机械设计课程设计圆柱圆锥齿轮(最终版）.doc

课程名称：机械综合应用设计设计题目： 圆锥圆柱齿轮减速器设计院 系： 机械工程系 专 业： 工程机械专业 年 级： 2008级 姓 名： 罗 红 兵 指导教师： 漆 俐 西南交通大学峨眉校区2011 年 7 月 22 日课 程 设 计 任 务 书专 业 机械工程及自动化 姓 名 罗红兵 学 号 20087587 开题日期： 2011 年7 月 13 日 完成日期：2011 年7 月 22 日题 目 圆锥圆柱齿轮减速器设计 一、 题目简介设计铸工作车间的型砂运输设备。该运输设备由电动机减速器传送带组成。两班制工作。传送带运行速度的允许误差为。使用期限10年。1电动机 2联轴器 3减速器 4滚筒 5传送带设计参数传送带牵引力4000传送带运行速度1.25滚筒直径280二、 设计的内容及要求进行传动功率的计算，传动系统的设计计算；绘制传动系统装配图一张（A0 或A1）；主要零件图二张；编写设计计算说明书一份。要求将设计中装置的方案设计；运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联轴器的选择及校核计算；结构及其附件的设计均要写入设计计算说明书。三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日目录一、传动方案拟定 1二、电动机的选择 1三、运动、动力学参数计算 2四、传动零件的设计计算 4五、轴的设计 13六、轴承的选择和计算 24七、联轴器选择 28 八、密封润滑 29九、键连接的校核计算 29十、箱体设计 33十一、减速器附件 34十二、设计小结 35十三、参考文献 36机械设计课程设计圆锥圆柱齿轮减速器设计设计计算及说明结果一、 传动方案根据设计任务书给传动方案如图1图11电动机 2联轴器 3减速器 4滚筒 5传送带二、 电动机的选择1. 选择电动机的类型根据电源及工作条件，选用卧式封闭型系列三相交流异步电动机。2. 确定电动机的功率。(1) 计算工作所需功率：，(2) 计算电动机的输出功率：由表2-4查得：滚动轴承传动效率，齿轮传动效率，联轴器传动效率，传送带传动效率则传动装置的总效率为：则：按表17-1确定电动机的额定功率为3. 确定电动机的转速。一般选用同步转速为或的电动机作为原动机。为了尽可能减小传动比，这里选取同步转速为。4. 确定电动机的型号。根据所确定的电动机的类型、额定功率及转速确定电动机的型号为。电动机主要性能参数、尺寸见表1。表1 电动机主要性能参数、尺寸电机型号额定功率满载转速轴径启动转矩最大转矩三、 运动、动力学参数计算1. 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比。1) 传动装置的总传动比。传送带的滚筒的转速2) 分配各级传动比。根据表2-3推荐传动比范围，选取第一级直齿圆锥齿轮的传动比，则第二级圆柱斜齿轮的传动比为：2. 计算传动装置的运动参数和动力参数。0轴电动机轴：1轴高速轴：2轴中间轴：3轴低速轴：4轴滚筒轴：将计算的运动参数和动力参数列于下表表2 计算所得运动参数和动力参数轴名参数0轴1轴2轴3轴4轴转速970970346.4385.3385.33转矩7473197766744传动比 12.84.061效率 0.990.960.960.97四、 传动零件的设计计算 直齿圆锥齿轮的计算1. 选定齿轮类型、等级精度、材料及齿数1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度（）。2） 材料选择由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮的材料为（调质），硬度为,大齿轮的材料为45钢(调质),硬度为,二者的材料硬度差为。3） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数。2. 按齿面接触强度计算由设计公式（10-26）进行计算，即（1） 确定公式的各计算数值1) 试选载荷系数2) 计算小齿轮传递的扭矩。3) 锥齿轮的齿宽系数推荐值为，最常用的值为。 于是，取4) 由表10-6查得材料的弹性影响系数。5) 由图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。6) 由式10-13计算应力循环次数。 7) 由图10-19取接触疲劳寿命系数 ， 。8) 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数，由式（10-12）得（2） 计算1） 试计算小齿轮分度圆直径，代中的较小的值。2） 计算圆周速度。3） 计算载荷系数根据，7级精度，由图10-8查得动载荷系数；直齿轮；由表10-2查得使用系数根据大齿轮两端支撑，小齿轮悬臂步置，由表10-9查得，则，；故载荷系数4） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 5） 计算模数模数6） 计算齿轮相关参数7） 计算齿宽取。3. 校核齿根弯曲疲劳强度计算由式（10-23）得弯曲强度计算公式为（1) 确定公式内的各计算数值1) 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；2) 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；3) 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数,由式(10-12)得4) 计算载荷系数。5) 计算当量齿数6) 查取齿形系数。由表10-5查得；。6) 查取应力校正系数。由表10-5查得；。