二级圆柱-圆锥齿轮减速器课程设计说明书

机械设计——减速器 课程设计说明书

课程名称：机械设计课程设计

设计题目：展开式二级圆锥-圆柱齿轮减速器 院系：机电学院机械工程系 班级：0603班

姓名：刘博

学号：06221069 指导教师：李德才

设计时间：2009年12月29日至1月16日

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CONTENTS 一，设计任务书…………………………………………3 二，总体方案分析………………………………………4 三，电动机的选择………………………………………4 四，传动比的分配………………………………………6 五，计算传动装置的运动和动力参数…………………7 六，高速级圆锥齿轮的计算……………………………8 七，低速级圆柱齿轮的计算……………………………13 八，链传动的设计计算…………………………………13 九，减速器轴的结构设计………………………………15 十，减速器轴的强度校核计算…………………………18 十一，滚动轴承的选择及计算…………………………22 十二，键连接的选择及校核计算………………………25 十三，联轴器的选择……………………………………26 十四，箱体尺寸大的设计………………………………27 十五，其它轴系部件的确定……………………………29 十六，设计小结…………………………………………30 十七，附图

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一，设计任务书 设计题目：链式输送机的专用传动装置 原始数据： 运输连牵引力F=6kN； 运势练速度v=0.8m/s, 运输连轮节圆直径D=518mm ; 输送机效率?w?0.96； 输送带速度允许误差为?5% 介绍运输机相关参数和工作条件 工作条件：室内，灰尘较多； 动力来源：电力，三相交流，电压380V； 检修间隔期：三年一次大修，二年一次中修，半年一次小修； 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。 传动方案：二级展开式圆锥-圆柱齿轮减速器 3 机械设计——二级减速器

二，总体方案分析 本题方案有两个传动部分组成，即链传动与减速器齿轮传动。由介绍展开式二级减速器的于减速器工作环境比较恶劣，而且要求平稳高效率的传动，故选用链特点 传动，一是可以更好的在恶劣的环境中工作（如高温和潮湿的环境）， 还可以保证准确的平均传动和高效率的传动。而且，链传动的整体尺 寸较小，结构较为紧凑。 减速器部分是本次课题的重点设计部分，本课题中的减速器是展 开式圆锥-圆柱齿轮减速器。展开式的减速器结构简单，但齿轮的位置 不对称。高速级齿轮布置在远离转矩输入端。可使轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分相互抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。 根据情况选择Y系列全 三，电动机的选择 1，电动机的类型和结构的选择 因为本传动的工作状况是：两班制，工作环境较恶劣，380v交流电，选用Y系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。 封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。 2，电动机的容量 1）工作机所需功率PF?V1000?WWW 工作机所需功率 PW?4.8kW 根据公式P?此得出：P?W,F为运输牵引力，V为运输链速度。由 6000?0.81000KW?4.8kW 2）计算传动装置总效率? 由于动力经过一个传动副或者运动副就会发生一次损失，故多级 4 机械设计——二级减速器

串联总效率???1?2???w 1 本题中：?————链传动效率 ?=0.96 1总效率??0.85 ?————一对滚动轴承的效率，本题中一共3对滚2动轴承， ?=0.99 2 3 ?————圆柱齿轮的传递效率，?=0.98 3 电动机效率 Pr?PW?5.6kW ?————圆锥齿轮的传递效率，?=0.98 44 ?————联轴器效率，?=0.98 55 ?————运输机效率，?=0.96 66????1?23?3?4?5?6?0.85 ?所以电动机效率Pr?PW??5.6kW 5

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3） 运输机的转速n W ?29.5rmin nW?60?1000v?D?60?1000?0.8??518nW?29.5rmin 方案 1 2 3 电动机型号 Y112M2-6 Y132M2-6 Y132S-4 满载转速 1440 960 1440 总传动比 19.96 39.663 59.494 选择 Y132M2-6 比较三个方案，选择方案2比较合适。 所选电机的基本参数如下： Y132M2-6 额定功率同步转速 满载转速 电压 P0 5.5 质量 1000rmin电流 功率因数 960rmin 380V 12.6A 0.78 总传动比 满载扭矩 电动机外电动机外电动机中伸轴直径伸轴长度心高H D E 80mm 132mm 84 kg 21.52 2.0 38mm 四，传动比的分配 总传动比的分配 链传动i1?3.170，减速器传动比 if?ii1?39.6633.170?12.512 确定传动比 i1?3.170 7 机械设计——二级减速器

