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呼伦贝尔学院工程技术学院机 械 设 计 课 程 设 计说 明 书设计题目： 二级圆锥齿轮减速器设计 院 （部）： 工程技术学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 0 8级本科一班 学生姓名： 李贵林 学 号： 2008171133 指导教师： 宋 志 强 日 期： 2010年1 2月 呼伦贝尔学院工程技术学院二级减速器设计课程设计任务书姓 名： 李贵林专 业：机械制造班 级：08本科一班指导教师：宋志强职 称：课程设计题目：带式运输机传动装置（二级锥齿轮）已知技术参数和设计要求：运输带拉力F(KN)：3.8 卷筒直径D(mm)：380 带速V(m/s)： 1.1该装置连续单向传送，载荷较平稳，工作寿命8年（设每年工作300天），两班制，室内工作，有粉尘，环境最高温度35度，输送带速度允许误差5%。所需仪器设备：支持AutoCAD计算机一台；计算机；A1图纸画板一块成果验收形式：参考文献：时间安排指导教师： 教研室主任： 注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够时请另附页。 课程设计任务书装订于设计计算说明书封面之后，目录页之前。 工程技术学院 课程设计成绩评定表专业：机械制造 班级： 08级（一）班 学号： 2008171133 姓名：李贵林 课题名称二级锥齿轮减速器设计任务与要求指导教师评语 建议成绩： 指导教师：课程小组评定评定成绩： 课程负责人： 年 月 日目 录一、设计任务书.(3)二、动力机的选择.(4)三、计算传动装置的运动和动力参数.(5)四、传动件设计计算（齿轮）(6)五、轴的设计. . . . . . .(12)六、滚动轴承的计算.(20)七、连结的选择和计算.(21)八、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择.(22)九、箱体及其附件的结构设计.(22)十、设计总结.(23)十一、参考资料.(23) （ 注：内容用四号宋体）计算说明结果第一部分 传动装置的总体设计1、 电动机的选择选择依据：功率P、转速n（1）确定运输机功率 由设计手册表17查得：卷筒效率： 传送带处的功率 已知：输送带工作拉力：F=3.8KN 工作速度：V=1.1 m/s P= =4.18kw（2） 确定电动机额定功率电动机所需功率：总效率：由设计手册表17查得： 卷筒轴承效率 卷筒效率 低速机联轴器效率三轴轴承效率 低速级齿轮啮和效率 二轴轴承效率 一轴轴承效率 高速级齿轮啮合效率 高速级联轴器效率 由134得： 由131得：（3）确定电动机的转速工作机的转速由 已知：V输送带带速（V=0.80 m/s） D卷筒直径（D=300mm）计算得： 电动机的转速：其中：则：根据电动机所需功率： 电动机的转速： 由课程设计手册表12-1Y系列（IP44）电动机的技术数据，选定电动机型号为Y132M2-6，技术数据如下：额定功率： 满载转速：同步转速：2、 传动比的分配：分配原则：各级传动尺寸协调，承载能力接近，两个大齿轮直径接近以便润滑。其中： 已知：， 则：由设计手册推荐：二级圆锥齿轮减速器选取：，3、 计算传动装置的运动和动力参数即计算各轴的转速、转矩和功率（1） 各轴转速： 电动机轴： 一轴： 二轴： 三轴：（2） 各轴输入功率： 电动机功率： 一轴： 二轴： 三轴：（3） 各轴扭矩： 电动机轴： 一轴： 二轴： 三轴： 运动和动力参数的计算数值列表如下：轴号功率P扭矩T转速n电动机轴4.6446.16960I轴4.5245.84960II轴4.3168.76274.3III轴4.13810.3954.86第二部分 各齿轮的设计计算1、 高速级减速齿轮设计1、齿轮的材料、精度和齿数的选择 因传动功率不大，转速不高，均用软齿面，齿轮精度用7级，软齿面闭式传动，失效形式为点蚀。两班制，使用年限为8年（每年按360天算）。 小锥齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大锥齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。2、设计计算（1）设计准则：按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。