带式运输机圆锥—圆柱齿轮减速器设计可定制

1 机械设计课程设计 设计题目：带式运输机圆锥 圆柱齿轮减速器 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号： 成绩： 指导老师： 职称： 设计时间： 年 01 月 01 日至 年 01 月 15 日 年 月 日 2 目 录 一、设计任务书 .、电机的选择计算 .、运动和动力参数的计算 .、传动零件的设计计算 .、闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算 .、轴的设计计算 .、减速器高速轴 1 的设计 .、减减速器低速轴 2 的设计 .、减速器低速轴 3 的设计 .、滚动轴承的选择与寿命计算 .、减速器高速 1 轴滚动轴承的选择与寿命计算 .、减速器低速 2 轴滚动轴承的选择与寿命计算 .、减速器低速 3 轴滚动轴承的选择与寿命计算 .、键联接的选择和验算 .、联轴器的校核 .、润滑油的润滑方式选择 .、减速器箱体附件选择设计 .一、主要设计尺寸 .二、参考文献 .三、小结 .3 机械设计任务书 设计题目 :带式运输机圆锥 圆柱齿轮减速器 设计数据及其要求 : 运输带拉力 F=2300N:运输带速度 :V=s； 滚筒直径 D=320器的工作环境 :工作经常满载，空载启动，工作有轻微震，不反转，一 班 制， 工作寿命 10年（每年工作 300 天）。 其他设计要求 :1、允许带运输速度误差士 5%; . 图 1作量： 3 张。 4 二 、 电机的选择计算 : 1、选择电动机的类型 按工作要求和工作条件选取 Y 系列三相异步电动机 2、选择电动机的容量 工作 机所需的功率 为 : w 00 001 0 00 （ 1 1） 该公式中 表工作机所需的功率， F 代表 输送带拉力 ，而 V 代 表 输送带速度 。 输送 带 与滚筒 也有 传动的效率 ，一般 1 =098，此处由于工作条件好，载荷平稳，取其为 查 参考文献 【 2】 表 3 4 知，弹性 联轴器的效率 2 =一对 7 级精度 圆锥滚子轴承的效率3= 0. 98， 一对 滚动 轴承的效率 4 = 0. 99， 闭式 7级精度 直齿圆锥齿传动效率5=543221 = （ 1 2） 所需电动机 所需的 功率 w/ =3 (1 3) 3,确定电动机的转速 查 参考文献 2表 4式圆柱齿轮传动比推荐为 35，闭式圆锥齿轮传动比推荐为 23，则 圆锥圆柱齿轮减速器的传动比 i 总 =615,而工作机卷 筒的转速为 : m i rd vn w （ 1 4） 所以电动机转速的可选范围为 m i n/) 7 49 3 9()156(7 5 d 总 （ 1 5） 符合这一范围的同步转速有 750r/ 1000r/现以电动机 数据及计算的总传动比列于下表 1 1案 电机类型 额定功率 p/步转速 r/载转速 r/机质量 总传动比 1000 960 750 750 720 90 、选择电动机的型号 根据上表数据分析， 电动机 合服要求 ,一方面价格便宜，另一方面质量较轻，便于运输。 三 、 动和动力参数的计算 r=m r/m 型号 =4kw n=960r/5 设传动装置的总传动比为 i，根据电动机的满载转速下式计算： 1 6） 其中 ，根据（ 1 4）计 算结果知 m ，带入数据可知 总传动比 i= (2)分配 各级传动比 根据机械设计手册推荐的齿轮传动比范围，圆柱齿轮 32 i 齿轮321 i ， 21 （ 1 7） 为了避免圆锥齿轮过大，制造困难，推荐 ，且 3i ， 直齿轮圆锥齿轮传动比 1i =3,直齿轮圆柱齿轮传动比 2i = (3)实际总传动 比 i 实 = 213 i=0. 02 H2， . H1= H2=5460触强度设计小齿轮大端模数 (由于小齿轮更容易失效故 按小齿轮设计 ):4，则 l i 4 3=72 .实际传动比 u=1=72/24=3，且 u=2=1=3, 2=， 1= 则小圆锥齿轮的当量齿数 zl/4/m2=z2/2=72/ (1 13) =4)表 主教材表 （ 10 有 89. 8 2取 u= 3， 算小 锥 齿轮分度圆直径 : 3 R 12(1 14) 带入数据可得 8 3 2 (1 15) (1)计算圆周速度 : v= 960/60000=m/s （ 1 16） (2)计算齿轮的动载系数 K 根据 v=2 62，齿轮七级精度由 文献 110 动载荷系数 主教材 表 (10使用系数 1= 910 910 H1=540 H2=517 7 取 齿间载荷分配 系数 1 教材表（ 10得 系数 = （ 1 17） 齿轮的载荷系数 K= = 1 （ 1 18） (3)按齿轮的实际载荷系数所算得的分度圆直径由式 文献 1(10 ) 3(1 19) m=d1/4=（ 1 20） (1)由 文献 1图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =500 齿轮的弯曲疲劳强度极限 80 2)由 文献 1图 10得弯曲疲劳强度寿命系数 . 85， (3)计算弯曲疲劳强度的许用应力，取安全系数 S=1. 4 =0. 85 500/ （ 1 21） =3800/ （ 1 22） (4)计算载荷系数 =1 = =1 (1 23) (5)查取齿形系数 （ 1 24） 1 2 献 1表 10得 =2. 614， 得应力校正系数 算小齿轮的F 加以比较 2 d 。 