二級圓錐圓柱齒輪減速器設計課件

1、機械設計課程設計設計計算說明書機械基礎綜合課程設計說明書設計題目： 帶式運輸機圓錐圓柱齒輪減速器 學 院： 機械工程學院 專業(yè)年級： 機械制造及其自動化 11級 姓 名： 張建 班級學號： 機制1班 16號 指導教師： 劉小勇 2013 年 8 月 30 日題目：帶式運輸機傳動裝置設計1. 工作條件連續(xù)單向運轉，工作時有輕微振動，空載起動；使用期10年，每年300個工作日，小批量生產(chǎn)，兩班制工作，運輸帶速度允許誤差為5%。1-電動機；2-聯(lián)軸器；3-圓錐-圓柱齒輪減速器；4-卷筒；5-運輸帶題目B圖 帶式運輸機傳動示意圖2. 設計數(shù)據(jù)學號數(shù)據(jù)編號7-18-29-310-411-512-613-

2、714-815-916-10運輸帶工作拉力（）2.12.12.32.32.42.42.42.52.52.6運輸帶工作速度（）1.001.201.001.201.001.201.401.201.401.00卷筒直徑（）3203803203803203804403804403203. 設計任務1）選擇電動機，進行傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算。2）進行傳動裝置中的傳動零件設計計算。3）繪制傳動裝置中減速器裝配圖和箱體、齒輪及軸的零件工作圖。4）編寫設計計算說明書。設計步驟：一、 選擇電動機和計算運動參數(shù)(一) 電動機的選擇1. 計算帶式運輸機所需的功率：P=2.6kw2. 各機械傳動效率的參數(shù)選擇：

3、=0.99（彈性聯(lián)軸器）， =0.98（圓錐球軸承），=0.96（圓錐齒輪傳動），=0.97（圓柱齒輪傳動），=0.96（卷筒）.所以總傳動效率：= = =0.8423. 計算電動機的輸出功率：=kw3.09kw4. 確定電動機轉速： =815，工作機卷筒的轉速=59.71 r/min ，所以電動機轉速范圍為 ?？紤]電動機和傳動裝置的尺寸、價格、及結構緊湊和 滿足錐齒輪傳動比關系（4），故首先選擇750r/min，電動機選擇如表所示 表1型號額定功率/kw滿載轉速r/min軸徑D/mm伸出長E/mm啟動轉矩最大轉矩額定轉矩額定轉矩Y160M2-85.5720421102.02.0(二) 計算傳

4、動比：1. 總傳動比：2. 傳動比的分配：，=4，成立=4(三) 計算各軸的轉速： 軸 軸 軸 (四) 計算各軸的輸入功率： 軸 軸 軸 =2.9070.990.97=2.792kw 卷筒軸 (五) 各軸的輸入轉矩電動機軸的輸出轉矩故軸 4.058軸 軸 卷筒軸 二、 高速軸齒輪傳動的設計(一) 選定高速級齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1. 按傳動方案選用直齒圓錐齒輪傳動2. 輸送機為一般工作機械，速度不高，故選用8級精度。3. 材料選擇 由機械設計第八版西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編著的教材 表101選擇小齒輪材料和大齒輪材料如下：4. 表 2齒輪型號材料牌號熱處理方法強度極限屈服極

5、限硬度（HBS）平均硬度（HBS）齒芯部齒面部小齒輪45調(diào)質處理650360217255236大齒輪45正火處理580290162217189.5二者硬度差約為45HBS。5. 選擇小齒輪齒數(shù)25，則：，取。實際齒比6. 確定當量齒數(shù) ， 。(二) 按齒面接觸疲勞強度設計 1. 確定公式內(nèi)的數(shù)值1) 試選載荷系數(shù)2) 教材表106查得材料彈性系數(shù)（大小齒輪均采用鍛鋼）3) 小齒輪傳遞轉矩 4.0584) 錐齒輪傳動齒寬系數(shù)。5) 教材1021d圖按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；1021c圖按齒面硬度查得大齒輪接觸疲勞強度極限。6) 按式(1013)計算應力循環(huán)次數(shù)；7) 查教材1019

