机械设计课程设计--圆锥圆柱齿轮减速器设计.doc

. 机械设计课程设计 题 目： 圆锥圆柱齿轮减速器设计 学生姓名： 孟宇 学 号： 120111625 所在院(系)： 化工装备学院 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 1104 指 导 教 师： 谢宝玲 目 录第一部分 设计目的3第二部分 设计方案及要求4第三部分 电动机的选择及功率的计算5一、电动机的选择51选择电动机的类型52选择电动机功率53确定电动机转速6第四部分 传动比的分配及参数的计算6一、传动比61总传动比72分配传动装置各级传动比 73传动装置的运动和动力参数计算7第五部分 齿轮传动的计算7一、斜齿轮传动81选精度等级,材料及齿数82按齿面接触强度设计93按齿根弯曲强度设计124几何尺寸计算14二、斜齿轮传动151选精度等级,材料及齿数152按齿面接触强度设计153按齿根弯曲强度设计184几何尺寸计算20第六部分 轴的设计及校核21一、轴的设计211、轴的结构设计212、轴的结构设计及校核243、轴的结构设计29第七部分 传动零件及轴承的润滑、密封的选择31一、传动零件 1齿轮润滑的选择31 2滚动轴承的润滑31 3减速器的密封31 1）轴伸出处的密封31 2）箱体结合面的密封31 4减速器箱体结构尺寸32第八部分 参考文献34第九部分 总结35第二部分 设计方案及要求1、 题目：带式运输机的传动装置2、 原始数据:数据编号 ( )数据编号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10运输带工作拉力1900180016002200225025002450190022002000运输带工作速度1.31.351.41.451.51.31.351.41.451.5卷筒直径2502602702802903002502602702803、 机器的工作条件:单班制,连续单向运转,载荷平稳,室内工作,有粉尘(带式运输机的效率已经在F中考虑)4、 使用年限:八年,大修期三年5、 生产批量:10万台6、 生产条件:中等规模机械厂,可加工89级精度齿轮及蜗轮7、动力来源:电力,三相交流(220/380)运输带速度允许误差:5%9、设计工作量:(1) 减速器装配图(A0)(2) 设计说明书一份10、传动方案:计算及说明结果第三部分 电动机的选择及功率的计算1、 传动简图的拟定二、电动机的选择1选择电动机的类型按工作要求选用系列三相异步电动机，卧式封闭结构。电源的电压为380V。2选择电动机功率根据已知条件，工作机所需要的有效功率为：其中 F: 运输带工作拉力V: 运输带工作速度电动机所需要的功率为: 式中为传动系统的总功率: 由1表2-4确定各部分效率为:联轴器的动效率： 每对轴承的传动效率：圆锥齿轮的传动效率：0.98 圆柱齿轮传动效率(设齿轮精度为8级)：0.98传动滚筒的传动效率： - 带传动的效率：0.96 代入上式得： 则 电动机所需要的功率为: 因载荷平稳,电动机额定功率Pm略大于即可.查机械零件手册选电动机功率Pm为5.5kw，J02-41-4系列电动机,满载转速为1440rpm。3确定电动机转速 卷筒轴工作转速：同步转速（）额定功率（）满载转速（）15005.514402.22.3 选取电动机型号为Y132S-4，其主要参数见表1：（表1）第四部分 传动比的分配及参数的计算一、传动比1、总传动比i=nm/nw=1440/152.866=9.4202、分配各级传动比高速级为圆锥齿轮其传动比应小些约，低速级为圆柱齿轮传动其传动比可大些。所以可取 =2.355 =4.0二、传动装置的运动和动力参数计算传动系统各轴的转速,功率和转矩计算如下: 1、各轴的转速（各轴的标号均已在图中标出） =1440r/min 2、各轴输入功率 3、各轴转矩 将计算结果汇总列表如下表2 轴的运动及动力参数项目电动机轴高速级轴I中间轴II低速级轴III工作机轴IV转速（r/min465152.866152.866功率（kw）5.5 5.4455.229 5.022 4.773转矩()2.336.11182.761312.49298.184传动比12.3554.01效率0.990.980.960.98第五部 分齿轮的设计一、高速轴齿轮传动的设计1选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数按传动方案选用直齿圆锥齿轮传动（1）输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。（2）材料选择 由机械设计第八版西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著的教材 表101选择小齿轮材料和大齿轮材料如下齿轮型号材料牌号热处理方法强度极限屈服极限硬度（HBS）平均硬度（HBS）齿芯部齿面部小齿轮45调质处理650360217255236大齿轮45正火处理580290162217189.5 表 2二者硬度差约为45HBS。