圆锥齿轮二级减速器2-a机械设计课程设计5-A设计.doc

一、设计题目1.题目说明 5A题 设计一链板式输送机装置 工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期10年（每年300个工作日），小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速允许误差为5。链板式输送的传动效率为0.95。 参数要求：输送链的牵引力F =5KN；输送链速度v=0.6m/s 输送链链轮的节圆直径d=399mm.传动简图如下图所示： 二、运动参数计算1.电动机选择初选电动机转速n=1500r/min高速级齿轮组和低速级齿轮组的效率为和，链传动的效率为，联轴器的效率为，链板式输送机的效率为，轴承效率为= 0.97 取精度为IT=7= 0.96 选择滚子链传动= 0.99 刚性套柱销联轴器= 0.95 由已知条件得到= 0.99 选用圆锥滚子轴承工作机所需功率：= 3.16KW传动装置的总效率 =0.87电动机所需功率：=3.60KW根据以上数据选择电动机参数如下:工作功率= 4KW，转速= 1440r/minY112M-4三相异步电动机满足要求,可供选用.2.传动比选择根据各类机械传动的传动比范围及传动比分配原则选择各传动比：高速级传动比；低速级传动比；链轮传动比4.183各轴传动参数(1) 各轴的转速n(r/min)的确定 高速轴的转速： 中间轴的转速： 低速轴的转速： 链轮的转速： (2) 各轴的输入功率（KW） 高速轴的输入功率： 中间轴的输入功率： 低速轴的输入功率：(3) 各轴的输入扭矩（Nm） 高速轴的输入转矩： 中间轴的输入转矩： 低速轴的输入转矩：电机轴轴轴轴滚筒轴功率P/kw43.923.763.623.30转矩T(Nm)26.526.774.8288.11098.1转速n(rmin)1440144048012028.7传动比i1344.18效率0.980.960.960.97 三、传动零件设计 1.高速级齿轮传动计算(1) 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1) 选用锥齿轮2) 初选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。3) 精度等级取74) 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数，初选螺旋角=14(2) 按按齿面接触强度设计 （1.1）确定公式内的各计算数值1) 工作时有轻微振动，初选Kt=1.62) 由课本（参考文献2）图10-30选取区域系数ZH=2.53) 由课本（参考文献2）表10-7选取齿宽系数R=0.34) 由课本（参考文献2）图10-26查得5) 小齿轮转距6) 由课本（参考文献2）表10-6查得材料的弹性影响系数7) 由课本（参考文献2）图10-21d按齿面硬度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8) 由课本（参考文献2）式（10-13）计算应力循环次数9) 由参考文献2图10-19查得接触疲劳寿命系数 ；10) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由课本（参考文献2）式（10-12）得：计算各数据1) 试计算小齿轮分度圆直径，有计算公式得2) 计算圆周速度3) 计算载荷系数K已知载荷平稳，由课本（参考文献2）表10-2选取使用系数取根据，7级精度，由参考文献2图10-8查得动载系数；由表10-4查得的计算公式和直齿轮的相同故；由参考文献2图10-13查得由表10-3查得 故载荷系数4) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由参考文献2式（10-10a）得 5) 计算模数圆整为m=3.5。则，即 (3) 校核齿根弯曲强度设计由参考文献2式（10-17） 确定计算参数1) 计算载荷系数2) 计算当量齿数3) 查取齿型系数由参考文献2表10-5查得；4) 查取应力校正系数由参考文献2表10-5查得；5) 由参考文献2图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限6) 由参考文献2图10-18，查得弯曲疲劳寿命系数，；7) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳许用应力S=1.4，由文献2式（10-12）得 8)校核弯曲强度 则知此时合格。2.低速级齿轮传动计算(1) 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1) 选用斜齿圆柱齿轮2) 初选小齿轮材料小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。3) 精度等级取74) 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数，初选螺旋角=14(2) 按按齿面接触强度设计 （1.1）确定公式内的各计算数值1) 工作时有轻微振动，选Kt=1.62) 由参考文献2图10-30选取区域系数ZH=2.4333) 由参考文献2表10-7选取齿宽系数d=14) 由参考文献2图10-26查得5) 小齿轮转距6) 由由参考文2表10-6查得材料的弹性影响系数7) 由参考文献2图10-21d按齿面硬度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8) 由参考文献2式（10-13）计算应力循环次数9) 由参考文献2图10-19查得接触疲劳寿命系数 ；10) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由参考文献2式（10-12）得：计算数据1) 试计算小齿轮分度圆直径，有计算公式得圆整为55mm.2) 计算圆周速度3) 计算齿宽b及模数4) 计算纵向重合度 5) 计算载荷系数K已知载荷平稳，由参考文献2表10-2选取使用系数取根据，7级精度，由参考文献2图10-8查得动载系数；由表10-4查得的计算公式和直齿轮的相 同故；由参考文献2图10-13查得由表10-3查得 故载荷系数6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由参考文献2式（10-10a）得： 