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:指导老师：,级圆锥齿轮减速器目录第一章机械设计课程设计任务书1.1设计题目1第二章电动机的选择22.1 选择电动机类型 22.2 确定电动机的转速 3第三章各轴的运动及动力参数计算3.1 传动比的确定43.2 各轴的动力参数计算 4第四章锥齿轮的设计计算4.1 选精度等级、材料及齿数 .54.2 按齿面接触强度设计 5第五章链传动的设计 8第六章轴的结构设计6.1 轴1 （高速轴）的设计与校核 96.2 轴2 （低速轴）的设计 10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

2、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, 载荷平稳。运输带速度允许速度误差为 ±5%1 电动机2联轴器3一圆锥齿轮减速器4一链传动5一带式运输机第1页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

3、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Y系列全封闭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自冷式笼型三相异步电动机, 电压380V。1. 电动机容量的选择1 ) 工作机所需功率pw = FV=2800X 1.8=5.04KW电动机的输出功率Pd= pj n2 ) 效率 :弹性连轴器工作效率刀尸0.99圆锥滚子轴承工作效率42=0.99第 2页锥齿轮(8级)工作效率43=0.97滚子连工作效率“4=0.96传动滚筒工作效率

4、“5=0.96传动装置总效率：4= TlX T 2 X T 3 X T 4X 4 5=0.99 X 0.993 X 0.97 X 0.96 乂 0.96=0.87则所需电动机功率为：Pd= p / q=5.04/0.87=5.79KW 取 R=5.7KW2.2电动机转速的选择滚筒轴工作转速nw=60x 1000v/ 兀 D=60X 1000x 1.8/ 兀 x 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=nwX i= (420) X 107=428-2140

5、 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(Kvy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

6、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2,现拟选方案2,选择电动机型号Y132M2-6第12页第三章各轴的动力参数计算3.1 传动比的确定I总二门巾门后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）: P0=Pd=5.5KW,no=nm=960 r/min,To=9550 P0 =54.71N - m1轴（高速轴）：Pi=POt 1 =5.5 x 0.99= 5

7、.445KW n 尸n0=960r/min,Ti=9550 P1 =54.1N - m2轴（低速轴）：B=R 4 12=R 4 24 3=5.445 X 0.9 9X0.9 7=5.22KW n 2=ni/i i2=960/3=320r/minT2=9550 P2 =1562 m3轴（滚筒轴）：R=F2 Tl 23=P2 4 3 Tl 4=5.22 义 0.97 义 0.96=4.86KW n 3= n2 = 320/3.5 =91r/minT3=9550X P3 / n3=510N m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（

8、kW）5.55.4455.224.86转矩（N 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；硬度为选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为260HBVV大齿轮材料为45钢（调质）230HBWV二者材料硬度差为 30HBs2）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 Zi = 24则大齿轮齿数Z2=Z1*i=24 X 2.5=604）分锥角:6 2=arctani=arctan（2.5）=71.572 6 1=90?- 6

9、2=18.43?4.2 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按式(1021)试算，即d1>2.92 X 3 (.ZE . ；2xKV H Hu*<1-*：>25)确定公式中的各计算数值(1)由表107选取尺宽系数如=1/3(2)由表106查得材料的弹性影响系数 ZE=189.8Mpa由式10- 13计算应力循环次数N1= 60n1jLh = 60X 1440X 1 X ( 10X30X16) =2.765 X109_ 9N2 =N1/i =1.1 X 10(3)由图1019查得接触疲劳寿命系数 以1= 0.95; &n= 1

10、.0(4)按齿面硬度查得：？Hmin1=600Mpa?Hmin=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(10-12)得叫=Khn1。HN1S=0.95 X 600Mp弟 570MPa7tdit n2v=60 1000_冗 >57.1760 1000=2.87m/s(tH2= Khn2仃 HN2 = 1X 600MP弟600MPaS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) d1>2.92X攵益74二b 5851M 1) 计算圆周速度: M 2.5,36= 57.17mm(3) 计算载荷系数：k=k Akvk

