机械设计课程设计-圆锥斜齿圆柱齿轮减速器

机械设计课程设计计算说明书设计题目圆锥—斜齿圆柱齿轮减速器机械系机械设计与制造专业机02-4班设计者指导老师目录设计任务………………(1)设计方案分析…………(1)机构结构分析…………(2)原动件的选择…………(2)机构的运动分析及动力参数选择与计算……………(3)传动零件的计算………(4)轴的计算……………...(11)轴承的选择…………..(21)连接件的计算………..(28)润滑、密封…………..(29)三维图……………(30)小结………………(33)参考资料……………………(34)附录……….(35)机械设计课程设计圆锥—斜齿圆柱齿轮减速器一、设计任务要求：该减速器用于港口运输货物双班制工作，工作有轻微震动。每年按300天计算，轴承寿命为齿轮寿命的三分之一以上。：运输拉力为1140N，速度为2.25m/s。卷筒直径300mm，使用年限10年。计算与说明主要结果二、设计方案分析=1\*ROMANI择电动机的类型和结构因为装置的载荷平稳，长期工作，因此可选用鼠笼型异步电动机，改电机结构简单，工作可靠，维护容易，价格低廉，、配调速装置，可提高起动性能。=2\*ROMANII确定电动机功率和型号运输带机构输出的功率：传动系得总的效率：电机所需的功率为：由题意知，直齿锥形齿轮放在第一级，不宜传输过大的转矩，同功率的电机如下〔Y112M-2，Y112M-4，Y132M-6，Y160M1-8〕，选择Y112M1-6比拟合理，额定功率4kw,满载转速960/min.二、传动比的计算与分配 卷筒的转速〔r/min〕总传动比:取高速级锥形齿轮传动比,斜齿圆柱齿轮传动比:各轴的转速，功率和转速1，各轴的转速可根据电动机的满载转速和各相邻轴间的传动比进行计算，转速〔r/min〕。计算与说明主要结果2，各轴的输入功率〔kw〕3，各轴输入扭矩的计算将以上算得的运动和动力参数列表如下：I轴II轴III轴转速〔r/min〕970651输入功率P〔kw〕输入扭矩T〔N.M〕传动比〔i〕4效率〔〕四：传动零件设计计算和轴系零件的选择。传动零件设计计算。因该例中的齿轮传动均为闭式传动，其失效形式主要是点蚀。要求分析使用条件分析对于锥形齿轮主动轮有：传动功率：主动轮转速：齿数比：1：49圆周速度：估计计算与说明主要结果设计任务确定一种能满足功能要求和设计约束的较好的设计方案；包括：一组根本参数：主要根本尺寸：等选择齿轮材料，热处理方式及计算许用应力选择齿轮材料，热处理方式：按使用条件属中速，低载，重要性和可靠性一般齿轮传动，可选用软面齿轮，也可选用硬齿面齿轮，本例选用软齿面齿轮并具体选用：小齿轮：45钢。调质处理，硬度为230~255HBS；大齿轮：45钢。正火处理，硬度为190~217HBS。2〕确定许用应力A:确定极限应力和齿面硬度：小齿轮按230HBS，大齿轮按190HBS。 得=580Mpa,=550Mpa=220Mpa,=210MpaB:计算应力循环次数N，确定寿命系数查图3—18得查图3—19得C：计算许用应力由表3—4，取由许用应力接触疲劳应力公式〔3—11〕=580Mpa,=550Mpa=220Mpa=210Mpa计算与说明主要结果由许用应力接触疲劳应力公式〔3—12〕初步确定齿轮的根本参数和主要尺寸选择齿轮的类型根据齿轮的工作条件可选用直齿圆锥齿轮，也可选用斜齿轮圆锥齿轮，本例选择直齿圆锥齿轮〔考虑到制造本钱和实用性〕选择齿轮精度等级按估计的圆周速度和功能条件要求选择8级精度。初选参数初选初步计算齿轮的主要尺寸因电动驱动，有轻微震动，查表3—1得。取那么载荷系数K因为为直齿圆锥齿轮，取变位系数X=0。查图3—11，得节点系数查表3—2得材料的系数由式〔3—22〕，可初步计算出齿轮的分度圆直径m等主要参数。计算与说明主要结果验算圆周速度与估计值近似，且不超过速度允许值。确定主要传动参数大端模数取模数m=3.5mm。大端分度圆直径：取整：b=25mm。验算轮齿弯曲强度条件因为齿形系数和应力修正系数按当量齿数算。其中 齿形系数应力修正系数计算与说明主要结果齿轮的工作应力：直齿轮圆锥齿轮的设计结果如下：小齿轮大齿轮齿数z2639直径d〔mm〕91模数m锥距R〔mm〕齿宽b〔mm〕25斜齿圆柱齿轮的设计选择齿轮材料考虑加工的本钱和实用性，在满足同样功能的前提下，选择同圆锥齿轮同样的材料和热处理方式。小齿轮：45号钢。