二级锥齿斜齿圆柱齿轮减速器

机械设计课程设计一 传动方案的拟定 根据已知条件，运输带的有效拉力为1100N，运输带的速冻为2.4m/s，卷筒直径为370mm，三相交流电源，有粉尘，载荷平稳，常温下持续工作。 该设备的传动系统由电动机(原动机)减速器（传动装置）带式运输机组成，工作机为型砂运输设备。简图如下：1电动机 2联轴器 3减速器 4卷筒 5传动带减速器为展开式圆锥斜齿圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用圆锥滚子轴承，联轴器选用弹性联轴器二 电动机的选择计算名称计算及说明计算结果1 电动机的选择根据用途选用Y系列三相异步电动机 2 选择电动机的功率 输送带的功率为P=kw；查机械设计手册，取圆锥滚子轴承的效率0.98；锥齿轮的传动效率0.96；斜齿轮的传动效率0.97；弹性联轴器的传动效率0.99；所以=0.84；电动机所需的工作效率为P=3.27KW根据附录九，选择电动机的功率为4KWP=2.75kw0.84P=3.27KW3 确 定 电 动 机 的 转 速输送带的转速r/min；已知锥齿轮的传动比；斜齿轮的传动比；故；电动机的转速范围：124（624）=（7443456）r/min；由附录九知道，符合这一要求的电动机同步转速有750r/min,1000r/min,1500r/min,3000r/min。本题选用1500r/min,其满载转速为1440r/min，型号为Y112M-4r/min1440r/min三 传动比的分配计算名称计算及说明计算结果1总传动比=11.62分配传动比两级传动的大齿轮浸油深度相近时，i=4，故取；低速级的传动比四 传动装置动力参数的计算计算名称计算及说明计算结果1各个轴的转速=411r/min=411r/min124.7r/min 2各个轴的功率3.273.24kw3.243.05kw2.9kw2.81kwkwkwkwkw3各个轴的转矩=21.68五 传动件的设计计算（1） 高速级锥齿轮设计计算计算项目计算及说明计算结果1材料的选择，热处理方式和公差等级 考虑到带式输送机为一般机械，大锥齿轮选用45钢，小齿轮选40Cr.小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，小齿面硬度HBW=260，大齿轮齿面硬度HBW=230，硬度相差30，在3050之间，故选用8级精度 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为： 齿轮调质处理8级精度2初步计算传动的主要尺寸(1)小齿轮的转矩为 (1) (2) 初选齿数 小齿轮Z1=24 大齿轮（3）取 初估小轮直径 则 查表得Kv=1.17(4)查得弹性系数为 由已知条件可知=1.35 ， (5)查得锥齿轮的节点区域系数为(6)齿数比 (7)许用接触应力可用下式表示，由机械设计手册查得极限应力， 大小齿轮的应力循环次数为：查得，S取1则有； ；两者比较取较小的，故初算小齿轮的直径， = =3.3m/s=51.5mm3确定传动尺寸（1） 确定模数m ，查取标准模数为2.25（2） 大端的分度圆直径为： （3） 锥齿齿距为： （4） 齿宽： 取整得b=30mm（5） 当量齿数，查得，取安全系数由得弯曲疲劳寿命系数，尺寸系数Yx. 查图得Yx1=Yx2=1查得弯曲疲劳极限为：，许用应力校核强度，由3式10-23 =517.2MPa 177.8MP =512MPa可知弯曲强度满足，参数合理。2.25mm54mm189mm98.28mmb=30mm4计算锥齿轮传动其他几何尺寸（2） 低速级斜齿圆柱齿轮设计计算计算名 称计算及说明计算结果1选择材料，热处理方式和公差选择小齿轮的材料为40Gr，进行调质处理，硬度为260HBW；大齿轮为45钢，进行调质处理，硬度为230HBW，二者材料相差30HBS，在3050HBS之间。选择8级精度小齿轮为40Gr大齿轮为45钢8级精度2.初步计算传动的主要尺寸 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为：（1） 初选系数 小齿 大齿 取（2） 选择齿宽系数 初估小轮直径d=50mm 初选螺旋角 大小齿轮的应力循环次数分别为： 查得寿命系数；取安全系数（3） 许用接触应力可用下式计算：，由图查得接触疲劳极限应力为； 取较小者，故（4） 查表得KA=1.35（5） 查得弹性系数 运载系数Kv=1.08（6） 齿间载荷分配系数 查表8-5 取=1.4 齿面载荷分布系数 载荷系数 （7） 查得区域系数为（8） 端面重度为：；（9） 纵面重合度；查得螺旋角系数 （10）初算小斜齿轮的度圆直径 =3.