考虑到两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度。两级齿轮减速器高速级传动比i与低速级传动比i的比值取为1.3，即i?1.3i。 23i2?4.033i3?3.102 23则 i2?1.3if?1.3?12.512?4.033；i3?ifi2?12.5124.033?3.102 五，传动装置的运动和动力参数计算 1，各轴转速的计算 n0?960rnI?nomin mini2?238r ?76.724nII?nIi3i1?2383.102 minnIII?nII?76.7243.170min?24.2r nIV?nIII?nw?24.2r 2，各轴输入功率 P?5.474 kw d.74?0.99?0.98?5.31kw P?P????＝５４Id２４ P?P?????5.31?0.99?0.98?5.15kw III23 P?P?????5.15?0.99?0.96?4.89kw IIIII21 P?P???4.89?0.98?4.79kw IVIII63，各轴输入转矩 8 机械设计——二级减速器

T?9550Pdd nonIII?9550?5.474?9550?5.31960?54.455n?m TI?9550PI238?213n?m T?9550PIIIIInII?9550?5.159550?4.8976.724?641.03n?m T?9550PIVIIInIII24.2?1929.7n?m T?9550?4.79 24.2?1890.26n?m 六，高速级齿轮的设计 1，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。 输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。 材料选择 引用教材表10-1选择小齿轮45钢，调制处理，平均硬度为235HBS。 大齿轮材料为45钢，正火，硬度为190HBS，二者硬度差为45HBS。 选小齿轮齿数z1=24,则z?iz?4.033?24?96.79，取z?97。齿数2212u?9724?4.042 2，按齿面接触疲劳强度计算 3 d?2.921ZE???H?KTR1??1?0.5?R?2u ??RbR，一般取?=1/3 R教材表10-6查的材料的弹性影响系数Z?189.8MPa E已经算出T?T?54.455n?m；u=4.042 1d查表得K?KKK?K??1.15?1.2?1.4?1.098?2.3 AV 9

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5）查表得KHN1?1.01，?hlim1?550mPa，取S=1 1??Hlim1计算??H??KHNS?555.5mPa 33d21?2.92?189.8555.5??2.3?54.455?10则0.3?(1?0.5?0.3)2?4.042?64.7mm d1.7所以，模数m?z?64124?2.69，取标准m=3mm。 大端分度圆直径d1?mz1?3?24?72?64.7 齿轮相关参数： 1）取Z1=22，则d1?mz1?22?3?66；d2?mz2?22?4.033?88.7，取z2?89，d2?3?89?247mm R?d.0422 2）节锥顶钜：2?1?u2??662?1?4??137.408mm ?1?arctan1?arctan1 3）u4.042?13?53`33`` ?2?76?6`26`` 4）大端齿顶圆直径： 小齿轮：da1?d1?2mcos?1?71.85mm 大齿轮：da2?d2?2mcos?2?231.3mm 5）齿宽b??R?R?0.3?137.408?41.22mm 取b1?b2?42mm 3，按齿根弯曲强度计算 3m?4KT1YFa?YSa22 ?R(1?0.5?R)Z11?u2???F? 1) 已得出T1?213N?M；Z1?24；u?4.042；K?KAKVKF?KF??2.3 2)查表10-5得YFa1?2.65 YFa2?2.20 YSa1?1.58 YSa2?1.78 3）查图10-20c 得 ?F1?420mPa ?F2?320mPa 10

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3）?1?arctan1u?arctan14.042?13?53`33`` ?2?76?6`26`` 4）大端齿顶圆直径： 小齿轮：da1?d1?2mcos?1?71.85mm 大齿轮：da2?d2?2mcos?2?231.3mm 5）齿宽b??R?R?0.3?137.408?41.22mm 取b1?b2?42mm 6）平均分度圆直径 dm?d(1?0.5??R) dm1?d1(1?0.5??R)?66?0.85?56.1mm dm2?d2(1?0.5??R)?267?0.85?226.95mm rv?dm2cos? 7）当量分度圆半径 rv1?dm12cos?1dm22cos?2??56.12?0.91226.952?0.09?31.2mm rv2??1260.8mm 8)当量齿数Zv Zv1? Zv2?dv2mm2?z2cos?2dv1mm1?z1cos?1?660.9?73.3 ?2470.1?2470 9)当量齿轮的齿数比 uv?zv2zv1?247073.7?33 10)平均模数 mm?m(1?0.5?R)?3?0.85?2.55 12

