圆锥—圆柱齿轮减速器设计.docx

一、设计任务书2二、电机的选择计算一、择电机的转速2二、工作机的有效功率2三、选择电动机的型号3三、运动和动力参数的计算一、分配传动比3二、各轴的转速3三、各轴的功率4四、各轴的转矩4四、传动零件的设计计算1 .闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算42 .闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计算6五、轴的设计计算1. 减速器高速轴I的设计92. 减速器低速轴H的设计113. 减速器低速轴III的设计14六、滚动轴承的选择与寿命计算1 .减速器高速I轴滚动轴承的选择与寿命计算162 .减速器低速II轴滚动轴承的选择与寿命计算173 .减速器低速III轴滚动轴承的选择与寿命计算18七、键联接的选择和验算1 .联轴器与高速轴轴伸的键联接192 .大圆锥齿轮与低速轴II的的键联接193 .大圆柱齿轮与低速轴III的的键联接20/1、润滑油的选择与热平衡计算1 .减速器的热平衡计算212 .润滑油的选择22九、参考文献23一、设计任务书班级机械0402学号200406010219姓名郑利江一、设计题目：设计圆锥一圆柱齿轮减速器设计铸工车间的型砂运输设备。该传送设备的传动系统由电动机一减速器一运输带组成。每日二班工作。1电动机；2联轴器；3减速器；4一鼓轮；5一传送带二、原始数据：传送带拉力F（KN）传送带速度V（ms）鼓轮直径D（mm）使用年限（年）1.7701.3922357三、设计内容和要求：1.编写设计计算说明书一份，其内容通常包括下列几个方面：（1）传动系统方案的分析和拟定以及减速器类型的选择；（2）电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算；（3）传动零件的设计计算（如除了传动，蜗杆传动，带传动等）；（4）轴的设计计算；（5）轴承及其组合部件设计；（6）键联接和联轴器的选择及校核；（7）减速器箱体,润滑及附件的设计；（8）装配图和零件图的设计；（9）校核；（10）轴承寿命校核；（U）设计小结；（12）参考文献；（13）致谢。2.要求每个学生完成以下工作：（1）减速器装配图一张（0号或一号图纸）（2）零件工作图两张（输出轴及该轴上的大齿轮），图号自定，比例1：1。（3）设计计算说明书一份。二、传动方案的拟定运动简图如下：（图2）由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为型砂运输设备。减速器为展开式圆锥一圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深沟球轴承。联轴器2选用凸缘联轴器，8选用齿形联轴器。计算及说明结果三、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算一、选择电动机的类型和结构形式按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，Y系列，封闭式结构，电压380V,频率50Hz。二、选择电动机容量工作机主动轴功率：4=E/=1.770xl.392=2.464Kw传动装置的总效率：7a=72724¾74%（式中/、%、“、/分别为联轴器、滚动轴承、原锥齿轮传动、圆柱齿轮传动和卷筒的传动效率。）取7=0.99（联轴器），%=0.985（滚动轴承），%=0.96（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），%=0.97（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），%=0.96（卷筒效率，不包括轴承）则a=0.992X0.9854×0.96×0.97×0.96=0.825电动机所需功率：P2464P.=Kw=-KW=2.987KWda0.825三、确定电动机的转速卷筒州的工作转速为：门_60100OV60100OX1.392/_ll32i/D万x235mn-Zmin按课程设计指导书P7一表1查得圆锥一圆柱齿轮的传动比一般范围为：i0=1025,故电动机转速计算及说明结果/=Z=(1025)x113.2=11322830%根据额定功率以25，且转速满足1132in<<2830iin,选电动机型号为：Y100L2-4o其主要性能如下表:型号额定功率Kw满载时起动电流额定电流起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩转速Xnin电流(380V)A效率%功率因数YlL2-4314206.882.50.817.02.22.3电动机的外形尺寸:中心高H外形尺寸L×(AC2+AD)×HD底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E装键部位尺寸FxGD100380×288×245160×1401228×608x31四、确定传动装置的总传动比和分配传动比1 .总传动比总传动比（I=%=生Q=12.544n113.22 .分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比按直齿轮圆柱齿轮传动比盆0.25。=0.25X12.544=3.136,又锥齿轮的传动比一般不大于3,故取%=312544则%=詈1=4.18实际总传动比%=i傩4=3x4.18=12.54/=0.004,满足要求。五、计算传动装置的运动和动力参数1 .各轴的转速(各轴的标号均已在图2中标出)"I=%"%。