7) 计算模数(3) 按齿根弯曲强度设计由参考文献2式（10-17） 确定计算参数1) 计算载荷系数2) 根据纵向重合度，从参考文献2图10-28查得螺旋角影响系数Yb=0.883) 计算当量齿数4) 查取齿型系数由参考文献2表10-5查得；5) 查取应力校正系数由参考文献2表10-5查得；6) 由参考文献2图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限7) 由参考文献2图10-18，查得弯曲疲劳寿命系数，；8) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳许用应力S=1.4，由文献2式（10-12）得 9) 计算大，小齿轮的 ，并加以比较大齿轮的数值大 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跟弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算出的分度圆直径=60.2mm来计算应有的齿数。于是由 取则(4) 几何尺寸计算1) 计算中心距 将中心距圆整为150mm。2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 因b值改变不多，故参数、等不必修正。3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 4) 计算齿轮宽度 mm圆整后取；。 小结： 项目d/mmzmn/mmB/mm材料高速级齿轮177223.54340Gr齿轮2231663.53845钢低速级齿轮3602926640Gr齿轮424011626045钢四、链传动计算选择材料40,50.ZG310570.热处理回火热处理硬度4050HRC无剧烈振动及冲击的链轮1. 选择链轮齿数取小链轮齿数=17取大链轮齿数=4.18*17=722. 确定计算功率查表9-6得=1.5, 查图9-13得=1.55,双排链,则计算功率的=/1.75=1.5*1.55*3.62/1.75=4.81KW3. 选择;链条型号和节距根据=4.81KW, =120r/min 可选16A 在查表 链条节距为P=25.4mm4. 计算链节数和中心矩初选中心矩=(3050)P=(3050)*25.4链节数=107.06 取=108 查表中心矩计算系数=0.23995最大中心矩=774mm5. 计算链速V,确定润滑方式=0.86m/s由V=0.86m/s和链号16A查图9-14可知应采用滴油润滑6. 计算压轴力轴材料为45号钢,调质处理有效圆周力: =4.21KN链轮水平布置时的压轴力系数=1.15,则压轴力为=1.15*1998.3=4.84KN五、轴的设计及校核1. 估算最小直径选取轴的材料为45号钢，热处理为调质。 =3040MPa(高速轴)由参考文献2表15-3确定=112mm (按一个键槽,轴颈增大7%为16.79mm)考虑到弹性套柱销联轴器的规格,取最小直径为=22mm(中间轴) =112mm=22.32mm (考虑到两个键槽,轴颈增大7%为23.8mm) =25mm(低速轴)=112mm=34.86mm(考虑到两个键槽,轴颈增大7%为37.30mm) =40mm2.初选轴承：1轴高速轴选轴承为302062轴中间轴选轴承为302053轴低速轴选轴承为30209各轴承参数见下表：轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定/kNdDBD1D2动载荷Cr静载荷CorNU206306216375643.250.5NU205255215314632.237NU209458519537867.883.53.轴的设计（一） 高速轴的结构设计：1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：a) 由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为22mm。b) 考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达0.07-0.1d，所以该段直径选为25。c) 该段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有0.07-0.1d的圆角，则轴承选用NU206型，即该段直径定为30mm。d) 该段轴，考虑到轴肩要有0.07-0.1d的圆角，经标准化，定为36mm。e) 该段轴要安装轴承，直径定为30mm。f) 轴肩固定轴承，直径为25mm。2)各段长度的确定：各段长度的确定从左到右分述如下：g) 该段轴连接联轴器，半联轴器与轴配合的毂孔长度为30mm，该段长度定为30mm。h) 该段取20mm。i) 该段安装轴承，参照工作要求长度至少16mm，考虑定位取该段为16mm。j) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离、轴承与箱体内壁距离（采用油润滑），还有二级齿轮的宽度，定该段长度为70mm。 k) 该段考虑齿轮的宽度，根据齿轮校核，选定该段60mm。l) 该段轴选定长度2mm。该段与i段相同取14mm。（二） 中间轴的结构设计：1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径：a)I段轴用于安装轴承NU205，故取直径为25mm。II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有0.07-0.1d，的圆角，经强度计算，直径定为30mm。b) III段为轴肩，相比较比II段取直径为36mm。c)IV段安装大齿轮直径与II段相同，直径为30mm。d)V段安装轴承，与I段相同直径为25mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度：a) I段轴承安装轴承和甩油环、套筒，轴承NU205宽度B=16，该段长度选为46mm。b) II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为64mm。c) III段为定位轴肩，长度20mm。d) IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为34mm。