二级圆柱圆锥齿轮减速器的设计说明书

1 二级圆柱圆锥齿轮减速器的设计说明书 1. 设计题目 班制，每班 8 小时，连续单向转动，载荷变化不大，空载启动，室内工作，有粉尘，环境最高温度 35 C； 用期限： 10年； 修间隔期为：大修周期为 3年； 输带速度允许误差为 5%； 计工作机效率 w= 批量生产。 数据编号 输送带工作拉力 F/送带转速 V/m/s 运输带卷筒直径D/90 计任务 计带式运输机上的两级圆锥 张。 制输出轴、大齿轮的零件图 1张。 写设计说明书 1份。 2. 总体传动方案的设计与分析 择方案 两级圆锥 2 2 图 该工作机采用的是原动机为 相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，电压 380 V，其结构简单、工作可靠 、价格低廉、维护方便；另外其传动功率大，传动转矩也比较大，噪声小，在室内使用比较环保。传动装置采用圆柱圆锥齿轮减速器组成的封闭式减速器，采用齿轮传动能实现结构紧凑 ,比较平稳的传动，但效率低，多用于中、小功率间歇运动的场合。工作时有一定的轴向力，但采用圆锥滚子轴承可以减小这缺点带来的影响。并且在电动机心轴与减速器输入轴及减速器输出轴与卷筒轴之间采用弹性联轴器联接，因为三相电动机及输送带工作时都有轻微振动，所以采用弹性联轴器能缓冲各吸振作用，以减少振动带来的不必要的机械损耗。 总而言之，此工作机属于中等功率、载 荷变化不大的工作机，其各部分零件的标准化程度高，设计与维护及维修成本比较低；结构较为简单，传动的效率比较高，适应工作条件能力强，可靠性高，能满足设计任务中要求的设计条件及环境。 3. 电动机的选择 择电动机类型 按照工作要求和工作条件，则选用 结构为全封闭自扇冷式结构，电压为 380V。 择电动机的容量 3 作机的有效功率=1250N,输送带工作速度 V=s， 工作机效率 =有： wP= 电动机到工作机输送带间的总效率为： 354321 式中， 1 、 2 、3、 4 、5分别为弹性联轴器、圆锥齿轮、圆柱齿轮、刚性联轴器、角接触球轴承的传动效率。由机械设计课程设计表 知， 1 =2 = =5 = 8 7 所以，电动机所需工作功率为： 3 0 定电动机的转速 由机械设计课程设计推荐传动比合理范围，二级圆柱圆锥齿轮减速器 i，40i ，而工作机卷筒中转速为： m i n/rD vn w 所以，电动机转速可选范围为： m i n/)6 2 3 5 5 4(4 2 5)2510( 择电动机 符合这一范围的同步转速为 1000r/500r/种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为 1000r/电动机。 根据电动机的类型、容量和转速，查机械设计课程设计表 定电动机型号为： 中主要性能参数如（表 电动机主要外形和安装尺寸如（表 4 4 所示： 电动机型号 额定功率 P/载转速 /r/定转矩起动转矩 额定转矩最大转矩 960 号 H A B C D E G K b b1 b2 h B 1 32 216 178 89 38 80 810 33 12 280 210 135 315 60 238 18 515 表 . 传动装置运动及动力参数计算 60 配传动比 圆柱圆锥 ， 2 7 6 锥 为使锥齿轮的尺寸不致过大，则取 i ， 柱。 算各轴的转速 第轴 m 601 m 第轴 m 0 12 7 6 0112 第轴 m 0 1223 卷筒轴 m 算各轴的输入功率 5 第轴 9 第轴 第轴 卷筒轴 算各轴的输入转矩 因为电动机的输出转矩 466 03 0 第轴 4411 轴 4412512 第轴 5423523 卷筒轴 55453 以上计算数据汇集于下表 轴名 功率 P/矩 T/N 速 n/r/动比 i 效率 电机轴 960 1 轴 960 轴 轴 筒轴 . 减速器齿轮的参数计算及校核 6 6 速级减速齿轮的设计 由高速级传动比 i ，输入转速 60 ,轴 的输入功率P= 41 则齿数比 择齿轮的精度等级、材料及齿数 运输机为一般工作机，速度不高，故选用 8 级精度齿轮传动； 选材料：小锥齿轮： 45质），硬度 280 大锥齿轮： 45钢（调质），硬度 240 二者硬度差为 40 初选小锥齿轮齿数 241 Z ，则大锥齿轮的齿数为： 取712 Z 。 齿面接触强度设计由 3 2121 )(92.2 （式 （ 1） 确定公式中各量的数值并计算 试选载荷系数 5.1 小锥齿轮传递的转矩 41 106 8 因为 ，取 ； 查机械设计中表 10料的弹性影响系数 ； 查机械设计中图 10域系数 Z ； 查机械设计中图 10齿面硬度查得小锥齿轮的接触疲劳强度极限为： ，大锥齿轮的为： ； 计算应力循环次数 N，由公式 0 得 91 102 1 3 0 082(19 6 06060 hn 99112 查机械设计中图 10触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式 得 M P 1l i M P 2l i 综上有1(28 ( 2 423 2121 11 计算圆周速度 v t / 12 计算载荷系数 K 根据 ， 8 级精度，查机械设计中图 10，动载荷系数 K； 查机械设计中表 10，使用系数 K ； 查机械设计中表 10，齿间载荷分配系数 K， 查机械设计中表 10，轴承系数 25.1， ；则 因为 5.1 相差较大，所以需要校正。 （ 2）按实际载荷系数校正所得分度圆直径 1d 311 （ 3） 计算模数 m 取标准模数值，则把模数圆整为 。 （ 4） 校核齿轮强度 8 8 由以上知 ； 查机械设计中表 10，齿形系 数Y，其中 取安全系数 S ； 查机械设计中图 10，齿轮弯曲疲劳寿命系数 查机械设计中图 10，齿轮弯曲疲劳强度极限 601 ，202 ； 则相应的许用应力为： M P 6 111 ， M P 5 2 222 ； 校核齿轮强度 由式 ) 22 1 进行校核，则 12241221111 1( P 22242222212 1( P 则可得齿轮的弯曲强度满足强度要求，所以齿轮使用。 （ 5） 计算齿轮的相关参数 名称 代号 计算公式 小锥齿轮 结果 大锥齿轮 结果 分锥角 )11 12 90 分度圆直径 d 11 84 22 顶圆直径 111 c aa 22 c aa 9 齿根圆直径 111 c ff 22 c o ff 顶高 3.5 根高 距 R 2/2221 根角 f Rh Rh 顶锥角 a 11 22 根锥角 f 11 22 顶隙 c 度圆齿厚 s 2/ 量齿数 111 22 宽 B 3/(取整 ) 39 3/(取整 ) 39 c ， 20 速级减速齿轮的设计计算 由低速级传动比 42i ，输入转速 m ,轴 的输入功率和传动转矩为, 42 则齿数比 择齿轮的精度等级、材料及齿数 运输机为一般工作机，速度不高，故选用 8 级精度齿轮传动； 选材料：小斜齿轮： 45质），硬度 280 大斜齿轮： 45钢（调质），硬度 240 二者硬度差为 40 初选小斜齿轮齿数 201 Z ，则大斜齿轮的齿数为： 取 862 Z ； 试选螺旋角 14 ； 10 10 齿面接触强度设计由 3 221 )(12 （式 （ 1）确定公式中各量的数值并计算 试选载荷系数 6.1 小锥齿轮传递的转矩 42 查机械设计中图 10轮的断面重合度 ， ， ； 查机械设计中表 10料 的弹性影响系数 ； 查机械设计中图 10域系数 Z ； 查机械设计中图 10齿面硬度查得小斜齿轮的接触疲劳强度极限为：00 ，大斜齿轮的为： 50 ； 计算应力循环次数 N，由公式0得 91 107 4 3 0 082( 56060 hn 查机械设计中图 10触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式N 得 M P 1l i ，M P 2l i 则 M P 21 查机械设计中表 10，齿宽系数 1d； 11 综上可计算 11 (12 3 243 221 12 计算圆周速度 v t / 13 计算齿宽 b 及模数 4c o o 14 计算纵向重合度a a 15 计算载荷系数 K 根据 ， 8 级精度，查机械设计中图 10，动载荷系数 K； 查机械设计中表 10，使用系数 K ； 查机械设计中表 10，齿间载荷分配系数 K， 查机械设计中表 10，接触疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数 查机械设计中图 10，弯曲强度计算 用的齿向分布系数 因为 6.1 相差较大，所以需要校正。 （ 2）按实际载荷系数校正所得分度圆直径 1d 311 （ 3）计算模数2 12 n 4c 齿根弯曲强度设计 根据公式3 2122co 计算 （ 1） 确定式中各参数值 计算载荷系数 K 由纵向重合度 ，查机械设计中图 10，螺旋角影响系数 Y； o s 20c o s 3311 zz v ， o s 86c o s 3322 zz v ； 查机械设计中表 10，齿形系数 查机械设计中表 10，应力校正系数 查机械设计中图 10，齿轮弯曲疲劳寿命系数 查机械设计中图 10，齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限 001 ，202 ； 取 S=计算相应的许用应力 M P 111 M P 122 计算 Y 0 1 3 0 8 5 6 111 Y 0 1 3 5 8 7 8 222 Y 13 （ 2） 计算 8 3 5 co 2243 2122 对比两次计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数取 ，已可以满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 来计算应有的齿数。于是由 4co 取 311z ，则 9 9 1312 5 取 1322 z 。 何尺寸计算 （ 1） 计算中心距 n o )13231(c o ( 21 将中心距圆整为 168 （ 2） 按圆整后的中心距修正螺旋角 )13231(a r c c o (a r c c o s 21 a n 因为 的值改变不大，故参数、K、 不用修正。 （ 3） 计算大、小齿轮的分度圆直径 n 9 0 o s 231c o n 0 9 o s 21 3 2c o （ 4） 计算齿轮宽度 d 9 0 圆整后取 42 ， 01 。 14 14 的设计计算 由轴 的功率 ,转速 601 ，转矩 41 作用在小锥齿轮上的力 圆周力： 1(84 22 411111 轴向力： 6 i 1s i nt 11 径向力： 0 96 7 1co st 11 步确定轴的最小直径 先按式3110 初估轴的最小直径。选轴的材料为 45（调质），查机械设计中表 15 1100 A，则 3110m i n 由轴的结构可知，轴的最小直径处是安装联轴器的直径 21d ，为使所选轴的直径 21d 与联轴器孔相适应，故需同时选择联轴器型号。联轴器的计算转矩1，查机械设计中表 14 K ,则 41 按计算转矩时考虑到电机轴的直径为 38机械设计课程设计中表 用 公称转矩 1250 ，半联轴器孔径 0 ，故取轴径 021 ，半联轴器长度 2 。 的结构设计 （ 1） 拟定轴的结构。 （ 2） 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 为满足半联轴器的轴向定位要求， 1位轴肩的高度一般取 ，故取 2532 ； 1轴端直径取 15 挡圈直径 8联轴器与轴配合的轮毂孔长 2 ，为保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴的端面上，故 1略短，则取 021 。 初选轴承。因为轴同时受到径向力和轴向力，故选用角接触球轴承，参照工作要求，并根据 532 ，查机械设计课程设计中表 7208尺寸为 88040 ,安装尺寸 7，故安装轴承的 3 506543 ，长度为 86543 。 为使两轴承轴向定位，所以应在两轴承间加一轴段 4直径 754 。为便于右端 轴承的拆装， 6取 676 ， 6用于安装锥齿轮，锥齿轮的轮毂长度 L=48齿轮的左端用挡油环固定，挡油环宽度为 10齿轮右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径 5齿轮轮毂长度与挡油环宽度总长为 58保证轴端挡圈只压在锥齿轮上而不压在轴的端面上，故 68取 676 。 轴承端盖的宽度为 18满足轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外断面与半联轴器右端面间的距离为 2 ，则 2032 。为使轴的结构紧凑，同时满足支承刚度要求，则取 4长度为 854 。 （ 3）轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴与轴的周向定位采用平键连 接。根据 1机械设计中表 6半联轴器周向定位的平键尺寸为： 078 ，同理可查得齿轮周向定位的平键的尺寸为： 0810 。 的设计计算 由轴 的功率 ,转速 ， 转矩 42 作用在齿轮上的力 大圆锥齿轮 圆周力： 轴向力： 径向力： 16 16 小圆柱斜齿轮 为使圆柱斜齿轮所受的轴向力与圆锥齿轮的轴向力抵消一部分，则取小斜齿轮的轮齿为右旋 ，所受到的力有： 圆周力： 4223 轴向力： 6 4t 径向力： 6c o s/t a 步确定轴的最小直径 先按式3220m in 初估轴的最小直径。选轴的材料为 45钢（调质），查机械设计中表 15 1120 A，则 21 3220m i n 由轴的结构可知，轴的最小直径处是安装轴承的直径 21d 和65d，考虑到该轴所受径向力较大，故该轴的最小直径应稍微取大一些，于是取 06521 。 （ 1） 拟定轴的结构。 （ 2） 根据轴向定位要求确定轴各段直径和长度 初选轴承 因为轴同时受到径向力和轴向力，故选用能承受一定轴向了的角接触球轴承，参照工作要求，并根据 56521 ，查机械设计课程设计中表 7307角接触球轴承，其尺寸为 18035 ,安装尺寸 4。左端轴承的左端面用轴承端盖定位，右端面用挡油环定位，挡油环左端凸台大径 1D ， 41 ；右端凸台大径为 72 ；右端轴承右端面用轴承端盖定位，左端面用挡油环定位，挡油环左端凸台大径为 721 ,右端凸台大径为 a 442 。两个挡油环的宽度 8 。 22锥齿轮的轮毂宽度为 L=40锥齿轮左端面用挡油环定位，右端用轴肩定位，为使挡油环只压在齿轮上，而不压在轴肩 17 上 ,则 2取 032 ；且 2取长度为 832 ；同理， 4段安装圆柱斜齿轮，圆柱斜齿轮轮毂长度为 0 ，左端用轴肩定位，右端用挡油环定位，为使挡油环只压在齿轮上，而不压在轴肩上 ,则 4取 054 ，且 4宽度，则取长度为 854 。 两齿轮间轴肩为定位轴肩，轴肩高为 40)2 ，取 ，则 743 ，两齿轮间的距离 4 ，取 ，则有0443 。 由以上尺寸可知 12182126521 。 箱体两内壁间的距离 40102681038210 。 （ 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。根据 2机械设计中表6大圆锥齿轮周向定位的平键 尺寸为： 8812 ，同理可查得 46812 。 的设计计算 由轴 的功率 ,转速 ，转矩 53 102； 作用在大圆柱斜齿轮上的力（大圆柱斜齿轮轮齿旋向为左旋） 圆周力： 34 轴向力： 径向力： 步确定轴的最小直径 先按式3330m in 初估轴的 最小直径。选轴的材料为 45钢（调质），查机械设计中表 15 1050 A，则 18 18 3330m i n 由轴的结构可知，轴的最小直径处是安装联轴器的直径87d，为使所选轴的直径87需同时选择联轴 器型号。联轴器的计算转矩3，查机械设计中表 14 K ,则 53 按计算转矩机械设计课程设计中表 用 Y 型孔，其公 称转矩 900，半联轴器孔径 8 ，故取轴径 887 ，半联轴器长度 2 。 的结构设计 （ 1）拟定轴的结构。 （ 2）根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 为满足半联轴器的轴向定位要求， 7位轴肩的高度取 ，故取 6276 ； 7轴端直径取挡圈直径 0联轴器与轴配合的轮毂孔长 2 ，为保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴的端面上，故 7略短，则取 087 。 因为 1便于轴承的拆装，提高轴的工艺性，则在 5肩高度取 ，则有 565 ，且 56521 。 初选轴承。因为轴同时受到径向力和轴向力，故选用角接触球轴承，参照工作要求 ，并根据 56521 ，查机械设计课程设计中表 7209尺寸为 98545 ,安装尺寸 2。 两轴承轴向定位，左边轴承左端用轴承端盖定位，右端用挡油环定位，挡油环的宽度 11 ，左 端面凸台大径为 1d ，且 a 521 ；右端面凸台大径为 58边轴承右端用轴承端盖定位，左端用挡油环定位，挡油环宽度 2 ，且挡油环右端凸台大径均为 52合以上结果可得， 2221192121 ， 19 8919265 。 2柱斜齿轮的轮毂长度L=64柱斜齿轮的左端用挡油环固定，挡油环宽度为 21柱斜齿轮右端用轴肩定位，为使挡油环只压在齿轮上，而不压在轴肩上 ,则 2取 032 ，且 2取长度为 232 。 3以轴肩高 50)2 ，取 ，则 3043 ，长度一般为 ，取 。 轴承端 盖的宽度为 26满足轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外断面与半联轴器右端面间的距离为 0 ，则 6676 。 为使轴上零件能够得到正确的安装位置，及同轴的相互协调，需要用 4直径取为 254 ，根据轴所确定箱体内壁间距离为 40 得，轴在箱体内的部分轴总长度也应该为 140据其他轴段的尺寸可以计算出 44186221314054 。 （ 3）轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴与轴的周向定位采用平键连接。根据 2机械设计中表 6轮周向定位的平键尺寸为： 01016 ，同理可查得半联轴器 周向定位的平键的尺寸为： 0810 。 及与之配合的轴承的强度校核 的强度校核 轴 的力学模型图 20 20 已知： 41 ， ， ，小锥齿轮分度圆直径 4 。 做出弯矩图和扭矩图（如上图） 求作用在轴上支反力和弯矩 水平面支反力： 50100(50100(12 A C 21 3 水平面弯矩： 7 1 1 31 0 01 垂直面支反力： )50100()50100( 112 4 69 0 9) 6(121 垂直面弯矩： 6 3 41 0 03 4 61 0 01 总弯矩： V 113(222 求作用在轴上的 扭矩 2 2 9 0 1 按弯扭合成应力校核轴的强度 由弯扭图知，取受弯扭最大的截面进行校核，并用 )(122 式中取 6.0a ， 333653 65 6 4 0 ， 22900 ，轴的计算应力 M P aW 2222 查机械设计中表 1545调质钢的许用应力 1 。因此 1 故安全。 承的强度校核 求两轴承受到的径向载荷 1 2 B C 22 22 由轴的计算可知，轴承水平面上及垂直面上所受到的力分别为： 4 611 , 622 , 222 221211 2222222 求两轴承的计算轴向力 1 2 对 7208承派生轴向力rd ， 大小来确定，但因为 知，则初选 4.0e ，因此可估算 39 0 1 7 4 2 所以有 121 则左边轴承被“压紧”，右边轴承被“放松”则 对 7208C 205000 ,则 0 2 5 0 05 7 902 用插值法计算 1e 、 2e 、 1Y e 23 4 0 3 4 5 0 05 3 301 0 2 4 5 0 05 7 902 两次计算值相差不大，则确定 e ， e ， ， 。 求轴承当量动载荷 1P ， 2P 111 95 3 3 ，222 4 85 7 9 则查机械设计中表 13向载荷系数