二级圆锥圆柱齿轮减速器设计F=1495V=1.35D=290.docx

机械设计课程设计说明书题目：带式运输机圆锥圆柱齿轮减速器 学院（系）： 年级专业： 学 号： 学生姓名： 目录第一章 项目设计目标与技术要求11.1 任务描述11.2 技术要求1第二章 传动系统方案制定与分析2第三章 传动方案的技术设计与分析43.1 电动机的选择与确定43.1.1 电动机类型和结构形式选择43.1.2 电动机容量确定43.1.3 电动机转速选择53.2 传动装置总传动比确定及分配53.2.1 传动装置总传动比确定53.2.2 各级传动比分配5 3.2.2.1 分配方案6 3.2.2.2 各级传动比确定6第四章 关键零部件的设计与计算74.1 设计原则制定174.2 齿轮传动设计方案184.3 圆锥齿轮传动设计计算19 4.3.1 圆锥齿轮传动参数设计19 4.3.2 圆锥齿轮传动强度校核204.4 圆柱齿轮传动设计计算21 4.4.1 圆柱齿轮传动参数设计21 4.4.2 圆柱齿轮传动强度校核234.5 轴的初算23 4.5.1 最小轴颈初算23 4.5.2 各轴基本结构设计234.6 键的选择及键联接的强度计算24 4.6.1 键联接方案选择25 4.6.2 键联接的强度计算254.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式26第五章 传动系统结构设计总成275.1 装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范27 5.1.1 装配图整体布局28 5.1.2 轴系结构设计与方案分析28 5.1.2.1 高速轴结构设计与方案分析29 5.1.2.2 中间轴结构设计与方案分析31 5.1.2.3 低速轴结构设计与方案分析335.2 零件图设计345.3 主要零部件的校核与验算35 5.3.1 轴系结构强度校核37 5.3.2 有限元分析38 5.3.3 滚动轴承的寿命计算38第六章 主要附件与配件的选择396.1 联轴器选择396.2 润滑与密封的选择396.3 通气器406.4 油标406.5 螺栓416.6 螺塞426.7其他42第七章 零部件精度与公差的制定437.1 精度设计制定原则437.2 减速器主要结构、配合要求437.3 减速器主要技术要求44第八章 项目经济性分析与安全性分析448.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性458.2 减速器总重量估算及加工成本估算458.3 安全性分析458.4 经济性与安全性综合分析46第九章 三维设计展示46第十章 设计小结48第十一章 参考文献50全套图纸加扣 3012250582设计计算过程结果一、项目设计目标与技术要求1.1任务描述机械设计课程设计师机械设计课程最后一个重要的实践性教学环节，是机械类专业的主干技术基础课。课程设计通常选择一般用途的机械传动装置或简单机械为题，通常较多采用的是以齿轮减速器为主体的机械传动装置。任务名称为带式运输机传动装置，要求每个同学在设计中完成以下工作：1） 绘制减速器装配图一张（A0图纸）。2） 绘制零件工作图若干张（传动零件、轴、轴承盖或箱体等），具体由指导老师指定。3） 编写项目报告一份，约60008000字。1.2技术要求图1-1 圆锥-圆柱齿轮减速器简图原始数据及要求传输带牵引力F=1495N传输带工作速度V=1.35m/s滚筒直径D=0.29m使用地点室内生产批量大批生产载荷性质载荷平稳使用年限五年一班传输带牵引力 F=1495N传输带工作速度：v=1.35m/s滚筒直径D=0.29mPw=2.06 kw2、 传动系统方案制定与分析方案拟定原则 合理的传动方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。一种方案要同时满足上述要求往往比较困难，因此应根据具体的设计任务有侧重的保证主要设计要求，选取比较合理的方案。 方案一：单级圆柱齿轮减速器 图2-1 单级圆柱齿轮减速器简图方案分析： 单级圆柱齿轮减速器传动比一般小于6，可用直齿、斜齿或人字齿。轴线可做水平布置、上下布置、或垂直布置，应用广泛。 优点：传动的速度和功率范围很大、效率高，结构紧凑，装配和维修简便。 缺点：传动比小。方案二：二级圆柱齿轮减速器图2-2 二级圆柱齿轮减速器简图方案分析：传动比一般为840，结构简单，应用广泛。展开式的高速级常用斜齿，由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度，用于载荷比较平稳的场合。