确定齿轮尺寸（1） 确定模数，查表取标准值=2.5 （2） 中心距 取整数 螺旋角为，与初选的螺旋角相差不大，所以 所以 （5），由于装配或者安装的误差，小斜齿轮应该比大斜齿轮的宽度大510，故大斜齿轮的宽度(6) 按齿根弯曲疲劳强度校核计算载荷系数重合度系数；螺旋角系数：计算当量齿数，查取齿形系数，由图6-21查的=2.48、=2.21应力修正系数、查图得弯曲疲劳强度极限，寿命系数，计算弯曲疲劳许用应力，安全系数，计算许用弯曲应力（1） 齿根弯曲应力 MP=375MPa 325MPa 齿根弯曲疲劳强度足够4计算齿轮传动其他几何尺寸端面模数齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径为： 齿根圆直径为： 六 联轴器的选择（一）高速级 电动机轴直径为28，转矩 查附表8-4，选择HL4型号的联轴器 轴径为20mm 轴长L=38mm（二）低速级 根据查附表8-4，选择HL2型号的联轴器 轴径为32mm 轴长L=60mm七 轴的设计计算（1） 高速轴的设计与计算计算名称计算及说明计算结果1已知条件高速轴传递的功率，转矩,转速，小齿轮的大端分度圆直径，齿宽中点处的分度圆直径为，轮齿的宽度2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理 45钢 调质处理3初算轴径查得C=106135，取中间值C=110，则，轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应增大，取中间值4%，故轴端最细处直径4轴承的选择由（3）得最小直径大于15mm 由联轴器得最小直径=20mm由于传动齿轮为斜齿轮，受轴向作用力，所以选择圆锥滚子轴承。安装轴承段的轴直径大于20mm，可选轴承30205基本尺寸 D=52mm B=15mm配合尺寸 5结构设计（1） 轴承部件的结构设计 为了方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计 简单设计如下图（2） 联轴器与轴段1，轴段1上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择设计同步进行。 联轴器从动端的代号为TL4 ，相应的轴段1的直径，其长度应略小于孔的长度，取（3） 轴承与轴段2和4的设计 在确定轴段2的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。若联轴器采用轴肩定位，轴肩高度轴段2的轴径其值最终由密封圈确定，该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毡圈油封，查表初选毡圈的公称直径为25mm。轴承30205，由表得轴承的内径的d=25mm，外径52，宽度B=15mm，内圈定位直径，外径定位，故，可取 通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则（4） 轴段3的设计 该轴段长套筒为轴承提供定位作用，故取该段直径为轴承定位轴肩，即，又B=15mm 套筒要定位轴承 故其长要稍大于B 取=17mm（5） 小锥齿轮是做在轴上 齿轮上的齿到箱体内壁要间隔一定的距离 取其为 6段轴肩取与封油盘相同的直径（6） 轴承与轴段5的设计 轴段5上安装轴承，故=25mm 轴承右边要用封油盘取其宽为8mm 则=17mm有轴之间的关系 =44.35mm所以（7） 轴段4的设计 由于轴段4上放套筒作轴承的定位零件则4段直径必须小于轴承的安装直径 可取则6键的选择及强度校核电动机轴与轴段1间采用A型普通平键连接，查机械设计课程设计选取其型号为620GB/T1096-79120MPa所有符合强度条件 图（1） 输入轴的结构图（2） 中间轴的设计与计算及强度校核计算名称计算及说明计算结果1已知条件高速轴传递的功率，转速r/min，锥齿轮大端分度圆直径为，齿宽中点处分度圆直径，2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用45钢，进行调质处理45钢进行调质处理3初算轴的直径查表取C=106135之间 ，取平均值为C=110，则4轴承的选择由（3）得最小直径大于21.5由于传动齿轮为斜齿轮，受轴向作用力，所以选择圆锥滚子轴承。安装轴承段的轴直径大于21.5可选轴承30205基本尺寸 D=52mm B=15mm配合尺寸 5 轴的结构设计轴的结构构想如图（3）所示，（1） 轴承部件的结构设计 为方便轴承的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定方式，按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计（2） 轴段1和5的设计 该轴段上安装轴承，此段设计应与轴承的选择设计同步，考虑到齿轮上作用较大的轴向力和圆周力，选用圆锥滚子轴承。轴段1和5上安装轴承，其直径应既要便于轴承安装，又要符合轴承内径系列。根据，暂取轴承30205，由表查得轴承内径，外径D=42mm，宽度B=15mm，内圈定位直径，外径定位直径，故取 通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则。由于轴承采用油润滑，故轴承内端面距箱体内壁距离取为=8mm，则轴段1的长度为：轴段5的长度为：（3） 齿轮轴段2与轴段4的设计 轴段2上安装齿轮2，轴段4上安装齿轮3。