锥-圆柱齿轮减速器设计说明书.docx

18机械设计课程设计机械设计课程设计说明书设计内容( 锥-圆柱齿轮减速器 ) 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 班 级 ： 1202 姓 名 ： 学 号 ： 指导老师 ： 马利云 吕梁学院:矿业工程系 完成时间 ： 年 月 日2目 录一、 设计任务书·········································································2二、电机的选择计算一、选择电动机的类型和结构形势···········································2二、选择电动机容量·······························································2三、确定电动机的转速···························································3三、运动和动力参数的计算一、分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比·················3 四、皮带，皮带轮设计·····························································3 一、V带设计······································································3 二、确定V带中心距和基准长度············································3五、传动零件的设计计算一、 闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算········································4二、 闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计算········································6三、数据整理················································································6六、轴的设计计算1. 减速器高速轴I的设计······················································92. 减速器低速轴II的设计·················································113. 减速器低速轴III的设计·······················································14七、 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···························18八、 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机械设计课程设计计算说明书圆锥圆柱齿轮减速器- 18 -八、 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设计计算内容结果一、设计说明书 一、设计题目：设计圆锥圆柱齿轮减速器 适合在多灰尘并稍有波动的环境中工作，生产小批量，两班制。 1.发电机 2.减速皮带 3.减速器 4.联轴器 5.滚筒 6.传送皮带二、原始数据：传送带拉力F(KN)传送带度V(m/s)鼓轮直径D（mm）使用年限（年）2.71.330010二.电机的选择计算由图可，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为运输设备。减速器为展开式圆锥圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深沟球轴承。联轴器选用齿形联轴器。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：PW=FV1000=2700×1.31000=3.15KW 传动装置的总效率：=联承锥柱带筒式中联、承、锥、柱、带、筒分别为联轴器、滚动轴承、圆锥齿轮传动、圆柱齿轮传动、V带传动和卷筒的传动效率。）取联=0.99（联轴器）承=0.99（滚动轴承），锥=0.97（圆锥齿轮精度为7级，不包括轴承效率），柱=0.98（圆柱齿轮精度为7级，不包括轴承效率），带=0.96（滚筒效率，不包括轴承）筒=0.95（V带的传动效率） =0.99×0.994×0.97×0.98×0.96×0.96=0.83电动机所需功率：Pd=Pw=3.150.83=3.80三、确定电动机的转速滚筒轴的工作转速为：nw=60vD=60×1.3×0.3=82.76（r/min）按课程设计指导书P6表2-1查得圆锥圆柱齿轮的传动比一般范围为：=822,故电动机转速nd=i×nw=(822)×82.76=668.081820.72（r/min）根据额定功率，且转速满足662.08nd1820.72，查机械设计使用手册表9.2-6选电动机型号为Y132S-4。