据公式 PW = 此得出: PW =WF V ,F 为运输牵引力, 为运输链速度. V 由 1000W工作机所需功率P

5、W = 4 . 8 k W6000 0.8 K W = 4 .8 k W 10002)计算传动装置总效率 )由于动力经过一个传动副或者运动副就会发生一次损失, 故多级4机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 串联总效率 = 1 2 w 此题中: 1 链传动效率2 =0.961总效率 = 0.85 一对滚动轴承的效率,此题中一共 3 对滚动轴承, =0.992 圆柱齿轮的传递效率, =0.983 3 圆锥齿轮的传递效率, =0.984 4 联轴器效率, =0.985 5 运输机效率, =0.966 6电动机效率Pr = PW = 5 .6 k W = 1 2 3 3 4 5 6 = 0.85所以

6、电动机效率 Pr =PW= 5 .6 k W5机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 6机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 3) 运输机的转速 n )nW =W60 1000 v 60 1000 0.8 = = 29.5 r min D 518nW = 29.5 r min方案1 2 3电动机型号Y112M2-6 Y132M2-6 Y132S-4满载转速1440 960 1440总传动比19.96 39.663 59.494比拟三个方案,选择方案 2 比拟适宜.所选电机的根本参数如下:Y132M2-6选择 Y132M2-6 电压 电流 功率因数额定功率 同步转速P0 5.5 1000r m

7、in满载转速960rmin380V12.6A0.78质量总传动比满载扭矩电动机外 电动机外 电动机中 伸轴直径 伸轴长度 心高 HD E 80mm 132mm84 kg21.522.038mm四,传动比的分配总传动比的分配链传动 i1 = 3.170 ,减速器传动比 if = i = 39.663 = 12.512 i1 3.170 确定传动比i1 = 3.1707机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 考虑到两级齿轮润滑问题,两级大齿轮应有相近的浸油深度.两级齿轮 减速器高速级传动比 i 2 与低速级传动比 i 3 的比值取为 1.3,即 i 2 = 1.3i 3 .i 3 = if = 1

8、2.512 = 3.102 i2 4.033 那么 i 2 = 1.3if = 1.3 12.512 = 4.033 ;i 2 = 4.033 i 3 = 3.102五,传动装置的运动和动力参数计算1,各轴转速的计算 ,n 0 = 960 rminnI = no = 238 r i2 minnII = nI = 238 = 76.724 i3 3.102nIII = nII = 76.724 = 24.2 r i1 3.170 minnIV = nIII = nw = 24.2 r min2,各轴输入功率 ,Pd = 5.474 kwPI = Pd 2 4=5 74 0.99 0.98 = 5

9、.31kw 4 . PII = PI 2 3 = 5.31 0.99 0.98 = 5.15kw PIII = PII 2 1 = 5.15 0.99 0.96 = 4.89kw PIV = PIII 6 = 4.89 0.98 = 4.79kw3,各轴输入转矩 ,8机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 Td = 9550 Pd TI = 9550 PIno nI= 9550 5.474 = 9550 5.31960= 54.455n m238= 213n m = 641.03n mTII = 9550 PIInII= 9550 5.15 9550 4.89 24.276.724TIII =

10、 9550 PIIInIII24.2= 1929.7 n mTIV = 9550 4.79= 1890.26n m六,高速级齿轮的设计1,选定高速级齿轮类型,精度等级,材料及齿数 按传动方案选用直齿圆锥齿轮传动. 输送机为一般工作机械,速度不高,应选用 8 级精度. 材料选择 235HBS. 大齿轮材料为 45 钢,正火,硬度为 190HBS,二者硬度差为 45HBS. 选小齿轮齿数 z1=24,那么 z 2 = i 2 z 1 = 4.033 24 = 96.79 ,取 z 2 = 97 .齿数u = 97 24 = 4.042引用教材表 10-1 选择小齿轮 45 钢,调制处理,平均硬度为

11、2,按齿面接触疲劳强度计算3d 1 2.92 HZEKT 1 R (1 0.5R )2 u =Rb ,一般取 R =1/3 R教材表 10-6 查的材料的弹性影响系数 ZE = 189.8 MPa 已经算出 T 1 = Td = 54.455n m ;u=4.042 查表得 K = KAKVKK = 1.15 1.2 1.4 1.098 = 2.39机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 5)查表得 KHN 1 = 1.01 , hlim1 = 550mPa ,取 S=1计算H = KHN 1 Hlim1 = 555.5mPaS3d1 2.92(那么 所以,模数189.8 555.5)2 2.

