带式运输机上的两级圆锥—圆柱齿轮减速器设计说明书.doc

机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定2二、电动机的选择2三、计算总传动比及分配各级的传动比3四、运动参数及动力参数计算4五、传动零件的设计计算5六、轴的设计计算10七、滚动轴承的选择及校核计算18八、键联接的选择及计算18九、设计小结19十、参考文献19设计题目：带式运输机上的两级圆锥圆柱齿轮减速器机械系： 设计者： 学 号：指导教师：二九年十二月十三日 一、 传动方案拟定已知条件：运输带工作拉力F=3kN；运输带工作速度v=2.1m/s（允许运输带速度误差为5%）；滚筒直径D=340mm；两班制，连续单向运转，载荷较平稳。环境最高温度350C；小批量生产。根据设计任务书拟定传动方案如下： 图一滚筒角速度 =2vD=22.1340103rads12.4rads滚筒转速 n=30=12.430rmin=118.4rmin二、 电动机的选择1）电动机类型和结构型式按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。2）电动机容量(1)卷筒的输出功率 PP=Fv1000=30002.11000=6.3Kw(2)电动机输出功率 PdPd=P传动装置的总效率=13223245式中 1 、2 、3 、4 、5 分别为齿轮传动的轴承、齿轮传动、联轴器、卷筒轴的轴承及卷筒的效率。查机械设计手册得：1=0.99 、2=0.97 、3=0.97 、4=0.98 、5=0.96=0.9930.9720.9720.980.96=0.80故Pd=P=6.30.80Kw=7.9Kw(3)电动机额定功率 Pm Pm=11.3Pd=11.37.9Kw=7.910.27Kw取 Pm=10Kw查机械设计手册电动机标准选取电动机型号为 Y160L-6 的电动机其额定功率为11Kw，故满足传动条件查表得电动机满载转速 nm=970rmin三、 计算总传动比及分配各级的传动比1） 传动装置总传动比 i=nmn=970118.4=8.22） 分配各级传动比由传动比的分配规律及对减速器外型尺寸和重量等因素的综合考虑i1=0.25i=0.258.22.0i2=ii1=8.22.0=4.1四、运动参数及动力参数计算图二1) 各轴转速（轴号见图二）n1=nm=970rminn2=nmi1=485rminn3=nmi1i2=118.3rmin2） 各轴功率 P1= Pd3=7.90.97Kw=7.66Kw P2= P12=7.660.97Kw=7.43Kw P3= P22=7.430.97Kw=7.21Kw3） 各轴转矩T1=9550P1n1=95507.66970Nm=75.42NmT2=9550P2n2=95507.43485Nm=146.30NmT3=9550P3n3=95507.21118.3Nm=582.04Nm项目轴1轴2轴3转速(r/min)970485118.3功率(kw)7.667.437.21转矩(Nm)75.42146.30582.04五、传动零件的设计计算1、直齿圆锥齿轮传动的设计计算A、选择齿轮材料和确定许用应力由机械设计基础（第四版）表5-3，选取小齿轮材料为35SiMn钢调质处理，齿面硬度229286HBS；大齿轮材料为45钢正火处理，齿面硬度169217HBS。按齿面硬度中间值，由机械设计基础（第四版）图5-29b，按合金钢调质与碳钢调质分别查MQ线可得Flim1=290MPaFlim2=220MPa同理由图5-32b查得Hlim1=700MPaHlim1=580MPa由机械设计基础（第四版）式（5-29）、式（5-30）分别求得FP1=Flim1YSTSFminYNYX=29021.311MPa=446MPaFP2=Flim2YSTSFminYNYX=22021.311MPa=338MPaHP2=Hlim2SHminZNZX=580111MPa=580MPa由于为闭式软齿面，主要失效形式为齿面疲劳点蚀，故应按接触疲劳强度进行设计，并校核其齿根的弯曲疲劳强度。B、按接触疲劳强度进行设计由机械设计基础（第四版）式（5-50b）d110173Z1-0.5RHP2KT1Ru1)、计算小齿轮的名义转矩T1=75.42Nm2）、选取载荷系数。因为小齿轮悬臂布置，取K=1.5。3）、选取齿宽系数。选取R=0.34）、选取重合度系数。取Z=0.885）、初算小齿轮大端分度圆直径d1101730.881-0.50.358021.575.420.32.5mm=79.66mm6)、确定齿数和模数选取z1=26则z2=i1z1=2.026=52大端模数m=d1z1=79.6626 mm=3.06 mm取m=3 mm 7)、计算主要几何尺寸d1=mz1=326 mm=78 mmd2=mz2=352 mm=156 mmR=0.5d12+0.5d22=392+782 mm=86 mmb=R R=0.386 mm=25.8 mmC、校核齿根弯曲疲劳强度由机械设计基础（第四版）式（5-47）可知F=2360KT1bm2z11-0.5R2YFSYFP1)、计算重合度系数Y由机械设计基础（第四版）式（5-21）可知Y=0.25+0.75又由机械设计基础（第四版）式（5-12b）得=1.88-3.21z1+1z2=1.88-3.2126+152=1.7代入式（5-21）得 Y=0.25+0.751.7=0.692）、确定YFSFP 的大值1=tan-11u=tan-1z1z2=tan-112=26.62=90-1=63.4Zv1=z1cos1=26cos26.6=29Zv2=z2cos2=52cos63.4=116由机械设计基础（第四版）图5-26查得 YFS1=4.15YFS2=4.00则YFS1FP1=4.15446 MPa-1=0.00928 MPa-1YFS2FP2=4.00338 MPa-1=0.01183 MPa-1因为 YFS1FP1YFS2FP2，所以校核大齿轮即可3）校核大齿轮的齿根弯曲疲劳强度F2=23601.575.4225.832261-0.50.324.000.69MPa=168.9MPaFP2=338MPa故齿根弯曲疲劳强度足够。