南华大学机械课程设计说明书(二级齿轮减速器)

1、机械设计制造及其自动化专业2011届机械设计（基础）课程程设计计算说明书二级圆锥圆柱齿轮减速器 专业班级： 机械1101班 姓 名： 蓝英必 学 号： 20114410121 指导教师： 王剑彬 2014年6月2号目录一、设计任务·······························

2、;·························41.1任务要求·······················

3、83;····························41.2转动方案····················&

4、#183;·······························41.3原始数据·················

5、;···································42、 传动方案的拟定以及说明············&#

6、183;·····························53、 电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算················&

7、#183;·····63.1 电动机的选择··········································&#

8、183;·····6 1电动机类型的选择··········································6 2

9、电动机容量的选择··········································6 3确定电动机的转速·····

10、;·····································63.2传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配·········

11、;···········7 1传动装置总传动比·····································

12、·····7 2分配各级传动比···········································&#

13、183;73.3计算传动装置的运动和动力参数································7 1各轴转速·············&

14、#183;····································7 2各轴输入功率···········

15、3;··································8 4各轴转矩··············

16、83;···································8四、传动零件的设计计算············

17、83;································94.1、直齿圆锥齿轮传动的设计计算··············

18、83;·················9 1选定齿轮精度等级、材料及齿数·····························

19、3;9 2按齿面接触疲劳强度设计····································9 3按齿根弯曲疲劳强度设计·········

20、··························11 4几何尺寸计算······················&#

21、183;······················144.2、斜齿圆柱齿轮的传动的设计计算························

22、·····14 1选定齿轮精度等级、材料及齿数·····························14 2按齿面接触疲劳强度设计··········

23、83;························15 3按齿根弯曲疲劳强度设计·······················

24、············18 4几何尺寸计算····································&#

25、183;········21五、轴的计算········································

26、··············215.1输入轴（I轴)的设计·································

27、83;······21 1求输入轴上的功率、转速和转矩·······················21 2求作用在齿轮上的力···············&#

28、183;·······················22 3初步确定轴的最小直径························

29、·············23 4轴的结构设计···································&#

30、183;·········24 5轴的载荷计算······································

31、3;······25 6按弯扭合成应力校核轴的强度·······························255.2中间轴（II轴）的设计·······&

32、#183;·······························26 1求输入轴上的功率、转速和转矩···············&

33、#183;·······26 2求作用在齿轮上的力·······································26 3初步

34、确定轴的最小直径·····································28 4轴的结构设计··········

35、···································28 5轴的载荷计算·············&#

36、183;·······························29 6按弯扭合成应力校核轴的强度···············

37、83;···············305.3输出轴（轴）的设计································&

38、#183;······31 1求输入轴上的功率、转速和转矩·······················31 2求作用在齿轮上的力···············

39、························31 3初步确定轴的最小直径·······················

40、3;·············31 4轴的结构设计···································

41、··········32 5轴的载荷计算······································&#

42、183;······35 6按弯扭合成应力校核轴的强度·······························35 7精确校核轴的疲劳强度·······&

43、#183;·····························35六、轴承寿命的校核··················&#

44、183;······························376.1输入轴（I轴）滚动轴承的寿命校核计算···············

45、83;········376.2中间轴（II轴）滚动轴承的寿命校核计算·······················396.3输出轴（III轴）滚动轴承的寿命校核计算··········&#

46、183;···········417、 键联接的选择及校核计算···································

47、3;·····447.1输入轴（I轴）键的选择及校核计算····························44 1校核联轴器处的键连接···········

48、;··························44 2校核圆锥齿轮处的键连接·····················&#

49、183;·············447.2中间轴（II轴）键的选择及校核计算···························447.3输出轴（III轴）键的选择及校核计算··

50、;························45 1校核联轴器处的键连接·······················

51、83;·············45 2校核圆柱齿轮处的键连接··································

52、·458、 联轴器的选择···············································&

53、#183;··468.1输入轴（I轴）联轴器········································468.2输出轴（III轴）联轴器··