%=%=142%=47333治IIn>11=%=473¾18=1132%1in卷筒轴=%=113.2in2 .各轴的输出、输入功率Pk=%.5=2.987×0.99=2.957132.957Kw出=4入%=2957X0.985=2.9126452.913Kw耳入=-出3=2913X0.96=2.796482.796KW耳出=耳入%=2.796×0.985=2.754062.754KwIn入=.出与=2.754×0.97=2.671382.67IKw%出=411入G=2.671×0.985=2.6309352.631Kw朦帕抽入=i'H'tl=2.631X0.99=2.60469n2.605Kvv与筒轴出=与筒轴入%=2605X0.985×0.96=2.643288K卬2.643KW3 .各轴输入、输出转矩T9550E9550×2.987onno.Tf=2().()9Nmnn.1420_9550取4入一9550%4出-为_9550%入7IIA一«119550×2.957iaoaa7=19.89Nm14209550×2.913=19.59Nm14209550x2.796=56.4Nm473.33_9550匕出1IUtin119550×2.754UuUrZ=55.57Nm473.33工II入一9550饱入_9550x2.671«111JFV'Hl113.2工WH=竺啜=9550x2.63、22L96M，iii113.2_9550mft入9550x2.6057%筒轴入71Q77/V.?卷筒轴113.2T卷筒轴出二9550七筒轴出飞筒轴9550×2.463-=207.79Nm113.2运动和动力参数计算结果整理于下表:轴名效率P(Kw)转矩（Nm）转速nr/min传动比i1.0效率0.99输入输出输入输出电动机轴2.98720.091420I轴2.9572.91319.8919.5914203.00.9511轴2.7962.75456.4155.57473.33Z0.960.97In轴2.6712.631225.34221.96113.2卷筒轴2.6052.463219.77207.79113.2四、传动零件的设计计算一、圆锥齿轮传动的设计计算已知输入功率6=2.957KW（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：4=1720%Ii相大齿轮的转速为%=437.33%m，传动比i=3,由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。1 .选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案，选用直齿圆锥齿轮传动，齿形制10-60,齿形角a=20f齿顶高系数小：=1,顶隙系数c"=0.2,螺旋角&=0,不变位。（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS,二者材料硬度相差40HBS。（4）、选小齿轮齿数z=23,则Z2=WZ1=3x23=692 .按齿面接触疲劳强度设计公式：4, 22.92jyfKT,KHDar（1-05r）-u（1）、确定公式内的各计算值1）查得材料弹性影响系数Ze=189.8r2）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MP4,大齿轮的接触疲劳极限外.2=550M%o3)计算应力循环次数小齿轮：N=60叫=60×1420×l×(2×8×300×7)=2.863×109大齿轮：N2=%=2863x10X=9.542×1084)查得接触批量寿命系数%=093Khn2=0975)计算接触疲劳许用应力t1=0.93×600MPa=558MPaS2=K-2。32=097X550MPa=533.5MPaS6)试选Kv=L2,查得K“=1.0,Kb=LKz7=1.5x1.25=1.875所以，K=K葭=1.0x1.2x1x1.875=2.25rCUU1八5Pj95.5×IO5×2.957ICC八2、7)T.=95.5×IO5×/=1.989×104yVmm,/14208)=(2)、计算1)试算小齿轮的分度圆直径，带入%中的较小值得/189.8丫2.25X1.989×IO4一”du 2 2.92JX；=58.79Y1533.5j×(l-0.5×)2×32)计算圆周速度V60x1000X 58.79 × 142060x1000= 4.369%3）计算载荷系数根据y=4.369%,8级精度，查得K，=1.23,所以K=KKeK,.K6=l.（）xl.23ll.875=2.31。4）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：= 58.79×5）技术模数m=V=593%2=2.696w?3.按齿根弯曲疲劳强度设计公式:3m24K7；(1-0.5)2zi2JT? /（1）、确定公式内的各计算值1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500M大齿轮的弯曲疲劳强度>E2=380MPa。2）查得弯曲疲劳寿命系数KFM=O86,Kqv2=093）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,则,0.86×5001.4MPa = 307.14P0I=KL牛=q9×38°MPa=244.29MPa2S1.44)载荷系数K=2.315)节圆锥角4=arctan十=18.435心=9018.435=71.565z1 23 cosJ1 cos 18.4352.115x1.86 l2 244.296)当量齿数Z-Z2_69_ocos¾cos71.5657)查取齿形系数4,”=2.65,%,2=2.1158)查取应力校正系数L=I.58,L=1869)计算大小齿轮的并加以比较。