机械设计,实训作业,锥齿轮减速器.doc

工业工程专业课程设计说明书
（机械设计课程设计）

设计题目：
减速器设计
学生学号：
3110111142
学生姓名：

指导老师：

二〇一三年四月

22

目录
1 电动机的选择…………………………………………………1
2 传动比的分配…………………………………………………2
3 传动参数的计算………………………………………………2
4 V带传动的设计与计算 ………………………………………6
5圆锥齿轮传动的设计计算 ……………………………………8
6 轴的设计计算…………………………………………………10
7 键连接的选择和计算…………………………………………15
8 滚动轴承的设计和计算………………………………………16
9箱体的设计……………………………………………………18
10 润滑和密封设计……………………………………………19
11课程总结……………………………………………………20
计算及说明
结论

一、目的
综合运用机械设计基础课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想；
学会从机器功能的要求出发，合理选择传动结构的类型，制定传动方案，合理选择标准部件的类型和型号，正确计算零件的工作能力，确定其尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力；
学习运用标准、规范、手册、图册和查阅科技文献资料以及计算机应用等，培养机械设计的基本技能和获取有关信息的能力

二、任务书
（1）工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，工作环境最高温度35℃。
（2）使用折旧期：见原始数据表。
（3）额定功率与转速：见原始数据表。
（4）检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修。
（5）输入轴转速误差允许值：±5%。
（6）制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。
（7）工作机额定功率Pw=2250KW 工作机额定转速nw=114r/min 使用折旧年限10年

三、步骤
1电动机的选择
1.1电动机类型
三相交流异步电动机（Y系列）
1.2功率确定
1.2.1电动机至工作机的总效率η：

（为联轴器的效率，为轴承的效率，为圆锥齿轮传动的效率，）
1.2.2所需电动机的功率 (kw)：
=/η=2250/0.903=2.491kw
1.2.3转速的确定：

1.3确定电动机的型号
查文献[2]表12-1可知 Y100L2-4
1.3.1电动机额定功率:
=/η=2250/0.903=2.491kw

由此选择电动机型号：Y100L2-4
1.3.2电动机额定功率：
额定功率Pm=3kw,满载转速
2传动比的分配
总传动比：

，先选定

3传动参数的计算
3.1各轴转速
轴1：
轴2：
3.2各轴的输入功率
轴1:
轴2：
3.3各轴的输入转矩T（N·m）
轴1：57.31 N·m
轴2：230.7 N·m
4 V带传动的设计与计算
4.1选择带的型号：
由文献[1]表6-4得，
根据和由图6-8选用A型带
4.2确定带轮基准直径，验算带速：
由文献[1]表6-5和6-6，取小带轮基准直径
带速
大带轮基准直径
按表6-6取，
从动轴转速虽稍有增大，但误差小于5%，故可行
4.3确定中心距和带长
按文献[1]式6-15 初选，由式6-3计算带的基准长度
=1649.3mm
由表6-2选定带的基准长度Ld=1600mm
计算实际中心距

4.4验算小轮上的包角
小包角合适
4.5确定V带根数

由文献[1]表6-3查得P1=1.07kw，表6-7得，表6-2得KL=0.99,表6-8得
z=3.08，取z=4根
4.6计算带对轴的作用力
预紧力F0计算
，由文献[1]表6-1得q=0.10kg/m,故F0=113.6N
由式6-19计算带对轴的作用力

4.7V带轮设计
轮槽设计
小带轮

大带轮

4.8验算传动比

误差在合理范围内
5圆锥齿轮传动设计计算
5.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
5.1.1选用闭式直齿圆锥齿轮传动
按齿形制GB/T12369-1990齿轮角，顶隙系数 ，齿顶高系数 ，螺旋角 ，轴夹角 ，不变位，齿高用顶隙收缩齿。
5.1.2材料选择
根据文献[1]表7-3小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。
5.1.3选择精度
由文献[2]表10-6 选择7级精度。
5.1.4传动比
u=/=4.2
节锥角 ，
不产生根切的最小齿数： =16.632
选 =25， =u=25105
5.2按齿面接触疲劳强度设计
公式：d1t≥2.92
5.2.1试选载荷系数
=2
5.2.2计算小齿轮传递的扭矩
=95.5×10 / = 5.7310N•mm
5.2.3选取齿宽系

5.2.4材料弹性影响系数
由文献[3]表10-6查得
5.2.5由文献[3]图10-21d按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限
5.2.6计算应力循环次数

