圆锥圆柱齿轮减速器设计.doc

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目 圆锥圆柱齿轮减速器设计

机械设计制造及其自动 专业 07 -712班

设计者 张龙全
学号 07071209
指导教师 杨恩霞
2010 年 1 月 2 日

（哈尔滨工程大学）

目 录

一 课程设计书

二 设计要求

三 设计步骤
1. 传动装置总体设计方案
2. 电动机的选择
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比
4. 计算传动装置的运动和动力参数
5. 各级齿轮的设计与校核
6.低速传动轴的设计与校核
7.低速圆锥滚子轴承校核
8.键联接设计和校核
9.器机体结构尺寸
10.密封设计
11. 装配图设计

四 设计小结

五 参考资料

一. 课程设计书
设计课题:
设计一用于带动螺旋输送机输送聚乙烯树脂材料的两级圆锥圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,其效率为0.92(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限5年(300天/年),三班制工作,车间有三相交流,电压380/220V。螺旋轴转矩350N·m,螺旋轴转速70r/min。

二. 设计要求
1.减速器装配图一张(A1)。
2.设计说明书一份。

三. 设计步骤

1. 传动装置总体设计方案
2. 电动机的选择
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比
4. 计算传动装置的运动和动力参数
5. 各级齿轮的设计与校核
6.低速传动轴的设计与校核
7.低速圆锥滚子轴承校核
8. 键联接设计和校核
9.减速器机体结构尺寸
10.密封设计
11. 装配图设计
一、 传动装置的总体设计
减速器要符合绿色环保，工作时间长，质量好。
二、 选择电动机
1、选择电动机系列
按工作要求及工作条件，选用三相异步电动机，封闭式扇式结构，即：电压为380V Y系列的三相交流电源电动机。
2、选电动机功率
（1）、传动滚筒所需有效功率

（2）、传动装置总效率
各部分效率如下
闭式齿轮传动效率：
滚动轴承效率：
联轴器效率：
可移式联轴器效率：
螺旋输送机：

（3）、所需电动机功率

3、确定电动机转速

选择电动机转速时，电动机重量轻，价格便宜，但总传动比大，传动装置过大。转速选择小了，电动机过重，价格过贵。择中选择
三、 确定传动装置的总传动比和分配传动比
传动比分配

四、 计算传动装置的运动和动力参数
运动条件及运动参数分析计算
0轴：0轴即电动机输出轴：

1轴：1轴即减速器输入轴

2轴：2轴即减速器中间轴

3轴：3轴即减速器输出轴

4轴：4轴即传动滚筒轴

五、 各级齿轮的设计与校核
（一）、低速级斜齿齿轮传动的设计与校核
１． 齿轮材料，热处理及精度
考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用软齿面渐开线斜齿圆柱齿轮
齿轮材料及热处理
① 材料：低速级小齿轮选用45钢调质处理，齿面硬度为 250HBS 取小齿齿数=29
齿轮精度为8级
大齿轮选用45钢，齿面硬度 200HBS，大齿轮齿数Z2=Z1i23=133
1.初步设计齿轮传动的主要尺寸
按齿面接触强度设计

a.确定各参数算数值
（1）计算小齿轮传递的转矩T1＝88.81N·m T2=386 N·m
（2）初选齿宽系数 ，由表查得＝1
（3） 初选螺旋角   初定螺旋角＝14 
（4） 初选载荷系数Kt =1.4
（5）计算应力值环数 N=60nj =60×320×1×（5×365×24）=8.41×10h N2= 60nj =60×70×1×（5×365×24）=1.84×10h

（6）弹性系数和节点区域系数为
（7）端面重合度
（8）查取接触疲劳系数（允许局部点蚀）ZN1=1.01 ZN2=1.11

（9）查表得齿轮接触疲劳极限    
(10)安全系数S=1
[1]==1.01×550=555.5
[2]==1.11×390=432.9
b.确定传动尺寸
初算小齿轮分度圆直径d1t

=
圆周速度v=0.79m/s 动载荷系数 Kv1.04
齿间载荷分部系数Kａ=1.2
使用系数KA=1.25
齿间载荷分部系数KB=1.07
K=1.25×1.04×1.2×1.07＝1.67
按K值对d1t修正

C.确定模数
Mn=/Z1=1.767
d.确定螺旋角和中心距
mt=mn/ =2.06
a=mt(Z1+Z2 )=2.06 ×(29+133)=167
=14.06因为值与初选值相差不大，故与值有关的数不用修正
d1= mNZ1/=59.789 d2=273.234
e.确定齿宽
由b=d1=59.789
取b1=65mm b2=60mm
2.按齿根弯曲强度校核

a. 确定各参数
（1）由表7-4查取齿形系数和应力校正系数

(2)接触疲劳系数Y=0.89 Y=0.94
(3)取安全系数S=1.25
(4)查表得齿轮接触疲劳极限    
(5)  轴向重合度 ＝＝2.67 Y＝0.87
[]=
[] =
验算：

