圆锥圆柱齿轮减速器设计项目新版说明书同济版本.doc

机械设计课程设计说明书(机械设计基础)设计题目 圆锥圆柱齿轮减速器汽车学院 车辆工程(汽车)专业班级 05级汽车1班 学号 052062设计人 陈恺指导老师 奚鹰完成日期 7月29日目录设计任务书3传动方案拟订及说明3电动机选择3计算传动装置运动和动力参数5传动件设计计算7轴设计计算.16滚动轴承选择及计算.38键联接选择及校核计算.42联轴器选择.43减速器附件选择.44润滑和密封.44设计小结.44参考资料目录.45设计计算及说明结果一、 设计任务书设计一用于带式运输机上圆锥圆柱齿轮减速器，已知带式运输机驱动卷筒圆周力（牵引力）F=2100N，带速v=1.3m/s，卷筒直径D=320mm，输送机常温下常常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。工作寿命（设每十二个月工作300天），一班制。二、传动方案拟订及说明计算驱动卷筒转速选择同时转速为1000r/min或1500r/min电动机作为原动机，所以传动装置总传动比约为13。依据总传动比数值，可确定以下传动方案：图一三、 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，选择通常见途Y（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。设计计算及说明结果2）电动机容量(1)卷筒输出功率(2)电动机输出功率传动装置总效率式中、为从电动机至卷筒轴各传动机构和轴承效率。由机械设计（机械设计基础）课程设计表2-4查得：V带传动=0.96；滚动轴承=0.988；圆柱齿轮传动=0.97；圆锥齿轮传动=0.96；弹性联轴器=0.99；卷筒轴滑动轴承=0.96；则故 (3)电动机额定功率由机械设计（机械设计基础）课程设计表20-1选择电动机额定功率。3）电动机转速推算电动机转速可选范围，由机械设计（机械设计基础）课程设计表2-1查得带传动常见传动比范围，单级圆柱齿轮传动比范围，圆锥齿轮传动比范围，则电动机转速可选范围为：设计计算及说明结果初选同时转速分别为1000r/min和1500r/min两种电动机进行比较，以下表：方案电动机型号额定功率（）电动机转速(r/min)电动机质量(kg)同时满载1Y132M1-641000960732Y112M-441500144043传动装置传动比总传动比V带传动二级减速器12.373.13.9918.564.644两方案均可行,但方案1传动比较小,传动装置结构尺寸较小,所以采取方案1,选定电动机型号为Y132M1-64）电动机技术数据和外形,安装尺寸由机械设计（机械设计基础）课程设计表20-1、表20-2查得关键数据，并统计备用。四、计算传动装置运动和动力参数1）传动装置总传动比2）分配各级传动比因为是圆锥圆柱齿轮减速器，所以圆锥圆柱齿轮减速器传动比设计计算及说明结果3）各轴转速（轴号见图一）4）各轴输入功率按电动机所需功率计算各轴输入功率，即5）各轴转矩项目轴1轴2轴3轴4轴5转速(r/min)96096031077.677.6功率(kw)3.363.293.163.022.98转矩(N*m)33.4332.7397.35371.66366.74传动比113.13.991效率10.9780.960.9580.988设计计算及说明结果五、传动件设计计算圆锥直齿轮设计已知输入功率，小齿轮转速960r/min，齿数比u=3.1，由电动机驱动，工作寿命（设每十二个月工作300天），一班制，带式输送机工作常常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选择7级精度(GB10095-88)2） 材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮材料为(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。3） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取整。则2、 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即（1） 确定公式内各计算数值1） 试选载荷系数2） 计算小齿轮转矩3） 选齿宽系数设计计算及说明结果4）由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲惫强度极限，大齿轮接触疲惫强度极限5）由机械设计（第八版）表10-6查得材料弹性影响系数6） 计算应力循环次数7) 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲惫寿命系数8) 计算接触疲惫许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得（2） 计算1） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小值2） 计算圆周速度v设计计算及说明结果3） 计算载荷系数依据，7级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数直齿轮由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数依据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂部署，查机械设计（第八版）表得轴承系数，则接触强度载荷系数4） 按实际载荷系数校正所算得分度圆直径，得5） 计算模数m取标准值6） 计算齿轮相关参数7） 圆整并确定齿宽圆整取，设计计算及说明结果3、 校核齿根弯曲疲惫强度1） 确定弯曲强度载荷系数2） 计算当量齿数3） 由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系数应力校正系数4） 由机械设计（第八版）图20-20c查得小齿轮弯曲疲惫强度极限，大齿轮弯曲疲惫强度极限5） 由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲惫寿命系数6） 计算弯曲疲惫许用应力取弯曲疲惫安全系数，得7）校核弯曲强度设计计算及说明结果依据弯曲强度条件公式进行校核满足弯曲强度，所选参数适宜。圆柱斜齿轮设计已知输入功率，小齿轮转速310r/min，齿数比u=4，由电动机驱动，工作寿命（设每十二个月工作300天），一班制，带式输送机工作常常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选择7级精度(GB10095-88)2） 材料选择 由机械设计（第八版）表10-1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。3） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数4） 选择螺旋角。初选螺旋角 2、按齿面接触强度设计,设计计算及说明结果由设计计算公式进行试算，即(1) 确定公式内各计算数值1） 试选载荷系数2） 计算小齿轮转矩3） 选齿宽系数4） 由机械设计（第八版）图10-30选择区域系数5） 由机械设计（第八版）图10-26查得，则6） 由机械设计（第八版）表10-6查得材料弹性影响系数7） 计算应力循环次数8） 由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲惫强度极限，大齿轮接触疲惫强度极限9） 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲惫寿命系数设计计算及说明结果10）计算接触疲惫许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得2） 计算圆周速度v3） 计算齿宽b及模数4） 计算纵向重合度5）计算载荷系数设计计算及说明结果依据，7级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数由机械设计（第八版）表10-3查得由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数由机械设计（第八版）表10-13查得 由机械设计（第八版）表10-4查得接触强度载荷系数6）按实际载荷系数校正所算得分度圆直径，得7） 计算模数取8） 几何尺寸计算（1） 计算中心距（2） 按圆整后中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等无须修正（3）计算大小齿轮分度圆直径设计计算及说明结果（4）计算齿轮宽度圆整后取 3、 校核齿根弯曲疲惫强度1） 确定弯曲强度载荷系数2） 依据重合度，由机械设计（第八版）图10-28查得螺旋角影响系数3） 计算当量齿数4）由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系数应力校正系数5） 由机械设计（第八版）图20-20c查得小齿轮弯曲疲惫强度极限，大齿轮弯曲疲惫强度极限6）由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲惫寿命系数 设计计算及说明结果7） 计算弯曲疲惫许用应力取弯曲疲惫安全系数，得8） 校核弯曲强度依据弯曲强度条件公式进行校核满足弯曲强度，所选参数适宜。六、轴设计计算输入轴设计1、求输入轴上功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上力已知高速级小圆锥齿轮分度圆半径为设计计算及说明结果而圆周力、径向力及轴向力方向图二所表示图二设计计算及说明结果3、 初步确定轴最小直径先初步估算轴最小直径。选择轴材料为45钢（调质），依据机械设计（第八版）表15-3，取，得，输入轴最小直径为安装联轴器直径，为了使所选轴直径和联轴器孔径相适应，故需同时选择联轴器型号。联轴器计算转矩，查机械设计（第八版）表14-1，因为转矩改变很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，选HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000，半联轴器孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器和轴配合毂孔长度为38mm。4、 轴结构设计（1） 确定轴上零件装配方案（见图三）图三设计计算及说明结果（2） 依据轴向定位要求确定轴各段直径和长度1） 为了满足半联轴器轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段直径2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选择单列圆锥滚子轴承，参考工作要求并依据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选择0基础游隙组，标准精度级单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为，而。这对轴承均采取轴肩进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7查得30306型轴承定位轴肩高度，所以取3）取安装齿轮处轴段6-7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。4）轴承端盖总宽度为20mm。依据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑油 要求，求得端盖外端面和半联轴器右端面间距离，故取 5）锥齿轮轮毂宽度为64.86mm，为使套筒端面可靠地压紧齿轮取。6） 因为，故取（3） 轴上周向定位圆锥齿轮周向定位采取平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为保设计计算及说明结果证齿轮和轴配合有良好对中性，故选择齿轮轮毂和轴配合为；滚动轴承和轴周向定位是由过渡配合来确保，此处选轴尺寸公差为k6。（4） 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、 求轴上载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T6、按弯扭合成应力校核轴强度依据上表中数据及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴计算应力前已选定轴材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。6、 正确校核轴疲惫强度（1） 判定危险截面截面5右侧受应力最大（2）截面5右侧设计计算及说明结果抗弯截面系数抗扭截面系数截面5右侧弯矩M为截面5上扭矩为截面上弯曲应力截面上扭转切应力轴材料为45钢，调质处理。由表15-1查得。截面上因为轴肩而形成理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴材料敏感系数为故有效应力集中系数为设计计算及说明结果由机械设计（第八版）附图3-2尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢特征系数计算安全系数值故可知安全。中间轴设计1、求中间轴上功率、转速和转矩 设计计算及说明结果2、求作用在齿轮上力已知圆柱斜齿轮分度圆半径而已知圆锥直齿轮平均分度圆半径而圆周力、，径向力、及轴向力、方向图四所表示设计计算及说明结果图四3、初步确定轴最小直径先初步估算轴最小直径。