二级圆锥圆柱齿轮减速器毕业设计

1、本科毕业论文(设计) 题 目 二级圆锥圆柱减速器设计 学 院 机电与信息工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2012 级 学 号 2012131047 姓 名 解鹏飞 指 导 教 师 范盈圻 成 绩 2015年12月15日目 录摘要1关键词1Abstract1Key Words10引言21总体传动方案的设计22 电动机的选择2 2.1选择电动机类型2 2.2选择电动机容量33传动装置运动及动力参数计算3 3.1确定传动装置的总传动比和分配传动比4 3.2计算各轴的转速4 3.3计算各轴的输入功率4 3.4计算各轴的输入转矩44减速器齿轮的参数计算4 4.1高速级减速齿轮的设计计算

2、5 4.2低速级减速齿轮的设计计算85轴的设计计算及校核13 5.1轴材料选择和最小直径估算14 5.2轴I的设计计算14 5.3轴II的设计计算15 5.3轴III的设计计算16 5.3轴的强度校核176键的选择及强度校核18 6.1轴I上联轴器和小锥齿轮的连接键选择及校核18 6.2轴II上大锥齿轮的连接键选择及校核19 6.3轴III上大锥齿轮和联轴器连接键选择及校核197箱体的设计计算19 7.1箱体的结构形式和材料19 7.2箱体的主要结构尺寸和关系208润滑与密封219总结21参考文献22致 谢23附 录24二级圆锥圆柱减速器设计 摘要：齿轮传动是现代机械设计中应用最广的一种形式，

3、它由齿轮、轴、轴承、及箱体组成的齿轮减速器。齿轮减速器具有效率高、寿命长、维护简便等优点，因而应用极为广泛。本文对带式运输机的常用传动装置之一二级圆锥圆柱减速器进行了相关的设计，确定了传动方案，并对主要零件进行了结构设计或选型。关键词：齿轮传动 减速器 圆锥齿轮Abstract：Gear drive is one of the most widely used forms in modern mechanical design. It consists of gears, shafts, bearings, and a gear reducer.The gear reducer has the

4、 advantages of high efficiency, long life and easy maintenance,and so on, so the application is very extensive.In this paper,one of the commonly used driving device of belt conveyor,the two stage conical cylindrical gear reducer is designed, the transmission scheme is determined, and the main parts

5、of the structure design of selection. Key Words: Gear drive, Retarder, Design, Bevel gear wheel0引言齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广；传动效率高，=0.92-0.98；工作可靠、使用寿命长；外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。当今的减速器是向着大功率、大传动比、

6、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来,由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。1总体传动方案的设计传动装置由电机、减速器和工作机组成。考虑到电动机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。初步确定传动系统总体方案如图1-1所示，选择V带传动和二级圆锥圆柱齿轮传动。图1-1 传动方案2 电动机的选择2.1选择电动机类型按照工作要求和工作条件，则选择Y系列三相笼型

7、异步电动机，其结构为全封闭自扇冷式结构，额定电压为380V。2.2选择电动机容量选择电动机所需功率为，所以选择电动机时应保证电动机的额定功率Ped略大于工作机所需的电动机Pd即可，即PedPd。(1) 计算带式运输机所需的功率为： (2-1) (2)各机械传动效率的参数选择：（弹性联轴器），(圆锥滚子轴承)，（圆锥齿轮传动），（圆柱齿轮传动），（卷筒） 传动总效率： (2-2)(3)电动机的输出功率： (2-3)(4)确定电动机转速: 选择二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比合理范围=822工作机滚筒转速： (2-4)所以电动机转速范围为，符合这一范围的同步转速为：750r/mim，1000r/min

8、，1500r/min。考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000r/min的电动机。电动机选择如表所示：表2-1电动机参数型号额定功率/kw满载功率(r/min)启动转矩最大转矩额定转矩额定转矩Y112M-62.29402.02.23传动装置运动及动力参数计算3.1确定传动装置的总传动比和分配传动比传动装置总传动比： (3-1)分配各级传动比： (3-2)<3,成立3.2计算各轴的转速轴 II轴轴3.3计算各轴的输入功率轴: (3-3)轴:轴:滚筒轴P滚:3.4计算各轴的输入转矩因电动机轴的输出转矩 (3-4)所以I轴：= (3-5)

