二级圆锥圆柱齿轮减速器课程设计说明书

1、. . . . 机械设计课程设计计算说明书设计题目：带式运输机传动装置的设计专业班级：机械*：*学号：*指导教师：*(西南科技大学)设计题目设计任务：设计用于带式运输机的二级圆锥圆柱齿轮减速器。已知条件：运输带工作拉力F=1500N，运输带工作速度V=1.1m/s，卷筒直径D=220mm。工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室工作，灰尘较大，环境最高温度35 0C。使用折旧期8年，大修期4年，中修期2年，小修期半年。一般机械厂制造，小批量生产，运输带速度允许误差±5%。传动方案：第一部分 传动方案总体设计一、 选择电动机1. 选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三机笼型电动

2、机，封闭式结构，电压380V，Y型。2. 选择电动机容量电动机所需的功率为：（其中：为电动机功率，为负载功率，为总效率。）各项效率：V带=0.96，滚动轴承=0.99，圆锥齿轮=0.96，圆柱齿轮=0.99，联轴器=0.99，滚筒=0.96。则又总效率为：=* =0.99*0.99*0.99*0.99*0.96*0.99*0.99*0.99*0.96=0.8764负载功率：故电动机的功率为：3. 电动机的转速高速电动机较便宜，而该设计所需转动不需要逆转。卷筒工作速度为：查表1可知，二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比围为，即为减速器的总传动比，故电动机的可选转速围为符合这一围的同步转速有1000 和1

3、500 r/min.综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和传动比，所以可供选择的的电机有一下方案：方案电动机型号额定功率KW电动机转速r/min电动机重量N参考比价传动比同步转速满载转速总传动比减速器传动比1Y100L1-42.2150014303401.6714.9714.972Y112M-62.210009404502.229.849.84对比两方案可知，方案1最佳，起电动机性能如下：型号额定功率KW堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量KgY100L1-42.22.21.734安装尺寸如下：中心高外形尺寸L*(AC/2+AE)*HD底角安装尺寸A*B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D*E

4、100430*230*260100*1401228*60二、 确定传动装置的总传动比和各级分配传动比1. 减速器的总传动比为：2. 分配传动比为了避免圆锥齿轮的直径过大，制造和加工困难，是高速级传动比较小，设高速级传动比，低速级传动比。由设计指导书可知，令=0.25可得，=2.994,=5三、 计算装置的运动和动力参数1.各轴的转速轴：轴：轴：卷筒轴：2.各轴的输入功率轴：轴：轴：卷筒轴：-轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.99.3.各轴的转矩 电动机的输出转矩：轴：轴：轴：卷筒轴：-轴的输出转矩则分别为各轴的输入输入转矩乘轴承效率0.98.运动动力参数计算结果整理于下表：轴名功率 P

5、/KW转距T/N*M转速nr/min转动比i效率输入输出输入输出电机轴1.8812.32146010.99轴1.861.8412.2012.0814600.98轴1.771.7534.7134.36487.642.9940.95轴1.741.72166.15164.4997.5350.98卷筒轴1.711.69163.30161.6697.5310.98第二部分 传动零件的设计一、 高速级齿轮（锥齿轮）设计计算(1) 计算齿轮参数1. 材料选择因传递功率不大转速不高，选小齿轮、大齿轮均为45钢，调质处理，均采用软齿面。初选齿轮精度为8级。2. 初算小齿轮直径查表有： =1.00，暂取=1.3，

6、弹性系数=1.89.8，节点区域系数=2.5，齿数比=2.994.取齿宽系数=0.3，=12080N.mm.许用应力=机械工作实行两班制，8年折旧，则可得循环次数：小齿轮：=60j=60*146081*2*8*250*8=2.8*大齿轮：=/=2.8*/2.994=9.4*则查表有，=1，=1.05，查表有安全系数=1.0则有，=580MPa,=409.5MPa,以为做以下计算。初算小齿轮直径有=53.45mm修正：查表得 =1.00，齿宽中点分度圆直径为：=(1-0.5)=53.45*(1-0.5*0.3)=45.4325mm故=/60*1000=3.47m/s查表，选动载荷系数=1.20，

7、齿向载荷分配系数=1.13，则k=1.356,K与有较大差异。=53.45*=54.21mm3. 齿数大齿轮齿数 =C=i=2.994*54.21=162.30mm取C=18（因为两齿轮齿面硬度都小于350MPa）故 =18*=52.35,取=52则=/i=52/2.994=17.48,取=17齿数比=/=52/17=3.059,u/u=(3.059-2.994)/2.994=2.17可以使用。4. 模数大端模数 m=/=54.21/17=3.19mm取标准模数，优先选用m=3.25mm5. 大端分度圆直径=m=3.25*17=55.25mm=m=3.25*52=169mm6. 节锥顶距R=m

