二级圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器-本科论文.doc

设计说明书课 题： 二级圆锥-圆柱齿轮减速器 子课题: 同课题学生姓名: 专 业 机电一体化 学生姓名 黄友金 班 级 学 号 指导教师 完成日期 2009年3月 二级圆锥-圆柱齿轮减速器摘要 减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置。减速器设计的优劣直接影响机械设备的传动性能。 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。 减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。 与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机（从动机）的载荷状态，通常分为三类：均匀载荷;中等冲击载荷;强冲击载荷。 本文主要二级圆锥-圆柱齿轮减速器的设计，设计中存在不足的请大家给予意见和建议。目 录摘要2一、设计任务书6 一、设计题目6 二、原始数据6 三、设计内容和要求6二、传动方案的拟定7三、电动机的选择7 1.选择电动机的类型7 2.选择电动机功率7 3.确定电动机转速8四、传动比的计算 1. 总传动比8 2. 分配传动比8五、传动装置运动、动力参数的计算1.各轴的转速82.各轴功率计83.各轴转矩9六、 传动件的设计计算一、高速级锥齿轮传动的设计计算91.选择材料、热处理方式和公差等级92.初步计算传动的主要尺寸93.确定传动尺寸104.校核齿根弯曲疲劳强度115.计算锥齿轮传动其他几何尺寸12二、低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算1.选择材料、热处理方式和公差等级122.初步计算传动的主要尺寸133.确定传动尺寸154.校核齿根弯曲疲劳强度165.计算锥齿轮传动其他几何尺寸17七、齿轮上作用力的计算171.高速级齿轮传动的作用力172.低速级齿轮传动的作用力18八、减速器装配草图的设计19九、轴的设计计算19 一、高速轴的设计与计算19 1.已知条件19 2.选择轴的材料19 3.初算轴径19 4.结构设计20 5.键连接21 6.轴的受力分析22 7.校核轴的强度23 8.校核键连接的强度23二、中间轴的设计与计算24 1.已知条件24 2.选择轴的材料24 3.初算轴径24 4.结构设计24 5.键连接25 6.轴的受力分析25 7.校核轴的强度28 8.校核键连接的强度28三、低速轴的设计与计算29 1.已知条件29 2.选择轴的材料29 3.初算轴径29 4.结构设计30 5.键连接31 6.轴的受力分析31 7.校核轴的强度32 8.校核键连接的强度33十、润滑油的选择与计算33十一、装配图和零件图34参考文献35一、设计任务书一、设计题目：设计圆锥圆柱齿轮减速器设计铸工车间的型砂运输设备。该传送设备的传动系统由电动机减速器运输带组成。每日二班工作。 （图1）1电动机；2联轴器；3减速器；4鼓轮；5传送带二、原始数据：传送带拉力F(KN)传送带速度V(m/s)鼓轮直径D（mm）使用年限（年）60000.930010三、设计内容和要求：1. 编写设计计算说明书一份，其内容通常包括下列几个方面：（1）传动系统方案的分析和拟定以及减速器类型的选择；（2）电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算；（3）传动零件的设计计算（如除了传动，蜗杆传动，带传动等）；（4）轴的设计计算；（5）轴承及其组合部件设计；（6）键联接和联轴器的选择及校核；（7）减速器箱体，润滑及附件的设计；（8）装配图和零件图的设计；（9）校核；（10）轴承寿命校核；（11）设计小结；（12）参考文献；（13）致谢。2. 要求每个学生完成以下工作：（1）减速器装配图一张（0号或一号图纸）（2）零件工作图三张（输出轴及该轴上的大齿轮），图号自定，比例11。（3）设计计算说明书一份。二、传动方案的拟定运动简图如下：（图2）由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为型砂运输设备。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2选用凸缘联轴器，8选用齿形联轴器。三、电动机的选择电动机的选择见表1计算项目计算及说明计算结果1.