9、II轴： III轴： 滚筒轴：4减速器齿轮的参数计算4.1高速级减速齿轮的设计计算（1）选定高速齿轮类型、精度等级、材料和齿数 按传动方案方案选用直齿圆锥传动，压力角取为20°。 带式输送机为一般工作机器，查手册2选用7级精度。 小齿轮、大齿轮材料选择如下表：表4-1齿轮材料参数齿轮型号材料牌号热处理方法强度极限屈服极限小齿轮45调质650360大齿轮45正火580290 选择小齿轮齿数，则大齿轮齿数，取，实际齿数比 (4-1)（2）按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径： (4-2)1)确定各式中参数：取，小齿轮传递的转矩，选取齿宽系数，查手册2得区域系数，弹性影响系数，查手

10、册2得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为、。计算应力循环次数： (4-3) (4-4) 查手册2得接触疲劳寿命系数、 取失效概率为1%，安全系数S=1。则有： (4-5) (4-6) 取二者中较小者作为该齿轮的接触疲劳需用应力，既2）计算小齿轮分度圆直径 =68.921mm3）调整小齿轮分度圆直径计算圆周速度v (4-7) (4-8)当量齿轮的齿宽系数 (4-9)计算实际载荷系数查手册2得使用系数，动载系数，齿间载荷分配系数，齿向载荷分配系数。 实际载荷系数 (4-10)按实际载荷系数得分度圆直径： (4-11) 齿轮模数： (4-12)（3）按齿根弯曲疲劳强度计算1）试算模数 (4-13)确

11、定公式中的各参数值：试选取，查手册2得齿形系数：、，应力修正系数：、，小齿轮和大齿轮齿根弯曲疲劳强度极限分别为，弯曲疲劳寿命系数，。取弯曲疲劳安全系数S=1.5。则有： (4-14) ， (4-15) 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取2)计算模数 (4-16) = =1.347mm对比计算结果，齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，因为齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳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，所以可取由弯曲疲劳强度算得的模数1.347mm，并就近圆整为标准值m=2mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径。算出小齿轮齿数,取

12、则大齿轮数 为了使两齿轮的齿数互质，取2） 查手册4得计算小齿轮的基本几何尺寸3） 计算分度圆直径：计算分锥角： (4-17)计算齿轮宽度： (4-18)取（4）校核计算1）分度圆直径校核 (4-19)修正各式中参数取，即2）校核(2)校核模数因，故按大齿轮校核 =1.631mm因实际， 均大于要求值，故所设计的齿轮强度足够。4.2低速级减速齿轮的设计计算选定低速齿轮类型、精度等级、材料和齿数 按传动方案选用直齿圆柱齿轮传动 查手册2选用7级精度 材料选择及热处理如下表：表4-2 齿轮材料参数齿轮型号材料牌号热处理方法齿面硬度（HBS）小齿轮45Cr调质280大齿轮45正火240齿轮齿数选择：

13、选齿轮齿数，根据传动比 ，则大齿轮齿数为，取 ,实际传动比。（1） 按齿面接触疲劳设计 1) 试算分度圆直径 （4-20)确定公式中的各参数值： ，试选， 查手册2得齿宽系数，区域系数，材料的弹性影响系数。2）计算接触疲劳强度重合系数 (4-21) (4-22) (4-23)3）计算接触疲劳许用应力 查手册2得小齿轮和大齿轮接触疲劳极限分别为、计算应力循环次数:。 查手册2得接触疲劳寿命系数、，取失效率为1%，安全系数S=1。则有 (4-24) 取两者较小者作为齿轮的解除疲劳许用应力，即4） 计算小齿轮分度圆直径 (4-25) = =46.339mm5) 调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷前的数

14、据准备 圆周速度: (4-26) 齿轮齿宽： (4-27)计算实际载荷系数 查手册2得，动载系数 齿轮的圆周力： (4-28) 查手册2得齿间载荷分配系数，齿间载荷分布系数 由此，得到实际载荷系数按实际载荷系数算得的分度圆直径 (4-29) 及相应的模数（2） 按齿根弯曲接触疲劳强度设计1） 试算模数，即 (4-30)确定公式中的各参数值： 试选，计算弯曲疲劳强度用重合系数 (4-31)查手册2得齿形系数，。应力修正系数，。小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为，。弯曲疲劳寿命系数，。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得到： 取两者中较大者，所以取2） 计算模数 = =1.468mm调整齿轮模数

15、计算实际载荷系数前的数据准备: 齿宽b： 齿高h： 齿高比计算实际载荷系数根据，7级精度，查手册2得动载系数，齿间载荷分配系数，。动载荷系数得按实际载荷系数算得的齿轮模数：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳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，可取由弯曲疲劳强度算得的模数1.48mm并就近圆整为标准值m=2mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数。取，则大齿轮齿数，为使与互为质数，取。（3）几何尺寸计算1）计算分度圆直径2）计算中心距3)计算齿轮的宽度 考虑到不可