8、/2= 3.25*17/2=88.901mm7. 节圆锥角=arctg=arctg=18.1028=90-=71.89728. 大端齿顶圆直径小齿轮 =+2mcos=54.21+2*3.25*cos18.1028=60.388mm大齿轮 =+2mcos=169+2*3.25*cos71.8972=171.020mm9. 齿宽b=*R=0.3*88.901=26.67mm取=27mm（2）校核齿根弯曲疲劳强度=1. 查表取各参数K,b,m和同前，且K=1.356,b=27mm,m=3.25mm2.圆周力=2/(1-0.5)=2*12080/54.21*(1-0.5*0.3)=524.3N3.取齿

9、形系数和应力修正系数cos=0.948 cos=0.311当量齿数=/cos=17/0.948=17.9=/cos=52/0.311=167.2查表有：=2.91 =2.14 =1.53 =1.834.许用弯曲应力=/查表有，=215MPa,=170MPa寿命系数 =1，安全系数 =1.45故计算得，=/=1*215/1.45=148MPa=/=1*170/1.45=117MPa=49.93MPa<=(/)=43.92<二、 低速级齿轮（圆柱齿轮）设计计算（1） 计算齿轮参数1. 选择材料因传递功率不大转速不高，选小齿轮、大齿轮均为45钢，调质处理，均采用软齿面。初选齿轮精度为8级

10、。2. 查取教材可得： ， ， ，；传动比(齿数比)由表查得各数据如下： ， ， ，取则3. 接触疲劳施用应力查图可知： ； 则应力循环次数：又查图可知： 则：4. 计算小齿轮最小直径，取齿宽系数5. 确定 中心距就尽量圆整成尾数为0或5,以利于制造和测量，所以初定6. 选定模数、齿数、和螺旋角1 一般，。初选，则，代入1式有，由标准模数取 ，则取 则 取齿数比：与的要求比较，误差为1.6 % ，可用。于是满足要求。7. 计算齿轮分度圆直径小齿轮 大齿轮8. 齿轮宽度取齿宽系数=1.1，可得齿轮工作宽度圆整大齿轮宽度取小齿轮宽度（2） 校核齿轮弯曲疲劳强度查表可知：； ； ；根据、查

11、表则有：； 则所以两齿轮齿根弯曲疲劳强度满足要求，此种设计合理。圆锥齿轮参数表1.齿数Z大端分度圆直径d模数m节锥顶距R节圆锥角大端齿顶圆直径齿宽b小齿轮1755.253.2588.90118.102860.38827大齿轮521693.2588.90171.8972171.02027圆柱齿轮参数表2.齿数Z分度圆直径d中心距a模数m螺旋角齿宽b齿顶高小齿轮2639.4391201.59.068551.5大齿轮132200.5061201.59.068501.5第三部分 轴的设计计算计算各轴的最小直径查教材P232表11.3C=118107,取C=110轴:最小直径为轴:最小直径为轴:最小直径

12、为一、 高速轴设计计算1.选择轴的材料为45钢，经调质处理，其机械性能由教材表11.1和表11.4查得=60MPa,=640MPa,=275MPa,=155MPa2. 选择联轴器为使所选轴直径与联轴器孔径相适应，故需同时选联轴器型号。联轴器的计算转距，查教材表10.1 取=1.3，=1.3*166150=215995N.mm查手册，选择弹性套柱销联轴器LT6型其公称转距为250N.m,半联轴器孔径=32mm故取轴端直径=32mm，半联轴器长度L=82mm,与轴配合的孔长度为=60mm3. 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案如图：（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1） 为了

13、满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端需要制出一轴肩，故取2-3段的直径=35，左端用挡圈定位，按照轴段直径D=35。半联轴器与轴配合毂孔长度=60mm，为保证挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故1-2段略短于，取=58mm。2） 初步选择滚动轴承。因为轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=35，由手册P75初选圆锥滚子轴承30308型号，其尺寸为d*D*T=40*90*25.25,故=40mm，而=25.25。右端滚动轴承采用轴肩定位，查手册有=49mm。3） 取安装齿轮处的轴段4-5直径=45mm，齿轮左端与轴承采用套筒定位。已知轮毂宽度为5