选择电动机的类型根据用途选用Y系列三相异步电动机 2.选择电动机功率 输送带功率为 Pw=Fv/1000=6000*0.9/1000 Kw=5.4Kw 查表2-1，取一对轴承效率轴承=0.99，锥齿轮传动效率锥齿轮=0.96，斜齿圆柱齿轮传动效率齿轮=0.97，联轴器效率联=0.99，得电动机到工作机间的总效率为总=4轴承锥齿轮齿轮2联=0.994*0.96*0.97*0.992=0.88 电动机所需工作效率为 P0= Pw/总=5.4/0.88 Kw=6.1Kw 根据表8-2选取电动机的额定工作功率为Ped=7.5KwPw=5.4Kw总=0.88 P0=6.1KwPed=7.5Kw 3.确定电动机转速输送带带轮的工作转速为 nw=(1000*60V)/d=1000*60*0.9/*300r/min=57.32r/min由表2-2可知锥齿轮传动传动比i锥=23，圆柱齿轮传动传动比i齿=36，则总传动比范围为 I总=i锥i齿=23*(36)=618电动机的转速范围为n0=nwI总57.32*(618)r/min=343.921031.76r/min 由表8-2知，符合这一要求的电动机同步转速有750r/min和1000r/min，考虑到1000r/min接近其上限，所以本例选用750r/min的电动机，其满载转速为720r/min,其型号为Y160L-8nw=57.32r/minnm=720r/min四、传动比的计算及分配传动比的计算及分配见表2计算项目计算及说明计算结果1.总传动比i=nm/nw=720/57.32=12.56i=12.562.分配传动比高速级传动比为 i1=0.25i=0.25*12.56=3.14为使大锥齿轮不致过大，锥齿轮传动比尽量小于3，取i1=2.95低速级传动比为 i2=i/i1=12.56/2.95=4.26i1=2.95i2=4.26五、传动装置运动、动力参数的计算传动装置运动、动力参数的计算见表3计算项目计算及说明计算结果1.各轴转速n0=720r/minn1=n0=720r/minn2=n1/i1=720/2.95r/min=244.07r/minn3=n2/i2=244.07/4.26r/min=57.29r/minnw=n3=57.29r/minn1=n0=720r/minn2=244.07r/minnw=n3=57.29r/min2.各轴功率p1=p0联=6.1*0.99kw=6.04kwP2=p11-2=p1轴承锥齿=3.28*0.99*0.96kw=5.74kwP3=p22-3=p2轴承直齿=5.74*0.99*0.97kw=5.51kwPw=p33-w=p3轴承联=5.51*0.99*0.99kw=5.4kwp1=6.04kwP2=5.74kwP3=5.51kwPw=5.4kw3.各轴转矩T0=9550p0/n0=9550*6.1/720Nmm=80.91NmmT1=9550p1/n1=9550*6.04/720Nmm=80.11NmmT2=9550p2/n2=9550*5.74/244.07Nmm=224.6NmmT3=9550p3/n3=9550*5.51/57.29Nmm=918.41NmmTw=9550pw/nw=9550*54/57.29Nmm=900.16NmmT0=80.91NmmT1=80.11NmmT2=224.6NmmT3=918.41NmmTw=900.16Nmm六、 传动件的设计计算 一、高速级锥齿轮传动的设计计算锥齿轮传动的设计计算见表4 计算项目计算及说明计算结果1.选择材料、热处理方式和公差等级 考虑到带式运输机为一般机械，大、小锥齿轮均选用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由表8-17得齿面硬度HBW1=217255，HBW2=162217.平均硬度HBW1=236，HBW2=190.HBW1-HBW2=46.在3050HBW之间。选用8级精度。45钢小齿轮调质处理大齿轮正火处理8级精度2.初步计算传动的主要尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为d11) 小齿轮传递转矩为T1=801102) 因v值未知，Kv值不能确定，可初步选载荷系数Kt=1.33) 由表8-19，查得弹性系数ZE=189.84) 直齿轮，由图9-2查得节点区域系数ZH=2.55) 齿数比=i=2.956) 取齿宽系数=0.37) 许用接触应力可用下式公式 由图8-4e、a查得接触疲劳极限应力为 小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为N1=60n1aLh=60*720*1*2*8*250*10=1.728*109N2=N1/i1=1.728*109/2.95=5.858*108由图8-5查得寿命系数ZN1=1，ZN2=1.05；由表8-20取安全系数SH=1，则有取 初算小齿轮的分度圆直径d1t,有 d1t=d1t100.96mm3.