6、圖接觸疲勞壽命系數(shù)，。8) 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，則 = =1.232. 計算1) 計算小齒輪分度圓直徑（由于小齒輪更容易失效故按小齒輪設計） = =72.798 mm2) 計算圓周速度 3) 計算齒寬b及模數(shù) 38.440mm mm4) 齒高 5) 計算載荷系數(shù)K由教材102表查得：使用系數(shù)使用系數(shù)=1；根據(jù)v=3.296m/s 、8級精度，由108圖查得：動載系數(shù)=1.18；由103表查得：齒間載荷分配系數(shù)=；取軸承系數(shù) =1.25，齒向載荷分布系數(shù)=所以：6) 按實際載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑 7) 計算模數(shù)： mm(三) 按齒根彎曲疲勞強度設計m1

7、. 確定計算參數(shù)1) 計算載荷2) 查取齒數(shù)系數(shù)及應了校正系數(shù) 由教材105表得：， ； ， 。3) 教材1020圖c按齒面硬度查得小齒輪的彎曲疲勞極限 ；教材1020圖b按齒面硬度查得大齒輪的彎曲疲勞強度極限 。4) 教材1018圖查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 。5) 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 。 6) 計算大小齒輪的并加以比較， = ， ，大齒輪的數(shù)值大。2. 計算（按大齒輪） = =2.901mm對比計算結果，由齒面接觸疲勞計算的模m大于由齒根彎曲疲勞強度的模數(shù)，又有齒輪模數(shù)m的大小要有彎曲強度覺定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關。所以可

8、取彎曲強度算得的模數(shù)2.901 mm并就近圓整為標準值 mm（摘自機械原理教程第二版清華大學出版社 4.11 錐齒輪模數(shù)（摘自GB/T123681990），而按接觸強度算得分度圓直徑=93.705mm重新修正齒輪齒數(shù)，,取整，則，為了使各個相嚙合齒對磨損均勻，傳動平穩(wěn)，一般應互為質數(shù)。故取整。則實際傳動比，與原傳動比相差2.2%，且在誤差范圍內(nèi)。(四) 計算大小齒輪的基本幾何尺寸1. 分度圓錐角：1) 小齒輪 2) 大齒輪 2. 分度圓直徑：1) 小齒輪 2) 大齒輪 3. 齒頂高 4. 齒根高 5. 齒頂圓直徑：1) 小齒輪 2) 大齒輪 6. 齒根圓直徑：1) 小齒輪 2) 大齒輪 7.

9、錐距 8. 齒寬 ，（取整）b=41mm。則：圓整后小齒寬 ，大齒寬 。9. 當量齒數(shù) ，10. 分度圓齒厚 11. 修正計算結果：1) 由教材105表查得：， ； ， 。2) ，再根據(jù)8級精度按教材108圖查得：動載系數(shù)=1.18；由103表查得：齒間載荷分配系數(shù)=；取軸承系數(shù) =1.25，齒向載荷分布系數(shù)=3)4) 校核分度圓直徑 = =94.0655) = ， ，大齒輪的數(shù)值大，按大齒輪校核。6) = =2.426mm實際，均大于計算的要求值，故齒輪的強度足夠。 (五) 齒輪結構設計 小齒輪1由于直徑小，采用實體結構；大齒輪2采用孔板式結構，結構尺寸按經(jīng)驗公式和后續(xù)設計的中間軸配合段直徑

10、計算，見下表；大齒輪2結構草圖如圖。高速級齒輪傳動的尺寸見表 大錐齒輪結構 草圖表3 大錐齒輪結構尺寸 名稱結構尺寸及經(jīng)驗公式計算值錐角錐距R125.660mm輪緣厚度11mm 大端齒頂圓直徑233.363mm榖空直徑D由軸設計而定 50mm輪轂直徑 80mm輪轂寬度L取55mm腹板最大直徑由結構確定160mm板孔分布圓直徑 120mm板孔直徑由結構確定 12mm腹板厚度 18mm 表4 高速級錐齒輪傳動尺寸名稱計算公式計算值法面模數(shù)3 mm錐角齒數(shù)3377傳動比2.333分度圓直徑99mm231mm齒頂圓直徑 104.515mm223.363mm齒根圓直徑92.382mm228.164mm錐

