圆锥—圆柱齿轮减速器毕业设计.doc

目录一、设计任务书3二、传动方案的拟定4三、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算4四、传动零件的设计计算7五、轴的设计计算17七、滚动轴承的选择及计算37八、键联接的选择及校核计算40九、联轴器的选择41十、减速器附件的选择41十一、润滑与密封41十二、设计小结42十三、参考文献42一、设计题目：设计圆锥圆柱齿轮减速器设计带式运输机的传动装置。该传送设备的传动系统由电动机减速器运输带组成。连续单向运转，载荷平稳，小批量生产，运输链速度允许误差为链速度的±5%，使用年限10年，每日三班工作。 （图1）1电动机；2联轴器；3减速器；4鼓轮；5传送带二、原始数据：传送带圆周力F(N)传送带速度V(m/s)滚筒直径D（mm）使用年限（年）9002.530010（三班制）三、设计内容和要求：1.编写设计计算说明书一份，其内容通常包括下列几个方面：（1）传动系统方案的分析和拟定以及减速器类型的选择；（2）电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算；（3）传动零件的设计计算（如齿轮传动，蜗杆传动，带传动等）；（4）轴的设计计算；（5）轴承及其组合部件设计；（6）键联接和联轴器的选择及校核；（7）减速器箱体，润滑及附件的设计；（8）装配图和零件图的设计；（9）校核；（10）轴承寿命校核；（11）设计小结；（12）参考文献；（13）致谢。2.要求每个学生完成以下工作：（1）减速器装配图一张（0号或一号图纸）（2）零件工作图两张（输出轴及该轴上的大齿轮），A4图纸，比例11。（3）设计计算说明书一份。二、传动方案的拟定运动简图如下：（图2）由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为运输设备。减速器为展开式圆锥圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深沟球轴承。联轴器2选用凸缘联轴器，8选用齿式联轴器。三、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算一、选择电动机的类型和结构形式按工作要求和条件，选用Y型三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，频率50Hz。二、选择电动机容量工作机主动轴功率：，传动装置的总效率： （式中、分别为联轴器、滚动轴承、圆锥齿轮传动、圆柱齿轮传动和卷筒的传动效率。）取=0.99（联轴器），=0.985（滚动轴承），=0.96（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），=0.97（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），=0.96（卷筒效率，不包括轴承）则电动机所需功率：因载荷平稳，选电动机的额定功率为3kw。三、确定电动机的转速滚筒的工作转速为：按课程设计指导书P16表32查得圆锥圆柱齿轮的传动比一般范围为：=815，故电动机转速的可选范围为：根据额定功率，且转速满足，可选同步转速为1500 , 选电动机型号为：Y100L2-4。其主要性能如下表：型号额定功率Kw满 载 时转速电流（380V）A效率%功率因数Y100L2-4314206.882.50.817.02.22.3电动机的外形尺寸：中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径 K轴伸尺寸D×E装键部位尺寸F×GD100380×205×245160×1401228×608×31四、确定传动装置的总传动比和分配传动比1.总传动比总传动比2.分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比因为是圆锥圆柱齿轮减速器，所以取圆锥圆柱齿轮减速器传动比五、计算传动装置的运动和动力参数1.电动机轴（各轴的标号均已在图2中标出）2高速轴3中间轴4低速轴5滚筒轴运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名功率P（kw）转矩T（Nm）转速n（r/min）r/min传动比i效率电动机轴2.8419.1142010.99轴2.81161914202.2250.96轴2.740.4638.340.97轴2.62156.8159.610.99滚筒轴2.6155.6159.6四、传动零件的设计计算一、圆锥齿轮传动的设计计算已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比i=2.225，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），三班制，带式输送，平稳，转向不变。1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案，选用直齿圆锥齿轮传动，齿形制,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位。（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（4）、选小齿轮齿数,则2.按齿面接触疲劳强度设计公式： （1）、确定公式内的各计算值1）由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数。2）由机械设计（第八版）图10-21d查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。3）计算应力循环次数小齿轮：大齿轮：4）由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数5）计算接触疲劳许用应力取失效率为1%，安全系数S=1，则：6） 试选， 7）计算小齿轮矩：8）试选齿宽系数由机械设计（第八版）表10-7选 （2）、计算1）试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得2）计算圆周速度v3）计算载荷系数根据，8级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数 查得，直齿轮由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数根据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，查机械设计（第八版）表得轴承系数，则接触强度载荷系数。4）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：5）计算模数取标准值m=36）计算齿轮相关参数圆整并确定齿宽圆整取，3、 校核齿根弯曲疲劳强度1） 确定弯曲强度载荷系数2） 计算当量齿数3） 由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系数应力校正系数4） 由机械设计（第八版）图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数5） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，得根据按齿根弯曲疲劳强度条件 公式： 进行校核满足弯曲强度，所选参数合适。二、圆柱齿轮传动的设计计算已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），三班制，带式输送，平稳，转向不变。1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数此轴向力较大，故二级变速装置选用斜齿圆柱齿轮。（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（4）、选小齿轮齿数（5）选取螺旋角。