5.2.7接触疲劳寿命系数
由文献[3]图10-19查得
5.2.8计算接触疲劳许用应力

5.2.9试算小齿轮的分度圆直径
带入中较小的值
≥2.92=72.1mm
5.2.10计算载荷系数
齿轮的使用系数载荷状态均匀平稳，差表10-2得=1.0
由文献[3]图10-8查得动载系数=1.1
由文献[3]表10-3查得齿间载荷分配系数==1.1。
依据大齿轮两端支承，小齿轮悬臂布置，查表10-9得轴承系数
=1.25
由公式=1.5=1.5×1.25=1.875接触强度载荷系数
==2.27
5.2.11按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径
=75.2mm
m=/=3.008 取m=3
5.2.12计算齿轮相关系数
=m=75mm，=m=315mm
=90-=76.608

5.2.13确定并圆整齿宽
b=R=48.57圆整取
h=2.25m=6.75mm b/h=7.19

参 数
符 号
主动锥齿轮
从动锥齿轮
分度圆直径
d1=mz1，d2=mz2
75
315
齿顶高
ha=m
3
3
齿根高
hf=
3.6
3.6
齿高
h= ha +hf
6.6
6.6
齿顶圆直径
da=d+2hacosδ
81
317
齿根圆直径
df=d-2hfcosδ
68
313
齿顶角
θa
1°3′=1.06°
1°16′=1.27°
齿根角
θf=arctan
1°16′=1.27°
1°3′=1.06°
分度圆锥角
=arctan

13.39°
76．61°
齿顶圆锥角
δa
14.452°=14°28′
77.878°=77°52′
齿根圆锥角
δf
14°39′=14.662°
77.668°=77°40′
锥距
R=
162
162
齿宽
B=0.3R
49
49

5.3校核齿根弯曲疲劳强度
5.3.1确定弯曲强度载荷系数
查文献[3]表10-13得=2.2
K== 2.662
5.3.2计算当量齿数
=/cos=25.7
=/cos=453.3
5.3.3查文献[3]表10-5得
=2.62 =1.59 =2.18 =1.79
5.3.4计算弯曲疲劳许用应力
由文献[3]图10-18查得弯曲疲劳寿命系数
=0.83，=0.9
取安全系数=1.4
由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限
= 500Mpa =380Mpa
按脉动循环应变力确定许用弯曲应力

5.3.5校核弯曲强度
根据弯曲强度条件公式

mpa
=34.87 Mpa

满足弯曲强度要求，所选参数合适.
6轴的设计计算
6.1输入轴设计
6.1.1求输入轴上的功率、转速和转矩
=2.88kw =479.86 r/min =57.3 N·m
6.1.2求作用在齿轮上的力
已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为

6.1.3初步确定轴的最小直径
先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据课本15-3，取 得：

最小轴径段（左边第一段）有一个键槽，d值增大4～5%，取d=25mm
此段轴与皮带轮联结，取=25mm根据连接的皮带轮的结构，取=60mm
6.1.4拟定轴上零件装配方案

6.1.5 取2-3段的直径=30 mm，轴承为3-4段轴，由文献[2]表6-7选取30207型圆锥滚子 ： d=35，D=72，T=18.25 =35mm= =，而为了利于固定，取4-5段的直径 。
6.1.6取安装齿轮处的轴段6-7的直径；齿轮的左端与套筒之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为=36mm，应使套筒端面可靠地压紧轴承由套筒长度，挡油环长度为12mm以及略小于轮毂宽度的部分组成，故。为使套筒端面可靠地压紧轴承，5-6段应略短于轴承宽度，故取。
6.1.7轴承端盖的总宽度为26mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖外端面与L1-2右端面间的距离，故取
6.1.8
至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度
6.2 输出轴的设计
6.2.1 求输出轴上的功率 、转速 和转矩
P2 =2.76kW n2=114.25r/min T2=230.07N•m
6.2.2 求作用在齿轮上的力
已知大圆锥齿轮的平均分度圆半径
=267.75 mm

145.2N

6.2.3 初步确定轴的最小直径
先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），取 ，得

中间轴的最小值显然是安装滚动轴承的直径。
因轴上有两个键槽，故直径增大10%—15%，故d6-7=35mm
6.2.4拟定轴上零件的装配方案

6.2.5 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=，由文献[2]表6-7，取标准精度级的单列圆锥滚子轴承30208，其尺寸为。
6.2.6 取安装圆锥齿轮的轴段,所以取L23=48mm，3-4段过渡轴肩，取d34=60，L34大约取80mm
6.2.7 1-2和4-5段上有轴承和挡油环长度为12mm，所以初步取L12=L45=30mm
6.2.8 轴5-6,上安装轴承盖总宽度26，所以大约取L56=40mm。轴6-7连接联轴器，取型号GICL2,轴径为35，L值为60mm，所以L67=60mm
至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度