分流式结构复杂，齿轮相对于轴承对称布置，常用于变载荷的场合。同轴式横向尺寸较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差，高速级齿轮的承载能力难于充分利用。 方案三：单级蜗杆减速器图2-3 单级蜗杆减速器简图方案分析：结构简单、紧凑，但效率低，适用于载荷较小、间歇工作的场合。蜗杆下置式润滑条件较好，应优先选用，但当蜗杆圆周速度v45m/s时用上置式。方案四：齿轮-蜗杆减速器图2-4 齿轮-蜗杆减速器简图方案分析：传动比一般为1560，最大到480。齿轮传动在高速级时结构比较紧凑，蜗杆传动在高速级时传动效率较高。方案五：圆锥-圆柱齿轮减速器图2-5 圆锥-圆柱齿轮减速器简图方案分析：锥齿轮应布置在高速级，圆锥齿轮为直齿时i=820，为斜齿或曲线齿时i=840。综合以上五种方案，由于本项目技术要求是室内工作，五年一班，载荷平稳，因此对传动装置的主要要求是传动效率高，工作可靠。故选择方案五的圆锥-圆柱齿轮减速器。三、传动方案的技术设计与分析3.1电动机选择与确定已知，运输带的有效拉力F=1495N，卷筒直径D=0.29m，运输带速度v=1.35m/s。地点室内，大批生产，载荷平稳，五年一班制。3.1.1选择电动机类型按工作要求和工作条件，由于载荷平稳，地点室内，所以只需选用一般用途防护式笼型电动机。故初选Y系列(IP23)三相异步电动机。3.1.2确定电机容量输入功率 ，其中为卷筒效率。由机械设计手册P.89表12-10知普通平带传动。传动装置总效率 ，其中为联轴器效率，为齿轮传动效率，为轴承效率。经查手册P89表12-10，弹性联轴器效率有。电动机的输出功率。 3.1.3选择电动机转速 卷筒轴工作转速 经查手册P.6表2-1，圆锥-圆柱齿轮减速器推荐的合理传动范围i=232，故电动机转速的合理范围为 符合这一范围的同步转速有750、1000、1500r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等因素，决定选用同转速为1000r/min的电动机，由手册表P.117表14-2知，IP23电机最小额定功率为7.5kw，比Pd=2.41kw大得多，由手册P.120表14-4知，型号选择为Y132S-6，其性能参数如下：表3-1 选取电动机参数表型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）启动转矩最大转矩Y132S-63.010009602.02.23.2传动装置总传动比确定及分配3.2.1传动装置总传动比确定 由，卷筒轴工作转速，可知总传动比。对于圆锥-圆柱齿轮减速器，其中圆锥齿轮传动比当要求两级传动大齿轮浸油深度大致相等时允许所以，取 ， ；3.2.2各级传动比分配 3.2.2.1分配方案传动比的分配方案即是确定各轴的转速、输入功率、输入转矩。传动装置按电动机到工作机的工作顺序分为、卷筒轴四根轴。3.2.2.2各级传动比确定1）各轴转速：电机轴：I轴：II轴：III轴：卷筒工作轴：。2） 各轴输入功率：I轴：，考虑到电动机与、轴间存在联轴器效率II轴：，考虑到齿轮传动效率与固定轴的轴承效率III轴：，考虑到齿轮传动效率与轴承效率卷筒轴：，考虑到轴承效率与卷筒轴和轴间的联轴器效率。b.各轴输入功率：电动机：I轴：，考虑到效率损失II轴：，考虑到效率损失以及传动比分别为小、大锥齿轮直径III轴：卷筒轴： 表3-2 各轴输入参数表轴号功率P/kw转矩T/（Nm）转速n/(rmin)传动比i效率电机轴2.4123.9796010.9931轴2.3923.809603.10.9502轴2.2767.873203.160.9503轴2.16232.2688.8910.973卷筒轴2.10226.0288.894、 关键零部件的设计与计算4.1设计原则制定 a.齿轮零件的安全系数确定 齿轮零件在工作中主要为轮齿受力，不同的工况与加工工艺条件下，主要失效形式不同。在进行设计时，实际圆周力要比名义圆周力大一些，利用各种系数对其进行修正。分析其主要失效形式时，按照该失效形式所对应的设计原则进行设计，并且对其进行校正。在设计完成后，取其非主要失效形式所对应的校核原则进行校核。 b.轴类零件的安全系数确定 在一般情况下，轴的工作能力决定于它的强度和刚度，对于高速转轴，有时还决定于它的振动稳定性。在设计轴时，除了按照这些工作能力准则进行设计计算或校核计算以外，在结构设计上还需使轴能满足其他一系列要求，例如轴上零件固定的要求，热处理要求，运转维护要求等。对于重型轴，还需考虑毛坯制造和探伤等问题。在设计与校核中，还需考虑由于加工和结构带来的应力集中问题。c.