圓錐-圓柱齒輪減速器課程設(shè)計說明書

1、機械設(shè)計課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：圓錐 - 圓柱齒輪減速器姓名：專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：完成日期：2014年12月3目錄1設(shè)計任務(wù)書 .12兩級圓柱齒輪減速器設(shè)計 .32.1傳動方案的擬定及說明 .32.2電動機的選擇 .42.3計算傳動裝置的運動和動力參數(shù). 72.4傳動件的設(shè)計計算 .92.5軸的設(shè)計計算 .262.6滾動軸承的選擇及計算 .412.7鍵聯(lián)接的選擇及校核計算 .432.8箱體設(shè)計計算 .452.9潤滑與密封 .463設(shè)計小結(jié) .501 設(shè)計任務(wù)書1設(shè)計題目設(shè)計用于鏈式運輸機的圓錐圓柱齒輪減速器。傳動裝置簡圖如下圖所示。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：圓錐齒輪可以改變力

2、矩的方向， 可以減小尺寸，節(jié)約成本。圖 1.1 傳動方案（ 1）鏈式運輸機數(shù)據(jù)見數(shù)據(jù)表格。（2）工作條件兩班制工作，單向、連續(xù)運轉(zhuǎn)，工作中有輕微振動。運輸帶允許速度誤差為±5（3）使用期限工作期限為十年（4）生產(chǎn)批量及加工條件小批量生產(chǎn)。2設(shè)計任務(wù)1）選擇電動機型號；2）設(shè)計減速器；3）選擇聯(lián)軸器。3具體作業(yè)1）減速器裝配圖一張；2）零件工作圖二張；3）設(shè)計說明書一份。14數(shù)據(jù)表22 圓錐 - 圓柱齒輪減速器設(shè)計設(shè)計計算及說明結(jié)果2.1傳動方案的擬定及說明設(shè)計內(nèi)容。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：圓錐齒輪可以改變力矩的方向，可以減小尺寸，節(jié)約成本。圖 1.2傳動方案3設(shè)計計算及說明結(jié)果2.2電動機的選

3、擇1 選擇電動機類型和結(jié)構(gòu)型式由電動機工作電源 , 工作條件和載荷特點選擇三相異步電動機。2 選擇電動機的容量標準電動機的容量由額定功率表示。所選電動機額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，則不能保證工作機正常工作，或使電動機長期過載， 發(fā)熱大而過早損壞；容量過大，則增大成本，并且由于效率和功率因數(shù)低而造成浪費。由工作所給的運輸鏈工作拉力F=3000N，運輸鏈工作速度V=0.8m/s 得工作機所需功率Pw 為：Pw FV kw 30000.82.4kw10001000電動機至工作機之間傳動裝置的總效率為：Pw2.4kw478.3 = 1 × × 3

4、5; 4 × 5 =0.94 ×0.98 ×0.98 × 0.98 × 0.98 × 0.97× 0.99 × 0.94=78.3 所需電動機的功率為：Pw2.4P03.06kw0.783式中：4設(shè)計計算及說明結(jié)果1 傳動鏈的效率；2 滾動軸承的效率；3 圓柱齒輪的效率；4 聯(lián)軸器的效率；5 圓錐齒輪的效率；因為電動機的額定功率P略大于 Pd額，取 P 4.0kw額5設(shè)計計算及說明結(jié)果2.3計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)1. 確定電動機的轉(zhuǎn)速，總傳動比與各級傳動比60000V600000.860r / minnw10

5、80zpndnw i1i 29601200 / minrY123M1-6型三相異步電動機，其P額 =4.0kw， nm =960r/min 。傳動裝置的總傳動比為：n m960i a16n w60式中： nw 電動機的滿載轉(zhuǎn)速， r/min ；nw960r / minnm 工作機的轉(zhuǎn)速， r/min 。i 總8i12二級傳動中，總傳動比應(yīng)為：i 24ii1i 2鏈傳動的傳動比 i 02 ，則減速器的傳動比為：6設(shè)計計算及說明結(jié)果i 總i a16i8i 02圓錐 - 圓柱齒輪減速器，高速機圓錐齒輪傳動比i13i10.25i2i 2i / i 14式中： i1 高速級齒輪的傳動比；i2 低速級齒輪

