机械设计课程设计--二级减速器圆锥齿轮机械设计

机械设计课程设计

说明书

专业：机械电子工程

2016年12月29日

重庆理工大学

目录

一、任务设计书......................................................................................................................3 二、传动方案的拟订及说明..................................................................................................3 三、选择电动机......................................................................................................................4 四、计算传动装置的运动和动力参数..................................................................................5 五、传动件的设计计算..........................................................................................................6 六、轴的设计计算..................................................................................................................15 七、滚动轴承的选择及计算..................................................................................................34 八、键联接的选择及校核计算..............................................................................................37 九、联轴器的选择..................................................................................................................38 十、减速器附件的选择..........................................................................................................39 十一、润滑与密封..................................................................................................................39 十二、箱体数据......................................................................................................................39 十三、设计小结......................................................................................................................40 十四、参考目录......................................................................................................................40

2

一、任务设计书

设计一用于带式运输机上的圆锥圆柱齿轮齿轮减速器。工作经常满载，空载启动，工作有轻振，不反转，单班制工作。运输带容许速度误差为5%。减速器为小批生产，使用期限10年。（已知带式运输机驱动卷筒的圆周牵引力F=2000N，带速v=1.2m/s，卷筒直径D=320m，设每年工作300天）

二、传动方案的拟订和说明

计算驱动卷筒的转速如下：

nw?60?1000v60?1000?1.2??71.6r/min

?D??320选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为13，根据总传动比数值， 可拟定以下传动方案：

图一

三、选择电动机

1）电动机类型和结构型式

按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结

构。

3

2）电动机容量 (1)卷筒的输出功率P?

pw?(2)电动机输出功率Pd

Fv2000?1.2??2.4kw 10001000Pd?传动装置的总效率

P??

???1??2^3??3??4??5^2??6

式中?1、?2…为从电动机至卷筒轴的各传动机构和轴承的效率。 由课程设计教材表2-5查得：V带传动?1=0.96；滚动轴承?2=0.988；

圆柱齿轮传动?3=0.97；圆锥齿轮传动?4=0.96；弹性联轴器?5=0.99；卷筒轴滑动轴承?6=0.96；则

??0.96?0.988^3?0.97?0.96?0.99?0.99?0.96?0.81

故 pd?(3)电动机额定功率Ped

由教材查得选取电动机额定功率Ped?4.0kw。 3）电动机的转速

推算电动机转速可选范围，由课程设计教材表2-3查得Ｖ带传动常用传动比范围i1'?2~4，单级圆柱齿轮传动比范围i2'?3~6，圆锥齿轮传动比范围i3'?2~3，则电动机转速可选范围为：

p???2.4?2.96kw 0.81nd?n??i1?i2?i3?859.2~4296r/min

初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较，如下表：

' 4

方额定功率（ｋ电动机型号 案 ｗ） 1 2 Y132M1-6 4 Y112M-4 4 传动装置的传动比 总传动比 V带传动 二级减速器 12.37 3.1 3.99 18.56 4.64 4 电动机转速(r/min) 同步 满载 1000 960 1500 1440 电动机质量(kg) 73 43 两方案均可行,但方案1传动比较小,传动装置结构尺寸较小,因此采用方案1,选定电动机的型号为Y132M1-6

4）电动机的技术数据和外形,安装尺寸

四、计算传动装置的运动和动力参数

1）传动装置总传动比

i?2）分配各级传动比

因为是圆锥圆柱齿轮减速器，所以

nm960??13.4 n?71.6i1?0.25i?3.35

圆锥圆柱齿轮减速器传动比

i2?

3）各轴转速（轴号见图一）

i13.4??4 i13.35 5

n1?nm?960r/minn2?n1?960r/minn3?n4?n2960??287r/min i13.35n3287??71.6r/mini24n5?n4?71.6r/min4）各轴输入功率

按电动机所需功率Pd计算各轴输入功率，即

p1?pd?2.96kwp2?p1?2?5?2.96?0.99?0.988?2.895kwp3?p2?4?2.89?0.96?2.78kwp4?p3?2?3?2.78?0.988?0.97?2.66kwp5?p4?2?0.98?2.66?2.63kw5）各轴转矩

T1?9550?T2?9550?T3?9550?T4?9550?T5?9550?项目 p1?29.45N?mn1p2?28.799n?mn2p3?92.627n?mn3p4?355.27n?m n4p5?350.789n?mn5轴1 960 2.96 29.45 1 1 轴2 960 2.895 28.799 1 0.978 轴3 287 2.78 92.63 3.35 0.96 轴4 71.6 2.66 355.27 4 0.958 轴5 71.6 2.63 350.79 1 0.988 转速(r/min) 功率(kw) 转矩(N*m) 传动比 效率