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为46mm。（三）低速轴的结构设计：1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径a) I段轴用于安装轴承NU209，故取直径为45mm。b) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有0.07-0.1d，的圆角，经强度计算，直径定为50mm。c) III段为定位轴肩，取58mm。d) IV段直径为50mm。e) V段安装轴承，与I段相同直径为45mm。f) VI段直径43mmg) VII段直径与弹性柱销联轴器选择有关，直径为38mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度a) I段轴承安装轴承和甩油环、套筒，NU209宽度B=19，该段长度选为40mm。b) II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为58mm。c) III段为定位轴肩，长度10mm。d) IV段考虑齿宽长度为45mm。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度为40mm。f) VI长度为30mm。g) VII长度与联轴器有关，取64mm。4.轴的校核（一）高速轴设计1) 求输入轴上的功率、转速和转矩 =3.92kW =1440r/min =26.7Nm2)求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为mm N123.4103)轴的装配图如下：4)求轴上的载荷 根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承轴的结构图，以及弯矩和扭矩图中可以看出右轴承位置的支撑点截面是轴的危险截面。5)计算出的锥齿轮位置的中点截面处的、及的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T=26.7Nm6)按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由课本表15-1查得许用弯曲应力，因此，故安全。判断危险截面：轴承右边截面6右侧受应力最大1）截面6右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6右侧弯矩 截面6上的扭矩 =27.6Nm 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45，调质处理。由表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按课本附表3-2查取。因，经插值后查得 =1.886 =1.424又由课本附图3-1可得轴的材料敏感系数为 故有效应力集中系数为= = 由课本附图3-2查得尺寸系数，附图3-3查得扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则综合系数为/+1/=1.726/0.85+1/0.92=2.118 /+1/=1.3604/0.92+1/0.92=1.566计算安全系数值S=1.5故可知安全。2）截面6左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6左侧弯矩 截面6上的扭矩 =26.7Nm截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力由课本附表3-8用插值法求得(其中为H7/r6)/=2.85，则/=0.82.85=2.28轴按磨削加工，有附图3-4查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为/+1/=2.136+1/0.92=2.936 /+1/=2.28+1/0.92=2.336又取碳钢的特性系数所以轴的截面5左侧的安全系数为S=1.5故可知其安全。（二） 中间轴设计1）求输入轴上的功率、转速和转矩 =3.76kW =480r/min =74.8Nm2） 求作用在齿轮上的力已知小圆柱斜齿轮的分度圆半径=60mm=2493.33/cos=938.770N=2493.33=907.497N已知大圆锥齿轮的平均分度圆半径mm 3） 拟定轴上零件的装配方案如图4） 求轴上的载荷 根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承轴的结构图，以及弯矩和扭矩图中可以看出圆柱齿轮位置的中点截面是轴的危险截面。5）计算出的圆柱齿轮位置的中点截面处的、及的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T=74.8Nm6）按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由课本表15-1查得许用弯曲应力，因此，故安全。判断危险截面：圆柱齿轮右侧截面5受应力最大1）截面5右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6右侧弯矩 截面6上的扭矩 =74.8Nm 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45，调质处理。由表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按课本附表3-2查取。因，经插值后查得 =1.886 =1.424又由课本附图3-1可得轴的材料敏感系数为 故有效应力集中系数为= = 由课本附图3-2查得尺寸系数，附图3-3查得扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则综合系数为/+1/=1.726/0.85+1/0.92=2.118 /+1/=1.3604/0.92+1/0.92=1.566计算安全系数值S=1.5故可知安全。