6、的傳動比。2. 計算傳動裝置的運動和運動參數(shù)1）各軸轉(zhuǎn)速：傳動裝置從電動機到工作機有三軸，依次為 1、2、3 軸，則：n1n m960 r / minn2n1960480 / mini12rn3n2480120r / mini 24n1 、 n2 、 n3 分別為1、 2、 3 軸的轉(zhuǎn)速， r/min ； 1 軸為高速軸， 3 軸為低速機。7設(shè)計計算及說明結(jié)果1）各軸轉(zhuǎn)速：傳動裝置從電動機到工作機有三軸，依次為 1、2、3 軸，則：n 1n m960 r / minn2n1960i1480r / min2n3n2480i2120r / min4n1 、 n2 、 n3 分別為1、 2、 3 軸

7、的轉(zhuǎn)速， r/min ； 1 軸為高速軸， 3 軸為低速機。8設(shè)計計算及說明結(jié)果2）各軸轉(zhuǎn)矩：Td9550 Pd39.40 N mnmT19550P1 /1=36.31N.mT29550P /3=68.31N.mT 39550P3 /3 =251.49N.mTd 電動機的輸出轉(zhuǎn)矩；T1T2T3 1 2 3軸的輸入轉(zhuǎn)矩。3) 各軸效率：P1Pd n12n23.060.940.983.65kwP2Pn12 n33.650.960.983.43kwP3P2 n3n43.430.940.983.16kw5 傳動鏈的設(shè)計取小齒輪數(shù)Z1=21, 大齒輪數(shù)Z2=42，由表得K A =1.1 ，K Z =1.

8、22功率：P KA KZP2 1.1 1.22 3.43=4.60kw型號 ：n2=120r/min查圖表得 16A-1節(jié)距 ：查表得 P=25.4T136.31N.mT268.31N.mT3251.49N .mP3.65kw1P23.43kwP33.16kw9設(shè)計計算及說明結(jié)果中心距：初選中心距取，相應(yīng)鏈長節(jié)數(shù)為112.02mm 取 114mm用 線性 插直 查表 得， 中心 距 計算 系 數(shù)f1=0.24917=1044mm潤滑方式 :V=1.067m/s由 V=1.067m/s, 鏈號 16A-1，查圖得采用滴油潤滑壓軸力：鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù) 1.15 ，3697N結(jié)論由下表給出

9、：鏈條型號鏈輪齒數(shù)鏈節(jié)數(shù)中心距16A-1Z1=21P=114a=1044mmZ2=4210設(shè)計計算及說明結(jié)果2.4傳動件的設(shè)計計算1. 高速級圓錐齒輪傳動的設(shè)計計算1) 選定齒輪的類型精度等級、材料及齒數(shù)：（1） 選擇材料及熱處理小圓錐選用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度為 280HBS，大圓錐齒輪選用 45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 , ,（2） 選齒輪小齒輪選 z1 =24，大齒輪選 z2 =i1 z1 =48，互質(zhì)選49，大小錐齒輪選用 7 級精度。（3）軸交角90。的直齒錐齒輪傳動z2u2 tan 2 cot 1 ，得 2 64 , 1 26

10、 。， z12) 按齒面接觸疲勞強度計算d1t 34ZE2 Z H2KT122HR1 0.5Ru1）定公式內(nèi)的各計算數(shù)值11設(shè)計計算及說明（ 1） 計算小圓錐齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1 =3.94 104 N .mm；（ 2）查表可知錐齒輪傳動的齒寬系數(shù) d =0.3 ；（ 3）從表 10-5 查得材料的彈性影響系數(shù) zE=189.8MPa ；查圖10-20 得 zH2.5（ 4）由圖10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極 限H lim1a ， 大 齒 輪 的 接 觸 疲 勞 強 度 極 限600MPH lim2 =550MPa ；（ 5）計算應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)：N 160n1 jL h 6