14、0mm，为使套筒可靠压紧齿轮，此轴段取=46mm，齿轮右端采取轴肩定位，轴肩高h>0.007d=3.15mm,取h=4mm。则轴环处直径为=2h+=2*4+45=53mm。轴环宽度b1.4h=1.4*4=5.6mm，取=8mm。4） 轴承端盖的总宽度为9mm。为便于对轴承润滑，取端盖外端与半联轴器右端L=30mm。故取=39mm。5） 取齿轮距箱体壁a=16mm，大圆锥齿轮与小圆柱齿轮距离c=20mm,考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体壁一段距离s，取s=8mm，已知轴承宽度T=25.25mm，大圆锥齿轮轮毂长，则=T+s+a+(50-)=25.25+8+16+(50

15、-46)=53.25mm=L+c+a+s-=27+20+16+8-8=63mm(3) 轴上零件的轴向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按=45mm由手册查得，平键截面尺寸b*h=14*9,长为36mm，为保证对中性，齿轮与轴的配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的连接按=32mm，由手册P53查得，b*h=10*8,长为45mm。半联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的轴向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考教材表11.2，取轴端倒角为1.6*，各轴肩处的圆角半径都为R1.6.4. 强度校核(1)首先根据轴的结构作出轴的计

16、算简图。从手册中查得，轴承的a=19.5mm，作下面的受力简图：计算得：=87.5mm,=54.75mm,=101.75mm(2) 求作用在齿轮上的力已知大齿轮分度圆直径为=200.506mm而 =2/=1641N=tg/cos=605N=tg=262N(3) 求作用于轴上的支反力水平面支反力 由+=，*=（+）得=1067N,=574N垂直面支反力 由+=，=D/2,*=+*得 =561N,=44N(4)作弯矩图水平面上 =*=1067*54.75=58419N.mm垂直面上 =*=561*54.75=30715N.mm=-=4448N.mm总弯矩为 =66002N.mm=58588N.mm

17、(5)作扭矩图这里为了是扭矩图符合下述强度计算，把T这算为aT，取a=0.6（6）作出计算弯矩图根据以作出的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩图=118730N.mm， =58588N.mm（7）校核轴的强度=/W=118730/(0.1*453)=13.03MPa<=60MPa 安全5. 精确校核轴的疲劳强度（1） 分析知，只需校核截面4左右两侧即可。（2） 截面4左侧抗弯截面模量 W=0.1d3 =0.1*403 =6400mm3抗扭截面模量WT=0.2 d3=0.2*403 =12800mm3弯矩为M=M1 *54.75-（46-25）/54.75=40686N.mm扭矩为T3 =16

18、4490N.mm弯曲应力Gb =M/W=40686/6400=6.36MPa扭转切应力IT =T3/WT=164490/12800=12.85 MPa银r/d=1.6、40=0.040，D/d=45/40=1.125，根据教材P23轴肩处理论应力集中系数a =2.0材料敏性系数q =0.8故 有应力集中系数 =1+（-1）=1+0.6*（2.0-1）=1.8=1+0.6（-1）=1+0.6*（1.8-1）=1.48查得尺寸系数 =0.75，扭转系数 =0.88轴磨削加工，有表现质量系数 =0.92 ，=0.6+0.4=0.95未经表面强化处理，即=1，则综合系数值=/+1/-1=1.8/0.7

19、5+1/0.92-1=2.49=/+1/-1=1.48/0.88+1/0.95-1=1.73取材料特性系数=0.1，=0.05于是，计算安全系数=/（+）=275/(2.49*6.36+0.1*0)=17.37=/（+）=155/(1.73*12.85/2+0.05*12.85/2)=13.55=/=17.37*13.55/=10.68>>S=1.5(3)截面右侧抗弯截面模量 W=0.1d3 =0.1*453 =9112.5 mm3抗扭截面模量 WT=0.2 d3 =0.2*453 =18225 mm3弯矩 M=66002*54.75-(46-25)/54.75=40686 N.m

20、m弯曲应力b =M/W=40686/9112.5N.mm扭矩T3=164490N.mm扭转切应力T= T3/WT=164490/18225=9.03MPa过盈配合处有/=0.8/于是/=2.4故/=0.8*2.4=1.92磨削加工有表面系数：=0.92，=0.95故综合系数=/+1/-1=2.4+1/0.91-1=2.49=/+1/-1=1.92+1/0.95-1=1.73取=0.1 =0.05故安全系数=/（+）=275/(2.49*4.46+0.1*0)=24.76=/（+）=155/(1.73*9.03/2+0.05*9.03/2)=54.68=/=22.55>>S=1.5故

