圆锥齿轮减速器说明书.doc

机械设计 课程设计说明书设计题目 圆锥齿轮减速器 机械工程学院机械设计制造及其自动化专业班级 机英101 学号. 设计人 指导教师 . 完成日期 2012.12.17 目录一、 设计任务书-2二、 传动方案的拟定及说明-3三、 电动机的选择-3四、 传动装置的总传动比及其分配-5五、 传动装置的运动和动力参数-5六、 传动零件的设计计算-7七、 轴的设计计算及校核-12八、 键连接的选择及校核-21九、 轴承寿命校核-21十、 联轴器的选择和校核-25十一、 减速器附件的选择-25十二、 润滑和密封的选择，装油量计算-26十三、 铸铁减速器箱体结构尺寸-27十四、 设计小结-28一、设计任务书 设计一个带式运输机用单级圆锥齿轮减速器，其传动简图如图1-1所示。单班工作，每班8小时，载荷平稳，大修期4年，使用年限8年（每年工作300天）。立轴的速度允许误差5%，小批量生产。原始数据方案1234传递带所需功率P（KW）3.53.54.54.5卷筒转速n（）140150160170以方案1的数据进行设计设计计算及说明结果二、传动方案的拟定及说明1.机构类型 采用单级圆锥齿轮减速器2.传动布置 如图所示 三、选择电动机1.电动机的类型 按工作条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机2.选择容量（1）工作机所需功率即卷筒轴输出功率（2）电动机输出功率设计计算及说明结果传动装置总效率V带传动效率；滚动轴承传动效率；圆锥齿轮传动效率；弹性联轴器效率；卷筒轴滑动轴承效率则故（3）确定电动机额定功率由表20-1选取3.选择转速 为了便于电机转速的选择，先推算电机转速范围。由表2-1查的v 带传动常用传动比，单级圆锥齿轮传动比范围，电机转速范围可选为4.确定电动机型号 根据电机的转速范围,可选同步转速为或 的电机，现就两种电机方案进行比较，列表如下： 方案电机型号额定功率(kw)电机转速质量(KG)总传动比V带传动比单级减速器同步满载1Y132S-45.5150014406810.293.52.942Y132M-65.51000960846.862.52.744 方案2传动比较小，传动尺寸较小所以选用型号Y132M-6设计计算及说明结果四、传动装置的总传动比及其分配1.总传动比2.分配传动比分配传动比：取V带传动比，则圆锥齿轮传动比符合单级圆锥齿轮减速传动比常用范围。五、传动装置的运动和动力参数1.各轴转速n（） 电动机为0轴，减速器高速轴为I轴，低速轴为轴 2.各轴输入功率P（Kw） 按电动机额定功率计算各轴输入功率设计计算及说明结果3.各轴输入转矩T（） 0轴：I轴：II轴：项目电动机轴0轴高速轴轴低速轴轴转速r/min960384140功率kw5.55.2254.97转矩Nm54.71129.94339设计计算及说明结果六、传动零件的设计计算（一）锥齿轮设计1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1) 此题目选用的标准直齿锥齿轮2) 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度3) 材料选择，由表10-1选择小齿轮材料为40r(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度240HBS,两者硬度差40HBS4) 选小齿轮齿数,则大齿轮齿数为2.按齿面弯曲疲劳强度设计（1）确定式中各计算数值1) 试选定载荷系数2) 计算小齿轮传递的转矩 3) 选择最常用的齿宽系数 4) 由表10-6查的材料弹性影响系数5) 由图10-21查得小齿轮接触疲劳强度极限大齿轮接触疲劳强度极限6) 计算应力循环次数 7) 由图10-19取接触疲劳寿命系数 设计计算及说明 8）计算接触疲劳许用应力取是小概率为1%,安全系数S=1 (2)计算1）计算小齿轮分度圆直径（带入中较小的值）2）计算圆周速度3）计算锥距和齿宽 大端模数 齿高 4）计算载荷系数根据v=1.99m/s ,7级精度由图10-8查得动载荷系数 由表10-9查得轴承系数载荷系数设计计算及说明结果5）按实际载荷系数校正所算分度圆直径6）计算模数 3.按齿根弯曲强度设计 由公式10-24得弯曲强度设计公式 （1） 确定公式中个参数数值1）由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限 大齿轮弯曲疲劳强度极限2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力 取安全系数S=1.4 4）计算载荷系数 5）查取齿形系数 6）查取应力校正系数 7）计算大小齿轮并比较设计计算及说明结果 （2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数，并就近圆整为标准值 按接触疲劳强度算的分度圆直径 算得小齿轮齿数 大齿轮齿数 这样计算的齿轮传动即满足接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度并且做到结构紧凑，避免浪费。 4.几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径 （2） 计算锥距 （3）计算尺宽 设计计算及说明结果 大小齿轮的相关参数齿轮小齿轮大齿轮分度圆直径齿数大端模数节锥角锥距齿宽变位系数齿顶高齿根高齿根角齿顶角齿顶圆直径 设计计算及说明结果七、轴的设计计算及校核（一）高速轴的设计计算及校核1.