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高速级齿轮传动的尺寸如下： 名称 模数 齿数 计算公式 M Z1 Z2 结果 d1?mz1?22?3?66mm 分度圆直径 d?mz d2?mz2?3?89?267mmda1?d1?2mcos?1?71.85mm mm 齿顶圆直径 da?d?2mcos? da2?d2?2mcos?2?231.3mm齿宽 节锥顶钜 b??R?R 2b1?b2?42mm R?d?1?u?2 137.408mm dm1?d1(1?0.5??R)?66?0.85?56.1mm平均分度圆直径 dm?d(1?0.5??R) dm2?d2(1?0.5??R)?267?0.85?226.95 rv1?dm12cos?1dm22cos?2??56.12?0.91226.952?0.09?31.2mm当量分度圆半径 rv?dm2cos? rv2? ?1260.8mm Zv1?dvmmzcos?dv1mm1?z1cos?1?660.9?73.3 当量齿数Zv zv?? Zv2?dv2mm2?z2cos?2?2470.1?2470 当量齿轮的齿数比 平均模数

uv?zv2zv1 uv?zv2zv1?247073.7?33 mm?m(1?0.5?R)2.55 14

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七，低速级齿轮的设计 低速级齿轮的设计与高速级齿轮的设计是一样的，其中包括齿面解除疲劳强度计算、齿根弯曲强度计算和校核。 计算过程省略，得一下数据： 名称 法面模数 法面压力角 齿数 计算公式 m结果 3.0mm 20? ?Z1 31 97 3.102 93mm 291mm 99mm 297mm 192mm df1?84mmZ2 传动比 分度圆直径 i3 d1 d2 齿顶圆直径 da1?d1?2ha*mda2?d2?2ha*m 中心矩 a?m(z1?z2)2cos?齿根圆直径 df?d?2(ha*?c*)m df2?282mm 齿宽 B B1?98mm B2?93mm 八，链传动的设计 传动比i?3.170 主动轮转速n?nIII?24.2rmin 虚拟电动机额定功率P?PIII?4.89kw 15

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(1)轮齿 取Z1?19， 则Z2?i?Z1?3.17?19?60.23,取Z2?61 2）计算功率 查表9-6，kA?1.5 查图9-13，kz?1.35 单排链 Pca?kAkzp?1.5?1.35?4.89?9.9kw 3）链条型号和节距 由Pca和n 查表选型号32A ，查表9-1，p=50.8mm 4)连接和中心矩 初选a0?(30~50)p?(30~50)?50.8?(1500~2500)mm 取a0?1800mm Lp0?2?2?a0p??z1?z222?(z2?z12?2?)2pa0)2180050.819?61?(61?1950.81800 ?112.13取Lp?112mm 查表9-7 f1?0.24467 a?f1p[2Lp?(z1?z2)]最大中心矩 ?0.24467?[2?112?(19?61)] ?1789.8mm 16

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5） 链速v和润滑方式 v? 查图9-14 采用地油润滑 6）压轴力Fp 有效圆周力Fe?1000pv?1000?4.890.389?12570.69Nn1zLp60?1000?24.2?19?50.860?1000?0.389m/s 水平布置 KFp?1.15 Fp?KFp?Fe?1.15?12570.69?14455.5N 九，轴的结构设计 （一）轴的材料选择和最小直径估算 根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调制处理。按扭矩强度法3进行最小直径估算，即：dmin?A0Pn。除算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%~7%，两个键槽增大10%~15%，A0值查表可知，对于45钢A0为103~126.确定高速轴A01?126，中间轴A02?120,低速轴A03?112。

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最小直径估算 3min?22.5mm dp311min?A01?126?5.474d122.5mm高速轴：n1960?，最小直径处要安装一d2min?33.78mm 键槽 d3min?45.517mm 来连接联轴器d1min?d1min(1?7%)?24.09mm，取d1min?25mm 33d2min?Ap202中间轴：n?120?5.312238?33.78mm，取d2min?35mm 3dp335.15 3min?A03n?112?低速轴：376.724?45.517mm 最小直径处安装一键槽来连接链d3?45.517?(1?7%)?48.7mm 取d3min?50mm （二）减速器的装配草图设计 根据轴上零件的结构、定位、装配关系、轴向宽度及零件间的相对位 置等要求，初步设计减速器草图。草图相见附图 （三）减速器轴的结构设计 1，高速轴的结构设计 高速轴： d11?25mm （1）各轴段直径的确定 d12=30mm d11：最小直径，安装联轴器。d11=d1min?25mm d13=35mm d12：密封处轴段，采用毡圈密封，取标准值d12=30mm 14dd13：滚动轴承处，d13=35mm =40mm d14：轴肩处，d14=40mm d15=35mm d15：滚动轴承处，d15=35mm d16=25mm d16：最小直径安装高速级齿轮，d16=25mm (2) 各轴段的长度确定 l11=60mm l11：由联轴器的宽度决定，选择具有弹性元件的挠性联轴器HL2 ，Yl12型，轴空长度为52mm，d=25mm，l=52mm 11=60mm 18 机械设计——二级减速器

