一级圆锥齿轮减速器课程设计说明书

1、机械设计课程设计说明书题目：一级圆锥齿轮减速器指导老师：1.1.122.1.22.2.33.1.43.2.44.1.54.25.86.1196.2210第七章对轴进行弯扭校核7.1 输入轴的校核轴127.2 输入轴的校核13第八章轴承的校核8.1 输入轴的校核148.2 输出轴的校核15第九章键的选择与校核16第十章减速箱体结构设计10.1箱体的尺寸计算1810.2 窥视孔及窥视孔20设计小结23参考文献24第一章机械设计课程设计任务1.1 设计题目用于带式运输机的一级圆锥齿轮减速器。传动装置简图如右图所示。（ 1）带式运输机数据见数据表格。（ 2）工作条件两班制工作，空载启动，单向连续运转，

2、载荷平稳。运输带速度允许速度误差为±5%。第 1页1电动机2联轴器3圆锥齿轮减速器4链传动5带式运输机（3） 使用期限图 1工作期限为十年，每年工作300 天；检修期间隔为三年。（4） 生产批量小批量生产。2. 设计任务1) 选择电动机型号；2) 确定链传动的主要参数及尺寸；3) 设计减速器；4) 选择联轴器。3. 具体作业1) 减速器装配图一张；2) 零件工作图二张（大齿轮，输出轴） ；3) 设计说明书一份。第二章电动机的选择2.1 选择电动机类型因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式 Y 系列全封闭自冷式笼型三相异步电动机 , 电压 380V。1. 电动

3、机容量的选择1） 工作机所需功率pw FV=2800×1.8=5.04KW电动机的输出功率Pd pw / 2） 效率:弹性连轴器工作效率 1=0.99圆锥滚子轴承工作效率2=0.99第 2页锥齿轮 (8 级) 工作效率 3=0.97滚子连工作效率4=0.96传动滚筒工作效率5=0.96传动装置总效率 : 1×2 3× 3× 4×5 0.99 × 0.99 3×0.97 ×0.96 × 0.96=0.87则所需电动机功率为 :Pd pw / =5.04/0.87=5.79KW取 Pd =5.7KW2.2 电

4、动机转速的选择滚筒轴工作转速nw=60×1000v/ D=60×1000×1.8/ ×320r/min=107r/min（5） 通常链传动的传动比范围为i 1=2-5 ，一级圆锥传动范围为i 2=2-4 ，则总的传动比范围为 i=4-20, 故电动机转速的可选范围为 n 机 = nw×i= （ 420）×107=428-2140 r/min （6） 符合这一范围的同步转速有 750 r/min ， 1000 r/min ，1500 r/min ，现以同步转速750 r/min ， 1000 r/min ，1500 r/min 三种方案

5、比较，由第六章相关资料查的电动机数据及计算出的总传动比列于下表方案电动机型号额定功率（ KW）同步转速 / 满载转速1Y132S-45.51500 r/min/1440 r/min2Y132M2-65.51000 r/min/960 r/min3Y160M2-85.5750 r/min/720r/min4电动机型号的确定方案 1 电动机轻便，价格便宜，但总的传动比比较大，传动装置外轮廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑，固不可取。而方案 2 与方案 3 比较，综合考虑电动机和传动比，装置的尺寸，重量价格，及总的传动比，可以看出为使传动装置紧凑，选用方案 3 比较好。如果考虑电动机的重量和价格应选

6、2，现拟选方案 2，选择电动机型号 Y132M2-6。第 3页第三章各轴的动力参数计算3.1传动比的确定I总 =nm/ nw=960/107=8.97取 i 2 =3, 则减速器的传动比i 2 = 8.97/3 =2.993.2各轴的动力参数计算0 轴( 电动机轴 ):P =P=5.5KW,n=n =960 r/min,0d0m0P0=54.71N·mT =9550n01 轴( 高速轴 ):P1 =P01 =5.5 ×0.99= 5.445KWn 1=n0=960r/min,第 4页T 1=9550 P1 =54.1N·mn12 轴（低速轴）：P2 =P112=P

