两级圆锥圆柱齿轮减速器设计说明书.doc

机械设计课程设计 设计题目： 胶带输送机卷筒传动装置（C） 学院：机电学院 班级：10级机制2班 设计者：马进胜 学号：100200226指导教师：姚贵英 日期：2012年12月21日 - 32 - 目录一、 机械设计课程设计任务书-11、 机器功能要求及方案图-12、 机器工作条件-13、 工作装置技术数据-24、 设计任务-2二、 电动机的选择-31、 电动机的确定-32、 电动机功率的确定-3三、 传动系统的运动和动力参数计算-41、 分配各级传动比-42、 有传动比分配结果计算轴素-4四、 传动件的设计计算-51、 圆锥直齿齿轮传动的计算-5（1） 选择齿轮材料和精度等级-6（2） 按齿面接触疲劳强度设计-7（3） 校核齿根弯曲疲劳强度-82、 圆柱斜齿齿轮传动的计算-9（1） 选择齿轮材料、精度等级和齿数-10（2） 按齿面接触疲劳强度设计-11（3） 按齿根弯曲强度设计-12五、 轴的计算-131、 输入轴的设计-132、 中间轴的设计-173、 输出轴的设计-214、精确校核轴的疲劳强度-24六、 校核轴承寿命-281、 输入轴滚动轴承校核-282、 中间轴滚动轴承校核-293、 输出轴滚动轴承校核-30七、 键连接的选择及校核计算-31 1、各轴键的计算-31 八、润滑与密封-32九、参考资料目录-32一、设计题目：胶带输送机传动系统设计1、机器的功能要求胶带输送机是机械厂流水作业线上运送物料常用设备之一，其主要功能是由输送带完成运送机器零、部件的工作。其工作装置的传动示意图参见图。方案如下图：2、机器工作条件（1）载荷性质 单向运输，载荷较平稳；（2）工作环境 室内工作，有粉尘，环境温度不超过35C；（3）运动要求 输送带运动速度误差不超过5%；滚筒传动效率为0.96；（4）使用寿命 8年，每年350天，每天16小时；（5）动力来源 电力拖动，三相交流，电压380/220V；（6）检修周期 半年小修，二年中修，四年大修；（7）生产条件 中型机械厂，小批量生产。3、工作装置技术数据（1）输送带工作拉力: F= 7.5KN （2）输送带工作速度: V= 0.9 m/s；（3）滚筒直径D（mm）： D= 370 mm.1、设计任务1、设计工作内容（1）胶带输送机传动系统方案设计（包括方案构思、比选、决策）；（2）选择电动机型号及规格；（3）传动装置的运动和动力参数计算；（4）减速器设计(包括传动零件、轴的设计计算，轴承、连接件、润滑和密封方式选择，机体结构及其附件的设计)；（5）链（带）传动选型设计；（6）联轴器选型设计；（7）绘制减速器装配图和零件工作图；（8）编写设计说明书；（9）设计答辩。2、提交设计成品需要提交的设计成品：纸质版、电子版（以班级学号中文姓名作为文件名）各1份。内容包括：（1）减速器装配图一张；（2）零件图2张 (完成的传动零件、轴和箱体的名称)；（3）设计计算说明书一份。2、设计中应注意事项1.计算和绘图应交替进行，并注意随时整理结果，列表保存。2.设计中要贯彻标准。（标准件和标准尺寸）3.全面考虑问题：强度、结构、加工工艺等。4.设计应有创造性，多方案比较，择优选用。5.设计过程中注意培养独立工作能力。6.提交的设计成品应符合指导教师给出的格式要求。3、完成时间 要求在2012年12月20日之前完成全部设计任务。 指导教师：姚贵英设计内容计算及说明1）选择电动机类型2）电动机容量3）确定电动机的转速4）电动机的技术数据和外形,安装尺寸1）传动装置总传动比2）分配传动装置各级传动比3）各轴转速4）各轴输入功率圆锥直齿轮设计1.选定齿轮精度等级、材料及齿数2.按齿面接触强度设计(1).确定公式内的各计算数值（2）计算3按齿根弯曲强度设计（1）确定计算参数（2）设计计算（3）.几何尺寸计算圆柱斜齿轮设计1.选定齿轮精度等级、材料及齿数2 .按齿面接触强度设计(1) 确定公式内的各计算数值（2）计算3.按齿根弯曲强度设 计（1）确定计算参数 （2）设计计算4对比结果，确定法面模数m及齿数z5.几何尺寸计算输入轴设计1、 功率、转速和转矩及齿轮上的力2初步确定轴的最小直径3.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（3）轴上的周向定位4.求轴上的载荷5、按弯扭合成应力校核轴的强度中间轴设计1确定中间轴上各齿轮的力及方向2初步确定轴的最小直径3.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（3）轴上的周向定位（4）轴上圆角和倒角4求轴上的载荷5、按弯扭合成应力校核轴的强度输出轴设计1确定中间轴上各齿轮的力及方向2、初步确定轴的最小直径3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度4、求轴上的载荷5、按弯扭合成应力校核轴的强度6.精确校核轴的疲劳强度输入轴滚动轴承校核中间轴滚动轴承校核 输出轴滚动轴承校核1校核联轴器处的键连接2校核圆锥齿轮处的键连接1校核圆锥齿轮处的键连接2校核圆柱齿轮处的键连接1校核联轴器处的键连接2校核圆柱齿轮处的键连接润滑与密封 二 选择电动机按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y系列全封闭式自扇冷鼠笼型三相异步电动机。 (1)卷筒的输出功率 (2)电动机输出功率 传动装置的总效率 式中、为从电动机至卷筒轴的各传动机构和轴承的效率。由机械设计课程设计表2-4查得：滚动轴承=0.995；圆柱齿轮传动=0.97；圆锥齿轮传动=0.96；弹性联轴器=0.99；则故 (3)电动机额定功率因载荷平稳，电动机额定功率只需略大于即可，选取电动机额定功率。 由表2-1查得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：符合这一范围的同步转速有750r/min,由表12-1选常用的同步转速为750r/min的Y系列电动机Y180L8，其满载转速为。电动机的安装结构形式以及其中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可由表中查到，并记录备用。Y180L-8其满载转速为三、计算传动装置的运动和动力参数对于圆锥圆柱齿轮减速器，高速级锥齿轮的传动比则圆柱齿轮减速器传动比 按电动机所需功率计算各轴输入功率，即5）各轴转矩以上算出的运动和动力参数列表如下：参数 轴名轴1轴2轴3轴4轴5转速n(r/min)73073018646.546.5功率P(kW)7.827.747.397.137.00转矩T()102.3101.3379.41464.3143706传动比13.924.001效率0.990.9550.9650.985 四、传动件的设计计算已知输入功率，小齿轮转速730r/min，齿数比u=3.92，由电动机驱动，工作寿命10年，大修期3年，两班制，带式输送机载荷平稳，空载起动，不反转。1） 选用8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.