圆锥-圆柱齿轮减速器设计与仿真分析毕业设计说明书.doc

圆锥 圆柱齿轮减速器设计与仿真分析 摘 要 本课题主要研究的内容是根据减速器设计的原始资料 研究减速器结构 组成部件 包括齿轮 轴 轴承 上箱体和下箱体 的设计及校核方法 对二级圆锥 圆柱齿轮减速器设计进行功能分解 确立齿轮减速器三维参数化设计方法以及齿轮减 速器零件 各主要传动件 标准件等 模型库 总装配库的构建方法 并用 Pro E PRO ENGINEER 绘图软件进行二级圆锥圆柱齿轮机构的三维建模 对圆锥圆柱减 速器的机构的组成 内部传动部件 进行装配干涉分析 应力应变分析 运动仿真 最终生成二维的工程图 关键字 三维虚拟设计 三维建模 减速器 Design and simulation analysis of cone cylindrical gear reducer Li Tian Grade08 Class 4 Major machine design manufacture and automation school of Mechanical Engineering Shaanxi University of Technology Hanzhong 723003 Shaanxi Tutor He Yong Abstract The main research topics are based on the design of the original data reducer reducer enough of component parts including gears shafts bearings the upper casing and lower casing design and verification method Of the two conical gear reducer design of functional decomposition the establishment of three dimensional parametric gear reducer and gear reducer design parts the main transmission parts standard parts etc model library the total assembly method of constructing the library And with the Pro E PRO ENGINEER of drawing software and database technology for two conical cylindrical gears three dimensional modeling of conical reducer cylindrical body composition the internal transmission parts and assembly interference analysis stress and strain analysis spatial motion analysis motion simulation eventually to produce two dimensional drawings Key words 3D virtual design three dimensional modeling reducer I 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教师的 指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别加以标注和 致谢的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果 也不 包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体 均已在文中作了明确的 说明并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和电子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并提供目录检索与阅 览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其它复制手段保存论文 在 不以赢利为目的前提下 学校可以公布论文的部分或全部内容 作者签名 日 期 II 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文 被查阅和借阅 本人授权 大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手 段保存和汇编本学位论文 涉密论文按学校规定处理 作者签名 日期 年 月 日 导师签名 日期 年 月 日 III 目 录 引 言 1 绪 论 2 1 传动装置总体设计 4 1 1 确定传动方案 4 1 1 1 电动机的容量选择 4 1 1 2 电动机转速的选择 5 1 1 3 电动机型号的确定 6 1 1 4 计算传动装置总传动比和分配各级传动比 6 1 1 5 计算传动装置的运动和动力参数 6 2 传动零件的设计计算 8 2 1 圆锥齿轮传动的设计计算 8 2 1 