机械设计课程设计-二级圆锥圆柱减速器.docx

燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目： 二级圆锥圆柱减速器 全套图纸加扣3012250582 学 院： 机械工程学院 年级专业： 机控一班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 燕山大学课程设计报告目录1 项目设计目标与技术要求11.1任务描述与技术要求：12传动系统方案制定与分析12.1传动方案的对比分析与评价12.1.1传动基本单元件的分析12.1.2课程设计中的四种经典传动方案的分析22.2方案的选取23 传动方案的技术设计与分析23.1 电动机选择与确定23.1.1 电动机类型和结构形式选择23.1.2 电动机容量确定33.1.3 电动机转速选择33.2 传动装置总传动比确定及分配43.2.1 传动装置总传动比确定43.2.2 各级传动比分配43.3 各轴转速、功率和转矩44 关键零部件的设计与计算54.1 设计原则制定54.2齿轮传动设计方案64.3 第一级齿轮传动设计计算64.3.1 第一级齿轮传动参数设计64.3.2 第一级齿轮传动强度校核84.4第二级齿轮传动设计计算94.4.1 第二级齿轮传动参数设计94.4.2 第二级齿轮传动强度校核124.5 轴的计算134.5.1 轴径初估134.6 键的选择及键联接的强度计算154.6.1 键联接方案选择154.6.2 键联接的强度计算164.7 滚动轴承选择方案及固定方案165 传动系统结构设计与总成175.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范175.1.1装配图整体布局175.1.2 轴系结构设计与方案分析185.1.2.1 高速轴结构设计与方案分析185.1.2.2 中间轴结构设计与方案分析195.1.2.3 低速轴结构设计与方案分析205.2主要零部件的校核与验算215.2.1 轴系结构强度校核215.2.1 键的强度计算与校核236主要附件与配件的选择246.1联轴器选择246.2 润滑与密封的选择246.2.1 润滑方案对比及确定246.2.2 密封方案对比及确定246.4 油标256.5 螺栓及吊环螺钉266.6油塞267 零部件精度与公差的制定267.1 精度制定原则267.2 精度设计的具体实施277.2.1主要配合277.2.2主要结构尺寸标注278 项目经济性与安全性分析278.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性278.2 减速器总重量估算及加工成本初算288.3安全性分析288.4 经济性与安全性综合分析298.4.1轴的经济性与安全性分析2910、参考文献301 项目设计目标与技术要求1.1任务描述与技术要求：机械设计课程设计任务书设计题目：带式输送机传动装置传动装置简图：原始数据要求：F=1544 N D=0.26m V=1.54 m/s其他条件：使用地点：室内 生产批量：大批载荷性质：平稳 使用年限：8年一班2传动系统方案制定与分析2.1传动方案的对比分析与评价2.1.1传动基本单元件的分析传动单元一：带传动优点：带传动可以缓和冲击和振动；带传动中心距不受限制；可以通过打滑，提高设备的防过载能力。缺点：传递效率较低；易出现皮带打滑造成皮带磨损剧烈；传动比不明确。分析：由于随着带不断转动，带的疲劳受损现象严重，需要经常更换皮带，增加检修时间并伴随经济效益的下降。传动单元二：链传动优点：无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确；工作可靠，效率高；传递功率大；过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。缺点：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长；传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声。分析：链的磨损较快，并且较带传动相比，链传动还存在拖链、振动冲击等特点，在运行过程中的瞬时传动比不准确。传动单元三：齿轮传动优点：锥齿轮寿命长，高负荷承载力；耐化学和腐蚀性强；降噪和减震；重量轻，成本低；易于成型，润滑性好；最重要的是，它可以实现两个垂直轴的传动，而一般圆柱齿轮只能用于平行轴。