（3）选择小齿轮齿数25，则：，取。实际齿比（4）确定当量齿数 ， 。2按齿面接触疲劳强度设计 1） 确定公式内的数值（1）试选载荷系数（2）教材表106查得材料弹性系数（大小齿轮均采用锻钢）（3）小齿轮传递转矩 5.462（4）锥齿轮传动齿宽系数。（5）教材1021d图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；1021c图按齿面硬度查得大齿轮接触疲劳强度极限。（6）按式(1013)计算应力循环次数；（7）查教材1019图接触疲劳寿命系数，。（8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1，则 = =1.232）计算（1）计算小齿轮分度圆直径（由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计） = =87.470 mm（2）计算圆周速 3.296m/s（3）计算齿宽b及模数 36.992mm mm（4）齿高 （5）计算载荷系数K由教材102表查得：使用系数使用系数=1；根据v=3.296m/s 、8级精度，由108图查得：动载系数=1.18；由103表查得：齿间载荷分配系数=；取轴承系数 =1.25，齿向载荷分布系数=所以：（6）按实际载荷系数校正所算得分度圆直径 （7）计算模数： mm3按齿根弯曲疲劳强度设计m1）确定计算参数（1）计算载荷（2）查取齿数系数及应了校正系数 由教材105表得：， ； ， 。（3）教材1020图c按齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳极限 ；教材1020图b按齿面硬度查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限 。（4）教材1018图查得弯曲疲劳寿命系数 。（5）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 。 （6）计算大小齿轮的并加以比较， = ， ，大齿轮的数值大。2）计算（按大齿轮） = =2.901mm对比计算结果，由齿面接触疲劳计算的模m大于由齿根弯曲疲劳强度的模数，又有齿轮模数m的大小要有弯曲强度觉定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径有关。所以可取弯曲强度算得的模数2.901 mm并就近圆整为标准值 mm（摘自机械原理教程第二版清华大学出版社 4.11 锥齿轮模数（摘自GB/T123681990），而按接触强度算得分度圆直径=93.705mm重新修正齿轮齿数，,取整，则，为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，一般应互为质数。故取整。则实际传动比，与原传动比相差2.2%，且在误差范围内。4计算大小齿轮的基本几何尺寸1）分度圆锥角：（1）小齿轮 （2）大齿轮 2）分度圆直径：（1）小齿轮 （2）大齿轮 （3）齿顶高 （4）齿根高 3）齿顶圆直径：（1）小齿轮 （2）大齿轮 4）齿根圆直径：（1）小齿轮 （2）大齿轮 （3）锥距 （4）齿宽 ，（取整）b=41mm。则：圆整后小齿宽 ，大齿宽 。（5）当量齿数 ，（6）分度圆齿厚 5)修正计算结果：(1)由教材105表查得：， ； ， 。3.730m/s(2)再根据8级精度按教材108图查得：动载系数=1.18；由103表查得：齿间载荷分配系数=；取轴承系数 =1.25，齿向载荷分布系数=(3)(4)校核分度圆直径 = =94.065(5)= ， ，大齿轮的数值大，按大齿轮校核。(6) = =2.426mm实际，均大于计算的要求值，故齿轮的强度足够。 5齿轮结构设计 小齿轮1由于直径小，采用实体结构；大齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按经验公式和后续设计的中间轴配合段直径计算，见下表；大齿轮2结构草图如图。高速级齿轮传动的尺寸见表 大锥齿轮结构 草图表3 大锥齿轮结构尺寸 名称结构尺寸及经验公式计算值锥角锥距R125.660mm轮缘厚度11mm 大端齿顶圆直径233.363mm榖空直径D由轴设计而定 50mm轮毂直径 80mm轮毂宽度L取55mm腹板最大直径由结构确定160mm板孔分布圆直径 120mm板孔直径由结构确定 12mm腹板厚度 18mm 表4 高速级锥齿轮传动尺寸名称计算公式计算值法面模数3 mm锥角齿数3377传动比2.333分度圆直径99mm231mm齿顶圆直径 104.515mm223.363mm齿根圆直径92.382mm228.164mm锥距 125.660mm齿宽45mm40mm二、低速级圆柱齿轮传动的设计1选定齿轮类型精度等级材料及齿数1）按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。