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 8 2 1 2 按齿面接触疲劳强度设计 8 2 1 3 按齿根弯曲疲劳强度设计 9 2 1 4 几何尺寸计算 11 2 2 圆柱齿轮传动的设计计算 11 2 2 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 11 2 2 2 几何尺寸计算 13 2 3 数据整理 14 3 轴的设计计算 15 3 1 减速器高速轴 的设计 15 3 2 减速器高速轴 的设计 20 3 3 减速器高速轴 的设计 25 4 轴承与键的选择 30 4 1 减速器高速 I 轴滚动轴承的选择与寿命计算 30 4 2 减速器低速 III 轴滚动轴承的选择与寿命计算 30 4 3 高速轴的键连接 31 4 4 低速轴的键连接 31 4 5 机体要具有足够的刚度 32 4 6 机体的结构要便于机体内零件的润滑 密封及散热 32 4 7 确定机盖大小齿轮一段的外轮廓半径 33 5 润滑和密封设计 34 IV 5 1 润滑 34 5 2 密封 34 5 3 箱体设计的主要尺寸及数据 34 6 PRO E 三维参数化设计 36 6 1 概述 36 6 2 建立模型 36 6 3 基于 PRO E 的圆柱齿轮减速器装配过程 36 6 3 1 产品装配过程 36 6 3 2 减速器机构运动仿真 36 6 4 选择 测量结果 以图形方式查看位置结果 36 7 减速器关键零部件的有限元分析 36 7 1 ANSYS 的简介 36 7 1 1 ANSYS 软件功能模块 36 7 1 2 结构静力分析 36 7 1 3 模态分析简介 36 7 2 ANSYS 分析主要步骤 36 7 3 输出轴有限元静力学分析 36 7 4 箱体模态分析 36 致 谢 36 参考文献 36 陕西理工学院毕业设计论文 第 1 页 共 51 页 引 言 本课题研究的目的是在已有减速器设计的基本理论基础上 利用 Pro E PRO ENGINEER 三维设计软件和数据库技术 建立齿轮 轴 轴承 上箱体及下箱 体的三维参数模型 将各零件进行装配与仿真 本课题研究的意义在于 能够为齿轮减速器是设计提供一种全新手段和方法 改 变原有的手工设计 二维设计变为三维设计 并在设计中体现引导作用 使设计更为 直观 形象 生动 通过实时人机互动式的三维参数化实体造型设计 更好地理解 掌握零部件的结构及装配关系 实现齿轮建起的动力学参数设计计算 齿轮传动设计 技术 轴系的设计技术 分析三维参数化设计的方法 运用设计辩论与程序设计相结 合的方法实现零件的三维参数化设计 在此基础上采用了在零件环境中以及在装配环 境中建立零件模板的两种方法 分析齿轮减速器总装配及各部件之间的结构尺寸约束 关系 并运用自顶向下与自底向上的设计思想分别构建减速器总装装配模板和轴系模 板 采用 Pro E PRO ENGINEER 三维设计软件 并结合 AutoCAD 2007 等二维绘图软 件 设计了一个二级圆锥 圆柱齿轮减速器 实现了减速器的三维模型生产 以及由此 生成二维工程图的思想 综合运用 Pro E PRO ENGINEER 三维绘图软件和有限元分析 软件 ANSYS 对减速器进行运动仿真 对内部传动部件进行装配干涉分析 应力应变分 析 对减速器进行了检查和优化设计方案 实现减速器的运动真 完成了减速器在计 算机中虚拟设计 陕西理工学院毕业设计论文 第 2 页 共 51 页 绪 论 随着现代工业的不断发展和扩大 对工业机械的需求量也再迅速的增加 同时对 机械设备的可靠性 维修性 安全性 经济性和燃油性也提出而来更高的要求 随着 微电子工业向机械工业的渗透 现代机械日益向智能化和机电一体化方向发展 自 20 世纪 90 年代以来 国外机械工业进入了一个新的发展时期 技术发展的重点在于努力 完善产品的标准化实现高精度 多用途 超小型化是工业机械的发展趋势 齿轮机构是在各种机构中应用最广泛的一种传动机构 它可以用来传递空间任意两 轴间的运动和动力 并具有功率范围大 传动效率高 传动比准确 使用寿命长 工 作安全可靠等特点 而作为齿轮机构的最基本组成部分齿轮所起的作用是无可代替的 所以齿轮的设计尤为重要 齿轮是应用最为广泛的通用零件 广泛用在各种传动中 如机床的传动装置 汽车的变速箱和后桥 减速器和玩具等 齿轮传动机构中很重要 的应用就是减速器 减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置用来降低 原动机转速或增大转矩 以满足工作机需要 而齿轮减速器作为一种重要的动力传递 装置 在机械化生产中起着不可替代的作用 圆柱圆锥齿轮减速器是最常用的机械传 动机构之一 纵观国内减速器行业的现状 为保持行业的健康可持续发展在充分肯定行业不断发展 进步的同时 更应看到存在的问题 并积极研究对策 采取措施 力争在较短时间内 能有所进展 目前 同外减速器行业存在的比较突出的问题是 行业整体新产品开发 能力弱 工艺创新及管理水平低 企业管理方式较为粗放 相当比例的产品仍为中低 档次 缺乏有国际影响力的产品品牌 行业整体散 乱情况依然较为严重 当今世界各国减速器及齿轮技术发展总的趋势是向六高 二低 三化方向发展 六 高即指高承载能力 高齿面硬度 高精度 高速度 高可靠性和高传动率 二低 即 低噪声 低成本 三化 即标准化 多样化 通用化 减速器及齿轮的设计与制造技 术的发展 