m=8 H2， . H1= H2=576 3)按齿面接触强度设计小齿轮模数 (由于小齿轮更容易失效故按小 齿轮设计 ): 取齿数 0，则 1 i 12=20 4. 46= 9 :实际传动比 u=1=89/20=由 文献 1表 11 89. 8 文献 1取 8136. 8， u= 文献（ 1）表 10 7 齿宽系数 d=1 3 （ 1 35） 带入上述数据可得 (1)计算圆周速度 : v= 0000=320/60000=s (1 36) (2)计 算齿宽 b b= d （ 1 37） (3)计算齿宽与齿高之比 b /h 模数 mt=0= （ 1 38） H=2 b/h=4)计算载荷系数 K 根据 v=1. 066m/s，齿轮七级精度由 文献 1图 10 . 05 由 文献（ 1）表 10使用系数 KA=于直齿圆柱齿轮 =KH=l 由 文献（ 1） 表 10值法得 7 级精度小齿轮相对支承非对称布置 = b/h=8 87， =1. 42，查得 文献 1图 10 =1. 35 109 h 108 h v=s b=10 齿轮的载荷系数 K= =1 （ 1 39） 按齿轮的实际载荷系数所算得的分度圆直径由 文献 1式 (10 ) 3(1 40) m=dl/0= （ 1 41） （ 1 42） (1)由 文献 1图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 500 齿轮的弯曲疲劳强度极限 380 2)由 文献 1图 10得弯曲疲劳强度寿命系数 =0. 87， . 91. (3)计算弯曲疲劳强度的许用应力，取安全系数 S=1. 4 =500/ （ 1 43） =3800/ （ 1 44） (4)计 算载荷系数 =1. 35 K= =1 l (1 45) (5)查取齿形系数 由 文献（ 1） 表 10得 . 18 (6)查得应力校正系数 由文献（ 1）表 10 5 查得 7)计算小 齿轮的F 加以比较 2 1 c=59. 7 N. m, 许用转速 n=4700r/n=960 r/以联轴器符合使用要求 。 (l)圆周力 39100/65= (2)径向力 1 = =3)轴向力 1 = =装配见装配图） 图 (I)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和和长度 1)为了满足半联轴器的轴向定位要求， 段右端需制出一轴肩 30取 直径 :35 端用连接 轴承，取 034 ,半联轴器与轴配合的毅孔长度为 L 1=60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 段应比 短一些，取 l =58 2)初步选定滚动轴 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。参照工作要求并并取34d=40由 文献 2表 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 30208，其主要参数为 :d=40D=80=19. 75B=18C=16 da =47以 0mm,6 06l= 13 3)取安装 套筒处的 45 处 的直径 6034 ，在 67 处取其直径d ,其长度 067 。 4)由轴承盖端的总宽度为 26套筒宽度 10m 确定 ,取 30 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 (2 ) 轴上零件的周向定位 齿轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。为了保证齿轮 与轴具有良好的配合的对中性，故选择齿轮 轮毂 与轴的配合为67 同样半联轴器与轴相连， 配合 也为67动轴承与轴的周向定位是 有过渡配合来保证的。此处选轴的直径尺寸公差为 (3)取轴端倒角为 2 45。，各轴肩处的圆角半径为 该轴受力计算简图如图 1. 2b， 齿轮 1 受力 图 （ 1） 求垂直面内的支撑反力 : 轴承的 T=25. 25a 19. 545+2(13+2 2 0+20） =据实际情况取 4取 5 2+144. 615(2)/52=1931. 539 N 2=5214 Y=0， . 2t 据弯矩方程可得 轴承一处弯矩为 (2)水平面内的支撑反力 : ， . 11+/2) 65/2/52=， Z=0, 2= =据弯矩方程可得 3)合成弯矩 : M=4)作轴的扭矩图如图 1. 2c 所示， 计算扭矩 :T=9100N 表 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F（ N） 矩（ 弯矩（ 矩（ T=39100(5)校核高速轴 I 进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 B）的强度。根据文献 【 1】中式（ 15上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =中 M=1=39100： 212 （ 1 53） 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由文献【 1】表 15的 1 =60此 1 所以满足强度要求。 速轴 2 的设计 由于传递中小功率，转速不太高，故选用 45 优质碳素结构钢，调质处理，由 文献【 1】 表 15 b 0 求 轴 的功率 ，转速和转矩 20r/11600） 初步确定轴的最小直径 先按文献【 1】式 15步估算轴的最小直径，据 文献【 1】表 15A 1120，于是得： 3220m i n 由于该轴有一个键槽，故轴的直径应加大 57%， 15 故 (1+57%)= (1)圆周力 144. 