2、直齿圆柱齿轮传动设计计算A、选择齿轮材料，确定许用应力大、小齿轮均选用20CrMnTi钢渗碳淬火，硬度5662HRC由机械设计基础（第四版）图5-29c查得弯曲疲劳极限应力为 Flim=450MPa；由机械设计基础（第四版）图5-32c查得接触疲劳极限应力 Hlim=1500MPa 。由于该齿轮传动为闭式硬齿面传动，应按齿轮的弯曲疲劳强度计算齿轮的模数m 机械设计基础（第四版）式(5-22b),确定齿轮的参数和尺寸，然后校核齿面接触疲劳强度 机械设计基础（第四版）式（5-27）。B、按齿轮弯曲疲劳强度计算齿轮的模数mm12.63KT2YFSYdz12FP1）、确定许用弯曲应力FP按机械设计基础（第四版）式（5-29）计算取YST=2.0 ,YN=1, YX=1, SFmin=1.5;则 FP1=FlimYSTSFminYNYX=45021.511MPa=600MPa2）、计算小齿轮的名义转矩T2T2=146.30Nm3）、选取载荷系数K原动机为电动机，且工作机载荷平稳，故选取K=1.3。4）、初步选定齿轮参数z1=20z2=i2z1=4.120=82d=0.5u=z2z1=4.15)、确定复合齿形系数YFS因为大、小齿轮选用同一材料及热处理，则FP相同，故按小齿轮的复合齿形系数YFS1代入即可。z1=20由机械设计基础（第四版）图5-26查得YFS1=4.36。6）、确定重合度系数Y按机械设计基础（第四版）式（5-12b）有=1.88-3.21z1+1z2=1.68按机械设计基础（第四版）式（5-21）得Y=0.25+0.75=0.70将上述各参数代入m=12.63KT2YFSYdz12FP=12.631.3146.34.360.700.5202600=2.13按机械设计基础（第四版）表5-1取标准模数 m=3则中心距a=12mz1+z2=12320+82mm=153mm7)、计算传动的几何尺寸d1=mz1=320mm=60mmd2=mz2=382mm=246mmb2=d d1=0.560mm=30mmb1=b2+510mm=3742 mm取 b1=40mmC、校核齿面的接触疲劳强度由机械设计基础（第四版）式（5-27）可知H=112ZEZKT2u+1bd12uHP取Z=0.85，又钢制齿轮ZE=189.8MPa 代入上式得H=112189.80.851.3146.34.1+1306024.1MPa=895.4MPa而许用接触应力HP按机械设计基础（第四版）式（5-30）计算，取SHmin=1.5,ZN=1,ZW=1 则HP=HlimSHminZNZW=15001.511MPa=1000MPa因为HHP 故接触疲劳强度足够。六、轴的设计计算A、输入轴的设计1、求输入轴上的功率 P1、转速n1和转矩T1 P1=7.66Kwn1=970rminT1=75.42Nm2、求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的平均节圆直径为dm1=d11-0.5R=781-0.50.3mm=66.3mm而Ft=2000T1dm1=200075.4266.3N=2275.11NFr=Fttancos1=2275.11tan20cos26.6N=740.43NFa=Fttansin1=2275.11tan20sin26.6N=370.78N3、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），根据机械设计基础（第四版）表12-2，取C=106，得dmin=C3P1n1=10637.66970mm=21.11mm，因为在输入轴的最小轴径处有一个键槽，所以dmin=5%d+d=22.17mm又因为所选的电动机为Y160L-6 查机械设计手册可知电动机与联轴器连接的轴径为42mm故选用 YLD8凸缘联轴器J4284J4284GB5843-86因此轴与联轴器连接的轴径为42mm故取d1-2=42mm4、轴的结构设计1)、拟定轴上零件的装配方案（见图三）图三2)、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a)、为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径d2-3=46mmb)、初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据d2-3=46mm，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为，dDT=50mm110mm29.25mm，d3-4=d5-6=50mm而l3-4=29.25mm。