7、1 2 3=5.445 ×0.9 9×0.9 7=5.22KWn 2=n1/i 12=960/3=320r/minT2 =9550 P2 =156 N·mn23 轴（滚筒轴）：P =P =P =5.22 × 0.97 × 0.96=4.86KW n =n2= 320/3.5 =91r/min32232343i133=510N·mT =9550×P / n3表 2 各轴转速、输入功率、输入转矩项 目电动机轴高速轴低速轴滚筒轴转速（ r/min ）96096032091功率（ kW ）5.55.4455.224.86转矩（ N&

8、#183;m）54.7154.1156510传动比1133.5效率0.990.960.930.88第四章锥齿轮的设计计算4.1 选精度等级、材料及齿数1）材料及热处理；选择小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 260HBW，大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为230HBW，二者材料硬度差为 30HBS。2）工作机一般为工作机器，速度要求不高，故选用7 级精度（ GB 10095-88）3）试选小齿轮齿数Z1 24 则大齿轮齿数 Z2=Z1*i=24 × 2.5=604）分锥角 : 2=arctani=arctan(2.5)=71.57?； 1=90?- 2=18.43 ?4.2

9、按齿面接触强度设计因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算第 5页按式（ 1021）试算，即d12.92 × 3Z E 2KT2Hu15）确定公式中的各计算数值（1） 由表 10 7 选取尺宽系数 R 1/3（2） 由表 10 6 查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa由式 1013 计算应力循环次数N160n1jL h 60×1440×1×（ 10×30×16） 2.765 ×109N2N1/i 1.1 × 109K 0.95 ；K 1.0（3） 由图 10 19 查得接触疲劳寿命系数H

10、N1HN2（4） 按齿面硬度查得 :? Hmin1=600Mpa? Hmin2=600MPa（5） 计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1，安全系数 S 1，由式（ 1012）得 H1 KHN 1HN 1S H 2 K HN 2HN 2S 0.95 × 600MPa570MPa 1× 600MPa600MPa大齿轮的计算值小 , 带入式中进行计算 .2) 将以上述只带入设计公式进行计算 :（1） d12.92 ×189.821.625.7435851122.516357.17mm(2) 计算圆周速度 : d n57.17v=1t2=2.87m/s(3) 计算载荷系数

11、 : k=k AkvkHkH查表得 :k A=1.0, k H =kF =1.0,k H =kF=1.25,kV=1.15,k H be=1.25 ×1.5=1.875k=1.0× 1.15 ×1 ×1.875=2.156(4)修正 d1 d 1 =d1t (k/k t ) 1/3 =557.17 ×(2.156/1.6)1/3 =63.15mm(5) 计算模数 m m=d 1/z 1=63.15/24=2.493. 按齿根弯曲强度设计第 6页 F2=m(1) 计算公式中个参数的值 :k=kAkVkFkF =1.0 ×1.15 

12、15;1.0 ×1.825=2.156T=T1=25.74Nm R=1/3Z1 =24,Z2=60当量齿数 Z v1=Z1=25.8, Z v2= Z 2=161.56COS 21.8COS 68.2齿形系数 Y Fa1=2.61,Y Fa2=2.13应力校核系数 Y =1.6,Y=1.84sa1sa2许用弯曲应力 F=K FN K FES小齿轮FE1=500Mpa, K FN1=0.9大齿轮 FE2=380Mpa,KFN2=0.88取安全系数 S=1.4 则 F 1= 0.85 500 =303.6Mpa1.40.87 500 =310.7Mpa1.4比较大小齿轮的 YFa Y S

