机械设计课程设计说明书圆锥圆柱齿轮减速器

机械设计课程设计说明书设计题目 圆锥-圆柱齿轮减速器机电学院 机械工程及自动化专业班级 学号设计人 指导老师 完成日期 2011年1月16日目录一、设计任务书3二、传动方案的拟订及说明3三、电动机的选择3四、计算传动装置的运动和动力参数5五、传动件的设计计算.7六、轴的设计计算22七、滚动轴承的选择及计算43八、键联接的选择及校核计算44九、联轴器的选择45十、减速器附件的选择45十一、润滑与密封45十二、设计小结46十三、参考资料目录46设计计算及说明结果设计任务书设计一矿用耙斗装岩传动装置，已知主套筒总拉力F=9.5KN（牵引力），住套筒速度v=1.3m/s，运输机连续单向运动，有轻微振动，室外工作，无灰尘；使用期限为8年。（设每年工作300天），单班制。图一二、传动方案的拟订及说明1）采用卧式减速器。2）行星的传动结构紧凑，但是成本高，故不考虑，锥齿轮及蜗杆传动的形式的输入与输出垂直，与卷筒配合起来较为紧凑，故采用圆锥圆柱齿轮。3）据工作机构主动滚筒的直径以及速度计算卷筒的转速为选用同步转速为1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为。按表5-1选定二级圆锥圆柱齿轮减速器！4）加工方式采用水平刨方式。5）由于既有轴向力又有径向力，初步选用圆锥滚子轴承。6）电动机与输入轴之间采用弹性套柱销联轴器，工作机构和输出轴之间牙嵌离合器。三、 选择电动机1）电动机类型和结构型式按工作要求和工作条件，选用一般用途的三相异步电动机。它为卧式封闭结构。2）电动机容量(1)工作机的输出功率(2)电动机输出功率传动装置的总效率依次确定式中各效率：联轴器=0.99、滚动轴承球轴承 =0.99、滚动轴承球轴承=0.98、圆柱齿轮传动=0.97、离合器=0.99、圆锥齿轮传动=0.96。则故 (3)电动机额定功率由机械设计课程上给与设计中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，由机械设计课程上给与设计中查得圆锥-圆柱齿轮传动比范围，则电动机转速可选范围为：根据容量和转速，查机械设计课程上给与设计Y系列三相异步电动机，选定电机，额定功率，满载转速，同步转速。4）电动机的技术数据和外形,安装尺寸由机械设计课程上给与设计查得主要数据，并记录备用。四、计算传动装置的运动和动力参数1）传动装置总传动比2） 分配各级传动比圆锥齿轮传动比又但考虑到后面设计大齿轮的直径相差不多，因此取圆柱齿轮传动比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，即式中： 5）各轴转矩项目轴1轴2轴3轴4转速(r/min)147035082.7482.74功率(kw)14.8213.802.242.19转矩(N*m)96.28376.61529.891499.45传动比13.551效率0.9900.9310.9600.980五、传动件的设计计算圆锥直齿轮设计已知输入功率14.97kw，小齿轮转速1470r/min，齿数比u=4.2，由电动机驱动，工作寿命8年（设每年工作300天），单班制，工作载荷不均匀有中等冲击，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 由机械设计表6-2选择小齿轮材料为(调质)，硬度为260HBS，大齿轮材料为45正火，硬度为210HBS。3） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取整。则。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） 计算小齿轮的转矩为输出转矩查机械设计表6-14选齿宽系数4）由机械设计图6-4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）由机械设计表6.4查得材料的弹性影响系数6） 计算应力循环次数 7) 由机械设计图6-5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，得则取（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v 按表6-6圆整小轮大端分度圆直径：小轮平均分度圆直径：3） 计算齿宽 圆整4） 模数 5） 计算载荷系数根据，8级精度，由机械设计查得动载系数 由推荐值1.051.4 直齿轮使用系数 查机械设计可知 齿向载荷分布系数 由推荐数1.01.2 取接触强度载荷系数6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得 取7） 计算模数 8） 计算齿轮相关参数 3. 按照齿根弯曲疲劳强度设计许用弯曲应力由式子6-12弯曲疲劳极限 查图6-7弯曲疲劳寿命系数 查图6-8弯曲疲劳寿命系数 查图6-9(设模数m小于51） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，得 2） 确定弯曲强度载荷系数3） 计算齿轮相关参数 4） 计算当量齿数 5） 由机械设计表6.5查得齿形系数 应力校正系数 查表6.5 计算大、小齿轮的并加以比较。 6） 设计计算 结合之前算得的m=4可知模数正确。为了同时满足接触疲劳强度算得的分度圆直径,=924=23，选齿数为23，则，取。9）计算相关参数 圆整并确定齿宽 圆柱斜齿轮设计已知输入功率13.8kw，小齿轮转速350r/min，齿数比u=4.23，由电动机驱动，工作寿命8年（设每年工作300天），单班制，工作有中等冲击，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8级精度2） 材料选择 由机械设计表6.2选择小齿轮材料为40Cr 调质大齿轮材料为45 正火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） 由机械设计图6-3选取区域系数5） 由机械设计知重合度系数推荐值0.850.926） 由机械设计表6-4查得材料的弹性系数7） 计算应力循环次数8） 由机械设计图6-4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） 由机械设计图6-5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） 计算法面模数按表6.6圆整 取4） 计算中心距5） 计算螺旋角6） 计算小齿轮分度圆直径直径7） 计算小齿轮的速度8） 计算齿宽9）计算端面啮合角和端面模数10）计算纵向重合度其中经计算 11）计算载荷系数根据，8级精度，由机械设计）推荐值1.051.4得动载系数由机械设计推荐值1.01.2得齿间载荷分配系数由机械设计推荐值1.01.2得齿向载荷分配系数 由机械设计表6.3查得使用系数接触强度载荷系数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）由机械设计表6.5查得齿形系数应力校正系数4）由机械设计图7-7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，由机械设计图6-8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8） 计算大、小齿轮的并加以比较，取较小值计算。 