在一定程度上标志着一个国家的工业水平 因为其应用非常广泛 大到矿 山机械中的传动装置 小到汽车变速箱等领域无不渗透着齿轮以及减速器的应用 当 今是要求人与自然和谐发展的社会 我们的齿轮加工也逐步往绿色环保的干式 半干 式加工转变 其中有高速和低温冷风干式加工两个方向 从这一点上讲 传统的机加 工都将迈向一个新的台阶 国际上 动力传动齿轮装置正沿着小型化 高速化 标准化方向发展 特殊齿轮 的应用 行星齿轮装置的发展 低振动 低噪声齿轮装置的研制是齿轮减速器设计方 面的一些特点 为达到齿轮减速器装置小型化目的 可以提高现有渐开线齿轮的承载 推力 各国普遍采用硬齿面技术 提高硬度以缩小装置的尺寸 也可应用以圆弧齿轮 为代表的特殊齿形 英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统采用圆弧齿轮后 使减 速器高度大为降低 随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势 在大型船上采用大功率 行星齿轮装置确有成效 现在冶金 矿山 水泥一轧机等大型传动装置中 行星齿轮 以其体积小 同轴性好 效率高的优点而应用愈来愈多 研究手段的现状和发展趋势随着科学技术的发展和日益增长的社会需求 机械产品 的类型 规格及性能迅速地发生变化 市场要求产品的设计周期越来越短 传统的减速 器设计往往是手工设计 因计算烦琐 复杂 致使手工设计的效率 可靠性 准确性 大大降低 而且对于系列化产品设计需要进行反复的计算 查询和绘图 造成大量重 复劳动 另外 传统的类比设计中还存在一个极大的毛病 即在设计时 大部分设计 陕西理工学院毕业设计论文 第 3 页 共 51 页 人员都是在己有产品的基础上将尺寸增大 这样的相似设计使得产品的尺寸与重量越 来越大 造成财力 人力的浪费 在科学技术日益发展的今天 虽然 CAD 技术已被企业重视 但通用 CAD 支撑软件 对大多数用户来说 只是绘图工具 只是使所绘图便于保存 便于修改 不是真正的 实现了通过计算机设计的目的 不能解决设计问题 其实质仍是手工设计 它不仅设 计效率低 同时对使用者的要求也较高 因使用者要直接使用图形支撑软件的命令去 构造图形 这就要求其对各种命令的功能及其使用方法十分了解 从而限制了对这些 命令不熟悉但精通产品设计的人员有效地使用计算机进行辅助设计 而使硬件和软件 得不到充分利用 而且 在传统绘图设计过程中 工程师们感到最别扭的 最影响设计质量的 最 需要有人辅助的几个常见的问题可能有下列几项 复杂的投影线生成问题 漏标尺寸 漏画图线的问题 机构的几何关系和运动关系的分析讨论问题 设计的更新与修改问 题 设计工程管理问题 二维参数化的局限性等等 这些在我们的二维软件绘图中都 不能得到很好的解决 在二维参数化软件前景不甚明确的条件 在此背景下 基于计 算机的虚拟技术 虚拟产品开发就越来越显出其独特的优势 基于特征的三维参数化 变量化软件开始进入设计领域 人在设计零件时的原始冲动是三维的 是有颜色 材 料 硬度 形状 尺寸 位置 相关零件 制造工艺等等关联概念的三维实体 甚至 是带有相当复杂的运动关系的三维实体 如果能直接以三维概念开始设计 在现有的 软件支持下 这个模型至少有可能表达出设计构思的全部几何参数 整个设计过程可 以完全在三维模型上讨论 对设计的辅助就很容易迅速扩大的全过程 设计的全部流 程都能使用统一的数据 这样就有可能比较容易地建立充分而完整的设计数据库 并 以此为基础 进一步进行应力应变分析 制件质量属性分析 空间运动分析 装配干 涉分析 NC 控制可加工性分析 高正确率的二维工程图生成 外观色彩和造型效果评 价 商业广告造型与动画生成等一系列的需求都能充分满足 是对设计全过程的有效 的辅助 是有明确效益的 CAD 三维设计的好处已经确实了 Pro E PRO ENGINEER 或 其他同类软件的实施过程中 都能体会得到 由三维实体造型自动生成二维工程图纸 的方法 这在实际设计工作中有很大的优势 尤其是对于复杂的零部件的造型及其黑 维工程图纸的设计 会得到事半功倍的效果 如剖面图自动生成 空间相贯线求交 投影等 对于创成设计 三维设计模式几乎是最为合理的了 陕西理工学院毕业设计论文 第 4 页 共 51 页 1 传动装置总体设计传动装置总体设计 1 1 确定传动方案确定传动方案 带式输送机传动系统方案如图 1 1 所示 图 1 1 圆锥 圆柱齿轮减速器 带式输送机由电动机驱动 电动机 1 通过联轴器 2 将动力传入减速器 3 在经联轴 器 8 传至输送机滚筒 9 带动输送带 11 工作 传动系统中采用两级闭式圆锥 圆柱齿轮 减速器 表 1 1 已知条件 数据编号运输带工作拉力 F KN运输带工作速度 v m s 1卷筒直径 D mm E55 21 5400 1 滚筒效率 0 96 包括滚筒和轴承的效率损失 j 2 工作情况 两班制 连续单向运转 载荷较平稳 3 使用折旧期 8 年 3 工作环境 室内 灰尘较大 环境最高温度 35 摄氏度 4 动力来源 电力 三相交流 电压 380 220V 5 检修期限 四年一大修 两年一次小修 6 制造条件及生产批量 一般机械厂制造 小批量生产 1 1 11 1 1 电动机的容量选择电动机的容量选择 根据已知条件可以计算出工作机所需有效功率 wP 87 1000 515200 1000 FV kW 设 联轴器的效率 0 99 1 1 陕西理工学院毕业设计论文 第 5 页 共 51 