13、a 值大小FYFa 1YSa1 =2.69 × 1.575/321.43=0.0132F 1YFa 2Y Sa2 =.88 ×380/104=0.01655F 2大齿轮的计算值大(2) 将以上各数值带入设计公式得：m=2.21比较计算结果， 有齿面接触强度计算的模数大于有弯曲强度计算的模数， 由于齿轮模数大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力， 而齿面接触强度所决定的承载能力仅与齿轮直第 7页径（模数于齿数的乘积）有关，因而可去标准模数m=2.5，按接触强度算得分度圆直径d63.15d=63.15， 小齿轮齿数 z1=1 =26, 大齿轮齿数 z2=u×z=2.5

14、 × 26=65。第五章链传动的设计1 选择链轮齿数 z1 ,z 2假设链速 v 在 0.6-3 之间，取 z1=21,z 2=iz 1=71, 取 z2=712 计算功率 Pca查手册得工作系数kA=1.0故 Pca=kaP2 =3.69KW3 确定链节数 Lp初定中心距 a0=(3050)p=(3050)15.875=477794mm，第 8页取 a0 =600mm则链节数为 Lp=2a 0 /p+(z 1+z2)/2+p(z2 -z 1)/2 2=131.6节取 Lp=132节4 确定链节数由教材中图 9-13 按小齿轮转速估计链工作在功率曲线顶点左侧时可能出现链板疲劳破坏，由

15、表 9-10 查得链轮齿数系数 Kz=(z1/19) 1.08 =1,k L=(L p/100) 0.26 =1.075选取单排链，由标 9-11 查得多排链系数 kp=1.0所需传递功率为 P0=Pca/k zkLkp=3.629/(1*1.075*1.0)=3.69KW根据小链轮链速及功率， 由图 9-13 选链号为 10A-1 的单排链，同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点左侧是正确的，再由表9-1 查得联结距 p=15.875mm5 确定链长 L 及中心距 aL=LpP/1000=132*15.875/1000m=2.095mZ1 Z222a= pL PZ1 Z28Z2 Z14 L

16、P222=616mm中心减量 a=(0.0020.004)a=(0.0020.004) ×616=1.22.4mm 实际中心距 a =a a=616 (1.22.4)=613.6614.8mm取 a =614mm6 验算链速v= n1 z1 p= 38421 15.875 m/s=2.134 m/s601000601000由 V=2.134m/s 和链号 10A-1，查表 9-14 可知应采用油池润滑或油盘飞溅润滑。 7 作用在轴上的压轴力 Fp =KFpFe有效圆周力 Fe=1000P/v=1000× 3.37/2.41N=1406N按水平布置，取压轴力系数 KFp=1.

17、15,F p=1.15 ×1406N=1616第六章轴的结构设计6.1 轴 1（高速轴）的设计与校核1 求该轴上的功率 P1 转速 n1 和转矩 T1由前面的计算知： P1=5.445KW,n1=960r/min,T 1 =54.1N.m第 9页2 求作用在齿轮上的力小锥齿轮的分度圆直径 d1=65mm平均分度圆直径 dm1=d1(1 0.5 R)=65×(1 0.5 × 1 )=54.16mm3压力角 =20°，分锥角 1 =21.8 °2T1 =3切向力 Ft1 =225.74 10 N=950.5Ndm154.16径向力 F r1 =Ft

18、1 tan cos1=909.76 ×tan20 ×cos21.8 ° N=330N 轴向力 Fa1=Ft1 tan sin 1=950.5 ×tan20 °× sin21.8 ° N=130N3 初步确定轴 1 的最小直径按照式 15-2 初步估计轴的最小直径，选取轴的材料为45 钢，调质处理。取 A0=112 得d min=A03 P1 =11233.93=15.54mmn11140轴的最小端直径是安装的联轴器的直径，应先选取联轴器的类型。联轴器的计算转矩Tca= K AT1 ，查手册取 KA=1.3 ，则 Tca=1.