（2) 校核齿根弯曲强度满足齿根弯曲强度，所选参数合适。4. 结构设计及绘制齿轮零件图见零件图。 圆柱斜齿轮设计1. 选定齿轮精度等级、材料及齿轮1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度（）。2） 材料选择由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮的材料为（调质），硬度为,大齿轮的材料为45钢(调质),硬度为,二者的材料硬度差为。3） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数。4） 选取螺旋角。初选螺旋角2. 按齿面接触强度计算由设计公式（10-21）进行计算，即（1） 确定公式的各计算数值。1） 试选载荷系数2） 由图10-30选取区域系数3） 图10-26查得，则：4） 计算小齿轮传递的转矩。5） 由表10-6查得材料的弹性影响系数。6） 选齿宽7） 由图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） 由式10-13计算应力循环次数。 9） 由图10-19取接触疲劳寿命系数 ， 10） 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数，由式（10-12）得 1)2)3)4)5)6)7)（2） 计算1） 试计算小齿轮分度圆直径，代中的较小的值。2） 计算圆周速度。3） 计算齿宽及模数4） 计算纵向重合度5） 计算载荷系数。选取使用系数，根据，级精度，由图10-8查得动载荷系数；由表10-4查得的值与直齿轮的相同。故；由图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算得的分度圆直径，由式（10-10a得7） 计算模数。3. 按齿根弯曲疲劳强度设计由式（10-17）（1） 确定计算参数。1） 计算载荷系数。2） 根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角的影响系数。3） 计算当量齿数。4） 查取齿形系数。由表10-5查得；5） 查取应力校正系数。由表10-5查得；6） 确定公式内的各计算数值由图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；由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；7） 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数,由式(10-12)得8） 计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。（2) 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算模数大于由齿根弯曲疲劳计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 ，取。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4. 几何尺寸计算（1) 计算中心距将中心距圆整为。（2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数、等不必修正。（3) 计算大、小齿轮的分度圆直径（4) 计算齿轮宽度圆整后取。（5) 机构设计详见零件图实际总传动比为传动比误差五、 轴的设计.高速轴的设计1. 求作用在锥齿轮上的力因已知高速及小锥齿轮的平均分度圆直径为而2. 初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得对于轴上的有一个键槽时，轴径增大，这里取，故。输入轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径（图2）。为了使选轴的直径与联轴器的孔径相配合，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查取或手册，选用型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取，半联轴器的长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。3. 轴的结构设计（1) 拟定轴上零件的装配方案如图2（2) 的根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1） 为了满足半联轴器的轴向定位要求,-轴段右端需制一轴肩，故-段的直径根据毛毡油封取；半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器是而不压在轴的端面上，故-段的长度应比略短一些，现取。2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本间隙组、标准精度等级的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为，故。 两端的滚动轴承均采用轴肩定位。由手册上查得的最小轴肩定位高度，因此取。3） 由于小锥齿轮大端齿顶圆直径大于轴承套杯凸肩孔径，故将小齿轮与轴分开制造。已知小齿轮轮毂宽为，故取。为了方便右端轴承的拆装，故右端制出一阶梯，-段轴是小锥齿轮配合处，因此在尽量不减小-段轴径的前提下，取。 4） 轴承端盖的总宽度为，。根据轴承端盖的拆装及取端盖的外端面与轮毂的右端面的间距，故取5） 悬臂端长度，查【文献3】轴承支承跨距，故。