11、+akHB查表得：kA=1.0, k ha =kFa=1.0,k HB=kFB=1.25, kv=1.15,k hb be=1.25X 1.5=1.875 k=1.0 X 1.15 X1 X 1.875=2.156(4) 修正 & d 1=d1t(k/k t )1/3=557.17 x (2.156/1.6) 1/3=63.15mm(5) 计算模数 m m=d1/z 1=63.15/24=2.493.按齿根弯曲强度设计4QTm> 一 一 一 -。刊（1）计算公式中个参数的值：k=kAkvkF 显=1.0 X 1.15 X1.0 x 1.825=2.156T=T=25.74Nm r

12、=1/3Z1=24,Z2=60当量齿数 Zv1=一Z一=25.8, Z v2=一乙一=161.56COS 21.8COS68.2齿形系数 YFa1=2.61,Y Fa2=2.13应力校核系数 Ya1 = 1.6,Ysa2=1.84许用弯曲应力”= KFNKFES小齿轮（TFE1=500Mpa, Kfni=0.9 大齿轮（TFE2=380Mpa,KFN2=0.88取安全系数S=1.4则（T f 1=0.85 5001.4=303.6Mpa f2=0.87 5001.4=310.7Mpa比较大小齿轮的值大小YFa1YSHL f=2.69 X 1.575/321.43=0.0132Y.丫=.88 X

13、 380/104=0.01655大齿轮的计算值大(2)将以上各数值带入设计公式得:m>4 x 2.344 X 26.06 X 1031 （1-0.5） 3M 222x 7?+1X 0.01655=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d=63.15, 小齿轮齿数 zi=d1 -6315 =26，大齿轮齿数 Z2=uX z=2.5 X 26=65。m 2.5第五章链传动的设计1选择链轮齿

14、数Z1,Z 2假设链速v在0.6-3之间，取Z1=212 2nz 1=71，取Z2=712计算功率PCa查手册得工作系数kA=1.0故 Ra=kaB=3.69KW3确定链节数Lp初定中心距 ao=(3050)p=(3050)15.875=477794mm取 a0 =600mm则链节数为 Lp=2a0/p+(z i+Z2)/2+p(z 2-z i)/2 兀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，由表 9-10 查得链轮齿数系数 Kz=(zi/19) 1.08=1,kL=(Lp/100) 0.26=1.07

15、5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 P°=PcJk 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=2.095ma=P.4I _Zi Z2LP 22 .8Z 2n=616mm中心减量 A a=(0.0020.004)a=(0.0020.004) 义 616=1.22.4mm实际中心距 a' =a-

16、 Aa=616- (1.22.4)=613.6614.8mm取 a' =614mm6验算链速v=m/s=2.134 m/snz1P _384 21 15.87560 100060 1000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=KpFe有效圆周力 Fe=1000P/v=1000X 3.37/2.41N=1406N按水平布置，取压轴力系数 Kfp=1.15,F p=1.15 X 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=5.44

17、5KW,n=960r/min,T 1=54.1N.m2求作用在齿轮上的力小锥齿轮的分度圆直径di=65mm平均分度圆直径 dm=di(1 -0.5 r)=65X(1 -0.5 X1)=54.16mm3压力角a =20° ,分锥角6 1=21.8 °切向力 Fti = 2Ti=2 与74 103N=950.5Ndmi 54.16径向力 F r尸Atan a cos 6 1=909.76 x tan20 Xcos21.8 ° N=330N轴向力 Fa尸Rtan a sin 6 1=950.5 xtan20 ° Xsin21.8 0 N=130N3初步确定轴1

18、的最小直径45钢，调质处理。取A=112得按照式15-2初步估计轴的最小直径，选取轴的材料为d3.93= 112 3=15.54mm ,1140第1侦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&=1.3,则 Tca=1.5 X 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din=20mm半联轴器长度L=52mm定位轴肩H=(0.07

19、0.1)d4轴的结构设计Inm ivv w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Li与悬臂零件间的距离L2应满足 Li > L2,取 L1=100mm,2=50mmi. 为了满足半联轴器的轴向定位要求，I-II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