（1）经一级减速后二级速度不高，故用8级精度。（2）齿轮材料及热处理小齿轮选用45钢调质，平均硬度为235HBS，大齿轮材料为45刚正火，平均硬度为190HBS，二者材料硬度差为40HBS。2）齿数选择 选小齿轮齿数，根据高速级传动比，得低速级传动比，则大齿轮齿数，取=97。 实际传动比 传动比误差=0.0995，在允许误差范围内。3）选取螺旋角。初选螺旋角=14。2 按齿面接触强度设计1）确定各参数的值:（1）试选载荷系数=1.6（2）计算小齿轮传递的扭矩。 （3）查课本表10-7选取齿宽系数。（4）查课本表10-6得材料的弹性影响系数。（5）教材1021d图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；1021c图按齿面硬度查得大齿轮接触疲劳强度极限。（6）按式(1013)计算应力循环次数 （7）N=60nj =2.07410h；（8）查教材1019图接触疲劳寿命系数，。（9）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1，则 = =1.23（10）查课本图10-30 选取区域系数 Z=2.433。（11）查课本图10-26 得，则=0.788+0.865=1.653 。2）计算（1）试算小齿轮分度圆直径d，由计算公式得 =65.367mm（2）计算圆周速度 （3）计算齿宽b和模数 b= =（4）齿高 =（5）计算纵向重合度 （6）计算载荷系数K 已知使用系数，根据v=1.056m/s，8级精度，查课本图10-8得动载系数；查课本表10-4得K=1.46；查课本图10-13得K=1.35；查课本表10-3得。 故载荷系数 （7）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 （8）计算模数=3 按齿根弯曲强度设计1）确定计算参数（1）计算载荷系数 （2）小齿轮传递的扭矩（3）根据纵向重合度，查课本图10-28得螺旋角影响系数=0.88。（4）计算当量齿数 （5）查取齿形系数和应力校正系数 查课本表10-5得。（6）计算弯曲疲劳许用应力 查课本图10-20c得齿轮弯曲疲劳强度极限。 查课本图10-18得弯曲疲劳寿命系数。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则 （7）计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大，选用大齿轮。2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，又有齿轮模数m的大小要有弯曲强度觉定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径有关，所以可取弯曲强度算得的模数1.977 mm并就近圆整为标准值（摘自机械原理教程第二版清华大学出版社 4.3 标准模数（摘自GB/T13571987），而按接触强度算得分度圆直径=71.626mm重新修正齿轮齿数， ,取整，则，为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，一般应互为质数。故取整。实际传动比，与原分配传动比4.038基本一致，相差0.2%。4几何尺寸计算1）计算中心距 将中心距圆整为181mm。（1）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正。（2）计算大小齿轮的分度圆直径2）计算齿轮宽度 圆整后取b=72mm小齿轮，大齿轮。（1）校核，同高速级齿轮一样。（2）齿轮结构设计 小齿轮3由于直径小，采用齿轮轴结构；大齿轮5采用孔板式结构，结构尺寸按经验公式和后续设计的中间轴配合段直径计算，大斜齿圆柱齿轮见下表5；大齿轮4结构草图如上图。低速级圆柱斜齿轮传动尺寸见下表。大斜齿轮结构草图 表5 斜齿大圆柱齿轮结构尺寸名称结构尺寸经验计算公式计算值榖空直径d由轴设计而定d=d轴50mm轮毂直径80mm轮毂宽度L75mm（取为与齿宽相等）腹板最大直径268mm板孔分布圆直径174mm板孔直径（4765.8）mm腹板厚度C18mm表6 低速级圆柱斜齿轮传动尺寸名称计算公式计算值法面模数2.5mm法面压力角螺旋角齿数28113传动比4.036分度圆直径72.006mm290.113mm齿顶圆直径77.006mm295.113mm齿根圆直径65.756mm283.863mm中心距 181mm齿宽80mm75mm第六部分 设计轴的尺寸并校核1轴材料选择和最小直径估算 轴采用材料45钢，进行调质处理。则许用应力确定的系数103，取高速轴 ，中间轴，低速轴。按扭转强度初定该轴的最小直径 ，即： 。当轴段截面处有一个键槽，就将计数值加大5%7%，当两个键槽时将数值增大到10%15%。