为便于齿轮安装，和应略大于和，此时安装齿轮3处的轴径可选为28mm，可初定和=28mm 齿轮左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定，齿轮2和轮廓的宽度范围为（11.2）=（3238.4）mm，取其轮毂宽度I=38mm，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段4长度应比齿轮4的轮毂略短，。由于II轴的中心在I轴的轴心线上，所以(R-B) cos +L2+L1=89.8mm（4） 轴段3的设计 该段为轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为（0.070.1）=（1.752.5）mm，取其高度h=4mm，故。故（5）轴上力作用点的距离 轴承反力的作用点距轴承外圈大端的距离，则由图可得轴的支点与受力点间的距离为： =16.25+8+10+65.5/2-12.6=54.4mm同理可求得，=28mmL2=37mmL4=64.5mm6键连接的选择和计算齿轮2与轴段间采用A型普通平键连接，轴径28mm，选取平键为87mm，长L=30mm。挤压应力a齿轮3与轴段4间采用A型普通平键连接，轴径28mm，选取平键为87mm，长L=45由于键和轴都没45钢，查表得=120150MPa显然键连接强度足够7轴的受力分析和强度校核计算（1） 已知条件 高速轴传递的转矩为，转速为，小齿轮大端分度圆直径，（2） 锥齿轮1上的作用力圆周力 方向与力作用点圆周速度方向相反 则径向力为： 其方向为由力的作用点指向轮1的中心则轴向力为： 其方向为沿轴向从小锥齿轮的小端指向大端则齿轮3的作用力 圆周力为 其方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为： 其方向由力的作用点指向轮3的转动中心 轴向力为： 画轴的受力简图 轴的受力简图如图所示（3）计算支承反力 在水平面上为 +472.2N在垂直平面内 + (4) 绘制弯矩图 在水面上 在垂直面上为：合成弯矩105976.481758.6 （5）画转矩图，如下图示（6）当量弯矩 轴45钢调制 由表11-1查的=60MP =100MP 轮3截面 119777111991.1轮2截面 10307681758.6（7）校核危险截面加键后(1+4%)=27.56mm加键后(1+4%)=26.1mm结论：计算得各截面直径分别小于其结构设计的直径=331.6N=92N2379.8N628.8N331.7N472.2N1435.3N1890N图（3） （三）低速轴的设计与计算计算名称计算及说明计算结果1已知条件低速轴传递的功率，转矩，转速，齿轮4的分度圆直径，齿轮宽度2选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用45钢调质处理45钢调质处理3初算轴径查表得查表取C=106135之间 ，取C=106，则，考虑到轴与联轴器连接，有一个键槽，轴径应该增大4%,轴段最细直径为：mm4 轴承的选择由（3）得最小直径大于31.5由于传动齿轮为斜齿轮，受轴向作用力，所以选择圆锥滚子轴承。安装轴承段的轴直径大于31.5选轴承30207基本尺寸 D=7mm B=17m配合尺寸 5 轴的结构设计（1） 轴承部件的结构设计 为了方便轴承的安装与拆卸，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定方式，按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计（2） 联轴器与轴段1 轴段1上安装联轴器，此设计应与联轴器的选择设计同步进行。为补偿联轴器所连接轴两段的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查机械设计手册，取载荷系数=1.35，计算转矩 =1.35221.7=299.3Nm，符合所选的联轴器。轴孔d=32mm,轴孔长度为，则相应的轴段的直径， （3） 密封圈与轴段2的设计 在确定轴段2的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。该处的圆周速度均小于3m/s，故可选用毡圈油封，查表选取毡圈35JB/ZQ4606-1997，则=35mm。轴段2的长度除与轴上零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关，轴承座宽度为，轴承旁连接螺栓为M8，则=13mm，=11mm，箱体轴承座宽度（4） =34mm。取；轴承与轴段3和轴段7的设计 考虑齿轮有轴向力存在，但是此处的轴径较大，选用单列的圆锥滚子轴承，在轴段1上安装轴承，其直径应既便于安装，又符合轴承的内径系列。现取轴承为30207，则轴承内径为35mm，外径为72mm，宽度为17mm，内圈定位直径=42mm，外径定为=65mm，故=35mm。由于该减速器锥齿轮的圆周速度大于2m/s，轴承采用脂滑，取。为补偿箱体的铸造误差，取轴承靠近箱体内壁的端面与箱体内壁距离=8mm。