16、避免的安装误差，为了保证设计齿宽和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（5-10）mm，即,取，而使大小齿轮宽度等于设计宽度，即。（4）校核计算(1)按接触疲劳强度校核 (4-32) 1)根据前面计算结果，经过修正后得出各参数：、 、2)计算重合度系数 (4-33) (4-34) 3)校核强度= 所以齿面接触疲劳强度满足条件。(2)按齿根弯曲疲劳强度校核 (4-35) 根据计算结果，经修正后得出各参数：，查手册2得齿形系数、。应力修正系数、，、。 所以 所以齿根弯曲疲劳强度满足条件。5轴的设计计算及校核5.1轴材料选择和最小直径估算查手册2选取轴的材料为45钢，调质处理，则许用应力确定的系数为，取高

17、速轴，中间轴，低速轴，根据扭转强度初步确定该轴的最小直径，即。 (5-1) （1）高速轴：，因高速轴安装联轴器处有键槽，则有： (5-2) 电动机和减速器高速轴连接有联轴器，为了减少启动转矩，其联轴器应该具有较小的启动惯量和良好的减震性能，因此采用LX型弹性柱销联轴器。联轴器的名义转矩：，考虑转矩很小，故取K=1.3（K为带式运输机工作系数），所以。按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册1选用联轴器型号为：LX2，公称转矩为560N.mm，许用转速为6300r/min，因电动机轴径为28mm，所以联轴器的孔径不能太小，取。（2）中间轴：，因考虑到该处轴径尺寸应大于高速轴径处直径，所以取

18、。（3）低速轴：，因该处有联轴器且有一个键槽，则取，取整为：。5.2轴I的设计计算拟定轴的如结构下图：图5-1 轴I的结构图（1）该轴承部件结构设计 为了方便轴承部件的拆装，减速器机体采用部分式结构，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两端固定方式。在轴端上安装联轴器，为了补偿所联接两轴的安装误差和隔离振动，查手册1选用弹性柱销联轴器，LX2型联轴器，轴孔范围为2035mm,因为,取联轴器孔直径为。轴孔长度，相应轴段直径为，其长度略小于宽度，取 （2）轴承与轴段、的设计，轴段采用轴肩定位，选用毡圈油密封。该轴为悬臂梁，且有轴向力的作用，所以查手册1选用深沟球轴承，初选轴承6205，尺寸为，所以取

19、，联轴器定位轴套顶到轴承内圈端面，该处轴段长度应略短于轴承内圈宽度，取，在该轴上的两个轴承取相同型号，则，。 （3）轴承端盖的总宽度为23mm，根据箱体结构、轴承端盖的装拆及添加润滑油的要求,取端盖外端面与联轴器右端面间的距离为l=30mm，故取，为满足大带轮的轴间定位及密封圈标准，取。 （4）小锥齿轮处的轴段采用悬臂结构，、，选用普通平键定位，小锥齿轮与轴的配合为。 （5）段为轴环段，应大于，所以取，由箱体装配关系确定。5.3轴II的设计计算中间轴结构设计如下图：图5-2 轴II的结构图（1）轴段和轴段的设计，改轴段上安装轴承，考虑到齿轮上有作用较大的轴向力及圆周力，选用圆锥滚子轴承，轴承段

20、及轴段上安装轴承，查手册1选取轴承为30207，尺寸为，所以取，通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则，轴的配合为公差为m6。（2）齿轮与轴段和轴段的设计，轴段上安装齿轮3，轴段上安装齿轮2，为了便于安装齿轮，和应略大于和，所以选取、。由于齿轮的直径比较小，齿轮右端采用轴肩定位，左端采用轴套固定，齿轮2轮廓的宽度范围为（1.21.5）d4=6075mm，取其轮毂宽度，齿轮其左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定，为了使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段长度应比齿轮2的轮毂略短，故取，选用普通平键定位，大锥齿轮与轴的配合为。（3）轴段的设计，该段位中间轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为（0.070