（1）高速轴：，因高速轴安装联轴器有一键槽，则：24.110mm。对于连接电动机和减速器高速轴的联轴器，为了减少启动转矩，其联轴器应具有较小的转动惯量和良好的减震性能，故采用LX型弹性柱销联轴器（GB/T50142003）。（2）联轴器传递的名义转矩=9550计算转矩 （K为带式运输机工作系数，K=1.251.5, 取K=1.5 ）。（3）根据步骤1、2 和电机直径d电机= 42 mm，则选取LX3型联轴器。其中：公称转矩，联轴器孔直径 d=（30、32、35、38、40、42、45、48）满足电机直径d电机= 42 mm。（4）确定轴的最小直径。根据d轴=（0.81.2）d电机，所以。取（5）中间轴：。该处轴有一键槽，则：，另考虑该处轴径尺寸应大于高速级轴颈处直径，取 。（6）低速轴：。考虑该处有一联轴器和大斜齿圆柱齿轮，有两个键槽，则：，取整：。2轴的结构设计 根据轴上零件的结构、定位、装配关系、轴向宽度及零件间的相对位置等要求，参考表4-1、图4-24（机械设计课程设计第3版哈尔滨理工大学出版社），初步设计轴草图如下1)高速轴的结构设计 高速轴轴系的结构如图上图所示。(1)各轴段直径的确定 ：最小直径，安装与电动机相连联轴器的轴向外伸轴段，。：根据大带轮的轴向定位要求以及密封圈标准，取45mm(2)轴承处轴段，根据圆锥滚子轴承30210 确定轴径50mm(3).轴环段取60mm(4).轴承处根据轴承取50mm(5)小锥齿轮处取40mm2）轴各段长度（1）由选择的联轴器取60mm（2）由箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定40mm（3）由圆锥滚子轴承确定20mm（4）由装配关系、箱体结构确定110mm（5）由圆锥滚子轴承确定20mm（6）由套筒及小锥齿轮确定63mm3） 中间轴直径长度确定（1）初步选定圆锥滚子轴承，因轴承同时承有径向力和轴向力的作用，故选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=40mm，由课程设计表12.4轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承选用型号为30209，其主要参数为：d=45，D=85，T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,所以取其直径45mm。 （2）因为安装小斜齿轮为齿轮轴，其齿宽为80mm，直径为77.006mm，所以长80mm直径77.006mm。 3)轴的轴环段直径60mm，长10mm。4） 输出轴长度、直径设置。（1）初步选定圆锥滚子轴承，因轴承同时承有径向力和轴向力的作用，故选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=40mm，由课程设计表12.4轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承选用型号为30209，其主要参数为：d=45，D=85，T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,所以取其直径45mm。 （2）因为安装大斜齿轮，其齿宽为75mm，所以长75mm直径50mm。 （3）轴的轴环段直径60mm，长10mm。 （4）过渡轴直径50mm 长度58mm （5）轴承端直径45mm，长度42mm （6）箱盖密封轴直径40，长度35mm （7）选择联轴器的直接35mm，长度60mm。3轴的校核(中间轴)1）轴的力学模型建立2）计算轴上的作用力大锥齿轮2：圆周力 径向力 轴向力 斜小圆齿3：圆周力 N径向轴向力 3)计算支反力(1)计算垂直面支反力（XZ平面）如图由绕支点A的力矩和 则：同理：.则 ，计算无误。(2)计算水平面支反力（XY平面）与上步骤相似，计算得： ，4)绘扭矩和弯矩图(1)垂直面内弯矩图如上图。 C处弯矩 左= D处弯矩 (2)绘水平面弯矩图，如图所示. C处弯矩： D处弯矩： (3)合成弯矩图 如图 C处最大弯矩值 ： D处最大弯矩值： (4)转矩图 (5)弯扭合成强度校核进行校核时，根据选定轴的材料45钢调质处理。由所引起的教材151查得轴的许用应力应用第三强度理论而C处采用的齿轮轴，D处直径50mm，远大于计算尺寸。故强度足够。5)安全系数法疲劳强度校核对一般减速器的转轴仅适用弯扭合成强度校核即可，而不必进行安全系数法校核。(1)判断危险截面对照弯矩图、转矩图和结构图，从强度、应力集中方面分析，因C处是齿轮轴，故C处不是危险截面。D截面是危险截面。需对D截面进行校核。(2)轴的材料的机械性能根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由所引用教材表151查得：。取(3)D截面上的应力因D截面有一键槽，。