算出轴的功率、转速、转矩2.作用在齿轮上的力 3.初步确定轴的最小值径选取轴的材料为45钢，调质处理 根据表15-3，取=28mm 4.轴的结构设计 （1）拟定轴上零件装配方案如图所示 设计计算及说明结果（2）根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 最细处与皮带轮相连1） 段直径为28mm，为满足轴端要求段为36mm2） 初步选择滚动轴承，因轴承同时受到径向和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据段直径36mm，初步选择0基本游隙组，标准精度等级的单列圆锥滚子轴承33108其尺寸 故段直径选为40mm段和段长度定为26mm两端轴承采用轴肩定位，由设计手册上查得定位轴肩高度h=3.5mm，因此段直径取47mm3） 右端齿轮与右轴承用套筒定位，齿轮左侧距内壁a=10m已知齿轮轮毂宽度62mm，暂取69mm4） 轴承端盖轴承端盖总宽度为20mm。根据端盖的装卸及便于对轴承添加润滑脂取段长度为50mm (3) 轴上零件的周向定位 由表6-1选择普通平键 (左) 左键槽用铣刀加工长为40mm,右键槽用铣刀加工长为50mm (4) 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为，轴肩圆角R1.2 设计计算及说明结果 5.求高速轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从设计手册上查得a值为18mm,并计算出L1=98 L2=64 L3=88 设计计算及说明结果 轴I载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T设计计算及说明结果6按弯扭合成校核轴的强度 由受力分析，只校核危险截面的强度即可。根据式15-5及表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力=40.1Mpa因已选定轴的材料为45钢，调质处理。查表15-1得。因此 ，故安全。（二）低速轴的设计计算及校核1.算出轴的功率、转速、转矩 2.作用在齿轮上的力 3.初步确定轴的最小值径选取轴的材料为45钢，调质处理根据表15-3，取=36mm低速轴的最小直径显然是安装在联轴器处的直径。为使所选轴与联轴器孔相互适应，故需同时选取联轴器的型号。设计计算及说明结果联轴器的计算转矩 （取） 计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计手册，选用LX3弹性柱销联轴器，其公称转矩，许用转速4750r/min,轴径在30-48mm之间。半联轴器孔直,故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。 4.轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案 (2) 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 1) 为了满足半联轴器的定位要求,段右侧需要制出一个轴肩,故取段直径为45mm,为了保证轴端挡圈不压在轴上，现取段长度为82mm。 2) 初步选择滚动轴承 因为轴承同时受到轴向力和径向力的作用，所以选择圆锥滚子轴承，参照工作要求病根据段直径为45mm，选择轴承型号为32010其尺寸为左端轴承采用轴肩定位，由机械手册查得32010轴承轴肩定位高度为5mm，取段直径为60mm。 3) 取安装齿轮处的轴段直径为55mm，齿轮右端与轴承采用套筒定位，已知齿轮宽度为57mm，此轴段应该略短于齿轮宽度，故取段长度为55mm，齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度。 4) 轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承盖结构设计而定）。 5）取齿轮距离箱体内壁的距离a=15mm，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体内壁一段距离s,取s=4mm, 故先取段长度为39mm。 （3）轴上零件的周向定位 均采用普通平键联接，按表6-1查得平键截面键槽用铣槽铣刀加工，长为40mm，同时保证齿轮与轴配合有良好对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴联接选用平键为，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴定位是有过度配合保证的，此处轴的直径尺寸公差为m6。 (4) 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为，轴肩圆角R1.2 5.求低速轴上的载荷 根据结构图画出计算简图。从设计手册上查得轴承支点位置，对于32010型轴承 a=18mm. 载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T 6.