一级圆锥齿轮减速器课程设计.docx

一、机械设计基础课程设计任务书题目：一级圆锥齿轮减速器机械设计基础工作条件：单向运转，两班制工作，与轻度震动，使用年限10年。 原始数据：滚筒圆周力F=3X103N,带速V=1.0m/s；链轮直径D=150mm。注意事项：> 将设计人的电子版课程设计任务书（从邮箱中下载）粘贴、整理在此处；> 正文中的标题（一、二、三）字体为宋体、四号、加粗、居中，且要求 不同标题不能放在同一页，下一个标题及其内容要放在下一页；>设计计算内容字体为宋体、小四号、非加粗，按照样例排版即可；> 行间距要求：单倍行距；>以下左侧方框内为对应标题及其设计计算过程，右侧方框对应位置写设计计 算的结果或结论。.93,n =0.80P =3.75kwdn = 127.39r /minnd = 5101529r /min电动机型号:Y132M1-6二、电动机的选择1、电动机类型的选择按工作要求和条件选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压 380V，Y 型。2、电动机功率选择(1)传动装置的总效率：nn -nn1 式中：nn、n 3、n、n分别是带传动、轴承、齿轮传动、 联轴器和输送链的传动效率。取 n0.95，n 2=0.98, n =0.97，n 4=0.99, n =0 1 n =0.950.983X0： 97X0.99、0.93 =0.80 (2)电机所需的功率： FV3000*1p =kw=3kww 10001000PP = -w =3.75kw a3、确定电动机转速 计算链轮工作转速： 60 X1000V 60 X1000 X1.0 n = 127.39, / min冗D兀x 150按机械设计课程设计指导书P7表1推荐的传动比合理范围，取V带传动比i广24，一级锥齿轮减速器的传递比i2= 23。则总传动比合理范围为 二=412。故电动机转速的可选范围为:n; = 510口 1529r/min。符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号， 因此有三种传动比方案，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、 价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选 n=1000r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速， 选定电动机型号为Y132M1-6。其主要性能：额定功率4KW；满载转速960r/min；额定转矩 2.0。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比ia=nm/n=960/127.39=7.532、分配各级传动比(1) 据指导书P7表1,为使V带传动外廓尺寸不致过大，取=3。(2) id=ia/i,=2.51ia=7.53=3 i：=2.51n I =127.39r/min nn = 127.39r/min nm=382.5r/minP =3.75KWdP =3.56KWIP =3.39KW pIIi=3.29KWT =38.03 Nm dT=35.4N mIT =33.7N* m tI：=32.7N m四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速nI=nm/id=960/2.51=382.5r/minnn=nI/ij=382.5/3=127.39r/min nm=nn=127.39r/min2、计算各轴的输入功率P=P=3.75X 0.95=3.56 KWP：=n /0 =3.56X0.98X0.97=3.39 KW、pPji X n 2 X n 4=3.39 X 0.99 X 0.98=3.29KW电动机输出轴转矩：T =9.55 X 106P /n =9.55 X 106X 3.75/960=37.30 Nm 各轴输入转矩d dTjTdXn 1=35.4 NmT = T n Xn =33.7N m tIIi=9.I55X 106PIII/nIII=32.7N* m五、传动零件的设计计算d =100mmd =280mmn=342.86r/min> V带传动的设计计算1、选择普通V带截型由教材P156表8-7取工作情况系数k =1.2A计算功率 P =KP=1.2X2.51=3.012KW由教材P157图8-11选用A型V带2、确定带轮基准直径，并验算带速V=5.03m/s由教材教材P157图8-11推荐的小带轮基准直径为：80100mm, 则取 d =100mm>dmin=75 mm关带轮直径 d =n/n d =960/382.5 X 100=251mm.td2 d I d1 一 一由教材 P157 表 8-8,取 d2=250mm266mm W a W760mm取 a0=500实际从动轮转速 n ?= -dddi/d=960X100/250=384r/min转速误差为：气-气/=（38'2.5-384）/382.5=-0.0039<0.05（允许）带速 V： V=1T dIn /60 X 1000F X 100 X 960/60 X 1000=5.024m/s 在525m/s范围内",°带速合适3、确定中心距a,并选择V带的基准长度L.