圆锥-圆柱齿轮减速器

1、,.,.,.,.课程设计说明书设计题目：用于带式传输机的圆圆柱齿轮减速机械系机械设计制造及其自动化专业机设 C135 班设计者：马骏指导教师：2016 年 1 月 12 日河北工业大学城市学院目录 HYPERLINK l _TOC_250008 第1章 选择电动机和计算运动参数2 HYPERLINK l _TOC_250007 第2章 齿轮设计5 HYPERLINK l _TOC_250006 第3章 设计轴的尺寸并校核。15 HYPERLINK l _TOC_250005 第4章 滚动轴承的选择及计算20 HYPERLINK l _TOC_250004 第5章 键联接的选择及校核计算21 H

2、YPERLINK l _TOC_250003 第6章 联轴器的选择及校核21 HYPERLINK l _TOC_250002 第7章 润滑与密封22 HYPERLINK l _TOC_250001 第8章 设计主要尺寸及数据22 HYPERLINK l _TOC_250000 第9章 设计小结24第10章 参考文献：24,.设计任务书,.设计任务书2、机械设计课程设计指导书2、机械设计课程设计指导书54F2题目 4：54F21电动机1电动机2联轴器3二级圆柱齿轮减速器4卷筒5运输带1123：运输带拉力 F=2600N，运输带速度 ms ，滚筒直径 D=270mm说明：1、输送机运转方向不变，工

3、作在和稳定，恐再启动，传动效率取为 95%。2、工作寿命为 8 年，每年 300 个工作日，每日工作 8 小时。3、输送带速度允许误差为 5% 。1A012（轴、大齿轮，A3）参考文献：1、机械设计教材,.3、机械设计课程设计图册4、机械零件手册5、其他相关资料设计步骤：传动方案拟定由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为带型运输设备。减速器为两级展开式圆锥圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用圆锥滚子轴承。联轴器 2、8 选用弹性柱销联轴器。第1章 选择电动机和计算运动参数电动机的选择,.,.,.,.=F V=2600=3.9kwwww10001000ww各机械传动效率的参数选择

4、（弹性联轴器， （圆12锥滚子轴承（圆锥齿轮传动（圆柱齿轮传动，34 =0.95（卷筒）.5所以总传动效率：= 2 4 12345=0.992 0.984 0.96 0.97 0.95=0.799计算电动机的输出功率：PP =Pd= 3.9kw 4.88kw0.799确定电动机转速：查表选择二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比合理范围i=1025，工作机卷筒的转速601000vn=w 60 1000 1.5 =106r/min ，所以电动机转速范围wd3.14270为 nindw10 2106 1060 265）r/min 1转速选择可选为 3000r/min，1500r/min，1000r/min，

5、750r/min。比关系（i2i i3，故首先选择n，电动机选择如表所示表 1轴径额定功满载转伸出型号D/m启动转矩最大转矩率/kw速r/minm额定转矩额定转矩Y2-15.51440381151.42.3,.,.,.,.32S-4计算传动比：2.innmw1440 106 13.5873.传 动 比 的 分 配： ii i， i= 0.2513.587 3.396 4 ， 成立ii i 13.587 =43.396计算各轴的转速：轴 nnm轴 n ni1440 424.03r/min 轴 nni 424.03 106r/min4计算各轴的输入功率： 轴 P Pd 4.88 0.99 4.83

6、1kw 轴 P P 4.831 0.98 0.96 4.545kw23 轴 P P 2=4.5450.980.97=4.32kw卷筒轴 P卷 P 4.32 0.98 0.99 4.191kw 2 1各轴的输入转矩,.,.,.,.电动机轴的输出转矩TP9.55106dnm 9.55106 4.881440 3.2363104N mm故轴T Td 3.23630.99104 3.204 104 N mm轴T T 3.204 0.98 0.96 3.396 104 1.02105 N mm23 轴T T i24 1.02 0.98 0.97 4105 3.878105 N mm卷筒轴 T卷 T 3.