其主要性能如下表：型号额定功率Kw满 载 时转速电流（380V）A效率%功率因数Y132S-45.5144011.685.50.847.02.22.3电动机的外形尺寸：中心高H外形尺寸L×(AC/2+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F×GD132380×288×245216×1401238×8010×33传动比i=144082.76=17.399工作计满载时输入轴的转速nw=60Vd=82.80(r/min)电动机的满载转速nw=1440r/min 故总传动比i=144082.76=17.40三、运动和动力参数计算1.分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比查表得i带=2.5 按直齿轮圆柱齿轮传动比i锥=1.35i=3.07，又因锥齿轮的传动比一般不大于3，故取i锥=3 i柱=17.43×2.5=2.32电动机轴：P0=Pr=4.39kw n0=1440 r/min T0=9.55×4.39×1031440=29.11 (N/m) 轴： P1=P0×带=4.39×0.95=4.17 kw n1=n0i带=576 r/min T1=9.55×P1n1=9.55×4.17×103576=69.14 N/m 轴： P2=P1×锥×承=4.17×0.98×0.98=4.0 kw n2=n1i锥=192 r/min T2=9.55×P2n2=9.55×4.0×103192=198.96 N/m轴： P3=P2×柱×承=4.0×0.98×0.98=3.84 kw n3=n2i柱=82.76 r/min T 3=9.55×P3n3=9.55×3.84×10382.76=443.11 N/m轴：P4=P3×联×筒=4.0×0.98×0.99=3.73 kw n4=n3=82.76 r/min T4=9.55×P4n4=9.55×3.73×10382.76=430.42 N/m轴号输入功率(kW)转速（r/min）输入转矩(N·m)4.1757669.144.0192198.963.8482.76443.113.7282.76430.42四、皮带，皮带轮设计1.V带设计 确定计算功率并选择V带类型 确定计算功率pca,根据机械设计手册表5.3-12工作情况系数kA=1.2通过两班制，载荷变动力，得kA=1.3工作功率Pca=kA×Pe=1.3×5.5=7.15kw 选择pca，nm差机械设计手册图5.1-1得选择A型普通V带 选小齿轮根据机械设计手册表5.3-36，取小带轮的基准直径dd1=90mm 验算带速v，v=dd1nw60×1000=×90×144060000=6.78m/s 因为5/sv30m/s,故带速合适 计算大带轮的基准直径dd2， dd2=i1dd1=2.5×90=225mm2.确定V带中心距和基准长度 计算中心距 0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2) 227mma0630mm 初定中心距a0=450mm 计算所需基准长度 根据表机械设计手册5.3-12 Ldo=2a0+2(dd1+dd2)+(dd2-dd1)24a0 =2×450+2×315+13524×400 =1405.941406mm 根据机械设计手册5.3-8取Ldo=1430mm计算实际中心距表5.3-8 a=a0+Ld-Ldo2 =450+1430-14062 =462mm 根据表机械设计手册表5.3-39得基准宽度bd=11.0mm amin=a-2bd+0.09Ld=311.3mm amax=a+0.02Ld=490.6490mm 所以中心距范围在311490mm 皮带轮相关数据： 基准宽度：bd=11.0mm 基准线上槽深：hamin=2.75mm 基准线下槽深：htmin=11.08.7mm 槽间距：e=1.5±0.3mm 槽边距：dmin=9mm 最小轮缘厚: min=6mm 带轮宽：B=(Z-1)e+2f=78mm (Z轮槽数） 外经：dn=dd+2ha=95.5mm验算带包角11180。-dd2-dd157.3。a=163.26。163。>120。计算带的根数 a.计算单根V带的额定功率pr 因dd1=90mm和nw=1440r/min得p0=1.7kw 根据nw=1440r/min，i=2.5和A型带得p0=0.17kw（由机械设 计手册表5.3-19） 得K=0.96（表5.3-14）得kL=0.96（表5.3-15）于是 pr=p0+p0KkL=1.7+0.17×0.96×0.96=1.72kw b.计算V带的根数 Z=PcaPr=7.151.72=4.16取5根确定带的初拉力和压轴力 A型带单位长度质量m=0.11kg/m（表5.3-16） 所以（表5.3-12）F0min=500×2.5-KPcaKZv+mv2 =500×(2.5-0.96)×7.150.96×5×6.78+0.11×6.782 =174.23174N应使带的实际初拉力F0>F0minFpmin=2ZF0minsin12=2×5×174sin163。