机械课程设计—圆锥圆柱齿轮减速器.doc

机械课程设计—圆锥-圆柱齿轮减速器
一、 设计任务
1. 总体任务布置图：

2. 设计要求：连续单向运转，载荷较平稳，空载起动，运输带允许误差为5％。使用期限为10年，小批量生产，两班制工作。
3. 原始数据：
运输机工作拉力：2400N
运输带工作速度：1.5m/s
卷筒直径：260mm
4. 设计内容；
1） 电动机的选择与参数计算
2） 斜齿轮传动设计计算
3） 轴的设计
4） 滚动轴承的选择与校核
5） 键和联轴器的选择与校核
6） 转配图、零件图的绘制
7） 设计说明书的编号
5. 设计任务
减速器总装配图一张
齿轮、轴零件图各一个
设计计算一份

二、 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系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电源电压喂380V。
2. 电动机容量
电动机所需工作功率为：

工作及所需功率为：

传动装置的总效率：
按《课程设计》表2-5确定各部分的效率为：滚动轴承效率（一对），圆柱齿轮传动效率；圆锥齿轮传动效率；弹性联轴器效率；卷筒轴滑动轴承效率；则

由第六章，U系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为5.5kW。
3. 确定电动机转速
查表2-4得二级圆锥-圆柱齿轮减速器的传动比为8~15，而滚筒轴工作转速
故电动机转速的可选范围为

4. 选择电动机的型号，由表6-164得

方案
电机类型
额定功率
同步转速
满载转速
传动比
1
Y132S-4
5.5
1500
1440
13.06
2
Y132M2-6
5.5
1000
960
8.71
由表可知，方案2传动比较小，传动装置结构尺寸较小,因此采用方案2，即选定电动机型号为Y132M2-6。

三、 分配传动比
总传动比：
分配各级传动比。因为是圆锥圆柱齿轮减速器，所以

四、 运动和动力参数计算
电动机轴：

高速轴：

中间轴：

低速轴：

滚筒轴：

运动和动力参数的计算结果汇总如下表：
五、 圆锥直齿轮设计
已知设计要求为连续单项向运转，载荷平稳，空载起动，运输带允许误差为5％。使用期限为10年，小批量生产，两班制工作。

1、选定齿轮精度等级、材料及齿数
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。因所选方案转速较低，故采用直齿轮。
由《机械设计》附表8-1，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为180HBS。大齿轮材料为45号钢（调质），硬度为240HBS。
选小齿轮齿数z1=25，大齿轮齿数z2=25×2.27=56.75，取整57

2、按齿面接触强度设计
由《机械设计》式（8-26）进行齿轮尺寸的初步确定即

确定公式内的各计算数值
试选载荷系数K=1.8
由上表可知，小齿轮传递的转矩T1=42640N·mm
齿宽系数,根据《机械设计》表8-2，=0.25~0.33，又因悬臂布置，故选=0.25.
应力循环次数为：

接触疲劳寿命系数KHN，根据N1，N2由附图8-6查得KHN1=0.90，KHN2=0.93。
接触疲劳强度极限，由附图8-7（f）查得，
接触疲劳许用应力,由表8-4，按一般可靠度，查得最小安全系数，则
，

取许用接触疲劳强度=1=495MPa为计算许用应力。
则
计算圆周速度：

计算载荷系数K
根据v=4.34m/s，7级精度，由《机械设计》附图8-1，查得动载系数KV=1.15。附表8-2，查得使用系数KA=1。附表8-3，查得齿间载荷分配系数.根据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，由附表8-4得。故