12、3 54.455 103 = 64.7 mm 0.3 (1 0.5 0.3) 2 4.042m=d 1 64.7 = = 2.69 z1 24 ,取标准 m=3mm.大端分度圆直径 d1 = mz1 = 3 24 = 72 64.7齿轮相关参数:1)取 Z1=22,那么 d1 = mz1 = 22 3 = 66 ; d 2 = mz 2 = 22 4.033 = 88.7 ,取 z 2 = 89 , d 2 = 3 89 = 247 mmR= d 22)节锥顶钜:( 1 + u ) = 66 ( 1 + 4.042 ) = 137.408mm 22 23) 1 = arc tan1 1 = a

13、rctan = 135333 u 4.042 2 = 766264)大端齿顶圆直径:小齿轮: da1 = d 1 + 2m cos 1 = 71.85 mm 大齿轮: da 2 = d 2 + 2m cos 2 = 231.3mm5)齿宽 b = R R = 0.3 137.408 = 41.22mm取 b1 = b 2 = 42mm3,按齿根弯曲强度计算3m4 KT 1R (1 0.5R ) Z 1 1 + u2 22YFa YSaF 1) 已得出 T 1 = 213 N M ;Z 1 = 24 ;u = 4.042 ;K = KAKVKFKF = 2.3102)查表 10-5 得 YFa1

14、 = 2.65YFa 2 = 2.20YSa1 = 1.58YSa 2 = 1.783)查图 10-20c 得 F 1 = 420mPaF 2 = 320mPa机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 11机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 1 = arc tan3)1 1 = arctan = 135333 u 4.042 2 = 766264)大端齿顶圆直径:小齿轮: da1 = d 1 + 2m cos 1 = 71.85 mm 大齿轮: da 2 = d 2 + 2m cos 2 = 231.3mm5)齿宽 b = R R = 0.3 137.408 = 41.22mm取 b1 =

15、b 2 = 42mm6)平均分度圆直径 dm = d (1 0.5 R )dm1 = d1 (1 0.5 R ) = 66 0.85 = 56.1mm dm 2 = d 2 (1 0.5 R ) =267 0.85 = 226.95mm rv = dm 2 cos 7)当量分度圆半径 rv1 =dm1 56.1 = = 31.2mm 2 cos 1 2 0.91 dm 2 226.95 rv 2 = = = 1260.8mm 2 cos 2 2 0.09 8)当量齿数 Zv Zv1 = dv1 z1 66 = = = 73.3 mm1 cos 1 0.9 dv 2 z2 247 = = = 2

16、470 mm 2 cos 2 0.1Zv2 =9)当量齿轮的齿数比 uv = zv 2 2470 = = 33 zv1 73.710)平均模数 mm = m(1 0.5R ) = 3 0.85 = 2.5512机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 13机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 高速级齿轮传动的尺寸如下: 高速级齿轮传动的尺寸如下:名称 模数 齿数计算公式 MZ1 Z2d = mz结果d1 = mz1 = 22 3 = 66 mm d 2 = mz 2 = 3 89 = 267 mm mm da1 = d 1 + 2m cos 1 = 71.85 mm da 2 = d 2 +

17、2m cos 2 = 231.3mm分度圆直径齿顶圆直径da = d + 2m cos 齿宽 节锥顶钜b = R Rb1 = b 2 = 42mm2R=d 2( 1+ u )137.408mmdm1 = d1 (1 0.5 R ) = 66 0.85 = 56.1mm平均分度圆直径dm = d (1 0.5 R )dm 2 = d 2 (1 0.5 R ) = 267 0.85 = 226.当量分度圆半径rv =dm 2 cos dm1 56.1 = = 31.2mm 2 cos 1 2 0.91 dm 2 226.95 rv 2 = = = 1260.8mm 2 cos 2 2 0.09 r

