毕业设计（论文）圆锥齿轮减速器的设计.doc

引言减速器是机械行业中较为常见而且比较重要的机械传动装置。减速器的种类非常多，各种减速器的设计各有各的特点，但总的设计步骤大致相同。其设计都是根据工作机的性能和使用要求，如传递的功率大小、转速和运动方式，工作条件，可靠性，尺寸，维护等等。本文是关于圆锥齿轮减速器的设计，主要用于运输带的传送。这种减速器相对于其他种类的减速器来讲，运用不是很广泛。本课题主要通过计算机辅助设计（CAD）完成。计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM）技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术，通过本课题的研究，将进一步深入地对这一技术进行了解和学习。第1章 传动装置的总体设计1.1 拟订传动方案本传动装置用于带式运输机，工作参数：运输带工作拉力F=5KN，工作速度=1.6m/s，滚筒直径D=500mm，传动效率=0.96，在室内工作（环境最高温度35），载荷平稳，连续单向运转，使用寿命24000小时。本设计拟采用二级圆锥直齿轮减速器，锥齿轮应布置在高速级，使其直径不至于过大，便于加工。传动简图如图2-1所示。图2-1 传动装置简图1 电动机 2传动带轮 3二级圆柱齿轮减速器 4联轴器 5传动滚筒 6输送带1.2 减速器类型简介减速器是用于原动机和工作机之间的独立的密封传动装置。由于减速器具有结构紧凑、传动效率高、传动准确可靠、使用维护方便等特点，故在各种机械设备中应用甚广。减速器的种类很多，用以满足各种机械传动的不同要求。其主要类型有单级圆柱齿轮减速器、两级圆柱齿轮减速器、单级锥齿减速器、蜗杆减速器等等。1.3 电动机的选择（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机。电压380V。（2）选择电动机的功率电动机所需工作功率为：P=P；工作机所需功率为：P=Fv1000； 查表确定各部分装置的效率：V带传动效率1=0.96，滚动轴承传动效率（一对）2=0.99，圆柱齿轮传动效率4=0.99，联轴器传动效率5=0.99，传动滚筒效率6=0.96,分析传动装置传动过程可得：传动装置的总效率为：=124 3445；所以=0.96×0.994×0.97×0.99×0.99×0.96=0.84；所以所需电动机功率为：P= Fv1000=5000×1.6/1000×0.84=9.5 kW查表，选取电动机的额定功率P=11 kW。（3）选择电动机的转速传动滚筒转速n=61.12 r/min,通常，V带的传动比范围为：i1=24,二级圆柱齿轮减速器传动比为：i2=815,则减速器的总传动比=1660，故电动机转速的可选范围为：n= n=（1660）×61.12=977.923667.2r/min符合这范围的电动机同步转速有1000、1500、3000 r/min三种，现以同步转速1000 r/min和1500 r/min两种常用转速的电动机进行分析比较（查表）综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为Y160M4。1.4 确定传动装置的传动比及其分配（1）减速器总传动比ia=nn=146061.12=23.89（n为满载转速）（2）分配传动装置各级传动比：取V带传动的传动比i0=3，则减速器的传动比为i=ia/i0=23.89/3=7.96取高速级传动比i=2.5，低速级传动比为i=i/i1=3.184。