6.2.10 确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为
6.2.11 求轴上的载荷
输出轴，求齿轮上作用力的大小、方向
大齿轮分度圆直径：d2=267.75mm
① 作用在齿轮上的转矩为：T2=230.7 N•m
③求圆周力：Ft
Ft=2T2/d2=1723.24N
④求径向力Fr
Fr=Ft•tanα=1750.95tan20=627.21N
Ft，Fr的方向如下图所示

6.2.12轴长支反力
根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。
水平面的支反力：FHA= =861.62N FHB= =2584.86 N
垂直面的支反力： FVA’==313.605N FVB’ = =940.82N
6.2.13画弯矩图
右起第四段剖面处的弯矩：
水平面的弯矩：M水平= FHA×0.08=69 Nm
垂直面的弯矩：M垂直= FVA’×0.08=25.08 Nm
合成弯矩：M合= =73.42Nm
6.2.14画转矩图：
T= Ft×d2/2=230.69 Nm

6.2.15画当量弯矩图
因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6
可得右起第二段剖面C处的当量弯矩：

6.2.16判断危险截面并验算强度
①右起第五段剖面处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以该剖面为危险截面。
已知M当=101.38Nm ,有:
［σ-1］=60Mpa 则：
σe= M当/W= M当/(0.1·)
=156.68×1000/(0.1×50)= 12.53MPa<［σ-1］
右起第一段处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：

σe= MD/W= MD/(0.1•)
=138.41×1000/(0.1×35)=32.28 Nm<［σ-1］
所以确定的尺寸是安全的 。
受力图如下

7 键连接的选择和计算
7.1 输入轴
此段轴径d1=30mm, L1=50mm
查手册得，选用A型平键，得：
A键 8×7 GB1096 L=L1-b=50-8=42mm
T=57.3N·m h=7mm
根据课本P243（10-5）式得
σp=4 ·T/(d·h·L)
=4×57.3×1000/（30×7×42）
=25.98Mpa < [σR] =110Mpa

7.2 输出轴
轴径d2=50mm L2=50mm T=230.7Nm
查手册P51 选用A型平键
键14×9 GB1096
l=L2-b=50-14=36mm h=9mm
σp=4·T/（d·h·l）
=4×230.7×1000/（50×9×36）
=56.9Mpa < [σp] =110Mpa
8轴承的设计和计算
8.1 输入轴上的轴承计算
8.1.1 已知:=479.86r/min，，, e=0.37，Y=1.6，Yo=0.9
8.1.2 求相对轴向载荷对应的e值和Y值
相对轴向载荷
比e小
8.1.3 求两轴承的轴向力

8.1.4 求轴承当量动载荷和
< e < e
查表得=1750.9N ， =619.9N
8.1.5 验算轴的寿命
>58400h
故可以选用。

8.2 输出轴上的轴承计算
8.2.1 已知：=114.25r/min，，
，
，，e=0.37，Y=1.6
8.2.2 求两轴承的轴向力

8.2.3 求轴承当量动载荷和
< e < e
由表查的=1723.2N ， =145.2N
8.2.4 验算轴的寿命
>58400h
故可以选用。
9 箱体的设计
9.1 箱体的基本结构设计
箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并保证传动件的啮合精度，使箱体有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约占减速器的一半，所以箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗，重量及成本等有很大的影响。箱体结构与受力均较复杂，各部分民尺寸一般按经验公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。
9.2 箱体的材料及制造方法
选用HT200，砂型铸造。
9.3 箱体各部分的尺寸（如表1、2）

表1：箱体参数
名 称
符 号
圆锥圆柱齿轮减速器
计算结果
箱座壁厚

0.025a+3mm≥8mm
8
箱盖壁厚

（0.8~0.85）≥8mm
8
箱座凸缘厚度
b
1.5δ
12
箱盖凸缘厚度

1.5δ
12
箱座底凸缘厚度
p
2.5δ
20
地脚螺钉直径
df
0.036a+12mm
12
地脚螺钉数目
n
a ≤ 250mm
4
轴承旁连接螺栓直径
d1
0.75 df
9
座与盖连接螺栓直径
d2
(0.5~0.6) df
6.6
连接螺栓d2的间距
l
150~200mm
17.5
轴承端螺钉直径
d3
(0.4~0.5) df
5.4
视视孔盖螺钉直径
d4
(0.3~0.4) df
4.2
定位销直径
d
(0.7~0.8) d2
4.95
df、d1 、d2至外机壁距离