54、;····································469、 润滑和密封············&

55、#183;········································469.1齿轮的润滑·······

56、83;·········································469.2轴承的润滑与密封······&#

57、183;····································479.3润滑油牌号及油量计算···········

58、;····························47 1润滑油牌号选择····················

59、·······················47 2油量计算·························

60、3;·······················479.4减速器的密封·························

61、;······················47十、减速器箱体及其附件的选择与设计························

62、3;········4810.1箱体结构形式及材料·······································&

63、#183;4810.2减速器附件选择············································48 1视孔盖和窥视孔·&

64、#183;·········································48 2放油孔与螺塞······

65、83;······································48 3油标··········

66、83;··········································49 4通气孔······&#

67、183;············································49 5起盖螺钉····

68、·············································49 6定位销····

69、;···············································49 7吊环··

70、;··················································

71、;·4910.3箱体主要结构尺寸表········································5011、 设计小结····

72、3;················································5112、 参考文献

73、··················································

74、···52- 56 -设计内容设计计算过程设计结果一、设计任务1.1任务要求1.2传动方案1.3原始数据一、设计任务1.1任务要求设计一用于带式运输机上的圆锥圆柱齿轮减速器。工作经常满载，空载起动，工作有轻振，不反转。双班制工作。运输带容许速度误差5%。减速器为小批量生产，使用年限为10年，每年按300天计。1.2传动方案示意图图1：二级圆锥圆柱齿轮减速器转动示意图1.3原始数据传送带拉力F(N)传送带速度V(m/s)滚筒直径D（mm）10002.6400设计内容设计计算过程设计结果二、传动方案的拟定及说明二、传动方案的拟订及说明 根据带式运输机的工作特性要求减速

75、器能起到传动平稳，且能承受较大的载荷变化，而且传动比也较大，故选用圆锥圆柱齿轮做为减速器的传动装置。由于锥齿轮能适应高速的性能，所以作为减速器第一级，为了减速器两级之间工作的协调性，平衡轴所承受的部分轴向力，则在第二级选用斜齿轮外啮合来达到此要求。设计内容设计计算过程设计结果3、 电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算3.1电动机的选择1、 电动机类型的选择2、 电动机容量的选择3、确定电动机转速三、电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算3.1电动机的选择1、电动机类型选择：选择电动机的类型为三相异步电动机，额定电压交流380V。2、电动机容量选择：（1）工作机所需功率 F-工作机阻力

76、 V-工作机线速度（2）电动机输出功率 考虑传动装置的功率损耗，电动机的输出功率为 为电动机到工作机主动轴之间的总效率，即 -联轴器效率取0.99 -滚动轴承传动效率取0.98-圆锥齿轮传动效率取0.95 -圆柱齿轮传动效率取0.97-卷筒效率取0.96 （3）确定电动机的额定功率 因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。所以可以暂定电动机的额定功率为4.0kW。3、确定电动机转速 卷筒工作转速 三相异步电动机，额定电压交流380V设计内容设计计算过程设计结果3.2传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配1、传动装置总传动比2、分配各级传动比3.3计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速由于两级

77、圆锥-圆柱齿轮减速器一般传动比为8-22，故电动机的转速可选的范围为。 可见同步转速为1500r/min ,1000r/min 的电动机都符合。综合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1500r/min的电动机。表2：电动机主要性能电动机型号额定功率/kW满载转速/(r/min)启动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y112M-44.014402.22.33.2传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配1、传动装置总传动比=1440/124.14=11.602、分配各级传动比对于圆锥一圆柱齿轮减速器，为使大锥齿轮的尺寸不致过大，一般可取，最好使高速

78、级锥齿轮的传动比，当要求两级传动大齿轮的浸油深度大致相等时，也可取，所以取。3.3计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速（各轴的标号均已在图中标出）   电动机型号Y112M-4i=11.60设计内容设计计算过程设计结果2、 各轴输入功率3、各轴转矩2、各轴输入功率 3、各轴转矩 将计算结果汇总列表如下表3：轴的运动及动力参数项目电动机轴高速级轴I中间轴II低速级轴III卷筒轴转速（r/min33124.14124.14功率（kW）3.253.223.002.852.77转矩(N.mm)传动比12.74.31效率0.990.9310.95060.9702设

79、计内容设计计算过程设计结果四、传动件的设计计算4.1、直齿圆锥齿轮传动的设计计算1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数2、按齿面接触疲劳强度设计四、传动件的设计计算4.1、直齿圆锥齿轮传动的设计计算 已知输入功率，小齿轮转速，齿数比，由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作300天），双班制，带式输送机工作经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。1、选定齿轮精度等级、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(GB10095-88)2）材料选择查1P191表10-1选择小齿轮材料为(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45（调质），硬度为240HBS。3）选小齿轮齿