选择轴材料为（调质），依据机械设计（第八版）表15-3，取，得，中间轴最小直径显然是安装滚动轴承直径和设计计算及说明结果4、 轴结构设计（1） 确定轴上零件装配方案（见下图图五）（2）依据轴向定位要求确定轴各段直径和长度1）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选择单列圆锥滚子轴承，参考工作要求并依据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选择0基础游隙组，标准精度级单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为，。 这对轴承均采取套筒进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7查得30306型轴承定位轴肩高度，所以取套筒直径。2）取安装齿轮轴段，锥齿轮左端和左轴承之间采取设计计算及说明结果套筒定位，已知锥齿轮轮毂长，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，齿轮右端采取轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处直径为。3） 已知圆柱直齿轮齿宽，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。4）箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取。（3）轴上周向定位圆锥齿轮周向定位采取平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为22mm，同时为确保齿轮和轴配合有良好对中性，故选择齿轮轮毂和轴配合为；圆柱齿轮周向定位采取平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为56mm，同时为确保齿轮和轴配合有良好对中性，故选择齿轮轮毂和轴配合为；滚动轴承和轴周向定位是由过渡配合来确保，此处选轴尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、 求轴上载荷设计计算及说明结果载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T6、按弯扭合成应力校核轴强度依据上表中数据及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴计算应力前已选定轴材料为（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。7、正确校核轴疲惫强度（1）判定危险截面截面5左右侧受应力最大（2）截面5右侧抗弯截面系数抗扭截面系数设计计算及说明结果截面5右侧弯矩M为截面5上扭矩为截面上弯曲应力截面上扭转切应力轴材料为，调质处理。由表15-1查得。截面上因为轴肩而形成理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴材料敏感系数为故有效应力集中系数为由机械设计（第八版）附图3-2尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为设计计算及说明结果轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取合金钢特征系数计算安全系数值故可知安全。（3）截面5左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5左侧弯矩M为设计计算及说明结果截面5上扭矩为截面上弯曲应力截面上扭转切应力过盈配合处，由机械设计（第八版）附表3-8用插值法求出，并取，于是得轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为故得综合系数为计算安全系数值设计计算及说明结果故可知安全。输出轴设计1、求输出轴上功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上力已知圆柱斜齿轮分度圆半径而圆周力、径向力及轴向力方向图六所表示设计计算及说明结果图六设计计算及说明结果3、初步确定轴最小直径先初步估算轴最小直径。选择轴材料为45钢（调质），依据机械设计（第八版）表15-3，取，得，输出轴最小直径为安装联轴器直径，为了使所选轴直径和联轴器孔径相适应，故需同时选择联轴器型号。联轴器计算转矩，查机械设计（第八版）表14-1，因为转矩改变很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，选HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000，半联轴器孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器和轴配合毂孔长度为84mm。4、 轴结构设计（1） 确定轴上零件装配方案（见图六）设计计算及说明结果图六（2）依据轴向定位要求确定轴各段直径和长度1）为了满足半联轴器轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段 直径，左端用轴端挡圈定位，按轴端挡圈直径， 半联轴器和轴配合毂孔长度，为了确保轴端挡圈只压在半联 轴器上而不压在轴端面上，故1-2段长度应比略短些，现取 。2） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选择单列圆锥滚子轴承，参考工作要求并依据，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选择0基础游隙组，标准精度级单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为，而。左端轴承采取轴肩进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程设计计算及说明结果表15-7查得30310型轴承定位轴肩高度，所以取；齿轮右端和右轴承之间采取套筒定位，已知齿轮轮毂宽度为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。齿轮左端采取轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处直径为。轴环宽度，取。4）轴承端盖总宽度为20mm，依据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑油要求，求得端盖外端面和半联轴器右端面间距离，故取 5）箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取。