级圆锥圆柱齿轮减速器机械设计说明机械课程设计

机械设计课程设计书 机械设计 课程设计 设计目：二级圆锥-圆柱齿轮减速器 班 级：材控07-2班 设 计 者： 学 号： 指导教师：杨现卿 机械设计课程设计计算说明书 一、传动拟定 3 二、电动机的选择 3 三、运动、动力学参数计算 5 四、传动零件的设计计算 6 五、轴的设计 11 六、轴承的选择和计算 24 七、键连接的校核计算 26 八、联轴器选择 27 九、箱体设计 28 十、减速器附件 28 十一、密封润滑 29 十二、设计小结 30 十三、参考文献 31 计算过程及计算说明 一、传动方案拟定 设计二级圆锥-圆柱齿轮减速器 工作条件： 输送机连续单向运转工作时有轻微震动，空载启动，卷筒效率为0.96，输送带工作速度误差为 5%；每年按300个工作日计算，使用期限为10年，大修期4年，单班制工作；在专门工厂小批量生产 原始数据：运输机工作周转矩：T=1800N·m；带速V=1.30m/s； 滚筒直径D=360mm 二、电动机选择 1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机 2、电动机功率选择： （1）工作机所需功率： P =Tn/9550, 因为 ，把数据带入式子中得n=68.97r/min,所以P =1800*68.97/9550=13.00kW (2) 1）传动装置的总效率： η总=η滚筒×η4轴承×η圆柱齿轮×η 联轴器×η圆锥齿轮 =0.96×0.99 ×0.98×0.99 ×0.97 =0.86 2)电动机的输出功率： Pd= P /η总 =13.00/0.86 =15.13kW 3、确定电动机转速： 计算工作机轴工作转速： nw=60×1000V/πD =60×1000×1.30/π×360 =68.97r/min 按表14-2推荐的传动比范围，取圆柱齿轮和圆锥齿轮传动的一级减速器传动比范围分别为2~3和3~5，则总传动比范围为I’d=6~15。故电动机转速的可选范围为 nd=I’d×nw=（6~15）×68.97=413.8~1034.6r/min 符合这一范围的同步转速有750和1000r/min。 4、确定电动机型号 由上可见，电动机同步转速可选750和1000r/min,可得到两种不同的传动比方案 方案 电动机型号 额定功率 P /kW 电动机转速 电动机重量/kg 传动装置的传动比 同步转速 满载转速 传动比 圆锥传动比 圆柱传动比 1 Y200L1-6 18.5 1000 970 220 14 3.5 4 2 Y225S-8 18.5 750 730 266 10.6 2.66 3.99 综合各方面因素选择第一种方案，即选电动机型号为Y225S-8机。 电动机的主要参数见下表 型号 额定功率/kW 满载转速 (r/min) 中心高 mm 轴伸尺寸 Y225S-8 18.5 730 225 60*140 三、运动参数及动力参数计算 计算总传动比及分配各级的传动比 1、总传动比：i=nm/nw=730/68.97=10.58 2、分配各级传动比: 取i直=1.52 i锥 锥齿轮啮合的传动比：i1=0.25i=2.66 圆柱齿轮啮合的传动比：i2=i/ i1=10.58/2.66=3.99 1.计算各轴转速（r/min） nI=n =730 nII=nI/i1=730/2.66=274.4 nIII=nII/i2=274.4/4=68.8 nIV= nIII=68.8 2.计算各轴的功率（kW） PI=Pd·η联轴器=15.13×0.99=14.98 PII=PI·η轴承·η圆锥齿轮=14.98×0.99×0.98=14.3 PIII=PII·η轴承·η圆柱齿轮=14.3×0.99×0.98=13.9 PIV= PⅢ*η轴承*η联轴器=13.9×0.99×0.99=13. 8 3.计算各轴扭矩（N·m） Td=9550* Pd/ nm =9550×15.13/730=198 TI=9550*PI/nI=194 TII=9550*PII/nII=497.7 TIII=9550*PIII/nIII=1929.4 TW=9550* PW/nW=1910.1 Td、TI、TII、TIII、TW=依次为电动机轴，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和工作机轴的输入转矩。 参数 轴名 电动机轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 工作机轴 转速r/min 730 730 274.4 68.8 68.8 功率P/kW 15.13 14.98 14.3 13.9 13.8 转矩/n*m 198 196 497.7 1929.4 1910.1 传动比 1 2.66 3.99 1 1 效率 0.99 0.97 0.97 0.98 4.验证带速 V= nIII=1.296m/s 误差为 =-0.003<5%,合适 四、传动零件的设计计算 圆锥齿轮的设计计算 已知输入功率P1=PⅠ=14.98Kw,小齿轮的转速为730r/min，齿数比为u=2.66，由电动机驱动，工作寿命为10年（每年工作300天），单班制，输送机连续单向运转，工作时有轻微震动，空载启动。 （1）选定齿轮精度等级，材料和确定许用应力 1）该减速器为通用减速器，速度不高故选用7级精度（GB10095-88） 2)选择小齿轮材料为35SiMn钢调质，硬度为229～286HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为229～286HBS，按齿面硬度中间值，有图5-29b按碳钢查MQ线得 σFlim1=290Mpa σFlim2 =220Mpa 同理由图5-32b查得 σHlim1=700Mpa σHlim2 =580Mpa 3）有式（5-29），（5-30）分别求得 σFp1=σFlim1 YSTYNYx/SFmin=446Mpa σFp2=σFlim2 YSTYNYx/SFmin=338Mpa σHp2=σHlim2 YSTZNZW/SHmin=580Mpa 由于为闭式齿面硬度中，主要失效形式为齿面疲劳点蚀，故应按接触疲劳强度进行设计，并校核其齿根的弯曲强度。 （2）按接触疲劳强度进行设计计算 由设计公式进行计算 即 d1≥1017{kT1Z EMBED Equation.3 /[σHp (1-0.5φR)] φRu[σH]2}1/3 1)小齿轮的名义转矩 T1= TI=194N·m 2）选取载荷系数K=1.3~1.6 同小齿轮悬臂设置，取k=1.5 3)选取齿宽系数，取 4)选取重合度系数，取Z 5)初算小齿轮大端分度圆直径 d 6)确定齿数和模数 选取 取 =75 大端模数m= mm，取m=4 7）计算主要尺寸 (3) 校核齿根弯曲疲劳强度 1)计算从重合度系数 因为重合度 ，所以 。 2)确定 的大值 由图5-26查得 。则 因为 ，所以选择大齿轮进行校核 3)校核大齿轮的齿根弯曲疲劳强度 故齿根弯曲疲劳强度足够，所选参数合适。 2.圆柱直齿轮的设计计算 已知：输入功率 ，小齿轮转速为274.4r/min，齿数比为u=4，电动机驱动，工作寿命为10年（每年工作300天）单班制，带式输送机，时有轻微震动，单项运转。 (1)选择齿轮材料，确定许用应力 根据题设条件看，大小齿轮均采用20CrMnTi钢渗碳淬火，硬度56~62HRC。 由图5-29c查得弯曲疲劳强度极限应力 由图5-32c查得接触疲劳强度极限应力 (2)按轮齿弯曲疲劳强度计算齿轮的模数m 1)确定弯曲应力 采用国标时， 因为齿轮的循环次数 所以取 ；则 =600Mpa 2)小齿轮的名义转矩 3)选取载荷系数K=1.6 4）初步选定齿轮的参数 5)确定复合齿形系数 ,因大小齿轮选用同一材料及热处理，则 相同，故按小齿轮的复合齿形系数带入即可 由《机械设计基础》第四版P88，图5-26可查得： 6）确定重合度系数 因为重合度 所以 将上述各参数代入m式中得 按表5-1，取模数 。则中心距 7）计算传动的几何尺寸： 齿宽： （3）校核齿面的接触强度 重合度系数 钢制齿轮 把上面各值代入式中可算得： 符合要求 （4）校核齿根弯曲强度 故，轴强度满足要求。 五、轴的设计计算 输入轴的设计计算 1．已知：P1 =14.98kw, n1 =730r/min,T1 =196 N·m 2．选择材料并按扭矩初算轴径 选用45#调质，硬度217~255HBS， =650Mp 根据课本P235（10-2）式，并查表10-2，取c=115 dmin=115mm=31.38mm 考虑到最小直径处要连接联轴器要有键槽，将直径增大5%，则d=31.38×(1+5%)mm=33mm 3.初步选择联轴器 要使轴径d12与联轴器轴孔相适应故选择连轴器型号 查课本P297,查kA=1.5, Tc=kA T1=1.5*196=294 N·m 查《机械设计课程设计》P298，取HL弹性柱销联轴器，其额定转矩315 N·m，半联轴器的孔径d1 =35mm,故取d12 =35mm,轴孔长度L=82mm,联轴器的轴配长度L1 =60mm. 4.轴的结构设计 （1）拟定轴的装配方案如下图： （2）轴上零件的定位的各段长度，直径，及定位 为了定位半联轴器，1-2轴右端有一轴肩，取d2-3=42mm 选滚动轴承：因轴承同时承受有径向力和轴向力，故选用系列圆锥滚子轴承。参考d2-3=42mm。查《机械设计课程设计》P311，表18-4.选取标准精度约为03.尺寸系列30309.尺寸： 故d3-4= d5-6=45mm，而l3-4=26mm 此两对轴承均系采用轴肩定位，查表18-4，3030轴承轴肩定位高度h=4.5mm 因此取d4-5=54mm。 取安装齿轮处的直径d67=42mm，使套筒可靠的压在轴承上，故l56>取30310型，尺寸 故d12= d56=50mm， 此两对轴承均系采用套筒定位， 查表18-4， 轴定位轴肩高度h=4.5mm,因此取套筒直径 为59mm. 取安装齿轮处的直径：d23=d45=57mm，锥齿轮右端与左轴承之间采用套筒定位，已知锥齿轮轮毂长lh=（1.2~1.5）ds， 取lh=55m为了使套筒可靠的压紧端面，故取 =52mm,齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d,取h=4mm,则此处轴环的直径d34=63mm. 已知圆锥直齿轮的齿宽为b1=48mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮端面，此处轴长l450.07d,取h=7mm,轴环处处的直径 =104mm, >1.4h,取 =10mm, 5)取箱体——小圆锥齿轮的中心线为对称轴， 6）轴上的周向定位 齿轮与轴用键连接查《机械设计课程设计》取 ，L=B-(5~10)=55mm.