一.一.,.,、 d,、，一L =1600mm d根据教材 P152 式（8-20） 0.7（d +d ） Wa W2（d +d ）得：,、一 一 ,、d1 d2 0d1 d20.7（100+250） Wa W2（100+250）所以有：245mmWa W700mm，取 a =500a=493.6mm由教材 P158 式（8-22） L =2a+1.057（d +d ）+（d -d 8/4a 得:，、，d0 0、， d1 d2 d1 d20L =2X 500+1.57（100+280） + （280-100） 2/4 X 500=1612.8mmd0 根据教材 P146 表（8-2 ）取 L=1600mm根据教材P158式（8-23）得:daa+ （L-L ） /2=500+ （1600-1560.75） /2=520mm4、蹴算水带轮包角根据教材 P152 式（8-20） a j1800-（ddd2） X 57.30/a= 1800- （25 0-100）X57 . 30/5 2 0=1800-20.d90=163.50>1200 （适用）5、确定带的根数根据教材P152表（8-4a）查得：P=0.95KW根据教材P153表（8-4b）查得：20=0.11Z=5根根据教材P155表（8-5）查得：K =0.096根据教材P146表（8-2）查得：K：=0.99由教材P158式（8-26）得： 'Z=P /（P+2P）KK=3/（0.95+0.11） X0.96X0.99=3ca00 al取Z=3F=1609.1N p6、计算轴上压力由教材P149表8-3查得q=0.1kg/m,由教材P158式（8-27） 单根V带的初拉力：F =500P （2.5-K ） /ZV K+qV20 =500 X （2.5-093） X 4. 8/0.93 X 5 X 5.03+0.1 X 5.0242=162.17N则作用在轴承的压力Fp,由教材P159式（8-28）得：F =2ZF sina /2=2X3X 162.17Xsin163.50/2=963NX齿轮传动的设计计算1、选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用 40Cr调质，齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢调质，齿面 硬度220HBS ；根据教材P210表10-8选7级精度。齿面粗糙度RaW1.6 3.2p m2、按齿面接触疲劳强度设计i =2.6根据教材P203式10-9a： d > 2.92 J( J)2 曾进行计算3 气叫(1-0.5气)2uZ=201Z=522确定有关参数如下：传动比i止二3取小齿轮齿数Z=20。则大齿轮齿数：Z=iZ =3X20=60实际传动比.=52/20=2.621传动比误差：0i-i0/I=2.6-2.6/2.6=0%<2.5% 可用齿数比：u=i=2.6 由教材P2024取Q =0.3 转矩T1RT =35.4Nmm 载荷系数k 许用接触应力o H 由教材P209图10-21查得： o以 由教材P206式10-13计算应力循诛次数NN=60njL=60X331.03X1X (16X365X 10)=2.7648X 109N1=N /i=1.16X 109/3=9.216X108由教材P207图10-19查得接触疲劳的寿命系数：KH =0.87 KH =0.90通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求，选取安全系数Sh=1.0o "=o 以KH /Si=560X0.93/1.0Mpa=487.2Mpa"o H；=o H|； KH/sH=350X097/10Mpa=450Mpa 弹性影响1系数尧H由教材P201表10-6查得Z =189.8MP故得：取 k=1.3。=。kH /SHHHlim N=560Mpa o Hl. Z2=500Mpa1/2au=2.6T=111070Nmm 1o =560Mpao H|imZ2=350MpaN=1.16X1091N =4.46X1082KH =0.93N1KH =0.97N2o "=520.8Mpao HL=339.5Mpaq =112.8mmd > 2.92(土)2口S=67.93 b 询(1-0.5)2 u 计算平均分度圆处的圆周速度vm 分锥角 6 =arctan(Z/Z2)二 当量齿数 1Zv1= Z1/Cos6 1=21.43平均分度圆处的圆周速度：与=0,10001Z21.43Z 2=144.86v = 4.16 m / sZv2= Z2/cos6144.86力=4.16 m / s计算载荷系数根据v=3.41m/s锥齿轮为7级精度由教材P194图10-8查得：动载系数K=1.08V由教材P193表10-2查得：使用系数KA=1由教材P195表10-3查得：齿间啮合系数K=1由教材P226b表10-9查得： 轴承系数K b=1.10 故载荷系数K=KKKK =2.475叩电d =152.581m=7根据 P226 式(10-10(a)di= 152.58模数：m=d /Z1=152.58/20=7.6mm取标准模数：'m=73、校核齿根弯曲疲劳强度根据教材 P226 公式 10-23： = KFYFaYsa<a f bm (1 - 0.5 ) f 确定有关参数和系数* 分度圆直径：d =mZ =7X20=140mm d =mZ =7X52=364mm1122齿宽：b < *3R =气气+ Z22 = 195故得 b < 65 取b=65 齿形系数Yf和应力修正系数Ys 根据教材？