机械设计课程设计-圆锥-圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计说明书1 设计题目12 总体设计22.1 方案拟定22.2 电机选型32.3 传动比分配32.4 传动装置的运动和动力参数选择43.传动零件设计53.1 斜齿圆柱齿轮设计53.2 直齿圆锥齿轮设计84.轴系的设计计算114.1 高速轴I的设计与计算114.2 低速轴III的的设计154.3 中速轴II的设计与计算235 滚动轴承的寿命计算325.1 轴III的轴承的寿命计算326 键连接的校核计算357 联轴器的选型368 润滑和密封方式的确定369 箱体及附件的结构设计371 设计题目设计任务：设计皮带运输机的圆锥-圆柱齿轮减速器。用于港口的货物运输，双班制工作（每年以300天记，轴承寿命达齿轮寿命的1/3以上）工作中有轻微振动。原始数据如下：物理量运输带拉力F(N)运输带速度V(m/s)卷筒直径D(mm)使用年限(年)数据10202.6400102 总体设计2.1 方案拟定 1. 电动机 2.联轴器 3.减速器 4.卷筒 5.输送带2.2 电机选型1. 电动机类型的选择：选用Y系列双向交流异步电机2. 电动机功率的选择：a) 工作机所需功率：b) 传动装置的总效率：查表2-2得：，（等级为8）c) 电动机所需功率：3. 电动机转速的选择：选用的同步转速为1500r/min4. 电动机型号的确定：a) 查表16-1,选用的型号为Y112M-4，其额定功率4KW，满载转速1440r/min。b) 查表16-2得：电动机外伸长度为L=60mm，外伸直径为D=28mm，轴心高H=112mm。2.3 传动比分配1. 工作机转速：2. 总传动比：3. 传动比分配： 即高速级的传动比为2.9，低速轴的传动比为4.0。2.4 传动装置的运动和动力参数选择1. 各轴转速的计算：2. 各轴输入功率的计算：3.3260.99=3.2933.2930.990.97=3.1623.1620.990.97=3.0373.0370.990.99=2.9773. 各轴输入转矩的计算:将计算的结果列表如下：轴号转速 功率 转矩 传动比I14403.29221.8392.9II496.553.16260.8144.0III124.143.037233.6341.0IV124.142.977228.9853.传动零件设计3.1 斜齿圆柱齿轮设计3.1.1齿轮材料及热处理方式 两齿轮均选45钢： 小齿轮调质，硬度 260HBS； 大齿轮正火，硬度 200HBS。查图6-18b得：610MPa，570MPa 230MPa，210MPa 3.1.2应力循环次数N及寿命系数 且 查图6-20得：；查图6-21得：3.1.3许用应力查表6-9取，取3.1.4按齿面接触疲劳强度设计a) 计算工作转矩：b) 初选系数和参数：暂取，齿数精度8级；因电动机驱动，工作载荷有轻微振动，由表6-2查得 =1.25，取=1.05；由表6-5选取1，由图6-3查得1.2，由图6-9查得1.15。1.251.051.151.21.81由图6-13查得2.45 ；查表6-4得189.8。取0.8， c) 计算齿轮直径和主要尺寸选择齿数：，则按表6-6，取标准模数中心距，圆整取精确计算螺旋角齿轮圆周速度由表6-7可知，选取齿轮精度8级是合适的。因，故取，则3.1.5校核齿轮弯曲疲劳强度 计算当量齿数： 按，查图6-16，得 查图6-17，得 取计算断面重合度：故满足弯曲疲劳强度。3.1.6计算齿轮几何尺寸 3.2 直齿圆锥齿轮设计3.2.1选择材料、确定热处理方式及许用应力选用45钢，小齿轮调质，硬度260HBS，大齿轮正火，硬度200HBS。查图6-18得 ，;查图6-19得 ，;查表6-9得 ，取.寿命计算同前： ,3.2.2按齿面接触疲劳强度计算设计 查表6-2得,取齿宽系数,因则按查图6-9得由表6-4得，对于标准齿轮取,则，取于是 取标准模数则实际3.2.3校核齿根弯曲疲劳强度 查图6-16得 查图6-17得 比较 故大齿轮的弯曲强度较弱，应代入大齿轮的数据进行计算，且故齿根弯曲疲劳强度满足要求。3.2.4锥齿轮的主要几何尺寸4.轴系的设计计算4.1 高速轴I的设计与计算 4.1.1 选择材料轴I的材料选45钢，调质处理，其机械性能由表8-2查得，由表8-3查得。