（2）按齿面接触疲劳强度计算： 由机械设计中P227式10-26： （3） 初定齿数比u 初定齿数比 根据已知：， 选小齿轮的齿数为 ，则大齿轮齿数为 ，取（4） 确定公式中的各计算数值 (a)初选载荷系数; (b)计算小圆锥齿轮传递的扭矩：(c)已知 ， 由机械设计P224计算公式： 计算出分锥角：(d)由机械设计P201表10-6查得：材料弹性影响系数(e)由机械设计P209图10-21d查得：按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强的极限 ，大齿轮的接触疲劳强度极限 (f)由机械设计P206式10-13计算应力循环次数N： (g)由机械设计P207图10-19取接触疲劳寿命系数： ,(h)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1 由机械设计P205式10-12得： 则许用应力（5） 计算(a)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 =69.8mm(b)计算圆周速度 (c)计算载荷系数K 根据v=3.5m/s,7级精度，由图10-8查得动载系数 小齿轮相对于支撑悬臂布置，齿向载荷分布系数 ，由表10-2查得：使用系数 由机械设计P198图10-13查得： 由机械设计P195表10-3查得： 故载荷系数 (d)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10-10a (e)计算模数 ,圆整取标准值m=4计算分度圆直径锥距齿宽（3） 按齿根弯曲疲劳强度计算 由式： 1)确定计算参数 (a计算载荷系数 (c)计算当量齿数 (d)查取齿形系数 由表10-5查得：， (e)查取应力校正系数 由表10-5查得; , (f)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限。 (g)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ， (h)计算弯曲疲劳许用应力 由机械设计P205式10-13得： (i)计算大小齿轮的，并加以比较，取其较大值计算模数 ， 比较之后取 （2） 设计计算 =2.16,取标准值m=2.5 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m=3.76,大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数2.16，已可以满足弯曲强度，但是为了同时满足接触疲劳强度，需按弯曲疲劳强度算得的分度圆直径来计算. （3）几何尺寸计算 (a)计算大、小齿轮的分度圆直径 (b)计算齿轮宽度 圆整取B=32mm。 则：。 (e)主要几何参数和几何尺寸计算结果项目结果模数 齿数，分度圆直径锥距R=95.55mm分锥角齿顶高 =2.5齿根高 =3当量齿数齿宽二、低速级齿轮的设计 1、齿轮的材料、精度和齿数的选择 因传动功率不大，转速不高，均用软齿面，齿轮精度用7级，软齿面闭式传动，失效形式为点蚀。两班制，使用年限为8年（每年按360天算）。 小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为270HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为230HBS，二者材料硬度差为40HBS。2、设计计算 设计准则：按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 （1）按齿面疲劳强度计算： 由机械设计中P218式10-21： （2）初选齿数比和大小齿轮齿数以及螺旋角 ， 已知： 取，则 ，初选螺旋角 （3）确定公式中的各计算数值 (a)初选载荷系数： (b)计算小齿轮的传递的扭矩： (c)由图10-26得： (d)由机械设计P217图10-30查得：区域系数 (e)由机械设计P205表10-7查得：齿宽系数 (f)由机械设计P201表10-6查得：材料弹性影响系数(g)由机械设计P209图10-21d查得：按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强的极限 ，大齿轮的接触疲劳强度极限 (h)由机械设计P206式10-13计算应力循环次数N： (h)由图10-19取接触疲劳寿命系数： ，(i)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1.