减速器设计说明书二级圆锥圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计二级圆锥圆柱减速器设计说明书专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 目 录1 传动简图的拟定22 电动机的选择33 传动比的分配44 传动参数的计算45 链传动的设计与计算56 圆锥齿轮传动的设计计算67 圆柱斜齿轮传动的设计计算98 轴的设计计算139 键连接的选择和计算3010 滚动轴承的设计和计算3111 联轴器的选择3312 箱体的设计3313 润滑和密封设计35设计总结36参考文献361 传动简图的拟定1.1 技术参数：输送链的牵引力F： 9 kN ，输送链的速度V ：0.35 m/s，链轮的节圆直径d：370 mm。1.2 工作条件： 连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期10年（每年300个工作日，小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速允许误差5%。链板式输送机的传动效率为95%。1.3 拟定传动方案传动装置由电动机，减速器，工作机等组成。减速器为二级圆锥圆柱齿轮减速器。外传动为链传动。方案简图如图。 方案图2 电动机的选择2.1 电动机的类型：三相交流异步电动机（Y系列）2.2 功率的确定2.2.1 工作机所需功率 (kw):=/(1000)=90000.35/(10000.95)= 3.316kw2.2.2 电动机至工作机的总效率：= =0.990.970.980.96=0.8503（为联轴器的效率，为圆锥滚子轴承的效率，为圆锥齿轮传动的效率（七级精度（油润滑），为圆柱齿轮的传动效率（七级精度（油润滑），为链传动的效率）2.2.3 所需电动机的功率 (kw): =/=3.316Kw/0.8503=3.900kw2.2.4电动机额定功率: 2.4 确定电动机的型号因同步转速的电动机磁极多的，尺寸小，质量大，价格高，但可使传动比和机构尺寸减小，其中=4kN，符合要求，但传动机构电动机容易制造且体积小。由此选择电动机型号：Y132M16电动机额定功率=4kN,满载转速=960r/min工作机转速=60*V/(*d)=18.066r/min 电动机型号额定功率(kw)满载转速(r/min)堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y132M1649602.02.0 3 传动比的分配总传动比：=/=960/18.066=53.138 设高速轮的传动比为,低速轮的传动比为,链传动比为，减速器的传动比为。链传动的传动比推荐2至5，选=5，则=/=10.628 ,=2.657,选=2.7，则=/=3.936，选=3.9 。 =2.73.95=52.65=（-）/=（52.65-53.138）/53.138=-0.918% S=1.5故可知安全。8.1.16 截面6左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6左侧弯矩 截面6上的扭矩 =39.394Nm截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力由课本附表3-8用插值法求得/=2.136，则/=0.82.136=1.709轴按磨削加工，有附图3-4查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为/+1/=2.136+1/0.92=2.223 /+1/=1.709+1/0.92=1.796又取碳钢的特性系数所以轴的截面5右侧的安全系数为S=1.5故可知其安全。8.2 中间轴设计8.2.1 求输入轴上的功率、转速和转矩 =3.764kW =355.556r/min =101.099Nm8.2.2 求作用在齿轮上的力已知小圆柱斜齿轮的分度圆半径=68.063mm=2970.748/cos=1115.053N=2970.748=1081.264N已知大圆锥齿轮的平均分度圆半径mm 8.2.3 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），根据课本表15-3，取，得中间轴的最小值显然是安装滚动轴承的直径。因轴上有两个键槽，故直径增大10%15%，故8.2.4 拟定轴上零件的装配方案如图8.2.5 初步选择圆锥滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据=，由指导书表15-1中初步选取02系列，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸为，所以=30mm。8.2.6 取安装圆锥齿轮的轴段，锥齿轮左端采用套筒定位，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。8.2.7 已知圆柱斜齿轮齿宽=60mm，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=58mm。