20、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 精度级的单列圆锥滚子轴承 30206。其尺寸dxDxT =30x62x17.25,所以该段轴直 径为30mm长度为20mmiv. 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 dk。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=28mmW小锥齿轮小端的e值。小端 直径 d1 = D2Bsin5 1 =42.7 。齿根圆直径 d f = d1 24=36.7mm。e= di _ dk_ k =0.8

21、5 < i.6e=4。即应该做成齿轮轴式的齿轮。重新选取22L=34mmv. 轴承端盖的总宽度为20mmg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=50mmvi. V-VI段直彳空为30mm长度为25mm6.2 轴2 (低速轴)的设计1求该轴上的功率P2转速门2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a =20° ,分锥角6 2=71.57°切向力 Ft2=Fti909.76N径向力 Fr2 = Fa1 =104.7N轴向力 Fa2

22、=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12345 678图5.2输出轴结构示意图1) .为了满足半联轴器的轴向定位要求，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父DMT =40父80M 19.75,所以该段轴直

23、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径为 45mm齿轮轮毂的宽度L=1.21.6 dk。取L长度为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=56mmfi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=50mmV-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 零件链 轮端 盖轴 承jlH

24、 四轮套筒 轴承D (mm)3038r 4045534540 1L (mrm40504056812040第七章对轴进行弯扭校核7.1输入轴的校核轴图6.1 输入轴弯矩和扭矩图危险截面处按照公式(T ca=M2+( a T) 1/2/W< -1进行校核计算，其中折合系数a =0.3,45钢的许用弯曲应力(r-i=60Mpa, W=35.2Nm ,T=26.06Nn<入数据得：ca''M2" 2 ='1477Mpa=14.3Mpa< 60MpaW 0.1 33 10一6该轴强度足够。按照公式bca=M2+( a T) 1/2/WW(7-1进行校核

25、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a =0.3 ,(T ca1一危险截面I处：2 T 2!- Mpa=18.3Mpa： 60MPaW危险截面II处：Mpa=19Mpa60MPa可见输出轴的强度足够7.2 输入轴的校核第1颤该轴所受弯矩和扭矩如下图所示:1 .求两轴承受到的径向载荷Fri=(Fvi2+FHij1/2=811.3NFr2=(Fv22+FH22)1/2=3261.3N2 .派生轴向力：F d产eF1=300NFd2=eFr2=1206.68N3 .轴向力F a1=Fae+Fd2=104.7+529.97=634.67NFa2=Fd2=52

26、9.97N4 .计算当量载荷：Fa1/F r1=634.67/470.72=1.35<e所以 X=0.4,Y 1=1.6 ;Fa2/F r2=529.97/1432.26=0.37=e所以 =0.4,Y 2=1.6。P1=fp(X1F1+YFa1)=1 X (0.4 X 470.72+1.6 X 634.67)=1203.76NP2=fp(X2Fr2+YFa2)=1432.26>P 15 .寿命计算：Lh=106(Cr/P2) 10/3/60n 1=106(63000/1432.26) 10/3/(960 乂 1440)h =3.47 X 106h>>4.8X104h该

27、轴承寿命足够。第八章轴承的校核8.1 输入轴的校核1 .求两轴承受到的径向载荷Fri=(Fvi2+FHij1/2=1350N Fr2=(Fv22+FH22) 1/2=320Ne=0.372 .派生轴向力：F d1=eFM=0.37 义 1350N=500NFd2=eFr2=0.37 义 320N=118.4N3 .轴向力F a1=max(&,Fae+Fd2)=500NFa2= max(Fd1,Fae-Fd2)=368N4 .计算当量载荷：所以 X=0.4,Y 1=1.6 ;Fa1 =0.38>eFr1第1顷F2=1.15>eFr2所以 X2=0.4,Y 2=1.6 oP1=

28、fp(X1Fr1+YFa1)=3068P2=fp(X2Fr2+YFa2)=857<P15 .寿命计算:10l=101 2 360n p=9.26 104实际使用寿命Lh= 10 300 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Fri=(Fvi2+Fhi2)1/2=811.3NFr2=(Fv22+FH2j1/2=3261.3N e=0.372 .派生轴向力：F d尸eFri=300NFd2=eFr2=1206.68N3 .轴向力F a产max(Ri,Fae+Fd2)=1206.7NFa2= max(Fdi,Fae-Fd2)=1536.7N