200表10-5得： SaY =2.72 Y =1.57 Y =2.14 Y =1.83Ta1Sa1Fa2Sa2 许用弯曲应力。F根据公式：o F= o FL.2/SF根据教材 P208 图 1S-20 (c)得。=420MpaF。FL1=330Mpa按一般可靠度选取安全系数S =1.25FLim2F计算两轮的许用弯曲应力。fL=。旗/S=420/1.25=336Mpa。丁二。FLim1/S ；330/1.25=264MpaFFLim2 F 将求得的各参数代入式b = KF¥Fa1YSa1 = 53.1MP < 420MP =b F1 bm(1-0.5*)aa F 1b = KFYFa2Ysa2 = 48.68MP < 330MP =b F2 bm(1-0.50*)aa F 2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够5计算齿轮的圆周速度VV=n d1n1/60X1000=2.43m/s六、轴的设计计算d =140mm1d =364mm 2R=195mmb=65mmY =2.72Fa1Y =1.57Sa1Y =2.14Fa2Y =1.83Sa2。=420Mpa。FL； =330MpaS =1：25F。=53.1MpaF1。F2=48.68MpaV =2.43m/s按实际的载荷系数校正尻得的分度圆直径输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45调质，硬度217255HBS根据教材P370 (15-2 )式，并查表15-3，取A=115dN115 (3.70/331.03)1/3mm=25.7mm考虑有键槽，将直径增大5%,则：d=25.7X (1+5%)mm=27.选 d=28mm2、轴的结构设计(1) 轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将输入轴的圆锥齿轮做成悬臂结构，安排在箱体 一侧，两轴承安排在齿轮的右侧，齿轮左面由套筒定位，右面用挡 圈固定，周向用平键连接。两轴承分别以套杯和套筒定位。(2) 确定轴各段直径和长度I 段：d =28mm 长度取 L =50mmV h=2c c=1.5mmII 段：d=d+2h=28+2X2X 1.5=34mm21d =34mm2 轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的拆装及便于对轴承 添加润滑脂的要求，取端盖的外端面和带轮右端面的距离l=30mm,故 l = 50 mm2III段：参照工作要求并根据d=34mm，有轴承产品目录中初步选取 0基本游隙组、标准精度等级的单列圆锥滚子轴承30208其内径为 40mm，宽度为18mm。故d = d = 40 mm。L3=18mm°V段轴承右端有 套筒定位，为使套筒端面可靠地压紧轴承，此轴段应略短于轴承宽 度，故取l =16mm丑段：取安装锥齿轮处的轴段丑的直径为34mm取锥齿轮的宽度为 56mm，取套筒的长度为 20mm，则 l6=56+20+(18-16)=78mmW段：取 d4=28mm14 = 80mm在W轴段加一套筒对轴承进行定位。套筒的外径为d=50mm至此，已初步确定了轴的各段直径和距离。(3) 按弯矩复合强度计算 求小齿轮分度圆直径：已知d=140mm 求转矩：已知T =111070Nmni 求圆周力：Ft 1根据教材P198 (10-3)式得：Ft=2T/d =111070/ d(1-0.50 r) = 1904N 求径向力F1和轴向力F1 R根据教材P225 (10-22 )式得：Fr=Ft*tana cos6 =646.8NFa=Fttana sin6 =248.8Nd=28mmL =50mm1d =34mm2l = 50 mm2d - d - 40 mmL =18mm3l =16mml6=78mmd =28mm4l = 80 mmd =140mm1T=111070N - mm1Ft=1904NFr=646.8NFa=248.8NF = 929.87NF = 283.07N轴承支反力： 1=3428.2N74.2=1524.N=929.87N/(mm) 0133.6133.6ReactionsClick on an area for more details283.070.000.00-646.80-646.80Shear Diagram113,097.6017,416.000.000.000.000.00-21,003.9226.93由于轴单向旋转，转矩产生的扭转切应力按脉动循环变化，取a二0.6。