机械专业课程设计二级圆锥圆柱齿轮减速器机械设计项目说明指导书最终.doc

机械设计课程设计说明书设计题目：二级圆锥-圆柱齿轮减速器班 级：材控07-2班设 计 者： 学 号： 指导老师：杨现卿机械设计课程设计计算说明书一、传动方案确定 3二、电动机选择 3三、运动、动力学参数计算 5四、传动零件设计计算 6五、轴设计 11六、轴承选择和计算 24七、键连接校核计算 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、参考文件 31计算过程及计算说明一、传动方案确定设计二级圆锥-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，空载开启，卷筒效率为0.96，输送带工作速度误差为5%；每十二个月按300个工作日计算，使用期限为，大修期4年，单班制工作；在专门工厂小批量生产（1） 原始数据：运输机工作周转矩：T=1800Nm；带速V=1.30m/s；滚筒直径D=360mm二、电动机选择1、电动机类型选择： 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）传动装置总效率：总=滚筒4轴承圆柱齿轮联轴器圆锥齿轮 =0.960.990.980.990.97=0.862)电动机输出功率：Pd= P/总=13.00/0.86=15.13kW3、确定电动机转速：计算工作机轴工作转速：nw=601000V/D=6010001.30/360=68.97r/min 按表14-2推荐传动比范围，取圆柱齿轮和圆锥齿轮传动一级减速器传动比范围分别为23和35，则总传动比范围为Id=615。故电动机转速可选范围为nd=Idnw=（615）68.97=413.81034.6r/min符合这一范围同时转速有750和1000r/min。4、确定电动机型号由上可见，电动机同时转速可选750和1000r/min,可得到两种不一样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传动装置传动比同时转速满载转速传动比圆锥传动比圆柱传动比1Y200L1-618.51000970220143.542Y225S-818.575073026610.62.663.99综合各方面原因选择第一个方案，即选电动机型号为Y225S-8机。电动机关键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-818.573022560*140三、运动参数及动力参数计算计算总传动比及分配各级传动比1、总传动比：i=nm/nw=730/68.97=10.582、分配各级传动比:取i直=1.52 i锥锥齿轮啮合传动比：i1=0.25i=2.66圆柱齿轮啮合传动比：i2=i/ i1=10.58/2.66=3.991.计算各轴转速（r/min）nI=n=730nII=nI/i1=730/2.66=274.4nIII=nII/i2=274.4/4=68.8nIV= nIII=68.82.计算各轴功率（kW）PI=Pd联轴器=15.130.99=14.98PII=PI轴承圆锥齿轮=14.980.990.98=14.3PIII=PII轴承圆柱齿轮=14.30.990.98=13.9PIV= P*轴承*联轴器=13.90.990.99=13. 83.计算各轴扭矩（Nm）Td=9550* Pd/ nm =955015.13/730=198TI=9550*PI/nI=194TII=9550*PII/nII=497.7TIII=9550*PIII/nIII=1929.4TW=9550* PW/nW=1910.1Td、TI、TII、TIII、TW=依次为电动机轴，和工作机轴输入转矩。参数 轴名电动机轴轴轴轴工作机轴转速r/min730730274.468.868.8功率P/kW15.1314.9814.313.913.8转矩/n*m198196497.71929.41910.1传动比12.663.9911效率0.990.970.970.984.验证带速V= nIII=1.296m/s误差为=-0.0035%,适宜四、传动零件设计计算1. 圆锥齿轮设计计算已知输入功率P1=P=14.98Kw,小齿轮转速为730r/min，齿数比为u=2.66，由电动机驱动，工作寿命为（每十二个月工作300天），单班制，输送机连续单向运转，工作时有轻微震动，空载开启。（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，速度不高故选择7级精度（GB10095-88）2)选择小齿轮材料为35SiMn钢调质，硬度为229286HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为229286HBS，按齿面硬度中间值，有图5-29b按碳钢查MQ线得 Flim1=290Mpa Flim2 =220Mpa同理由图5-32b查得 Hlim1=700Mpa Hlim2 =580Mpa3）有式（5-29），（5-30）分别求得Fp1=Flim1 YSTYNYx/SFmin=446MpaFp2=Flim2 YSTYNYx/SFmin=338MpaHp2=Hlim2 YSTZNZW/SHmin=580Mpa因为为闭式齿面硬度中，关键失效形式为齿面疲惫点蚀，故应按接触疲惫强度进行设计，并校核其齿根弯曲强度。