7、8780.980.99105 3.762 105 N 2 1轴名效率P(KW)转矩T(N.M)转速n传动比输入输出输入输出（r/min）电动48313.2363104机轴轴48345453.23631043.20410414403.471轴45443203.2041041.02105424.0354轴43241911.021053.8781051060卷筒4193.8781053.762105轴1第2章 齿轮设计高速锥齿轮传动的设计,.,.,.,.(二) 选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数按传动方案选用直齿圆锥齿轮传动8选择小齿轮材料和大齿轮材料如下：齿轮型材热处强度极限屈服极理方硬度（

8、HBS）平均硬度号牌号法/B/齿芯部齿面（HBS）调质小齿轮45650360217255240处理正火大齿轮45580290162217200处理4.选择小齿轮齿数z24，则i z 3.39624 81.504，取z82。实际12 122齿比u z2z 82 3.41241(三) 按齿面接触疲劳强度设计3 ZZ24KTd E 1Ht 1uH2RR确定公式内的数值试选载荷系数Kt小齿轮传递转矩 T 3.204104N mm。锥齿轮传动齿宽系数取0.3。RH查表得Z=2.5H105 查得材料弹性系数ZE1 189.8MPa2计算接触疲劳许用应力H,.,.,.,.教材 1025d 图按齿面硬度查得小

9、齿轮的接触疲劳强度极限600MPaHlim1550MPaHlim2按式(1015)计算应力循环次数N 60n jL11h 60 1440 1 300 8 1.66 1091N N1 1.66109 4.87 1082u3.41查教材1023图接触疲劳寿命系数K0.91，K 0.98。HN1HN2取失效概率为 1%，安全系数为 S=1，得H 1KHN1SHlim1 0.91 600 546MPa H 2KHN 2S 0.98550 MPa取二者中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即2.HH 539MPa计算小齿轮分度圆直径d34 ZZ2d 0.51 u E 1tRR H=2.9231.33

10、.204104189.820.310.50.32 3.41=55.67mm调整分度圆直径，计算圆周速度d d 47.32mm1mtR539 vd1mtn601000 3.1447.3260000 3.57m/s,.,.,.,.b 及模数mb R d u 2 155.670.33.412 1 41.96mmR1tR22mm1t 55.67 2.32 mm当量齿轮的齿宽系数dntz1= bdd1mt24= 41.96 =0.88747.324)齿高h 2.25m2.252.32 ntb41.96h5.22KA由教材102表查得：使用系数使用系数K=1；A根据 v=3.5m/s 、8 级精度按第一级

11、精度，由 108 图查得：动载系数KV =1.15；由 104 表用插值法查得 7 级精度、小齿轮悬臂时，得齿间载荷分配系数K=K H1（取轴承系数 F=1.25，）齿向载荷分布系数K=1.875所以：K K K KK11.1511.875 2.156AVHH按实际载荷系数校正所算得分度圆直径K2.156dd355.673 71.692mm11tKt对应齿轮模数：1.3dm1nz124 2.987 mm,.,.,.,.(四) 按齿根弯曲疲劳强度设计m34K Tt 1YaYa10.5RR2Z12u2 1 F确定计算参数查取齿数系数及应了校正系数1)试选K=1.3Ft确定当量齿数 u cot1 3

12、.412 16.35，73.6512zz124z，25z，82290.78v1cos1v2cos20.282由教材 1017 表得：YFa1 2.61 ，YFa 2 2.1 ；YSa11.58，YSa 21.90。教材1024图c按齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳极限500MPa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 380MPa。FE1FE2教材1022图查得弯曲疲劳寿命系数 K 0.88。FN1FN2计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数 S=1.7 。 F 1KFN1SFE1 0.851.7 250MPa F 2KFN 2SFN 0.88380 1.7aaYaF并加以比较，YY=2.611.580.0

13、164952Fa1FYSa11Y2502.11.90Fa2FSa2 2 0.020283大齿轮的数值大，所以按大齿轮取数计算（按大齿轮）,.,.,.,.mt 3m4K Tt 1YaYa10.5R2 Z 21u21F=341.33.2041040.310.50.32 242 3.42 =1.97mm 0.020283mm1.97mm值 m 2 mmn1而按接触强度算得分度圆直径d =71.692mm 重新修正齿轮齿数11z d171.69235.8461m2n取整z 36则1zi z3.4136 122.7621 1为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，z 与z 一般应互为质数。故取整21。z

14、125。2则实际传动比iz1252 %，在 5% 误差范围内。1z361分度圆锥角：小齿轮1zz2 151)大齿轮2 90 1 90 16.53 73.47,.,.,.,.分度圆直径：小齿轮 dm z1n 大齿轮 dm zn2n2u210.37212138.9mm（取整b=38mm。齿宽bRR则：圆整后齿宽 B12 36 72m m2 125 250mmB38mm2表 3 大锥齿轮结构尺寸名称结构尺寸及经验公式计算值z锥角arctan2z1轮缘厚度e 3 4m10mm16mmn大端齿顶圆直d249.1mma径榖空直径D由轴设计而定50mmD1D180mmL1D取 55mm1轮毂宽度 L腹板最大