页 圆锥齿轮的传递效率 7 级精度 0 98 2 2 圆柱齿轮的传递效率 8 级精度 0 97 3 3 轴承的效率 0 99 4 4 输送带间的传动效率 0 96 5 5 估算运动系统总传递效率 2 5 3 4321 总 得传动系统总效率 2 5 3 4321 总 868 099 0 99 0 97 0 98 0 96 0 23 所以电动机所需工作功率为 Pd Pw 7 8kw 0 868 8 99kw 总 由表 1 2 所列 Y 系列三相异步电动机技术数据中可以确定 满足条件的dwPP 电动机额定功率应取为 11 wPkW 表 1 2 三相异步电动机技术数据 电动机型号 额定功率 kW 满载转速 min r额定转矩 堵转转矩 额定转矩 最大转矩 Y100L 4314202 22 2 Y112M 4414402 22 2 Y132S 45 514402 22 2 Y132M 47 514402 22 2 Y160M 41114602 22 2 Y160L 41514602 22 2 Y160L 6119702 02 0 1 1 21 1 2 电动机转速的选择电动机转速的选择 根据已知条件由计算得知输送机滚筒的工作转速 6 671 40014 3 516000060000 d v nw min r 74 320 6 671 1460 w m n n i总 由表 1 2 初选同步转速为 1500和 1000的电动机 对应用于额定功率min rmin r 的电动机型号应分别为 Y160M 4 型和 Y160L 6 型 把 Y160M 4 型和 Y160L 6kWPw11 型电动机有关技术数据及相应算得的总传动比列于表 1 3 表 1 3 方案的比较 方案号电动机型号 额定功率 kW 同步转速 min r 满载转速 min r 总传动比 Y160M 411 01500146020 374 Y160L 611 0100097013 53 通过对这两种方案比较可以看出 方案 选用的电动机转速高 质量轻 价值低 总传动比为 20 374 比较合适 故选用方案 陕西理工学院毕业设计论文 第 6 页 共 51 页 1 1 31 1 3 电动机型号的确定电动机型号的确定 根据工作条件 两班制工作 空载起动 载荷平稳 常温下连续 单向 运转 工作环境多尘 小批量生产 使用期限为 8 年 年工作 300 天 工作机所需电动机 功率及电动机的同步转速等 选用 Y 系列三项异步电动kWPd8 99 min 1500rn 机 卧式封闭结构 型号为 Y160M 4 其主要性能数据如下 电动机额定功率 kwPw11 电动机满载转速 min 1460rnm 电动机轴身直径 mmD42 电动机轴身长度 mmE110 1 1 41 1 4 计算传动装置总传动比和分配各级传动比计算传动装置总传动比和分配各级传动比 1 分配原则 各级传动的传动比不应该超过其传动比的最大值 使所设计的传动系统的各级传动机构具有最小的外部尺寸 使二级齿轮减速器中 各级大齿轮的浸油深度大致相等 以利于实现油池 润滑 2 总传动比 总传动比74 320 6 671 1460 w m n n i总 3 分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比 按直齿轮圆柱齿轮传动比 又锥齿轮的传动比 0935 5 374 2025 0 25 0 总锥 ii 一般不大于 3 故取 3 1 ii锥 则79 6 3 374 20 2 柱 ii 实际总传动比37 2079 6 3 柱锥实 iii 因为转动比误差 故满足要求 05 0 01 0 i 1 1 51 1 5 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数 传动系统中各轴的转速 功率和转矩计算 0 轴 电动机轴 mimrnnm14600 KwPPd99 80 mN n P T 80 58 1460 99 8 95509550 0 0 0 轴 减速器高速轴 min146001rnnnm 陕西理工学院毕业设计论文 第 7 页 共 51 页 KwPP90 8 99 0 99 8 101 mN n P T 22 58 1460 9 8 95509550 1 1 1 轴 减速器中间轴 min487 3 1460 1 1 2r i n n KwPP72 8 8 9090 8 2 12 mN n P T 00 171 487 72 8 95509550 2 2 2 轴 减速器低速轴 min72 79 6 487 23 2 3r i n n KwPP46 8 97 072 8 3 23 mN n P T 13 1122 72 64 8 95509550 3 3 3 运动和动力参数计算结果整理如表 1 4 表 1 4 轴名功率 P kw转矩 T N mm 转速 n r m 传动比 i效率 电机轴 8 9958 80146010 99 轴 8 9058 22146030 99 轴 8 721714876 790 98 轴 8 461 12 103720 97 陕西理工学院毕业设计论文 第 8 页 共 51 页 2 传动零件的设计计算传动零件的设计计算 2 1 圆锥齿轮传动的设计计算圆锥齿轮传动的设计计算 已知输入功率 P1 8 9KW 略大于小齿轮的实际功率 小齿轮的转速为 n1 1460 大齿轮的转速为 n2 487 传动比 由电动机驱动 工作寿命 设min rmin r3i 