同时保证齿轮与轴有良好对中性，选择齿轮轮毂与轴合为H7/m6,滚动轴承宇宙的轴向定位有过渡配合来保证，轴尺寸公差为m6 7)确定轴的倒角尺寸：2 。 4.轴的强度校核 1）齿轮上的作用力的大小 2）求直反力 3）画弯矩图： 4）画扭矩图： 5）弯扭合成： 因单向回转，视转矩为脉动循环， 则 剖面C的当量弯矩: N·m =1161.5 N·m 6）判断危险剖面： C截面： 24.2MPa< A截面直径最小也为危险截面： 33.9MPa< 满足强度要求 六．轴承的选择与计算 输入轴的轴承：30309圆锥滚子轴承 e=0.35,Y=1.7 轴承内部轴向力： =7008.5N EMBED Equation.DSMT4 滚子轴承 2.中间轴轴承30310圆锥滚子轴承 e=0.35,Y=1.7 轴承内部轴向力： =7008.5N EMBED Equation.DSMT4 滚子轴承 3.输出轴轴承30316圆锥滚子轴承 e=0.35,Y=1.7 轴承内部轴向力： EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4 滚子轴承 七．键的计算校核 1.输入轴上的键 联轴器处： 小锥齿轮处： 2.轴的键的校核计算： 大锥齿轮处： 小直齿轮处： 3.输出轴键的校核： 直齿轮处的键： 联轴器处键的校核： 八．联轴器的选择 输入轴联轴器： 查《机械设计课程设计》P298，取HL弹性柱销联轴器，其额定转矩315 N·m，半联轴器的孔径d1 =35mm,轴孔长度L=82mm,联轴器的轴配长度L1 =60mm. 输出轴联轴器： 查《机械设计课程设计》P298，取HL6弹性柱销联轴器，额定扭矩为3150N·m其半联轴器的孔径d =70mm,长度为132mm。 所选联轴器的额定扭矩均大工作扭矩故，满足需求。 九．减速器箱体结构尺寸 名称 符号 结果 机座壁厚 8 机盖壁厚 8 机座凸缘厚度 b=1.5 12 机盖凸缘厚度 12 机座凸底缘厚度 20 地脚螺钉直径 =0.036a+12=19.2 M20 地脚螺钉数目 n 4 轴承旁连接螺栓直径 M16 机盖与机座连接螺栓直径 M10 联接螺栓d2的间距 l=150~200 180 轴承端盖螺钉直径 M8 窥视孔盖螺钉直径 M8 定位销直径 8 df、d1、d2到外机壁距离 C1(27,23,17) 27,23,17 d1、d2至凸缘边缘距离 C2(21,15) 21,15 轴承旁凸台半径 R1= C2(21,15) 21,15 凸台高度 h=20mm 外机壁至轴承座端面距离 l1=C1 +C2+（8~12）=44~48 46 大齿轮顶圆与内机壁距离 △1＞1.2 12 齿轮端面与内机壁距离 △2＞ 10 机盖、机座肋厚 m1≈0.85 ，m2≈0.85 7 轴承端盖外径 D2=1.25D+10 135,148,223 轴承端盖凸缘厚度 t=(1~1.2)d3 9 轴承旁联接螺栓距离 S≈D2 135,148,223 十．减速器附件的选择 由《机械设计课程设计》选择通气塞M16×1.5,A型压配式圆形油压表A32JB/T7941.1-1995,外六角螺塞及封油垫M14×1.5,箱座吊耳，吊环螺钉M16（GB/T825-1988），启盖螺钉M8。 十一.齿轮的密封与润滑 齿轮采用润滑油润滑，由《机械设计基础课程设计》选名称为工业闭式齿轮油(GB-5903-1995)，代号为L-CKC220润滑剂。因为齿轮的速度小于12m/s，所以圆锥齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离≥30~60mm。因为大圆锥齿轮的线速度为4.87m/s>2m/s,可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承，并通过油槽润滑其他轴上的轴承，且有散热作用，效果较好。对箱体进行密封为了防止外界的灰尘，水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的流失。 十二.设计小结 通过这次对圆锥圆柱二级减速器的设计，使我们真正的了解了机械设计的概念，在这次设计过程中，反反复复的演算一方面不断的让我们接进正确，另一方面也在考验我们我们的耐心，思维的严密性和做研究的严谨性。我想这也是这次设计我们是哟应该达到的。这些让我感受颇深。通过三个星期的设计实践，我们真正感受到了设计过程的谨密性，为我们以后的工作打下了一定的基础。 机械设计是机械这门学科的基础的基础，是一门综合性较强的技术课程，他融汇了多门学科中的许多知识，例如，《机械设计》，《材料力学》，《工程力学》，《机械设计课程设计》等，我们对先前学的和一些未知的知识都有了新的认识。也让我们认识到，自己还有好多东西还不知道，以后更要加深自己的知识内涵，同时，也非常感谢老师对我们悉心的指导，得已让我们能更好的设计。 参考文献： 黄华梁、彭文生编《机械设计》四版 高等教育出版社2007 王旭、王积森 《机械设计课程设计》 机械工业出版社 2003 朱文坚 《机械设计课程设计》 科学出版社 刘鸿文主编 《材料力学》 第四版 高等教育出版社 2003 注释及说明 T=1800N·m V=1.30m/s D=360mm P =13.00kW η总=0.86 Pd=15.13kW nw=68.97r/min 电动机型号 Y200L1—6 i总=10.6 i1=2.66 i2=3.99 《机械设计学习指导》57页 nI =730r/min nII=274.4r/min nIII=68.8r/min nIV= nIII=68.8 PI=14.98Kw PII=14.3kW PIII=13.9kW PIV=13. 