键类零件的安全系数确定 键按照等强度设计的观点，其强度计算与安全系数确定与其连接件有关d.齿轮零件的材料与加工工艺 对于齿轮零件来说，由于其工作受力的特殊性，所以对其材料的基本要求是：齿面要硬，齿心要韧，以抵抗齿面失效和轮齿折断。制造齿轮最常用的材料是钢，其次是铸铁以及非金属材料。除了大尺寸齿轮外，一般均使用锻钢制造齿轮。软齿面齿轮多经过调质或正火处理后切齿，其精度可达8到7级。硬齿面齿轮一般为切齿后热处理再磨齿。常用的热处理方式有表面淬火、渗碳淬火、调质、正火、渗氮等。e.轴零件的材料与加工工艺 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢，碳素钢笔合金钢价廉，对应力集中敏感性较小，所以应用比较广泛。最常用的碳素钢为45钢，为保证其力学性能，应进行调质会正火处理，不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可用Q235、 Q255等。f.键零件的材料与加工工艺 键的材料要有足够的硬度，最常用的中碳键用精拔钢。4.2齿轮传动设计方案 减速器的两级齿轮均为软齿面齿轮，闭式齿轮传动应选用接触疲劳强度设计，弯曲疲劳强度校核。第一级传动选择直齿圆锥齿轮传动，减小加工成本；第二级圆柱齿轮传动选用斜齿轮，使结构紧凑，传动平稳，效率高。4.3圆锥齿轮传动设计计算4.3.1圆锥齿轮传动参数设计（已知，地点室内，大批生产，载荷平稳，五年一班） a.传动类型：圆柱斜齿轮传动 b.精度等级：圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故初选8级精度按GB/T 10095。 c.材料选择及热处理方法：选择软齿面齿轮，抗点蚀能力强。在任务要求工作条件下齿轮所受载荷不高，所以选用软齿面齿轮，降低制造成本。 小齿轮：45号钢 调质 大齿轮：45号钢 正火 （括号内为计算用数值）考虑到大小齿轮的同寿命因素d.校核原则 该减速器为闭式减速器，齿面类型为软齿面，故按照齿轮齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核。确定齿数： 小齿轮齿数（2040），取， 则， 传动比误差：，在允许范围内按齿面接触疲劳强度设计 (1)初定分度圆直径： (2)参数确定：载荷系数： 传动平稳，由表6-4得；初取分度圆处圆周速度v=3m/s，由图6-11a得；齿间载荷分配系数（锥齿轮）；由图6-8取齿宽系数，取又因为有，所以由图6-17得齿向载荷分布系数； 根据表3知；节点区域系数，（，图6-19）；弹性影响系数，（表6-5）； 接触疲劳强度极限： ，（图6-27c） ，（图6-27b）计算应力循环次数：由图6-25取接触疲劳寿命系数 ，失效率1%，安全系数S=1得 取(3)计算：小齿轮分度圆直径计算平均分度圆处的圆周速度；修正载荷系数，（图6-11）；校正试算大端分度圆直径； (4)确定尺寸参数 模数确定 ，将模数标准化取m=2.5mm； 分度圆直径 计算锥距 ； 计算齿轮宽度 ， 圆整，取分锥角 ， 4.3.2圆锥齿轮传动强度校核 有如下公式：，；当量齿数，所以，（齿形系数，应力修正系数） ，；（教材P89图6-21,6-22）计算弯曲疲劳许用应力：取失效概率1%，安全系数S=1，由图6-26得所以， ， ； 由，成立，满足强度要求。4.4圆柱齿轮传动设计计算4.4.1 圆柱齿轮传动参数设计 （已知）选择斜齿轮的材料，热处理方法及硬度选材及热处理方式小齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为HB3=240HBS，大齿轮材料为45钢，正火处理，硬度为HB4=190HBS，二者材料硬度差为50HBS，满足硬度差在3050HBS的要求，且硬度均小于350HBS（软齿面）；选精度初取圆柱齿轮平均分度圆的圆周速度为v=3m/s，初选8级精度（v位置公差值形状公差值粗糙度数值。2）对于结构复杂，刚性较差或不易加工与测量的零件（如细长轴和孔，距离较大的孔等），可降低等级1-2级。7.2精度设计的具体实施（1）在减速器中，齿轮与轴的配合选用基孔制过盈或基孔制过渡配合， 选用H7/r6。（2）滚动轴承内圈与轴颈采用基孔制，但内圈公差带是上偏差为0，下偏差为负，所以，轴颈的公差带要比通常的紧，选择k6，实际上是过盈配合。外圈与机座孔的配合采用基轴制，机座孔用H7。（3）端盖与机座孔之间用h7/d11。（4）联轴器的配合与齿轮相同，H7/r6。7.3减速器主要结构、配合要求（1）齿轮零件选用八级精度，中心距偏差0.0315mm。（2）键联接查询互换性与测量技术表