615 N, (2)径向力 31. 670N (3)轴向力 95. 009N (1)圆周力 F T2/ 111600/70=2)径向力 =3188. 57 =1159. 906N (1)拟定结构方案如下图 （装配方案见装配 图） : 图 根据轴各定位的要求确定轴的各段直径和长度 1)初步选定滚动轴承，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 为了便于轴承的选择和强度的要求选择012 ， 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 30306。由文献【 3】表 6 其主要参数为 :d=30D=72T=20. 75B=19C=16, =37以取套筒的厚度为 806712 ，另外在上图中轴承的最左端要安装圆螺母，又要安装轴承端盖，再综合考虑取212 。 2)因为安装小直齿轮 ，其齿宽为 75径为 70 所以， 61 3)轴的 12 和六七 段设置挡油环和套筒，其中挡油环的长度为 12. 75 套筒的长度为 14. 5度为 10以取，67d=40mm,0 159. 906N 16 4）在 45 处安装大锥齿轮，大锥齿轮的宽度 045 ， 245 ， 至此，至此， 已初步确定了轴的各段直径和长度 。 表 1-7 l (62 71 18 50 10 40 D(30 36 34 42 48 30 (2)轴上零件的周向定位 大锥齿齿轮与轴的周向定位采用平键连接。 按231】表 6得平键截面b 812 h ,键槽用槽铣刀加工，长为 5 处由文献【 1】表 6的：平键键面 b 810 h ，长 为 63为了保证齿轮与轴具有良好的配合的对中性，故选择齿轮轮与轴的配合为67滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来保证的。此处选轴的直径尺寸公差为 (3)取轴端倒角为 2 45 ，各轴肩处的圆角半径为 该轴受力计算简图如 下 图 所 示： 图 轴承的 T=20. 75a 1040+16+8+=69. 45圆锥齿受力点在轴上的长度 02=(051=(8+13. 35+( 水平面内 17 .2+(2+3120(5) +1144. 6154 (5+ . Y=0， 1平面内根据弯矩方程可以解得： .， 3+/(2+ (65+131. 67 69. (5+ 592. 256N Z=0， 25. 5N， 垂直面内也可以跟据弯矩方程可以解得： N m 4 1 00)()( 212 N m 4 4 75)()( 22222 N m 2 7 34)()( 23223 算扭矩 : T=16000N 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F（ N） 矩 M( 弯矩 M(2=3=矩 T(T=116000 速 轴 2 强度 进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 B）的强度。根据文献 【 1】中式（ 15上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =中 M=11600的计算应力为 : M p )( 2221 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由文献【 1】表 15的 1 =60此 1 所以满足强度要求。所以满足强度要求 。 所用的表来自 文献 1) (1)判断危险面 51=18 虽然键槽对轴有削弱，但轴的最小直径是按扭转强度确定的， 因此这个 截面不是危险面。只有在截面 C 处有较大的应力集中， 因 此必须对其进行精确校核。 (2)截而 B 左 侧 抗弯截面系数 W=303 =2700 （ 1 54） 抗扭截面系数 303 =5400 （ 1 55） 截而 B 右侧的弯矩 M 为 ： M= N m 截面 C 上的扭矩 T=11600N面上的弯曲应力 M （ 1 56） 截面上的扭转切应力 M p 0 01 1 6 0 02 轴的材料为 45 钢，调质处理 由 文献【 1】 表 15得 : B=640 s=355 1 =2751 =155 面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按 文 献【 1】 附表 3 取 。 因3010查文献【 1】表 1插值法可得 = =由轴的材料的敏感系数为 q =q =有效应力集中系数 按文献【 1】附表 3-4 k =1+ q ( 1+( （ 1 57） K =1+ q ( 1+( （ 1 58） 由文献【 1】附图 3寸系 数 =附图 3扭转 尺寸系数 =按磨削加工，由附图 3表而质量系数为 = =未经表面强化处理，即q=1，则得综合系数为 8 5 1 59） 又由 3 3得碳钢的特性系数 W=27005400 k =k =19 =是，计算安全系数 文献 115 15得 : 9 2 （ 1 60） （ 1 70） SS （ 1 71） 故 可 知其安全。 (3)截面 B 的右侧： 抗弯截面系数 W 和 抗扭截面系数 及弯曲应力为： M= N m 8 3 9 M T M p 3 11 1 6 0 02 过盈配合处的 , 插值，并取】附图由文献【 于是的 ; 则 k， k。 