初选螺旋角2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即(1) 确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数2） 计算小齿轮的转矩3） 选齿宽系数4） 由机械设计（第八版）图10-30选取区域系数5） 由机械设计（第八版）图10-26查得，则6） 由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数7） 计算应力循环次数8）由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限9）由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得2） 计算圆周速度v3） 计算齿宽b及模数4） 计算纵向重合度5）计算载荷系数根据v=2.23m/s，8级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数由机械设计（第八版）表10-3查得由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数由机械设计（第八版）表10-4查得由机械设计（第八版）图10-13查得 接触强度载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得6） 计算模数取7） 几何尺寸计算（1） 计算中心距将中心距圆整为237mm（2） 按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。（3）计算大小齿轮的分度圆直径（4）计算齿轮宽度圆整后取3、校核齿根弯曲疲劳强度/1） 确定弯曲强度载荷系数2） 根据重合度，由机械设计（第八版）图10-28查得螺旋角影响系数3） 计算当量齿数4）由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系数应力校正系数 5） 由机械设计（第八版）图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限6）由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数7）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，得8） 校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式进行校核满足弯曲强度，所选参数合适。三、数据整理1.圆锥齿轮 齿轮类型：直齿圆锥齿轮（,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位）。精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为280HBS和240HBS大端分度圆直径：小齿轮，大齿轮节锥顶距：R=103.42mm节圆锥角：， 齿宽： 齿数：，模数m=32.圆柱齿轮齿轮类型：斜齿圆柱齿轮 精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45钢（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。分度圆直径： ， 中心距：a=237mm 齿宽：，齿数：，模数：m=4五、轴的设计计算一、减速器高速轴I的设计1.求输出轴上的功率，转速和转矩由前面的计算可得2.求作用在齿轮上的力圆锥小齿轮3.初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据机械设计（第八版）表15-3，取,于是得同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表16-4，选LX2型弹性柱销联轴器即，该端选用的半联轴器的孔径，故取轴径，半联轴器的长度L=42mm。4.轴的结构设计（1）、拟定轴上零件的装配方案下图为轴上的装配方案（图3）（2）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：（图4）2）初步选择滚动轴承。轴承同时承载径向力和轴向力，故选用深沟球轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级轴承6305，其尺寸为。为了利于固定，一般取比b小1mm（如图3所示），故可确定。3）由经验公式算轴肩高度：取轴肩高为3.5mm ，确定。由成大先主编的机械设计手册的要求可得，取。4）根据轴承安装方便的要求，取根据安装轴承端盖的要求，取 。根据齿轮与内壁的距离要求，取 。5）根据齿轮孔的轴径和长度，确定。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（3）、轴上的零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。由机械设计（第八版）表6-1查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为28mm（标准键长见）。为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为25mm（标准键长见）。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周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取轴端倒角为，除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均为R1，如图：（图5）5.求轴上的载荷 根据轴的结构图（图3）作出轴的计算简图（图6）（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，由于误差较小取圆锥滚子轴承在宽度中点为作用点）。载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩Mm 总弯矩扭矩T做弯矩、扭矩图6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力7、 前已选定轴的材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。8、 精确校核轴的疲劳强度（1） 判断危险截面截面5右侧受应力最大（2）截面5右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5右侧弯矩M为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为故有效应力集中系数为由机械设计（第八版）附图3-2的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。二、中间轴设计1、求中间轴上的功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上的力已知圆柱斜齿轮的分度圆半径而已知圆锥直齿轮的平均分度圆半径而3、初步确定轴的最小直径3、 先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径和轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案（见下图图五）（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6305，其尺寸为，。这对轴承均采用套筒进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7查得6305型轴承的定位轴肩高度，因此取套筒直径。1） 取安装齿轮的轴段，锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，已知大锥齿轮宽，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮宽，故取，齿轮的右端采用轴肩定位，已知圆柱直齿轮齿宽，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取。2）箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取。（3）轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为18mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。