21、.1)d2=2.84mm，所以可得、。5.3轴III的设计计算输出轴结构设计如下图：图5-3 轴III的结构图（1）根据查手册1得LX2型联轴器符合要求，公称转矩为560N.mm，许用转速为6300r/min，轴孔范围为2035mm，取联轴器直径为35mm，轴承上度，J型孔轴，A型键，相应的轴段的直径，其长度略小于孔宽度，取，联轴器与轴的配合为。（2）密封圈与轴段的设计，在确定轴段的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸，采用轴肩定位，则轴肩高度，轴段的轴径，选用毡圈油封，取。（3）轴承与轴段、的设计，考虑齿轮油轴向力的存在，轴径较大，选用圆锥滚子轴承，轴段上安装轴承，选用轴承为3020

22、9，其尺寸为，所以选取，.通常一根轴上的两根轴承取相同的型号，则轴段的 、。轴的配合公差为m6。（4）齿轮与轴段的设计，轴段上安装齿轮4，为便于安装，应略大于，齿轮4 轮廓宽度范围为，取，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定，轴段长度应比齿轮4的轮毂略短，取。（5）轴段、的设计，轴段为齿轮提供轴向定位作用，定位轴肩的高度，取h=6mm，则、，取。轴段直径可取轴承内圈定位直径，即、，大直齿轮与轴的配合为。5.3轴的强度校核（1） 画出轴的载荷分析图图5-4 轴的载荷分析图（2）计算轴上的作用力，查手册5得如下公式小锥齿轮1： 圆周力 （5-1） 径向力 轴向力 水平面支反力： （5-2）同理，垂

23、直面支反力 、垂直面弯矩 水平面弯矩 合成弯矩 （5-3） 轴的强度校核：因选定的材料为45钢，调质处理。查手册1得，许用应力。查手册3根据第三强度理论： （5-4） 故高速轴强度足够。(3)中间轴及输出的校核强度方式同上，计算得校核强度足够。6键的选择及强度校核6.1轴I上联轴器和小锥齿轮的连接键选择及校核 （1）联轴器处选用普通平键尺寸为，接触长度，。则键联接所受的应力为： （6-1）故满足要求。（2）小锥齿轮处选用普通平键、圆头。查手册1当d=30mm时，应选用，键长L=25mm，接触长度，则键联接所受的应力为： 故满足条件。6.2轴II上大锥齿轮的连接键选择及校核该处选择普通平键、圆头

24、。查手册1当d=45mm时，应选用，键长L=32mm，接触长度，则键联接所受的应力为：故满足条件。6.3轴III上大锥齿轮和联轴器连接键选择及校核（1）大齿轮处选择普通平键、圆头。查手册1当d=60mm时，应选用，键长L=50mm，接触长度，则键联接所受的应力为：故满足条件。（2）联轴器处选择普通平键、圆头。查手册1当d=35mm时，应选用，键长L=56mm，接触长度， 则键联接所受的应力为： 故满足条件。7箱体的设计计算7.1箱体的结构形式和材料采用下置剖分式圆柱圆锥减速器铸造箱体，材料为HT200。7.2箱体的主要结构尺寸和关系表8-1箱体结构尺寸和关系名称符号尺寸关系结果mm箱座壁厚0.

25、0125（d1+d2）+188箱座凸缘厚度10.01（d1m+d2m）+188箱盖凸缘厚度b1.512箱座凸缘厚度b11.5112箱座底凸缘厚度b22.520地脚螺钉直径df0.018（d1m+d2m）+11212地脚螺钉数目n44轴承连接螺栓直径d10.75df10机盖机座连接螺栓直径d2(0.50.6df)6连接螺栓d2的间距l150200180轴承端盖螺钉数目d3（0.40.5）6窥视孔盖螺钉直径d4（0.30.4）df4定位销直径d（0.70.8）d25Df、d1、d2至外机壁距离C12020Df、d2之凸缘的距离C21818轴承旁凸台半径R199凸台高度h4040外机壁至轴承座端面距

26、离L1C1+C2+（510）40内机壁至轴承座端面距离L2C1+C2+（58）58大齿轮定远至内机壁11.212齿轮端面与内机壁距离216机盖、机座肋厚m1、m2m1=0.851、m2=0.8528轴承端盖外径D2D+(55.5)d3120轴承端盖凸缘厚度e1.2d38轴承旁连接螺栓距离s14148润滑与密封齿轮传动采用部分采用浸油润滑，由机械设计课程设计手册表7-1查的选用100号中工业闭式齿轮油（GB5903-1995）。当齿轮的圆周速度时，圆锥齿轮浸入油的深度至少为半齿宽，圆柱齿轮一般浸入油的深度为一齿高，但不小于10mm，大齿轮的齿顶到油地面的距离。由于大圆锥齿轮，可以利用齿轮飞溅的油润滑轴