机械设计,实训作业,锥齿轮减速器.doc

工业工程专业课程设计说明书（机械设计课程设计）设计题目：减速器设计学生学号：3110111142学生姓名：指导老师：二一三年四月22目录1 电动机的选择12 传动比的分配23 传动参数的计算24 V带传动的设计与计算 65圆锥齿轮传动的设计计算 86 轴的设计计算107 键连接的选择和计算158 滚动轴承的设计和计算169箱体的设计1810 润滑和密封设计1911课程总结20计算及说明结论一、目的综合运用机械设计基础课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想；学会从机器功能的要求出发，合理选择传动结构的类型，制定传动方案，合理选择标准部件的类型和型号，正确计算零件的工作能力，确定其尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力；学习运用标准、规范、手册、图册和查阅科技文献资料以及计算机应用等，培养机械设计的基本技能和获取有关信息的能力二、任务书（1）工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，工作环境最高温度35。（2）使用折旧期：见原始数据表。（3）额定功率与转速：见原始数据表。（4）检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修。（5）输入轴转速误差允许值：5%。（6）制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。（7）工作机额定功率Pw=2250KW 工作机额定转速nw=114r/min 使用折旧年限10年三、步骤1电动机的选择1.1电动机类型三相交流异步电动机（Y系列）1.2功率确定1.2.1电动机至工作机的总效率：（为联轴器的效率，为轴承的效率，为圆锥齿轮传动的效率，）1.2.2所需电动机的功率 (kw)：=/=2250/0.903=2.491kw1.2.3转速的确定：1.3确定电动机的型号查文献2表12-1可知 Y100L2-41.3.1电动机额定功率:=/=2250/0.903=2.491kw由此选择电动机型号：Y100L2-41.3.2电动机额定功率：额定功率Pm=3kw,满载转速2传动比的分配总传动比：，先选定3传动参数的计算3.1各轴转速轴1：轴2：3.2各轴的输入功率轴1:轴2： 3.3各轴的输入转矩T（Nm）轴1：57.31 Nm轴2：230.7 Nm4 V带传动的设计与计算4.1选择带的型号：由文献1表6-4得，根据和由图6-8选用A型带4.2确定带轮基准直径，验算带速：由文献1表6-5和6-6，取小带轮基准直径 带速 大带轮基准直径按表6-6取，从动轴转速虽稍有增大，但误差小于5%，故可行4.3确定中心距和带长按文献1式6-15 初选，由式6-3计算带的基准长度=1649.3mm由表6-2选定带的基准长度Ld=1600mm计算实际中心距4.4验算小轮上的包角 小包角合适4.5确定V带根数由文献1表6-3查得P1=1.07kw，表6-7得，表6-2得KL=0.99,表6-8得z=3.08，取z=4根4.6计算带对轴的作用力预紧力F0计算 ，由文献1表6-1得q=0.10kg/m,故F0=113.6N由式6-19计算带对轴的作用力4.7V带轮设计轮槽设计 小带轮大带轮4.8验算传动比 误差在合理范围内5圆锥齿轮传动设计计算5.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数5.1.1选用闭式直齿圆锥齿轮传动按齿形制GB/T12369-1990齿轮角，顶隙系数 ，齿顶高系数 ，螺旋角 ，轴夹角 ，不变位，齿高用顶隙收缩齿。5.1.2材料选择根据文献1表7-3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。 5.1.3选择精度由文献2表10-6 选择7级精度。5.1.4传动比u=/=4.2节锥角 ， 不产生根切的最小齿数： =16.632选 =25， =u=251055.2按齿面接触疲劳强度设计公式：d1t2.925.2.1试选载荷系数 =25.2.2计算小齿轮传递的扭矩 =95.510 / = 5.7310Nmm5.2.3选取齿宽系5.2.4材料弹性影响系数由文献3表10-6查得5.2.5由文献3图10-21d按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限5.2.6计算应力循环次数5.2.7接触疲劳寿命系数由文献3图10-19查得 5.2.8计算接触疲劳许用应力5.2.9试算小齿轮的分度圆直径带入中较小的值2.92=72.1mm5.2.10计算载荷系数齿轮的使用系数载荷状态均匀平稳，差表10-2得=1.0由文献3图10-8查得动载系数=1.1由文献3表10-3查得齿间载荷分配系数=1.1。