则（4） 计算 (a)计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 =61.3mm (b)计算圆周速度 (c)计算齿宽及模数 (d)计算纵向重合度 (e)计算载荷系数K 使用系数：，动载系数： 由表10-4查得 ， 表10-13查得 由表10-3查得 故动载系数 (f)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10-10a (g)计算模数 ,取标准值m=3。 （1）确定计算参数 (a)计算载荷系数 (b)计算纵向重合度 从图10-28中查得螺旋角影响系数 (c)计算当量齿数 (d)查取齿形系数 ， (e)查取应力校正系数 ， (f)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限。 (g)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，。 (h)计算弯曲疲劳许用应力，由10-12得： (i)计算大小齿轮的并加以比较，取其较大值计算模数。 ，。 取的值。（2） 设计计算 法向模数 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，即，已可以满足弯曲强度，但是为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有模数，于是有： 取，则。 4）几何尺寸计算 (a)计算中心距 , 将中心距圆整为195mm. (b)按圆整后的中心距修正螺旋角,因角变化不大，故参数、等不必修正。 (c)计算大、小齿轮的分度圆直径 ， (d)计算齿轮宽度 。根据机械设计p205，将小齿轮宽度在圆整后加宽510mm。 则：， 。 (e)主要几何参数和几何尺寸计算结果项目结果模数 齿数，螺旋角 分度圆直径，齿顶圆直径齿根圆直径中心距 齿宽，第三部分 轴的设计齿轮机构参数级别齿宽高速级21742.52.061B=32低速级211053.03.091、 高速级轴的设计与校核 1、已知轴I传递效率，转速，转矩 ， 2、求作用在齿轮I上的力： 圆锥齿轮1的平均分度圆直径 3、初步确定轴的最小直径 按机械设计P370式15-2初步估计轴的最小直径 选取材料为45钢，调制处理，根据表15-3（P370），取 ，。 为了与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号，联轴器的扭矩：，查表14-1，取，则： 按计算扭矩应小于联轴器公称扭矩的条件，在机械设计P198规定，查标准GB/T5014-2003,选用LX3型弹性柱销联轴器。其公称扭矩为1250，半联轴器的孔径 4、轴的结构设计：(1)拟定轴上零件的装配方案。(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(3)初选圆锥滚子轴承，其型号为30210。(4)轴上零件的周向固定 半联轴器与轴的周向定位采用平键连接。由机械设计表6-1 查得平键截面，键长。(5) 确定轴上圆角和倒角尺寸 由机械设计表1-27，取轴端倒角为。根据以上数据画出轴的结构简图，如下：轴的尺寸如下： 5、 求轴上载荷 已知：，。 经计算得： 水平支反力：，。 垂直支反力： ， 合成弯矩： 由图知，危险截面在C右边。 6、按弯扭合成应力校核轴的强度，由于扭转切应力为脉动循环应力（P373）。取，计算轴的应力: 前方已选定材料为45钢，调质处理，由表15-1查得，由于，故安全。二、中间轴的设计与校核 1、已知轴II传递效，转速，转矩 ， 2、求作用在齿轮II上的力： 已知圆柱斜齿轮分度圆直径 已知圆锥直齿轮分度圆直径 3、初步确定轴的最小直径 按机械设计P370式15-2初步估计轴的最小直径 选取材料为40，调质处理，根据表15-3（P370），取，。 4、轴的结构设计 (1)拟定轴上零件的装配方案：(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a.初步选取滚动轴承，因为轴承同时受有轴向力和周向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求与，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，则=30mm。b.锥齿轮左端面与左轴承间采用挡油环定位，查手册中锥齿轮轮毂长L=（11.2）,则=30mm+7mm=37mm,选取L=1.01=37.4mm。