每年工作 300 天 两班制 带式输送 平稳 转向不变 2 1 1 2 1 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 按传动方案 选用直齿圆锥齿轮传动 齿形制 齿形角 齿顶11060JB 20 高系数 顶隙系数 螺旋角 不变位 1 a h 0 2c 0 m 2 运输机为一般工作机器 速度不高 故选用 8 级精度 3 材料选择 小齿轮材料为 40Cr 调质 硬度为 280HBS 大齿轮材料为 45 刚 调质 硬度为 240HBS 二者材料硬度相差 40HBS 4 选小齿轮齿数 121 23 3 2369zzu z 则 2 1 2 2 1 2 按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计 公式 d1 3 2 2 1 5 01 85 0 KT4 H HE RR ZZ u 1 确定公式内的各计算值 1 查得材料弹性影响系数 1 2 189 8 E ZMPa 2 按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的 lim1 600 H MPa 接触疲劳极限 lim2 550 H MPa 3 计算应力循环次数 小齿轮 N1 60njLh 60 1460 1 2 8 300 8 3 364 109 大齿轮 N2 N1 u 3 364 109 3 1 121 109 4 查得接触批量寿命系数 1 0 93 HN K 2 0 97 HN K 5 计算接触疲劳许用应力 1lim1 1 0 93 600558 HLH H K MPaMPa S 2lim2 2 0 97 550533 5 HLH H K MPaMPa S 6 试选 查得1 2 v K 1 0 1 1 5 1 251 875 a KKK 陕西理工学院毕业设计论文 第 9 页 共 51 页 所以 1 0 1 2 1 1 8752 25 av KKKKK 已知 T1 58 22N m 7 1 3R 2 计算 1 试算小齿轮的分度圆直径 带入中的较小值得 H d1t 3 2 2 1 5 01 85 0 KT4 H HE RR ZZ u mm3 2 2 5 533 5 2 8 189 3 05 01 33 085 0 582201 34 82 586mm 2 计算载荷系数 mm s31 6 100060 1460586 82 100060 11 1 nd v t m 根据 V 6 31mm s 8 级精度 查得 1 23 v K 所以 1 0 1 23 1 1 8752 31 av KKKKK 3 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 314 83 25 2 31 2 586 82d 33 11 mm Kt K d t 4 大端模数 mm z d 622 3 23 314 83 m 1 1 查表 取标准模数 m 4mm 2 1 3 2 1 3 按齿根弯曲疲劳强度设计按齿根弯曲疲劳强度设计 公式 FSF R t F YY bm KF 5 01 85 0 1 确定公式内的各计算值 1 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度 1 500 FE MPa 2 380 FE MPa 陕西理工学院毕业设计论文 第 10 页 共 51 页 2 查得弯曲疲劳寿命系数 12 0 86 0 9 FNFN KK 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 则 11 1 0 86 500 307 14 1 4 FNFE F K MPaMPa S 22 2 0 9 380 244 29 1 4 FNFE F K MPaMPa S 4 载荷系数 K 2 31 5 节圆锥角 1 1 arctan18 435 u 2 9018 43571 565 6 当量齿数 1 1 1 23 24 coscos18 435 V z Z 2 2 2 69 218 coscos71 565 V z Z 7 查取齿形系数 12 2 65 2 115 FaFa YY 8 查取应力校正系数 12 1 58 1 86 SaSa YY 9 计算大小齿轮的 并加以比较 FaSa F Y Y 11 1 2 65 1 58 0 0136 307 14 FaSa F YY 22 2 2 115 1 86 0 01619 244 29 FaSa F YY 大齿轮的数值大 2 校核比较结果 11 FF 22 FF 综合分析考虑 取 m 4mm Z1 23 得 21 23 369zu z mmZm69323d 11 陕西理工学院毕业设计论文 第 11 页 共 51 页 2 1 4 2 1 4 几何尺寸计算几何尺寸计算 mmma4h mmmmmhf8 442 12 1 mmmc8 042 02 0 1 计算大端分度圆直径 1 69dmm 22 69 3207dzmmm 2 计算节锥顶距 mmu0986 10913 2 69 1 2 d R 22 3 节圆锥角 43 18 1 57 71 2 4 齿宽 1 3 109 098636 366 R bRmmmm 12 36bbmm 取 5 大端齿顶圆直径 mmmdda590 76mm43 18cos4269cos2 111 mmmdda53 209mm58 71cos42207cos2 