按照弯扭合成应力校核强度 进行校核时只需要校核危险截面处即D=55mm处，根据上表中的数据，以及单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取轴的计算应力： 因已选定轴的材料为45钢，调质处理。查表15-1得。因此 ，故安全。八、键连接的选择及校核键的材料均选用钢。由机械设计书表6-2 =100120MPa，取中间值=110MPa。据式校核各处键连接。其中k=0.5h,h为建的高度。圆头平键l=L-b，L为键的公称长度，b为键的宽度。 1. 高速轴上与带轮联接的普通平键的校核 2. 高速轴上与齿轮联接处键的校核 3. 低速轴上与齿轮联接处键的校核 4.低速轴上与联轴器联接处键的校核 九、轴承寿命校核由机械设计书式13-5知，轴承的寿命计算公式为对于滚子轴承=10/3。又查手册知，33108型圆锥滚子轴承基本额定动载=, 32010型圆锥滚子轴承基本额定动载=。 1.校核高速轴轴承33108 1）求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2 2）求两轴承的计算轴向力 先从机械设计手册上查得e=0.36 Y=1.7 3) 求轴承的当量动载荷 对轴承1， 对轴承2， 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取 P1 P2,按照P1进行演算校核 故所选轴承满足寿命要求 2.低速轴轴承寿命校核 1）求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2 2）求两轴承的计算轴向力 先从机械设计手册上查得e=0.42 Y=1.4 3) 求轴承的当量动载荷 对轴承1， 对轴承2， 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取 P1 P2,按照P2进行演算校核 十、联轴器的选择和校核 1.类型的选择为隔离震动与冲击，选择弹性柱销联轴器2.载荷的计算公称转矩 由表14-1查得 计算转矩3.型号的选择从机械设计手册上查得LX3弹性柱销联轴器许用转矩1250Nm，许用转速4750r/min,轴径在30-48mm之间。故合用。十一、减速器附件的选择1.放油孔和螺塞为了换油及清洗箱体时排出油污，排油孔螺塞材料一般采用Q235，排油孔螺塞的直径可按箱座壁厚的倍选取。排油孔应设在便于排油的一侧，必要时可在不同位置两个排油孔以适应总体布局之需。根据机械设计图册，选用的螺塞。 2.油标 根据机械设计图册，选用M12型游标尺（管状油标）。3.通气器为沟通箱体内外的气流使箱体内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。从机械设计图册上查得通气器尺寸。 4.起盖螺钉 箱盖，箱座装配时在剖分面上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，拧动装与其中的起盖螺钉便可方便地顶起箱盖。起盖螺钉材料为35号钢，起盖螺钉的尺寸定位M8。 5.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，选用M6普通柱销。6.窥视孔盖为了检查传动件啮合情况，润滑状态以及向箱内注油，在箱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。窥视孔的尺寸为7.轴承盖轴承盖结构采用螺栓固定式轴承盖，材料为铸铁（HT150），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。轴承盖螺栓直径M10，螺钉数目为4。8.套杯套杯可用作固定轴承的轴向位置，同一轴线上两端轴承外径不相等时使座孔可一次镗出，调整支承的轴向位置。十二、润滑和密封的选择，润滑剂的牌号及装油量计算该减速器采用油润滑，对于的齿轮传动可采用油润滑，将齿轮浸入油中。当齿轮回转时粘在其上的油液被带到啮合区进行润滑，同时油池的油被甩上箱壁，有助散热。为避免浸油润滑的搅油功耗太大和保证齿轮啮合区的充分润滑，整个大圆锥齿轮宽至少半个齿轮宽浸入润滑油中。为了有利于散热，每传递1KW功率的需油量约为，所以此减速器的需油量为。减速器采用钙钠基润滑脂。轴承盖处采用J型密封，材料为橡胶。十三、铸铁减速器箱体结构尺寸名称符号规格尺寸（mm）箱座壁厚箱盖壁厚箱体凸缘厚度加强肋厚度地脚螺钉直径和数目轴承旁联接螺钉直径箱盖箱座连接螺钉直径轴承盖螺钉直径和数目轴承盖外径观察孔螺钉直径轴承旁凸台高度和半径箱体外壁至轴承座端面距离十四、设计小结通过这次机械设计课程设计学到了很多知识而且对以往所学的知识进行了巩固，更加熟练的学会用Autocad绘制装配图和零件图，学会了使用机械设计手册，并提高了综合应用各方面知识能力。在这段设计时间内的确遇到了各种麻烦，但经过和同学讨论学习最终得以解决。但这次设计的结果并不是很理想，尤其在尺寸确定方面，草图的绘制也出现了不少问题，存在明显的尺寸不吻合现象，对于这种问题并没能很好的解决，但经过这次的教训，下次一定会再努力做好些。参考资料 1陈殿华主编.机械设计课程设计指导书.大连：大连大学机械工程学院 2濮良贵、纪名刚主编.机械设计.第八版.北京：高等教育出版社. 3孙桓、陈作模、葛文杰主编.机械原理.第七版.北京：高等教育出版 社. 4毛谦德、李振清主编.机械设计手册.第三版.机械工业出版社. 5龚溎以主编.机械设计课程设计图册.第三版.高等教育出版社.