圆锥-圆柱齿轮减速器(含零件图装配图)

机械设计课程设计 2013-2014第2学期                 姓    名：_______________               班    级：__________________                 指导老师：__________________ 成    绩：__________________                             日期：2014年5月6日 目  录 前言    1 第1章、设计要求    2   1.1、传动装置    2   1.2、带式运输机原始数据    2   1.3、工作条件    2 1.4、应完成的工作    3 第二章、#设计#    3   2.1、电动机的选择    3 2.2、传动系统的运动和动力参数计算     4 2.3、传动零件的计算      5 2.4、轴的计算    12   2.5、键连接    27   2.6、箱体的尺寸设计    28 2.7、减速器附件的选择    29 2.8、润滑与封闭    30 第三章、设计小结    30 第四章、参考资料目录    30 前言 1、 设计目的 机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。 课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是： （1） 通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的的理论与实际知识去和解决机械设计问题的能力。 （2） 学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。 （3） 通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力，确定尺寸及掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。 （4） 学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册、运用标准和规范等。 计算与说明 主要结果 第1章、设计要求 1.1、传动装置 设计一用于带式运输机的圆锥—圆柱齿轮减速器。传动装置简图如下图所示。 1.2、带式运输机原始数据 题    号 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 运输带工作拉力F/kN 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 运输带工作速度v/(m/s) 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 运输带滚筒直径D/mm 250 260 270 280 290 1.3、工作条件 单班制工作，空载启动，单向、连续运转，工作中有轻微振动。运输带速度允许速度误差为±5%。工作期限为十年，检修期间隔为三年。在中小型机械厂小批量生产。 1.4、应完成的工作 1)减速器装配图一张； 2)零件工作图二张（大齿轮，输出轴）； 3)设计说明书一份。 第2章、设计方案 2.1、电动机的选择 2.1.1、电动机转速的确定 工作机转速 锥齿轮圆柱齿轮减速器传动比范围一般为i=10～25,电动机转速应在范围内(1160～2900) 2.1.2、电动机功率的确定 查 类别 效率 数量 弹性柱销联轴器 0.99 2 圆柱齿轮（8级，稀油润滑） 0.98 1 圆锥滚子轴承（一对）（稀油润滑） 0.99 4 卷筒 0.95 1 圆锥直齿（8级，稀油润滑） 0.97 1 计算得传动的装置的总效率 工作机功率所需电动机输出功率为 查表，选择电动机额定功率为5.5kW 最后确定电机Y系列三相异步电动机，型号为Y132S-4，额定功率5.5kW，满载转速1440r/min。 2.2、传动系统的运动和动力参数计算 2.2.1、分配各级传动比 总传动比 查表，推荐，且， 固取， 2.2.2、由传动比分配结果计算轴速                 2.2.3、各轴的输入功率     2.2.4、各轴输入转矩   将计算结果列在下表 轴号 功率P/kW 转矩T/() 转速n/（r/min） 电机轴 4.4 29.18 1440 I轴 4.356 28.89 1440 II轴 4.14 81.0 488.14 III轴 3.98 327.81 115.95 卷筒轴 3.90 321.22 115.95 2.3、传动零件的计算 2.3.1、圆锥直齿齿轮传动的计算 设计基本参数与条件：齿数比u=2.95，传递功率，主动轴转速，采用一班制工作，寿命10年（一年以250天计），小锥齿轮悬臂布置。 （1）选择齿轮材料和精度等级     ①材料均选取45号钢，小齿轮采用调质处理，其齿面硬度为236HBS，大齿轮采用正火处理，其齿面硬度为190HBS。     ②精度等级取8级。     ③试选小齿轮齿数     ，取     调整后 （2）按齿面接触疲劳强度设计 查有关公式，有齿面接触疲劳强度设计公式 1 试选载荷系数：。 2 计算小齿轮传递的扭矩： 3 取齿宽系数： 4 确定弹性影响系数：由表得， 5 确定节点区域系数：查图，标准直齿圆锥齿轮传动： 6 根据循环次数公式，计算应力循环次数： 7 查图得接触疲劳寿命系数：， 8 查图得疲劳极限应力：， 9 由式计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数， ， 10 由接触强度计算出小齿轮分度圆直径：，              则齿宽中点分度圆直径 齿轮的圆周速度 计算载荷系数： a：齿轮使用系数，查表得 b：动载系数，查表得 c：齿间载荷分配系数，查表得 d：齿向载荷分布系数，查表得 e：接触强度载荷系数 按载荷系数校正分度圆直径 大端模数 取标准值，模数圆整为 计算齿轮的相关参数 大端分度圆直径， ， 确定齿宽： 圆整取 (3)校核齿根弯曲疲劳强度 载荷系数 当量齿数， 查表得，，， 取安全系数 由图得弯曲疲劳寿命系数， 查图得弯曲疲劳极限为：， 许用应力 校核强度，由式 计算得， 可知齿根弯曲强度满足，参数合理。 ⑥计算锥齿轮传动其他几何尺寸 2.3.2、圆柱斜齿齿轮传动的计算 设计基本参数与条件：齿数比u=4.21，传递功率，主动轴转速，采用一班制工作，寿命10年（一年以250天计）。 （1）选择齿轮材料、精度等级和齿数     ①小齿轮材料选取45钢调质，大齿轮也选取45钢正火处理，小齿轮齿面硬度为236HBS，大齿轮齿面硬度为190HBS。     ②精度等级取7级。     ③试选小齿轮齿数   ，取   调整后     初选螺旋角 （2）按齿面接触疲劳强度设计 查有关公式，有齿面接触疲劳强度设计公式     试选载荷系数：     计算小齿轮传递的扭矩：     取齿宽系数：     确定弹性影响系数：由表，     确定区域系数：查图，标准斜齿圆柱齿轮传动：     根据循环次数公式，计算应力循环次数： 查图得接触疲劳寿命系数：， 查图得疲劳极限应力：， 由式计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数， ， 取接触疲劳许用应力小的，即     计算接触疲劳强度用重合度系数，和螺旋角系数     代入数值计算 小齿轮直径     圆周速度     齿宽b，     计算纵向重合度     计算载荷系数：       a：齿轮使用系数，查表得       b：动载系数，查图得       c：齿间分配系数，查表得       d：查表得齿向载荷分布系数 查图得       e：接触强度载荷系数     按载荷系数校正分度圆直径     计算模数 (3)按齿根弯曲强度设计 由式 试选载荷系数 由纵向重合度，从图得 计算当量齿数 由图得弯曲疲劳强度极限， 由图取弯曲疲劳寿命系数， 取弯曲疲劳安全系数 由式得 由[3]表10-5得齿形系数， 得应力校正系数， 计算大、小齿轮的并加以比较。 ， 大齿轮的数值大，所以取 计算得，取 校正齿数 ，为使两齿轮齿数互质取 圆整中心距 圆整中心距为 修正螺旋角 变化不大，不必修正前面计算数值。 计算几何尺寸及齿轮传动尺寸 ， ，取齿宽为， 2.4、轴的计算 2.4.1、高速级轴的设计与计算 (1)轴上的功率，转速，转矩， (2)求作用在齿轮上的力 圆周力，轴向力，径向力 (3)初估轴的最小直径 先按[3]式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据[3]表15-3，取，于是得 (4)轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案，如下图 由于输入轴的最小直径是安装联轴器处轴径。为了使所选轴径与联轴器孔径相适应，故需同时选择联轴器型号。 联轴器的计算转矩，查[3]表14-1 查表，选择GB/T 5014-2003中的LX1型联轴器公称转矩 ，许用转速，轴孔的直径范围为12~24mm，。联轴器的毂孔直径为20mm， 轴段①，由联轴器型号直径为20mm，右端应有轴肩定位，轴向长度应该略小于52mm，取50mm。Y型轴孔，A型键，联轴器从动端代号为LX1 GB/T 5014-2003 轴段②，④，先初选轴承型号，由受力情况选择圆锥滚子轴承，型号取30205，内径为25mm，，， ，，，。所以轴段直径为25mm，即，长度应略小于轴承内圈宽度15mm，取为。 轴段③，其内径。