按照弯曲强度来计算 重合度系数螺旋角系数由推荐值0.850.92 4）几何尺寸的计算（1）大轮分度圆直径 （2）根圆直径（3）顶圆直径 六、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 2、 求作用在齿轮上的力 已知高速级小圆锥齿轮的齿宽中点直径而 圆周力、径向力及轴向力的方向如图二所示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），根据机械设计表8.6，取，得取高速轴的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，查机械设计表11.2，由于转矩变化很小，故取，则图二由于该轴与连轴器相连的一端直径要与电机相同，所以查机械设计课程上机与设计，选HL2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度。4、 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（见图三）（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度图三1） 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，为了满端盖密封，2-3轴段右端需制出一轴肩，故取3-4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，由机械设计课程上机与设计表13-2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30309，其尺寸为，。由于6截面右侧必须设防尘槽，取槽深3mm。3） 根据结构上的要求，将轴设计成齿轮轴（如图）6-7段为齿轮（1） 轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计课程上机与设计表11-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为30mm，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。（2） 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、 求轴上的载荷，确定截面载荷水平面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），由机械设计表8.9查得，故安全。6、 精确校核轴的疲劳强度（1） 判断危险截面截面5左侧受应力最大（2） 截面5左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弯曲应力幅 截面上的扭转切应力扭切应力 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表8.9查取。因，经插值后查得配合处综合影响系数以及根据，配合H7/r6由表8.11差值计算得 键槽处的综合影响系数以及根据由表8.10插值计算得 由机械设计表8.12的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计查图8-12得表面质量系数为则轴肩综合系数为键槽处综合影响系数又取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。中间轴设计1、 求输入轴上的功率、转速和转矩 2、 求作用在齿轮上的力已知圆柱斜齿轮分度圆直径 已知圆锥齿轮的分度圆半径为圆周力、，径向力、及轴向力、的方向如图四所示图四3、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），根据机械设计表8.6，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）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，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由机械设计课程上机与设计表13-2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30309，其尺寸为，。 这对轴承均采用套筒进行轴向定位，由机械设计课程上机与设计表13-2查得30309型轴承的定位轴肩高度，因此取套筒直径54mm。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。取。1） 已知圆柱斜轮齿宽，由于结构上的需要，将其设计为齿轮轴，段应略短于轮毂长，故取，在齿轮右端再设一轴肩，取，（3）轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计表11.1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为45mm，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；（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为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（调质），由机械设计表8.7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弯曲应力幅 截面上的扭转切应力扭切应力 轴的材料为，调质处理。由表8.2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表8.9查取。因，经插值后查得配合处综合影响系数以及根据，配合H7/r6由表8.11差值计算得 键槽处的综合影响系数以及根据由表8.10插值计算得 由机械设计表8.12的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计图8-2得表面质量系数为，则轴肩处综合系数为键槽处的综合系数为又取合金钢的特性系数计算安全系数值（3） 截面5左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弯曲应力幅 截面上的扭转切应力扭切应力 综合系数仍取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圆周力、径向力及轴向力的方向如图六所示图六3、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），根据机械设计表8.6，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，由机械设计，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计课程上机与设计，选离合，半离合器的孔径，故取，离合器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为60mm。