（2）按接触疲惫强度进行设计计算由设计公式进行计算 即d11017kT1Z/Hp (1-0.5R)RuH21/31)小齿轮名义转矩 T1= TI=194Nm2）选择载荷系数K=1.31.6同小齿轮悬臂设置，取k=1.53)选择齿宽系数，取4)选择重合度系数，取Z5)初算小齿轮大端分度圆直径 d6)确定齿数和模数 选择取=75大端模数m=mm，取m=47）计算关键尺寸 (3) 校核齿根弯曲疲惫强度 1)计算从重合度系数 因为重合度，所以 。 2)确定大值 由图5-26查得。则 因为，所以选择大齿轮进行校核3)校核大齿轮齿根弯曲疲惫强度 故齿根弯曲疲惫强度足够，所选参数适宜。 2.圆柱直齿轮设计计算 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（每十二个月工作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 依据题设条件看，大小齿轮均采取20CrMnTi钢渗碳淬火，硬度5662HRC。 由图5-29c查得弯曲疲惫强度极限应力 由图5-32c查得接触疲惫强度极限应力(2)按轮齿弯曲疲惫强度计算齿轮模数m 1)确定弯曲应力 采取国家标按时， 因为齿轮循环次数所以取；则=600Mpa2)小齿轮名义转矩 3)选择载荷系数K=1.64）初步选定齿轮参数 5)确定复合齿形系数,因大小齿轮选择同一材料及热处理，则相同，故按小齿轮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，取标准模数。则中心距 7）计算传动几何尺寸： 齿宽： （3）校核齿面接触强度 1) 重合度系数2) 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、轴设计计算输入轴设计计算1已知：P1 =14.98kw, n1 =730r/min,T1 =196 Nm2选择材料并按扭矩初算轴径选择45#调质，硬度217255HBS， =650Mp依据书本P235（10-2）式，并查表10-2，取c=115dmin=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=33mm3.初步选择联轴器要使轴径d12和联轴器轴孔相适应故选择连轴器型号查书本P297,查kA=1.5, Tc=kA T1=1.5*196=294 Nm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 Nm，半联轴器孔径d1 =35mm,故取d12 =35mm,轴孔长度L=82mm,联轴器轴配长度L1 =60mm.4.轴结构设计（1）确定轴装配方案以下图：（2）轴上零件定位各段长度，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，故选择系列圆锥滚子轴承。参考d2-3=42mm。查机械设计课程设计P311，表18-4.选择标准精度约为03.尺寸系列30309.尺寸：故d3-4= d5-6=45mm，而l3-4=26mm 此两对轴承均系采取轴肩定位，查表18-4，3030轴承轴肩定位高度h=4.5mm所以取d4-5=54mm。取安装齿轮处直径d67=42mm，使套筒可靠压在轴承上，故l56T =27.25mm，l56=26mm。轴承端盖总宽度为20mm，因为装拆及添加润滑油要求，轴承端盖和外端面和半联轴器右端面距离l=30mm，故l23=20+30=50mm。取l45=120mm.圆锥齿轮轮毂宽度lh=（1.21.5）ds，取lh=63mm，齿轮端面和箱壁间距取15mm，故l67=78mm。轴上零件周向定位半联轴器和轴、齿轮和轴采取平键连接，即过盈配合。由设计手册，并考虑便于加工，取半联轴器和齿轮处键剖面尺寸,齿轮键长L=B-（510）=57.5mm配合均用H7/K6，滚动轴承采取轴肩及套筒定位。轴承内圈和轴配合采取基孔制，轴尺寸公差为K6轴圆角：5.轴强度计算及校核求平均节圆直径:已知d1=28mmdm1= d1(1-0.5R)=4mm锥齿轮受力：已知T1=196Nm,则圆周力：Ft1=T1/dm1=4117.6N径向力：Fr1=Ft1=1404.1N轴向力：Fa1=Ft1tan=524.1N轴承支反力(1) 绘制轴受力简图（以下图）（2）轴承支反力水平面上支反力：+ =Ft=4117.6N解得：=-255.6 N, =6684.0N垂直面上支反力FBy =-704.3 NFCy=-FBy=2108.4N(3) 求弯矩，绘制弯矩图（以下图）MCx=-FtCD=-347.7NmMCy1 =FByBC=-64.1 NmMCy2=-Fadm/2=-24.9 Nm(4)合成弯矩：=353.6 Nm=348.6 Nm(5)求当量弯：因单向回转，视转矩为脉动循环，则剖面C当量弯矩: Nm Nm6断危险截面并验算强度1）剖面C当量弯矩最大，而直径和邻段直径相差不大，故剖面C为危险截面。