80、数，大齿轮齿数。所以应取。2、按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行试算，即 （1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数2）计算小齿轮的转矩 3） 选齿宽系数4）查1P211图10-25d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7级精度小齿轮材料(调质)硬度280HBS大齿轮材料45（调质），硬度240HBS设计内容设计计算过程设计结果5）查1P202表10-5得材料的弹性影响系数6）计算应力循环次数 7）查1P208图10-23取接触疲劳寿命系数 8） 查1P203图10-20得区域系数9） 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得 （2） 计算1

81、） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值，即所以： 2） 计算圆周速度 3）当量齿轮的齿宽系数齿宽：设计内容设计计算过程设计结果3、按齿根弯曲疲劳强度设计 4） 计算载荷系数根据，8级精度（降低了一级精度），查1P194图10-8得动载系数直齿轮查1P192表10-2得使用系数由1P196表104用插值法查得7级精度、小齿轮悬臂时，得齿向载荷分布系数接触强度载荷系数 5）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得 6）计算模数m 3、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由1P226公式10-27计算模数，即 1） 确定公式中的参数值a、 试选b、计算设计内容设计计算过程设计结果由分锥角 可得当量齿数

82、由1P200图10-17查得齿形系数由1P201图10-18查得应力修正系数由1P209图10-24c查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 由1P208图10-22取弯曲疲劳寿命系数取弯曲疲劳安全极限系数S=1.7，则 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取 =2）试算模数设计内容设计计算过程设计结果 （2） 调整齿轮模数1） 计算实际载荷系数前的数据准备a、 圆周速度v b、齿宽b 2） 计算实际载荷系数a、 根据，8级精度，由1图10-8查得动载系数b、 直齿锥齿轮精度较低，取齿间载荷分配系数c、 由1表10-4用插值法查得则载荷系数为 3） 由此可得按实际载荷系数算得的齿轮模数为 按照齿根

83、弯曲疲劳强度计算的模数，就近选择标准模数m=1.5mm,按照接触疲劳强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 取，所以取大齿轮齿数。为了使两设计内容设计计算过程设计结果4、几何尺寸计算4.2、斜齿圆柱齿轮的传动的设计计算1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数齿轮齿数互质，取4、几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 计算齿轮分锥角 （3）计算齿轮宽度 取齿数模数/(mm)压力角分锥角齿宽/(mm)变位数小齿轮431.5210大齿轮1161.5210表4：高速级直齿圆锥齿轮的参数4.2、斜齿圆柱齿轮的传动的设计计算已知输入功率，小齿轮转速，齿数比，由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作300天），双班制，带

84、式输送机工作经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。1、选定齿轮精度等级、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(GB10095-88)。7级精度设计内容设计计算过程设计结果2、按齿面接触强度设计度(GB10095-88)。2）查1P191表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），小齿轮齿面硬度为280HBS，大齿轮材料为45（调质），大齿轮齿面硬度为240HBS。3）选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取。4）选取螺旋角。初选螺旋角。5）压力角。2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行小齿轮分度圆直径的试算，即 （1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数2）计算小

85、齿轮的转矩 3）选齿宽系数4）查1P203图10-20选取区域系数5）计算接触疲劳强度用重合度系数 小齿轮材料(调质)硬度280HBS大齿轮材料45（调质），硬度240HBS设计内容设计计算过程设计结果6）查1P202表10-5得材料的弹性影响系数7）计算应力循环次数 8）查1P211图10-25d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9）查1P208图10-23取接触疲劳寿命系数 10）计算接触疲劳许用应力取失效概为1%，安全系数S=1，得 取较小者为该齿轮接触疲劳应力值（2） 计算1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得设计内容设计计算过程设计结果 2） 计算圆周速

86、度v 3） 计算齿宽b及模数 4）计算纵向重合度 5） 计算载荷系数根据，7级精度，查1P194图10-8查得动载系数齿轮圆周力 查1P195表10-3得查1P192表10-2得使用系数查1P197图10-13得 查1P196表10-4得接触强度载荷系数设计内容设计计算过程设计结果3、按齿根弯曲疲劳强度设计 6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得 7）计算模数 3、按齿根弯曲疲劳强度设计由公式试算齿轮模数： 1） 确定公式中的参数a、 试选载荷系数b、 计算弯曲疲劳强度的重合度系数 c、计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数 d、计算 当量齿数设计内容设计计算过程设计结果 查1P200图10-