222 6 大端齿根圆直径 mmmdd892 59mm43 18cos44 269cos4 2 111f mmmdd97 203mm1 577cos44 2207cos4 2 222f 2 2 圆柱齿轮传动的设计计算圆柱齿轮传动的设计计算 已知输入功率 略大于小齿轮的实际功率 小齿轮的转速为 Kw72 8P1 大齿轮的转速为 传动比 由电动机驱动 工作min 487n2r min 72n3r 79 6 i 寿命 设每年工作 300 天 两班制 带式输送 平稳 转向不变 2 2 12 2 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 选择齿轮材料及热处理方法 小齿轮选择 45Cr 调质处理 齿面硬度为 280HBS 大齿轮选择 45 钢调质处理 齿 面硬度为 240HBS 二者都属软齿闭式传动 载荷平稳齿轮速度不高 初选 7 级精度 小齿轮的齿数 Z3 24 大齿轮齿数 z4 uZ3 24 6 79 162 96 163 取 Z4 163 按软齿面 齿轮非对称安装查文献 2 表 6 5 取齿宽系数 1 0 实际传动比 d i34 163 24 6 79 误差几乎为零 在设计给定的 5 范围内可用 2 强度设计 陕西理工学院毕业设计论文 第 12 页 共 51 页 按齿面接触疲劳强度设计 由文献 2 式 6 11 3 2 2 3 1 32 2 H E d t zKT d 确定公式中各式参数 载荷系数 试选 1 4 t K t K 小齿轮传递的转矩 171 N m 2 T 材料系数 查文献 2 表 6 3 得 E zMPazE 8 189 大 小齿轮的接触疲劳极限 按齿面硬度查文献得 4lim3limHH 600MPa 580MPa 3limH 4limH 应力循环次数 N3 60njLh 60 487 1 2 8 300 8 1 122 109 N4 N1 u 1 122 109 6 79 1 653 108 接触疲劳寿命系数 查文献 2 图 6 6 得 43HNHN KK 0 95 0 98 3HN K 4HN K 确定许用接触应力 取安全系数 43HH 1 H S MPa S K H HHN H 570 1 60095 0 3lim3 3 MPa S K H HIH H 568 1 58098 0 4lim4 4 取 3HH 设计计算 试计算小齿轮分度圆直径 取 t d3 43HH mmd t 924 70 586 8 189 79 6 179 6 0 1 171000 41 32 2 3 2 3 计算圆周速度 v v sm 808 1 100060 487924 703 14 100060 n d 23t 计算齿宽 b b d3t 1 0 70 924mm 70 924mm d 模数 mt mt d3 z3 70 924 24mm 2 955mm 齿全高 h mmmmmh65 6 955 2 25 2 25 2 t 齿高比 67 10 65 6 924 70 h b 计算载荷系数 k 查文献 2 表 6 2 得使用系数 1根据 v 1 808m s A k 按 7 级精度查文献 2 图 6 10 得动载系数 1 06 查图 6 13 得 1 436 直齿轮 v k H k 1 Ha k Fa k 67 10 65 6 924 70 h b 得 1 38 则 k 1 1 06 1 1 436 1 522 F k A k v k H k a kH 校正分度圆直径由文献 2 式 6 14 3 d mm kt k dd t 927 70 4 1 522 1 924 70 33 33 计算模数 m m d3 z3 70 927 24 3 038mm 取标准取模数 m 3mm 根据齿根弯曲疲劳强度校核则有 2 3 2 3 2 FSaFa d F YY mz KT 陕西理工学院毕业设计论文 第 13 页 共 51 页 确定公式中各参数值 大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 4lim3limFF 查文献 2 图 6 9 取MPaMPa FF 500380 4lim3lim 弯曲疲劳寿命系数 文献 2 图 6 7 43FNFN KK 取98 0 92 0 43 FNFN KK 许用弯曲应力 43FF 取定弯曲疲劳安全系数 应力修正系数4 1 F S0 2 ST Y MPa S FYK F STFN F 6 349 4 1 92 0 380 3lim3 3 MPa S FYK F STFN F 350 4 1 98 0 500 4lim4 4 齿轮系数和应力修正系数 43FaFa YY 43Sasa YY 查文献 2 表 6 4 得 72 2 32 2 43 FaFa YY57 1 7 1 43 Sasa YY 计算大小齿轮的与 333FsaFaY Y 444FsaFa YY 并加以比较取其中最大值代入公式计算 0128 0 6 349 70 1 32 2 333 FsaFa YY 0122 0 350 57 1 72 2 444 FsaFa YY 大齿轮的数值大 应按大齿轮校核齿根弯曲疲劳强度 校核计算 因为 33FF 所以弯曲疲劳强度足够 2 2 22 2 2 几何尺寸计算几何尺寸计算 mmma3h mmmmmhf75 3 325 1 25 1 1 计算分度圆直径 mZ3 3 24 72mm d4 mZ4 3 163 489mm 