19、5 × 25.6Nm=33.5Nm按照计算转矩应小于联轴器 的公称直径 Tca 的条件，并考虑电机 Y112M-4 伸出轴直径为D=20mm，查标准 GB/T4243-1984 选用 TL4 型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 63Nm，半联轴器的孔径 d=20mm，故取轴 d =20mm,半联轴器长度 L=52mm,定位轴肩H=(0.070.1)d4 轴的结构设计L2L1图 5.1齿轮轴结构示意图由于小锥齿轮做成齿轮轴， 并采用悬臂布置， 查手册支点跨距 L1 与悬臂零件间的距离 L2 应满足 L1L2，取 L1=100mm,L2=50mm。i.为了满足半联轴器的轴向定位要求，I-II

20、段需要伸出一轴肩， 故取 II-III段直径为 28mm，左端用轴端挡圈固定，按轴端挡圈直径取挡圈直径 38mm。半联轴器与轴配合的毂段长度 L=52mm, 轴用于安装联轴器，故取直径为 20mm,长度为 50mmii.II-III段轴肩用于安装轴承端盖，直径为28mm,长度为 50mmiii. 初选滚子轴承。因轴承同时承受径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承。参照要求并根据 II-III段直径 28，由轴承产品目标中初步选取0 基本游隙组，标准第10页精度级的单列圆锥滚子轴承 30206。其尺寸 d D T =30 62 17.25 , 所以该段轴直径为 30mm,长度为 20mm。iv.

21、取安装锥齿轮处的轴端直径为28mm。齿轮轮毂的宽度L=1.21.6 d k 。取 L 长度为 32mm，为使套筒端面可靠的压紧齿轮， 为此轴端应略长于轮毂宽度， 故取 L=36mm. 齿轮的左端采取轴端挡圈固定。 若采用孔径 d=28mm,则小锥齿轮小端的 e 值。小端直 径 d1= D1 2B sin 1=42.7 。 齿 根 圆 直 径 d f = d1 -2.4=36.7mm 。ed fd kk =0.851.6e=4 。即应该做成齿轮轴式的齿轮。重新选取22L=34mm。v. 轴承端盖的总宽度为 20mm,根据轴承端盖的装拆及便于对称轴承添加润滑脂的需要，取端盖的外端面与半联轴器的右端

22、面距离 30mm,故取长度 L=50mm。vi. V-VI 段直径为 30mm，长度为 25mm。6.2 轴 2（低速轴）的设计1 求该轴上的功率 P2 转速 n2 和转矩 T2由前面的计算知： P2=5.22KW,n2=320r/min,T 2=156N.m2 求作用在齿轮上的力压力角 =20°，分锥角 2=71.57 °切向力 Ft2 =Ft1 909.76N径向力 Fr2 =Fa1 =104.7N轴向力 Fa2=Fr1 =314.13N链轮的压轴力为Fp=1608.1N3. 轴上零件布置及轴的结构设计12345678图 5.2输出轴结构示意图1).为了满足半联轴器的轴

23、向定位要求，1-2 段需要伸出一轴肩，故取 II-III段直径为 38mm，左端用轴端挡圈固定，按轴端挡圈直径取挡圈直径38mm。半联轴器与轴配合的毂段长度 L=42mm,长度为 40mm2).初选滚子轴承。因轴承同时承受径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承。参照要求并根据 II-III段直径 38，由轴承产品目标中初步选取0 基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30208。其尺寸 d D T = 40 8019.75 , 所以该段轴直径为40mm,长度为 30mm。取 3-4 端右端滚动轴承采用套筒定位，查手册30208 型轴承的定位轴间 d=50mm.3). 取安装锥齿轮处的轴端直

24、径为45mm。齿轮轮毂的宽度 L=1.21.6 d k 。取 L 长度为第11页60mm，为使套筒端面可靠的压紧齿轮，为此轴端应略长于轮毂宽度，故取 L=56mm齿.轮的左端采取轴肩固定。轴承端盖的总宽度为 20mm,根据轴承端盖的装拆及便于对称轴承添加润滑脂的需要，取端盖的外端面与半联轴器的右端面距离 30mm,故取长度 L=50mm。V-VI 段直径为 30mm，长度为 25mm。表 5.1 各轴段的直径及长度:序 号1-22-33-45-67-88-99-10安 装链端轴齿套筒零 件轮盖承轮轴承D (mm)30384045534540L（mm）40504056812040第七章对轴进行弯