2 =1720.891771N带轮的结构设计a.带轮材料的确定，大小带轮材料都选用HT200b.带轮的结构形式（根据课程指导书P183小带轮选用实心式，大带轮孔板式五、传动零件的设计计算一、闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算已知输入功率4.21kw，小齿轮的转数为1440r/min，大齿轮的转数为576r/min，齿数比i=3，由电动机驱动，工作寿命为10年（设每年工作300天，二班制），带式输送机工作经常满载，空线起动，工作有轻震，不反转，工作环境多灰尘，小批量生产。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，查机械设计使用手册表5.6-2得齿形制GB/T12369-1990，齿形角=20。，齿顶ha*=1，顶隙系数C*=0.2 ，螺旋角m=0，不变位。（2）小齿轮材料为（调质），硬度为240285HBS，取用280HBS；大齿轮材料为钢（调质），硬度为 229286HBS，取用240HBS。H1=380+HBS=380+280=660MPaH2=380+0.7HBS=380+0.7×240=548MPaF1=155+0.3HBS=155+0.3×280=239MPaF2=140+0.2HBS=140+0.2×240=188MPa （3）选小齿轮齿数，取Z1=23，大齿轮齿数,Z2=u×Z1=3×23=69 小齿轮传递的转矩T1=6.98×104 N/mm 选择齿宽系数，由于齿轮为非对称布置，且为软齿面，根据机械设计表9-6得R=13初定载荷系数Kt=1.31.6，由于齿轮为非对称布置，取Kt=1.6.查得材料的弹性影响系数计算分度圆直径： d1t3(268×ZE H)2×2KT1R（1-0.5R）2u根据上列参数计算得d1t=77.21mm确定载荷系数K由机械设计表9-2得KA=1.3齿轮的圆周速度：dm1=1- 0.5Rd1=1-0.5×13×77.21=64.34 mmv=d1n160×1000=3.14×64.04×57660×1000=1.94m/s 锥齿轮的精度等级为7级，由 机械设计图9-8得，KV=1.1 ； 表9-3得K=1.1 ；图9-9得K=1.0 ；K=KA×KV×K×K=1.3×1.1×1.1×1.0=1.573与所选相差不大，所以不矫正分度圆直径。 m=d1Z1=77.2123=3.36 mm ；取标准m=4mm ，校正d1=80 mm ；（4）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数和齿根应力修正系数cos1=u1+u2=31+32=0.9487cos2=11+u2=11+32=0.3162Zv1=z1cos1=230.9487=24.24Zv2=z2cos2=700.3162=221.37查机械设计表9-5得YFa1=2.69YFa2=2.06YSa1=1.57YSa2=1.95验算齿根弯曲疲劳强度F1=4×kT1YFa1YSa11- 0.5R 2×m3z121+u2R 代入数字得F1=74.89MPaF1=239 Mpa ；F2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=239×2.06×1.952.69×1.57=91.68F2=188 Mpa弯曲强度足够。(5）计算齿轮的几何尺寸 d1=mZ1=4×23=92 mm d2=mZ2=4×70=280 mm da1=d1+2m cos1=92+2×4×0.9487=99.5896 mm da2=d2+2mcos2=280+2×4×0.3162=282.5296 mm df1=d1-2.4m cos1=92-2.4×4×0.9487=82.8925 mm df2=d2-2.4mcos2=280-2.4×4×0.3162=276.9645 mm节圆顶距：R=d2u2+1=922×1+32=145.4648 mm齿宽：b=R·R=13×145.4648=48.488 mm取b1=b2=48 mm二、 闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计算1.由机械设计9-1公式，确定许用应力。传动无特殊要求，采用软齿面齿轮，确定选用小齿轮材料为（调质），硬度为240285HBS，取用260HBS；大齿轮材料为钢（调质），硬度为 229286HBS，取用240HBS。H1=380+HBS=380+260=640MPaH2=380+0.7HBS=380+0.7×240=548MPaF1=155+0.3HBS=155+0.3×260=233MPaF2=140+0.2HBS=140+0.2×240=188MPa2.齿面接触疲劳强度选小齿轮齿数，Z1=2040，取Z1=31，大齿轮齿数,Z2=u×Z1=2.32×31=71.92,取用Z2=72小齿轮传递的转矩T1=2.0095×105 m/s选择齿宽系数，由于齿轮为非对称布置，且为软齿面，根据机械设计表9-6得d=0.8.