调质处理，齿面硬度230~255HBS小齿轮：45号钢。正火处理，齿面硬度190~217HBS确定许用应力A:确定极小应力和齿面硬度：小齿轮按230HBS，大齿轮按190HBS，得B：计算应力循环数N，确定寿命系数得：计算与说明主要结果C：计算许用应力。由表3—4取初步确定齿轮的根本参数和主要尺寸选择齿轮的类型根据齿轮的工作条件和性能要求，可选择直齿轮圆柱齿轮和斜齿轮圆柱齿轮，本例中选择斜齿轮圆柱齿轮，以便抵消一局部轴向力。选择齿轮精度等级按估计的圆周速度，由表3—5，初选用8级精度。初选参数。初步确定齿轮的主要尺寸。因为电动驱动，有轻微震动，查表3—1得，因为齿轮速度不高，取因为对称布局，轴的刚性小。取因为斜齿且精度高于7级。取确定由图3—11得，节点区域系数计算与说明主要结果确定查表3—2得确定因斜齿轮圆柱齿轮的重合度大，取确定因螺旋角系数初步计算出齿轮的分度圆直径等主要参数和几何尺寸。mm，按表3—7取标准模数那么圆整取a=115mm修改螺旋角以上验算数据根本上与估计计算近似且计算齿宽：取42mmmma=115mm计算与说明主要结果验算齿轮弯曲强度条件。计算当量齿数。计算弯曲应力。查图3—14和图3—15得取那么弯曲应力为斜齿圆柱齿轮的设计要求如下：小齿轮大齿轮齿数2080直径d〔mm〕46184齿宽b〔mm〕4842模数〔mm〕螺旋角〔〕12中心距a〔mm〕115计算与说明主要结果轴的结构设计中间轴的设计计算传动件的作用力计算锥形齿轮的作用力计算由锥齿轮啮合时的作用力与反作用力可知，中间轴上锥齿轮的受力情况圆周力：径向力：轴向力：斜齿轮的作用力计算由前面计算可知：圆周力：径向力：轴向力：选择轴的材料与机械性能由于该轴无特殊要求，轴的材料和机械性能的选择与高速轴的选择相同。计算与说明主要结果轴的结构设计按扭转强度条件初步计算轴的最小直径，由于该轴系中间轴，其C值取中间值：C=112，那么按轴径的优先系列，考虑到最小轴段与轴承的配合，取轴的直径为25mm。设计其余各轴段的直径和长度轴的其余径向尺寸确实定由于该轴上所支承的零件主要有大圆锥齿轮、斜齿圆柱齿轮以及滚动轴承，根据轴的受力和转速，初选角接触球轴承7205C，其尺寸为。为了轴上零件装拆方便和加工需要，相邻轴段直径之差应取1~3mm，用轴肩定位的相邻轴径的直径一般相差5~10mm。由以上条件可以推算出，圆柱齿轮与轴配合段的内径为30mm。由于圆柱齿轮的直径D=46mm，与轴的直径30mm相差不大，故验算考虑是否可以采用齿轮与轴一体的设计。齿根高：而齿轮的齿根至键槽的距离显然因此，斜齿轮应和轴做成一体，以减小工艺要求。轴的其余轴向尺寸确实定大圆锥齿轮的宽度〔轴向〕，取为28mm。小斜齿轮的宽度b=48mm设该轴的中点为A，考虑到大锥齿轮要与小锥齿轮正确啮合，故大锥齿轮的端面应距A点距离为C=112计算与说明主要结果考虑齿轮面与箱体内壁的距离，故轴的轴向尺寸可全部定下来，即：。轴的定位设计圆锥齿轮、轴承采用轴肩、套筒来轴向定位，锥齿轮用平键周向定位固定。按弯矩合成校核画轴的受力图〔如图所示〕计算作用于轴上的支反力水平面内支反力，垂直面内支反力绘制轴的弯矩图和转矩图分别做出垂直面和水平面内的弯矩图〔如图所示〕，并按进行弯矩合成，画出转矩图〔如图所示〕计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，取，那么 按计算，并画当量弯矩图。校核轴的强度根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知，计算与说明主要结果截面弯矩最截面处弯矩也较大，且截面积较小，属于危险截面。截面处的当量弯矩为截面处的当量弯矩为强度校核：考虑键槽的影响，查〔1〕第157页附表6-8计算可得：故平安。按平安系数校核〔1〕判断危险截面截面，都有应力集中点，且当量弯矩较大，故确定为危险截面。因截面处应力最大，故以校核。〔2〕疲劳强度校核a、截面上的应力：弯曲应力幅：扭转应力幅：弯曲平均应力：扭转平均应力：b、材料的疲劳极限：根据，查〔1〕第131计算与说明主要结果c、截面应力集中系数：查〔1〕第153页附表6-1得d、外表状态系数及尺寸系数：查〔1〕第156页附表6-5、附表6-4得e、分别考虑弯矩或扭矩作用时的平安系数：故平安。计算与说明主要结果低速斜齿圆柱齿轮轴的设计1、传动件的作用力计算由前面计算可知：圆周力：径向力：轴向力：选择轴的材料与机械性能由于无特殊要求，低速斜齿圆柱齿轮轴的材料和机械性能的选取与高速轴的选择相同。