由设计计算公式进行试算，即1） 试选载荷系数 试取K=2.02） 计算小齿轮的转矩3） 选齿宽系数4）由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限5）由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数6） 计算应力循环次数 7) 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得1） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值2） 计算圆周速度v3） 计算载荷系数根据，8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查得使用系数根据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，查机械设计（第八版）表10-4得轴承系数，则接触强度载荷系数7504） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得5） 计算大端模数m1） 确定弯曲强度载荷系数2） 由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系 应力校正系数 3） 由机械设计（第八版）图20-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限4） 由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数5） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，得6） 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。 对比计算结果，齿面接触疲劳强度计算的模数m大于按齿根弯曲疲劳强度计算的模数。取由弯曲疲劳强度算得的模数2.24并就近圆整为标准值m=2.5按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 所以，大齿轮齿数 圆整并确定齿宽取 1） 运输机为一般工作机器，速度不高，选用8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40Cr（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4） 选取螺旋角。初选螺旋角 由设计计算公式进行试算1）试选载荷系数计算小齿轮的转矩2） 选齿宽系数 Kt=1.63） 由机械设计（第八版）图10-30选取区域系数4） 由机械设计（第八版）图10-26查得，则5） 由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数i. 计算应力循环次数ii. 由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限iii. 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数6）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得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） 计算载荷系数根据，8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，表10-2查得使用系数，表10-4查得 图10-13查得 接触强度载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得6） 计算模数 由设计公式进行试算 1）计算载荷系数。 2） 根据重合度，由机械设计（第八版）图10-28查得螺旋角影响系数 3）由机械设计（第八版）图20-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限4）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 5）计算弯曲疲劳许用应力6）计算当量齿数7）由表10-5查得齿形系数 应力校正系数 8）计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。 对比结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取标准值，已满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，取分度圆直径。 取=31，取 （1）计算中心距 （2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。（2） 计算大小齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度 圆整后取 （5）齿顶高 （6）齿根高 （7）齿顶圆直径 （8）齿根圆直径 五、轴的设计计算 高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为而 圆周力、径向力及轴向力的方向如图二所示图二先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据表15-3，取，得，输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩，查表14-1，由于转矩变化很小，故取，则 联轴器与轴之间周向定位采用键连接，对直径 的轴，有一个键槽时，轴径增大5%7%，故 根据电动机型号Y180L-8，由表12-13及标准GB/T5014-2003，查得电动机轴径应取48mm。故选HL3型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为。主动端：Y型轴孔，A型键槽，半联轴器的孔径；从动端：Y型轴孔，A型键槽，半联轴器的孔径。则由半联轴器确定拟定轴上零件的装配方案（见图三）图三 为了满足半联轴器的轴向定位，-轴段右端需制出一轴肩，故取-段的直径.1） 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，根据GB/T 297-1994, 初步选圆锥滚子轴承30210，其基本尺寸为，则，而取。这对轴承均采用轴肩进行轴向定位，根据GB/T 297-1994，30210型轴承的安装尺寸，因此取。3）为了使轴具有较大刚度，两轴承支点距离不宜过小，一般取，故取，所以。圆整，取。小锥齿轮的悬臂长度。右边轴承右端面采用轴套定位，取。4）取安装齿轮处-轴段的直径，齿轮轴孔深度取；为使套筒可靠地压紧轴承，轴承与锥齿轮间隔一轴套，取。5）轴承端盖的总宽度为25mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故 圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，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，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；半联轴器与轴的连接，选用，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为k6。（1） 确定轴上圆角和倒角尺寸（2） 取轴端倒角为轴上载荷大小如下表：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T 根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得，故安全。1、已知中间轴上的功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上的力对圆柱斜齿轮 对圆锥直齿轮 圆周力、，径向力、及轴向力、的方向如下图所示先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为，调质处理。根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径和。