校核危险截面C的强度由式（15-5）v1、按扭矩初算轴径X (mm) 0该轴强度足够。输出轴的设计计算FBZFAZFAYFAZbCaAbCaAbCaCFby = 283.07N= 3428.2NFbz = F - F立=1524.2Nb -1V、M 2 +(aT )2c- = 42.75MPa v b = 60MPa0.1d 3-iVM 2 + (aT )2、 = 25.8MPa v b = 60MPa0.1d 3-1bCac59.4Load DiagramLoadsmm 3 |Loads31Reactions_T.jClick on area formore detailss1,904.001,904.000.000.00-1,524.23-1,524.23(mm)NShear Diagram59.4Load Diagram选用45#调质钢，硬度(217255HBS)根据教材P370页式(15-2)，表(15-3)取A=115dNA(P/n3)1/3=115(3.43/127.32)1/3=34.64mm输出轴的最小值直径显然是安装联轴器处的直径di与联轴器的孔 径相适应，故需同时选取联轴器型号。40mm联轴器的计算转矩有P351表14-1，考虑到转矩变化很小，故 取 KA=1.3。则 T = KT = 339.1N.m根据机械设计手册选择LT7型弹性套注销联轴器，故取半联轴器长 度li= 112mm，di = 40mm，则半联轴器与轴配合的毂孔长度 已知滚动轴承宽度 T=32mm，则 l = a + s + （60 -56） + 32 = 60mml = 84 mmi2、轴的结构设计(1)确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的轴向定位要求，I轴段右端需制出一轴肩，故取II轴段直径d = 46mm左端用轴段挡圈定位。按轴段直径取挡82 mmII46mm圈直径D=49mm，半联轴器与轴配合的毂空长度L = 84mm I证轴端挡圈只压在半联轴器上二不压在轴的断面上，故I度应比1小一些，故取l = 82 mm为了保段的长照工作要求并根据d2 = 46mm，有轴承产品目录中初步选取0基本 游隙组、标准精度等级的单列圆锥滚子轴承33210其内径为其尺寸为 50x90x32。故d3= d7 = 50 mm。取安装锥齿轮处的轴段V的直径为d5=56mm ,齿轮的左端面与右 轴承之间采用套筒定位，取锥齿轮的宽度为60mm,为了是轴套可靠 的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度。故取5= 56mm，齿轮的右 端面采用轴肩定位。轴肩高度h>0.07d，故取h=6mm。则W段的直径 d = 68mm。对于左轴承若直接采用W轴段定位，则轴肩直径大于轴承内圈直 径，不利于拆卸轴承，应在左轴承和W轴段间加一套筒。轴承端盖 的总宽度为20mm。根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面和带轮右端面的距离l=30mm，故l = 50mm2取齿轮距箱体内壁距离a=16mm，考虑到箱体的铸造误差，取s=8mm，56mm56 mm=68mm50 mm60mml = 56 mm3l = 100mm取W段距箱体内壁的距离为16mm,在确定轴承位置时，应距箱体内 壁一定距离，取 8mm，则 13 = 16 + 8 + 32 = 56mm。14 = 100mm 至此，己初步确定了轴的各段直径和长度。（2）轴上零件的周向定位锥齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按火有P106表6-1查的平键截面bxh = 16x10。键槽用铣刀加工，5长45mm，同样半联轴器与轴的连接选用平键12mmx8mmx70mm， 滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来保证的。（3） 求轴上载荷根据轴的结构图做出周德计算简图。在确定轴 承的支点位置时兑取33210型，查的a=23.2mm。(mm) 200.8265.6(mm) 0200.8265.6Load DiagramLoad Diagrammm|Loadsf |ReactionsClick on-383.8EX(mm)n area for more detailso.ooEl-383.88-632.68-632.68NjrJShear Diagram40,997.870.000.0077,083,64载荷水平面（m，m） 1垂直面1支反 力Fy = -383.98NFby = 632.68NF = 839.03N眨=2600N弯矩肱以=168477.85N - mMy1 = 77083.64N - mM = 40997.87N - m扭矩T=26.082N.m（4）按弯扭合成应力校核轴的强度F =383.98NAYF = 839.03NAZF = 632.68NBYF = 2600NBZMcz= 168477.85N - mM =77083.64N - m Y1My2 = 40997.87N - m b CaA <b1 IbCa轴承预计寿命 58400小时M 2 + (aT )201d= 12.87MPa < b = 60MPa故安全。