21、其安全二、输入轴的设计计算1选择材料选择轴的材料为45钢，经调质处理，其机械性能由教材表11.1和表11.4查得=60MPa,=640MPa,=275MPa,=155MPa2. 选择联轴器为使所选轴直径与联轴器孔径相适应，故需同时选联轴器型号。联轴器的计算转距Tca=KA*T1，查教材表10.1 取=1.3，Tca=KA*T1=1.3*12200=15860N.mm查手册，选择弹性柱销联轴器LX1型其公称转距为250N.m,半联轴器孔径=16mm故取轴端直径=16mm，半联轴器与轴配合的孔长度为L=42mm3. 轴的结构设计轴的基本形状设计如图联轴器采用轴肩定位，轴肩高h=（0.070.1）*

22、d1=（0.070.1）*16=1.12mm1.6mm选用轴端挡圈D=22mm,故d2 =22mmL1=42mm为保证挡圈只压在联轴器上，故L2-3=40mm选单列圆锥滚子轴承由d2-3=22mm,查手册P75，初选滚子轴承30205，尺寸d*D*T=25*52*16.25故d3-4=d5-6=25mm，联轴器定位轴套顶到轴承端面，使L3-4略小于T，取L3-4=15mm,而L5-6=16.25mm.轴段4-5处为轴肩定位设计，查手册有d4-5=da=31mm.轴段6-7处安装小锥齿轮，采用悬臂结构，故d6-7应小于d5-6,取d6-7=20mm，齿轮左端用轴套定位，右端用轴端挡圈固定，故齿轮

23、与轴配合段比齿轮轮毂孔略短。取L6-7=25mm。令左边轴承受力集中点到右边轴承受力集中点距离为L1，右边轴承受力集中点到齿轮受理与重点距离为L2.由L1=2L2,L2=27+4.125+(16.5-a)=35.125mm，故L1=2L2=2*3.125=70.25mm.则L4-5=L1-2T/2=54mm.4. 齿轮、半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。由d1-2=16mm,查手册得，平键截面尺寸b*h=5*5,取长为L=32mm半联轴器与轴的配合采用H7/K6由d6-7=20mm,查手册得，平键截面尺寸为b*h=6*6,取长为L=20mm齿轮与轴的配合采用H7/n6滚动轴承与轴的定位是靠

24、过渡配合实现的，此处先轴的直径尺寸公差为m6.5. 确定轴上圆角和倒角尺寸参考教材表11.2，取轴端倒角为0.8*450 ，取轴肩处圆角半径为R1.06. 校核轴的强度（1） 做受力分析图取齿宽系数比为=1.1，齿宽中点直径为=46.96mm则，Ft=2T1/=2*12200/55.25=442NFr=Fttgacos=153 Fa=Fttgasin=50N Fn=Ft/cosa=470N(2)计算支反力水平面计算得 RH1=100N RH2=370N垂直面计算得 RV1=93N RV2=246N轴承1的支撑总反力R1=136N轴承2的支撑总反力R2=444N(3)作弯矩图水平面 a-a剖面M

25、Ha=-RH1*L1=-100*70.25=-7025N.mm垂直面MVa=RV1*L1=93*70.25=6533N.mm总，M=9593N.mm(4) 作转矩图T1=12200N.mme)d)xyza)b)c)(5) 因为a-a剖面弯矩大，且受到转矩作用，a-a剖面为危险截面。(6) 轴的弯扭合成强度校核查表有 W=0.1d3=800mm3 WT=0.2d3=1600mm3弯曲应力 =/W=9593/800=12.0MPa扭剪应力 =12200、1600=7.6MPa对于单向传动的转轴，转矩按照脉动循环处理，故取折合系数a=0.6,则当量应为：=15.1MPa<<=60MPa

26、安全三、 中间轴的设计计算1. 选择材料，同前面的轴。2. 初选轴承考录齿轮上作用较大的轴向力和圆周力，查手册，选用圆锥滚子轴承30204号。尺寸为d*D*T=20*47*15.253. 结构设计（1） 轴的结构图如下（2） 确定各轴段直径和长度由设计输出轴可知，C=20mm，a=16mm又轴承宽度T=15.25,可知=T+a=15.25+16=31.25mm为小圆柱齿轮齿宽，=55mm=C=20mm，=27mm=a+T=31.25mm=d=20mm,取=25mm，=25mm轴段3给齿轮提供轴向定位，轴肩h>0.07d=1.75mm,取h=2mm故 =25+2=27mm4.轴向定位和倒角圆角的确定齿轮与轴用平键连接，查手册有圆锥齿轮处 b*h=8*7圆柱齿轮处 b*h=8*7 齿轮与轴的配合为H7/n6取轴端倒角为1*45o，各轴肩处圆角半径为R1.05.轴的受力分析（1）受力简图如下查手册有轴承的a=11.2，则=-(T-a+)+/2=54.7mm=/2+/2=61