4、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、求轴上的载荷根据轴的结构图作出轴的计算简图载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T作扭矩弯矩图6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。7、精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面5左右侧受应力最大（2）截面5右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5右侧弯矩M为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为，调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为故有效应力集中系数为由机械设计（第八版）附图3-2的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取合金钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。（3）截面5左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5左侧弯矩M为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力过盈配合处的，由机械设计（第八版）附表3-8用插值法求出，并取，于是得轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为故得综合系数为计算安全系数值故可知安全。输出轴设计1、求输出轴上的功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上的力已知圆柱斜齿轮的分度圆直径而3、初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，输出轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表14-4，选LX2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为560000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为50mm。4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径，左端用轴端挡圈定位，按轴端挡圈直径， 半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短些，现取 。2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6306，其尺寸为，而。左端轴承采用轴肩进行轴向定位，由机械设计手册查得6306型轴承的定位轴肩高度，因此取；齿轮右端和右轴承之间采用套筒定位，已知齿轮的宽度为86mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮宽度，故取。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径为。轴环宽度，取。4）轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故取 5）箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取。（3）轴上的周向定位齿轮、半联轴器的周向定位均采用平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为40mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。4、 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T作扭矩图、弯矩图6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。7、精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面7右侧受应力最大（2）截面7右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面7右侧弯矩M为截面7上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为故有效应力集中系数为由机械设计（第八版）附图3-2的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。七、滚动轴承的选择及计算输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6305，其尺寸为载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则，则 因则故合格。中间轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承30305，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则，则 因则故合格。输出轴轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承30306，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则，则 因则故合格。八、键联接的选择及校核计算输入轴键计算1、 校核联轴器处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。2、 校核圆锥齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。中间轴键计算1、 校核圆锥齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。2、 校核圆柱齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。输出轴键计算1、 校核联轴器处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。2、 校核圆柱齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。九、联轴器的选择在轴的计算中已选定联轴器型号。输入轴选LX1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为250000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度。输出轴选选LX2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为560000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。十、减速器附件的选择由机械设计（机械设计基础）课程设计选定通气帽，A型压配式圆形油标A20（GB1160.1-89），外六角油塞及封油垫,箱座吊耳，吊环螺钉M12（GB825-88），启盖螺钉M8。十一、润滑与密封齿轮采用浸油润滑，由机械设计（机械设计基础）课程设计表16-1查得选用N220中负荷工业齿轮油（GB5903-86）。当齿轮圆周速度时，圆锥齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。由于大圆锥齿轮，可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承，并通过油槽润滑其他轴上的轴承，且有散热作用，效果较好。密封防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。十三、参考文献1、机械设计（第八版）2006年5月 濮良贵主编 高等教育出版社2、机械设计课程设计2001年12月 周元康主编 重庆出版社3、机械设计课程设计2007年5月 金清肃主编 华中科技大学出版社4、机械设计手册