这对轴承均采用轴肩进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7查得30310型轴承的定位轴肩高度h=5mm，因此取d4-5=60mmc)、取安装齿轮处的轴段6-7的直径d6-7=24mm；为使套筒可靠地压紧轴承,5-6段应略短于轴承宽度，故取l5-6=28mm。d)、轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取 l2-3=50mme)、锥齿轮轮毂宽度为56.39mm，为使套筒端面可靠地压紧齿轮取l6-7=60mmf)、取l4-5=90mm3)、轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按d6-7由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面bh=8mm7mm，键槽用键槽铣刀加工，长50mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。4)、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为B、中间轴的结构设计及强度校核1、求中间轴上的功率 P2、转速n2和转矩T2 P2=7.43Kwn2=485rminT2=146.30Nm2、求作用在齿轮上的力a)、已知直齿圆柱齿轮的分度圆直径d1=mz1=320mm=60mm而Ft1=2000T2d1=2000146.3060N=4876.67NFr1=Ft1tan=4876.67tan20N=1774.96Nb)、已知圆锥直齿齿轮的平均节圆直径为dm2=d21-0.5R=1561-0.50.3mm=132.6mm而Ft2=2000T2dm2=2000146.30132.6N=2206.64NFr2=Ft2tancos2=2206.64tan20cos63.4N=359.63NFa2=Ft2tansin2=2206.64tan20sin63.4N=718.14N中间轴受力简图如图四所示图四3、初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。因为直齿圆柱齿轮的小轮分度圆直径较小，需制成齿轮轴结构，故与齿轮的材料和热处理应该一致，选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计基础（第四版）表12-2，取C=110，得dmin=C3P2n2=11037.43485mm=27.32mm，中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径d1-2，d5-64、轴的结构设计1）、拟定轴上零件的装配方案（见下图图五）图五2）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a）、初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据d1-2=d5-627.32mm，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为dDT=30mm72mm20.75mm，d1-2=d6-7=30mm。 这对轴承一个采用套筒进行轴向定位，一个采用轴肩进行轴向定位由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7查得30306型轴承的定位轴肩高度h=3.5mm，因此取套筒直径37mm。d5-6=37mmb)、取安装齿轮的轴段d2-3=40mm，锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，已知锥齿轮轮毂长L=50.75mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取l2-3=47mm，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴段d3-4=48mm。c）、已知圆柱直齿轮齿宽b1=40mm，且做成齿轮轴的形式，故l4-5=40mmd)、箱体以小锥齿轮中心线为对称轴故取l1-2=34.54mml3-4=28mml5-6=33.45mml6-7=20.75mm3）、轴上的周定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按d2-3由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面bh=12mm8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为36mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为。