斜齿轮啮合性好，传动平稳、噪声小；重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力；不产生根切的最少齿数少。蜗轮蜗杆可以得到很大的传动比；两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大提高传动平稳、噪音很小；具有自锁性，其反向自锁性可起安全保护作用。缺点：传动效率较低，磨损较严重；蜗杆轴向力较大。2.1.2课程设计中的四种经典传动方案的分析（1） 二级展开式圆柱齿轮减速器优点：传动比一般是8-40，结构简单，用于两平行轴之间的传动，常用斜齿轮。传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长。缺点；由于齿轮的不对称布置，因而沿轴向载荷分布不均匀。要求轴有较大的刚度，适用于载荷平稳的工况。（2） 二级同轴式减速器优点:传动比一般为8-40，横向尺寸较小，结构简单加工方便。缺点: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以充分利用。（3） 二级圆锥-圆柱齿轮减速器优点:圆锥齿轮为直齿时传动比为8-20，斜齿是为8-40。可以改变力矩的方向，实现的是相交轴传动，体积小，重量轻，效率高，使用寿命长的特性。缺点：与二级圆柱直齿轮减速器相比，加工稍微复杂一些，传动效率低。（4) 齿轮蜗杆减速器优点：传动比一般为15-60，最大到480，可获得较大传动比，实现的是相交轴传动，工作平稳，噪音小。缺点：效率低，容易产生齿面粘附，成本高，蜗轮蜗杆传动采用铜合金材料，由于一般有专用切齿机床，切齿加工效率低。2.2方案的选取综合考虑到齿轮传动的传动比准确，磨损程度相对较小，并可以通过传动过程中降低转速来提升转矩，所以选用齿轮传动。本次项目减速器的目标传动比适中，不需要选用可以实现较大传动比的蜗轮蜗杆传动。同时，因为驱动卷筒带动传动带所承受力较大、并且输入轴与输出轴呈90度角，可以适用较特殊的安装空间，故选用锥齿轮传动。最终选择的传动方案为圆锥-圆柱二级齿轮传动。3 传动方案的技术设计与分析传动系统的总体参数、运动和动力参数计算与确定。包括电机类别、系列及具体型号选择；给出电机方案选择依据；计算总传动比，分配各级传动比，给出各级传动比分配原则或分配依据说明；计算各轴转速、功率和转矩等。3.1 电动机选择与确定3.1.1 电动机类型和结构形式选择由机械设计课程设计指导手册表14-1查得三相异步电机共给出三种：Y系列 （IP23）、(IP44)和YEJ系列电磁制动三相异步电机，由本次设计题目和要求：室外微振带式运输机传动装置，经对比选择Y系列（IP44）三相异步电动机，全封闭自扇冷式结构。与其他三相异步电动机相比，Y系列（IP44）三相异步电动机具有以下优点：（1） 效率水平较高。 由于电动机效率水平的提高，就给社会带来了巨大的节电经济效益。（2） 起动性能较好。其最小转矩均保证在0.8倍的额定转矩以上，并且大部分还达到或超过1倍的额定转矩。因此，其起动性能非常优良，带负载起动也十分顺利。（3） 噪声低振动小。该系列采用电机专用轴承，因而运转噪声大为降低。（4） 防护性能较好。结构设计满足对外界固体物和溅水的防护要求，这样就能有效防止异物对电动机和人体的危害，同时也可以满足室外使用的要求。（5） 运行可靠使用寿命长。绕组均采用B级绝缘材料。当海拔不超过1000米，冷却空气的温度不超过40时，电动机定子绕组的温升限度（电阻法）不超过80K。较大的温升裕度则能延长电动机的使用寿命，并提高电动机运行的可靠性。 3.1.2 电动机容量确定 (1)工作机功率 所以，可求得 Pw =2.15 kw(2)电动机实际输出功率传动装置的总效率式中、为从电动机至卷筒轴的各传动机构和轴承的效率。由机械设计课程设计指导手册表12-10查得：轴承效率（滚珠轴承）， 弹性联轴器效率，圆柱齿轮传动效率（8级精度齿轮传动），锥齿轮传动效率（8级精度的一般齿轮传动） ， 故，(3) 电动机额定功率由机械设计（机械设计课程设计指导手册p119续表14-4选取电动机额定功率。