确定传动尺寸（1）计算载荷系数 由表8-1查得使用系数KA=1.0，齿宽中点分度圆直径为 Dm1t=d1t(1-0.5)=100.96*(1-0.5*0.3)mm=85.82mm故vm1=dm1tn1/60*100=*85.82*720/60*100m/s=3.23m/s由图8-6降低1级精度，按9级精度查得动载荷系数Kv=1.24，由图8-7查得齿向载荷分配系数K=1.13，则载荷系数K=KAKvK=1.0*1.24*1.13=1.4(2） 对d1t进行修正 因K与Kt有较大的差异，故需对Kt计算出的d1t进行修正 ，即 d1=100.96=103.49mm（3） 确定齿数 选齿数Z1=23，Z2=uZ1=2.95*23=67.85，取Z2=68,则u=68/63=2.96,在允许范围内（4） 大端模数m ，查表8-23，取标准模数m=5mm（5） 大端分度圆直径为 d1=mZ1=5*23mm=115mm103.49 d2=mZ2=5*68mm=340mm(6) 锥齿距为 R=（7） 齿宽为 b=0.3*179.65mm=53.895mm取b=55mm d1=103.49mm Z1=23 Z2=68m=5mmd1=115mmd2=340mm R=179.65mmb=55mm4.校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度条件为 （1） K、b、m和同前（2） 圆周力为 Ft=（3） 齿形系数YF和应力修正系数YS 即当量齿数为 由图8-8查得YF1=2.65,YF2=2.13，由图8-9查得YS1=1.58，YS2=1.88（4） 许用弯曲应力 由图8-11查得寿命系数YN1=YN2=1,由表8-20查得安全系数SF=1.25，故 满满足齿根弯曲强度5.计算锥齿轮传动其他几何尺寸ha=m=5mmhf=1.2m=1.2*5mm=6mmC=0.2m=0.2*5mm=1mmda1=d1+2mcos=115+2*5*0.9474mm=124.474mmda2=d2+2mcos=340+2*5*0.3201mm=343.201mmdf1=d1-2.4mcos=115-2.4*5*0.9474mm=103.631mmdf2=d2-2.4mcos=340-2.4*5*0.3201mm=336.159mmha=5mmhf=6mmC=1mda1=124.474mmda2=343.201mmdf1=103.631mmdf2=336.159mm 二、低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 斜齿圆柱齿轮的设计计算见表5计算项目计算及说明计算结果1.选择材料、热处理方式和公差等 大、小锥齿轮均选用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由表8-17得齿面硬度HBW1=217255，HBW2=162217.平均硬度HBW1=236，HBW2=190.HBW1-HBW2=46.在3050HBW之间。选用8级精度。45钢小齿轮调质处理大齿轮正火处理8级精度2.初步计算传动的主要尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。其设计公式为1) 小齿轮传递转矩为T3=2246002) 因v值未知，Kv值不能确定，可初步选载荷系数Kt=1.43) 由表8-19，查得弹性系数ZE=189.84) 初选螺旋角，由图9-2查得节点区域系数ZH=2.465) 齿数比=i=4.266) 查表8-18，取齿宽系数=1.17) 初选Z3=23，则Z4=uZ3=4.28*23=97.98，取Z4=98，则端面重合度为 = =1.67轴向重合度为由图8-13查得重合度系数8） 由图11-2查得螺旋角系数Z=0.999） 许用接触应力可用下式计算 由图8-4e、a查得接触疲劳极限应力为 小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为N3=60n2aLh=60*244.07*1*2*8*250*10=5.86*109N4=N3/i2=5.86*109/4.26=1.38*108由图8-5查得寿命系数ZN3=1.05，ZN4=1.13；由表8-20取安全系数SH=1.0，则有 取初算小齿轮的分度圆直径d3t，得 =77.553mmZ3=23Z4=98d3t77.553mm3.