锥齿轮减速器

1、机械设计基础课程设计 锥齿轮减速器开式齿轮 作者： 学号： 指导老师： 机械设计课程设计计算说明书设计题目 锥齿轮减速器开式齿轮 汽车学院热能与动力工程系22051002班设计者 指导老师 2012年 12月 29日目录（1） 设计题目 3（2） 电动机的选择4（3） 传动零件的设计和计算 8（4） 减速箱结构的设计 15（5） 轴的计算与校核. 15（6） 键连接的选择和计算28（7） 联轴器的选择 28（8） 设计小结 29（9） 参考文献 291、 设计题目：带式运输机传动装置的设计 1. 传动方案锥齿轮减速器开式齿轮2. 带式运输机的工作原理如图20-2（b）图20-2（b）3. 工作

2、情况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，环境最高温度35度；2） 使用折旧期：8年；3） 检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；4） 动力来源：电力，三相流，电压380/220V；5） 运输带速度允许误差：5%；6） 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。4.设计数据运输带工作拉力F/N 4800运输带工作速度V/(m/s） 1.25卷筒直径D/mm 5005 设计内容1） 按照给定的原始数据和传动方案设计减速器装置；2） 完成减速器装配图1张；3） 零件工作图1张；4） 编写设计计算说明书一份。2、电动机的选择：（一）、电动机的选择1

3、、选择电动机的类型： 按工作要求和条件，选用一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40摄氏度，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压380V，频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、农业机械等。2、选择电动机容量 ：电动机所需的功率为： （其中：为电动机功率，为工作机功率，为总效率。）工作机所需功率应由机器工作阻力和运动参数计算求得， kW 或 kW（式中，F为工作机阻力，N；v为工作机的线速度，m/s；T为工作机的阻力矩，N·m； 为工作机的转速，

4、r/min；为工作及的效率。）而 KW, 所以 KW传动效率分别为（如图20-2（b）：齿式联轴器效率滚子轴承（稀油润滑）的效率8级精度的一般圆锥齿轮传动效率加工齿的开式齿轮（脂润滑）传动效率卷筒传动效率传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,即：所以 KW3、确定电动机转速卷筒轴工作转速为查表可得：单级圆锥齿轮.,减速器传动比（3），一级开式齿轮传动比（8），则总传动比合理范围为，故电动机转速的可选范围为 符合这一范围的同步转速有750和1000,根据这个查表12-1可以选择的电动机有以下几种：电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)堵转转矩

5、最大转矩质量/kg额定转矩额定转矩Y160M-67.510009702.02.0119Y160L-87.57507202.02.0142Y160L-61110009702.02.0147Y180L-8117507301.72.0184综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比可见第1个方案比较合适因此选定电动机型号为Y160L-8，其主要性能如下表2：电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)堵转转矩最大转矩质量/kg额定转矩额定转矩Y160L-87.57507202.02.0145（二）、确定传动装置的总传动比和分配传动比1、 总传动比由选定的的

6、电动机满载转速和工作机主动轴转速n，可得传动装置的总传动比为 (1)电动机型号为Y160L-8 ，满载转速 = 720r/min ,且工作机主动轴转速n = 47.75r/min,则由上面公式(1)可得：2、分配传动比总传动比为各级传动比的乘积，即 (2)设i1、i2、分别为圆锥齿轮的传动比和圆柱齿轮的传动比，在圆锥齿轮减速器的传动比范围内i1 = 3 （3）则由公式 （2）可得 得 根据开式圆柱齿轮的传动比范围可取5 ，则。3、计算传动装置的运动和动力参数（1）、各轴转速 轴 轴 轴 轴 (2)、各轴输入功率 轴 轴 轴 轴 (3)、各轴输入转矩 电机轴输出转矩所以各轴输出转矩为： 轴 轴

7、轴 轴 轴名效率P/KW转矩T/N*M转速 n/r/m传动比输入输出输入输出电动机轴7.599.487201I轴7.457.30 98.7896.817203.02II轴7.016.87280.67275.05238.411III轴6.826.69 273.12267.66238.415IV轴6.416.291284.771259.0847.683、传动零件的设计计算（一）、选择圆锥齿轮传动的设计计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度，齿形角，齿顶高系数，顶隙系数。（2）材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材

8、料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（课本P166：调质：调制一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢，40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度一般为220286HBS。因硬度不高，故可在热处理以后精切齿形，且在使用中易于跑合。）2.按齿面接触疲劳强度设计 公式： （1）、确定公式内的各计算值1）查课本表11-4得材料弹性影响系数 ，节点区域系数（P171）。2）按齿面的硬度（）查得小齿轮的接触疲劳强度极限，取，大齿轮的接触疲劳极限，。3）计算应力循环次数小齿轮： 大齿轮： 4）查表11-5得到： ,.5) 查GB/T 3480得接触疲劳寿命系数 6）计算接触