左端联轴器右端面距离短盖取30mm，加上轴承宽度和端盖宽度，轴段长度定为65.25mm。 轴段⑤，直径为，，。齿轮大端侧径向端面与轮毂右端面按齿轮结构需取56mm，轴与齿轮配合段比齿轮轮毂孔略短，差值为0.75mm。。 轴段③和①的长度，轴承端盖凸厚度，取联轴器毂孔端面距轴承端盖表面距离，轴承左端面距轴承安装面距离为，取①轴段端面与连轴器左端面距离为1.75mm,则有。小齿轮受力作用点与右端轴承对轴作用点间距为，则两轴承对轴的力作用点间距距离为 取在其取值范围内，为合格。 零件的周向定位 查[1]表14-24得 左端半联轴器定位用A型平键，宽度为6mm，长度略小于轴段，取45mm，选取键GB/T 1096-1990， 右端小齿轮定位用A型平键，宽度为8mm，长度略小于轴段，取63mm，选取键GB/T 1096-1990。 (5)求轴上的载荷 载荷 水平面H(轴承1) 垂直面V(轴承2) 支反力R 总支承反力 a截面弯矩 b截面弯矩 总弯矩   扭矩T 根据轴的结构图和受力情况得出轴所受弯矩扭矩如图                                                                                 (6)按弯扭合成应力校核轴的强度 由上图可知，a截面为应力最大的位置，只需校核此处即可，根据[3]式15-5及以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 查[3]表15-1得，因此，强度满足要求。 (7)校核键连接的强度 联轴器处键连接的挤压应力为； 齿轮处键连接的挤压应力为 取键、轴及带轮的材料都为钢，由表得，强度足够。 (8)①校核轴承寿命 计算轴承的轴向力：查表得30205轴承的,,。则轴承1、2的内部轴向力分别为             外部轴向力,各轴向力方向如图6所示，则             则两轴承的轴向力分别为             ②计算当量动载荷  因为，轴承1的当量动载荷为 因为，轴承2的当量动载荷为 因为,故只需校核轴承2，。轴承在100°C一下工作，查表得。 ③校核轴承寿命  轴承2的寿命为 减速器预期寿命为： ，故轴承寿命足够。 2.4.2、中间轴的设计与计算 (1)轴上的功率，转速，锥齿轮大端分度圆直径，其齿宽中点处分度圆直径，，齿轮宽度。 (2)选用常用材料45钢，调质处理。 (3)求作用在齿轮上的力 大圆锥齿轮：圆周力，轴向力，径向力 圆柱齿轮：圆周力，轴向力，径向力。 (4)初估轴的最小直径 先按[3]式15-2初步估算轴的最小直径。由于此轴为齿轮轴，选取轴的材料应同圆柱齿轮一样，为45钢，调质处理。根据[3]表15-3，取，于是得 (5)轴的结构设计 轴承部件的结构设计  该轴不长，固采用两端固定方式，按轴上零件的安装顺序，从处开始设计。 轴段①及轴段⑤的设计  该轴承选用圆锥滚子轴承，根据，暂取轴承30205，轴承内径，外径，总宽度，内圈宽度，内圈定位直径，外圈定位直径轴承对轴上力作用点与外圈大端面的距离，固，通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则。 齿轮轴段②和轴段④的设计  轴段②上安装齿轮3，轴段④上安装齿轮2。为了便于安装,应分别大于,所以可以取，经验算，其强度不满足要求，可暂定进行计算。   齿轮3的直径较小，采用实心式，其右端采用轴肩定位，左端采用轴套定位，齿轮2的轮毂的宽度范围约为，取其轮毂宽度，其左端采用轴肩定位，右端采用轴套固定。为使套筒端面能够顶到此轮端面，轴段②和轴段④的长度应比相应的齿轮轮毂略短，，故取，。 轴段③的设计  该段为中间轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为，取其高度，。   齿轮3左端面与箱体内壁距离和齿轮2的轮毂右端面与箱体内壁的距离均取为，根据经验取，使箱体两内侧壁关于高速轴轴线对称，其宽度。此时锥齿轮没有处在正确的安装位置，在装配时可以调整两端盖下的调整垫片使其处在正确位置。 轴段①和轴段⑤的长度  由于采用油润滑，故轴承内端面距箱体内壁距离取为，则轴段①的长度为 轴段⑤的长度为 轴上力的作用点的间距  轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距离，则由图4可得轴的支点及受力点间距为 (6)键连接  齿轮和轴段间采用A型普通平键连接，查表得键的尺寸、型号分别为3号齿轮所用键宽度，厚度，长度， GB/T1096-1990，2号齿轮所用键宽度，厚度，长度， GB/T1096-1990 (7)求轴上的载荷 根据轴的结构图和受力情况得出轴所受力和弯矩扭矩如表所示 载荷 水平面H(轴承1) 垂直面V(轴承2) 支反力R 总支承反力 a截面弯矩 b截面弯矩 总弯矩   扭矩T 弯矩和扭矩图如下： (8)按弯扭合成应力校核轴的强度 由上图可知，a-a剖面左侧弯矩大，但其右侧除了有弯矩还作用有扭矩，其轴颈较小，故其两侧都有可能是危险面，故需要分别计算。 