2） 截面5左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6左侧弯矩 截面6上的扭矩 =74.8Nm截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力由课本附表3-8用插值法求得(其中为H7/r6)/=2.85，则/=0.82.85=2.28轴按磨削加工，有附图3-4查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为/+1/=2.136+1/0.92=2.936 /+1/=2.28+1/0.92=2.336又取碳钢的特性系数所以轴的截面5右侧的安全系数为S=1.5故可知其安全。（三） 输出轴的设计1） 求输入轴上的功率、转速和转矩 =3.62kW =120r/min =288.1Nm2） 求作用在齿轮上的力 已知大圆柱斜齿轮的分度圆半径 =240mm=2400。833/cos=903.943N=2400.833=873.831N3） 拟定轴上零件的装配方案如图。4） 求轴上的载荷 根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承从轴的结构图，以及弯矩和扭矩图中可以看出轴承受力点处是轴的危险截面。4）计算出的轴承受力点处截面处的、及的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T=288.1Nm5）按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由课本表15-1查得许用弯曲应力，因此，故安全。判断危险截面：轴承受力点处右侧截面4受应力最大1）截面4右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6左侧弯矩 截面6上的扭矩 =288.1Nm 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45，调质处理。由表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按课本附表3-2查取。因，经插值后查得 =2.45 =1.74又由课本附图3-1可得轴的材料敏感系数为 故有效应力集中系数为= = 由课本附图3-2查得尺寸系数，附图3-3查得扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则综合系数为/+1/=2.189/0.7+1/0.92=3.214 /+1/=1.629/0.82+1/0.92=2.073计算安全系数值S=1.5故可知安全。2） 截面6左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面6左侧弯矩 截面6上的扭矩 =288.1Nm截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力由课本附表3-8用插值法求得/=2.616，则/=0.82.616=2.093轴按磨削加工，有附图3-4查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为/+1/=2.616+1/0.92=2.703 /+1/=2.093+1/0.92=2.180又取碳钢的特性系数所以轴的截面5右侧的安全系数为S=1.5故可知其安全。 六、轴承校核高速轴轴承：1. 圆锥滚子轴承30206的基本额定动载荷 =43.2KN ,基本额定静载荷=50.5KN2. 径向载荷, =144.2N=451.55N503.27N=1575.77N3. 求轴向力, 轴承派生轴向力 Y=1.6 ,e=0.37, ，故轴承1压紧； 因为 所以按轴承2的受力大小验算满足轴承寿命要求 中间轴轴承: 1.圆锥滚子轴承30205的基本额定动载荷 =32.2KN ,基本额定静载荷=37KN2.径向载荷, =792N=409.9N=354.3N=656.912N3.求轴向力, 轴承派生轴向力 Y=1.6 ,e=0.37, ，故轴承1压紧； 因为 所以按轴承2的受力大小验算满足轴承寿命要求低速轴轴承： 1.圆锥滚子轴承30209的基本额定动载荷 =67.8KN ,基本额定静载荷=83.5KN2.径向载荷, =917.5N=-13.6N=4865N=3415N4. 求轴向力, 轴承派生轴向力 Y=1.5 ,e=0.4, ，故轴承1压紧； 因为 所以按轴承2的受力大小验算满足轴承寿命要求 七 、键的选用以及校核（轴三）1. 传递转矩已知；2. 轴直径已知；3. 工作长度l=L-b b为键的宽度；4. 键的工作高度k=0.5h h为键的高度；5. 普通平键的强度条件为；代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（Nm）高速轴6625（圆头）2219326.721.2928736（圆头）25283.526.710.898中间轴8756（圆头）30483.574.814.8448728 (圆头)30203.574.835.619低速轴14956（圆头）50424.5288.130.48712856（圆头）38444288.186.154由于键采用静联接，材料钢，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。与链轮连接的键材料为钢主要参数及强度校核b*h=12*8L=56mm=86.154=120MPa所以满足强度条件八、减速箱的设计箱体采用水平刨分式，刨分面与轴线平面重合，将箱体分为箱盖和箱座两部分。材料选为HT150。箱体设计主要是在满足强度，钢度的前提下，同时考虑结构紧凑，制造方便，重量轻及使用等方面要求进行设计。铸铁减速器箱体结构尺寸之一 名称符号圆柱齿轮减速器箱座壁厚a:高速级与低速级的中心矩0.025a+3=5.625 8mm箱盖壁厚8地脚螺拴直径12地脚螺拴数目4铸铁减速器箱体结构尺寸之二名称符号尺寸关系箱座凸缘厚度1.5=12箱盖凸缘厚度 1.5=12箱座底凸缘厚度2.5=20轴承旁连接螺拴直径0.75=10箱盖与箱座连接螺拴直径(0.50.6)=6连接螺拴 的间距150200mm轴承盖螺钉直径轴承40 为 8: 轴承25 为 6视孔盖螺钉直径6定位销直径5 , ,至外箱壁距离18,至凸缘边缘距离16轴承旁 凸台半径16凸台高度外箱壁至轴承座端面距离16+18+5=39大齿轮顶圆与内箱壁距离8箱盖肋厚7箱座肋厚7轴承盖外径轴承旁连接螺拴距离齿轮端面与内箱壁距离8螺拴的板手空间尺寸 和 沉头座坑直径螺拴直径 M至外箱壁距离18至凸缘边距离16沉头座坑直径26九 、减速器的润滑及密封选择,计算齿轮速度：故齿轮采用浸油润滑；轴承采用脂润滑；采用毡圈密封。十.减速器的附件