所引：抗弯截面系数抗扭截面系数弯曲应力幅，弯曲平均应力；扭转切应力幅，平均切应力。(4)影响系数D截面受有键槽和齿轮的过盈配合的共同影响，但键槽的影响比过盈配合的影响小，所以只需考虑过盈配合的综合影响系数。由教材表38用插值法求出：，取，轴按磨削加工，由教材附图34求出表面质量系数：。故得综合影响系数： (5)疲劳强度校核轴在D截面的安全系数为：取许用安全系数，故C截面强度足够。4校核高速轴及输出轴 校核该轴与中间轴方法一样，故步骤省略。经校核后，两轴强度足够。5滚动轴承的选择及计算(1)输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30210，其尺寸为， ，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则，则 则故合格。(2)中间轴和输出轴轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30209，其尺寸为 ， 载荷水平面H垂直面V支反力F则则则，则 则故合格6键联接的选择及校核计算(1)输入轴键计算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，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。(2)中间轴键计算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，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。(3)输出轴键计算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，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。7联轴器的选择在轴的计算中已选定联轴器型号。(1)输入轴选HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。(2)输出轴选选HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。第七部分 润滑与密封齿轮采用浸油润滑，由机械设计（机械设计基础）课程设计表16-1查得选用N220中负荷工业齿轮油（GB5903-86）。当齿轮圆周速度时，圆锥齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。由于大圆锥齿轮，可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承，并通过油槽润滑其他轴上的轴承，且有散热作用，效果较好。密封防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。第八部分 设计主要尺寸及数据 表11-1铸铁减速器机体机构尺寸计算表名称符号尺寸关系结果mm机座壁厚0.0125（d1+d2）88机盖壁厚8机座凸缘厚度b1.512机盖凸缘厚度b11.512机座底凸缘厚度P2.520地脚螺钉直径12地脚螺钉数目n44轴承旁连接螺栓直径d10.75 df10机盖机座连接螺栓直径d2(0.50.6)df6连接螺栓d2的间距150200180轴承端盖螺钉直径d3(0.40.5)df 6窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4)df4定位销直径d(0.70.8) d25df d1 d2 至外机壁距离c12020df、d2之凸缘的距离c21818轴承旁凸台半径R199凸台高度h4040外机壁至轴承座端面距离L1c1+c2+(510)40内机壁至轴承座端面距离L258大齿轮顶圆与内机壁距离12齿轮端面与内机壁距离11.5机盖、机座肋厚m1,m2m10.85,m20.857轴承端盖外径D2D+(55.5)d3120轴承端盖凸缘厚度e1.2d38轴承旁连接螺栓距离s140第九部分 设计小结在谢老师的指导和帮助下，我完成了这次机械设计，通过这次关于带式运输机上的两级圆锥圆柱齿轮减速器的课程设计使我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过这几个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、互换性与技术测量、工程材料、机械设计（机械设计基础）课程设计等于一体。这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想、训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反应和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。设计中还