9、疲劳许用应力 7） 齿轮系数即载荷系数K，包括使用系数KA、动载系数KV、齿间载荷分配系数K及齿向载荷分布系数K， 即 使用系数KA：是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。 动载系数KV：是考虑齿轮自身啮合传动时所产生的的动载荷影响的系数。与制造及装配误差，圆周速度等有关。 齿间载荷分配系数K ：是考虑齿间载荷分布的不均匀所产生影响的系数。与齿距误差，弹性变形等有关。 齿向载荷分布系数K：是考虑齿面上载荷沿接触线分布不均所产生影响的系数。与齿轮相对轴承的位置，轴、轴承、支座的变形以及制造、装配误差等有关。查

10、表GB 3480-1983可以选取，； 所以8)9）由P181，取得齿宽系数10)(2)计算1）试算小齿轮的分度圆直径，带入许用应力中的较小值得：=92.15mm 2）计算圆周速度v3)齿数，由公式得大齿轮齿数 ，c=18所以71.56取，则，取 。则齿数比 ，与设计要求传动比的误差为0.007%，可用。4）模数大端模数 取标准模数m=4mm。5）大端分度圆直径 小齿轮大端分度圆直径大于强度计算要求的92.15mm。6）节锥顶距 7）节圆锥角（未变位时，与分度圆锥角相等） 18.664968°=18°1815 71.335032°=71°40448)大端

11、齿顶圆直径小齿轮 大齿轮 9）齿宽 取 10）进行强度校核计算564.28MPa<600MPa所以强度符合。3、按齿根弯曲疲劳强度设计公式：（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。2）查得弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力查表11-5 （P171）取弯曲疲劳系数SFmin=1.6则4)查图11-8（P173）取齿形系数 ，5)查图11-9（P174）应力校正系数 ，6)计算大小齿轮的，并加以比较： 大齿轮大所以取0.01551（1）、带入以上数据可以求得=3.181(3)进行强度校核计算带入公式433.07MPa<450MPa所以

12、符合。 （二）、开式圆柱齿轮的设计计算1、选定齿轮类型和精度等级。 因为为开式齿轮所以选择硬齿面，工作较为平稳选用8级精度，选择材料是铸钢，硬度为250HBS。 小齿轮齿面强度为400HBS，大齿轮齿面强度为360HBS，两者材料硬度相差为40HBS。 选取小齿轮齿数，则。2、按齿根弯曲疲劳强度计算：(1)、确定公式中的各计算值：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极限2)计算应力循环系数： 3)从而查到寿命系数4)选取疲劳安全系数S=2， 得到：3)查表11-4材料弹性系数4)选取齿宽系数5)查表GB 3480-1983计算载荷系数K选取，所以6)初选，则相应的，； ，所以

13、 选取较大值又选取7)计算工作转矩(2)、带入计算得：所以选取m=3.85(3)中心距(4)分度圆直径 (5)齿轮宽度 所以取大齿轮宽度为39mm小齿轮宽度为44mm4、减速器的结构设计名称符号减速器型式及尺寸关系/mm箱座壁厚箱盖壁厚箱盖凸缘厚度箱座凸缘厚度箱座底凸缘厚度地脚螺钉直径地脚螺钉数目轴承旁联接螺栓直径机盖与座联接螺栓直径联接螺栓的间距轴承端盖螺栓直径视孔盖螺钉直径定位销直径、到外箱壁距离、至凸缘边缘距离轴承旁凸台半径凸台高度外箱壁至轴承座端面距离大齿轮顶圆与内箱壁距离齿轮端面与内箱壁距离箱盖、箱座肋厚、轴承端盖外径轴承端盖凸缘厚度轴承旁联接螺栓距离5、轴的计算一、减速器高速轴I的

14、设计(一)、选择轴的材料初选轴的材料为45刚，调质处理，其机械性能查表可得：。(二)、轴的尺寸计算1、求输出轴上的功率，转速和转矩由前面的计算可得 2、初步确定轴的最小直径查表14-2（P245）得3、轴的结构设计(1)下图为I轴的装配方案：(1) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：4、选择联轴器：根据条件选取确定联轴器转矩结合电动机型号Y160L-8,电机轴直径D=42mm，选用弹性套柱销联轴器，型号LT6联轴器即该端选用的半轴连接器的孔径，故取轴径，半联轴器毂空的长度故取5、初步选择滚动轴承轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求，并根据