按实际的载荷系数校正小齿轮直径d1，

计算模数：,故取模数m=3
计算齿轮相关系数
d1=mz1=3×25=75mm d2=mz2=3×57=171mm

圆整取b1=24，b2=19。
3、 按齿轮玩去疲劳强度计算
计算当量齿数

查附图8-4得齿形系数YFS1=4.16，YFS2=3.95
弯曲疲劳强度寿命系数KFN，由N1，N2查附图8-5，得KFN1=0.88，KFN2=0.90。
弯曲疲劳强度极限，由附图8-7（f）查得，。
弯曲疲劳许用应力,由表8-4，按一般可靠度，查得最小安全系数，则

4、 校核弯曲强度
根据弯曲强度条件公式

进行校核

满足弯曲强度，所选参数合适。
六、 圆柱斜齿轮设计
已知输入功率P2=4.08kW，小齿轮转速423r/min
1、选定齿轮精度等级、材料及齿数
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。
由《机械设计》附表8-1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。
选小齿轮齿数z1=23，大齿轮齿数z2=3.84×23=88.32，取88。
选取螺旋角。初选螺旋角
2、 按齿面接触强度设计
由《机械设计》式（8-26）进行齿轮尺寸的初步确定即

确定公式内的各计算数值
试选载荷系数Kt=1.6
由上表可知，小齿轮传递的转矩T2=92.11N·m
齿宽系数,根据《机械设计》表8-3，=1，
应力循环次数为：

接触疲劳寿命系数KHN，根据N1，N2由附图8-6查得KHN1=0.90，KHN2=0.93。
接触疲劳强度极限，由附图8-7（f）查得，
接触疲劳许用应力,由表8-4，按一般可靠度，查得最小安全系数，则
，

取许用接触疲劳强度=2=446.4MPa为计算许用应力。
则
计算圆周速度：

计算齿宽b及模数mnt

齿宽与齿高之比：
根据v=1.66m/s，7级精度，由《机械设计》附图8-1，查得动载系数KV=1.06；附表8-2，查得使用系数KA=1；附表8-3，查得齿间载荷分配系数；
由附表8-4得。故

按实际的载荷系数校正小齿轮直径d2，

计算模数： 取m=3
计算
：
按圆整好的中心距修正螺旋角：°
计算大小齿轮的分度圆直径：

计算齿轮宽度
圆整后取b1=71mm,b2=66mm
校核齿根弯曲疲劳强度
由附图8-2根据查得=1.35，故

纵向重合度：，取
螺旋角系数
计算当量齿数

由《机械设计》附图8-4查得齿形系数YFS1=4.22，YFS2=3.95
由附图8-8查得小齿轮，
由附图8-5查得KFN1=0.85，KFN2=0.90
按表8-4按一般可靠度，取SFmin=1.25
计算弯曲疲劳许用应力：

校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式

满足弯曲强度，所选参数合适。

七、 轴的设计
1. 输入轴的设计
已知P1=4.29kW，n2=960r/min，T2=42.64N·mm。
先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据《机械设计》取C=112。

高速轴：

中间轴：

低速轴：

输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。计算得联轴器的转矩，查《机械设计》表15-4，由于转矩变化很小，故取，则

查《课程设计》表6-100，选LX1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为250 N﹒m，半联轴器的孔径 ，故取，半联轴器长度L=52mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。

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为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径.
初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由《机械设计》表13-8中初步选取单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为dDr=30mm72mm20.75mm，，而l34=39mm。
这对轴承均采用轴肩进行轴向定位，由《机械设计（机械设计基础）课程设计》表13-8查得30306型轴承的定位轴肩高度h=3.5mm，因此取。
取安装齿轮处的轴段6-7的直径；为使套筒可靠地压紧轴承， 5-6段应略短于轴承宽度，故取。
轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离=30mm，故取
锥齿轮轮毂宽度为50mm，为使套筒端面可靠地压紧齿轮取l67=35mm
取l45=82mm
圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由《机械设计》表5-2
查得平键截面bh=8mm7mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为保
证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/k6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。
确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为
轴段编号
长度mm
直径mm
配合说明
1-2
36
20
与联轴器配合
2-3
50
27
定为轴肩
3-4
39
30
与滚动轴承配合
4-5
82
37
定位轴肩
5-6
35
30
压紧轴承
6-7
35
25
与小齿轮键联接