3.1.3 电动机转速选择（1）工作机的输出速度（2）电动机的转速推算电动机转速可选范围，由机械设计课程设计指导手册表2-1查得：按推荐的传动比合理范围，圆锥齿轮传动比一般为，圆柱齿轮传动比一般为则电动机转速可选范围为：符合这一范围的同步转速1000r/min,1500r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等因素，决定选用同步转速为960r/min的电动机。电动机主要性能参数表：电动机型号额定功率（）电动机转速(r/min)总传动比起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y132S-639608.492.02.23.2 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其中，nm是电动机满载转速，nw是工作机转速。3.2.2 各级传动比分配 总传动比为圆锥齿轮传动一般传动比（24）、圆柱齿轮传动一般传动比（18）为使大锥齿轮不至于过大，锥齿轮传动比尽量小于4，取4。3.2.2.2 各级传动比确定， 则低速级传动比3.3 各轴转速、功率和转矩（1）各轴转速电机轴轴 轴 =384（r/min）轴 =113.27（r/min） 卷筒轴（2）各轴输入功率电机轴轴 轴 轴 卷筒轴（3）各轴转矩电机轴轴 轴 轴 工作机 运动和动力参数计算结果整理于下表:表3-1 传动与动力装置运动学参数表轴号功率P/kW转矩T/（Nm）转速n/（r/min）传动比i效率电机轴2.4424.379601.000.98轴2.4225.079602.50.95轴2.2765.583843.390.95轴2.18183.801131.000.93卷筒轴2.13179.581134 关键零部件的设计与计算4.1 设计原则制定 安全系数：S为疲劳强度安全系数，若按作齿轮材料疲劳极限试验所取定的失效概率计算齿轮的疲劳强度时，通常即取S=1。轴的安全系数可以根据机械设计144页由有效应力集中系数、表面状态系数、尺寸系数和敏感性系数进行计算得到。这里取S=1.5即可。加工工艺制定：圆柱斜齿轮：加工齿轮毛坯（小批自由锻）加工齿面（插齿）热处理（大齿轮正火小齿轮调制）精加工（珩齿）。锥齿轮：加工齿轮毛坯（小批自由锻）加工齿面（插齿）热处理（大齿轮正火小齿轮调制）精加工（珩齿）。轴类零件：备料车右端面、钻中心孔、调头夹外圆车左端面、钻中心孔粗车外圆铣键槽调制热处理改变材料切削性能 精车外圆表面、切退刀槽和倒角、调头切退刀槽倒角磨削外圆表面去毛刺。齿轮轴：自由锻正火车端面、钻中心孔粗车外圆调制处理精车外圆、倒角铣键槽滚齿修磨中心孔磨外圆剃齿去毛刺。箱体和箱座：铸造毛坯时效油漆划线粗、精加工基准面粗、精加工各平面粗、半精加工各主要孔粗、半精加工各次要孔加工各螺纹、紧固孔、油孔等 去毛刺清洗检验。（平面加工采用普通铣床、孔采用镗床加工）材料选择：齿轮、齿轮轴和轴类零件都采用45号钢。虽然因硬度不高限制了承载能力，但易制造、成本低，可以满足减速器的工作要求，故选用45钢。箱体和箱座采用HT150即可保证较好的耐磨性、铸造性和可切削性且吸振性好，成本低。4.2齿轮传动设计方案大小齿轮据选择软齿面即可满足要求，但热处理方法不同。大齿轮正火、小齿轮调制，可以得到的硬度差（小齿轮齿根薄，受载次数多，可以使大小齿轮寿命接近；减小胶合的危险）。设计及校核原则：软齿面点蚀为主，以齿面接触疲劳强度设计，齿根接触疲劳强度校核。圆柱齿轮采用斜齿轮。相对于直齿轮，斜齿轮 有以下优点：（1）斜齿轮的啮合性好，传动平稳、噪声小。（2）斜齿轮重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力。（3）斜齿轮不产生根切的最少齿数少。4.3 第一级齿轮传动设计计算4.3.1 第一级齿轮传动参数设计 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及热处理（1） 传动类型：圆锥斜齿轮传动（2）精度等级：速度不高，故初选8级精按G度B/T 10095.（3）材料选择、热处理方法及齿面硬度：由机械设计表6-3选择：小齿轮： 调制 大齿轮： 正火 。2、齿轮具体参数选择 (1)选取齿数：由于此件为常规件,(2040),因而,第一级小齿轮选择齿数为25大齿轮齿数，Z2 =Z1*i=62.5,取Z2 =63真实传动比i=2.52,传动比误差为0.8% 5%,所以，满足要求。(2) 齿宽系数 查表，取13、按齿面接触强度设计由公式进行试算，即（1）确定公式内的各计算数值.