r%4=2.65x1.58_0036pl307.14=24=0.01619大齿轮的数值大。(2)、设计计算JI4×2.31×1.989×104Cm=×0.01619=2.033(I-0.5×)2×232x32+1综合分析考虑，取m=3mm,Z=23得，Z2=hz1=23×3=69,J1=wZj=23×3=69mm4.几何尺寸计算(1)、计算大端分度圆直径4=69mmd1=z277?=69×3=207ww(2)、计算节锥顶距R=Lm2+1=X32÷1=109.0986加22(3)、节圆锥角司=18.425=18°26'6"&=71.565=7r33'54”(4)、大端齿顶圆直径l=671=+2/?cos=69+2×3×cosl826'6n=74.692ww%=4=+2"cos&=207+2X3XCOS7133'54”=208.897加2(5)、齿宽b=fi'R=j109.0986zw=36.366取伪=Zz2=36m/n二、圆柱齿轮传动的设计计算已知输入功率4=2.957KW（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：H1=1720/jn,大齿轮的转速为%=437.33%h,传动比Z=3,由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。1 .选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）由以上计算的数据可得圆锥齿轮的传动在II轴的轴向力1.2×19.59×1000M月推=×tan20×cosl8.435=204.987N66此轴向力较小，故二级变速装置选用直齿圆锥齿轮。（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS,二者材料硬度相差40HBSo（4）、选小齿轮齿数4=23,则Zz="z产4.18x23=962 .按齿面接触疲劳强度设计公式：2梅等阎（1）、确定公式内的各计算值1）试选载荷系数（=1.52）计算小齿轮传递的转矩7J=95,5×lO5=95.5×lO5×27%333=5.64xo.,nw3）选取齿宽系数d=4）查得材料弹性影响系数Ze=189.8M°5）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限b"nm=600MRz,大齿轮的接触疲劳极限=550MPO计算及说明结果6)计算应力循环次数小齿轮：NI=60njL,l=60X473.33X1X(2X8X300X7)=9.542X108大齿轮：n2=n1=9,542X10X8=2283x1°87)查得接触批量寿命系数Kw=O97khn2=。998)计算接触疲劳许用应力f11=Smcr所=0.97×600MPa=582MPall2=K川I*=099×550MPa=544.5MPaS(2)、计算1)试算小齿轮的分度圆直径，带入%中的较小值得4, 2.32= 2.32=42.8mm2)计算圆周速度V= 1.062%TrdHnT_"X42.88X473.3360×1000-60x10003)计算齿宽bb=%d=Ix42.88根根=42.88w4）计算齿宽与齿高比%模数：叫=d%=428%3=1.864WW齿高：h-2.25g=2.25×1.864n?=4.194""%=42%94=10225）计算载荷系数根据U=LO62/，8级精度，可查得动载荷系数/Cl.=1.11,直齿轮假设Ka%<100Nw?,查得KHa-KFa=1？查得使用系数Ka=I查得8级精度，消除了相对支撑为非对称布置时，X：H/7=1.15+0.18（1+0.6姬）娟+o.3i×O-3fe=1.15+0.18（l+0.6×l2）×l2+0.31×10-3×42.88=1.4513由%=10.22,K”=1.4513查得：KF乃=1.4所以K=KJKOKyK=Ix1.1lxl.2xl.4513=1.933。6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：4=du=42.88XJl.93%§=46.66mm7）计算模数tn=%=46.吗3=2.03mm3 .按齿根弯曲疲劳强度设计公式：（1）、确定公式内的各计算值1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。阳=500Mp4,大齿轮的弯曲疲劳强度Ofez=380MPa。2）查得弯曲疲劳寿命系数KFM=O.9,Km?=0933）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,贝J,0.9x5001.4r2 =0.93x3801.4MPa = 252AMPa4）计算载荷系数KK=KAKyK-J=1x1.11x1.2x1.4=1.8655）查取齿形系数5=2.69,%2=2.196）查取应力校正系数%h=L575,%,2=L7857）计算大、小齿轮的沁J并加以比较。lFi%/5 2.65x1.58r 307.14=0.0136 ,YFa2Ys（l2 2.115× 1.86r2 = 244.29= 0.01619大齿轮的数值大。(2)、设计计算m/2x1.865x5.64x1()4V1×232×0.015491.833综合分析考虑，取m=2.5mm,Z1=24,得4 =mzl=24×2.5=60mm,z2=wz1=24×4.18=100.32,取z2=10()4.