轴上零件的装配方案（见下图）1）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，根据GB/T 297-1994，初选圆锥滚子轴承30308，其尺寸为，。这对轴承均采用套筒进行轴向定位，根据GB/T297-1994，30208型轴承的安装尺寸，因此取套筒与轴承端面相接处外径为。安装小圆柱斜齿轮的宽度，为使其右端能用轴套定位，轴段，取轴径，则小圆柱齿轮的孔径为50mm，经验算其齿根圆与键槽底部的距离，齿轮与轴可分开制造。2）锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，试取，则轮毂宽度，取，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。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则取轴环处的直径为，轴环宽度，3）箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，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45mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，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90mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为求轴上的载荷，各值列如下表：载荷水平面H垂直面V支反力RFNH1=306.9N,FNH2=-2805.6NFNV1=4911N,FNV2=5450.7N弯矩MMH1=16454NmmMH2=-117683NmmMH3=-208316NmmMH4=-297974NmmMV1=234500NmmMV2=404714Nmm总弯矩扭矩TT3=352400Nmm根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为（调质），故安全。已知输出轴上的功率、转速和转矩 作用在齿轮上的力圆周力、径向力及轴向力的方向如下图所示先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，输出轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则根据GB/T5014-2003，选HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000，取半联轴器的孔径，故取，选Y型半联轴器，长度。 轴上零件的装配方案（见下图）：1）为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短些，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，可选用角接触球轴承，参照工作要求并根据，根据GB/T 292-1994，初选角接触球轴承7214C，其尺寸为，而。轴承右端采用轴肩进行轴向定位，查得7214C型轴承的定位轴肩轴径，因此取；齿轮右端和右轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为96mm，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。取，齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6，则轴环处的直径为。轴环宽度，取。3）轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离，故取 ；为保证圆柱斜齿轮能正对啮合，取轴段4） 根据中间轴长度及箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，得5） 轴上的周向定位齿轮、半联轴器的周向定位均采用平键连接。对齿轮的定位，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80mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。(6)确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为轴上载荷各值列如下表：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力轴的材料为45钢（调质），查得，故安全。（1） 判断危险截面15段间截面,只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以这些截面无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面6和7过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，67段中间处截面上应力最大，但应力集中不大且轴径最大，故不需校核；截面3的应力集中的影响和截面4的相近，但截面4不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必作强度校核。因而该轴只需校核截面7左右两侧即可。（2）截面7左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面右侧弯矩M为 截面上的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得。过盈配合处的，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得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。（2）截面7右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面右侧弯矩M为 截面上的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的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可得轴的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的尺寸系数，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，则综合系数为碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。 六、校核轴承寿命单列圆锥滚子轴承30210，查表8-159，得则内部轴向力所以 即，则 对减速器，由机械设计课本表13-6，取动载荷系数，因大修期为3年，预期寿命为，故合格。单列圆锥滚子轴承30308，查表8-159，得则内部轴向力所以 即，则 对减速器，由机械设计课本表13-6，取动载荷系数，因大修期为3年，预期寿命为，故合格。角接触球轴承7214C，查表8-158，得则内部轴向力所以 即由查表8-158得，故由查表8-158得，故对减速器，由机械设计课本表13-6，取动载荷系数，因大修期为3年，预期寿命为，故合格。七、键联接的选择及校核计算输入轴键计算该处选用普通平键尺寸为，接触长度，载荷平稳 ，可选，则键联接所能传递的转矩为：故满足要求。该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：故满足要求。中间轴键计算