确定载荷系数使用系数 由机械设计P82页，表6-4查得动载系数Kv估计圆周速度，由机械设计图6-11(b)查得动载系数，齿间载荷分配系数由机械设计P84 ,查得，齿向载荷分布系数，由机械设计P85图6-17，查得。故，.确定弹性系数由于大齿轮和小齿轮均采用45号钢。由机械设计表6-5查得材料的弹性影响系数 。.确定区域系数由机械设计图6-19选取区域系数.接触疲劳寿命系数应力循环系数为 其中，n1，n2分别为小齿轮，大齿轮转速，j为小齿轮每转一圈同一齿面啮合的次数，Lh为齿轮的工作寿命。由机械设计P95 图6-25取接触疲劳寿命系数 . 材料的接触疲劳强度极限由机械设计图6-27c）、图6-27b）按齿面硬度（小齿轮采用调质处理，大齿轮采用正火处理）分别查得，小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限. 齿轮传动许用应力取失效概率为1%，安全系数则有 得， （2）各项参数已求得，初算小齿轮直径（3）计算圆周速度故所选精度等级合适。修正载荷系数按 由图6-11 查得动载系数（4）校正计算的分度圆直径（5）确定各尺寸参数.计算大端模数计算大端模数=d1/z1=67.85/24=2.71mm取通过查阅机械设计P76,表6-1，取标准值.计算分度圆锥角，锥距. 计算大端分度圆直径. 确定齿宽取4.3.2 第一级齿轮传动强度校核 各项参数计算.当量齿数的计算.查取齿形系数由机械设计P89 表6-21查得齿形系数 .查取应力修正系数由机械设计P89 表6-22查得应力修正系数. 弯曲疲劳强度极限由机械设计P96图6-28c查得，小齿轮的弯曲疲劳强度极限应力，大齿轮的弯曲疲劳强度极限应力. 疲劳寿命系数由机械设计图6-26按 ，分别查得弯曲疲劳寿命系数： vi.计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数，得故,校核齿根弯曲疲劳强度满足弯曲强度，故所选参数合适,第一级齿轮设计完成4.4第二级齿轮传动设计计算4.4.1 第二级齿轮传动参数设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及热处理（1） 传动类型：圆柱斜齿轮传动（2）精度等级：圆锥-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G B/T 10095）.（3）材料选择、热处理方法及齿面硬度：由机械设计表6-3选择：小齿轮： 调制 大齿轮： 正火 ， 2、齿轮具体参数选择 （1）选取齿数：由于此件为常规件,(2040),因而,第一级小齿轮选择齿数为25，大齿轮齿数Z2 =Z1*i=84.75,取Z2 =85。真实传动比I=3.4,传动比误差为0.2%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7.2.1主要配合（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：如H7/r6、H7/p6、H7/n6均可。（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f 9。（4） 联轴器的配合与齿轮相同。（5） 滚动轴承的形位公差-圆柱度，一定要查互换性书88页表4-18 轴颈和外壳孔的形位公差。（6） 其它的形位公差值均可按7级查表。7.2.2主要结构尺寸标注减速器各部分总长：629mm；总宽：325mm；总高：310mm；地脚螺栓孔定位距离为：188；中心距：150mm；7.2.3精度要求与经济性的矛盾从精度要求方面看，精度要求越高所加工出来的产品使用效果越好；但从经济性方面考虑，无限要求精度就会无限增加加工成本。综上所述，生产企业应力求在满足使用性能的前提下应尽量降低精度要求以力求减小经济开支，提升产品的竞争力，创造更多的利润。7.3 减速器主要技术要求1.装配前所有零件用煤油清洗，机体内不该有任何杂物出现。内壁涂上不被机油侵蚀的涂料两次。2.箱座内装HT-50润滑油至规定高度，润滑脂填入量不得超过轴承空隙体积的2/3.3.检查减速器剖分面接触面及密封处，均不许漏油，剖分面允许涂以密封油漆或水玻璃，不允许使用任何涂料。4.角接触轴承的轴向游隙为0.25-0.40mm。5.