3 d 2 齿顶圆直径 mmmhd aa 7832242z 33 mmmhd aa 495321632z 44 3 齿根圆直径 mmmhd a 5 208325 0 2227c22z 33f mmmhd a 5 481325 0 22163c22z 44f 4 计算齿轮的宽度 B1 b mmd d 72721 3 B2 B1 5 10 mm 陕西理工学院毕业设计论文 第 14 页 共 51 页 B3 72mm B4 80mm 5 中心距 a a m z3 z4 2 3 24 163 2 280 5mm 2 3 数据整理数据整理 1 圆锥齿轮 齿轮类型 直齿圆锥齿轮 齿形角 齿顶高系数 顶隙11060JB 20 1 a h 系数 螺旋角 不变位 0 2c 0 m 精度 8 级 小齿轮材 40Cr 调质 大齿轮材料 45 刚 调质 硬度分别为 280HBS 和 240HBS 大端分度圆直径 小齿轮 大齿轮 1 69dmm 2 207dmm 节锥顶距 R 109 0986mm 节圆锥角 43 18 1 57 71 2 大端齿顶圆直径 mmda590 76 1 mmda53 209 2 齿宽 12 36bbmm 齿数 1 23z 2 69z 模数 m 4mm 2 圆柱齿轮 齿轮类型 直齿圆柱齿轮 小齿轮选择 45Cr 调质处理 齿面硬度为 280HBS 大齿轮选择 45 钢调质处理 齿 面硬度为 240HBS 二者都属软齿闭式传动 载荷平稳齿轮速度不高 7 级精度 分度圆直径 72mm d4 489mm 3 d 中心距 a 280 5mm 齿宽 B3 72mm B4 80mm 齿数 Z3 24 Z4 163 模数 m 3mm 陕西理工学院毕业设计论文 第 15 页 共 51 页 3 轴的设计计算轴的设计计算 3 1 减速器高速轴减速器高速轴 的设计的设计 1 选择材料 由于传递中功率小 转速不太高 故选用 45 号钢 调质处理 查表得 637BMpa 159bMpa 2 根据 P1 8 9kW T1 58 22N m n1 1460r m 初步确定轴的最小直径 取 c 118mm dmin c 118 21 56mm 3 P n 3 14609 8 由于该轴有一个键槽 故轴的直径应该加大 5 7 故 dmin 21 56 1 05 22 64mm 3 考虑 I 轴与电动机轴用联轴器连接 因为电动机的轴伸直径为 d 38mm 查表选 取联轴器的规格 YL7 联轴器的校核 计算转矩为 Tc KT K 为工作情况系数 工作机为带式运输机时 K 1 25 1 5 根据需要去 K 1 5T 为 联轴器所传递的转矩 即 T 9550 P n 9550 8 9 1460 58 22N Tc KT 1 5 58 22 87 32N m 联轴器的需用转矩 Tn 1250 39 3 许用转速 n 4750r min n 1460r m 所以联轴器符合使用要求 4 作用在小锥齿轮上的力 dm1 1 0 5 b R d1 1 0 5 0 3 69 58 65mm 圆周力 Ft1 2T1 dm1 2 8900 69 257 97N 径向力 Fr1 Ft1 tan20 cos 1 257 97N tan20 cos18 43 89N 轴向力 Fa1 Ft1 tan20 sin18 43 29N 5 轴的结构设计如图 3 1 陕西理工学院毕业设计论文 第 16 页 共 51 页 图 3 1 轴的结构图 由于该轴与联轴器相连的一端直径要与电机相同 应小于 ca T 联轴器的公称转矩 所以查标准 GB T5014 2003 或文献 选 HL3 弹性套柱销联轴器 其公称转矩为 mmN 630000 半联轴器的孔径 mmd30 1 故取 mmd30 21 半联轴器长度 mmL82 半联轴器与轴配合的轮毂孔长度为 mmL44 1 拟定轴上零件的装配方案 见图 3 1 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 1 2 轴段的右端需要制出一轴肩 故取 2 3 段的直 径 mmd35 32 为了满足端盖密封 2 3 轴段的右端需要制出一轴肩 故取 3 4 段的直 径 mmd40 43 mm58L 21 mm42L 32 2 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 由文献 表 15 7 中初步选取 0 基本游隙组 标mmd40 43 准精度级的单列圆锥滚子轴承 30308 其尺寸为 mmmmmmTDd25 259040 d1 2 30mm d2 3 35mm d3 4 40mm d4 5 35mm d5 6 40mm d6 7 36mm L1 2 58mm L2 3 42mm L3 4 30mm L4 5 60 5mm L5 6 30mm L6 7 48mm 至此 已经初步确定了轴的各段直径和长度 6 求轴上的载荷如图 3 2 计算轴上的载荷 陕西理工学院毕业设计论文 第 17 页 共 51 页 图 3 2 轴的载荷图 7 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 应力 取 轴的计算应力 0 6 MPa1 9 040 1 423806 0 9 52539 3 222 1 2 W TM ca 前已选定轴的材料为 调质 由文献 表 15 1 查得 40rC 陕西理工学院毕业设计论文 第 18 页 共 51 页 故安全 