18、v1 = dv1 z1 66 = = = 73.3 mm1 cos 1 0.9 dv 2 z2 247 = = = 2470 mm 2 cos 2 0.1Zv1 =当量齿数 Zvzv =dv z = mm cos Zv2 =当量齿轮的齿数比 平均模数uv =zv 2 zv1uv = 2.55zv 2 2470 = = 33 zv1 73.7mm = m(1 0.5R )14机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 七,低速级齿轮的设计低速级齿轮的设计与高速级齿轮的设计是一样的,其中包括齿面解除疲劳强度计算,齿根弯曲 强度计算和校核. 计算过程省略,得一下数据:名称 法面模数 法面压力角 齿数计算

19、公式m结果 3.0mm20Z131 97 3.10293mm 291mm 99mm 297mm 192mmZ2传动比 分度圆直径i3d1d2齿顶圆直径da1 = d 1 + 2ha * m da 2 = d 2 + 2ha * m中心矩a=m( z1 + z 2) 2 cos 齿根圆直径df = d 2(ha * + c*)mdf 1 = 84mmdf 2 = 282mm齿宽BB1 = 98mmB 2 = 93mm八,链传动的设计传动比 i = 3.170 主动轮转速n = nIII = 24.2 r min虚拟电动机额定功率 P = PIII = 4.89kw15机械设计二级减速器 机械设计

20、二级减速器 (1)轮齿取 Z 1 = 19 ,那么 Z 2 = i Z 1 = 3.17 19 = 60.23 ,取 Z 2 = 612)计算功率查表 9-6, kA = 1.5 查图 9-13, kz = 1.35 单排链Pca = kAkzp = 1.5 1.35 4.89 = 9.9kw 3)链条型号和节距由 Pca 和 n查表选型号 32A ,查表 9-1,p=50.8mm4)连接和中心矩初选 a 0 = (30 50) p = (30 50) 50.8 = (1500 2500)mm 取 a 0 = 1800mm a 0 z1 + z 2 z 2 z1 2 p + +( ) p 2

21、2 a0 1800 19 + 61 61 19 2 50.8 = 2 + +( ) 50.8 2 2 1800 = 112.13 Lp 0 = 2 取 Lp = 112mm 查表 9-7 f 1 = 0.24467 最大中心矩a = f 1 p2 Lp ( z1 + z 2) = 0.24467 2 112 (19 + 61) = 1789.8mm16机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 5) 链速 v 和润滑方式n1zLp 24.2 19 50.8 = = 0.389m / s 60 1000 60 1000v=查图 9-14采用地油润滑6)压轴力 Fp有效圆周力 Fe = 1000 水平

22、布置 KFp = 1.15p 4.89 = 1000 12570.69 N v 0.389 Fp KFp Fe = 1.15 12570.69 = 14455.5 N九,轴的结构设计(一)轴的材料选择和最小直径估算 轴的材料选择和最小直径估算根据工作条件,初选轴的材料为 45 钢,调制处理.按扭矩强度法3进行最小直径估算,即: d min = A0P .除算轴径时,假设最小直径轴段 n开有键槽,还要考虑键槽对轴强度的影响.当该轴段截面上有一个键槽 时,d 增大 5%7%,两个键槽增大 10%15%, A0 值查表可知,对于45 钢A0 为 103126. 确定高速轴 A01 = 126 ,中间

23、轴 A02 = 120 , 低速轴A03 = 112 .17机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 最小直径估算3d1 min = A01 高速轴:p1 = 126 n135.474 = 22.5mm 960 ,最小直径处要安装一d1 min = 22.5mm d2 min = 33.78mm d 3 min = 45.517 mm键槽 来连接联轴器 d1 min = d 1 min(1 + 7%) = 24.09mm ,取 d1min = 25mm3中间轴:d2 min = A023p2 = 120 n2 p3 = 112 n335.31 = 33.78mm 238 ,取 d 2 min =

24、 35mm 5.15 = 45.517 mm 76.7243低速轴:d 3 min = A03最小直径处安装一键槽来连接链 d 3 = 45.517 (1 + 7%) = 48.7 mm 取 d 3 min = 50mm(二)减速器的装配草图设计根据轴上零件的结构,定位,装配关系,轴向宽度及零件间的相对位 置等要求,初步设计减速器草图.草图相见附图 附图(三)减速器轴的结构设计 1,高速轴的结构设计 ,(1)各轴段直径确实定 各轴段直径确实定d11 :最小直径,安装联轴器. d11 = d1min = 25mm d13 =35mm d12 :密封处轴段,采用毡圈密封,取标准值 d12 =30m