11、距 125.660mm齒寬45mm40mm三、 低速級圓柱齒輪傳動的設計(一) 選定齒輪類型精度等級材料及齒數(shù)1. 按傳動方案選用斜齒圓柱齒輪傳動。2. 經(jīng)一級減速后二級速度不高，故用8級精度。3. 齒輪材料及熱處理小齒輪選用45鋼調(diào)質，平均硬度為235HBS，大齒輪材料為45剛正火，平均硬度為190HBS，二者材料硬度差為40HBS。4. 齒數(shù)選擇 選小齒輪齒數(shù)，根據(jù)高速級傳動比，得低速級傳動比，則大齒輪齒數(shù)，取=97。 實際傳動比 傳動比誤差=0.0995，在允許誤差范圍內(nèi)。5. 選取螺旋角。初選螺旋角=14。（二） 按齒面接觸強度設計1. 確定各參數(shù)的值:1) 試選載荷系數(shù)=1.62)

12、計算小齒輪傳遞的扭矩。 3) 查課本表10-7選取齒寬系數(shù)。4) 查課本表10-6得材料的彈性影響系數(shù)。5) 教材1021d圖按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；1021c圖按齒面硬度查得大齒輪接觸疲勞強度極限。6) 按式(1013)計算應力循環(huán)次數(shù)7) ；8) 查教材1019圖接觸疲勞壽命系數(shù)，。9) 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，則 = =1.2310) 查課本圖10-30 選取區(qū)域系數(shù) Z=2.433。11) 查課本圖10-26 得，則=0.788+0.865=1.653 。2. 計算1) 試算小齒輪分度圓直徑d，由計算公式得 =65.367mm2) 計算

13、圓周速度 3) 計算齒寬b和模數(shù) b= =4) 齒高 =5) 計算縱向重合度 6) 計算載荷系數(shù)K 已知使用系數(shù)，根據(jù)v=1.056m/s，8級精度，查課本圖10-8得動載系數(shù)；查課本表10-4得K=1.46；查課本圖10-13得K=1.35；查課本表10-3得。 故載荷系數(shù) 7) 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 8) 計算模數(shù)=（三） 按齒根彎曲強度設計1. 確定計算參數(shù)1) 計算載荷系數(shù) 2) 小齒輪傳遞的扭矩3) 根據(jù)縱向重合度，查課本圖10-28得螺旋角影響系數(shù)=0.88。4) 計算當量齒數(shù) 5) 查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù) 查課本表10-5得。6) 計算彎曲疲勞許用應力 查課本

14、圖10-20c得齒輪彎曲疲勞強度極限。 查課本圖10-18得彎曲疲勞壽命系數(shù)。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則 7) 計算大小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值大，選用大齒輪。2. 設計計算 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，又有齒輪模數(shù)m的大小要有彎曲強度覺定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關，所以可取彎曲強度算得的模數(shù)1.977 mm并就近圓整為標準值（摘自機械原理教程第二版清華大學出版社 4.3 標準模數(shù)（摘自GB/T13571987），而按接觸強度算得分度圓直徑=71.626mm重新修正齒輪齒數(shù)， ,取整，則，

15、為了使各個相嚙合齒對磨損均勻，傳動平穩(wěn)，一般應互為質數(shù)。故取整。實際傳動比，與原分配傳動比4.038基本一致，相差0.2%。3. 幾何尺寸計算1) 計算中心距 將中心距圓整為181mm。2) 按圓整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改變不多,故參數(shù),等不必修正。3) 計算大小齒輪的分度圓直徑4) 計算齒輪寬度 圓整后取b=72mm小齒輪，大齒輪。4. 校核，同高速級齒輪一樣，（略）。5. 齒輪結構設計 小齒輪3由于直徑小，采用齒輪軸結構；大齒輪5采用孔板式結構，結構尺寸按經(jīng)驗公式和后續(xù)設計的中間軸配合段直徑計算，大斜齒圓柱齒輪見下表5；大齒輪4結構草圖如上圖。低速級圓柱斜齒輪傳動尺寸見下表

16、。 大斜齒輪結構草圖 表5 斜齒大圓柱齒輪結構尺寸名稱結構尺寸經(jīng)驗計算公式計算值榖空直徑d由軸設計而定d=d軸50mm輪轂直徑80mm輪轂寬度L75mm（取為與齒寬相等）腹板最大直徑268mm板孔分布圓直徑174mm板孔直徑（4765.8）mm腹板厚度C18mm表6 低速級圓柱斜齒輪傳動尺寸名稱計算公式計算值法面模數(shù)2.5mm法面壓力角螺旋角齒數(shù)28113傳動比4.036分度圓直徑72.006mm290.113mm齒頂圓直徑77.006mm295.113mm齒根圓直徑65.756mm283.863mm中心距 181mm齒寬80mm75mm四、 設計軸的尺寸并校核。(一) 軸材料選擇和最小直徑估