按磨削加工，由文献【 1】附图 3表面质量系数为 : = =得综合系数 为 ： 的安全系数为 K W=9331.2 20 故该轴 B 右侧的强度也是足够的。至此，轴的设计计算即告结束，故所选轴安全。 的设计 由于传递中小功率，转速不太高，故选用 45 优质碳素结 构钢，调质处理， 按 文献 1表 8得 B=640 b1 =60 机用的减速器低速轴通过联轴器与滚筒的轴相连接，其传递功率为 3. 665速为 由 文献【 1】 表 15得 110,所以 3220m i n c. 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的轴的直径12d，为了便于选择轴的直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。 联轴器 的计算转矩Nm 53 ，查文献【 1】表 14考虑转矩变化很小，故取 K ，则： 按照计算转矩文献【 3】表 8用 弹性柱套住销联轴器，其公称转矩为 710联轴器孔径 1d =45取512 ，半联轴器的与轴的配合毂孔长度 4 120N 21 图 d. 作用在小直齿的力 : (1)圆周力 120N (2)径向力 e. 轴的结构设计 (1)拟定结构方案如 上 图 （装配方案见装配图）。 (2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和和长度 1)为了满足半联轴器的轴向定位要求， 1与联轴器 右端需制出一轴肩，由于45 在 2 的直径 2直径 ， 49端用轴端挡圈定位，按轴端挡圈定位 ,按 轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故 12 轴段应 比 短一些，取 82 2)初步选定滚动轴承，因轴承只承有 径 向力的作用，故选深沟球轴承 。 参照工作要求并根据 49文献【 3】 表 6承产品目录中初步 选取 0 基本游隙组，标准精度级的单列 深沟球 轴承选用型号为 6211,其主要参数为 :d=55=100B=2157 而,557834 178 。 3)取安装齿轮处的轴端 4直径 d 4560轮的 左端之间采用 套筒定 位 。大直齿的齿的宽度为 70为了使套筒端面可靠定位也压紧齿轮，此 轴 的端 面应略短于轮毂宽度，故取 737045 的长度 。齿轮右端采用轴肩定位，轴肩定位，轴肩高度 h h=5轴环处直径 056 。轴环宽度b ,4.1 h 取 056 。 4)由轴承盖端的总宽度为 20据轴承端的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求 ，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 l =30取 523 所以取 45 22 5）取齿轮距箱体内壁之距离 a=16齿轮与 圆柱齿轮之间的距离 C=确定滚动轴承的位置时，应距箱体内壁一段距离S=8知滚动轴承宽度 B=21虑到箱体铸造误差，在确定滚动轴承的位置时，应距箱体内壁一段距离 S=8知滚动轴承宽度 B=8锥齿轮轮毂 L=50： 770(566734 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 (2)轴上零件的周向定位 齿轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。 按451】表 6的平键截面 1118 键槽用键槽铣刀加工，长为 56证齿轮与轴具有良好的配合的对中性，故选择齿轮 轮毂 与轴的配合为67样半联轴器与轴相连，配合也为67用平键为 70914 。滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来保证的。此处选轴的直径尺寸公差为 (3)取轴端倒角为 2 45 ，各轴肩处的圆角半径为 该轴受力计算简图如图 1. 2b，齿轮 1 受力 图 撑反力 : 0. 752= 139. 523 2= 4+10+32=139. 5 2)=3120 Y=0， 根据弯矩方程可得： N , L 1/(2)= Z=0， 据弯矩方程可得： N m . 2c 所示， 计算扭矩 :T= 487800N 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F（ N） 矩 M（ 弯矩 (M=矩 T（ T=87800 速轴 3 进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 B）的强度。根据文献 【 1】中式（ 15上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =中 M=487800的计算应力为 : M p )( 2221 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由文献【 1】表 15的 1 =60此 1 所以满足强度要求。所以满足强度要求 。 24 六 、 滚动轴承的选择与寿命计算 轴承的最低额定寿命 =15 300 16=72000h 轴滚动轴承的选择与寿命计算 (1)高速轴的轴承既承受一定径向载荷，同时还承受轴向外载荷，选用圆锥滚子轴承，初取 d=40 2表 用型号为 30208,其主要参数为 :