圆锥圆柱齿轮减速器设计说明书

精选优质文档-倾情为你奉上 机械设计课程设计 题 目： 二级圆锥圆柱齿轮减速器 学 院： 机电工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机械081 学 号： 3 姓 名： 杜笑天 指导教师： 冯晓宁 教授 2011年2月21日2011年3月11日目 录一、 机械设计课程设计任务书1.1机械设计课程设计的目的1.2机械设计课程设计的内容及要求1.3机械设计课程设计的时间安排二、传动装置总体设计方案2.1传动装置总体设计方案2.2 电动机的选择2.4 计算传动装置的运动和动力参数三、传动零件的设计3.1圆锥齿轮的设计计算 3.2斜齿轮的设计计算四、轴及其上配件的设计4.1低速轴的设计、校核及其上零件的设计4.2高速轴及其上零件的设计4.3中间轴及其上零件的设计五、轴承的校核5.1低速轴上轴承的校核5.2高速轴和中间轴上轴承的校核六、键的强度校核七箱体的主要结构尺寸八、箱体附件的设计九设计小结十参考资料一、机械课程设计任务书1.1 机械设计课程设计的目的机械设计课程设计是一次全面设计训练，是重要的综合性、实践性教育环节。其目的是：1. 综合运用机械设计和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题。 2. 掌握机械设计的一般方法和步骤，培养学生具备简单机械和零部件的设计能力、培养学生正确设计思想、分析问题和解决工程实际问题的能力。 3. 提高学生设计计算、绘图能力和运用技术标准，查图表、手册及相关资料的能力。1.2机械设计课程设计内容及要求机械设计课程设计内容包括：传动装置的总体设计；传动件（齿轮、轴等）的设计计算和标准件（轴承、链、联轴器等）的选择及校核；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。在机械设计课程设计中应完成的任务：工作分成两部分，一部分是方案分析和设计计算,另一部分是绘制图纸。1. 减速器装配工作图1张（A0或A1）；2. 零件工作图2张（齿轮、轴各1张，A2）；3. 设计计算说明书一份（A4） 图纸先手工绘制草图，再用AutoCAD软件绘制计算机图纸。设计计算说明书按规范用计算机打印。1.3机械设计课程设计的时间安排机械设计课程设计的时间为3周。具体安排如下：1传动装置总体设计（2天）2. 装配草图设计（4天、包含上机）3. 零件工作图设计(4天、包含上机)4. 编写设计计算说明书（3天、包含图纸和说明书打印） 5. 答辩（2天）以上天数不包含双休日。二、传动装置的总体设计1. 传动装置总体设计方案设计一用于胶带输送机卷筒的传动装置。 图1 胶带输送机工作装置原始条件和数据胶带输送机两班制连续单向运转，载荷平稳，空载起动，室内工作，有粉尘；使用期限10年，大修期3年。该机动力来源为三相交流电，在中等规模机械厂小批生产。输送带速度允许误差为5%。输送带工作拉力：2000N输送带速度：0.9m/s卷筒直径：300mm胶带输送机传动方案 图2 胶带输送机传动方案2. 电动机的选择（1）电动机类型的选择 按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。 （2）确定电动机功率工作装置所需功率P按下式计算P= kW式中，F=2000N，v=0.9m/s,取工作装置的效率=0.94.带入上式得：P=1.91 kW电动机的输出功率P按下式计算P= kW式中，为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率。式中，；取滚动轴承效率0.995，8精度齿轮传动效率0.97，滑块联轴器效率0.98，圆锥齿轮传动效率0.97则故 P= kW因载荷平稳，电动机额定功率P只需略大于P即可，按表8-169中Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为2.2KW。（3） 确定电动机转速卷筒作为工作轴，其转速为： r/mim单级圆柱齿轮传动比=35，单级圆锥齿轮传动比=24.5动范围为=24.535=622.5，可见电动机转速的可选分为为：（622.5）57.32=343.921289.7r/mim符合这一范围的同步转速有750 r/mim和1000 r/mim两种，为减少电动机的重量和价格，由表8-169选常用的同步转速为1000 r/mim的Y系列电动机Y112M-6，其满载转速 r/mim。由表8-170、表8-172中查得，电动机的中心高为265mm，总长463mm，轴直径28mm，两段轴外伸长度均为60mm。3. 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 （1）传动装置总传动比（2）分配传动装置各级传动比由式（2-5），取圆锥齿轮。3. 计算传动装置的运动和动力参数（1） 各轴转速由式（2-6）1轴 r/mim 2轴 r/mim3轴 r/mim 工作轴 r/mim（2） 各轴输入功率由式（2-7）1轴 kW 2轴 kW 3轴 kW 工作轴 kW（3） 各轴输入转矩由式（2-8） 电动机输出 Nm 1轴 Nm 2轴 Nm 3轴 Nm 工作轴 Nm将以上算得的运动参数列表如下：电动机1轴2轴3轴工作轴转速（r/mim）940940254.7457.3757.37功率（kW）2.172.152.011.941.88转矩（Nm）22.04621.8475.35322.94312.94传动比 i13.694.441功率 0.990.93530.9650.99 三、 传动零件的设计计算1. 高速级圆锥齿轮的设计计算 kW r/mim 齿数比 u=3.65 工作寿命 10年（1） 选择齿轮类型、材料、精度以及参数1）选用圆锥直齿齿轮传动2）选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为45钢，小齿轮调质处理齿面硬度取280HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取240HBS。3）选取齿轮为8级精度（GB1009588）4）选取小齿轮齿数Z1=20，Z2=i1Z2=3.6520=73（2） 按齿面接触强度设计1）查表得使用系数=1，动载系数=1.132）cos cos当量齿数 当量齿数重合度 3）4）齿向载荷分布系数=1.875所以载荷系数1.01.311.875=2.1195） 查取齿宽系数36） 查得弹性系数=189.87） 查得区域系数=2.58）查取材料接触疲劳强度极限：查图得，小齿轮为=600Mpa,大齿轮=550 Mpa9）计算应力循环次数N =mm（3） 确定主要参数 1）大端模数由于轴径和小圆锥齿轮外形尺寸的限制，需要放大其模数，因此取大端模数为 M=3 2）大端分度圆直径 3）锥距mm 4）齿宽b=40（4）轮齿弯曲疲劳强度验算 1）齿形系数=2.60, YFa2=2.06 2）应力修正系数按当量齿数查图得：=1.595，=1.97（3）重合度系数Y：Y=0.25+=0.25+=0.708（4）齿间载荷分配系数KFa：KFa=1/ Y=1/0.708=1.412 载荷系数K：K=2.119（5）齿根工作应力：= =35.566N/mm2 =34.804N/mm2（6）弯曲疲劳极限由图查得：=500N/mm2 380N/mm2（7）弯曲寿命系数KN：K=0.85 K=0.88（8）弯曲疲劳强度最小安全系数SFmin查得：SFmin=1.4（9）许用弯曲疲劳应力：=303.57N/mm2=238.86N/mm2（10）弯曲疲劳强度校核： = 125.83N/mm2 =40.30N/mm2所以满足弯曲疲劳强度要求【3】。（注：本节查表查图见机械工程及自动化简明设计手册 叶伟昌 2001）（5） 圆锥齿轮尺寸列于下表名称代号计算公式结果小齿轮大齿轮传动比i3.65法面模数m3法面压力角标准值齿数z2073分度圆直径d60219齿顶圆直径56.940220.585齿根圆直径53.056217.098齿宽b40402. 圆柱斜齿轮的设计计算（1） 选精度等级、材料及参数 1)大、小齿轮的材料均为45钢。2)小齿轮硬度为250HBS，大齿轮硬度为220HBS，等级均为8级，大齿轮正火，小齿轮调质处理。3) 选取小齿轮齿数Z=25，Z=Z=4.425=110取Z=110（2） 按齿面接触强度设计 1）确定公式内的各计算数值 选取齿宽系数=1 由图10-21e查得=600 MPa ，=570 MPa 计算接触疲劳许用应力（失效概率为1%，安全系数S=1） 试取，螺旋角 由图10-30选取区域系数 选载荷系数 计算小齿轮传递的转矩Nm 由表10-6查得材料的弹性影响系数 由式10-13计算应力循环次数 由图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 2）计算 试算小齿轮分度圆直径，带入中的较小的值 = 计算圆周速度 计算齿宽b及模数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 根据v=0.661m/s，8级精度，由图10-8查得动载荷系数Kv=1.02 由表10-3查得，从表10-4查得，另由图10-13查得 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 mm 计算模数 mm，m取2.5mm （3）按齿根弯曲强度设计 1）确定计算参数 计算载荷系数 由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限，弯曲疲劳系数，安全系数S=1.4 计算弯曲疲劳许用应力 计算大小齿轮的并加以比较 小齿轮的数值较大 （4）几何尺寸计算计算中心距将中心距取为174mm 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 计算大小齿轮的分度圆直径 计算齿轮宽度 圆整后取 （5）斜齿轮尺寸列于下表名 称代号计算公式结 果小齿轮大齿轮传 动 比4.4法面模数 法面压力角标准值齿 数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿 宽四、 轴的设计计算1. 低速轴的设计（1） 求输出轴上的功率，转速和转矩 ，Nmm（2） 求作用在齿轮上的力 （3） 初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，根据 表15-3，取，于是得 联轴器的计算转矩，取 Nm选用TL7型的弹性套柱销联轴器，其公称转矩为500Nm，半联轴器的孔径为40mm，半联轴器长度为112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。 （4）轴的结构设计 1）拟定轴的装配方案（如上图所示） 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 根据联轴器的直径要求，取，为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端制作出一轴肩，故取2-3段的直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm，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段的长度应比毂孔长度略短一些，先取。初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0组游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为dDT=5011029.25mm，故，而。取安装齿轮处的轴段4-5的直径，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为55mm，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，齿轮的右端采用轴肩定位，故取，。根据轴承端盖的宽度取。根据右端轴承的轴向定位，取。对照与中间轴的齿轮啮合位置，取，。3） 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接，按由表6-1查得平键为161056mm，同时为了保证在工作条件下键的强度，经过计算得，应取双键，对称布置，为使齿轮和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，选用平键为12870mm，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，此处选轴的直径尺寸公差为k6.4） 确定轴上圆角和倒角尺寸1处、8处倒角为2mm，其余各圆角半径均为5mm。（5） 求轴上的载荷 1）如上图所示，根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，查得a=26mm，上图中。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的相关值列入下表。载荷水平面垂直面支反力F弯矩M总弯矩扭矩TT=322.94Nm（6） 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据上表中的数据，以及轴单向旋转，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，调质处理，由表15-1查得，因此，故，安全。（7） 精确校核轴的疲劳强度截面A，2，3，B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按钮转强度较为宽裕确定的，所以截面A，2，3，B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面4和5处过盈配合配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C上的应力最大。截面5的应力集中 影响和截面4的相近，但截面5不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截面C不必校核。截面6和7显然更不必校核。键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面4左右两侧即可。2） 截面4左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面4左侧的弯矩M为 Nm 截面4上的扭矩为 =322.94Nm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附表3-2查取。因，经插值后可查表得 =2.0， =1.33又由附图3-1可得轴的材料的敏感系数为 ， 故有效应力集中系数为 由附图3-2的尺寸系数；由附图3-3的扭转尺寸系数，轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为 轴未经表面强化处理，即，则 又因碳钢的特性系数 =0.10.2， 取=0.1 =0.050.1， 取=0.05于是，计算安全系数值，则 故可知其安全。3）截面4右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面4左侧的弯矩M为 Nm截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取=0.8，于是得 =3.14 =0.8=0.83.14=2.512 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为 故得综合系数为 所以轴在截面4右侧的安全系数为 故该轴在截面4的强度是足够的。2. 高速轴的设计（1） 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取，于是得 联轴器的计算转矩，取 Nm按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，但同时需要满足另一半联轴器需连接与电动机一端，故另一端孔径为18mm，所以选用TL3，其许用半联轴器孔径为18mm，故取，半联轴器长度为42mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为42mm。 （2）轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 根据联轴器的直径要求，取，为了满足半联轴器的轴向定位要求，7-8轴段左端制作出一轴肩，故取6-7段的直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度为42mm，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7-8段的长度应比毂孔长度略短一些，先取。初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0组游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为dDT=307220.75mm，故，。取安装齿轮处的轴段1-2的直径，齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位。根据轴承端盖的宽度取。根据右端轴承的轴向定位，取， 3）轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接，按由表6-1查得平键为8736mm，为使齿轮和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，此处选轴的直径尺寸公差为k6。4） 确定轴上圆角和倒角尺寸1处、8处倒角为2mm，其余倒圆半径均为5mm。（3） 轴的强度校核校核的方法与低速轴相类似，经过具体的校核，得该轴结构是符合要求的，是安全的。3. 中间轴的设计（1） 初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取，于是得 （2）轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度根据最小许用直径以及轴承的规格，取，故，。初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。由轴承产品目录中初步选取0组游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承3030，其尺寸为dDT=256218.25mm，。齿轮的齿宽为60mm，故可知，在5-6段，锥齿轮的轮毂长度为36mm，取，。为使锥齿轮在轴向的定位，取轴肩4-5段。为使轴承的轴向定位，取。根据中间轴中各传动件与高速轴和低速轴上的传动件进行啮合，取，。3）轴上零件的周向定位轴上零件的周向定位采用平键连接，由表6-1查得该轴上的平键为8725mm，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，此处选轴的直径尺寸公差为k6。4） 确定轴上圆角和倒角尺寸倒角为2mm，倒圆半径均为5mm。（4） 轴的强度校核 校核的方法与低速轴相类似，经过具体的校核，得该齿轮轴结构是符合要求的，是安全的。五、轴承的校核1.校核低速轴上的轴承 该轴上轴承的型号为30310，其计算简图如下所示（1）轴承的径向载荷轴承A：轴承B：（2）轴承的轴向载荷轴承A：轴承B：（2）轴承的轴向载荷查表13-7得圆锥滚子轴承的内部轴向力计算公式为 查表可得30310轴承的Y=1.7。故，方向为自左向右； ，方向为自右向左。由，故轴承A被压紧，B被放松。所以，两轴承的总轴向力为：，。（3）计算当量动载荷由表查得圆锥滚子轴承30310的取载荷系数，轴承A：e则轴承B：e则（4）计算轴承寿命因为，轴承A受载大，所以按轴承A计算寿命，查得30310轴承基本额定载荷，轴承工作温度小于，取温度系数，则轴承寿命 按3年的使用寿命计算，两班制工作，每年300个工作日，轴承的预期寿命为 ，,所以所选轴承合适。2. 对中间轴和高速轴的轴承校核以同样的方法校核，得到各轴承均满足要求。六、键的强度校核1.低速轴上的键校核（1）对于轴段上的键，型号为161056mm 因此合适。（2）对于轴段上的键，规格为12870mm因此合适3. 对于高速轴和中间轴上各键的校核按照同样的方法，可知均能满足需要。 七、 箱体的主要结构尺寸 箱体的主要参数的计算及结果列于下表。 名称符号减速器型式及尺寸关系齿轮减速器箱座（体）壁厚8箱盖壁厚8箱座、箱盖、箱座低凸缘厚度地脚螺栓直径及数目轴承旁联接螺栓直径12箱盖、箱座联接螺栓直径10轴承端盖螺钉直径轴高速轴中间轴低速轴直径81012数目666检查孔盖螺钉直径8至箱体外壁距离至凸缘边缘距离直径M8M10M12M241416183412141628轴承座外径轴中间轴低速轴直径116176轴承旁联接螺栓距离轴中间轴低速轴直径116176轴承旁凸台半径轴承旁凸台高度90箱外壁至轴承端面距离58箱盖、箱座肋厚大齿轮顶圆与箱内壁间距12齿轮端面与箱内壁距离10八、箱体附件的设计（1）视孔盖和检查孔为了检查传动件啮合情况、润滑状态以及向箱体内注油，在箱体盖上部便于观察传动件啮合区的位置开足够大的检查孔，平时则将检查孔盖板盖上并用螺钉予以固定，盖板与箱盖凸台接合面间加装防渗漏的纸质封油垫片。盖板材料选用铸铁。盖板用铸铁制成，并用M8的螺钉紧固，有关数据见表7.（2）排油孔螺塞为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱体底部油池最低处设有排油孔，平时排油孔用螺塞及封油垫封住。排油孔螺塞材料选用Q235，封油垫材料选用石棉橡胶纸。排油孔螺塞的直径根据1可知，取箱座壁厚的2-3倍，故取d=20mm。（3）油标油标用来指示箱内油面的高度，在此选用杆式油标（游标尺）。杆式油标上有按最高和最低油面的确定的刻度线，观察时拔出杆式油标，由其上的油痕判断油面高度是否适当。油标应安置在油面稳定及便于观察处。（4）通气器为沟通箱体内外的气流使箱体内的气体的气压不会因减速器运转时的温升而增大、从而造成减速器密封处渗漏，在箱盖顶部或检查孔盖板上安装通气器。通气器结构应具防止灰尘进入箱体以及足够的通气能力。在此，选择钢制通气器，并焊接在钢制检查孔盖板上。（5）起盖螺钉箱盖、箱座装配时在剖分面上所涂密封胶给拆卸箱盖带来不便，为此常在箱盖的联接凸缘上加工出螺孔，拆卸时，拧动装于其中的起盖螺钉便可方便地顶起箱盖。起盖螺钉的直径一般与箱体凸缘联接螺栓直径相同，其螺纹长度大于箱体凸缘的厚度，材料为35号钢并通过热处理使硬度达HRC28-38.(6) 定位销为确定箱座与箱盖的相互位置。保证轴承座孔的镗孔精度与装配精度，应在箱体的联接凸缘上距离尽量远处安置两个定位销，并尽量设置在不对称位置。取销的直径（小端直径），为箱座、箱盖凸缘联接螺栓的直径。故其直径；取其长度应稍大于箱体联接凸缘的总厚度，以利于装卸。（7）起吊装置吊环装置装在箱盖上，用来拆卸和吊运箱盖箱座。在此直接在箱盖上铸出吊耳环提吊箱体，以便减少机工加工量。（8）轴承盖选用螺钉联接式的轴承盖结构形式。材料为Q235，当轴承采用输油沟飞溅润滑时为使油沟中的油能顺利进入轴承室，需在轴承盖端部车出一段小直径和铣出径向对称缺口。九、课程设计小结本次课程设计的课题，对于我是一次新的大胆的尝试。机械设计课程设计结束了，通过本次的设计，不仅知道了设计减速箱的步骤、过程，清楚了减速器有哪些组成部分，而且学到了很多也从中看到了自己的许多不足，有时考虑不周到，导致装配出现问题，必须重新设计计算，不过设计就是在不断的实践不断的修改的。又因为缺乏实际操作，对一些经验设计很陌生，不知道如何下手。在设计过程中，还会遇到以下问题：1）对设计计算公式陌生，不知道用哪个计算公式计算；2) 不清楚哪些尺寸需要标注公差、粗糙度的选择、配合公差的选择等；3）材料的选择，零件的工艺等。在整个过程中，我们不断查阅资料，寻找线索，加强了自学、自主能力，并且很好的将以前学的知识串联起来了，课堂上学的抽象的理论也运用到了实践当中。我们认识到即使一个看起来简单的小小的减速器设计起来并不容易，特别是在要求设计精准，工作性能好的前提下。在这次设计过程中，我感到压力，我还看到，要成为一名优秀的设计工程师，不仅要有强硬的理论知识，丰富的实际操作经验，而且还必须有严谨的思维。十、参考文献1 陈秀宁， 施高义. 机械设计课程设计（第二版）.浙江大学出版社， 19952 濮良贵， 纪名刚. 机械设计（第八版）. 北京高等教育出版社， 20063 韩晓娟，机械设计课程设计指导手册. 中国标准出版社，20084 杨沿平. 机械精度设计与检测技术基础. 北京： 机械工业出版社， 20045 成大先. 机械设计手册. 北京： 化学工业出版社， 20046 孙恒，陈作模，葛文杰，机械原理. 高等教育出版社，2006.5专心-专注-专业