25、m d13 :滚动轴承处, d13 =35mm d14 :轴肩处, d14 =40mm d15 :滚动轴承处, d15 =35mm d16 :最小直径安装高速级齿轮, d16 =25mm (2) d14 =40mm d15 =35mm d16 =25mm高速轴:d11 = 25mm d12 =30mm各轴段的长度确定 ,Yl11 =60mm l12 =52mm18l11 :由联轴器的宽度决定,选择具有弹性元件的挠性联轴器 HL2型,轴空长度为 52mm,d=25mm, l11 =60mm机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 低速轴:3,低速轴的结构设计 ,d 31 = 50mm(1)各轴段直

26、径确实定d 31 :安装轴承 d 31 = d 3 min = 50mm d 32 :安装低速大齿轮, d 32 =55mm d 33 :定位轴肩, d 33 =61mm d 34 :安装轴承, d 34 =50mm d 32 =55mm d 33 =61mm d 34 =50mm l 31 =35mm l 32 =91mm l 33 =10mm l 34 =96mm(2)各轴段长度确实定l 31 :由轴承,挡油环,装配关系确定, l 31 =35mm l 32 :由低速大齿轮宽度确定,B=93mm, l 32 =91mm l 33 :轴肩定位, l 33 =10mm l 34 = l 23

27、+ l 22 + l 21 -10=96mm减速器轴的强度校核计算 以中间轴齿轮轴为例) (以中间轴齿轮轴为例) 十,1,力学模型建立 ,轴的力学模型图 左图为轴的力学模型图 轴的力学模型图192,计算轴上作用力 ,轴上作用力: 轴上作用力:机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 MBV= RAV (l1 + l 2 + l 3) Fr 3(l 2 + l 3) + Fr 2 l 3 Fa 2 d =0 2 d =0 2 RAV = 1331.678 NRAV = 1331.678 N RBV = 137.2 NMAV= Fr 3 l 1 + RBV (l1 + l 2 + l 3) + Fr

28、 2(l 1 + l 2) + Fa 2 RBV = 137.2 N2,水平支反力 ,左图为水平支反力图 水平支反力图RBH = 235.5 NM MAH= Ft 3 l1 Ft 2(l1 + l 2) + RBH (l1 + l 2 + l 3) = 0 RBH = 235.5 NBHRAH = 2574.05 N= RAH (l1 + l 2 + l 3) Ft 3(l 2 + l 3) + Ft 2l 3 = 0 RAH = 2574.05 N(3)总支反力 总支反力A 点总支反力:FRA = RAH 2 + RAV 2 = 2574.052 + 1331.67 2 = 2898 N B

29、 点总支反力 FRB = RBH 2 + RBV 2 = 235.52 + 137.2 2 = 272.56 N总支反力:FRA = 2898 N FRB = 272.56 N20机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 21机械设计二级减速器 机械设计二级减速器 4,绘制转矩,弯矩图 ,绘制转矩,(1)垂直弯矩图 C 处弯矩: MCV = RAVl1 = 1331.68 78 = 103866.2 N mmMDV左 = RAV (l1 + l 2) Fr 3l 2 = 1331.68 182 1667.2 104D 处弯矩: = 68976.96 N mmMCV = 103866.2 N mm

30、 MDV左 = 68976.96 N mmd 2 = 137.2 50 585.16 123.5 MDV右 = RBVl 3 Fa 2 = 79127.26 N mm左图为垂直弯矩图 垂直弯矩图(2)水平面弯矩图C 处弯矩: MCH = RAHl1 = 2574 78 = 200772 N mm D 处弯矩: MDH = RBHl 3 = 235.5 50 = 11775 N mmMCH = 200772 N mm MDH = 11775 N mm左图为水平弯矩图 水平弯矩图22MC左 = 26049.5 N mm(3)合成弯矩图:MD左 = 69978.7 N mm机械设计二级减速器 机械设计二级减速器