见表2

df、d2至凸缘边距离

见表2

轴承旁凸台半径

14
凸台高度
h

40
外机壁到轴承座端面距离

c1+ c2+(5~8)mm
38

大齿轮齿顶圆与内机壁距离

≥1.2δ
9.6
齿轮端面与内机壁的距离

≥δ
8
箱盖、箱座肋厚
、m
m1≈0.85δ1，m≈0.85δ
6.8
轴承端盖外径

轴承座孔直径+(5~5.5) d3
120
轴承端盖凸缘厚度
e
(1~1.2) d3
5.94
轴承旁连接螺栓距离
s
尽量靠近，以Md1和Md3不发生干涉为准
120

表2：连接螺栓扳手空间c1 、c2值和沉头座直径
螺栓直径
M8
M10
M12
M16
M20
M24
M30

13
16
18
22
26
34
40

11
14
16
20
24
28
34
沉头座直径
18
22
26
33
40
48
61
10 润滑和密封设计
10.1 润滑
齿轮圆周速度v<5m/s所以采用浸油润滑，轴承采用脂润滑。浸油润滑不但起到润滑的作用，同时有助箱体散热。为了避免浸油的搅动功耗太大及保证齿轮啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，设计的减速器的合适浸油深度H1 对于圆柱齿轮一般为1个齿高，但不应小于10mm，保持一定的深度和存油量。油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损，也不易散热。取齿顶圆到油池的距离为50mm。换油时间为半年，主要取决于油中杂质多少及被氧化、被污染的程度。查手册选择L-CKB 150号工业齿轮润滑油。
10.2 密封
减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承内侧、箱体接受能力合面和轴承盖、窥视孔和放油的接合面等处。

10.2.1 轴伸出处的密封：作用是使滚动轴承与箱外隔绝，防止润滑油漏出以及箱体外杂质、水及灰尘等侵入轴承室，避免轴承急剧磨损和腐蚀。由脂润滑选用毡圈密封，毡圈密封结构简单、价格便宜、安装方便、但对轴颈接触的磨损较严重，因而工耗大，毡圈寿命短。

10.2.2 轴承内侧的密封：该密封处选用挡油环密封，其作用用于脂润滑的轴承，防止过多的油进入轴承内，破坏脂的润滑效果。
10.2.3 箱盖与箱座接合面的密封：接合面上涂上密封胶
11课程设计总结

通过这次课程设计，我们真是收获颇丰,不仅温习、巩固了课本上学所学知识，而且让我们在实际操作中体会到了多动脑带来的快乐，团体合作的力量以及相互讨论的好处。

这次课程设计使我们对于设计一个机器的流程有了更详尽的了解。在设计过程中，我们按照课程设计题目的要求，收集了有关自动圆锥齿轮减速器的工作原理的资料，然后构思出了圆锥齿轮减速器的基本工作流程，接着把整个工作流程进行划分，对每一个工作阶段进行详细的分析，通过我们学过的各种可行机构来制造零件、组装模拟，从而达到我们的设计目的，最后将各部分进行合理的衔接，这样我们就完成了一个完整板式输送机方案设计。在有了设计方案后我们对机构的各个部分进行计算从而得到设计数据和参数。

在这次对圆锥齿轮减速器的设计中让我们基本了解到设计一个机器的流程，并且当我们投入到设计当中去后，我们学会了怎样通过我们学过的知识去解决我们所遇到的问题。综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深。

参考文献：
[1] 汪信远，奚鹰主编《机械设计基础》,第四版，高等教育出版，2010
[2] 吴宗泽，高志，罗圣国，李威主编《机械设计课程设计手册》，第四版，高等教育出版,2012
[3] 良贵，纪名刚主编《机械设计》第八版，高等教育出版社，2006

=2.491kw

电动机型号：Y100L2-4

Pm=3kw

57.31 N·m
230.7 N·m

1649.3mm
Ld=1600mm

z=4根
F0=113.6N

u=4.2

=25
=105

=2

=5.7310N•mm

=72.1mm

=2.27

d1=75.2mm

m=3

d1=75
d2=315

R=161.9mm

K=2.662

=25.7
=453.3

=0.83
=0.9

= 500Mpa
=380Mpa

dm1=65.45mm
Ft=1750.9N
Fr=619.9N
Fa=147.6N

=30 mm
=35mm
=35mm

dm2=267.75mm
Ft2=1723.2N
Fr2=145.2N
Fa2=610.14N

d67=35mm

=40mm

L23=50
d34=60
L34=80
L12==30mm
L45=30mm
L56=40