15、直径D0由结构确定188mm板孔分布圆直径D2DD0D122134mm板孔直径d0由结构确定24mmCR 10mm腹板厚度C18mm,.,.,.,.表4高速级锥齿轮传动尺寸名称计算公式计算法面模数m2mmn锥角12z齿数116.573.4736z2125传动比i3.471分度圆直径d172mmd2250mm齿顶圆直径d da1cosa77mmd da2cosa252mm齿根圆直径d df12hfcos165mmd df22hfcos2247）mm锥距R mz2sin 2z 2 z 212130mmB齿宽138mmB240mm低速级斜齿轮传动的设计(六) 选定齿轮类型精度等级材料及齿数按传动方案

16、选用斜齿圆柱齿轮传动。,.,.,.,.8齿轮材料及热处理小齿轮选用 45 钢调质，平均硬度为 240HBS，大齿轮材料为 45 刚正火，平均硬度为 200HBS，二者材料硬度差为 40HBS。齿数选择选小齿轮齿数 z3z=96。2 24 ，根据传动比i2 4 z4 z i3 2 244 96 实际传动比u 42选取螺旋角。初选螺旋角=14 。（二）按齿面接触强度设计3d2K Tt 1u(ZHZE )2确定各参数的值: udH试选载荷系数 K=1.3tT1.02105 N mm2查课本表10-7选取齿宽系数1。d计算接触疲劳强度用重合度系数Z。 20.562o1 29.974o， 23.402o

17、at1 1.651，at 2 1.905。Z 0.985。10-5 得材料的弹性影响系数 189.8MP 1 。图 10-20 选取区域系数 Z217Ea 2=2.5。H1025d600MPa ；550MPaHlim1Hlim2N 60n jL11h 60 424.031 300 8 4.885 1081N N14.885108 1.2211082u4,.,.,.,.1023HN10.95，HN2。计算接触疲劳许用应力 H取失效概率为 1%，安全系数为 S=1，则H 1KHN1SHlim1 0.95 600 567MPa H 2KHN 2SHlim2 0.97 550 536.8MPa=536

18、.8MPaH计算d1t，由计算公式得32KTu1ZdHt 1 (Z Z ZE )23tduH=321.31.02105412.42189.80.6670.985=()214536.8=57.12mm计算圆周速度 n3t3.1457.12 1.23m / s60 1000b 和模数m60 1000ntb= d157.12 57.12mmddm= dcos 58.655cos142.995mmntKz19158.955/747已知表10-2使用系数K1。A根据v=1.23m/s，7级精度，查图10-8得动载系数K1.04 ；v齿轮圆周力F /dt111t 2 1.02 105 / 57.12 N

19、3.57 103 NK FAt1/ b 13.57 103 / 57.12 62.5 N100N/mm查表 10-3 得齿间载荷分配系数 KH 1.4 。查课本表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，得齿向载荷分布系数 K H =1.456，故得载荷系数,.,.,.,.K K K KK11.041.41.456 2.12AvHH按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径dd3K 57.12 3 67.233mm计算模数mn3Kt3m =d3nz1.3 67.233 2.718mm24（三） 按齿根弯曲强度设计132KTY cos2 YYm 1 F S确定计算参数试选K1.

20、3。Ft重合度系数t z 2 d 1F螺旋角系数Y0.250.75/ cos2 0.681bY1-1-1.90514o 0.778小齿轮传递的扭矩T2 120o120o1.01105 N mm根据纵向重合度计算当量齿数1.506z图 10-28 得螺旋角影响系数Y21724=0.88。z326.27v3cos3 cos3144zz96105.154v4cos3 cos314查取齿形系数和应力校正系数Y Fa查课本表 10-17 和 10-18 得YFa3 2.62,YFa 4 2.256;YSa 3 1.6,YSa 4 1.84计算弯曲疲劳许用应力10-20cFlim3 500MPa,Flim

21、 320MP 。a查课本图 10-22 得弯曲疲劳寿命系数 KFN 3 0.85, KFN 4 0.88 。取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，则,.,.,.,. KFN3Flim3 0.85 303.571MPF 3S1.4a KFN4Flim4 0.88 201.142MPF 4S1.4a计算大YaF并加以比较YY2.621.6Fa3FSa3 3 0.0138YY2.2561.84Fa 4FSa4 4 0.0206大齿轮的数值大，选用大齿轮。设计计算32KTY Ycos2 YYm 1 F St z 2 d 1F321.31.02 105 0.681 0.778 cos 214o0.02061