17、算 軸采用材料45鋼，進行調(diào)質處理。則許用應力確定的系數(shù)103，取高速軸 ，中間軸，低速軸。按扭轉強度初定該軸的最小直徑 ，即： 。當軸段截面處有一個鍵槽，就將計數(shù)值加大5%7%，當兩個鍵槽時將數(shù)值增大到10%15%。1. 高速軸：，因高速軸安裝聯(lián)軸器有一鍵槽，則：24.110mm。對于連接電動機和減速器高速軸的聯(lián)軸器，為了減少啟動轉矩，其聯(lián)軸器應具有較小的轉動慣量和良好的減震性能，故采用LX型彈性柱銷聯(lián)軸器（GB/T50142003）。1) 聯(lián)軸器傳遞的名義轉矩=9550計算轉矩 （K為帶式運輸機工作系數(shù)，K=1.251.5, 取K=1.5 ）。2) 根據(jù)步驟1、2 和電機直徑d電機= 42

18、 mm，則選取LX3型聯(lián)軸器。其中：公稱轉矩，聯(lián)軸器孔直徑 d=（30、32、35、38、40、42、45、48）滿足電機直徑d電機= 42 mm。3) 確定軸的最小直徑。根據(jù)d軸=（0.81.2）d電機，所以。取2. 中間軸：。該處軸有一鍵槽，則：，另考慮該處軸徑尺寸應大于高速級軸頸處直徑，取 。3. 低速軸：?？紤]該處有一聯(lián)軸器和大斜齒圓柱齒輪，有兩個鍵槽，則：，取整：。(二) 軸的結構設計 根據(jù)軸上零件的結構、定位、裝配關系、軸向寬度及零件間的相對位置等要求，參考表4-1、圖4-24（機械設計課程設計第3版哈爾濱理工大學出版社），初步設計軸草圖如下A. 高速軸的結構設計 高速軸軸系的結構

19、如圖上圖所示。1) 各軸段直徑的確定 ：最小直徑，安裝與電動機相連聯(lián)軸器的軸向外伸軸段，。 ：根據(jù)大帶輪的軸向定位要求以及密封圈標準，取45mm3.軸承處軸段，根據(jù)圓錐滾子軸承30210 確定軸徑50mm4.軸環(huán)段取60mm5.軸承處根據(jù)軸承取50mm6.小錐齒輪處取40mm2) 軸各段長度1. 由選擇的聯(lián)軸器取60mm2. 由箱體結構、軸承端蓋、裝配關系等確定40mm3. 由圓錐滾子軸承確定20mm4. 由裝配關系、箱體結構確定110mm5. 由圓錐滾子軸承確定20mm6. 由套筒及小錐齒輪確定63mmB. 中間軸直徑長度確定1）初步選定圓錐滾子軸承，因軸承同時承有徑向力和軸向力的作用，故選

20、單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)=40mm，由課程設計表12.4軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承選用型號為30209，其主要參數(shù)為：d=45，D=85，T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,所以取其直徑45mm。 2）因為安裝小斜齒輪為齒輪軸，其齒寬為80mm，直徑為77.006mm，所以長80mm直徑77.006mm。 3)軸的軸環(huán)段直徑60mm，長10mm。C. 輸出軸長度、直徑設置。1）初步選定圓錐滾子軸承，因軸承同時承有徑向力和軸向力的作用，故選單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)=40mm，由課程設計表12.4軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本

21、游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承選用型號為30209，其主要參數(shù)為：d=45，D=85，T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,所以取其直徑45mm。 2）因為安裝大斜齒輪，其齒寬為75mm，所以長75mm直徑50mm。 3)軸的軸環(huán)段直徑60mm，長10mm。 4）過渡軸直徑50mm 長度58mm 5）軸承端直徑45mm，長度42mm 6）箱蓋密封軸直徑40，長度35mm 7)選擇聯(lián)軸器的直接35mm，長度60mm。五、 軸的校核(中間軸)(一) 軸的力學模型建立(二) 計算軸上的作用力大錐齒輪2：圓周力 徑向力 軸向力 斜小圓齒3：圓周力 徑向力 軸向力 (三) 計算支反力1.