>[] >[]
结论：弯曲强度足够

（二）、高速级锥齿轮设计与校核
1.齿轮材料，热处理及精度
考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用软面渐开线圆锥齿轮
（1）       齿轮材料及热处理
  ① 材料：高级小齿轮选用45钢调质处理，硬度 250HBS。取小齿齿数=19。
高速级大齿轮选用45钢，硬度 200HBS Z=i×Z=3×19=57 。
齿轮精度为8级
2.设计计算
锥角确定：

1.按齿面接触强度设计

a.确定各参数算数值

（1）初选齿宽系数 ，由表查得＝0.3
（2） 初选载荷系数Kt =1.4
（3）计算应力值环数
N=60nj =60×320×1×（5×365×24）=8.41×10h N2= 60nj =60×70×1×（5×365×24）=1.84×10h
（4）弹性系数和节点区域系数为
（5）查表得齿轮接触疲劳极限    
（6）查取接触疲劳系数（允许局部点蚀）ZN1=0.92 ZN2=1.01
( 7 )安全系数S=1

[1]==0.92×550=506.3
[2]==1.01×390=393.9
b.确定传动尺寸
初算小齿轮分度圆直径d1t

=
圆周速度v=3.1m/s 动载荷系数 Kv1.22
齿间载荷分部系数Kａ=1
使用系数KA=1
齿间载荷分部系数KB=1.03
K=1×1×1.22×1.03＝1.26
按K值对d1t修正

c.确定当量模数
Mn==3.22
取mv=3.5
则齿宽中点分度圆直径dm1=mVZ1=70mm
dm2=210mmm
R=1/2 =110.68
d.确定齿宽
b=R=0.30×110.68=33.20
圆整齿宽b=34
2.按齿根弯曲强度校核
（1）由表7-4查取齿形系数和应力校正系数

(2)接触疲劳系数Y=0.90 Y=0.96
(3)取安全系数S=1.25
(4)查表得齿轮接触疲劳极限    

[]=
[] =
验算齿根弯曲强度

>[] >[]

结论：弯曲强度足够

六、 低速轴的设计与校核
一. 输出传动轴的设计
1. 估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本按扭转强度计算

因为轴上截面有一个键槽，轴直径增大%，所以 取直径d=40mm
2. 结构设计：
出估算轴的各个尺寸如下：

3..强度校核
（1）、确定力点与支反力与求轴上作用力（图示附后）
（2）、齿轮上作用力
输出轴上的功率P，转速，转矩
P=2.829KW =70r/min =379.4N．m
F=
F= Ftan=14363×0.249=3576N
F= F

(3)、水平支反力 从上到下第二幅图
（4）、垂直面内的支反力 从上到下第四幅图

（5）、绘水平弯矩图 第三幅图
（6）、求垂直弯矩并绘垂直弯矩图 第五幅图
（7）、合成弯矩图 第六幅图

（8）、绘扭矩图 第七幅图
（9）、求当量弯矩

（10）、确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面A

计算出最危险截面为齿轮所在截面，该截面的尺寸满足要求。

七、 低速轴承的设计与校核
1、选轴承 ：由直径大小和受力判断初选轴承的型号为：7310B。 其中轴承参数为：d＝50mm；B＝27mm；Cr＝68.2KN；Cor＝48.0KN
2、轴承内部轴力:F｀=0.68 Fr
则F1｀=0.68×5387=3663N F2｀=0.68×3576=2430N
3、计算单个轴承的轴向载荷
F1｀+Fa与F2｀比较：

F1｀+Fa> F2｀
由图示结构可知，1轴承“放松”2轴承“压紧”。
Fa1= F1｀=3663N
Fa2= F1｀+Fa=7239N
4、计算当量载荷
P=X F+Y F
由表10-6得

(4)计算寿命
取P1、P2中较大的值打入寿命计算公式。
由表10-9，得fp=1.1则

八、 键联接的选择与校核
1.减速器输出轴连接螺旋输送机的键
（1）选择键的类型及尺寸
由轴直径为40mm 查得 键为 12×8 GB1096-2003 即圆头普通平键（A型），键的参数为：b=12mm;h=8mm;
按强度条件的键设计：
为键工作长度，键全长键的设计取L=60mm。
（2）校核键连接的强度
键、轴和轮毂的材料都是钢，由表4-2查得许用挤压应力[ ]=100-120.键的工作长度=L-b=48mm，键与轮毂的接触高度k=0.5h=4mm

满足强度要求。
2．减速器输出轴与低速圆柱些齿轮连接的键
由轴直径为55mm，查得 键为16×10 GB1096-2003 即圆头普通平键（A型），键参数为：b=16mm;h=10mm;
按强度条件的键设计：
为键工作长度，键全长。键的设计取L=45mm。

（2）校核键连接的强度
键、轴和轮毂的材料都是钢，由表4-2查得许用挤压应力[ ]=100-120.键的工作长度=L-b=29mm，键与轮毂的接触高度k=0.5h=5mm

满足强度要求。

九、 减速器机体结构尺寸
减速器的箱体采用铸造（HT150）采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖和机体采用配合.

1. 机体有足够的刚度
在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度

2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。

因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm
为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为

3. 机体结构有良好的工艺性.
铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.