4）、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、求轴上的载荷载荷水平面Z垂直面Y支反力RAz=612.24N RAy=3282.59N RBz=1522.34N RBy=3800.72N弯矩MMCz=30.6NmMCz1=78.22Nm MDz=95.91NmMDz1=0.68NmMCy=164.13NmMDy=239.45Nm总弯矩Mmax=MD=MDy2+MDz2=257.94Nm 扭矩TT2=146.30Nm6、按第三强度理论校核中间轴的强度抗弯截面系数W=d332=6.28103mm3=Mmax2+T22w=43.39MPa查表可知b-1=59MPa=43.39MPab-1=59MPa故该轴满足强度要求。C、输出轴的设计1、初定轴的最小轴径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计基础（第四版）表12-2，取C=117，得dmin=C3P3n3=11737.21118.3mm=46.04mm，因为在输出轴的最小轴径处有一个键槽，所以dmin=5%d+d=48.34mm，输出轴的最小直径为安装联轴器的直径d1-2，为了使所选的轴的直径d1-2与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号，查机械设计手册，选取联轴器的型号为 YL11凸缘联轴器J5084J5084GB5843-86因此轴与联轴器连接的轴径为50mm故取d1-2=50mm2、轴的结构设计1)、拟定轴上零件的装配方案（见图六）图六2）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a)、为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径d2-3=56mmb)、初步选择滚动轴承。因为输出轴上只有一个圆柱直齿齿轮，所以选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d2-3=56mm， 由机械基础综合课程设计表13-11中初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6212，其尺寸为dDB=60mm110mm22mm,d3-4=d7-8=60mm,而l3-4=22mm。左端轴承采用轴肩进行轴向定位，由由机械基础综合课程设计表13-11查得6212型轴承的定位轴肩高度h=4.5mm,因此取d4-5=69mm；齿轮右端和右轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为40mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l6-7=38mm。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径为d5-6=76mm。轴环宽度，取。c)、轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故取d)、箱体以小圆锥齿轮中心线为对称轴则l4-5=86.44mml7-8=55.48mm3）、轴上的周向定位与联轴器相联的轴上选用平键 bh=14mm9mm 长为70mm装配齿轮的轴上选用平键 bh=14mm9mm 长为 30mm。4）、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为七、滚动轴承的选择由前面轴的设计计算中可知，输入轴的轴承选用的是圆锥滚子轴承30310；中间轴选用圆锥滚子轴承30306；输出轴选用深沟球轴承6212。经过对各轴承的校核计算，各轴所选轴承符合条件。八、键联接的选择由前面轴的设计计算可知，输入轴上与联轴器相联的轴段上选用平键bh=12mm8mm 长度72mm。与齿轮配合的轴段上选用平键bh=8mm7mm 长50mm。中间轴选用平键bh=8mm7mm 长度36mm。输出轴与联轴器相联的轴上选用平键 bh=14mm9mm 长为70mm。装配齿轮的轴上选用平键 bh=14mm9mm 长为 30mm。九、设计小结二周的课程设计结束了，本课程设计的任务是二级斜齿圆柱齿轮减速器。由于设计任务紧，老师提早发下了设计任务书。根据设计任务书的要求，同学们之间展开了持久的讨论。在一步步精心的计算中，每个人都在为自己的设计在努力着。1、设计中出现的问题：齿轮设计中出现的问题：齿轮设计中首先遇到的是齿数和模数的决定。我们在老师的指导下和书上例题的对照下开始了计算。后来，通过与同学们的互相讨论，为使工作机运转平稳，应尽量把模数取小，齿数增大，这样也便于加工，且运动过程中噪声、振动均小。为此，还是将中心距凑成整数。2、轴的设计过程中，开始是按顺序先设计轴，但是在设计中轴的轴向尺寸定不下来，这是因为第轴的尺寸与轴和轴的尺寸和结构有关，故应先把第、轴的结构设计排列在一张纸上，综合考虑才能正确把握各轴的轴向定位。我们也称为轴的零件图纸. 总之，通过这次课程设计，把各方面的知识都融会贯通了，结构上的问题，制图和公差配合的问题，这样把各门学科联系起来了，并且在减速器各传动件的设计中及时复习了本专业教材，参考了机械设计基础中，利用里面的方法，使自己的思路严谨明了。的确，这次课程设计收效是很大的，但今后一定要注意综合思考问题和解决问题能力的提高，尽可能在工作和学习中少走弯路，但决不能回避困难，遇到困难时要冷静思考，多看参考书，问老师和同学们，力争尽快解决问题，设计中的问题请老师多多指教十、参考文献1、机械设计基础（第四版）2、机械设计（第八版）3、机械基础综合课程设计4、机械结构设计禁忌5、机械零部件设计禁忌12.4rads n=118