轴的结构设计初步计算轴的最小直径d3min,取C=110〔低速轴的转矩较大〕按轴径的优先系列，考虑到轴端装联轴器需要键槽，将轴径增加4%~5%，故取轴的直径为35mm。设计轴的其余各段的直径和长度轴的其余径向尺寸确实定轴上所支承的零件主要有大斜齿轮、轴端联轴器、滚动轴承。根据轴的转速、受力情况，初选圆锥滚子轴承30208，其尺寸dDB为408018。根据轴的最小直径初选弹性柱销联轴器。因装拆加工需要，相邻轴段直径之差应取1~3mm，用轴肩定位的相邻轴径的直径一般相差5~10mm。轴上装轴承、联轴器处的轴径取相应的标准值。轴的轴向尺寸确实定轴的轴向尺寸分三段L1、L2、L3来考虑。考虑到两轴承间的距离要与中间轴的两轴承间的距离相等，大斜齿轮的位置要与中间轴的小斜齿轮正确啮合，外伸轴要足够计算与说明主要结果外伸轴要足够长至联轴器且与轴承互不干预，故取L1=，L2=，L3=100mm按弯矩合成校核画轴的受力图〔如图所示〕计算作用于轴上的支反力水平面内支反力，垂直面内支反力计算轴的弯矩，并画弯矩、转矩图〔如图所示〕计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，取，那么按计算，并画当量弯矩图。校核轴的强度根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知，截面弯矩最大，且截面积较小，属于危险截面。其它截面处的当量弯矩为强度校核：考虑键槽的影响，查〔1〕第157页附表6-8计算可得：L1=L2=L3=100mm计算与说明主要结果而故平安。按平安系数校核〔1〕判断危险截面截面处有应力集中源〔键槽、齿轮和轴的配合〕，且当量弯矩最大，故确定为危险截面。〔2〕疲劳强度校核a、截面上的应力：弯曲应力幅：扭转应力幅：弯曲平均应力：扭转平均应力：b、材料的疲劳极限：根据，查〔1〕第131页表6-1得c、截面应力集中系数：查〔1〕第153页附表6-1得d、外表状态系数及尺寸系数：查〔1〕第156页附表6-5、附表6-4得e、分别考虑弯矩或扭矩作用时的平安系数：计算与说明主要结果故平安。轴承的选择与校核高速圆锥齿轮轴轴承的校核高速圆锥齿轮轴选用角接触球轴承7206C。查〔2〕第193页表9-19得：查〔1〕第200页表8-8得：轴上受力分析计算与说明主要结果轴上传递的转矩：齿轮的圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：计算作用于轴上的支反力前面已求得：，，所以有：计算派生轴向力计算与说明主要结果〔5〕计算轴承所受的轴向载荷所以，轴承1被压紧，轴承2被放松。由此得，〔6〕计算当量动载荷轴承1：查〔1〕第199页表8-7，并用线性插值法可求得：查得：径向动载荷系数轴向动载荷系数故轴承1的当量动载荷为轴承2：查〔1〕第199页表8-7，并用线性插值法可求得：查得：径向动载荷系数轴向动载荷系数故轴承2的当量动载荷为计算与说明主要结果计算轴承寿命查〔1〕第198页表8-6，可得预期计算寿命因，故应按轴承2来计算寿命。因为球轴承应取，所以所以轴承7206C合格。中间轴轴承的选择与校核中间轴选用角接触球轴承7207C，采用正装。查〔2〕第193页表9-19得：查〔1〕第200页表8-8得：计算径向力前面已求得：，，所以有：计算派生轴向力计算与说明主要结果查〔1〕第201页表8-9可得：，故，计算轴承所受的轴向载荷所以，轴承2被压紧，轴承1被放松。由此得，计算当量动载荷轴承1：查〔1〕第199页表8-7，并用线性插值法可求得：查得：径向动载荷系数用线性插值法求得轴向动载荷系数故轴承1的当量动载荷为轴承2：查〔1〕第199页表8-7，并用线性插值法可求得：查得：径向动载荷系数计算与说明主要结果轴向动载荷系数故轴承2的当量动载荷为计算轴承寿命查〔1〕第198页表8-6，可得预期计算寿命因，故应按轴承2来计算寿命。因为球轴承应取，所以所以轴承7208C合格低速斜齿圆柱齿轮轴的选择与校核低速圆柱齿轮轴选用圆锥滚子轴承30208，采用正装。查〔2〕第193页表9-19得：查〔1〕第200页表8-8得：计算径向力计算与说明主要结果计算派生轴向力查〔1〕第201页表8-9可得：，查〔2〕第182页表9-16可得Y=1.6。故，计算轴承所受的轴向载荷