4. 对附件设计
A 视孔盖和窥视孔
在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固
B 油螺塞：
放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。

C 通气孔：
由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.
D 盖螺钉：
启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。
钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.
E 位销：
为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.
F 吊钩：
在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.

名称
符号
计算公式
结果
箱座壁厚

10
箱盖壁厚

10
箱盖凸缘厚度

15
箱座凸缘厚度

15
箱座底凸缘厚度

25
地脚螺钉直径

M16
地脚螺钉数目

查手册
6
轴承旁联接螺栓直径

M12
机盖与机座联接螺栓直径

=（0.5~0.6）
M10
轴承端盖螺钉直径

=（0.4~0.5）
M8
视孔盖螺钉直径

=（0.1~0.4）
M2
定位销直径

=（0.3~0.6）
3
，，至外机壁距离

查机械课程设计指导书
20
，至凸缘边缘距离

查机械课程设计指导书
18
外机壁至轴承座端面距离

=++（8~12）
38
大齿轮顶圆与内机壁距离

>1.2
25
齿轮端面与内机壁距离

>
20
机盖，机座肋厚

8.5
轴承端盖外径

+（5）
112、125、
160
轴承旁联结螺栓距离

112
125
160

十、 润滑密封设计

对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以轴承采用脂润滑。箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.
油的深度为H+
H=30 =34
所以H+=30+34=64
其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。
密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为 6.3 ， 密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，取150mm。并匀均布置，保证部分面处的密封性。

十一、装配图设计
（一）、装配图的作用
作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。
（二）、减速器装配图的绘制
1、装备图的总体规划：
（1）、视图布局：
①、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。
②、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。
布置视图时应注意：
a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。
b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。
（2）、尺寸的标注：
①、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。
②、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。
③、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。
④、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。
（3）、标题栏、序号和明细表：
①、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查GB10609.1-1989和GB10609.2-1989标题栏和明细表的格式
②、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。
（4）、技术特性表和技术要求：
①、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式布置在装配图右下方空白处。
②、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。
2、绘制过程：
（1）、画三视图：
①、绘制装配图时注意问题：
a先画中心线，然后由中心向外依次画出轴、传动零件、轴承、箱体及其附件。
b、先画轮廓，后画细节，先用淡线最后加深。
c、3个视图中以俯视图作基本视图为主。
d、剖视图的剖面线间距应与零件的大小相协调，相邻零件剖面线尽可能取不同。
e、对零件剖面宽度的剖视图，剖面允许涂黑表示。
f、同一零件在各视图上的剖面线方向和间距要一致。
②、轴系的固定：
a、轴向固定：滚动轴承采用轴肩和闷盖或透盖，轴套作轴向固定；齿轮同样。
b、周向固定：滚动轴承采用内圈与轴的过渡配合，齿轮与轴除采用过盈配合还采用圆头普通平键。
（2）、润滑与密封
①、润滑：
齿轮采用浸油润滑。当齿轮圆周速度时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离≥30~60mm。轴承润滑采用脂润滑。
3、合理标注尺寸及偏差：
（1）、轴：径向尺寸以轴线为基准标注，有配合处径向尺寸应标尺寸偏差；轴向尺寸以轴孔配合端面及轴端面为基准，反映加工要求，不允许出现封闭尺寸链。
（2）、齿轮：径向尺寸以轴线为基准，轴孔、齿顶圆应标相应的尺寸偏差；轴向尺寸以端面为基准，键槽尺寸应相应标出尺寸偏差。
4、合理标注形状和位置公差；
在装配图上没有形位公差，形位公差只在低速轴的零件图上有用，而且都用于和齿轮与轴承配合的地方
5、合理标注表面粗糙度；
因为表面粗糙度影响零件的耐磨性、影响配合性质的平稳性、影响装置的抗疲劳强度和抗腐蚀性，所以要标注表面粗糙度，但是过多的标注会增加生产成本，所以要合理的标注表面粗糙度
6、技术要求：
简单的说明装置的加工方法。
7、标题栏：
更好的让读图的人员更快的了解图纸

i1=3
i2=4.57

表7-7

d1=59.789mm
d2=273.234mm
a=167mm

Ft=14363N
Fr=5387N
Fa=3576N

四、设计小结
这次关于螺旋输送机上的两级展开式圆锥圆柱斜齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过两个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.
1、 机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融《机械原理》、《机械设计》、《理论力学》、《材料力学》、《机械精度设计》、《机械工程材料》、《机械设计手册》、《计算机绘图基础》、《工程制图和画法几何》等书
十一、 这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。
十二、 在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。
十三、 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。

五、参考书籍
书名
主编
出版社
机械设计
杨恩霞
哈尔滨工程大学出版社
机械工程制图
李广君、王钢、石铃
哈尔滨工程大学出版社
机械设计课程设计指导书
宋宝玉
哈尔滨工业出版社
机械精度设计基础
孙玉芹、孟罩新
科学出版社
计算机绘图教程
许国玉、吕金丽
张生坦、常艳艳
哈尔滨工程大学出版社
机械设计课程设计指导书
王大康、卢颂峰
北京工业大学出版社

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