八、滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命：16X365X10=58400小时1、计算输入轴轴承(1)两轴承径向反力:=3702.8N=1700N初选两轴承为圆锥滚子轴承30208型F 根据教材P322表13-7得轴承内部轴向力广2查机械手册知 Y=1.6,e=0.37。F FA = 2A = 1157.1N一 F F = 2rB = 531.25N有 P322 式 13-11 得 FA = 1157.1N FB = FA - F = 908.3N(2) 求系数x、yFa /F =0.36F b/F r=0.53根据教材P321表13-5得e=0.37XA=1X0.4(3) 计算当量载隔P、P12根据教材P321表13-6取f =1.2P根据教材P320式13-8a得P=f (xF +yF )=4443.4N1 P A rA A aA、P =f (x F +y F )= 2560N2 B rB B =A、(4) 轴承寿命计算/ P >。故取 P=4443.4N£ =10/3根据手册得30208型的Cr=63000N由教材P320式13-5a得L =106/60n(Cr/P) £ =16670/458.2 X (1X 63000/4443.4) 10/3 h=347322h>58400h.预期寿命足够2、计算输出轴轴承1)两轴承径向反力：七=五五=5F = q'F 2 + F 2 = 2675N初选两轴承为圆锥滚子轴承33210就F a = 3702.8NF b =1700NFA = 1157.1NFB = 531.25NF A = 1157.1NF b = 908.3NX=1AY=0AX=0.4BY=1.6BP =4443.4N1P=2560N2Lh=347322h 预期寿命足够FA = 922.66NF b = 2675 NFA = 307.6NFB = 891.7 NF a = 891 . NF B = 891.7 NX=0.4AY=1.5AX=1BY=0BP=3215.8N1P=3210N2L=18059903h轴承合格F 根据教材P322表13-7得轴承内部轴向力F =查机械手册知 d 2YY=1.5,e=0.41。F /F =f = 307.6NdA 2Y- F F = -y = 891.7 N有 P322 式 13-11 得 Fb = 891.7N FA = FB + F =1540.5N(2) 求系数x、yFa/F =1.67>eFb/F0.33>eab Xr=0.4X=1Y=A1.5YB=0(3) 计算当量载荷TP1> P2根据教材P321表13-6取f =1.2.一.一.一 P根据教材P320式13-8a得P=f (xF +yF )=3215.8N1 P , A rA A aA、P =f (x F +y F )= 3210N(45瑚承筹命计算/ P > 与 故取 P=3215.8N£ =10/3根据手册得33210型的Cr=112000N由教材P320式13-5a得L =106/60n(Cr/P) £ =16670/458.2 X (1X 112000/3215.8) 10/3h=18059903h>58400h1、大带轮与轴连接采用平键连接键 C8X40 GB/T1096-2003O =78.5Mpa轴径 d =28mm, L =50mm查手册P51选用C型平键，得：b=8 h=7 L=40 即：键 C8X40GB/T1096-2003l=L -b=40-8=32mm T =106.63N - m根据教材P106式6-1得O =4T/dhl=4X 106630/28X7X32=78.5Mpa<o (110Mpa)2、p输入轴与齿轮连接采用平键连接P轴径 d =34mm L =56mm T=260.82N m查手册P51选A型平键，得：b=10 h=8 L=50 即：键 A10X50 GB/T1096-2003l=L -b=50-10=40mm h=8mm3,、O =4T/dhl=4X 260820/34 X 8 X 40=95.9Mpa<o (110Mpa)3、P输出轴与齿轮2连接用平键连接p轴径 d =56mm L =45mmT=116.3N.m查手册P51选甬A型平键，得：b=16 h=10 L=36即：键 A16X36GB/T1096-2003l=L -b=36-16=20mm h=10mm根据教材P106 (6-1)式得O =4T/dhl=4X116300/56 X10 X 20=41.5Mpa<o (110Mpa)参考文献键 A10X50 GB/T1096-2003O =95.9Mpa键 A16X36 GB/T1096-2003O =45.1Mpa1 濮良贵、纪名刚.机械设计（第八版）.北京：高等教育出版社，2006.2 龚淋义、罗圣国.机械设计课程设计指导书（第二版）.北京：高等教育出 版社，1990.3 王文斌.机械设计手册（第三卷）.机械工业出版社，2004.8.4 侯洪生.机械工程图学.北京：科学出版社，2001.