a-a剖面的抗弯截面系数 抗扭截面系数为 a-a剖面左侧弯曲应力为 a-a剖面右侧弯曲应力为 剪切应力为 按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的轴承，弯矩按脉动循环处理，故取折合系数，当量应力为故a-a剖面右侧为危险面，而45钢调质处理抗拉强度极限查表得其许用弯曲应力，强度满足要求。 (9)校核键连接的强度 齿轮3处键连接的挤压应力为 锥齿轮2处键连接挤压应力为 取键、轴及带轮的材料都为钢，由表得，强度足够。 (10)校核轴承的寿命       ①计算轴承的轴向力  查表得30205轴承得，，，。查表得30205轴承内部轴向力计算公式，则轴承1、2的内部轴向力分别为,，由图6得，外部轴向力,,则两轴的轴向力分别为 ②计算轴承1的当量动载荷  因故只需校核轴承1的寿命。 查表得当量动载荷计算公式即 轴承在以下工作，查表得，对于减速器查表的载荷系数 校核轴承寿命  轴承1的寿命为 ，而减速器预计寿命为 ， 故轴承寿命足够。 2.4.3、低速级轴的设计与计算 (1)已知条件  低速轴上的传送功率；转速，转矩，齿轮4的分度圆直径，齿轮宽度 (2)选择轴的材料  因传递的功率不大又没有对重量和尺寸有特殊的要求，故查表选用45钢，调质处理。 (3)求作用在齿轮上的力 圆周力，轴向力，径向力。 (4)初估轴的最小直径 (5)根据表，取112，于是得，轴与联轴器连接，有一个键槽，轴径应增大3%~5%,轴端最细处直径为 (6)轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案，如下图       轴承部件的结构设计  该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计。轴段5-6，此处与大齿轮配合，取直径为齿轮孔径45mm，长度略小于轮毂长度取为58mm。 轴段①及联轴器的设计  为补偿联轴器所连接两轴的安装误差，隔离震动，采用弹性柱销联轴器。查表，取载荷系数,则计算转矩 根据 查表得GB/T 5014-2003中的LX3符合要求，公称转矩为，许用转速，由联轴器型号及①轴段的直径范围得联轴器内径为40mm，长度84mm,J型轴孔，A型键，联轴器主动端代号： LX3, GB/T5014-2003 相应的轴段①直径其轴向长度应该略小于84mm，取。 轴段②与密封圈的设计  在确定轴段②的直径时，应同事考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。联轴器用轴肩定位，轴肩高度。轴段②的轴径最终由密封圈确定。该处轴段的圆周速度小于，可选用毛毡圈油封，查表选毛毡圈65JB/ZQ4606-1997,则 轴段③和轴段⑦及轴承的设计  考虑到轴承有轴向力的存在，但此处轴径较大，选用角接触球轴承。 轴段③上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。现暂取轴承7210C，由表得轴承内径，外径，宽度，内圈定位直径，外圈定位直径，轴上定位端面圆角半径最大，轴承对轴的力作用点与外圈大端面的距离，故。由于齿轮圆周速度大于2m/s，轴承采用油润滑，无需放挡油环，。为补偿箱体的铸造误差，取轴承靠近箱体内壁的端面与箱体内壁距离。 通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，故 轴段⑥与齿轮  可初定，齿轮4的宽度范围为，取其轮毂宽度与齿轮宽度相等，其右端采用轴肩定位，左端采用轴套固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段⑥长度应比齿轮4的轮毂略短，取。 轴段⑤和轴段④的设计  轴段⑤为齿轮提供轴向定位作用，定位轴肩的高度为取,则,,取 轴段④的直径可，齿轮左端面与箱体内壁距离为，。 ⑧轴段②与轴段⑦的长度  轴段②的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座的宽度为，轴承旁连接螺栓为M20，轴承端盖连接螺钉选GB/T5781 ,其安装圆周大于联轴器轮毂外径，轮毂外径不与端盖螺钉的拆装空间干涉，故取联轴器轮毂端面与轴承端盖外端面的距离为。