87、17得齿形系数查1P201图10-18得应力修正系数查1P209图10-24c得查1P208图10-22得取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取2） 试算齿轮模数 （2） 调整齿轮模数1） 计算实际载荷系数的准备a、 圆周速度v 设计内容设计计算过程设计结果 b、齿宽b c、齿高h及宽高之比b/h 2） 计算实际载荷系数根据v=0.803m/s，7级精度，由1图10-8查得动载系数由 查1表10-3得齿间载荷分配系数查1表10-4用插值法查得查1图10-13得则载荷系数为 3）按实际载荷系数算得的齿轮模数 mm对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大与齿根弯曲

88、疲劳强度的法面模数。从而满足弯曲疲劳强度出发，从标准中取；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小齿轮的齿数，即mm设计内容设计计算过程设计结果4、尺寸计算五、轴的设计计算5.1输入轴（轴）设计1、求输入轴上的功率、转速和转矩取，则，由于和互质，所以取。4、尺寸计算（1）计算中心距 由此应取中心距为a=125mm（2） 按整圆后的中心距修正螺旋角 （3） 计算小、大齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度 取表4：低速级斜齿轮的参数齿数模数/mm压力角螺旋角齿宽/mm变位数小齿轮202470大齿轮992420五、轴的设计计算5.1输入轴（轴）设计1、求输入轴上的功率、转速

89、和转矩a=125mm设计内容设计计算过程设计结果2、求作用在齿轮上的力 2、求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的平均分度圆直径为 所以 圆周力、径向力及轴向力的方向及分析如图2所示图2：轴圆周力、径向力及轴向力的分析设计内容设计计算过程设计结果3、初步确定轴的最小直径4、轴的结构设计3、初步确定轴的最小直径1）先初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢（调质），查1P366表153，取，得 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩查1P347表141，由于转矩变化很小，故取，则 查2P179附表42选HL4型弹性套

90、柱销联轴器，其公称转矩为63000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（见图3，为了方便了解，部分装配零件只画出半部）图3：轴轴上零件装配45钢（调质）选HL4型弹性套柱销联轴器公称转矩为63000半联轴器的孔径半联轴器长度半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm设计内容设计计算过程设计结果（2）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轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径。 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，查2

91、P194附表5-4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30306，其尺寸为，而。这对轴承均采用轴肩进行轴向定位，查2P194附表5-4得30306型轴承的定位轴肩高度，因此取。 3）取安装齿轮处的轴段6-7的直径；为使套筒可靠地压紧轴承，5-6段应略短于轴承宽度，故取。 4）轴承端盖的总宽度为。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故取。 5）锥齿轮轮毂宽度为，为使套筒端面可靠地压紧齿轮取。 6）由于，故取（3）轴上的周向定位 1）圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，查1P347表6-1得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为，同时为保

92、证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴故圆锥滚子轴承30306定位轴肩高度圆锥齿轮的周向定位平键长为设计内容设计计算过程设计结果5、轴的载荷计算6、按弯扭合成应力校核轴的强度选择齿轮轮毂与轴的配合为。 2）半联轴器与轴的周向定位连接选择用平键截面，长度为，半联轴器与轴的配合为。 3）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k6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为；轴间处的倒角可按R1.6-R2适当选取。5、轴的载荷计算表5：轴上载荷分析表载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T6、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

93、应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力 齿轮轮毂与轴的配合为半联轴器与轴的周向定位平键长度为半联轴器与轴的配合为安装滚动轴承处尺寸公差k6轴端倒角为轴间处的倒角按R1.6-R2适当选取设计内容设计计算过程设计结果5.2中间轴（轴）设计1、求输入轴上的功率、转速和转矩2、求作用在齿轮上的力 前已选定轴的材料为45钢（调质），查1P358表15-1查得，故安全。表6：轴各部尺寸尺寸1-22-33-44-55-66-7l/(mm)365020.75551949d/(mm)2027303730255.2中间轴（轴）设计1、求输入轴上的功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上的力已知小斜齿轮的分度圆直径为 所

94、以 已知大圆锥齿轮的平均分度圆直径为 所以 设计内容设计计算过程设计结果圆周力、，径向力、及轴向力、的方向如图4所示。图4：轴圆周力、径向力及轴向力的分析设计内容设计计算过程设计结果3、 初步确定轴的最小直径4、轴的结构设计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40（调质），查1P366表15-3，取，得中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径和。4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（见图5）图5：轴轴上零件装配（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）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，查2P194附表5-4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30305，其尺寸为40（调质）圆锥滚子轴承30305设计内容设计计算过程设计结果5、轴的载荷计算所以取。这对轴承均采用挡油盘进行轴向定位，查2P194附表5-4得30305型轴承的定位轴肩高度，因此取套筒直径。2