已知Me= MC 1=372.8MPa, =40.9MPa 2)A处虽只受扭矩但截面最小也为危险截面=27.5MPa 所以其强度足够.中间轴设计1.已知：2选择材料并按扭矩初算轴径选择45#调质，硬度217255HBS依据书本P235（10-2）式，并查表10-2，取c=1083.轴结构设计（1）确定轴装配方案以下图（2）轴上零件定位各段长度，直径，及定位初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力和轴向力，故 选择单列圆锥滚子轴承，参考工作要求并依据，查取30310型，尺寸故d12= d56=50mm， 此两对轴承均系采取套筒定位，查表18-4， 轴定位轴肩高度h=4.5mm,所以取套筒直径为59mm.取安装齿轮处直径：d23=d45=57mm，锥齿轮右端和左轴承之间采取套筒定位，已知锥齿轮轮毂长lh=（1.21.5）ds，取lh=55m为了使套筒可靠压紧端面，故取 =52mm,齿轮右端采取轴肩定位，轴肩高度h0.07d,取h=4mm,则此处轴环直径d34=63mm.已知圆锥直齿轮齿宽为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,轴环四处直径=104mm, 1.4h,取=10mm, 5)取箱体小圆锥齿轮中心线为对称轴，6）轴上周向定位 齿轮和轴用键连接查机械设计课程设计取，L=B-(510)=55mm.同时确保齿轮和轴有良好对中性，选择齿轮轮毂和轴合为H7/m6,滚动轴承宇宙轴向定位有过渡配合来确保，轴尺寸公差为m6 7)确定轴倒角尺寸：2。4.轴强度校核 1）齿轮上作用力大小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当量弯矩: Nm=1161.5 Nm6）判定危险剖面：C截面：24.2MPa A截面直径最小也为危险截面：33.9MPa2m/s,能够利用齿轮飞溅油润滑轴承，并经过油槽润滑其它轴上轴承，且有散热作用，效果很好。对箱体进行密封为了预防外界灰尘，水分等侵入轴承，并阻止润滑剂流失。十二.设计小结 经过这次对圆锥圆柱二级减速器设计，使我们真正了解了机械设计概念，在这次设计过程中，反反复复演算首先不停让我们接进正确，其次也在考验我们我们耐心，思维严密性和做研究严谨性。我想这也是这次设计我们是哟应该达成。这些让我感受颇深。经过三个星期设计实践，我们真正感受到了设计过程谨密性，为我们以后工作打下了一定基础。 机械设计是机械这门学科基础基础，是一门综合性较强技术课程，她融汇了多门学科中很多知识，比如，机械设计，材料力学，工程力学，机械设计课程设计等，我们对先前学和部分未知知识全部有了新认识。也让我们认识到，自己还有好多东西还不知道，以后更要加深自己知识内涵，同时，也很感谢老师对我们悉心指导，得已让我们能愈加好设计。 参考文件：1. 黄华梁、彭文生编机械设计四版 高等教育出版社2. 王旭、王积森 机械设计课程设计 机械工业出版社 3. 朱文坚 机械设计课程设计 科学出版社4. 刘鸿文主编 材料力学 第四版 高等教育出版社 注释及说明T=1800Nm V=1.30m/sD=360mmP=13.00kW总=0.86 Pd=15.13kWnw=68.97r/min电动机型号Y200L16i总=10.6i1=2.66i2=3.99机械设计学习指导57页nI =730r/minnII=274.4r/minnIII=68.8r/minnIV= nIII=68.8PI=14.98KwPII=14.3kWPIII=13.9kWPIV=13. 8 kWTd=198 NmTI=196NmTII=497.7NmTIII=1929.4NmTW=1910.1 NmV= 1.296m/sFp1 =446MpaFp2= 338MpaHp2n=580Mpa机械设计基础第四版P82P92P93T=563Mpam=4a=200mm机械设计课程设计P22d12 =35mmd2-3=42mmd3-4=d5-6=45mmd4-5=54mmd67=42mml12 =60mm.l23=50l3-4=26mml45=120mml56=26mml67=78mmFt1 =4117.6NFr1=1404.1NFa1=524.1NFBX =255.6NFBY=704.3N=6684.0NFCy=2108.4NMCx=-347.7NmMCy1=64.1NmMCy2=-24.9NmMec =275.06Nme =1.36MpaNmNm Nm NmNm=40.34mmd12= d56=50mmd23=d45=57mmd34=63mml23=52mm =46mm。Ft1=12442.5NFr1=4528.7NFt2=3903.5NFr2= 496.87NFa1= 1331.1NAB=92mm,BC=65mm,CD=125mm=-8145.3N=-8200.7Nd1-2 =70mmd2-3=77mm=104mm=90mml1-2=130mml23=50mm=42.5mm=10mm