22、24 2 1.679 mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳n强度计算的法面模数，又有齿轮模数m 的大小要有弯曲强度觉定的承载能力，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，所以可取弯曲强度算得的模数m2mm，而按接触强度算得分度圆直径nd =67.223mm1重新修正齿轮齿数z dco 6223co14 361333m23n取整z33，则大齿数ZuZ433132 。321几何尺寸计算计算中心距3a (z3z )m4 (33 132) 2 mm 170.05mm2cos2cos14将中心距圆整为 170mm。按圆整后的中心距修正螺旋角,.,.,.,.(

23、z z )m(33132)234n arccos14.052a2170计算大小齿轮的分度圆直径d z3mn 33 2 68mm3coscos14.05计算齿轮宽度d z4 mn 4cos132 2cos14.05 272mmb d 1 68 68mmd1圆整后取 b=68mm，小齿轮 B3 74mm ，大齿轮 B4 70mm低速级圆柱斜齿轮传动尺寸名称计算公式计算值法面模数mn2mm法面压力角20 n螺旋角14.05o33齿数z3z4132传动比i42分度圆直径d368mmd4272mm齿顶圆直径d da332ha74mmda4 d 4 2ha278mm,.,.,.,.齿根圆直径ddf33dd

24、f442hf2hf60.5mm264.5mm中心距a nz4170mm2cosB齿宽3B474mm 70mm第3章 设计轴的尺寸并校核。轴材料选择和最小直径估算45103 A0 126 ，取高速轴A01 126 ，中间轴 A02 120 ，低速轴 A03 112 。按扭转强度初定该轴的最小直径 d，即： min A 3P。当轴段截面处有一个键槽，就将计数0nm值加大 5%7%，当两个键槽时将数值增大到 10%15%。d1min A01Pn1 126131440，因高速轴安装联轴器有一键槽，则：d1min 1 0.0718.86 20.18mm。对于连接电动机和减速器高速轴的联轴器，为了减少启动

25、转矩，其联轴器应具有较小的转动惯量和良X（4。联轴器传递的名义转矩T =95509550 36.47N m计算转矩Tcn1440 KT 1.5 36.47 54.705N m（K 为带式运输机工作系数，K=1.251.5, 取 K=1.5 。,.,.,.,.根据步骤12 和电机直径d=则选取LX3型联轴器其中：电机公称转矩nT1250N m 许用转速n ，联轴器孔直径 3235、38、4042、45、48）满足电机直径d=38mm。n电机轴确定轴的最小直径。根据d=（0.81.2）d，所轴电机1min取d1mind2min A02Pn 120234.545424.03 考虑该处轴径尺寸应大于高

26、速级轴颈处直径，取 d 。2min低速轴：33 38.54mmPd AP 112。考虑该处有一联轴器有3min03n3106一个键槽则0.07 取整 42mm。3min3min高速轴的结构设计1）轴承部件的结构设计 为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构， 细处开始设计。11上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择设计同步 由表查得 GB/T5014-2003 中的 LX3 型联轴器符合要求：公称转矩为 1250Nmm， 3048mm径为 32mm，轴孔长度 L 联=82mm，Y 型轴孔，A 型键，联轴器从动端代号 LX341 的直径 m。其长度略小于孔宽度，取 L =80mm 半联轴

27、器与轴的配合为 H 7 。1k6,.,.,.,.轴承与轴段3和5的设计在确定轴段3的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。 若联轴器采用轴肩定位其值最终由密封圈确定该处轴的圆周速度均小于可选用毡圈油封查表初选毡圈考虑该轴为悬臂梁且有轴向力的作用选用圆锥滚子轴承，初选轴承30210，由表得轴承内径d=40mm，外径D=68mm， 宽度 B=16mm，内圈定位直径 da=68mm，轴上力作用点与外圈大端面的距离故d3=40mm，联轴器定位轴套顶到轴承内圈端面，则该处轴段长度应略短于轴承内圈宽度，取L3=15mm。该减速器锥齿轮的圆周速度大于2m/s，故轴承采用油润滑，由齿轮将油甩到导油沟内