为了使套筒端面可靠的压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取=35mm；齿轮右端面采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d.取h=3mm,则挡油环处的直径，轴环宽度b1.4h，取b=10mm,=10mm。c.已知圆柱斜齿轮齿宽,为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，取=67mm。D.选取的圆锥滚子轴承宽度T=20.75mm，再将挡油环的宽度 取为7mm，套筒宽度取为8mm，综合以上选取=38mm,=38mm。挡油环长度为：12.85mm。(3)轴上零件的周向定位：轴与圆锥齿轮的轴向定位采用平键连接，由表6-1查得平键截面：，键槽用键槽铣刀加工，长为28mm，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。(2) 轴与圆柱斜齿轮的轴向定位也采用平键连接，由表6-1查得平键截面：，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm，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m6。(4)确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表15-2，取轴端倒角为。5、 求轴上的载荷 选择中轴圆柱斜齿轮旋向为左旋，则输出轴齿轮旋向为右旋。 受力如右图： 经过计算得出： 水平面H内支反力： 垂直面V内支反力： 水平面H内弯矩： 垂直面V内弯矩： ， 总弯矩： 由图可知，危险截面在c右侧。6、 按弯矩合成应力校核轴的强度。 取，轴的计算应力： 前面已选定轴的材料为40Cr，调质处理，由表15-1查得，因，故安全。三、低速级轴的设计与校核 1、已知轴3传递效率，转速，转矩 =4.13kw，=54.86r/min ，=810.39N.m 2、求作用在大圆柱斜齿轮上的力： 大斜齿轮的分度圆直径： 3、初步确定轴的最小直径 按机械设计P370式15-2初步估计轴的最小直径 选取材料为45钢，调制处理，根据表15-3（P370），取，。 为了与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号，联轴器的扭矩：，查表14-1，取，则： 按计算扭矩应小于联轴器公称扭矩的条件，在机械设计P198规定，查标准GB/T5014-2003,选用型号为LX4的弹性柱销联轴器。其公称扭矩为2500，许用转速为3870r/min半联轴器的孔径，则半联轴器的长度为L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=84mm。 4、轴的结构设计： (1)拟定轴上零件的装配方案 (2)根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度。 (3)轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。 由表6-1查得平键截面 键槽用键槽铣刀加工，长为，同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，半联轴器与轴的连接选用平键联接，查手册得出，长度取为78mm。半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合保证。此处选择轴的直径尺寸公差为m6。 (4)确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表15-2，取轴端倒角为。 5、求轴上载荷： 已知：，。 该齿轮旋向为右旋，受力如图： ，。 经计算得出： 水平面H内支反力：， 弯矩： 垂直面V内支反力：， 弯矩： 合成弯矩： 由图可知，危险截面在C点右边。6、按弯扭合成应力校核轴的强度，进行校核时，取。轴的计算应力为：。前方已选定材料为45钢，调质处理，因，故安全。第四部分 滚动轴承的选择及计算 1、I轴轴承型号为30210的单列圆锥滚子轴承(1)计算轴承的径向载荷： (2) 计算轴承的轴向载荷，查设计手册P64，6008深沟球轴承的基本额定动载荷为，基本额定载荷。 由于，查手册p64表，插值得：，。根据轴的分析：，。(3) 计算轴承1、2的当量载荷，由于电动机无冲击或轻微冲击，由表3-5（P321）查得：载荷系数。 