25、扭校核:7.1 输入轴的校核轴第12页FrFtFaMH8.072NmMvMT45.88Nm 46.2Nm26.06Nm图 6.1输入轴弯矩和扭矩图危险截面处按照公式 ca=M2+( T) 1/2 /W -1 进行校核计算 , 其中折合系数 0.3,45 钢的许用弯曲应力 -1 =60Mpa，W=35.2Nm ,T=26.06Nm带入数据得：ca =M 2T 21477Mpa=14.3Mpa60MpaW=0.1 3310 6该轴强度足够。按照 公式 ca=M2+( T) 1/2 /W -1 进行校核计算 45钢调质后的许用弯曲应力为-1=60Mpa ，扭转切应力为静应力，折合系数 0.3 ，危险

26、截面处： ca1=M 2T 2Mpa=18.3Mpa60MPaW危险截面 II处： ca2=M 2T 2Mpa=19Mpa 60MPaW可见输出轴的强度足够。7.2输入轴的校核第13页该轴所受弯矩和扭矩如下图所示：FpFtFrFa33.230.461.85n2Mv53.3855.3818.544MH53.38II58.4IM72T图 5输出轴弯矩和扭矩图1. 求两轴承受到的径向载荷Fr1=(Fv1221/2=811.3N+FH1 )F =(F221/2=3261.3Nv2+F )r2H22. 派生轴向力：F d1=eFr1 =300NFd2=eFr2 =1206.68N3. 轴向力Fa1=Fa

27、e+Fd2=104.7+529.97=634.67NFa2=Fd2=529.97N4. 计算当量载荷：Fa1/F r1=634.67/470.72=1.35<e所以 X1=0.4,Y 1=1.6 ；Fa2/F r2=529.97/1432.26=0.37=e所以 X2=0.4,Y 2=1.6 。P1=f p(X1Fr1+Y1Fa1)=1 × (0.4 × 470.72+1.6 × 634.67)=1203.76NP =fp(X F+YF )=1432.26> P122 r21 a25. 寿命计算 :Lh =106(Cr /P 2) 10/3 /60n

28、1=106(63000/1432.26) 10/3 /(960 ×1440)h =3.47 ×106 h>>4.8 ×104 h该轴承寿命足够。第八章轴承的校核第14页8.1输入轴的校核1. 求两轴承受到的径向载荷F =(F221/2=1350Nv1+F )r1H1Fr2=(Fv2221/2=320N+FH2 )e=0.372. 派生轴向力：F d1=eFr1 =0.37 × 1350N=500NFd2=eFr2 =0.37 × 320N=118.4N3. 轴向力Fa1=max(Fd1, Fae+Fd2)=500NFa2= max(

29、Fd1, Fae-F d2)=368N4. 计算当量载荷：Fa1 =0.38>e所以 X1=0.4,Y 1=1.6 ；Fr1Fa2 =1.15>e所以 X2=0.4,Y 2=1.6 。Fr2P1=f p(X1Fr1 +Y1Fa1)=3068P2=f p(X2Fr2 +Y1Fa2)=857<P15. 寿命计算 :10Lh = 106c3 = 9.26 10460np实际使用寿命 Lh= 10300 16=4.8 104可见 30206 轴承寿命足8.2输出轴的校核1. 求两轴承受到的径向载荷221/2=811.3NFr1 =(Fv1+FH1 )第15页F =(F221/2=32

30、61.3Nv2+F )r2H2e=0.372. 派生轴向力：F d1=eFr1 =300NFd2=eFr2 =1206.68N3. 轴向力Fa1=max(Fd1, Fae+Fd2)=1206.7NFa2= max(Fd1, Fae-F d2)=1536.7N4. 计算当量载荷：Fa1 =0.37=e所以 X1=0.4,Y 1=1.6 ；Fr1Fa2 =1.9=e所以 X2=0.4,Y 2 =1.6 。Fr2P1=f p(X1Fr1 +Y1Fa1)=3619NP2=f p(X2Fr2 +Y1Fa2)=4240N5. 寿命计算 :10Lh = 106c3 = 9.87 10460np实际使用寿命