2. 中间轴的设计
已知P2=4.08kW，n1=423r/min，T1=92.11N·mm。
先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45Cr（调质），根据《机械设计》表14-1取C=100。
中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径和。

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初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用圆锥滚子轴承，由《机械设计》表13-8选取圆锥滚子轴承30306，其尺寸dDT=30mm72mm20.75mm，因此取。
这对轴承均采用套筒进行轴向定位，因为30306型轴承的定位轴肩高度h=3.5mm，因此取套筒直径37mm。
取安装齿轮的轴段，锥齿轮左端与左轴承之间采用
套筒定位，已知锥齿轮轮毂长L=48mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，故取h=4mm，则轴环处的直径为。
已知圆柱直齿轮齿宽B1=71mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴
段应略短于轮毂长，故取l45=66mm。
箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取,
l56=53mm
轴上的周向定位
圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由《机械设计》表5-2查得平键截面bh=12mm8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为22mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按由《机械设计》表5-2查得平键截面bh=12mm8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为56mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。
确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为
轴端编号
长度mm
直径mm
配合说明
1-2
41
30
与滚动轴承配合
2-3
45
40
与锥齿轮配合
3-4
12
43
定为轴肩
4-5
66
40
与圆柱齿轮配合
5-6
53
30
与滚轴承配合

3. 输出轴的设计
已知P3=3.92kW，n3=110.15r/min，T3=339.73N·m。
先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据《机械设计》表14-1取C=112。

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输出轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩，查《机械设计》表15-4，取，则
Tca=KAT3=1.3×339730=441649N·mm
查《课程设计》表6-100，选LX3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250N，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。
为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径，左端用轴端挡圈定位，按轴端挡圈直径的D=48mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短些，现取 。
初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由《机械设计》圆锥滚子轴承30310，其尺寸为，所以，
而.
左端轴承采用轴肩进行轴向定位，由《机械设计》
查得30310型轴承的定位轴肩高度h=5mm，因此取；齿轮右端和右轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为71mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，故取h=4mm，则轴环处的直径为。轴环宽度b>1.4h，取。
轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取
箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取l45=76mm, L78=63mm
齿轮、半联轴器的周向定位均采用平键连接，按由《机械设计》表5-2查得平键截面bh=16mm10mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂

与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键12mm8mm70mm，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。
确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为
轴段编号
长度
直径
配合说明
1-2
82
40
与联轴器配合
2-3
50
47
与端盖配合轴向定位
3-4
30
50
与滚动轴承配合
4-5
76
60
定位轴
5-6
8
63
轴肩固定
6-7
67
55
与大齿轮联接配合
7-8
63
50
与滚动轴承配合

输出轴校核：
已知圆柱斜齿轮的分度圆直径d2=272mm

轴上支反力计算
水平面内的支反力：
垂直面内的支反力：

计算界面C处的弯矩：

则合成弯矩为：

查附表14-1得弯曲应力

故安全。

减速器的附件选择和箱体的设计
窥视孔和孔盖
选用板结构视孔盖A=100mm,d4=M8
通气孔
选用经一次过滤装置的通气孔，M36×2
油面指示器
选用游标尺d=M12
放油孔和螺塞
选用外六角形油塞垫d=M16×1.5

箱体设计
名称
尺寸
箱座壁厚
8
箱盖壁厚
8
箱体凸缘厚度
12
底座凸缘厚度
20
地脚螺钉直径
12
地脚螺钉数目
4
轴承旁连接螺栓直径
9
箱盖，箱座连接螺栓
6
连接螺栓d2的间距
150
轴承端盖螺栓直径
6
窥视孔螺栓直径
4.8
定位销直径
4.8
箱盖肋厚
7
箱座肋厚
7