则有    轴段⑦ (7)轴上力作用点的间距  轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距离，则有图7可得轴的支点及受力点间的距离为  (8)键连接  联轴器与轴段①及齿轮④与轴段⑥键采用A型普通平键连接，由表选型号分别为键 GB/T1096-1990和键GB/T 1096-1990 (9)轴的受力、弯矩及扭矩  如下表 载荷 水平面H(轴承1) 垂直面V(轴承2) 支反力R 总支承反力 a截面弯矩 总弯矩 扭矩T 弯矩、扭矩图如下        (10)按弯扭合成应力校核轴的强度  由上图可知，a-a剖面右侧弯矩最大，且作用有扭矩，故a-a剖面右侧是危险面，其抗弯系数为     抗扭截面系数为     弯曲应力为 剪切应力为 弯扭合成强度计算，强度满足要求。 (11)校核键连接的强度 联轴器处键连接的挤压应力为； 齿轮处键连接的挤压应力为 取键、轴及带轮的材料都为钢，由表得，强度足够。 (12)校核轴承的寿命 ①计算轴承的轴向力  查表得7210C轴承得，。查表得7210C轴承内部轴向力计算公式，则轴承1、2的内部轴向力分别为 , ， 由图6得，外部轴向力, ,则两轴的轴向力分别为 ②计算轴承的当量动载荷  由查表得因故轴承1的当量动载荷 由，查表得，因故, 则轴承2的当量动载荷为 ③校核轴承寿命  由于故只需校核轴承2，。轴承在以下工作，查表得，对于减速器查表的载荷系数 轴承2的寿命为 ，而减速器预计寿命为 ， 故轴承寿命足够。 2.5、键连接 将各个连接的参数列于下表 键 直径 mm 工作长度mm 工作高度mm 20 39 6 23 55 7 32 52 8 32 22 8 52 40 10 40 66 8 2.6、箱体的尺寸设计 名称 代号 尺寸/mm 锥齿轮锥距 R 143.72 低速级中心距 a 150 下箱座壁厚 17 上箱座壁厚 6 下箱座剖分面处凸缘厚度 上箱座剖分面处凸缘厚度 9 地脚螺栓底脚厚度 地脚螺栓直径 M20 地脚螺栓通孔座直径 25 地脚螺栓沉头尺寸 48 箱座上肋厚 6 箱底肋厚 6 底脚凸缘尺寸 32 30 地脚螺栓数目 n 4 轴承旁连接螺栓 M16 箱体凸缘连接螺栓 M12 上箱壁厚 6 轴承旁连接螺栓通孔直径 17.5 部分面凸缘尺寸 24 20 轴承盖螺钉直径 8 检查孔盖连接螺栓直径 6 圆锥定位销直径 10 上下箱连接螺栓直径 M12 上下箱连接螺栓通孔直径 13.5 上下箱连接螺栓沉头直径 26 减速器中心高 1.65 轴承凸台高度 h 55 轴承凸台半径 20 轴承端盖外径 14 轴承旁连接螺栓距离 14 箱体外壁至轴承座端面的距离 50 轴承座孔长度 58 大齿轮顶圈与箱体内壁间距 8.4 齿轮断面与箱体内壁间距 7 2.7、减速器附件的选择 2.71、通气器 由于在室内使用，选简易式通气器，采用M12×1.25 2.7.2、油面指示器 油面变动范围大约为17mm，取A20型号的圆形游标 2.7.3、起吊装置 采用箱盖吊换螺钉，按重量取M12，箱座采用吊耳 2.7.4、放油螺塞 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 2.8、润滑与密封 2.8.1、齿轮的润滑 采用浸油润滑，浸油高度为半个齿宽到一个齿宽，取为35mm。 2.8.2、滚动轴承的润滑 由于轴承周向速度为3.4m/s，所以开设油沟、飞溅润滑。 2.8.3、润滑油的选择 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于闭式齿轮设备，选用中负荷工业齿轮油220。 2.8.4、密封方法的选取 选用凸缘式端盖易于调整，采用毡圈密封，结构简单。 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 第三章、设计小结 由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如某些尺寸没有考虑圆整，齿轮的计算不够精确等。通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。另外认识到机械设计是一个系统性很强的工作，是需要明晰的条理与充分的耐心才可以圆满完成的。 第4章、参考资料目录 [1]《减速器设计实例精析》，机械工业出版社，张春怡，郝广平，刘敏编著，2010年1月第一版第一次印刷； [2]《机械设计手册.第3卷》，化学工业出版社，成大先主编，1992年第三版； [3]《机械设计》，高等教育出版社，濮良贵，纪明刚主编，2012年12月第九版； [4]《机械原理》，高等教育出版社，孙桓主编，2005年12月第七版；   45号钢 小齿轮采用调质处理 大齿轮采用正火处理 精度等级8级 满足齿根弯曲强度 45钢 小齿轮调质处理 大齿轮正火处理 7级精度 45钢，调质处理 20mm 50mm 轴的强度满足要求 键连接强度足够 轴承寿命满足要求 45钢，调质处理 轴的强度满足要求 键连接强度足够 轴承寿命满足要求 45钢，调质处理 轴的强度满足要求 键的连接强度足够 轴承的寿命足够