31、Lh= 10300 16=4.8104可见轴承寿命足第九章键的选择与校核键的选择根据的直径可得第16页表 3键的选择与校核项直轴段键的长度许用应目径长度尺寸mm力mmmmb×h×lMPa小轴66端205045110大齿455614×931110轮链轮30408×720110（1） 校核键联接的强度轴一左键键的材料是钢，查得：p110MPa键的工作长度： lLb45639mm接触高度： k0.5h3p2T1 103=2 25.74 10317.5MpaKLD34920键标记 645GB / T1096 2003轴二左键键的材料是钢，查得：p110MPa键的

32、工作长度： lLb22mm接触高度： k0.5h3.5p 2T1 103 = 53.6MpaKLD键标记 8 30GB / T10962003第17页轴二右键键的材料是钢，查得：p110MPa键的工作长度： lLb36mm接触高度： k0.5h4.5p 2T1 103 = 17MpaKLD键标记 14 50GB / T10962003第十章箱体部分设计 ：第18页10.1. 铸铁减速器箱体主要结构尺寸：（1）箱座壁厚 d0.04a 183310.3mm（1） 箱盖壁厚 d1 = 0.85d = 8.8mm（2） 箱盖突缘厚度 b11.5 d18.81.5 13.2mm（3） 箱座突缘厚度 b1

33、.5d 81.512mm（4） 箱座底凸缘厚度b2 = 2.5d = 25.8 （5） 地脚螺钉直径 d f = 0.036a + 12 = 18.6mm（6） 地脚螺钉数目：4（7） 轴承旁连接螺栓直径d1 = 0.75d f = 14mm（8） 盖与座联结螺栓直径d2 = 0.5d f = 9.3mm（9） 联结螺栓 d2 的间距 l=180 （10）轴承端盖螺钉直径d3 = 0.5df = 9.3mm（11）视孔盖螺钉直径d4 = 0.4d f = 7.4mm（12）定位销直径 d = 0.7d2 = 6.5mm（13） d f d1d2 至外箱壁距离 c1 = 22mm（14） d f

34、 , d2 至凸缘边缘距离 c2 = 20mm（15）轴承弯凸台半径R1 = 20mm（16）凸台高度 h 根据低速级轴承外径确定以便于扳手操作为准（17）外箱壁之轴承座断面距离l1 = c1 + c2 + 8 = 50 mm第19页（18）铸造过度尺寸K=3 h=15 ，R=5（19）涡轮外缘与内箱壁距离D 1 = 1.2d = 12.4（20）涡轮轮毂端面与内箱壁距离D 2 = d = 10mm（21）箱盖箱座肋厚m1 = 0.85d1 = 7.5mmm = 0.85d = 8.8mm（22）轴承端盖外径D2 = D + 5.2 D3（23）箱体宽度 B2 = 315 + 2D 1 + 2

35、d = 360mm10.2 窥视孔及窥视孔（一 ）窥视孔第20页图 6-1A150mm, A1180mm, A2165mm, h4mm, d46mm, B1140mm, B2125mm（2）通气器直径 M 20 1.5 ，则相应系数为：D30mm, D125.4, s22mm, L28mm,l15mm, a4mm,d16mm（3）轴承端盖凸缘式轴承盖图 6-2高速部分 :D 2118mm, D 093mm, d137mm, D 458mm, D65mme10mm, e1 10mm, d0 10mm, m33mm低速部分： D2150mm, D 0155mm, d160mm, D484mm, D95mme12mm, e112mm, d010mm, m 41mm第21页（4）螺塞图 6-3此选择 M 20 1.5 的，其他参数见下：D 21mm, L 30mm,a 4mm, l 15mm(5) 油标如左图杆式油标，螺纹直径选为M16，则相应系数为：d216mmd36mmh