4.1.2初估轴径；4.1.3 轴的结构设计轴上零件的布置：A、B剖面安装滚动轴承，初选轴承型号为7306C角接触球轴承，查得其尺寸dDB=307219,D剖面装联轴器，按查表13-5选TL3型弹性柱销联轴器，其半联轴器的孔径取20mm，而按转矩估算，故取，半联轴器长，C剖面安装齿轮。轴上零件的定位和固定：左轴承用轴承盖和轴肩定位，右轴承用轴套和轴肩定位，锥齿轮用套筒和轴端挡圈定位，联轴器和锥齿轮用平键进行周向固定，联轴器用轴肩和轴端挡圈定位。轴上零件的拆装联轴器、左轴承从左端装入，右轴承、锥齿轮从右端装入 结构图的绘制综合考虑各种因素，暂定轴的结构尺寸如下图：4.1.4计算弯矩校核 4.1.4.1画轴的受力简图 4.1.4.2计算齿轮受力已求得:，, 4.1.4.3计算作用于轴上的力 AB=64mm,BC=58mm 4.1.4.4计算并做出弯矩图： 水平面: 垂直面: 合成弯矩： 4.1.4.5计算转矩转矩按脉动循环变化即 4.1.4.6校核轴的强度由计算弯矩可见，B剖面是危险界面，应对B剖面进行校核:由表8-2查得 因为，故安全。4.2 低速轴III的的设计4.2.1 选择轴的材料轴III的材料选45钢，调质处理，其机械性能由表8-2查得，,由表8-3查得。4.2.2 初估轴径 4.2.3 轴的结构设计4.2.3.1 轴上零件的布置A、C剖面安装滚动轴承，初选轴承型号为7209C角接触球轴承，查得尺寸dDB=458519；D剖面安装联轴器，按，查表13-5选TL6型弹性套柱销联轴器，其半联轴器的孔径，而按转矩估算，故取，半联轴器长L82mm；B剖面安装齿轮。4.2.3.2 轴上零件的定位与固定左轴承用轴承盖和套筒定位；右轴承用轴肩和轴承盖定位；齿轮用轴环和套筒定位；联轴器用轴肩及挡圈定位；齿轮和联轴器用平键进行周向固定。4.2.3.3 轴上零件的拆装齿轮、套筒、左轴承从左端装入，右轴承、联轴器从右端装入。4.2.3.4 结构图的绘制综合考虑各种因素，暂定轴的结构尺寸如图：4.2.4 按计算弯矩校核4.2.4.1 画轴的受力简图4.2.4.2 计算齿轮受力已求：,。求得： 4.2.4.3 计算作用于轴上的力 ，； 4.2.4.4 计算弯矩画弯矩图 水平面: 垂直面: 合成弯矩： 4.2.4.5 计算转矩转矩按脉动循环变化即4.2.4.6 校核轴的强度由计算弯矩可见，B剖面是危险界面，应对B剖面进行校核:查表11-28得t=5.5mm b=14mm由表8-2查得 因为，故安全。用安全系数法校核取截面B为危险截面列表如下：计算内容及公式计算结果说明剖面剖面转矩233.634上面计算得到垂直弯矩9.561材料力学公式水平弯矩76.476.4合成弯矩7797.8轴的直径 5050已知抗弯截面系数 材料力学公式抗扭截面系数 弯曲应力幅7.27.9按对称循环应力计算弯曲平均应力00扭剪应力幅5.464.75按脉动循环变应力计算扭剪平均应力5.464.75弯曲、扭剪疲劳极限 见表8-2弯曲、扭剪等效系数 绝对尺寸系数0.910.91见表8-7绝对尺寸系数0.890.89表面质量系数0.94见表8-8弯曲时有效应力集中系数扭转时有效应力集中系数圆角过盈配合圆角过盈配合见表8-4见表8-5只算弯矩作用的安全系数12.611.5见式(8-10)只算扭转作用的安全系数12.214.0见式(8-11)合成安全系数8.88.9见式(8-9)许用安全系数S1.31.51.31.5由于,，所以低速轴是安全的。4.3 中速轴II的设计与计算 4.3.1选择材料轴的材料选45钢，调质处理，其机械性能由表8-2查得：， 由表8-3查得：4.3.2初估轴径 4.3.3轴的结构设计 4.3.3.1轴上零件的布置A、C剖面安放滚动轴承，初选轴承型号为30205滚动轴承，查得尺寸，D剖面安装锥齿轮，B剖面为齿轮轴。 4.3.3.2轴上零件的定位与固定 左轴承用轴承盖和轴肩定位，锥齿轮用轴肩与套筒定位，右轴承用套筒和轴承盖定位。 4.3.3.3轴上零件的装拆 锥齿轮、套筒和右轴承从右端装入，左轴承从左端装入。 