确定传动尺寸（1）计算载荷系数 由表8-21查得使用系数KA=1.0因=0.99m/s，由图8-6查得动载荷系数Kv=1.1，由图8-7查得齿向载荷分配系数K=1.11，由表8-22查得齿向载荷分配系数K=1.2，则载荷系数为 K=KAKvKK=1.0*1.1*1.11*1.2=1.45（2） 对d3t进行修正 因K与Kt有较大的差异，故需对Kt计算出的d3t进行修正，即 =78.465mm(3) 确定模数mn mn=按表8-23，取mn=4mm（4） 计算传动尺寸 中心距为 =247.4mm取整，螺旋角为 因值与初选值相差较大，故对与有关的参数进行修正 由图9-2查得节点区域系数ZH=2.43，端面重合度为 = =1.65轴向重合度为由图8-3查得重合度系数，由图11-2查得螺旋角系数Z=0.984 =77.845mm因=0.99m/s，由 图8-6查得动载荷系数Kv=1.1，载荷系数K值不变 mn=按表8-23，取mn=4mm，则中心距为 螺旋角为修正完毕，故 b4=105mm b3=110mm K=1.45d3t77.845mmmn=4mma=250mmd3=95.041mmd4=404.959mmb4=105mmb3=110mm4.校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度条件为 1） K、T3、mn和d3同前2） 齿宽b=b3=105mm3） 齿形系数YF和应力修正系数YS。当量齿数为 由图8-8查得YFS=2.61，YF4=2.23；由图8-9查得YS3=1.59，YS4=1.814） 由图8-1查得重合度系数5） 由图11-23查得螺旋角系数6） 许用弯曲应力为 由图8-4f、b查得弯曲疲劳极限应力由图8-11查得寿命系数YN3=YN4=1，由表8-20查得安全系数SF=1.25，故=42.66Mpa满足齿根弯曲疲劳强度5.计算齿轮传动其他几何尺寸端面模数齿顶高 ha=ha*mn=1*4mm=4mm齿根高 hf=(ha*+c*）mn=（1+0.25）*4mm=5mm全齿高 h=ha+hf=3.5+4.375mm=7.875mm顶隙 c=c*mn=0.25*4mm=1mm齿顶圆直径为 da3=d3+2ha=95.041+2*4mm=103.041mm da4=d4+2ha=404.959+2*4mm=412.959mm齿根圆直径为 df3=d3-2hf=95.041-2*5mm=85.041mm df4=d4-2hf=404.959-2*5mm=394.959mmm1=4.132mmha=4mm hf=5mmh=7.875mmc=1mmda3=103.041mmda4=412.959mm df3=85.041mmdf4=394.959mm七、 齿轮上作用力的计算齿轮上作用力的计算为后续轴的设计和校核、键的选择和验算及轴承的选择和校核提供数据，其计算过程见表6计算项目计算及说明计算结果1.高速级齿轮传动的作用力（1）已知条件 高速轴传递的转矩T1=80110Nmm，转速n1=720r/min，小齿轮大端分度圆直径d1=115mm，cos1=0.9474，sin=0.3201，（2）锥齿轮1的作用力 圆周力为其方向与力作用点圆周速度方向相反径向力为其方向为由力的作用点指向轮1的转动中心轴向力为其方向沿轴向从小锥齿轮的小端指向大端法向力为 Ft1=1639.1NFr1=565.2NFa1=191NFN1=1744.3N 2.低速级齿轮传动的作用力（1）已知条件 中间轴传递的转矩T2=224600Nmm，转速n2=244.07r/min，低速级斜齿圆柱齿轮的螺旋角。为使斜齿圆柱齿轮3的轴向力与锥齿轮2的轴向力互相抵消一部分，低速级的小齿轮右旋，大齿轮左旋，小齿轮分度圆直径为 d3=95.041mm（2） 齿轮3的作用力 圆周力为其方向与力作用点圆周速度方向相反径向力为 其方向为由力的作用点指向轮3的转动中心轴向力为 其方向可用右手法则来确定，即用右手握住轮3的轴线，并使四指的方向顺着轮的转动方向，此时拇指的指向即为该力的方向法向力为（3） 齿轮4的作用力 从动齿轮4的各个力与主动齿轮3上相应的力大小相等，作用方向相反Ft3=4726.4NFr3=1777.1NFa3=1225.3NFn3=5196N