11、0960 1 2 8 3000 1.38 109N 2N1/ 20.67109（ 6）計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，取接觸疲勞壽命系數(shù)K HN 10.90， K HN 20.94。由式（ 10-12 ）得：K HN1H lim10.89600MP534MPa ,H 1SKHN2H lim20.95550 MP522.5MPa ;H 2S取較小者，即該齒輪副的接觸疲勞應(yīng)力H =522.5Mp2 ）計算試算小齒輪分度圓直徑d1 并代入 H 中較小的值結(jié)果H 517MPa d1 72.501mm12設(shè)計計算及說明結(jié)果d134Z H2Z E2 KT1210.5R2uHd41

12、89.822.83.94104311210.52522.523372.501mm所以平均分度圓直徑為：72.501 1 0.5 1V 3.097m/sdm1 d1 1 0.5 R61.626mm3計算錐齒輪平均分度圓處的圓周速度為：dm1n13.14 61.626 9603.097m / sV6060m / s10001000根據(jù) V3.097m / s ， 7級精度由圖10-8 查得動載荷系數(shù)KV1.12，返回校核載荷系數(shù)：KK A KV K H KH1.251.121.2801.792兩者相差不大，可用試選的KV 進行設(shè)計計算。3）計算模數(shù)md1 / z180.688 / 24mm1.79

13、213設(shè)計計算及說明結(jié)果3) 按齒面的彎曲疲勞強度計算K Ft T1YFaYSamt 32 z12 u 2 1R1 0.5 RF（ 1） 算載荷系數(shù)KK A KV K F K F1.251.2 1.8752.8（2）由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN10.82，KFN20.83；（ 3） 由 圖10-20c查 得 小 齒 輪 的 彎 曲 疲 勞 強 度 極 限FE1500MPa ，大齒輪的彎曲疲勞強度極限FE 2380MPa ；（ 4） 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得FN1FE1F 1SFN1KE 1F 2S0.825002205MP a0.833802157.

14、7MP a（ 5） 查取齒形系數(shù)由表 10-5查得 YFa1=2.64，YSa1=1.59，2.17，Ysa21.81Y Fa 2YFaYSa（6）計算大小齒輪的F并加以比較YFa 1YSa12。64 1.590.0205F1=205YFa 2YSa22.17 1.810.0249157.7F2=14設(shè)計計算及說明結(jié)果（ 7） 設(shè)計計算mKFt T1YFa YSa1.692mm32 z12 u2R1 0.5 R1 F2) 調(diào)整齒輪模數(shù)d 1 mtz1 1.6922440.608mmd m1d 1(1 0.5R)40.608(1 0.5 0.3) 34.517vmd m1n134.517 960

15、1000601.735m / s601000（ 1） V=1.735m/s,7 級精度，查圖 10-8 得1.17KV（2） KF1 K F 1,K h1.020,K FB 1.08（3） KFKAKVKF KF1 1.05 1 1.081.134K F1.578mmm m 3K Ftt根據(jù)齒根彎曲疲勞強度計算，取標準模數(shù)m=2對比結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m 大于由齒根彎曲強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪的直徑有關(guān)。取由彎曲強度算得的模數(shù)1.692 ，并就近圓整為標準值 2。按接觸強度算得的模數(shù)1.6

16、92 ，并就近圓整為標準值 2. 按接觸強度得分度圓直徑d1=80.688mm.算得小齒輪d180.688uz184.互質(zhì)取 85z140.344，取 42 z2m2z142z28515設(shè)計計算及說明結(jié)果4) 幾何尺寸計算(1) 算分度圓直徑d184mmd1z1m42284mmd2170mmd2z2m852170mmb28.44m mR134.08mm2（2126.29(2)錐距u1）mmRd185/ 42 1263.312842134.08(3)錐齒寬度bRd121 / 228.44mm1arctan(1 /)arctan(42/ 85)26.2929026.2963.312. 低速級圓柱齒

17、輪傳動的設(shè)計計算1. 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)（1）選擇材料及熱處理：小圓柱選用 45#鋼，調(diào)質(zhì)硬度為 240HBS，大圓柱齒輪選用（ 2） 初定齒數(shù)：小圓柱選 24，大齒輪選z4i 2 z324496; 互質(zhì)取 97（3） 選 7 級精度45#鋼，調(diào)質(zhì)硬度為200HBS（4）取壓力角20螺旋角1416設(shè)計計算及說明結(jié)果2 按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式（ 10-9a ）進行試算即d3t 2.32 3KtT1 u 1 ( ZE )2 ;duH1）確定公式內(nèi)各計算數(shù)值：（ 1） 試選載荷系數(shù) K t 1.4 ;（ 2） 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T2 68.24N m ;（ 3） 由表 10