8 kW Td=198 N·m TI=196N·m TII=497.7N·m TIII=1929.4N·m TW=1910.1 N·m V= 1.296m/s σFp1 =446Mpa σFp2= 338Mpa σHp2n=580Mpa 《机械设计基础第四版》P82 P92~P93 T EMBED Equation.3 =563Mpa m=4 a=200mm 《机械设计课程设计》P22 d12 =35mm d2-3=42mm d3-4=d5-6 =45mm d4-5=54mm d67=42mm l12 =60mm. l23=50 l3-4=26mm l45=120mm l56=26mm l67=78mm Ft1 =4117.6N Fr1=1404.1N Fa1=524.1N FBX =255.6N FBY=704.3N =6684.0N FCy=2108.4N MCx=-347.7N·m MCy1=64.1N·m MCy2=-24.9N·m Mec =275.06N·m σe =1.36Mpa N·m N·m N·m N·m N·m =40.34mm d12= d56=50mm d23=d45=57mm d34=63mm l23=52mm =46mm。 Ft1=12442.5N Fr1=4528.7N Ft2=3903.5N Fr2= 496.87N Fa1= 1331.1N AB=92mm, BC=65mm, CD=125mm =-8145.3N =-8200.7N EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4 d1-2 =70mm d2-3=77mm EMBED Equation.DSMT4 =104mm =90mm l1-2=130mm l23=50mm =42.5mm =10mm EMBED Equation.DSMT4 31 _1234567953.unknown _1234568017.unknown _1234568049.unknown _1234568081.unknown _1234568097.unknown _1234568113.unknown _1234568121.unknown _1234568129.unknown _1234568133.unknown _1234568137.unknown _1234568139.unknown _1234568141.unknown _1234568143.unknown _1234568144.unknown _1234568142.unknown _1234568140.unknown _1234568138.unknown _1234568135.unknown _1234568136.unknown _1234568134.unknown _1234568131.unknown _1234568132.unknown _1234568130.unknown _1234568125.unknown _1234568127.unknown _1234568128.unknown _1234568126.unknown _1234568123.unknown _1234568124.unknown _1234568122.unknown _1234568117.unknown _1234568119.unknown _1234568120.unknown _1234568118.unknown _1234568115.unknown _1234568116.unknown _1234568114.unknown _1234568105.unknown _1234568109.unknown _1234568111.unknown _1234568112.unknown _1234568110.unknown _1234568107.unknown _1234568108.unknown _1234568106.unknown _1234568101.unknown _1234568103.unknown _1234568104.unknown _1234568102.unknown _1234568099.unknown _1234568100.unknown _1234568098.unknown _1234568089.unknown _1234568093.unknown _1234568095.unknown _1234568096.unknown _1234568094.unknown _1234568091.unknown _1234568092.unknown _1234568090.unknown _1234568085.unknown _1234568087.unknown _1234568088.unknown 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