3，低速轴的结构设计 （1）各轴段直径的确定 d31：安装轴承 d31=d3min?50mm d32：安装低速大齿轮，d32=55mm d33：定位轴肩，d33=61mm d34：安装轴承，d34=50mm （2）各轴段长度的确定 l31：由轴承，挡油环，装配关系确定，l31=35mm l32：由低速大齿轮宽度确定，B=93mm,l32=91mm l33：轴肩定位，l33=10mm l34=l23+l22+l21-10=96mm 十，减速器轴的强度校核计算（以中间轴齿轮轴为例） 1，力学模型建立 轴的力学模型图 2，计算轴上作用力 低速轴: d31=50mm d32=55mm d33=61mm d34=50mm l31=35mm l32=91mm l33=10mm l34=96mm 左图为轴的力学模型图 19 轴上作用力： 机械设计——二级减速器

MBV?RAV(l1?l2?l3)?Fr3(l2?l3)?Fr2?l3?Fa2?d2d2?0? RAV?1331.678N?RAV?1331.678N ?MAV??Fr3?l1?RBV(l1?l2?l3)?Fr2(l1?l2)?Fa2??0RBV?137.2N ?RBV?137.2N 左图为水平支反力图 2，水平支反力 RBH??235.5NAH ?M?M ?Ft3?l1?Ft2(l1?l2)?RBH(l1?l2?l3)?0?RBH??235.5NBH RAH??2574.05N ??RAH(l1?l2?l3)?Ft3(l2?l3)?Ft2l3?0?RAH??2574.05N 总支反力： （3）总支反力 A点总支反力： FRA?RAH?RAV22FRA?2898N ?2574.052?1331.672 ?2898NFRB?272.56N B点总支反力 FRB?RBH?RBV22 ?235.52?137.22 ?272.56N

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4，绘制转矩、弯矩图 （1）垂直弯矩图 C处弯矩：MCV?RAVl1?1331.68?78?103866.2N?mm MCV?103866.2N?mm MDV左?68976.96N?mmMDV左?RAV(l1?l2)?Fr3l2?1331.68?182?1667.2?104D处弯矩：?68976.96N?mm MdDV右??RBVl3?Fa22??137.2?50?585.16?123.5 ??79127.26N?mm （2）水平面弯矩图 C处弯矩：MCH??RAHl1??2574?78??200772N?mm D处弯矩：MDH?RBHl3?235.5?50?11775N?mm （3）合成弯矩图： 左图为垂直弯矩图 MCH??200772N?mm MDH?11775N?mm 左图为水平弯矩图 MC左?26049.5N?mm MD左?69978.7N?mm 22 机械设计——二级减速器

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十二，键连接的选择及校核计算 （一）高速轴外伸连接联轴器轴段键的设计 ?d11?25mm,L11?50mm 故选择普通平键A型 b?h?8?7 L=40mm l?L?b?32mm K=0.5h=3.5mm 查表得??P??100~120MP?110MP 3?T?10P?2kld?38MP???P? 所以强度合格。 （二）高速轴连接高速级圆锥小齿轮轴段键的设计 ?d11?25mm,L11?60mm 故选择普通平键A型 b?h?8?7 L=48mm l?L?b?40mm K=0.5h=3.5mm ?T?103P?2kld?31MP???P? 强度合格。 （三）中间轴圆锥齿轮轴段键的设计 ?d22?25mm,L?60mm 故选择普通平键A型 b?h?14?9L=30mm l?L?b?16mm K=0.5h=4.5mm 3 ?P?2T?10kld?131MP???P? 故采用两个键成180°布置，131/1.5=87.6 强度合格。 (四)中间轴圆柱齿轮轴段键的设计 ?d24?40mm,L24?96mm 故选择普通平键A型 b?h?12?8 L=80mm 24 机械设计——二级减速器

十四，箱体的设计 ① 箱体的主要结构尺寸如下表所列： 名称 符号 结构尺寸 箱座壁厚 ? 10 箱盖壁厚 ?1 8 箱座凸缘厚度 b 15 箱盖凸缘厚度 b1 12 箱座底凸缘厚度 p 25 箱座上的肋厚 m 8.5 箱盖上的肋厚 m1 6.8 地脚螺栓直径 d? 15 地脚螺栓数目 n 4 地螺栓直径 d? M20 脚螺栓通孔直径 d`? 25 螺螺栓沉头座直径 d0 48 栓 地脚凸缘尺寸 L1 30 L2 25 轴承旁连接螺栓直径 d1 11.25 轴螺栓直径 d1 M10 承螺栓通孔直径 d`1 11 旁螺栓沉头座直径 D0 24 螺剖分面凸缘尺寸 c1 18 栓 c2 14 上下箱连接螺栓直径 d2 7.5 上螺栓直径 d2 M12 下螺栓通孔直径 d`2 13.5 箱螺栓沉头座直径 D0 26 螺剖分面凸缘尺寸 c1 20 栓 c2 16 定位销孔直径 d`3 5.25 25 机械设计——二级减速器

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