1160 caMPa 8 精确校核轴的疲劳强度 判断危险截面截面 截面 5 右受应力最大 截面 5 左侧 抗弯截面系数 333 5 4287351 00 1dWmm 抗扭截面系数 333 T 8575352 00 2dWmm 截面 5 左侧弯矩 M 为 mmN 9 52539M 截面 5 上的扭矩 2T 为 mmN 23804T 截面上的弯曲应力 MPa25 12 5 4287 9 52539 W M b 截面上的扭转切应力 MPa94 4 8575 42380 T T W b 轴的材料为 调质处理 由表 15 1 查得 40rC 11735 355 200BMPaMPaMPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按文献 附表 3 2 查取 因 07 0 35 5 2r d 14 1 35 40D d 经查值后查得 36 1 82 1 又由文献 附图 3 1 可得轴的材料敏感系数为 0 82 0 85qq 故有效应力集中系数为 31 1 136 1 0 8511 q1k 67 1 182 1 0 8211 q1k 由文献 附图 3 2 的尺寸系数 扭转尺寸系数 77 0 87 0 轴按磨削加工 由文献 附图 3 4 得表面质量系数为 91 0 陕西理工学院毕业设计论文 第 19 页 共 51 页 轴未经表面强化处理 即 则综合系数为 1q 6 11 91 0 1 87 0 31 1 1 1k K 27 2 1 91 0 1 77 0 67 1 1 1k K 又取碳钢的特性系数 1 02 0 计算安全系数值 caS 1 5S40 12 4 5277 12 4 5277 12 SS SS S 4 52 2 4 94 0 1 2 4 94 6 1 200 K S 77 12 00 225 1227 2 355 K S 2222 ca m 1 m 1 故可知安全 截面 5 右侧 抗弯截面系数 333 6400041 00 1dWmm 抗扭截面系数 333 T 12800402 00 2dWmm 截面 5 右侧弯矩 M 为 mmN 9 52539M 截面 5 上的扭矩为 mmN42380T 截面上的弯曲应力 MPa21 8 6400 52539 9 W M b 截面上的扭转切应力 MPa31 3 12800 42380 T T W b 过盈配合处的 由文献 附表 3 8 用插值法求出 并取 于是得 k 0 8 kk 陕西理工学院毕业设计论文 第 20 页 共 51 页 75 2 44 3 8 0 k k 44 3 k k 轴按磨削加工 由文献 附图 3 4 得表面质量系数为 91 0 故得综合系数为 85 2 1 91 0 1 75 2 1 1k K 54 3 1 91 0 1 44 3 1 1k K 计算安全系数值 caS 1 5S 7 11 96 4021 12 96 4021 12 SS SS S 96 40 2 3 31 0 1 2 3 31 85 2 200 K S 21 12 00 221 8 54 3 355 K S 2222 ca m 1 m 1 故可知安全 3 2 减速器高速轴减速器高速轴 的设计的设计 1 求输入轴上的功率 转速和转矩 2 p 2 n 2 T kwp72 8 2 min 487 2 rn mNT 171 2 2 求作用在齿轮上的力 已知圆柱直齿轮分度圆直径 mmd72 1 NFF N d T F tr t 9 172820tan4750tan 4750 72 1017122 11 3 2 2 1 已知圆锥齿轮的分度圆半径为 mmdd Rm 175 3 1 5 01 210 5 01 22 NFF NFF N d T F ta tr m t 4 368174067sin20tan 2 1094sintan 3 151174067cos20tan 2 1094costan 2 1095 175 1074 9522 222 222 3 2 2 2 陕西理工学院毕业设计论文 第 21 页 共 51 页 圆周力 径向力 及轴向力 如图 3 3 1tF2tF 1rF2rF 1aF2aF F F F F F FF F F F D 2 F M M M M M M 图 3 3 轴的载荷分析图 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 调质 根据文献 表 15 3 40rC 取 得 110A0 78 28 487 72 8 110d 3 3 2 2 0in n P A m 中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径 12d 和 56d 4 轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案 见下图 3 4 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 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 由 文献 表 15 1 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 30206 其尺寸为 这对mmmmmmTDd25 176230 mmdmmd3030 6521 轴承均采用套筒进行轴向定位 取安装齿轮的轴段 锥齿轮左端