初定载荷系数Kt=1.31.6，由于齿轮为非对称布置，取Kt=1.5.查得材料的弹性影响系数 计算分度圆直径由端面重合度可得=1.88-3.2（1z1+1z2）=1.82，则 Z =4-3=4-1.823=0.85d1t3(268×ZEZH)2×KT1d×u+1u 根据上列参数计算得d1t=75.30mm确定载荷系数KA 查机械设计表9-2得KA=1.5 齿轮的圆周速度v=d1n160×1000=3.14×75.30×19260×1000=0.757 m/s精度等级选7级，根据机械设计图9-8可知Kv=1.15；查表9-3得K=1.1 ；由图9-9知KH=1.065 ；则K=KAKVKHKH=1.5×1.15×1.1×1.065=2.02与初定值相差较大，校正后的分度圆直径为：d1=d1t3KKt=75.3×32.021.5=83.15 mm 确定齿轮模数:m=d1z1=83.1531=2.68 mm查标准选m=3 mm3.齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数和齿根应力修正系数由Z1=31，Z2=72查机械设计表9-5得YFa1=2.50YFa2=2.25YSa1=1.63YSa2=1.75验算齿根弯曲应力Y=0.25+0.75=0.25+0.751.82=0.66由 机械设计式9-6得F1=2×kT1YFa1YSa2Yd1bm =2×2.02×2.50×1.63×0.6674.4×93×3=105.19MPaF1=233Mpa齿根弯曲疲劳强度足够。4.计算齿轮的几何尺寸 d1=mZ1=3×31=93mm d2=mZ2=3×72=216 da1=d1+2m=93+2×3=99mm da2=d2+2m=216+2×3=222mm df1=d1-2.5m=93-2.5×3=85.5mm df2=d2-2.5m=216-2.5×3=208.5mma=m2（Z1+Z2）=32（31+72）=154.5mmb2=dd1=0.8×93=74.4mm ，取b2=75mm ，b1=b2+5=75+5=80mm 三、数据整理1、圆锥齿轮 齿轮类型：直角圆锥齿轮（GB/T12369-1990,齿形角=20。, ，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位）精度7级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。大端分度圆直径：小齿轮d1=92mm，大齿轮d2=280mm节锥顶距： R=145.4648mm节圆锥角： cos1=0.9487 cos2=0.3162大端齿顶圆直径：da1=99.59mm da2=282.52mm齿宽： b1=b2=48mm 齿数： Z1=23， Z2=70模数： m=32、圆柱齿轮齿轮类型：直齿圆柱齿轮；精度7级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为260HBS和240HBS。分度圆直径： d1=93 mm， d2=216 mm 中心距： a=154.5 mm 齿宽： b1=80 mm，b2=75 mm 齿数： Z1=31， Z2=72模数： m=2.5 mm六、轴的计算一、减速器高速轴I的设计1.求输出轴上的功率，转速和转矩 由前面的计算可得 P1=4.21 kw n1=576 r/min T1=69.80 N/m2.求作用在齿轮上的力圆锥小齿轮 dm1=（1-0.5bR）d1=1-0.5×48145.4648×92=76.82mm Ft=2T1dm1=2×69.80×100076.82=1817.23N Fr1=F1tancos1=1817.23×tan20。×0.9487=627.49N F1=F1tansin1=1817.23×tan20。sin18.435。=209.10N 圆锥大齿轮 Fr2=F1=627.49N F2=Fr1=209.10N 圆柱小齿轮、大齿轮 Ft=2T2d1=2×20095×10393=4321.51N Fr=Fttan=4321.51×tan20。=152.90N3.初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为45钢，调质处理。查机械设计表14-2得A=126103 dmin=A3P1n1=105×34.21576=20.38mm 查机械设计手册表4.2-57选用轴承代号6000型6306单列深沟球轴承得到，其尺寸d×D×B=35mm×75mm×17mm 为了利于固定，一般取比b小1mm（如图所示），故可确定。4. 由经验公式算轴肩高度： 取轴肩高为4mm ，确定。 由课程设计指导书P47图46的要求可得， ，取。5.根据轴承安装方便的要求，取，得 根据安装轴承旁螺栓的要求，取 。 根据齿轮与内壁的距离要求，取 。6.根据齿轮孔的轴径和长度，确定。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。