1.5 计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的输入功率轴0（电动机轴）：P0= P=9.5 kW轴（高速轴）P= P01=9.5×0.96=9.12 kW轴（中间轴）P= P24=9.12×0.99×0.99=8.94 kW轴（低速轴）P= P24=8.94×0.99×0.99=8.76 kW轴（滚筒轴）P4= P25=8.76×0.99×0.99=8.59 kW（2）各轴的转速轴0：n0= n=1460 r/min轴：n= n0i01=14603=486.67 r/min轴：n=n1i12=486.672.5=194.67 r/min轴：n=n2i23=194.673.184=61.14 r/min轴：n4=n3i34=61.141=61.14 r/min（3）各轴的输入转矩轴0：T0=T=9550=9550×62.14 Nm轴：T=9550=9550×178.96 Nm轴：T=9550=9550×438.57Nm轴：T=9550=9550×1368.30 Nm轴：T4=9550=9550×=1341.75 Nm表2-1 设计轴的传动特性表轴名输入功率（kW）转速n（r/min）输入转矩（Nm）传动比效率电动机轴9.50146062.1430.96轴9.12486.67178.962.50.99轴8.94194.67438.573.1840.990.99轴8.7661.141368.30滚筒轴8.5961.141341.751第2章 V带的选择2.1带式输送机的结构带式输送机主要由以下部件组成：头架、驱动装置、传动滚筒、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、安全保护装置等。由于带式输送机的结构特点决定了其具有优良性能，主要表现在：运输能力大，且工作阻力小，耗电量低，约为刮板输送机的1/3到1/5；由于物料同输送机一起移动，同刮板输送机比较，物料破碎率小；带式输送机的单机运距可以很长，与刮板输送机比较，在同样运输能力及运距条件下，其所需设备台数少，转载环节少，节省设备和人员，并且维护比较简单。由于输送带成本高且易损坏，故与其它设备比较，初期投资高且不适应输送有尖棱的物料。输送机年工作时间一般取4500-5500小时。当二班工作和输送剥离物，且输送环节较多，宜取下限；当三班工作和输送环节少的矿石输送，并有储仓时，取上限为宜。2.2 布置方式电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。带式输送机的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。因单点驱动方式最常用，凡是没有指明是多点驱动方式的，即为单驱动方式，故一般对单点驱动方式，“单点”两字省略。单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。在大运量、长距离的钢绳芯胶带输送机中往往采用多电动机驱动。带式输送机常见典型的布置方式如下表2-2所示：表2-2 带式输送机典型布置方式2.3 V带的设计工作情况系数:取 KA=1.2计算功率：Pc=KAP=1.2×9.5=11.4kwV带型号：根据计算功率Pc和小带轮的转速n1 ,选A型确定带轮基准直径dd1 、dd2 : 小带轮：由表6-4，得dd1=150mm 大带轮：dd2=i1dd1(1-)=2.5×150×（1-0.01）=371.24mm大带轮转速:n2=701r/min验算带速v： v=11.45m/s带速在525m/s合适2.4计算带长中心距a和基准带长Ld : 0.7(dd1+dd2)a02（dd1+dd2） 364.87a01042.48 初定中心距a0=800mm L0=2a0+=1945.52mm L0为带的基准计算值，查表6-3即可选定带的基准长度Ld=2000mm ，aa0+=827.24mm 中心距a的变动范围为 amin=a-0.015Ld=827.24-0.015×2000=797.24mm amax=a+0.03Ld=827.24+0.03×2000=887.24mm2.5 带式输送机的工作原理带式输送机又称胶带运输机，其主要部件是输送带，亦称为胶带，输送带兼作牵引机构和承载机构。带式输送机组成及工作原理如图2-1所示，它主要包括一下几个部分：输送带(通常称为胶带)、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等。图2-1 带式输送机简图1-张紧装置 2-装料装置 3-犁形卸料器 4-槽形托辊 5-输送带 6-机架 7-动滚筒 8-卸料器 9-清扫装置 10-平行托辊 11-空段清扫器 12-清扫器输送带1绕经传动滚筒2和机尾换向滚筒3形成一个无极的环形带。