则：，。 则：，。 ，故取。(4) 校核轴承寿命 对于球轴承（P319）。 按一年300个工作日，每天2班制，寿命接近8年，故所选轴承适用。2、II轴轴承型号为6010深沟球轴承(1)计算轴承的径向载荷： (5) 计算轴承的轴向载荷，查设计手册P64，6010深沟球轴承的基本额定动载荷为，基本额定载荷。 由于，查手册p64表，插值得：，。根据轴的分析：，。(6) 计算轴承1、2的当量载荷，由于电动机无冲击或轻微冲击，由表3-5（P321）查得：载荷系数。 则：，。 则：，。 ，故取。(7) 校核轴承寿命 对于球轴承（P319）。 按一年300个工作日，每天2班制，寿命4年，可以采用四年一换的制度，故所选轴承适用。 1、III轴轴承型号为6015深沟球轴承(1)计算轴承的径向载荷： (8) 计算轴承的轴向载荷，查设计手册P64，6015深沟球轴承的基本额定动载荷为，基本额定载荷。 由于，查手册p64表，插值得：，。根据轴的分析：，。(9) 计算轴承1、2的当量载荷，由于电动机无冲击或轻微冲击，由表3-5（P321）查得：载荷系数。 则：，。 则：，。 ，故取。(10) 校核轴承寿命 对于球轴承（P319）。按一年300个工作日，每天2班制，寿命100年，大于8年，故所选轴承适用。第五部分 键的选择与校核1、 高速轴上键的选择与校核键的尺寸：，单键，键长。键的强度校核： 式（6-1）其中：，d轴的直径，d=30mm L键的工作长度(源头平键l=L-b=32-8=24mm)则：。键的材料为钢，查表6-2（P106），。由于，则键的强度足够。2、 中间轴上键的选择与校核 （1）高速轴键的尺寸：，键长。键的强度校核： 式（6-1）其中：，d轴的直径，d=64mm L键的工作长度(源头平键l=L-b=28-18=10mm)则：。键的材料为钢，查表6-2（P106），。由于，则键的强度足够。（2）中间轴上键的选择与校核低速轴键的尺寸：，键长。键的强度校核： 式（6-1）其中：，d轴的直径，d=52mm L键的工作长度(源头平键l=L-b=50-16=34mm)则：。键的材料为钢，查表6-2（P106），。由于，则键的强度足够。3、 低速轴上键的选择与校核（1）键4的尺寸：，键长。键的强度校核： 式（6-1）其中：，d轴的直径，d=86mm L键的工作长度(源头平键l=L-b=45-25=20mm)则：。键的材料为钢，查表6-2（P106），。由于小于的最大值，在区间内变化，则键的强度足够。（2）键的尺寸：，键长。键的强度校核： 式（6-1）其中：，d轴的直径，d=60mm L键的工作长度(源头平键l=L-b=70-18=52mm)则：。键的材料为钢，查表6-2（P106），。由于，则键的强度足够。键的校核完毕。第六部分 联轴器的选择 根据工作要求：缓和冲击，保证减速器正常工作。根据扭矩小于联轴器公称转矩的条件。由设计手册表8-7（P99）。 1、高速轴（输入轴）联轴器由上面计算结果：，选取LX3型弹性柱销联轴器，其公称转矩，许用转速。故适用。2、低速轴（输出轴）联轴器由上面计算结果：，选取LX4型弹性柱销联轴器，其公称转矩，许用转速。故适用。第七部分 箱体及附件设计1、 箱体设计减速器箱体的主要结构尺寸名称符号计算公式数据箱座壁厚9箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度13.5箱座底凸缘厚度22.5地脚螺钉直径14地脚螺钉数目4轴承旁连接螺栓直径10.5盖与座连接螺栓直径7.7连接螺栓的间距170轴承端盖螺钉直径6.3视孔盖螺钉直径4.9定位销直径5.775至外箱壁距离见表11-222至凸缘边缘距离见表11-220轴承旁凸台半径20凸台高度根据低速级轴承座外径确定54外箱壁至轴承座端面距离49.5大齿轮顶圆与内箱壁距离12齿轮端面与内箱壁距离10箱盖、箱座肋厚6.8 7.65轴承端盖外径130 130 170轴承旁连接螺栓距离尽量靠近，一般取铸造过渡尺寸见表1-38注：1、多级传动时，a取低速级中心距；2、焊接箱体的箱壁厚度约为铸造箱体壁厚的0.70.8倍。2、 视孔和视孔盖视孔用于检查传动件的齿和情况，润滑状态，接触斑点及齿侧间隙，还用于注入润滑油。视孔盖可用于轧制钢板或铸铁制成，它和箱体之间应加低质密封垫圈，以防止漏油。由设计手册查得：（P161），。盖厚，8孔，。3、 通气孔 通气孔用于通气，使箱内外气压一致，已避免由于减速器运转时箱体内气压升高，内压增大，从而引起箱内润滑油的渗漏。通常在箱体顶部装设通气器。由机械设计手册表11-5查得