依据大齿轮两端支承，小齿轮悬臂布置，查表10-9得轴承系数=1.25由公式=1.5=1.51.25=1.875接触强度载荷系数=2.275.2.11按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径=75.2mmm=/=3.008 取m=35.2.12计算齿轮相关系数=m=75mm，=m=315mm =90-=76.6085.2.13确定并圆整齿宽b=R=48.57圆整取 h=2.25m=6.75mm b/h=7.19参 数符 号主动锥齿轮从动锥齿轮分度圆直径d1=mz1，d2=mz275315齿顶高ha=m33齿根高hf=3.63.6齿高h= ha +hf6.66.6齿顶圆直径da=d+2hacos81317齿根圆直径df=d-2hfcos68313齿顶角a13=1.06116=1.27齿根角f=arctan116=1.2713=1.06分度圆锥角=arctan13.397661齿顶圆锥角a14.452=142877.878=7752齿根圆锥角f1439=14.66277.668=7740锥距R=162162齿宽B=0.3R49495.3校核齿根弯曲疲劳强度5.3.1确定弯曲强度载荷系数查文献3表10-13得=2.2K= 2.6625.3.2计算当量齿数=/cos=25.7=/cos=453.35.3.3查文献3表10-5得 =2.62 =1.59 =2.18 =1.795.3.4计算弯曲疲劳许用应力由文献3图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.83，=0.9取安全系数=1.4由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限= 500Mpa =380Mpa按脉动循环应变力确定许用弯曲应力5.3.5校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式mpa=34.87 Mpa满足弯曲强度要求，所选参数合适.6轴的设计计算6.1输入轴设计6.1.1求输入轴上的功率、转速和转矩=2.88kw =479.86 r/min =57.3 Nm6.1.2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6.1.3初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据课本15-3，取 得：最小轴径段（左边第一段）有一个键槽，d值增大45%，取d=25mm此段轴与皮带轮联结，取=25mm根据连接的皮带轮的结构，取=60mm6.1.4拟定轴上零件装配方案 6.1.5 取2-3段的直径=30 mm，轴承为3-4段轴，由文献2表6-7选取30207型圆锥滚子 ： d=35，D=72，T=18.25 =35mm= =，而为了利于固定，取4-5段的直径 。6.1.6取安装齿轮处的轴段6-7的直径；齿轮的左端与套筒之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为=36mm，应使套筒端面可靠地压紧轴承由套筒长度，挡油环长度为12mm以及略小于轮毂宽度的部分组成，故。为使套筒端面可靠地压紧轴承，5-6段应略短于轴承宽度，故取。6.1.7轴承端盖的总宽度为26mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖外端面与L1-2右端面间的距离，故取6.1.8 至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度6.2 输出轴的设计6.2.1 求输出轴上的功率 、转速 和转矩 P2 =2.76kW n2=114.25r/min T2=230.07Nm6.2.2 求作用在齿轮上的力已知大圆锥齿轮的平均分度圆半径 =267.75 mm 145.2N6.2.3 初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），取 ，得 中间轴的最小值显然是安装滚动轴承的直径。因轴上有两个键槽，故直径增大10%15%，故d6-7=35mm6.2.4拟定轴上零件的装配方案6.2.5 初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据=，由文献2表6-7，取标准精度级的单列圆锥滚子轴承30208，其尺寸为。6.2.6 取安装圆锥齿轮的轴段,所以取L23=48mm，3-4段过渡轴肩，取d34=60，L34大约取80mm6.2.7 1-2和4-5段上有轴承和挡油环长度为12mm，所以初步取L12=L45=30mm6.2.8 轴5-6,上安装轴承盖总宽度26，所以大约取L56=40mm。轴6-7连接联轴器，取型号GICL2,轴径为35，L值为60mm，所以L67=60mm至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度6.2.10 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为6.2.11 求轴上的载荷输出轴，求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：d2=267.75mm 作用在齿轮上的转矩为：T2=230.7 Nm 求圆周力：FtFt=2T2/d2=1723.24N 求径向力FrFr=Fttan=1750.95tan20=627.21NFt，Fr的方向如下图所示6.2.12轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：FHA= =861.62N FHB= =2584.86 N垂直面的支反力： FVA=313.605N FVB = =940.82N6.2.13画弯矩图右起第四段剖面处的弯矩：水平面的弯矩：M水平= FHA0.08=69 Nm垂直面的弯矩：M垂直= FVA0.08=25.08 Nm合成弯矩：M合= =73.42Nm6.2.14画转矩图： T= Ftd2/2=230.69 Nm6.2.15画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6可得右起第二段剖面C处的当量弯矩： 6.2.16判断危险截面并验算强度右起第五段剖面处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以该剖面为危险截面。