输送带的上、下两部分都支承在托辊上。拉紧装置5给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时，传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。物料从装载点装到输送带上，形成连续运动的物流，在卸载点卸载。一般物料是装载到上带(承载段)的上面，在机头滚筒(在此，即是传动滚筒)卸载，利用专门的卸载装置也可在中间卸载。普通型带式输送机的机身的上带是用槽形托辊支撑，以增加物流断面积，下带为返回段(不承载的空带)一般下托辊为平托辊。带式输送机可用于水平、倾斜和垂直运输。输送带是带式输送机部件中最昂贵和最易磨损的部件。当输送磨损性强的物料时，如铁矿石等，输送带的耐久性要显著降低。提高传动装置的牵引力可以从以下三个方面考虑：（1）增大拉紧力。（2）增加围包角（3）增大摩擦系数通过对上述传动原理的阐述可以看出，增大围包角是增大牵引力的有效方法。故在传动中拟采用这种方法。第3章 传动零件3.1齿轮、轴传动材料的选择（1）齿轮的材料 选取大小齿轮材料均为45钢，小齿轮调质处理齿面硬度取240HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取200HBS。（2）轴的材料 根据所设计的轴零件选用45钢，加工方法为调质处理3.2齿轮的失效形式1）齿条扫齿或断齿，无法传动。 2）齿间间隙过大或严重磨损，传动精度不足。 锻造 可以提高材料的韧性 耐冲击 耐磨 抗胶合等 主要失效形式应该是磨损和胶合 （胶合是温度过高引起的 在高速重载齿轮中比较容易出现）3.3轴类零件的失效形式1、弯曲（因冲击负载导致的弯曲、因计算失误导致的弯曲、因意外事故导致的弯曲），特别以悬臂轴尤为严重2、失稳（特以细长轴最为严重，并且是承受轴向压力负载的轴最容易发生）3、重心偏置（对于空心轴来说，由于加工的原因将会导致壁厚偏置，也就是一边厚、一边薄），这样的轴在运行时，特别是高速运行时，将会发生严重的振动，甚至是破坏性的。4、挠度过大（对于简支梁性的轴而言，若负载过大，将会是轴产生挠度，当然，前期的设计不足也有原因）5、折断（这是最严重的事故，原因：设计不足、材料问题、热处理问题、加工应力、冲击负载过大、其他事故导致，严重时还可能出人命！）3.4轴的设计3.4.1中间轴的设计（1）轴的常用材料及其力学性能，得抗拉强度，屈服点。查轴的许用弯曲应力表，得，。（2）按扭转强度估算轴的最小直径取C=106，得（3）轴的结构中间轴结构3.4.2高速轴的设计（1）查轴的常用材料及其力学性能，得抗拉强度，屈服点。查轴的许用弯曲应力表，得，。（2）按扭转强度估算轴的最小直径取C=106，得（3）轴的结构设计按轴的结构和强度要求选取联轴承处的轴径d=30，初选轴承型号为30208圆锥滚子轴承（GB/T29794），长度尺寸根据结构进行具体的设计，校核的方法与中间轴相类似，经过具体的设计和校核，得该齿轮轴结构是符合要求的，是安全的，轴的结构如下图所示：高速轴结构3.5 高速轴的轴承的选择和计算按轴的结构设计，选用30208（GB/T29794）圆锥滚子轴承，经校核所选轴承能满足使用寿命，合适。3.6 低速轴的轴承的选择和计算按轴的结构设计，选用30213（GB/T29794）圆锥滚子轴承，经校核所选轴承能满足使用寿命，合适。3.7 中间轴与齿轮用键联接的选择（1）齿轮与轴的键联接选用普通平键（A型）按中间轴装齿轮处的轴径=50，以及轮毂长=50，查表，选用键14×45GB109679。第4章 联轴器4.1联轴器的简介本次驱动装置的设计中，较多的采用联轴器，这里对其做简单介绍：联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持联接的功能），联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。刚性联轴器这类联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等。凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器联成一体，以传递运动和转矩。凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于30m/s时应用铸钢或碳钢。由于凸缘联轴器属于刚性联轴器，对所联两轴的相对位移缺乏补偿能力，故对两轴对中性的要求很高。当两轴有相对位移存在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点。但由于构造简单、成本低、可传递较大转矩，故当转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时亦常采用。挠性联轴器4.2无弹性元件的挠性联轴器 这类联轴器因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。常用的有以下几种：1) 十字滑块联轴器十字滑块联轴器由两国在端面上开有凹槽的半联轴器和一个两面带有凸牙的中间盘所组成。因凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。这种联轴器零件的材料可用45钢，工作表面须进行热处理，以提高其硬度；要求较低时也可用Q275钢，不进行热处理。为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘的油孔中注油进行润滑。因为半联轴器与中间盘组成移动副，不能发生相对转动，故主动轴与从动轴的角速度应相等。但在两轴间有相对位移的情况下工作时，中间盘就会产生很大的离心力，从而增大动载荷及磨损。因此选用时应注意其工作转速不得大于规定值。这种联轴器一般用于转速,轴的刚度较大，且无剧烈冲击处。效率，这里为摩擦系数，一般取为0.120.25；为两轴间径向位移量，单位为；为轴径，单位为。2）滑块联轴器这种联轴器与十字滑块联轴器相似，只是两边半联轴器上的沟槽很宽，并把原来的中间盘改为两面不带凸牙的方形滑块，且通常用夹布胶木制成。由于中间滑块的质量减小，又具有较高的极限转速。中间滑块也可用尼龙6制成，并在配制时加入少量的石墨或二硫化钼，以便在使用时可以自行润滑。这种联轴器结构简单，尺寸紧凑，适用于小功率、高转速而无剧烈冲击处。3)十字轴式万向联轴器这种联轴器可以允许两轴间有较大的夹角（夹角最大可达），而且在机器运转时，夹角发生改变仍可正常传动；但当过大时，传动效率会显著降低。这种联轴器的缺点是：当主动轴角速度为常数时，从动轴的角速度并不是常数，而是在一定范围内变化，因而在传动中将产生附加动载荷。为了改善这种情况，常将十字轴式万向联轴器成队使用。这种联轴器结构紧凑，维护方便，广泛应用于汽车、多头钻床等机器的传动系统中。小型十字轴式万向联轴器已标准化，设计时可按标准选用。4）齿式联轴器这种联轴器能传递很大的转矩，并允许有较大的偏移量，安装精度要求不高；但质量较大，成本较高，在重型机械中广泛使用。5）滚子链联轴器滚子链联轴器的特点是结构简单，尺寸紧凑，质量小，装拆方便，维修容易、价廉并具有一定的补偿性能和缓冲性能，但因链条的套筒与其相配件间存在间隙，不宜用于逆向传动、起动频繁或立轴传动。同时由于受离心力影响也不宜用于高速传动。4.3弹性元件的挠性联轴器这类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储存的能量愈多，则联轴器的缓冲能力愈强；弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间的摩擦功愈大，则联轴器的减振能力愈好。1）弹性套柱销联轴器这种联轴器的构造与凸缘联轴器相似，只是套有弹性套的柱销代替了联接螺栓。因为通过蛹状的弹性套传递转矩，故可缓冲减振。这种联轴器制造容易，装拆方便，成本较低，但弹性套易磨损，寿命较短。他适用于联接载荷平稳、需正反转或起动频繁的传递中小转矩的轴。2）弹性柱销联轴器这种联轴器与弹性套柱销联轴器很相似，但传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、制造方便，耐久性好，也有一定的缓冲和吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和起动频繁的场合。