几何尺寸计算(1)>分度圆直径4 =60mmd2=z2m=100×2.5=250Znm(2)、中心距。=(4+出%=(60+25%=55，机(3)、齿宽b=d'cI=1×60"zn=60n,取b2=60mm,b-65mm5 .验算27；=2x5.64xl0：=1880yv'460KPl=1X2350=39.17¾<100¾b60假设成立，计算有效。三、数据整理1 .圆锥齿轮齿轮类型：直齿圆锥齿轮（JBIIO-60,齿形角a=20,齿顶高系数=1,顶隙系数c*=0.2,螺旋角&=0。，不变位）。精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分另U为280HBS和240HBSo大端分度圆直径：小齿轮4=69刖，大齿轮&=207加节锥顶距：R=109.0986mm节圆锥角：4=18.425=1826,6,',2=71.565=733'54n大端齿顶圆直径：dld=74,692h72,4,2=208.897?齿宽：bi=b2=36向齿数：z1=23,z2=69模数m=32 .圆柱齿轮齿轮类型：直齿圆柱齿轮精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分另U为280HBS和240HBSo分度圆直径：4=69mm,d2=207mm中心距：a=155mm齿宽：b=65mm,b2=60mm齿数：z1=24,z2=100模数：m=2.5mm五、轴的计算一、减速器高速轴I的设计1 .求输出轴上的功率4,转速和转矩(由前面的计算可得Px=2.957KW.=14207；=19.89Nz2 .求作用在齿轮上的力圆锥小齿轮40=(l-05,4=(1-°.5X备卜69=57.29mm1.27：2×18.89×1000，F1=-L=二659.457VI57.29El=Etancos4=659.45Xtan20×cos18.435°=227.7NFai=Fltana-sing=659.45×tan20×sin18.435=75.9N圆锥大齿轮Fa=Fa=75.9NFa2=Fri=227.7N圆柱小齿轮、大齿轮2=2x56.41x1000=18803/v'460工=Etana=I880.3×tan20=684.47V3 .初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。取4=105,于是得3= 105×3"min = 4= 13.411420同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩:取KA=L3,则,Tca=TlKa=19890×1.3=25.8572Vm结合电动机的参数，选用凸缘联轴器，型号YL4联轴器'28x62YB25×62即，该端选用的半联轴器的孔径4=25三z,故取轴径4=25的*半联轴器毂孔的长度L=62mm04 .轴的结构设计(1)、拟定轴上零件的装配方案下图为I轴上的装配方案(图3)(2)、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图:（图4）1)由联轴器尺寸确定由联轴器的毂孔长度L和直径d及相关要求，可确定4=25mm,1=60mm2)初步选择滚动轴承。轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取O基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6206,其尺寸为df)3=30m加62协力为了利于固定，一般取4比b小Imm(如图3所示)，故可确定J3=30mn,3=15O3)由经验公式算轴肩高度：h4=0.07×30+(1-2)=(3.1-4.Y)mm取轴肩高为4mm,确定&=38mm。由课程设计指导书P47图46的要求可得，I42.5d3-2×(3)=60mm,取乙二64mm。4)根据轴承安装方便的要求，取&、%均比4小1皿，得d2=d4=29mm根据安装轴承旁螺栓的要求，取%=39mm.根据齿轮与内壁的距离要求，取I4=6mmO5)根据齿轮孔的轴径和长度，确定痣=24?九4=36如。至此，己初步确定了轴的各段直径和长度。(3)、轴上的零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面bxz=8"wzx50mm(G871095-1079),键槽用键槽铳刀加工，长为50mm(标准键长见G8/71096-1079)0为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7k6o齿轮与轴的联接处的平键截面bx=87/%x287/%（GBlT1095-1079）,键槽用键槽铳刀加工，长为28mm（标准键长见GB/T1096-1079）。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7n6o滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为2x45,除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均为Rl,如图：623975一一L8.J5365.求轴上的载荷（图5）为作用点）。结合装配图求得Fvi=55.74N,Fv2=2().()5N,v,=-227.7/V,F=GN,%=-381.24N,%2=104069N°做弯矩、扭矩图：计算及说明结果计算及说明结果计算及说明结果计算及说明结果计算及说明结果计算及说明结果计算及说明结果计算及说明结果