机械设计课程设计带式运输机用圆锥圆柱齿轮减速器设计.doc

xxxxxx学院机械设计课程设计设 计 说 明 书题 目 带式运输机用圆锥圆柱齿轮减速器设计（A2）设 计 者 指导教师 班 级 提交日期 2012年1月13日 xxxxxx学院机械设计课程设计任务书题 目 带式运输机用圆锥圆柱齿轮减速器设计（A2）设 计 者 指导教师 班 级 设计时间 2012年1月2日2012年1月16日 任务要求：1. 减速器装配图一张(0号或1号图纸)2. 零件图3张（由指导教师指定）3. 设计说明书一份（60008000字）其它要求：设计步骤清晰，计算结果正确，说明书规范工整，制图符合国家标准。按时、独立完成任务。题目：带式运输机用圆锥圆柱齿轮减速器设计（A2）设计一用于带式运输机上的圆锥圆柱齿轮减速器。已知带式运输机驱动卷筒的圆周力（牵引力）F=2100N，带速v=1.3m/s，卷筒直径D=320mm，空载起动，经常满载运行，工作有轻震，不反转。单班制工作。运输机卷筒直径D=320mm,运输带容许速度误差为5。减速器为小批生产，使用期限10年（设每年工作300天）。设计原始参数如下：表一：带拉力F（N）带速度V（m/s）滚筒直径D（mm）21001.3320传动方案简图：1电动机 2联轴器 3圆锥齿轮减速器 4带式运输机附图A目 录一、传动方案的拟订及说明1二、电动机的选择与有关计算1三、传动装置运动及动力参数的计算4圆锥直齿轮设计5圆柱斜齿轮设计10五、轴的设计计算16输入轴设计16中间轴设计24输出轴设计33六、滚动轴承的选择及计算41输入轴滚动轴承计算41中间轴滚动轴承计算42输出轴轴滚动轴承计算44七、键联接的选择及校核计算45输入轴键计算45中间轴键计算46输出轴键计算46八、联轴器的选择47九、减速器附件的选择47十、润滑与密封47十一、设计小结49十二、参考文献50计算及说明结果一、传动方案的拟订及说明计算驱动卷筒的转速选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为13。根据总传动比数值，可拟定以下传动方案：（图1）二、电动机的选择与有关计算（1）电动机类型和结构型式按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。2）电动机容量(1)卷筒的输出功率驱动卷筒的转速：卷筒的输出功率：计算及说明结果(2)电动机输出功率传动装置的总效率式中、为从电动机至卷筒轴的各传动机构和轴承的效率。由机械设计课程设计指导书表9.1查得：V带传动=0.96；滚动轴承=0.98；圆柱齿轮传动=0.98；圆锥齿轮传动=0.97；弹性联轴器=0.99；卷筒轴滑动轴承=0.97；则故 (3)电动机额定功率由机械设计课程设计指导书表14.1选取电动机额定功率。3）电动机的转速推算电动机转速可选范围，由机械设计（机械设计基础）课程设计表2-1查得带传动常用传动比范围，传动装置的总效率：0.82电动机输出功率：选取电动机额定功率。计算及说明结果单级圆柱齿轮传动比范围，圆锥齿轮传动比范围，则电动机转速可选范围为：初选同步转速为1000r/min的电动机，如下表二：方案电动机型号额定功率（）电动机转速(r/min)电动机质量(kg)同步满载1Y132M1-64100096073选定电动机的型号为Y132M1-6。4）电动机的技术数据和外形,安装尺寸由机械设计（机械设计基础）课程设计表20-1、表20-2查得主要数据，并记录备用。轴伸出端直径(mm)轴伸出端安装长度(mm)中心高度 (mm)外形尺寸 长宽高(mm)38k680132表三：选定电动机的型号为Y132M1-6。计算及说明结果三、传动装置运动及动力参数的计算1）传动装置总传动比2）分配各级传动比因为是圆锥圆柱齿轮减速器，所以圆锥圆柱齿轮减速器传动比3）各轴转速（轴号见图一）4）各轴输入功率按电动机所需功率计算各轴输入功率，即传动装置总传动比：圆锥圆柱齿轮减速器传动比：各轴转速：各轴输入功率：计算及说明结果5）各轴转矩项目轴1轴2轴3轴4轴5转速(r/min)96096031077.777.7功率(kw)3.373.303.173.043.00转矩(N*mm)传动比113.13.991效率10.9780.960.9580.988四、传动零件的设计计算表四圆锥直齿轮设计已知输入功率，小齿轮转速960r/min，齿数比u=3.1，由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作300天），一班制，带式输送机工作经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选7级精度(GB10095-88)各轴转矩：计算及说明结果2)材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮材料为(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取整。则3)按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即确定公式内的各计算数值试选载荷系数计算小齿轮的转矩选齿宽系数4）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5）由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数小齿轮齿数:大齿轮齿数：小齿轮的转矩:齿宽系数：计算及说明结果6） 计算应力循环次数7) 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数8) 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，代入中较小的值2） 计算圆周速度v3） 计算载荷系数应力循环次数:接触疲劳许用应力小齿轮分度圆直径圆周速度v:计算及说明结果根据，7级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数直齿轮由机械设计（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10-9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算得的分度圆直径，得5） 计算模数m取标准值6） 计算齿轮相关参数接触强度载荷系数:实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径:模数m:计算及说明结果7） 圆整并确定齿宽圆整取，2、 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齿宽:，弯曲强度载荷系数:当量齿数:计算及说明结果4） 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6） 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。圆柱斜齿轮设计已知输入功率，小齿轮转速310r/min，齿数比u=4，由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作300天），一班制， 弯曲疲劳许用应力:计算及说明结果带式输送机工作经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)2） 材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择大小齿轮材料均为45钢（调质），小齿轮齿面硬度为250HBS，大齿轮齿面硬度为220HBS。3） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数4） 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， 6）选小齿轮齿数大齿轮齿数初选螺旋角小齿轮的转矩计算及说明结果，则7） 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，得应力循环次数:接触疲劳许用应力:计算及说明结果（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，7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）图10-13查得 试算小齿轮分度圆直径圆周速度v纵向重合度计算及说明结果由机械设计（第八版）表10-4查得接触强度载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得8） 计算模数取9） 几何尺寸计算（1） 计算中心距（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接触强度载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径模数：中心距:按圆整后的中心距修正螺旋角大小齿轮的分度圆直径:计算及说明结果（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20-20c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齿轮宽度：弯曲强度载荷系数2.05当量齿数：计算及说明结果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。五、轴的设计计算输入轴设计1、求输入轴上的功率、转速和转矩校核弯曲强度：计算及说明结果 2、求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为而圆周力、径向力及轴向力的方向如图二所示图二作用在齿轮上的力:114N355N计算及说明结果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，输入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，则查机械设计课程设计指导书表13.1，选LH1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000，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。4、 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案（见图三）图三联轴器转矩计算:选LH1型弹性柱销联轴器。计算及说明结果（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，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由机械设计课程设计指导书表12.4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30306，其尺寸为，而。这对轴承均采用轴肩进行轴向定位，由机械设计课程设计指导书表12.4查得30306型轴承的定位轴肩高度，因此取3）取安装齿轮处的轴段6-7的直径；为使套筒可靠地压紧轴承， 5-6段应略短于轴承宽度，故取。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初步选择圆锥滚子轴承：30306计算及说明结果的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故取 锥齿轮轮毂宽度为64.86mm，为使套筒端面可靠地压紧齿轮取。6） 由于，故取（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、 求轴上的载荷见下表端盖外端面与半联轴器右端面间的距离计算及说明结果表五载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T6、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5右侧受应力最大（2） 截面5右侧抗弯截面系数支反力水平面H:垂直面V:弯矩水平面H:垂直面V:轴的计算应力抗弯截面系数:计算及说明结果抗扭截面系数截面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，经插值后查得抗扭截面系数截面上的弯曲应力:截面上的扭转切应力:理论应力集中系数:计算及说明结果又由机械设计（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综合系数:计算及说明结果故可知安全。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直径（端面模数3.0918）而已知圆锥直齿轮的平均分度圆半径而安全系数:斜齿轮的分度圆直径：计算及说明结果圆周力、，径向力、及轴向力、的方向如图四计算及说明结果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（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4、 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案（见下图图五）初步确定轴的最小直径：计算及说明结果（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，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由机械设计课程设计指导书表12.4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30306，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12.4查得30306型轴承的定位轴肩高度，因此取套筒直径。2）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，已知锥齿轮轮毂长，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，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径为。3） 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。计算及说明结果4）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22mm，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56mm，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、 求轴上的载荷计算及说明结果载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T表六6、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轴的计算应力：抗弯截面系数：计算及说明结果截面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抗扭截面系数：截面5右侧弯矩：截面5上的扭矩：截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力计算及说明结果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左侧有效应力集中系数：安全系数：计算及说明结果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得表面质量系数为截面5左侧抗弯截面系数抗扭截面系数弯矩：扭矩：弯曲应力：扭转切应力：计算及说明结果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半径而安全系数：输出轴计算及说明结果圆周力、径向力及轴向力的方向如图六所示图六计算及说明结果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17-4，选LH3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000，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84mm。初步确定轴的最小直径：选LH3型弹性柱销联轴器。计算及说明结果4、 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案（见图六）图六（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 。轴端挡圈直径。轴端挡圈直径。计算及说明结果2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，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，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为，而。左端轴承采用轴肩进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程表15-7查得30310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，已知齿轮轮毂的宽度为71mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，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 初步选择圆锥滚子轴承30310。轴肩高度。齿轮轮毂的宽度为71mm。端盖外端面与半联轴器右端面间的距离计算及说明结果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；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表七5、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选用平键计算及说明结果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上的扭矩为轴的计算应力：截面7右侧：抗扭截面系数：弯矩：计算及说明结果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得表面质量系数为弯曲应力：扭转切应力：有效应力集中系数：计算及说明结果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。六、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，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为， ，表八载荷水平面H垂直面V支反力F安全系数：计算及说明结果则 则则则，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，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为计算及说明结果，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则，则 则故合格。计算及说明结果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，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F表十则则则则，则计算及说明结果 则故合格七、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：T键联接