（3）轴上周向定位齿轮、半联轴器周向定位均采取平键连接，按由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为确保齿轮和轴配合有良好对中性，故选择齿轮轮毂和轴配合为；一样，半联轴器和轴连接，选择平键，半联轴器和轴配合为，滚动轴承和轴周向定位是由过渡配合来确保，此处选轴尺寸公差为k6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、求轴上载荷设计计算及说明结果载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T6、按弯扭合成应力校核轴强度依据上表中数据及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴计算应力前已选定轴材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。7、正确校核轴疲惫强度（1）判定危险截面截面7右侧受应力最大（2）截面7右侧抗弯截面系数抗扭截面系数设计计算及说明结果截面7右侧弯矩M为截面7上扭矩为截面上弯曲应力截面上扭转切应力轴材料为45钢，调质处理。由表15-1查得。截面上因为轴肩而形成理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因，经插值后查得又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴材料敏感系数为故有效应力集中系数为由机械设计（第八版）附图3-2尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为设计计算及说明结果轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢特征系数计算安全系数值故可知安全。七、滚动轴承选择及计算输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选择0基础游隙组，标准精度级单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为， ，载荷水平面H垂直面V支反力F则设计计算及说明结果则则则，则 则故合格。中间轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选择0基础游隙组，标准精度级单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F设计计算及说明结果则则则则，则 则故合格。输出轴轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7中初步选择0基础游隙组，标准精度级单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为，设计计算及说明结果载荷水平面H垂直面V支反力F则则则则，则 则故合格设计计算及说明结果八、键联接选择及校核计算输入轴键计算1、 校核联轴器处键连接该处选择一般平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传输转矩为：，故单键即可。2、 校核圆锥齿轮处键连接该处选择一般平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传输转矩为：，故单键即可。中间轴键计算1、 校核圆锥齿轮处键连接该处选择一般平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传输转矩为：，故单键即可。2、 校核圆柱齿轮处键连接该处选择一般平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传输转矩为：设计计算及说明结果，故单键即可。输出轴键计算1、 校核联轴器处键连接该处选择一般平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传输转矩为：，故单键即可。2、 校核圆柱齿轮处键连接该处选择一般平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传输转矩为：，故单键即可。九、联轴器选择在轴计算中已选定联轴器型号。输入轴选HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000，半联轴器孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器和轴配合毂孔长度为38mm。输出轴选选HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000，半联轴器孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器和轴配合毂孔长度为84mm。设计计算及说明结果十、减速器附件选择由机械设计（机械设计基础）课程设计选定通气帽，A型压配式圆形油标A20（GB1160.1-89），外六角油塞及封油垫,箱座吊耳，吊环螺钉M12（GB825-88），启盖螺钉M8。十一、润滑和密封齿轮采取浸油润滑，由机械设计（机械设计基础）课程设计表16-1查得选择N220中负荷工业齿轮油（GB5903-86）。当齿轮圆周速度时，圆锥齿轮浸入油深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮齿顶到油底面距离3060mm。因为大圆锥齿轮，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。密封预防外界灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂漏失。十二、设计小结这次相关带式运输机上两级圆锥圆柱齿轮减速器课程设计是我们真正理论联络实际、深入了解设计概念和设计过程实践考验，对于提升我们机械设计综合素质大有用处。经过两个星期设计实践，使我对机械设计有了更多了解和认识.为我们以后工作打下了坚实基础.机械设计是机械工业基础,是一门综合性相当强技术课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、交换性和技术测量、工程材料、机械设计（机械设计基础）课程设计等于一体。这次课程设计,对于培养我们理论联络实际设计思想、训练综合利用机械设计和相关先修课程理论,结合生产实际反应和处理工程实际问题能力，巩固、加深和扩展相关机械设计方面知识等方面相关键作用。此次设计得到了指导老师细心帮助和支持。衷心感谢老师指导和帮助。设计计算及说明结果设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握相关机械设计知识，继续培养设计习惯和思维从而提升设计实践操作能力。十三、参考文件1、机械设计（第八版）高等教育出版社2、机械设计（机械设计基础）课程设计高等教育出版社