五、传动件的设计计算

圆锥直齿轮设计

6

已知输入功率p2?2.895kw，小齿轮转速960r/min，齿数比u=3.35，由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作300天），一班制，带式输送机工作经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。

1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数

1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88) 2） 材料选择 由《机械设计（第九版）》表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为

280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。

3） 选小齿轮齿数z1?25，大齿轮齿数z2?3.35?25?83.75，取整z2?84。则

u?z284??3.36 z1252、 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即

d1t?2.923(ZE??H?)^2KT1?R(1?0.5?R)^2?u

（1） 确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数Kt?1.8 2） 计算小齿轮的转矩

T2?95.5?10^5p2?28799n?mmn2

3） 选齿宽系数?R?0.33

4）由《机械设计（第九版）》图10-25d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限

?Hlim1?600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim2?550MPa

5）由《机械设计（第九版）》表10-5查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa^0.5 6） 计算应力循环次数

7

N2?1.3824?10^9?4.114?10^8

3.367) 由《机械设计（第九版）》图10-23取接触疲劳寿命系数KHN1?0.93,KHN2?0.96 8) 计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数S=1，得

KHN1?Hlim1?0.93?600?558MPaSKHN2?Hlim2?H2??0.96?550?528MPa??S

??H?1?（2） 计算

1） 试算小齿轮分度圆直径d1t，代入

??H?中较小的值

2?zEd1t?2.923????H2） 计算圆周速度v

?KT1???R?1?.05?R?2?u?60.03mm ?v?3） 计算载荷系数

?d1n260?1000???60.03?96060?1000?3.01m/s

根据v?3.01m/s，7级精度，由《机械设计（第九版）》图10-8查得动载系数Kv?1.12 直齿轮KH??KF??1

由《机械设计（第九版）》表10-2查得使用系数KA?1.25

根据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，查《机械设计（第九版）》表得轴承系数

KH?be?1.25，则KH??KF??1.5KH?be?1.5?1.25?1.875

接触强度载荷系数K?KAKvKH?KH??1.25?1.12?1?1.875?2.625 4） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得

d1?d1t5） 计算模数m

K?68.07 Kt8

m?取标准值m?3mm 6）计算齿轮相关参数

d168.07?2.722mm z125d1?mz1?3?25?75mmd2?mz2?3?84?252mm?1?arccosuu2?1?2?90??16??74?R?d1?arccos3.363.362?1?16?

u2?1?131.46mm26） 圆整并确定齿宽b??r?R?0.33?131.46?43.38mm 圆整取b2?49mm，b1?53mm 3、 校核齿根弯曲疲劳强度 1） 确定弯曲强度载荷系数

K?KAKvKF?KF??1.25?1.12?1?1.875?2.625

2） 计算当量齿数

zv1?zv2?z125??26.04?cos?1cos16z284??304.78?cos?2cos74

3） 由《机械设计（第九版）》查得齿形系数

YFa1?2.60 YFa2?2.06

应力校正系数

Ysa1?1.595 Ysa2?1.97

4） 由《机械设计（第九版）》查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限?FE1?500MPa，大齿轮的

弯曲疲劳强度极限?FE2?380MPa

9

由《机械设计（第九版）》取弯曲疲劳寿命系数KFN1?0.88 5） KFN2?0.94

6） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S?1.4，得

KFN1?FE10.88?500??314.29MPaS1.4KFN2?FE20.94?380?F2???255.14MPa??S1.4

??F??17）校核弯曲强度

?F?根据弯曲强度条件公式

2KTYFaYSa???F?bm^2(1?0.5?R)^2Z进行校核

?F1??F2?2KTYFa1YSa1?75.62Mpa 2b1m?1?0.5?R?z12KTYFa2YSa2?23.756Mpa 2??b2m1?0.5?Rz2满足弯曲强度，所选参数合适。

圆柱斜齿轮设计

已知输入功率P3?2.78kw，小齿轮转速187r/min，齿数比u=4，由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作300天），一班制，带式输送机工作经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。

1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数

1）圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)

2）材料选择 由《机械设计（第九版）》表10-1选择大小齿轮材料均为45钢（调质），小齿轮齿面硬度为250HBS，大齿轮齿面硬度为220HBS。 3）选小齿轮齿数z1?23，大齿轮齿数z2?4?23?92

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4）选取螺旋角。初选螺旋角??14?

2、按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即

d1t?(1) 确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数Kt?1.6 2） 计算小齿轮的转矩

32KtT3u?1ZHZE?()^2?d??u??H?