15、尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6208，其尺寸为。从而可以知道：，。6、由经验公式算肩高度：故取h=4mm，从而确定由书上公式要求得：,取7、根据轴承安装方便的要求，取，均比小1mm,则：根据安装轴承旁螺栓的要求取。根据齿轮与内壁的距离要求，取所以8、根据齿轮孔的轴径和长度，确定至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。9、轴上零件的周向定位 齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm（标准键长见）。 为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键截面

16、 ()，键槽用键槽铣刀加工，长为26mm准键长见）。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。10、确定轴上的圆角和倒角尺寸取轴端倒角为2×45°，各轴肩处的圆角半径见图(三)、求轴上的载荷及其校核根据轴的结构图，做出轴的计算简图：（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。轴承1和轴承2之间的距离为88mm，轴承2和锥齿轮间的距离为51.5mm1、 计算作用在齿轮上的力圆锥小齿轮圆锥大齿轮2、 求作用在轴上的支反力,所以所以3、校核轴承寿命：

17、查手册得6207型深沟球轴承参数查表8.6得（1） 计算轴承所承受的轴向载荷因为轴承1固定，轴承2游离，结合受力分析图可知，轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”。由此可得轴承2不受轴向力，所以,（2） 计算当量动负荷轴承1： ，由表16-11，用线性插值法可求得：由查表8.5，并用线性插值法求得：，由此可得轴承2：由表8.5，用线性插值法可得：由差表8.5，用线性插值法求得，由此可得（3）轴承寿命计算因为,所以按轴承2计算轴承的寿命所选轴承6208深沟球轴承合格(2) 做弯矩图根据上述的图，求出总的弯矩和做出弯矩图(4)作扭矩图扭矩图如图11.2（机械设计课本）所示，为了使扭矩图符合下述强度计算

18、公式，图中已把T这算成的含义见前面，并且取(5)作出计算弯矩图根据以作的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩图，的计算公式为(6)、校核轴的强度只需校核轴上最大弯矩截面的强度：，故安全。二、减速器低速轴II的计算1.求输出轴上的功率，转速和转矩由前面的计算可得2.初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。取于是得同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：取K=1.3,按照计算转矩，选用弹性注销联轴器，型号GY5联轴器，即该端选用的半联轴器的孔径，故取轴径，半联轴器毂孔的长度L=60mm。3.轴的结构设计（1）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：1）由联轴器尺寸确定由联轴器的毂孔

19、长度L 和直径d及相关要求，可确定2）初步选择滚动轴承。轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6007，其尺寸为。套筒的长取8mm，为了利于固定，一般取比（b+8）小1mm（如图3所示），故可确定。3）由经验公式算轴肩高度：取轴肩高为3mm ,确定取4）由经验公式取，则取 。5） 取取至此，已初步确定了轴的各段直径和长度（3）、轴上的零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为32mm（标准键长见）。 为了保证联轴器与轴

20、配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键截面 ()，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm（标准键长见）。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4） 、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均为R1，如图：4.求轴上的载荷根据轴的结构图（图3）作出轴的计算简图（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。轴承1和轴承2之间的距离为179mm，轴承2和锥齿轮间的距离为33.5mm大锥齿轮：所以所以

21、 5. 校核轴承寿命：查手册得6007型深沟球轴承参数查表8.6得（10） 计算轴承所承受的轴向载荷结合受力分析图可知，轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”。由此可得轴承1不受轴向力，所以（11） 计算当量动负荷轴承2： ，由表16-11，用线性插值法可求得：0.26由查表16-11，并用线性插值法求得：，由此可得轴承1：由表16-11，用线性插值法可得： 由差表8.5，用线性插值法求得，由此可得（3）轴承寿命计算因为,所以按轴承2计算轴承的寿命所选轴承6007深沟球轴承合格。6.做弯矩图：根据上述见图，求出总的弯矩并作弯矩图。7作扭矩图扭矩图如图11.2（机械设计课本）所示，为了使扭矩图符合下述强度计算公式，图中已把T这算成的含义见前面，并且取8.作出计算弯矩图根据以作的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩图，的计算公式为9.校核轴的强度已知轴的计算弯矩后，即可针对某些危险截面（即计算弯矩大而直径可能不足的截面）做强度校核计算，通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面（即危险截面C）的强度。因为轴的材料为45钢，经调质处理不起机械性能由表11.1和表11.4查得,所以 故安全。6 键连接的选择和计算根据轴的各个阶梯的直径和长度尺寸选取键的尺寸，查有关资料如下： 本减速器的工作条件为有轻度冲击载荷，选择键如下：键名国标1 轴I(联轴器) 键10X8GB1096-2003