通常一根轴上的两个轴承选取的型号相同，则=35mm（5） 齿轮与轴段6的设计 轴段6上安装齿轮4，为便于齿轮的安装，应略大于，可初定=38mm，取其轮毂宽度与齿轮宽度相等为59.5mm，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒定位。为了使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段6长度应比齿轮 4的轮毂略短，取为=57mm（6） 轴段5和轴段4的设计 轴段5为齿轮提供轴向定位作用，定位轴肩的高度为h=(0.070.1)=2.944.2mm，取h=4mm，则=46mm，=1.4h=55.6mm，取=10mm 轴段4的直径可取轴承内圈定位直径，故=38mm，齿轮左端面与 箱体内壁距离为： 则轴段4的长度为49.1mm轴段7的长度 轴段2的长度除与轴上零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关，轴承座宽度为，轴承旁连接螺栓为M8，则=13mm，=11mm，32mm=35mm27mm=38mm=57mm=46mm=10mm=42mm40.5mm6键连接的选择及计算齿轮4与轴段间采用A型普通平键连接，轴径38mm，选取平键为128mm，长L=45mm。 联轴器与轴间采用A型平键连接，轴径32mm，选取平键108mm，长L=40mm。挤压应力a由于键和轴都是45钢，查表得=120150MPa显然键连接强度足够 图（4）八 II轴轴承30205寿命的计算1 轴承的寿命计算1.计算总反力垂直面上=1890N 水平面上 轴承总反力 2.计算轴承所受载荷 外部轴向力 所以轴承A 压紧 B放松 3 计算 轴承A 所以X=0.4 Y=1.6=X+Y=1991.2N轴承B 所以X=1 Y=0=X+Y=1991.2N由于 = 该减速器所传递的功率。对于二级减速器，每传递1的功率，需油量为(7001400) ，该减速器所需油量为： 润滑油量满足要求。 所以轴承选择脂润滑。十、减速器机体各部分结构尺寸名称符号计算公式结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M12轴承旁联接螺栓直径M8机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M8轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M6视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M5定位销直径=（0.70.8）5，至外机壁距离查机械设计课程设计指导书表11-2 18 13 13，、至凸缘边缘距离查机械设计课程设计指导书表11-216 11 11外机壁至轴承座端面距离=+（812）32大齿轮顶圆与内机壁距离1.210齿轮端面与内机壁距离10机座肋厚十一 装配图和零件图（1） 附件设计与选择1. 检查孔集检查孔盖 检查孔尺寸为80mm70mm，位置在中间轴的上方；检查孔盖尺寸为12090mm。2. 油面指示装置 选用游标尺M12，由机械设计手册可以查到相关尺寸。3. 通气孔 选用提手式通气器，由机械设计手册可以查到相关尺寸。4. 放油孔及螺塞设置一个放油孔。螺塞选用六角螺塞M161.5JB/T1700-2008，螺塞垫2416JB/T1718-2008，由机械设计手册可以查到相关尺寸。5起吊装置 上箱盖采用吊环M8GB/T825-1988，箱座上采用吊钩，有机械设计手册可以查得相关尺寸。6. 起箱螺钉起箱螺钉查机械设计手册，选取螺钉GB/T117-2000M620两个7. 定位销 定位销可由机械设计手册查得，取GB/T117-2 0635两个。.（2） 绘制装配图和零件图 选择与计算其他附件后，所完成的装配图如所示。减速器输出轴及输出轴上的齿轮零件如两张图所示。十二 设计体会虽然三个星期的时间并不算长，但却使得我获得了很多课上学不到的知识，初步掌握了查找工程用工具书进行机械设计的基本步骤与技能，翻书查表，定尺寸取公差，直至最后的绘图，将设计付诸于图纸这一系列的过程和经验，对我今后的学习和工作无疑是十分珍贵的。在这个过程中，我把课本系统的看了一遍，有的比以前学的更透彻，而且有了整体的概念。同时，还把这些课本的内容都联系了起来，整合到一起，体会到“理论”与“实践”的结合， “技术”与“经验”的结合，真的是受益匪浅。然而，这次设计也暴漏出我的许多不足之处，概念模糊，工作原理搞不清楚，结构设计不合理，缺乏想象力和创新能力等等。机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、材料力学、互换性与技术测量、工程材料、机械设计（机械设计基础）课程设计等于一体。所以，这次课程设计，通过三个星期的实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础。十三 参考文献1 李建功 机械设计机械工业出版社2 孙恒 机械原理高等教育出版社3 陆玉，冯立艳 机械设计课程设计 机械工业出版社4 材料力学 同济大学出版社5 理论力学 高等教育出版社6 毛平准 互换性与测量技术基础 机械工业出版社29