29、4 .计算当量载荷：Fa1 =0.37=e所以 Xi=0.4,Y 1=1.6 ;Fr1a2=1.9=e所以 X2=0.4,Y 2=1.6。Fr2P1=fp(X1F1+YFa1)=3619NP2=fp(X2Fr2+YFa2)=4240N5 .寿命计算：10106 c 3/Lh= 10=9.87 104 60n p实际使用寿命Lh= 10 300 16=4.8 104 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表3键的选择与校核项目直径mm轴段长度mm键的尺寸bxhxi长度mm许用应力MPa小轴端20506M 645110大齿轮455614X931110链轮30408X720110(

30、1)校核键联接的强度轴一左键 键的材料是钢，查得：<ip=110MPa键的工作长度：l = L - b = 45 - 6 = 39mm接触高度：k = 0.5h = 3一2Ti 103 2 25.74 1031= = 17.5Mpap KLD 3 49 20键标记 6 45GB/T1096 2003轴二左键 键的材料是钢，查得： ,p = 110MPa键的工作长度：l = L - b = 22mm接触高度：k = 0.5h = 3.5;*= 536Mpa键标记 8 30GB/T1096 - 2003第i演轴二右键 键的材料是钢，查得：ap = 110MPa键的工作长度：l = L - b

31、 = 36mm接触高度：k = 0.5h = 4.5二=红53= i7Mpap KLD键标记 14 50GB/T1096- 2003第十章箱体部分设计：10.1. 铸铁减速器箱体主要结构尺寸:(1)箱座壁厚 d =0.04ax183+3=10.3mm(1) 箱盖壁厚 d1 = 0.85d = 8.8mm(2) 箱盖突缘厚度 b1=1.5d1 =8.8x1.5 = 13.2mm(3) 箱座突缘厚度b=1.5d =8父1.5 =12mm(4) 箱座底凸缘厚度b2= 2.5d= 25.8 mm(5) 地脚螺钉直径 df = 0.036a+ 12= 18.6mm(6)地脚螺钉数目：4(7) 轴承旁连接

32、螺栓直径 d1 = 0.75df = 14mm(8) 盖与座联结螺栓直径d2 = 0.5df = 9.3mm(9)联结螺栓d2的间距l=180 mm(10)轴承端盖螺钉直径d3= 0.5df = 9.3mm(11)视孔盖螺钉直径d4= 0.4df = 7.4mm(12)定位销直径 d = 0.7d2 = 6.5mm(13) dfd1d2至外箱壁距离C1 = 22mm(14) df,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11 = C1 + C2 + 8 = 50 mm第1

33、颜18铸造过度尺寸K=3 h=15R=5第20页19涡轮外缘与内箱壁距离D1 = 1.2d = 12.420涡轮轮毂端面与内箱壁距离D 2 = d= 10mm21箱盖箱座肋厚m1 = 0.85d1 = 7.5mmm= 0.85d = 8.8mm22轴承端盖外径D2= D+ 5.2 D323箱体宽度B2 = 315+ 2D1 + 2d= 360mm10.2 窥视孔及窥视孔 窥视孔国I珀 I J I图6-1A = 150mm, A = 180mm, A = 165mm, h = 4mm, d4 = 6mm, Bi = 140mm, B2 = 125mm (2)通气器直径M20M1.5,则相应系数为

34、：D = 30mm, D1 = 25.4, s = 22mm, L = 28mm,l = 15mm, a = 4mm,d1 = 6mm(3)轴承端盖凸缘式轴承盖图6-2高速部分:D2 =118mm, D0 =93mm, d1 = 37mm, D4 = 58mm, D = 65mme=10mm,e =10mm,d0 =10mm,m=33mm彳氐速部分：D2 = 150mm, D0 =155mm,d1 = 60mm, D4 = 84mm, D = 95mme =12mm,e1 =12mm,d0 =10mm,m=41mm靠侦(4)螺塞图6-3期额此选择M 20M1.5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M14则相应系数为:d2 = 16mmd3 = 6mmh = 35mm a = 12mm b = 8mm c = 5mmD = 26mmD1 = 22mm设计小结这次课程设