减速器装配好后做空载实验，正反各转一小时，要求运转平稳，震动噪声小，连接固定处不得松动，负载实验时油温不得超过35度，轴承温升不得超过40度。6.右轴轴承端盖与轴承外端面留有0.05-0.10mm的轴向间隙。7.齿轮副最小侧隙0.185mm。8.表面涂灰色油漆，外伸轴及零件须涂油包装严密，运输装卸时不得倒置。8 项目经济性与安全性分析8.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性选择原则：在满足生产使用需要的前提下，应尽量使用低成本材料、工艺、精度来降低制造成本。减速器要求为小批量生产且六年一班制。材料：箱体：受载较小，无特殊精密需求，故采用铸造制造，HT150即可保证较好的耐磨性、铸造性和可切削性且吸振性好，成本低，故材料选择HT150；套杯和套筒同理，采用HT150；齿轮采用45钢，虽然硬度不高限制了承载能力，但是经热处理后进一步保证了其在减速器中的应用承载能力，可以完成传动任务，同时45钢易制造，保证了经济性，故齿轮采用45钢；轴类零件：轴类零件主要采用碳素钢和合金钢以及球墨铸铁（1）碳素钢价格低，应力集中小，应用广泛。但是强度和硬度较差。（2）合金钢的强度和硬度比较高，可淬性较好。在传递大动率并要求减轻质量和提高轴颈的耐磨性时应用广泛。（3）球墨铸铁：它们的毛坯是铸造成型，容易 得到理想的形状。这些材料的吸镇效果比较好。可以通过热处理方式获得良好的减磨性，对应力集中的敏感性低。最终选择：由于铸造轴的品质不宜控制，可靠性较差不选择球墨铸铁。再加上经济的原因以及应力集中因素，可选择45钢作为轴类零件的材料。而且通过调制处理可以提高轴的强度。端盖：轴承端盖铸造加工，端盖也作轴承的轴向固定使用，受到一定的轴向力，使用要求不高，材料采用HT150；工艺：轴类在毛坯之后的加工一般都是以车床加工为主。但是毛坯的加工有锻造和铸造以及车制毛坯三种加工方式。（1） 锻造毛坯应用较多，它可以使材料内部分布均匀，不宜用于复杂零件。（2）铸造毛坯：容易得到理想的形状，成本比锻造高。但是导致内部由于铸造应力的存在。（3）车制毛坯：主要用于尺寸较小的轴。最终选择：由于该减速器的轴类零件均比较大，而且结构简单，所以采用锻造毛坯。箱体和轴承端盖等零部件均采用铸造工艺。精度等级均按照常规等级查取，避免发生低要求、高精度的现象。精度越高，导致成本越高，而且在保证一定精度的情况下，刻意提高精度并不会带来显著的效果。所以考虑经济原因，在配合面上要严格要求精度，在非配合面上，适当选用较低精度。8.2 减速器总重量估算及加工成本初算用Solidworks对减速器进行按1:1比例进行三维建模，建模后对主要实体部分（延伸出来部分较少不作测量）进行长度测量，其结果为：长约为415mm，宽约为245mm，高约为310mm，其体积约为31519250mm3=31519.25cm3；除去空心部分，质量约为103Kg。根据市场价格，铁的价格约为3.2万元/吨，所以该减速器的材料成本约为。根据大致计算，减速器的材料成本约为3296元。8.3安全性分析 电动机：所选电动机功率小于电动机的额定功率，能够带动执行机构完成相应指定动作，同时能够满足经济性要求。在保证负载输出的同时，避免了电机因长时间处于满负载而引起的电机烧损，电机起火，甚至电机爆炸等危险事故。轴、齿轮等主要零部件：设计过程中均采用相应安全系数以保证其使用安全性，并在设计完成之后进行强度校核，由数据显示校核结果均远小于临界条件，满足安全性要求。同时对于受轴向力较大的轴承、受剪力较大的键都进行了全面的校核，结果均远远满足安全性要求。8.4 经济性与安全性综合分析8.4.1轴的经济性与安全性分析 以下三个公式为轴的强度校核中安全系数校核法公式： 在以上三个公式中，两项系数直接与工件加工精度相关。的大小与表面粗糙度相关，若想获得较高的数值，势必要增加高精度工艺，从而提升成本；系数与相关，查机械设计第114页可知，与材料的硬度、强度相关。若获得较高的，则要购买高强度材料或通过更高层次的热处理来达到要求。经济性方面：在8.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性中已做分析，不再赘述。8.4.2齿轮的经济性与安全性分析齿轮的许用应力公式：当、一定时，盲目的提高S会使整体的许用应力大幅度降低。通过增加S而提高齿轮的强度需要提高加工工艺或者增加齿轮的分度圆直径。若直接提高分度圆直径则会导致箱体箱盖等配套零部件的