4.3.3.4结构图的绘制 综合考虑各种因素，暂定轴的结构尺寸如下图：画轴的受力简图4.3.3.4计算齿轮受力 已求得 对锥齿轮1：已求得： 可求得： 对锥齿轮2：已求得： 可求得： 计算作用于轴上的力 4.3.4计算弯矩画弯矩图 水平面: 垂直面: 合成弯矩： 4.3.5校核轴的强度由合成弯矩图知B，C两剖面为危险截面，对此两截面进行校核：对B： 对C： 用安全系数法校核取截面B为危险截面列表如下：计算内容及公式计算结果说明剖面B剖面C转矩60.814上面计算得到垂直弯矩58.153.7材料力学公式水平弯矩76.456.1合成弯矩109.677.7轴的直径 5230已知抗弯截面系数 材料力学公式抗扭截面系数 弯曲应力幅12.233.9按对称循环应力计算弯曲平均应力00扭剪应力幅1.706.64按脉动循环变应力计算扭剪平均应力1.706.64弯曲、扭剪疲劳极限 见表8-2弯曲、扭剪等效系数 绝对尺寸系数0.810.91见表8-7绝对尺寸系数0.760.89表面质量系数0.94见表8-8弯曲时有效应力集中系数扭转时有效应力集中系数圆角过盈配合圆角过盈配合见表8-4见表8-5只算弯矩作用的安全系数6.62.7见式(8-10)只算扭转作用的安全系数33.610.0见式(8-11)合成安全系数6.52.6见式(8-9)许用安全系数S1.31.51.31.5由于,，所以中速轴是安全的。5 滚动轴承的寿命计算5.2 中间轴II上的轴承所选的轴承为30205，e=0.37,Y=1.6 5.2.1 计算轴承支反力已求出：，合成支反力： 5.2.2 计算轴向负荷， 5.2.3 计算当量动负荷5.2.3.1 ,查表10-10，插值求得X=1，Y=0，5.2.3.2，查表10-10得X=1,插值法求得Y=0。 ,所以以来进行计算。5.2.4 寿命计算查表10-1得，角接触球轴承10/3故寿命符合要求。5.3 高速轴I上的轴承所选的轴承为30206，e=0.37,Y=1.6 5.3.1 计算轴承支反力已求出: ,。 ； 5.3.2 计算轴向负荷 ，。5.3.3 计算当量动负荷5.3.3.1，,查表10-10，插值求得X=0.4，Y=1.6；5.3.3.2 ,查表得10-10，插值求得X=1,Y=0；,故应按计算。5.3.4 寿命计算查表10-11得，球轴承10/3故寿命符合要求。6 键连接的校核计算6.1 键1 ，安全。6.2 键2，安全。6.3 键3 ,安全。6.4 键4,安全。6.5 键5,安全。7 联轴器的选型 7.1低速轴联轴器的选择： 由于输入转矩为T=233.634Nm，查表13-5选TL6型弹性套柱销联轴器，其半联轴器的孔径，半联轴器长。； 7.2 高速轴联轴器的选择： 由于输入转矩为T=21.839Nm，查表13-5选HL1型弹性柱销联轴器，其半联轴器的孔径，半联轴器长。8 润滑和密封方式的确定8.1 润滑方式的确定齿轮的润滑：斜齿轮的圆周速度:锥齿轮的圆周速度：由于v12m/s,查表15-1和15-3,可采用大齿轮浸油润滑，故可选CKD150工业齿轮用油。 轴承的润滑： 由于小圆柱斜齿轮圆周速度v2m/s,故轴承处选用脂润滑，根据工作条件，选用2号钙基脂（ZG-2）。8.2 密封方式的确定由于转速较低，且选用了脂润滑，故选用丁形无骨架橡胶油封。同时，为防止箱内油进入轴承，使润滑脂稀释流出或变质，在轴承内侧采用挡油盘封油。9 箱体及附件的结构设计9.1 箱体的结构设计由表5-1确定壁厚,由中心距确定地脚螺钉直径。轴承旁联接螺栓直径。箱座、箱盖联接螺栓直径。由确定扳手空间，根据应留的扳手空间确定凸台的高度，箱座高度以大齿轮顶圆到底部距离来定，油面高度以浸没小齿轮12个齿为宜，油沟要不与联接螺栓相干涉。9.2 减速器附件的设计9.2.1 窥视孔和视孔盖窥视孔的位置应开在齿轮啮合区的上方，便于观察齿轮啮合情况。9.2.2 通气器装在视孔盖上。9.2.3 起吊装置吊环螺钉设在箱盖上，按起吊重要选公称直径,吊耳也应设在箱盖上。9.2.4 油标指示器 选长形油标，应设凸台以减少加工面。9.2.5 放油孔和螺塞放油孔设在箱座内底部最低处，能将污油放尽，箱座内底面做成倾斜面，在油孔处做成凹坑。螺塞选的是圆柱螺纹油塞，要加封油垫片，按壁厚的2.5倍选螺塞直径。9.2.6 起盖螺钉设两个直径与箱体凸缘联接螺栓直径相间即，长度大于箱盖凸缘厚度。9.2.7定位销直径约为凸缘联接螺栓直径的0.8倍，取，长度大于上下箱体联接凸缘的总厚度，以便于拆卸。10 设计小结 在设计的过程中，很多零件都有确切的尺寸，很容易就可以绘出来，但也有很多的尺寸是无法直接获取的，需要查阅大量