18、-7 選取齒寬系數(shù) d 1;1（ 4） 由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)Z E 189.8Mpa 2；Z H 2.433（ 5）tarctan(tan n / cos )20.562（ 6）at1arccosZ 1cos t /( Z12han* cos )29.947 同理at 223.375（ 7）Z（ tanat1tant)Z4(tanat 2tant) / 2 1.6523（ 8）d Z3tan /1 tan14/1.905（9） Z( 4-）（1-）0.4453（ 10）Zcoscos140.98517設(shè)計計算及說明結(jié)果（ 11）T19550 103P / n7.2 104 N

19、.mm（ 12）由圖 10-21d 按齒輪硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限H lim1550MPa ，大齒輪的接觸疲勞強度極限H lim2500MPa ;（ 13）由式 10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N360n3 jL H6017228360 10 5.94 109N4N 3 / 4.1851.42 109;（ 14）由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù)：K HN10.93， K HN20.98;N360n3 jL H601722 8 360 10 5.94 109;N4N 3 / 4.1851.42 109（15）由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)：K HN10.93， K HN20.98;

20、K HN 1Hlim 10.93600H1S1558MPaK HN2Hlim 20.98550H2s1539MPa18設(shè)計計算及說明結(jié)果取較小H539MPa2）計算：（1） 試算小齒輪分度圓直徑 d3 t , 代入H 中較小值2KtT1 u21ZEd3t3udH32.855mm（2）計算圓周速度 V：（3）計算齒寬 b：bd d3t32.855mm（4）計算齒寬與齒高之比 b/h ：模數(shù)mtd3t z332.855/ 24 1.37mm,齒高h2.25mt2.25 1.37mm3.08mm ,b32.85510.67 ;h3.08（5） Vd3t n23.14 32.8554806010006

21、0 1000計算載荷系數(shù)：0.826m / s（6） 根據(jù) v0.826m / s ，7 級精度，由圖 10-8 查得動載荷系數(shù) K v1.03 ；計算載荷系數(shù)：根據(jù) v0.826m / s， 7級精度，由圖10-8 查得動載荷系數(shù)K v1.03 ；19設(shè)計計算及說明結(jié)果直 齒 輪 假 設(shè)K A Ft / b100N / mm ； 由 表10-3查 得K HaK Fa1.2 ；由表10-2 查得使用 K A1.25 ；有由表10-4查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時K H1.2 ;由 b / h =10.67 ， K H1.309，查圖 10-13 得 K F1.355 ，故載荷系數(shù)

22、K HKAK VKH KH1 1.03 1.2 1.39 2.022 ;（ 7）按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由式（10-10a ）d3d3t 3 K K t37.138mm;（ 8） 計算模數(shù) mmd3 cosz337.138 cos1424mm1.50mm。3 按齒根彎曲強度設(shè)計由式（ 10-5 ）得彎曲強度的設(shè)計公式為：m2KT2YF YF;32d Z3F1）確定公式的各計算數(shù)值：（ 1） 由圖 10-20c齒輪的彎曲疲勞強度極限FE 3 380MPa ，F(xiàn)E 4 370MPa ；20設(shè)計計算及說明結(jié)果（ 2）由 圖 10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)K FN 3 0.88 ， FN

23、H40.90 ；（ 3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4，由式（ 10-12 ）得FFN 3FE3314.28MPaF 3SFFN4FE 4244.29 MPaF 4S（ 4）計算載荷系數(shù) KK FK A K V K 1.25 1.03 1.2 1.342.07（ 5）查得齒形系數(shù)與應(yīng)力校正系數(shù)由表 10-5 查得 YFa32.62，YSa31.58，YFa42.18，YSa41.82計算大小齒輪的 YFaYSa 并比較大小FYFa 3YSa32.621.580.0132F4314.28YFa 4YSa42.2221.768 0.01633F4240.521設(shè)計計算及說明結(jié)果小