T3?95.5?10^5?2.78?92485.26n?mm

2873） 选齿宽系数?d?1

4） 由《机械设计（第九版）》图10-20选取区域系数ZH?2.433

5） 由《机械设计（第九版）》查得??1?0.765，??2?0.866，则?????1???2?1.631 6）由《机械设计（第九版）》表10-5查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa^0.5 7） 计算应力循环次数

N1?60n3jlh?60?287?1?1?8?300?10??4.1328?10^8N2?N1?1.0332?10^84

8） 由《机械设计（第九版）》图10-25按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限

?Hlim1?600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim2?570MPa

9）由《机械设计（第九版）》图10-23取接触疲劳寿命系数KHN1?0.95,KHN2?0.98 10）计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数S=1，得

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KHN1?Hlim1?0.95?600?570MPaSKHN2?Hlim2?0.98?570?558.6MPa??H?2?S

??H?1???H??（2）计算

??H????H?122?570?558.6?564.3MPa2

1）试算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式得

2ktT3u?1?ZHZE?2?1.6?924855?2.433?189.8?3d1t?3????? ???d??u??H?1?1.634?564.3??53.37mm2） 计算圆周速度v

22v?3） 计算齿宽b及模数mnt

?d1tn360?1000?0.80m/s

b??d?d1t?1?53.37?53.37mmd1tcos?53.37?cos14?mnt???2.25mmz23

h?2.25mnt?2.25?2.25?5.06mmb53.37??10.54h5.064） 计算纵向重合度??

???0.318?dZ1tan??0.318?1?23?tan14??1.824

5）计算载荷系数

根据v?0.80m/s，7级精度，由《机械设计（第九版）》图10-8查得动载系数Kv?1.02 由《机械设计（第九版）》表10-3查得KH??KF??1.4 由《机械设计（第九版）》表10-2查得使用系数KA?1.25 由《机械设计（第九版）》图10-13查得KF??1.34 由《机械设计（第九版）》表10-4查得KH??1.42

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接触强度载荷系数K?KAKvKH?KH??1.25?1.02?1.4?1.42?2.53 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得

d1?d1t37）计算模数mn

k2.53?53.37?3?62.18mm kt1.6d1cos?62.18?cos14?mn???2.62mm

z123取mn?3mm 8）几何尺寸计算 （1） 计算中心距

a?(z1?z2)mn(23?92)?3??177.78mm2cos?2?cos14?

（2） 按圆整后的中心距修正螺旋角

??arccos(z1?z2)mn(23?92)?3?arccos?13?59'56''2a2?177.78

因?值改变不多，故参数??、ZH等不必修正 （3） 计算大小齿轮的分度圆直径

z1mn23?3??71.1mmcos?cos13?59'56''z2mn92?3d2???284.4mmcos?cos13?59'56'' d1?（4）计算齿轮宽度

b??dd1?1?71.1?71.1mm

圆整后取B2?71mm B1?76mm 3、 校核齿根弯曲疲劳强度 1） 确定弯曲强度载荷系数

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K?KAKvKF?KF??1.25?1.02?1.4?1.34?2.39

2） 根据重合度???1.824，由《机械设计（第九版）》查得螺旋角影响系数Y??0.88 3） 计算当量齿数

23?25.17(cos?)^3(cos13?59'56'')^3z292zv2???100.69(cos?)^3(cos13?59'56'')^3 zv1??4）由《机械设计（第九版）》查得齿形系数

z1YFa1?2.62 YFa2?2.18

应力校正系数

Ysa1?1.59 Ysa2?1.79

5） 由《机械设计（第九版）》查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限?FE1?440MPa，大齿轮的

弯曲疲劳强度极限?FE2?425MPa

6） 由《机械设计（第九版）》取弯曲疲劳寿命系数KFN1?0.88

KFN2?0.92

7） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S?1.4，得

KFN1?FE10.88?440??276.57MPaS1.4KFN2?FE20.92?425??279.29MPa??F?2?S1.4

??F?1?8） 校核弯曲强度

?F?根据弯曲强度条件公式

2KTY?(cos?)^2YFaYSa???F??dz^2??mn^3进行校核

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?F1?2KT?cos??Y?YFa1YSa12?dz1??mn322?2.39?92485?0.88??cos???2.62?1.59 ?1?232?1.63?33?65.54Mpa?F2?2KT?cos??Y?YFa2YSa22?dz2??mn322?2.39?92485?0.8??cos???2.18?1.79?1?922?1.631?33

?3.83Mpa满足弯曲强度，所选参数合适。

绘画大齿轮：

数据处理： d=55mm

L=1.4d=77mm δ=1.4mn=9mm C=22.8mm

N=0.5mn=1.5mm da=290mm

D1=da-10mn=260mm d1=1.6d=88mm

Do=0.5(D1+d1)=174mm Do=0.25(D1-d1)=43mm r=5mm b=16mm h=5mm

六、轴的设计计算 （一）输入轴设计

1、求输入轴上的功率P2、转速n2和转矩T2

p2?2.895kwn2?960r/minT2?28.80N

2、求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为

dm1?d1(1?0.5?R)?mZt1(1?0.5?R)?3?25?(1?0.5?0.33)?62.625mm

而

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lhn7.html