8.2.8 箱体以小圆锥齿轮中心线为对称轴，由圆锥齿轮的啮合几何关系，推算出，箱体对称线次于截面3右边26.5mm处，根据对称性和各轴上零件分布取，8.2.9 轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由课本表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为28mm，选择齿轮轮毂与轴的配合为；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按由课本表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为45mm，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。8.2.10 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为。8.2.11 求轴上的载荷 根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承轴的结构图，以及弯矩和扭矩图中可以看出圆柱齿轮位置的中点截面是轴的危险截面。计算出的圆柱齿轮位置的中点截面处的、及的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T=101.099Nm8.2.12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，调质处理，由课本表15-1查得许用弯曲应力，因此，故安全。8.2.13判断危险截面：截面6右侧受应力最大8.2.14截面6右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6右侧弯矩 截面6上的扭矩 =101.099Nm 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45，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课本附表3-2查取。因，经插值后查得 =2.112 =1.790又由课本附图3-1可得轴的材料敏感系数为 故有效应力集中系数为= = 由课本附图3-2查得尺寸系数，附图3-3查得扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则综合系数为/+1/=1.901/0.84+1/0.92=2.350 /+1/=1.672/0.84+1/0.92=2.077计算安全系数值S=1.5故可知安全。8.2.15 截面6左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6左侧弯矩 截面6上的扭矩 =101.099Nm截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力由课本附表3-8用插值法求得/=2.256，则/=0.82.256=2.232轴按磨削加工，有附图3-4查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为/+1/=2.256+1/0.92=2.343 /+1/=2.232+1/0.92=1.892又取碳钢的特性系数所以轴的截面5右侧的安全系数为S=1.5故可知其安全。8.3 输出轴的设计8.3.1 求输入轴上的功率、转速和转矩 =3.578kW =91.681r/min =374.801Nm8.3.2 求作用在齿轮上的力 已知大圆柱斜齿轮的分度圆半径 =261.938mm=2861.754/cos=1074.143N=2861.754=1041.593N8.3.3 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），根据课本表15-3，取，得中间轴的最小值显然是安装滚动轴承的直径。因轴上有两个键槽，故直径增大10%15%，故8.3.4 拟定轴上零件的装配方案如图。8.3.5 由图可得为整个轴直径最小处选=45 mm 。为了满足齿轮的轴向定位，取。根据链轮宽度及链轮距箱体的距离综合考虑取，。8.3.6 初步选择圆锥滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据=，由指导书表15-1中初步选取02基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30211，其尺寸为，所以=55mm。这对轴承均采用甩油环进行轴向定位，由表15-7查得30211型轴承的定位轴肩高度，因此取。去安装支持圆柱齿轮处直径。8.3.7 已知圆柱斜齿轮齿宽=55mm，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=53mm。8.3.8 由于中间轴在箱体内部长为212.5mm，轴承30211宽为22.75mm，可以得出，。至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。8.3.9 轴上的周向定位圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按由指导书表14-26查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为45mm。选择齿轮轮毂与轴的配合为；链轮的周向定位采用平键连接，按由指导书表14-26查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm。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。8.3.10 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为。8.3.11 求轴上的载荷 根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承从轴的结构图，以及弯矩和扭矩图中可以看出圆柱齿轮位置的中点截面是轴的危险截面。计算出的圆柱齿轮位置的中点截面处的、及的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T=374.801Nm8.3.12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，调质处理，由课本表15-1查得许用弯曲应力，因此，故安全。8.3.13判断危险截面：截面6右侧受应力最大8.3.14截面6右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6左侧弯矩 截面6上的扭矩 =374.801Nm 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45，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课本附表3-2查取。因，经插值后查得 =2.000 =1.143又由课本附图3-1可得轴的材料敏感系数为 故有效应力集中系数为= = 由课本附图3-2查得尺寸系数，附图3-3查得扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则综合系数为/+1/=1.82/0.7+1/0.92=2.687 /+1/=1.122/0.82+1/0.92=1.455计算安全系数值S=1.5故可知安全。8.3.15 截面6左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6左侧弯矩 截面6上的扭矩 =374.801Nm截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力由课本附表3-8用插值法求得/=2.616，则/=0.82.616=2.093轴按磨削加工，有附图3-4查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为/+1/=2.616+1/0.92=2.703 /+1/=2.093+1/0.92=2.180又取碳钢的特性系数所以轴的截面5右侧的安全系数为S=1.5故可知其安全。9 键连接的选择和计算9.1 输入轴与联轴器的链接 轴径，选取的平键界面为，长L=70mm。由指导书表14-26得，键在轴的深度t=3.5mm，轮毂深度2.8mm。圆角半径r=0.16mm。查课本表6-2得，键的许用应力。 满足强度要求。9.2 输入轴与小圆锥齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=45mm。由指导书表14-26得，键在轴的深度t=4.0mm，轮毂深度3.3mm。圆角半径r=0.25mm。查课本表6-2得，键的许用应力。 满足强度要求。9.3 中间轴与大圆锥齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=28mm。由指导书表14-26得，键在轴的深度t=5.0mm，轮毂深度3.3mm。圆角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。 满足强度要求。9.4 中间轴与小圆柱齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=45mm。由指导书表14-26得，键在轴的深度t=5.0mm，轮毂深度3.3mm。圆角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。 满足强度要求。9.5 输出轴与大圆柱齿轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=63mm。由指导书表14-26得，键在轴的深度t=5.5mm，轮毂深度3.8mm。圆角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。 满足强度要求。9.6 输出轴与滚子链轮的链接轴径，选取的平键界面为，长L=45mm。由指导书表14-26得，键在轴的深度t=6.0mm，轮毂深度4.3mm。圆角半径r=0.3mm。查课本表6-2得，键的许用应力。 满足强度要求。10 滚动轴承的设计和计算10.1 输入轴上的轴承计算10.1.1 初选30206轴承，已知:，e=0.37，Y=1.6，,10.1.2 求两轴承的轴向力 10.1.3 求轴承当量动载荷和 e e由课本表13-5查得，；，当量动载荷 10.1.4 验算轴承寿命故可以选用。10.2 中间轴上的轴承计算10.2.1 初选30206轴承，已知:，e=0.37，Y=1.6，,则10.2.2 求两轴承的轴向力 10.2.3 求轴承当量动载荷和 由课本表13-5查得，；，当量动载荷 10.2.4 验算轴承寿命故可以选用。10.3 输出轴上的轴承计算10.2.1 初选302011轴承，已知:， ,，e=0.4，Y=1.5，10.2.2 求两轴承的轴向力 10.2.3 求轴承当量动载荷和 由课本表13-5查得，；，当量动载荷 10.2.4 验算轴承寿命故可以选用。