已知M当=101.38Nm ,有:-1=60Mpa 则：e= M当/W= M当/(0.1)=156.681000/(0.150)= 12.53MPa-1右起第一段处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1)=138.411000/(0.135)=32.28 Nm-1 所以确定的尺寸是安全的 。 受力图如下7 键连接的选择和计算7.1 输入轴此段轴径d1=30mm, L1=50mm查手册得，选用A型平键，得：A键 87 GB1096 L=L1-b=50-8=42mmT=57.3Nm h=7mm根据课本P243（10-5）式得p=4 T/(dhL)=457.31000/（30742） =25.98Mpa R =110Mpa7.2 输出轴轴径d2=50mm L2=50mm T=230.7Nm查手册P51 选用A型平键键149 GB1096l=L2-b=50-14=36mm h=9mmp=4T/（dhl）=4230.71000/（50936）=56.9Mpa p =110Mpa8轴承的设计和计算8.1 输入轴上的轴承计算8.1.1 已知:=479.86r/min，, e=0.37，Y=1.6，Yo=0.98.1.2 求相对轴向载荷对应的e值和Y值相对轴向载荷 比e小8.1.3 求两轴承的轴向力 8.1.4 求轴承当量动载荷和 e 58400h故可以选用。8.2 输出轴上的轴承计算8.2.1 已知：=114.25r/min， ，e=0.37，Y=1.68.2.2 求两轴承的轴向力 8.2.3 求轴承当量动载荷和 e 58400h故可以选用。9 箱体的设计9.1 箱体的基本结构设计箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并保证传动件的啮合精度，使箱体有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约占减速器的一半，所以箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗，重量及成本等有很大的影响。箱体结构与受力均较复杂，各部分民尺寸一般按经验公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。9.2 箱体的材料及制造方法选用HT200，砂型铸造。9.3 箱体各部分的尺寸（如表1、2）表1：箱体参数名 称符 号圆锥圆柱齿轮减速器计算结果箱座壁厚0.025a+3mm8mm8箱盖壁厚（0.80.85）8mm8箱座凸缘厚度b1.512箱盖凸缘厚度1.512箱座底凸缘厚度p2.520地脚螺钉直径df0.036a+12mm12地脚螺钉数目na 250mm4轴承旁连接螺栓直径d10.75 df9座与盖连接螺栓直径d2(0.50.6) df6.6连接螺栓d2的间距l150200mm17.5轴承端螺钉直径d3(0.40.5) df5.4视视孔盖螺钉直径d4(0.30.4) df4.2定位销直径d(0.70.8) d24.95df、d1 、d2至外机壁距离见表2df、d2至凸缘边距离见表2轴承旁凸台半径14凸台高度h40外机壁到轴承座端面距离c1+ c2+(58)mm38大齿轮齿顶圆与内机壁距离1.29.6齿轮端面与内机壁的距离8箱盖、箱座肋厚、mm10.851，m0.856.8轴承端盖外径轴承座孔直径+(55.5) d3120轴承端盖凸缘厚度e(11.2) d35.94轴承旁连接螺栓距离s尽量靠近，以Md1和Md3不发生干涉为准120表2：连接螺栓扳手空间c1 、c2值和沉头座直径螺栓直径M8M10M12M16M20M24M301316182226344011141620242834沉头座直径1822263340486110 润滑和密封设计10.1 润滑齿轮圆周速度v5m/s所以采用浸油润滑，轴承采用脂润滑。浸油润滑不但起到润滑的作用，同时有助箱体散热。为了避免浸油的搅动功耗太大及保证齿轮啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，设计的减速器的合适浸油深度H1 对于圆柱齿轮一般为1个齿高，但不应小于10mm，保持一定的深度和存油量。油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损，也不易散热。取齿顶圆到油池的距离为50mm。换油时间为半年，主要取决于油中杂质多少及被氧化、被污染的程度。查手册选择L-CKB 150号工业齿轮润滑油。10.2 密封减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承内侧、箱体接受能力合面和轴承盖、窥视孔和放油的接合面等处。10.2.1 轴伸出处的密封：作用是使滚动轴承与箱外隔绝，防止润滑油漏出以及箱体外杂质、水及灰尘等侵入轴承室，避免轴承急剧磨损和腐蚀。由脂润滑选用毡圈密封，毡圈密封结构简单、价格便宜、安装方便、但对轴颈接触的磨损较严重，因而工耗大，毡圈寿命短。10.2.2 轴承内侧的密封：该密封处选用挡油环密封，其作用用于脂润滑的轴承，防止过多的油进入轴承内，破坏脂的润滑效果。10.2.3 箱盖与箱座接合面的密封：接合面上涂上密封胶11课程设计总结通过这次课程设计，我们真是收获颇丰,不仅温习、巩固了课本上学所学知识，而且让我们在实际操作中体会到了多动脑带来的快乐，团体合作的力量以及相互讨论的好处。这次课程设计使我们对于设计一个机器的流程有了更详尽的了解。在设计过程中，我们按照课程设计题目的要求，收集了有关自动圆锥齿轮减速器的工作原理的资料，然后构思出了圆锥齿