-段长度根据轴承右侧距箱体内壁及小齿轮轮毂端面距箱体内壁距离和轴承宽度确定。6） 轴上的圆角按轴和倒角尺寸按规定值选取。4. 求解轴上的载荷首先根据轴的结构图3做出计算简图。作为简支梁的轴的支承跨度，右端悬臂部分。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（图2）。从轴的结构图以及弯矩图中可以看出截面B是轴的危截面。现计算截面B处的、及的值列于下表。表2 高速轴力矩计算结果载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩5. 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只有校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据式（15-5）及上表中的计算数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力。轴的材料为45钢，调制处理，由表15-1查得。因此，故安全。.中间轴的设计1. 求作用在齿轮上的力1） 计算小斜齿轮上的作用力已知小斜齿轮的分度圆直径为 2） 计算大锥齿的作用力因已知大锥齿轮的平均分度圆直径为而2. 初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得对于轴上的有一个键槽时，轴径增大，这里取，故。3. 轴的结构设计（1) 拟定轴上零件的装配方案如下图（2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1） 以圆锥圆柱齿轮减速器设计要求，先以大锥齿轮轮毂端面与箱体内壁、轴承端面与箱体内壁和轴承与轴的配合长度综合考虑，确定。初步选择滚动轴承。因轴承受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。根据在轴承产品目录中初步选取0基本间隙组、标准精度等级的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为，故。 2） -段的直径根据大锥齿轮轮毂孔径取；大锥齿轮轮毂的宽度，为了保证套筒只压在大锥齿轮轮毂端面上，。 3) 大锥齿轮的左端与小斜齿轮右端采用的轴肩定位，轴肩的高度，故取，则轴肩的直径。轴肩的宽度，取。4) 由于小斜齿轮的齿宽，为了保证套筒只压在小斜齿端面上，故,。以小圆锥齿轮为输入轴轴心为对称中心，将轴的左侧部分长度设计与右侧长度相同。因此-端长度。5） 其支承夸距，及两齿轮等效受力点，均在图中标出。6） 确定轴上的圆角和倒角尺寸，详见零件图。4. 求解轴上的载荷首先根据轴的结构图3做出计算简图。作简支梁的轴的支承跨度，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图见下图(左侧为小齿轮)。载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩从轴的结构图以及弯矩图中可以看出截面是轴的危险截面。现计算出处的总弯矩5. 合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只有校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据式（15-5）及上一步计算的计算数据，以及轴单向旋转，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，由表15-1查得。因此截面处的都满足，故安全。.低速轴的设计1. 计算齿轮上作用力已知大斜齿轮的分度圆直径为 2. 定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得对于轴上的有一个键槽时，轴径增大，这里取，故。输入轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使选轴的直径与联轴器的孔径相配合，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查取或手册，选用型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取，半联轴器的长度，轮半联轴器与轴配合的毂孔长度。3. 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案如下图（2） 根据轴向定位的要求确定各段直径和长度1） 为了满足半联轴器的轴向定位要求,-轴段右端需制出一轴肩，故-段的直径根据毛毡油封取。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器端面上，故取-段的长度应比略短些，现取。2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本间隙组、标准精度等级的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为，故。根据中间轴确定的箱体内壁宽度，在这里取。3） 大斜齿轮轮毂宽度，为了保证套筒轴向定位在齿轮轮毂右端面上，取，；齿轮右端采用轴肩定位，轴肩的高度，故取，则轴肩的直径。轴肩的宽度，取。4） -段轴径根据右端挡油环轴肩定位高度，取。5） 根据中间轴确定的箱体内壁宽度，及在减速器适应不同安装位置，可调整输出轴的的方向，因此减速器是关于输入轴中心线对称的。所以根据以上情况对某些轴段长度进行选取。、6） 确定轴上的圆角和倒角尺寸按设计手册选取。4. 求解轴上的载荷首先根据轴的结构图做出计算简图。作为简支梁的轴的支承跨度，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩从轴的结构图以及弯矩图中可以看出截面B是轴的危险截面。现计算出不B处的总弯矩6. 合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只有校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据式（15-5）及上一步计算的计算数据，以及轴单向旋转，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，由表15-1查得。因此C截面处的都满足，故安全。六、 轴承型号的选择及寿命计算 .高速轴轴承轴承的安装方案如下图1. 计算轴承的径向载荷载荷水平面垂直面支反力2. 计算轴向力由【文献3】表15-1初步选取0基本间隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为：，。3. 计算径向当量动载荷；，显然，故以其中大者代入计算。使用年限满足使用寿命要求。.中间轴轴承1. 计算轴承的径向载荷载荷水平面垂直面支反力2. 计算轴向力由【文献3】表15-1初步选取0基本间隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为：，。3. 计算径向当量动载荷，显然，故以其中大者代入计算。使用年限满足使用寿命要求。.低速轴轴承载荷水平面垂直面支反力1. 计算轴承的径向载荷2. 计算轴向力由【文献3】表15-1初步选取0基本间隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承，其尺寸为：，。3. 计算径向当量动载荷，；显然，故以其中大者代入计算。使用年限满足使用寿命要求。 七、 联轴器的选择1. 高速轴处联轴器（1) 类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。（2) 载荷计算公称转矩：由表14-1查得，故由式（14-1）计算转矩为（3) 型号选择从中查得型弹性套柱销联轴器的许用转矩为，许用最大转速为，轴径为之间，故合用。电机轴的轴径为，因此选取孔径为的型其基本参数。2. 输出轴处联轴器（1) 类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性柱销联轴器。（2) 载荷计算公称转矩：由表14-1查得，故由式（14-1）计算转矩为（3) 型号选择从中查得型弹性柱销联轴器的许用转矩为，许用最大转速为，轴径为之间，故合用。输出轴的最小轴径为，因此选取孔径为的型其基本参数。八、 润滑密封由于大齿轮的的线速度故只能采用脂润滑方式，由于润滑方式采用脂润滑且两轴的转速均不高，故采用毛毡密封。九、 键的选择及强度校核、输入轴半联轴器处1. 确定键的类型和尺寸联轴器联接处要求一定的中性，由于是键联接，选用A型普通平键。由设计手册查得轴径时，键取。参照带轮轮毂的宽度，及普通平键的长度系列，取键长。2. 强度校核因为键联接，故按式（6-1）进行挤压强度校核式中由表6-2查得故故该键满足强度要求。.小锥齿轮处1. 确定键的类型和尺寸7级精度的齿轮联接处要求一定的中性，由于是键联接，选用A型普通平键。由设计手册查得轴径时，键取。参照齿轮轮毂的宽度，及普通平键的长度系列，取键长。2.强度校核因为键联接，故按式（6-1）进行挤压强度校核式中由表6-2查得故故该键满足强度要求。.中间轴大锥齿轮处7级精度的齿轮联接处要求一定的中性，由于是键联接，选用A型普通平键。由设计手册查得轴径时，键取。参照该段阶梯轴的长度，及普通平键的长度系列，取键长。2.强度校核因为键联接，故按式（6-1）进行挤压强度校核式中由表6-2查得故故该键满足强度要求。.中间轴斜齿轮处7级精度的齿轮联接处要求一定的中性，由于是键联接，选用A型普通平键。由设计手册查得轴径时，键取。参照该段阶梯轴的长度，及普通平键的长度系列，取键长。2.强度校核因为键联接，故按式（6-1）进行挤压强度校核式中由表6-2查得故故该键满足强度要求。.低速轴斜齿轮处7级精度的齿轮联接处要求一定的中性，由于是键联接，选用A型普通平键。由设计手册查得轴径时，键取。参照该段阶梯轴的长度，及普通平键的长度系列，取键长。2.强度校核因为键联接，故按式（6-1）进行挤压强度校核式中由表6-2查得故故该键满足强度要求。.低速轴联轴器轮处半联轴器联接处要求一定的中性，由于是键联接，选用A型普通平键。由设计手册查得轴径时，键取。参照该段阶梯轴的长度，及普通平键的长度系列，取键长。2.强度校核因为键联接，故按式（6-1）进行挤压强度校核式中由表6-2查得故故该键满足强度要求。十、 减速器箱体尺寸的设计箱座壁厚：；取；箱盖壁厚：，取；地脚螺栓直径：，经计算 ，取；地脚螺钉数目：，取；箱座凸缘厚：；箱盖凸缘厚度：；箱座底凸缘厚度：；轴承旁螺栓直径：，取箱盖与箱座连接螺栓直径：，取；连接螺栓的间距：，取；轴承盖螺钉直径：，取；视孔盖螺钉直径：，取定位销直径：，取；、至外箱壁距离：、至外箱壁距离：、轴承旁凸台半径凸台高度外箱壁至轴承座端面距离:，取；大齿轮齿顶圆与内箱壁距离:，取取；齿轮端面与内箱壁距离: ，箱盖肋厚：，取；箱座肋厚：，取输入轴轴承端盖外径：，取；中间轴轴承端盖外径：，取；输出轴轴承端盖外径：，取；输入轴轴承旁连接螺栓距离：；中间轴轴承旁连接螺栓距离：；输出轴轴承旁连接螺栓距离：；十一、 减速器的各部位附属零件的设计1. 窥视孔盖与窥视孔：在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔, 大小只要够手伸进操作可。以便检查齿面接触