28、流入轴承座中。d5=40mm1轴套，为保证套筒能够顶到轴承内圈右端面，该处轴段长度应比轴承内圈宽度略短， L5=15mmk6。由箱体结构，轴承端，装配关系，取端盖外端面与联轴面间距L=30,故去 L2=40mm,又根据大带轮的轴间定位要求以及密封圈标准，取 d2 =36mm。齿轮与轴段的设计，轴段上安装齿轮，小锥齿轮处的轴段采用悬臂结构，d6=36mm，L6=88mm14 9 45mmH 7。n6因为d4 为轴环段，应大于d3 ，所以取d4 =45mm，又因为装配关系箱体结确定L4=95mm。列表轴段dL132mmmm236mm32mm340mm15mm,.,.3.2 轴的校核3.2 轴的校核

29、高速轴(一)轴的力学模型建立445mm95mm540mm13mm636mm88mm,.(二) 计算轴上的作用力小锥齿轮 1：圆周力112 3.2363 104Ft1 dm1 d 110.5R720.5 1057 N径向力 Fac1 F tansint11 1057 tan 20 sin 16.53 108 N轴向力Fr1 Ft1tancos1 1057tan20cos16.53 364N,.,.FdMac1a12 3304Nmm(三) 计算支反力计算垂直面支反力（H）1如图由绕支点1的力矩和M 0则：1FNH 2124 -Ft1172 0FNH 2则 F 1349.4N 376.6N 。NH1

30、计算水平面支反力（V）与上步骤相似，计算得： FNV169.63N，FNV2 393.06N(四) 绘扭矩和弯矩图垂直面内弯矩图如上图。弯 矩 MH 1 FNH1124 46698.绘水平面弯矩图，如图所示M.V弯矩： M48739N.mmNV1合成弯矩图 如图最大弯矩值 ：M466982 487392 67500N.mm1转矩图TTT47570N2,.弯扭合成强度校核进行校核时，根据选定轴的材料 45 钢调质处理。由所引起的教材 151 查得轴的许用应力1应用第三强度理论 M 2 （TW 由轴为单向旋转 取 =0.61W 3 0.1 503 12500mm31ca 1M2 （T21W1675

31、002 （0.6 47570 12500 5.86 MPa1 60 MPa故强度足够。第4章 滚动轴承的选择及计算输入轴滚动轴承计算r初步选择滚动轴承，初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承4其尺寸为d DT 40mm68mm16m（4）， e=0.32,Y=1.9,C 76.8KN 76800Nr载荷水平面H垂直面V,.,.,.,.N支反力FFNH 1376.6NFNV 1 NFNH 21349.4NV 2 393.06N则F 383N,F1405.5Nr1r2F Fr1 100.79N ,F Fr 2 369.87Nd121.9d221.9因为FF369.87144.1513.

32、97N F100.79Nd2ac1d1则轴有右移的倾向。轴承 1 压紧，轴承 2 放松。a1d2FFF369.87a1d2a2dFa2dFa1 513.97 1.34e0.32Fa2 369.87Fr1383Fr2 0.263 e 0.3213-512 0.40,Y1111.9X 022由表13-6得 f1.01.2取 f1.2PP1P1r11P f FY F 1.23831.91P1r11P 1.211405.5 1686.62因为P P2110106 C 10106 76800 L r 32h60n P 26014401686.6 3.9 106 h 19200h故合格。第5章 键联接的选

33、择及校核计算输入轴键计算,.,.,.,.校核联轴器处的键连接，该处选用普通平键尺寸为 b h l 10mm 8mm 50mm ，接触长度l 50 10 40mm 0.5h 0.58 4mm 35mm 120 150MPaP则键联接所受的应力为： 2 47570 16.99MPa 1Pkld44035P1故单键即可。bhl 14mm9mm45mm，接触长度l 45 14 ，k 0.5h 0.5 94.5mm，d 40mm； 120 150MPaP则键联接所受的应力为： 247570 1Pkld4.53140P1故单键即可。第6章 联轴器的选择及校核在轴的计算中已选定联轴器型号。11 输入轴选LX3型弹性柱销联轴器其公称转矩为1250N m4750r/ ， 半联轴器的孔径d 35mm故取d35mm半联轴器长度L 82mm11 输出轴选选30N mn4750r/in1半联轴器的孔径 d 45mm 半联轴器长度 L 84mm ，半联轴器与轴配合的毂孔长度为 82mm。1联轴器的校核n 1440r / min n 4750r / min1106r/min3n 4750r / min查表 14-1 得KA1.5T1 32.04N m,T2 102N m,.,.,.,