1、 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）为了满足半离合器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的 直径,长度50mm，半离合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 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，由机械设计课程上机与设计表13-2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32914，其尺寸为，算上挡油环长度，取。左端轴承采用挡油环进行轴向定位。齿轮左端以及轴承的定位采用挡油环，已知齿轮轮毂的宽度为100mm，为了使挡油环端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径为。轴环宽度，取。（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，按由机械设计表11-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为90mm，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，半离合器与轴的连接，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4左侧受应力最大（2）截面4左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弯曲应力幅 截面上的扭转切应力扭切应力 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表8.9查取。因，经插值后查得 配合处综合影响系数以及根据，配合H7/r6由表8.11差值计算得 键槽处的综合影响系数以及根据由表8.10插值计算得 由机械设计表8.12的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计查图8-12得表面质量系数为轴肩处则综合系数为键槽处综合影响系数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，由机械设计课程上机与设计表13-7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30308，其尺寸为,，e=0.35,Y=1.7,载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则则 则故合格。中间轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计课程上机与设计表13-7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30309，其尺寸为,，e=0.35,Y=1.7,载荷水平面H垂直面V支反力F则则则 查表则因 则故合格。输出轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计课程上机与设计表13-7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31314，其尺寸为,，e=0.83,Y=0.7,载荷水平面H垂直面V支反力F则则因则 查表则因 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。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。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。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HL2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度。十、减速器附件的选择由机械设计课程上机与设计选定通气帽，A型压配式圆形油标A20（GB1160.1-89），外六角油塞及封油垫,启盖螺钉M6。十一、润滑与密封齿轮采用浸油润滑，由机械设计课程上机与设计表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。十二、设计小结这次关于链式运输机上的两级圆锥圆柱齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过三个星期的设计实践，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.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、理论力学、材料力学、互换性与技术测量、工程材料、机械设计课程设计等于一体。这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想、训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反应和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助。设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。十三、参考文献1、机械设计东南大学出版社出版社2、机械设计课程上机与设计东南大学出版社3、机械设计（第八版）濮良贵，纪名刚主编高等教育出版社4、机械设计课程设计金清肃主编 华中科技大学出版社5、机械原理朱理主编 高等教育出版社6、工程制图赵大兴主编 高等教育出版社7、材料力学刘鸿文主编 高等教育出版社 8、机械设计手册） 机械设计手册编委 机械工业出版社9、机械制图实例教程 钟日铭主编 清华大学出版社10、互换性与测量技术基础 徐学林主编 湖南大学出版社11、金属机械加工 赵如福主编 上海科学技术出版社12、减速器和变速器机械设计手册编委 机械工业出版社因此符合 符合条件符合条件