24、齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計計算：m2KT2 YF YF32 1.4 7.2 1040.01621.414m m324 2d z32F對比計算結(jié)果由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于齒根彎曲強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面的接觸強度所決定的承載能力僅與z330z4121齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.414 并就近似圓為 標 準 值 m2mm ， 按 接 觸 強 度 算 得 的 分 度 圓 直 徑d332.855mm 算出小齒輪齒數(shù)：d337.183Z3 30z318.59m2取大齒輪齒數(shù)z4uz3430120取 Z41214 幾何尺寸計

25、算1 ）計算螺旋角和分度圓直徑：22設(shè)計計算及說明arccos ( z3z4 ) mn14.252aZ1 M n30 258.45mmd3cos14.25cosd4 z4 m972.5mm242.5mm2）計算中心距：aZ 3Z4 M n 2 cos57.5242.5 cos129.85mm3）計算齒輪寬度：bd d358.45mm取 b459mm， b365mm5 圓整中心距后的強度校核1）尺面接觸疲勞強度校核結(jié)果14.25d360mmd4245m ma130mmb365mmb459mm23設(shè)計計算及說明結(jié)果tarctan(tan 1 / cos )arctan(tan20/ cos13.0

26、45 )20.48at1arccosz3cost/( z32han cos)28.398at 2arccosz4cost/(z42han cos22.787z3 (tan at1tant )z4 (tanat 2tan t ) / 21.7d z1tan/30 tan13.045 /2.21( 4)(1)z30.61zcoscos13.0450.9872KHT1(1)346.67MPa539MPaHd d13zH zE z zH齒面接觸疲勞滿足要求2）齒根彎曲疲勞強度校核T7.20104 N/mmKFKAKKFKF1vv60d1 n158.45 4801.47m / s1000601000bd

27、d158.45mmh (2hanCn )mn(2 10.25) 24.5mm根據(jù) V=1.47m/s,758.45b / h12.99m/s4.5、級精度，查表得Kv=1.0524設(shè)計計算及說明結(jié)果Ft2T127.2104N2463.6Nd158.45K AFt 1.252463.6 N / mm 52.68N / mm100N / mmb58.45由表查得K H1.2K H1.418可得結(jié)合 b/h=12.99K F1.4K FKAKVKH KF1.251.051.21.42.205barctan(tancost ) arctan(tan13.045cos20.48 ) 12.25v/ co

28、s2b1.7 / cos2 12.251.780Y0.250.75/0.250.75 / 1.780.67Yp112012.2113.0450.759120ZZv3Z3 / cos330 / cos3 13.04532.45v4Z4 / cos3121 / cos3 13.045130.87查表得 YFa1 2.50 YFa 2 2.20Ysa1 1.64Ysa 21.822K F1T1YSa1YFa1Y Yp cos280.139MPa314.28 MP aF1Fd mn3 Z13F22K FT1Ysa 2Ysa2Y Yp cos278.26MPaF 244MPad mn3z1325設(shè)計計算

29、及說明結(jié)果滿足齒根彎曲疲勞，且小齒輪的抗彎曲破壞能力大于大齒輪6. 結(jié)論如下表齒數(shù)齒寬螺旋角精度等級壓力角中心距Z1=30b1=65mm13.045720a=129mmZ2=121b2=59mm2.5 軸的設(shè)計與計算一 輸出軸 1 的設(shè)計：1)輸入軸上的功率P13.65kw ，轉(zhuǎn)速 n1960r / min 轉(zhuǎn)矩T136.31N.m202) 求作用在齒輪上的力：因已知高速級小錐齒的分度圓直徑為 d1 84mm，而Ft2T121032.60N 864.52Nd184FrFttancos11728.57 tan 20cos26.095282.59NFaFttansin11728.57 tan 20sin 26.095138.41N3）初步確定軸的最小直徑：先按式（15-2 ）初步估算軸的最小直徑。 選取軸的材料為 45# 鋼，調(diào)質(zhì)處理。26設(shè)計計算及說明結(jié)果根據(jù)表 15-3 ，取 A0126 ，于是得dmin19.67mmTca45387.5N.mmdminA0 3P1126 3 3.6519.67mmn1960輸入軸的最小直徑顯然是安聯(lián)軸器的直徑d12 ，為使所選的軸直徑 d12 與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選聯(lián)軸器的型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩TcaK