錐柱減速器設計說明書

機械設計課程設計說明書機械·機制0510班陸晴云012005008834PAGE1機械設計課程設計說明書機械學院機制0510班陸晴云012005008834指導老師：姜柳林張江濤2008年6月目錄Ⅰ、設計任務書…………（3）Ⅱ、機械傳動裝置的總體方案設計……………………（3）一、總體傳動方案設計………………（3）二、選擇電動機………………………（4）三、計算總傳動比和分配傳動比……………………（6）四、傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)的計算……………（6）Ⅲ、傳動零件的設計計算和軸承零部件的初步選擇………………（8）一、開式齒輪傳動的設計計算……………………（8）二、減速器內部齒輪傳動零件的設計計算……（10）（一）、高速級圓錐齒輪的設計計算………（10）（二）、低速級圓柱齒輪的設計計算………（14）三、初算軸的直徑………………（18）四、選擇聯(lián)軸器…………………（19）五、選擇滾動軸承………………（20）Ⅳ、軸的結構設計……………………（21）一、軸的強度校核………………（21）二、軸承的壽命計算……………（23）三、鍵的強度校核………………（24）四、軸承蓋干涉分析……………（24）Ⅴ、減速器的結構與潤滑……………（25）一、箱體…………（25）一、附件…………（26）一、潤滑…………（26）Ⅵ、設計小結…………（27）參考資料………………（28）Ⅰ、設計任務書設計題目：設計帶式運輸機傳動裝置中的圓錐-圓柱齒輪減速器（外傳動件為開式齒輪）設計數(shù)據(jù)及工作條件：輸送帶有效拉力F=10000牛；輸送帶工作速度V=0.55米/輸送帶滾筒直徑D=360毫米傳動比允許誤差（2%—4%）；生產規(guī)模：小批量；工作環(huán)境：稍有灰塵；載荷特性：較平穩(wěn)；工作期限：5年2班制。設計注意事項：設計由減速器或其他機械傳動裝配圖1張，零件圖2張，及設計計算說明書1份組成。設計中所有標準均按我國標準采用，設計說明書應按規(guī)定紙張及格式編寫。設計圖紙及設計說明書必須按進度完成，徑指導老師審查認可后，才能給予評分或答辯。設計期限：自2008年6月9日至2008年7月4日。Ⅱ、機械傳動裝置的總體方案設計一、總體傳動方案設計：帶式輸送機傳動系方案如下圖所示。帶式輸送機由電動機驅動。電動機1通過連軸器2將動力傳入減速器3,再經(jīng)連軸器及開式齒輪將動力傳至輸送機滾筒4,帶動輸送帶5工作。傳動系統(tǒng)的減速器由兩級圓錐-圓柱齒輪構成。圓錐齒輪置于高速級，可以減小圓錐齒輪尺寸、便于加工。這種減速器結構復雜，制造成本較高。但機器總體布局的橫向尺寸小，比較緊湊。二、選擇電動機（1）電動機的功率由已知條件可以計算出工作機所需的有效功率：設：聯(lián)軸器效率閉式圓錐齒輪傳動效率閉式圓柱齒輪傳動效率開式圓柱齒輪傳動效率一對滾動軸承的效率輸送機滾筒效率估算傳動系統(tǒng)總效率：式中：是輸送機滾筒軸至輸送帶間的傳動效率總效率工作機所需電動機功率估算額定功率（2）電動機轉速的選擇輸送機滾筒軸的工作轉速考慮到整個傳動系統(tǒng)為圓錐圓柱齒輪減速，傳動比不宜過大，以減小錐齒輪的尺寸，利于加工。選同步轉速的電動機為宜。（3）電動機型號的選擇根據(jù)工作環(huán)境、載荷特性、工作時間等工作條件，以及工作機所需功率及電動機的同步轉速等，選用Y系列三相異步電動機（即全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機），型號為Y160M－6，其主要性能數(shù)據(jù)如下：電動機的額定功率電動機滿載轉速電動機中心高H=電動機軸外伸軸徑D＝電動機軸外伸長度E＝110mm三、計算總傳動比和分配傳動比傳動系統(tǒng)的總傳動比；由傳動系統(tǒng)方案知，；取開式圓柱齒輪傳動的傳動比；由計算可得圓錐-圓柱齒輪減速器的傳動比；為了便于大錐齒輪加工，高速級錐齒輪傳動比取，低速級圓柱齒輪傳動比；即傳動系統(tǒng)各傳動比分別為：四、傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)的計算將各軸從高速級到低速級依次編號為0軸（電動機軸）、Ⅰ軸（圓錐齒輪副高速軸）、Ⅱ軸（圓錐齒輪副低速軸）、Ⅲ軸（圓柱齒輪副低速軸）、Ⅳ軸（開式圓柱齒輪副高速軸）、Ⅴ軸（開式圓柱齒輪副低速軸）。傳動系統(tǒng)各軸的轉速、功率和轉矩計算如下：0軸（電動機軸）：Ⅰ軸（圓錐齒輪副高速軸）：Ⅱ軸（圓錐齒輪副低速軸）：Ⅲ軸（圓柱齒輪副低速軸）：Ⅳ軸（開式圓柱齒輪副高速軸）：Ⅴ軸（開式圓柱齒輪副低速軸）：將計算結果列于表1中：表1各軸的運動及動力參數(shù)軸號轉速n/(r/min)功率P/kw轉矩T(N/m)傳動比i09707.0269.114Ⅰ9706.9568.4251Ⅱ466.7956.536133.7182.078Ⅲ116.7286.277513.5473.999Ⅳ116.7286.152503.3281Ⅴ29.1825.7861893.6364Ⅲ、傳動零件的設計計算和軸承零部件的初步選擇一、開式齒輪傳動的設計計算(1)選擇齒輪材料、熱處理方式開式齒輪的主要失效形式是輪齒折斷和齒面磨損，按彎曲疲勞強度條件設計計算，并選用硬度大的材料與熱處理方式。大小齒輪材料均選用45號鋼表面淬火，齒面硬度40~50HRC。再將求出的模數(shù)加大10％--15%后取標準值。(2)確定許用應力a、確定極限應力查書圖3-17得，，。b、計算應力循環(huán)次數(shù)、確定壽命系數(shù)查書圖3-19得，c、計算許用應力由書表3-4取，從而取，則（3）初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸a、初步估計齒輪圓周速度，根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用直齒圓柱齒輪傳動；由書表3-5初選8級精度。初選參數(shù)：，由書表3-6取。b、初步計算齒輪的主要尺寸因電動機驅動，載荷較平穩(wěn)，齒輪速度不高，非對稱布置軸的剛性較小，取,則。取。由書圖3－14和3-15查得：。因取小齒輪參數(shù)代入設計式：將加大10%--15%后取標準模數(shù)＝4mm則中心距：分度圓直徑：齒輪圓周速度：滿足初估齒輪圓周速度齒寬：，～。齒頂圓直徑：，齒根圓直徑：（）將主要計算結果列于表2中：分度圓直徑d/mm齒寬b/mm齒數(shù)z模數(shù)m/mm中心距a/mm小齒輪10056254250大齒輪40050100二、減速器內部齒輪傳動零件的設計計算（一）、高速級圓錐齒輪的設計計算(1)選擇齒輪材料、熱處理方式根據(jù)圓錐齒輪的傳動條件，選擇軟齒面齒輪傳動。小齒輪采用45號鋼調質處理，有齒面硬度229~286HBS。大齒輪采用45號鋼正火處理，有齒面硬度169~217HBS。小齒輪按230HBS，大齒輪按170HBS。先按接觸疲勞強度條件設計，再按彎曲疲勞強度條件校核。（2）確定許用應力a、確定極限應力和查書圖3-16有，，,；查書圖3-17有，,。b、計算應力循環(huán)次數(shù)、確定壽命系數(shù)、；。查書圖3-18有，；查書圖3-19有，。c、計算許用應力查書表3-4有安全系數(shù)，（3）初步確定錐齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸a、初步估計圓周速度，根據(jù)錐齒輪傳動的工作條件，選用直齒圓錐齒輪傳動，初選8級精度。初選參數(shù)：b、按齒面接觸疲勞強度條件設計按錐齒輪的傳動特點，取則，查書圖3-11有，；查書表3-2有，；則，大端分度圓直徑：則，分度圓錐角：，當量齒數(shù)：，當量齒數(shù)比大端模數(shù)：，取標準值4.5mm錐距：故有分度圓直徑：，齒寬：，圓整后取42mm齒寬中點處：直徑：，模數(shù)：圓周速度：，故大小錐齒輪改選7級精度。（4）按輪齒彎曲疲勞強度校核按當量齒數(shù)查書圖3-14有，查書圖3-15有，則，故方案可行。大端齒頂圓直徑：，大端齒根圓直徑：，（）選擇等頂隙傳動，有：齒根角頂錐角，根錐角，輪轂外徑=48mm，輪轂寬度=55.4mm；=52mm。將主要計算結果列于表3中：大端直徑d/mm齒數(shù)z齒寬b/mm錐距R/mm分度圓錐角δ大端模數(shù)m/mm小齒輪1172642134.85025°41′52″4.5大齒輪2435464°18′8″如下圖所示為錐齒輪結構示意圖：（二）、低速級圓柱齒輪的設計計算(1)選擇齒輪材料、熱處理方式小齒輪采用45號鋼調質處理，有齒面硬度229~286HBS。大齒輪采用45號鋼正火處理，有齒面硬度169~217HBS。小齒輪按260HBS，大齒輪按210HBS。先按接觸疲勞強度條件設計，再按彎曲疲勞強度條件校核。(2)確定許用應力a、確定極限應力和查書圖3-16有，，；查書圖3-17有，，。b、計算應力循環(huán)次數(shù)、確定壽命系數(shù)、查書圖3-18有，；查書圖3-19有，。c、計算許用應力查書表3-4有，，，則，（3）初步確定錐齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸a、初步估計齒輪圓周速度，根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪傳動；由書表3-5初選8級精度。初選參數(shù)：。b、按齒面接觸疲勞強度條件設計因電動機驅動，載荷較平穩(wěn)，齒輪速度不高，非對稱布置軸的剛性較小，取,則。查書圖3-11有，；查書表3-2有，；取；。則小齒輪分度圓直徑： 取標準模數(shù)則中心距：圓整后?。盒薷穆菪牵悍侄葓A直徑：齒輪圓周速度：滿足初估齒輪圓周速度齒寬：，圓整后??；～。齒高：（4）按輪齒彎曲疲勞強度條件校核計算當量齒數(shù)：查書圖3-14有，查書圖3-15有，,取計算彎曲應力:故方案可行。齒頂圓直徑：齒根圓直徑：小齒輪采用齒輪軸式，大齒輪輪轂直徑d=58mm。將主要計算結果列于表4中：表4減速器內部圓柱齒輪傳動設計分度圓直徑d/mm齒寬b/mm齒數(shù)z模數(shù)m/mm中心距a/mm螺旋角β小齒輪6464252.516012°25′45″大齒輪25658100如下圖所示為圓柱齒輪結構示意圖：三、初算軸的直徑軸的材料選擇45號鋼。Ⅰ軸（減速器高速軸）：根據(jù)受載情況取C=118，則，圓整后取26mm；Ⅱ軸（減速器中間軸）：根據(jù)受載情況取C=113，則，圓整后取30mm；Ⅲ軸（減速器低速軸）：根據(jù)受載情況取C=107，則，圓整后取45mm；Ⅳ軸（開式齒輪傳動的高速軸）：根據(jù)受載情況取C=107，則，圓整后取45mm。Ⅴ軸（開式齒輪傳動的低速軸）：根據(jù)受載情況取C=106，則，圓整后取68mm。四、選擇聯(lián)軸器（1）對于電動機外伸軸與減速器輸入軸的聯(lián)接有電動機的功率，電動機軸轉速名義轉矩查書表9-2有工作情況系數(shù)，則，。由于軸的轉速較高，為減小啟動載荷，緩和沖擊并能吸振緩沖，選擇具有較小轉動慣量和具有彈性的彈性柱銷聯(lián)軸器。由于軸徑，電動機軸外伸長度E=110mm，選擇HL3型彈性柱銷聯(lián)軸器。其技術參數(shù)有：公稱轉矩，許用轉速，軸孔直徑范圍30mm~48mm。滿足要求。將軸Ⅰ最小直徑修改為30mm。因為無特殊要求，選擇Y型軸孔（長圓柱形軸孔），A型鍵槽（平鍵單鍵槽）。有聯(lián)軸器標記：HL3聯(lián)軸器（2）對于減速器輸出軸與開式齒輪高速軸的聯(lián)接有減速器低速軸功率，轉速名義轉矩，查書表9-2有工作情況系數(shù)，則，。由于軸的轉速較低，傳遞轉矩較大，也可以選擇與上述相同的彈性柱銷聯(lián)軸器。由于軸徑，選擇HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器。其技術參數(shù)有：公稱轉矩，許用轉速，軸孔直徑范圍40mm~63mm。滿足要求。因為無特殊要求，選擇Y型軸孔（長圓柱形軸孔），A型鍵槽（平鍵單鍵槽）。有聯(lián)軸器標記：HL4聯(lián)軸器五、選擇滾動軸承Ⅰ軸（減速器高速軸）：有最小直徑，選擇內徑為35mm的軸承，且同時受軸向力和徑向力作用。初選7207C型號的角接觸球軸承。Ⅱ軸（減速器中間軸）：有最小直徑，選擇內徑為35mm的軸承，且同時受軸向力和徑向力作用。初選7207C型號的角接觸球軸承。Ⅲ軸（減速器低速軸）：有最小直徑，用于外伸軸連接聯(lián)軸器。選擇內徑為50mm的軸承，且同時受軸向力和徑向力作用。初選7210C型號的角接觸球Ⅳ軸（開式齒輪傳動的高速軸）：有最小直徑，選擇內徑為50mm的軸承，且同時受軸向力和徑向力作用。初選7210C型號的角接觸球軸承。Ⅴ軸（開式齒輪傳動的低速軸）：有最小直徑，選擇內徑為75mm的軸承，且同時受軸向力和徑向力作用。初選7215C如下圖所示為角接觸球軸承的結構示意圖：Ⅳ、軸的結構設計一、軸的強度校核軸用45號鋼調質處理，有輸入轉矩：圓周力：徑向力：軸向力:畫圖并計算作用于軸上的支反力如圖為低速軸的結構簡圖及受力簡圖：計算后有：（1圖為垂直面受力圖，2圖為水平面受力圖，3圖為垂直面彎矩圖，4圖為水平面彎矩圖，5圖為轉矩圖，6圖為當量彎矩圖。）（3）校核軸的強度取截面C與截面D為危險截面。取a＝0.6，則：有截面C處的最大當量彎矩為，直徑為58mm。有截面D處的最大當量彎矩為，直徑為49.4mm。考慮鍵槽的影響，查書附表6-8計算，（b=16mm,t=6mm）,;則：故軸的強度安全。二、軸承的壽命計算選擇7210C型角接觸球軸承。有Cr=42800N,Cor=32000N。載荷較平穩(wěn)，取Fr1=2865.126N,Fr2=1540.625N，F(xiàn)A=884.243N。如圖所示軸向力示意圖：（1）計算派生軸向力，（2）計算軸承軸向載荷故軸承2被壓緊，軸承1被放松。則（3）計算當量動載荷軸承1：軸承2：（4）軸承壽命計算由于P2>P1，按P2計算軸承壽命。49.7年>5年故所選軸承合格。三、鍵的強度校核（1）聯(lián)軸器外伸軸選擇C型普通平鍵。有技術參數(shù)：有：故該段軸所選鍵的強度合格。（2）聯(lián)接齒輪處軸段選擇A型普通平鍵。有技術參數(shù)：有：故該段軸所選鍵的強度合格。四、軸承蓋干涉分析根據(jù)所選軸承，在減速器中間軸選擇7207C型號的角接觸球軸承，有D=72mm；在減速器低速軸選擇7210C型號的角接觸球軸承，有D=90mm。按表14-1有軸承蓋外圈最大直徑分別為112mm和130mm。軸承蓋中心距最大為121mm。而減速器低速級齒輪傳動中心距為160mm，故不會發(fā)生干涉。設計合格。Ⅴ、減速器的結構與潤滑如下圖所示為圓錐-圓柱雙級減速器的結構示意圖：一、箱體箱體采用剖分式，由箱座和箱蓋組成，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓聯(lián)接，用圓錐銷定位。并在軸承座孔處設置加強肋。采用灰鑄鐵鑄造箱體。根據(jù)表5-1（減速器鑄造箱體的結構尺寸）有：1、箱體壁厚δ=10mm，箱蓋壁厚=10mm2、箱座凸緣厚度b=12mm，箱蓋凸緣厚度b1=12mm，箱底座凸緣厚度b2=20mm3、箱座、箱蓋上的肋厚m=16mm4、軸承旁凸臺的高度h=50.44mm，半徑R1=20mm5、軸承端蓋大徑：，，（選用6*M8螺釘固定，L＝30mm）6、地腳螺釘選擇M16，軸承旁連接螺栓選擇M12（L＝120mm），箱座箱蓋的連接螺栓選擇M8（L=35mm）；7、視孔蓋尺寸180*140，（選用8*M6螺釘固定）8、起吊箱蓋選用吊耳環(huán)，起吊整機選用吊鉤。9、箱體外壁至軸承座端面的距離大齒輪頂圓與箱體內壁的距離齒輪端面與箱體內壁的距離10、箱體外形總長：箱體外形總寬：箱體外形總高：；11、減速器總長：減速器總寬：減速器總高：二、附件所需附件有窺視孔和視孔蓋，通氣器，軸承端蓋，定位銷，油面指示裝置，油塞，啟蓋螺釘，起吊裝置。除以上以選的附件外，另有：1、由于工作環(huán)境稍有灰塵，通氣器選擇A型M24通氣罩；2、油面指示裝置選用A型M25壓配式圓形游標（A25GB1160.1—1989）；3、放油孔處選擇M20的外六角螺塞與封油墊；4、啟蓋螺釘選擇M8，長度為20mm（1個）；5、定位銷選擇M6（L＝30mm）的圓錐定位銷（2個）；三、潤滑減速器內部二級齒輪傳動的圓周速度平均值有：，且齒面硬度均小于280HBS。按表15-1選擇50℃時黏度為82的潤滑油，牌號為L-CKC150工業(yè)齒輪油（GB/T5903-1995）。采用油池浸油潤滑。由大錐齒輪的齒寬b=42mm,取浸油深度為0.7b=29.4mm,達到標準的高度。滾動軸承選擇潤滑脂潤滑。按表15-4選擇滾珠軸承脂ZG69-2（SH0386-1992）。在軸承內側用擋油盤封油，軸承離內壁的距離S=12mm。Ⅵ、設計小結機械設計課程設計是機械設計基礎課程的最后一個教學環(huán)節(jié)，同時是第一次對學生進行全面的機械設計訓練。這次訓練使我們將以往學過的機械基礎理論與生產實踐的知識綜合運用起來，去分析和解決機械設計問題，使所學知識得到進一步鞏固和深化；讓我們機械設計的一般過程與方法，培養(yǎng)了正確的設計思想和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，特別是總體設計和零部件設計的能力；更加熟練地使用AutoCAD等制圖軟件進行復雜機械圖紙的繪制；學會了運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料等進行選擇和計算，培養(yǎng)了機械設計的基本技能；還鍛煉了我們的獨立思考能力。針對于我個人的設計，即帶式運輸機傳動裝置中的圓錐-圓柱齒輪減速器（外傳動件為開式齒輪），在設計過程中也遇到了不少問題。由于是圓錐圓柱齒輪減速器，結構復雜、制造成本高。為減小錐齒輪的尺寸，利于加工，傳動比不宜過大。而設計數(shù)據(jù)中所給出的有效拉力較大，于是選用了型號為Y160M—6的Y系列三相異步電動機。開始時對開式齒輪副的材料選擇了20CrMnT