两级圆锥圆柱齿轮减速器设计说明书

两级圆锥圆柱齿轮减速器设计说明书 一、设计任务书 1、设计题目：设计二级圆锥 圆柱齿轮减速器 设计卷扬机传动装置中的两级圆锥 传送设备的传动系统由电动机 减速器 运输带组成。轻微震动，单向运转，两班制，在室内常温下长期连续工作 。 （图 1） 1 电动机； 2 联轴器； 3 减速器； 4 卷筒； 5 传送带 2、原始数据： 运输带拉力F(运输带速度V(m/s) 卷筒径 D（ 使用年限（年） 95 10 3、设计内容和要求： 1. 编写设计计算说明书一份，其内容通常包括下列几个方面： （ 1）传动系统方案的分析和拟定以及减速器类型的选择； （ 2）电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算； （ 3）传动零件的设计计算（如除了传动，蜗杆传动，带传动等）； （ 4）轴的设计计算； （ 5）轴承及其组合部件设计； （ 6）键联接和联轴器的选择及校核； （ 7）减速器箱体，润滑及附件的设计； （ 8）装配图和零件图的设计； （ 9）校核； （ 10）轴承寿命校核； （ 11）设计小结； 2. 要求每个学生完成以下工作： （ 1）减速器装配图一张（ 0号或一号图纸） 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 2 （ 2）零件工作图二张（输出轴及该轴上的大齿轮），图号自定，比例 1 1。 （ 3）设计计算说明书一份。 二、传动方案的拟定 运动简图如下 ： （图 2） 由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为运输设备。 减速器为两级展开式圆锥 圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用圆锥滚子轴承。 联轴器 2和 8选用弹性柱销联轴器。 三、电动机的选择 电动机的选择见表 3 3算项目 计算及说明 计算结果 按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机， Y 系列，封闭式结构，电压 380V，频率 50 输带功率为 v/1000=1350*000 w=汽车工程专业课程设计 3 查表 2一对轴承效率 轴承 =齿轮传动效率 锥齿轮 =齿圆柱齿轮传动效率 齿轮 =轴器效率 联=(说明本设计书均按精度等级为 8 级，润滑方式为希油润滑 )得电动机到工作机间的总效率为 总 = 4 轴承 锥齿轮 齿轮 2 联 =动机所需工作效率为 总 =w=5=0=输送带带轮的工作转速为 1000*60V)/D=1000*60* *295r/课程设计指导书由表 圆柱齿轮传动传动比一般范围为 i 总 =10 25，圆柱齿轮传动传动比 i 锥 = = 1025） =i 齿 =4电动机的转速范围为 n0= 10 25)r/表 ，符合这一要求的电动机同步转速只有1500r/以选用 1500r/满载转速为 1420r/其型号为 主要性能如下表： 型号 额定功率 载 时 转速电流（ 380V） A 效率 % 功率 因数 3 1420 动机的外形尺寸： 中心高 H 外形尺寸 L(+角安装尺寸 AB 地脚螺栓孔 直径 K 轴伸尺寸 DE 装键部位 尺寸 F00 380288245 160140 12 2860 831 420r/波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 4 四、传动比的计算及分配 传动比的计算及分配见表 4 4算项目 计算及说明 计算结果 1. 总传动比 i=nm/420/i=. 分配传动比 高速级传动比为 使大锥齿轮不致过大，锥齿轮传动比尽量小于 3，取 速级传动比为 i2=i/、传动装置运动、动力参数的计算 传动装置运动、动力参数的计算见表 5 5算项目 计算及说明 计算结果 420r/n1=420r/n2=n1/420/n3=n2/nw=n1=420r/nw=p1= =2=-2=承 锥齿 =3=-3=承 直齿 =w=-w=承 联 轴承=2=3=w=550p0/550*420N m 550p1/550*420N m 550p2/550*m m m m 10 级汽车工程专业课程设计 5 550p3/550*m 550pw/550*m m m 六、传动件的设计计算 一、高速级锥齿轮传动的设计计算 锥齿轮传动的设计计算见表 6 6算项目 计算及说明 计算结果 处理方式和公差等级 考虑到带式运输机为一般机械，大、小锥齿轮均选用 45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由 教材表 10齿面硬度 17 255， 62 36， 0 50用 8级精度。 45钢 小齿轮调质处理 大齿轮正火处理 8级精度 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为 1)小齿轮传递转矩为 532 2)因 初步选载荷系数 )由表 10得弹性系数 4)直齿轮，由图 10H=)齿数比 =)取齿宽系数 =)许用接触应力可用下式公式 由图 10 a 查 得 接 触 疲 劳 极 限 应 力 为小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为 00*1420*1*2*8*300*10=09 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 6 1/09/08 由图 8， 表 8H=1，则有 取 初算小齿轮的分度圆直径 . 确定传动尺寸 （ 1）计算载荷系数 由表 10A=宽中点分度圆直径为 =.3) 0*1000= *10/60*1000m/s=s 由图 10低 1 级精度，按 9 级精度查得动载荷系图 10得齿向载荷分配系数 载荷系数 K=2）对 因 t 有较大的差异，故需对 ，即 3）确定齿数 选齿数 3， Z2=3=4，则 ， ，在允许范围内 （ 4）大端模数 m ，取标准模数m= 5）大端分度圆直径为 d1=3d2=4946)节锥顶距为 R= 1=23 4 m=94=152450 级汽车工程专业课程设计 7 （ 7）齿宽为 b= =52 B=452=40. 校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度条件为 （ 1） K、 b、 前 （ 2）圆周力为 （ 3）齿形系数 S 即当量齿数为 由图 10得 图 8得 4）许用弯曲应力 由图 10 得 弯 曲 疲 劳 极 限 应 力 为由图 10,安全系数 满足齿根弯曲强度 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 8 5. 计算锥齿轮传动其他几何尺寸 ha=m=间锥角 大端齿顶圆直径 *294+2*根圆直径 宽 /厚 45mm =50 级汽车工程专业课程设计 9 二、低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 斜齿圆柱齿轮的设计计算见表 6 6算项目 计算及说明 计算结果 1. 选择材料、热处理方式和公差等 大、小斜齿圆柱齿轮均选用 45 钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由表 10齿面硬度 17 255，62 36， 0 50用 8级精度。 45钢 小齿轮调质处理 大齿轮正火处理 8级精度 2. 初步计算传动的主要尺寸 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为 1) 小齿轮传递转矩为 2850 2) 因 v 值未知， 初步选载荷系数 ) 查得弹性系数 4) 初选螺旋角 ，由图 10H=) 齿数比 =i=) 查表 8齿宽系数 =) 初选 4，则 Z4=4= 19 则端面重合度为 = =向重合度为 8） 许用接触应力可用下式计算 由图 104 19 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 10 小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为 00*2*8*300*10=08 3/08/08 由图 10安全系数 有 取 算小齿轮的分度圆直径 1）计算载荷系数 由表 10得使用系数 V= =s，由图 10v=图 10得齿向载荷分配系数 K=表 10 =载荷系数为 K= = 2）对 因 K 与 较大的差异，故需对 =3) 确定模数 mn 4）计算传动尺寸 中心距为 =整， a=221旋角为 K=2.2 mm a=2210 级汽车工程专业课程设计 11 3. 确定传动尺寸 = 因 值与初选值相差不大，故对与 有关的参数无需进行修正 则可得， 端面分度圆直径 =宽 =1* 2mm 0mm 4=623=70. 校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度条件为 1） K、 和 2）齿宽 b=2）齿形系数 S。当量齿数为 = =图 10得 图 8得 ）由图 11 5）许用弯曲应力为 由图 10 b 查 得 弯 曲 疲 劳 极 限 应 力赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 12 由图 10，由表 8F= = = 1）轴承部件的结构设计 为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故 轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计 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（第八版）表 14于转矩变化很小，故取 ，则 =5320=机械设计课程设计表 的 5014 有弹性元件的桡性联轴器其工称转矩为 用转速 6300r/孔范围20电动机轴的直径为 28 =20联轴器长度 L=82联轴器与轴配合的毂孔长度为 60 4、轴的结构设计 （ 1）拟定轴上零件的装配方案（见图五） 图五、输入轴轴上零件的装配 =20波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 18 （ 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1） 为了满足半联轴器的轴向定位， 12段轴右端需制出一轴肩，故取 23 段的直径 。左端用轴端挡圈定位， 12 段长度应适当小于 L 所以取=58） 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 ，由机械设计课程设计表 选取 0 基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30306，其尺寸为 302以 而=58对轴承均采用轴肩进行轴向定位，由机械设计课程设计表 得30306型轴承的定位轴肩高度 h=此取 3）取安装齿轮处的轴段 67 的直径 ；为使套筒可靠地压紧轴承， 56段应略短于轴承宽度，故取 =19 4）轴承端盖的总宽度为 20据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离 ，取 =50齿轮箱体内壁之间的距离 a=c=20承距箱体内壁 s=齿轮轮毂宽度为 50使套筒端面可靠地压紧齿轮取 由于 ，故取 （ 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（第八版）表 6得平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为 40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，半联轴器处平键截面为 与轴的配合为 ；滚=20=500 级汽车工程专业课程设计 19 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 （ 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 ，轴肩处的倒角可按 当选取。 5、求轴上的载荷（ 30306 型的 a=15以俩轴承间支点 轴承与齿轮间的距离为 （见图四） 计算支反力 水平支反力 ： = 垂直平面支反力： = =荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 弯矩 M 总弯矩 =矩 T =果 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 20 6、按弯扭合成应力校核轴的强度 根据图四可知右端轴承支点截面为危险截面，由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 ，轴的计算应力为 抗弯截面系数 W= 抗 扭 截 面 系 数 = 已选定轴的材料为 45 钢（调质），由机械设计（第八版）表 15得，故安全。 轴）的设计 1、求输出轴上的功率 、转速 和转矩 =、求作用在齿轮上的力上以经求得 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（第八版）表 15 ，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，查机 =果 械设计（第八版）表 14于转矩变化很小，故取 ，则 图六、输出轴的载荷图 =机械设计课程设计表 0 级汽车工程专业课程设计 21 半联轴器的孔径 =28，所以取 28联轴器长度 L=62联轴器与轴配合的毂孔长度为 52 4、轴的结构设计 （ 1) 拟定轴上零件的装配方案（见图七） 图七、输出轴轴上零件的装配 （ 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为了满足半联轴器的轴向定位， 1段轴左端需制出一轴肩，故取 2 28直径 =371段右端用轴端挡圈定位，半联轴器与轴配合的毂孔长度=44，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的长度应比 略短些，现取 =50 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 =37机械设计课程设计表 基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30307，其尺寸为 d*D*T=40*90*40，因而可以取 。右端=375000波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 22 轴承采用轴肩进行轴向定位，由机械设计课程表 13得 30308型轴承的定位轴肩高度 ，因此取 44 3） 齿轮左端和左轴承之间采用套筒定位， 已知齿轮轮毂的宽度 为 62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 585以 55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 。 4） 轴承端盖的总宽度为 20据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离 故5） 齿轮距箱体内比的距离为 a=16锥齿轮与大斜齿轮的距离为 c=20确定滚动轴承的位置时应距箱体内壁一段距离 s=8求得 T+s+a+(62理 58（ 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（第八版）表 6得平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为 45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 44858同样半联轴器与轴的连接 ， 选用平键 长度取 40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 （ 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 ，轴肩处的倒角可按 当选取。 5、求轴上的载荷 根据轴的结构图做出轴的计算简图，在确定支点时查得 30307 型的支点距离 a=17以作为简支梁的轴承跨距分别为 8出弯矩10 级汽车工程专业课程设计 23 和扭矩图（见图六）。由图六可知齿轮支点处的截面为危险截面 ，算出其弯矩和扭矩值如下 ： 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 弯矩 M 总弯矩 =矩 T =、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 =已选定轴的材料为 45 钢（调质），由机械设计（第八版）表 15得，故安全。 7、精确校核轴的疲劳强度 （ 1）判断危险截面 设计计算及说明 结果 由弯矩和扭矩图可以看出齿轮中点处的应力最大，从应力集中对轴的影响来看，齿轮两端处过盈配合引起的应力集中最为严重，且影响程度相当。但是左截面不受扭矩作用故不用校核。中点处虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径比较大，故也不要校核。其他截面显然不要校核，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核齿轮右端处的截面。 （ 2）截面右侧校核 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧弯矩 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 24 截面上的扭矩 =面上的弯曲应力 面上的扭转切应力 =的材料为 45 钢，调质处理。由表 15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（第八版）附表 3取。因 ， ，经插值后查得 又由机械设计（第八版）附图 3故有效应力集中系数为 由机械设计（第八版）附图 3尺寸系数 ，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图 3表面质量系数为 设计计算及说明 结果 轴未经表面强化处理，即 ，则综合系数为 10 级汽车工程专业课程设计 25 又取碳钢的特性系数为 计算安全系数 值 故可知安全。 （ 3）截面左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧弯矩 截面上的扭矩 =面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 设计计算及说明 结果 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 26 过盈配合处取 则 故有效应力集中系数为 又取碳钢的特性系数为 计算安全系数 值 故可知安全。 间轴（ 设计 1、求输入轴上的功率 P、转速 = =、求作用在齿轮上的力上已经算出 已知小斜齿轮的分度圆直径为 已知圆锥直齿轮的平均分度圆直径 =3*84*(208 各力已在上算出 10 级汽车工程专业课程设计 27 圆周力 、 ，径向力 、 及轴向力 、 的方向如图八所示 图八、中间轴受载荷图 结果 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 28 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 40质），根据机械设计（第八版）表 15 ，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（见图九） 图九、中间轴上零件的装配 （ 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 机械设计课程设计表 初步选取 0 基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30307,35*8*尺寸为 7， =35。 =35354040464860 级汽车工程专业课程设计 29 这对轴承均采用套筒进行轴向定位，由机械设计课程设计表 得 30307型轴承的定位轴肩高度 此取套筒直径 42 2）取安装齿轮的轴段 =40，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 48，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 =46轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度 ，故取，则轴环处的直径为 =48 3）已知圆柱直齿轮齿宽 70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 66 4）齿轮距箱体内壁的距离为 a=16锥齿轮于大斜齿轮的距离为 c=20确定滚动轴承的位置时应距箱体内壁一段距离 s=8取 3）轴上的周向定位 锥齿轮的周向定位采用平键连接，按 由机械设计（第八版）表 612槽用键槽铣刀加工，长为 36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 ；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按 由机械设计（第八版）表 6得平键截面，=12槽用键槽铣刀加工，长为 50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 （ 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 ，轴肩处的倒角可按 当选取 5、求轴上的载荷 根据轴的结构图做出轴的计算简图，在确定支点时查得 30307 型的支点距离赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 30 a=17以轴承跨距分别为 6图八）。 由图八可知斜齿轮支点处的截面为危险截面，算出其弯矩 和扭矩值如下： 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 弯矩 M 总弯矩 =矩 T =、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 结果 = =前已选定轴的材料为 （调质），由机械设计（第八版）表 15得，故安全。 十、轴承的校核 1、输入轴滚动轴承计算 初步选择的滚动轴承为 0 基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为 向力 ， Y=荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 则 10 级汽车工程专业课程设计 31 =865N =承内的轴向力为 = = = ， 则 = = 设计计算及说明 h 顾故合格。 初步选择的滚动轴承为 0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30306。 轴向力 N， ， Y=X=荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 则 N 则 内部 轴向力 = = 则 = = 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 32 则 当量动载荷 =校核轴承 2 故合格。 初步选择的滚动轴承为 0 基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30307. 轴向力 N ， e= Y=X=荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 则 则 =633 N =270 N 则 =633N =967 N 则 =70=0 级汽车工程专业课程设计 33 则 故合格。 十一、键联接的选择及校核计算 八、 1、校核联轴器处的键连接 该 处 选 用 普 通 平 键 尺 寸 为 ，接触长度结果 ，键与轮毂键槽的接触高度 。则键联接的强度为： =9=110单键即可。 2、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，键与轮毂键槽的接触高度 。则键联接的强度为： =110合格。 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，键与轮毂键槽的接触高度 。则键联接的强度为： =14=110合格。 2、校核圆柱齿轮处的键连接 赵波：两级圆锥 圆柱齿轮减速器 34 该 处 选 用 普 通 平 键 尺 寸 为 ， 接 触 长 度，键与轮毂键槽的接触高度 。则键联接的强度为： =110合格 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 ，键与轮毂键槽的接触高度 。则键联接的强度为 =97110 故合格。 2、校核圆柱齿轮处的键连接 该 处 选 用 普 通 平 键 尺 寸 为 ， 接 触 长 度，键与轮毂键槽的接触