3）梅花形弹性联轴器这种联轴器的半联轴器与轴的配合孔可作成圆柱形或圆锥形。装配联轴器时将梅花形弹性件的花瓣部分夹紧在两半联轴器端面凸齿交错插进所形成的齿侧空间，以便在联轴器工作时起到缓冲减振的作用。梅花形弹性联轴器的结构图如下：图 卸料小车在热电厂输煤系统的皮带机上的联轴器用的就是梅花形弹性联轴器第5章 热电厂输煤机其他装置简介5.1给料装置带式输送机装载和转载物料是最重要、最复杂的运输作业之一。研究证明，在广泛应用的中距离输送机上（长度在260m以内），输送带的使用期限主要取决于给料装置的结构是否合理。为了减轻输送带的磨损，对给料装置提出了一系列要求：物料给到输送带上的速度快慢和方向应与带速近似一致，对准输送带中心给料，保证物料均匀的给到输送带上；在装料点不允许有物料堆积和撒料现象，应在给料装置内部而不是在输送带上形成物流；在装料设施后面尽量避免设置紧接输送带的拦板，尽量减少物料的落差，特别是要防止大块物料从很高处直接下落到输送带上。当被输送物料的物理机械性质变化或使用条件改变时，要有可能调节物料的速度，具有良好的通过性能，特别是当输送强黏性物料时保证不堵塞，结构紧凑，工作可靠，耐磨性好，等等。运输夹杂大块的物料时，给料装置要有可能先将细块和粉料卸到输送带上形成垫层，然后再装块矿石，防止大块矿石直接冲击输送带。当输送磨损性强、棱角锐利的大块物料时，输送机的受料段最好布置成水平的。当输送机在倾斜段装料时，物料在达到带速之前容易产生紊流，为了防止撒料，必须设置高而长的拦板。给料漏斗的宽度应不大于输送带宽度的。另一方面，为防止漏斗堵塞，其宽度应采取如下值：当输送筛分过的物料时应不小于最大块度的2.53倍，当运输未经筛分时可取最大块度的2倍。5.2卸料装置带式输送机可以在末端卸料，也可在中间卸料，前者不需专门的卸料装置，后者可以采用卸载挡板或卸载小车。卸载挡板（犁形卸料器）为平直挡板或V形挡板，适用于平皮带输送机，可用来卸件货，也可在一侧或两侧卸货。卸载挡板的结构十分简单，但对输送带的磨损比较厉害，还会增加带条运行阻力，因此对较长的输送带，特别是输送块度大、磨损性大的物料时不宜采用。为了使卸料挡板能够正常地工作，必须正确的选择它对于带条纵向轴线的倾角。卸料小车装设在长皮带机的水平区段上，由小车车架、两个滚筒和两个跨在皮带机两侧的导向槽组成。卸料小车可沿导轨在皮带机长度方向移动，因此，卸料小车适用于散粒物料在皮带机输送中途的各个卸载点上卸料，物料从卸载小车的上滚筒抛出经导向槽由皮带机的一侧或两侧卸下。为引导物料流卸载方向和减少粉尘飞扬，在卸料滚筒或卸料小车处要加设罩盖。为使罩盖内表面不受物流过大的冲击，其形状应根据物流抛出的轨迹制作，首先应找出物料与绕在滚筒上的输送带表面的分离点。图 卸料小车1-车架 2、3-导向滚筒 4-导料漏斗5.3清扫装置输送机在运转过程中，不可避免的有部分颗粒和粉料粘在输送带表面，通过卸料装置后不能完全卸净，表面粘有物料的输送带工作面通过下托辊或改向滚筒时，由于物料的积聚而使其直径增大，加剧托辊和输送带的磨损，引起输送带跑偏。而且，不断掉落的物料还污染了场地环境。因此，清扫粘结在输送带表面的物料，对于提高输送带的寿命和保证输送带的正常工作具有重要意义。结 论减速器的设计是一个较为复杂的过程，期间设计计算等，都是较为繁琐的事情。但随着科学技术的发展这些过程都变的简单化。为了适应现代市场的需求，就必须运用计算机辅助设计技术解决过去计算繁琐，绘图工作量大及工作效率低，更新速度慢的问题。正是基于此，在本毕业设计中，修改错误，方便用户及时调整，提高了效率，并能生成二维图纸，主要计算也通过编写程序来上机完成，让我们省去了不少繁琐的计算过程。主要零件的工艺设计在计算机辅助设计的条件下也显得一目了然。但这都要建立在我们熟练掌握这些软件的运用的基础上。希望自己在今后的学习工作中来弥补自身的不足之处。通过本设计我对各种减速器的结构和设计步骤有了一个大概的了解，对以前所学的专业知识作了一个很好的总结，设计中尚有很多不合理和不理解的地方，以待在今后的学习工作中来弥补。