22、 計算垂直面支反力（XZ平面）如圖由繞支點A的力矩和 則：同理：.則 ，計算無誤。2. 計算水平面支反力（XY平面）與上步驟相似，計算得： ，(四) 繪扭矩和彎矩圖1. 垂直面內(nèi)彎矩圖如上圖。 C處彎矩 左= D處彎矩 2. 繪水平面彎矩圖，如圖所示. C處彎矩： D處彎矩： 3. 合成彎矩圖 如圖 C處最大彎矩值 ： D處最大彎矩值： 4. 轉矩圖 5. 彎扭合成強度校核進行校核時，根據(jù)選定軸的材料45鋼調(diào)質處理。由所引起的教材151查得軸的許用應力應用第三強度理論而C處采用的齒輪軸，D處直徑50mm，遠大于計算尺寸。故強度足夠。(五) 安全系數(shù)法疲勞強度校核對一般減速器的轉軸僅適用彎扭合成

23、強度校核即可，而不必進行安全系數(shù)法校核。1. 判斷危險截面對照彎矩圖、轉矩圖和結構圖，從強度、應力集中方面分析，因C處是齒輪軸，故C處不是危險截面。D截面是危險截面。需對D截面進行校核。2. 軸的材料的機械性能根據(jù)選定的軸的材料45鋼，調(diào)質處理，由所引用教材表151查得：。取3. D截面上的應力因D截面有一鍵槽，。所引：抗彎截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)彎曲應力幅，彎曲平均應力；扭轉切應力幅，平均切應力。4. 影響系數(shù)D截面受有鍵槽和齒輪的過盈配合的共同影響，但鍵槽的影響比過盈配合的影響小，所以只需考慮過盈配合的綜合影響系數(shù)。由教材表38用插值法求出：，取，軸按磨削加工，由教材附圖34求出表面質量系數(shù)：

24、。故得綜合影響系數(shù)： 5. 疲勞強度校核軸在D截面的安全系數(shù)為：取許用安全系數(shù)，故C截面強度足夠。六、 校核高速軸及輸出軸 校核該軸與中間軸方法一樣，故步驟省略。經(jīng)校核后，兩軸強度足夠。七、 滾動軸承的選擇及計算1. 輸入軸滾動軸承計算初步選擇滾動軸承，由機械設計（機械設計基礎）課程設計表15-7中初步選取0基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承30210，其尺寸為， ，載荷水平面H垂直面V支反力F則則則，則 則故合格。2. 中間軸和輸出軸軸滾動軸承計算初步選擇滾動軸承，由機械設計（機械設計基礎）課程設計表15-7中初步選取0基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承30209，其尺寸為 ，

25、載荷水平面H垂直面V支反力F則則則，則 則故合格八、 鍵聯(lián)接的選擇及校核計算1. 輸入軸鍵計算校核聯(lián)軸器處的鍵連接，該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長度，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉矩為： ，故單鍵即可。2. 中間軸鍵計算校核聯(lián)軸器處的鍵連接，該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長度，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉矩為： ，故單鍵即可。3. 輸出軸鍵計算校核圓柱齒輪處的鍵連接，該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長度，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉矩為： ，故單鍵即可。九、 聯(lián)軸器的選擇在軸的計算中已選定聯(lián)軸器型號。1. 輸入軸選HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為160000，半聯(lián)軸器的孔徑，故取，半聯(lián)軸器長度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度

26、為38mm。2. 輸出軸選選HL3型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為630000，半聯(lián)軸器的孔徑，故取，半聯(lián)軸器長度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為84mm。十、 潤滑與密封齒輪采用浸油潤滑，由機械設計（機械設計基礎）課程設計表16-1查得選用N220中負荷工業(yè)齒輪油（GB5903-86）。當齒輪圓周速度時，圓錐齒輪浸入油的深度約一個齒高，三分之一齒輪半徑，大齒輪的齒頂?shù)接偷酌娴木嚯x3060mm。由于大圓錐齒輪，可以利用齒輪飛濺的油潤滑軸承，并通過油槽潤滑其他軸上的軸承，且有散熱作用，效果較好。密封防止外界的灰塵、水分等侵入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┑穆┦?。十一?設計主要尺寸及數(shù)據(jù) 表11-1鑄鐵減速器機體機構尺寸計算表名稱符號尺寸關系結果mm機座壁厚0.0125（d1+d2）88機蓋壁厚8機座凸緣厚度b1.512機蓋凸緣厚度b11.512機座底凸緣厚度P2.520地腳螺釘直徑12地腳螺釘數(shù)目n44軸承旁連接螺栓直徑d10.75 df10機