11 联轴器的选择在轴的计算中已选定联轴器型号，选LM4型棉花形弹性联轴器。其公称转矩为，许用转速为9000 r/min。12 箱体的设计12.1 箱体的基本结构设计箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并保证传动件的啮合精度，使箱体有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约占减速器的一半，所以箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗，重量及成本等有很大的影响。箱体结构与受力均较复杂，各部分民尺寸一般按经验公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。12.2 箱体的材料及制造方法选用HT200，铸造箱体。12.3 箱体各部分的尺寸（如表1、2）表1：箱体参数名 称符 号圆锥圆柱齿轮减速器计算结果箱座壁厚0.0125（）+1mm8mm8箱盖壁厚（0.80.85）8mm8地脚螺钉直径df0.018（）+1mm12mm12地脚螺钉数目nn=4箱座凸缘厚度b1.512箱盖凸缘厚度1.512箱座底凸缘厚度p2.520轴承旁连接螺栓直径d10.75 df10箱座与箱盖连接螺栓直径d2(0.50.6) df8连接螺栓d2的间距l150200mm轴承端盖螺钉直径d3(0.40.5) df8视孔盖螺钉直径d4(0.30.4) df6定位销直径d(0.70.8) d28df、d1 、d2至外机壁距离见表2d1 、d2至缘边距离见表2轴承旁凸台半径凸台高度h38.5外箱壁到轴承端面距离c1+ c2+(58)mm50大齿轮齿顶圆与内机壁距离8齿轮端面与内箱壁的距离8机盖、机座肋厚、mm10.851，m0.856.6轴承端盖外径轴承座孔直径+5 d3100、140轴承旁连接螺栓距离S尽量靠近，以Md1和Md3不发生干涉为准表2：连接螺栓扳手空间c1 、c2值和沉头座直径螺栓直径M8M10M12M16M20M24M301316182226344011141620242834沉头座直径1822263340486113 润滑和密封设计13.1 润滑齿轮圆周速度v5m/s所以采用浸油润滑，轴承采用脂润滑。浸油润滑不但起到润滑的作用，同时有助箱体散热。为了避免浸油的搅动功耗太大及保证齿轮啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，设计的减速器的合适浸油深度H1 ，对于圆锥齿轮整个齿宽浸入油中（至少半个齿宽）；对于圆柱齿轮，低速级大齿轮，约为1个齿高到（1/6至1/3）个齿轮半径。油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损，也不易散热。取齿顶圆到油池的距离为50mm。13.2 密封减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承内侧、箱体接受能力合面和轴承盖、窥视孔和放油的接合面等处。13.2.1 轴伸出处的密封：作用是使滚动轴承与箱外隔绝，防止润滑油漏出以及箱体外杂质、水及灰尘等侵入轴承室，避免轴承急剧磨损和腐蚀。由脂润滑选用毡圈密封，毡圈密封结构简单、价格便宜、安装方便、但对轴颈接触的磨损较严重，因而工耗大，毡圈寿命短。13.2.2 轴承内侧的密封：该密封处选用甩油环密封，其作用用于脂润滑的轴承，防止过多的油进入轴承内，破坏脂的润滑效果。13.2.3 箱盖与箱座接合面的密封：接合面上涂上密封胶。设计总结虽然这次课程设计只有短短的三周，但是使我体会到了很多。明白了一张比较完美的装配图是要付出多少努力，加强了我的动手、思考和解决问题的能力，使我对机械设计有更深刻的认识。同时要感谢李老师多次对我们的教学辅助与指导，给我们指出了多处制图上不妥的地方。也要感谢学校为我们提供了良好的教学环境，为我们设计提供了硬件支持和提供了各种参考资料。 参考文献1 濮良贵、纪名刚主编机械设计北京：高等教育出版社，20062 李育锡主编，机械设计课程设计指导书，北京：高等教育出版社，20086.3 孙恒、陈作模主编机械原理第七版北京：高等教育出版社，20064 裘文言、张祖继、瞿元赏主编机械制图高等教育出版社，20035 刘鸿文主编材料力学第四版.高等教育出版社，20046 吴宗泽、罗国圣主编机械设计课程设计手册北京：高等教育出版社，2004=3.316kw=0.8503=3.900kw=18.066r/min =960r/min电动机型号：Y132M16=53.138=2.7=3.9=5=960r/min=384r/min=89.302r/min=17.860r/min=3.920kW=3.765kW=3.579kW=3.401kW=38.996Nm=93.635Nm=382.740Nm=1818.564Nm=19=95单排链p=31.75mm=1000mm=125节=0.23259滴油润滑=3884.908N=4467.644N=135.23 mm=715.86 mm链轮材料：40钢（淬火、回火）=21；=57=0.3；3.015m/sm = 4 mm=84 mm；=228 mm；R=120.9mm=0.8m=2mm；=33；=127a=165mm；=22mm=26mm=30mm=37mm=30mm=26mm轴全长283mm轴总长：212.5mm总长：343.5mm