毕业设计三级圆柱圆锥齿轮减速器[1].doc

北京化工大学毕业设计 33
1 绪论
通过查阅一些文献我们可以了解到带式传动装置的设计情况，为我所要做的课题确定研究的方向和设计的内容。
1.1 带传动
带传动是机械设备中应用较多的传动装置之一，主要有主动轮、从动轮和传动带组成。工作时靠带与带轮间的摩擦或啮合实现主、从动轮间运动和动力的传递。
带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸振及过载打滑以保护其他零件的优点。
1.2圆锥-圆柱齿轮传动减速器
YK系列圆锥-圆柱齿轮传动减速器适用的工作条件：环境温度为-40～40度；输入轴转速不得大于1500r/min,齿轮啮合线速度不大于25m/s，电机启动转矩为减速器额定转矩的两倍。YK系列的特点：采用一级圆弧锥齿轮和一、二、三级圆柱齿轮组合，把锥齿轮作为高速级（四级减速器时作为第二级），以减小锥齿轮的尺寸；齿轮均采用优质合金钢渗碳淬火、精加工而成，圆柱齿轮精度达到GB/T10095中的6级，圆锥齿轮精度达到GB/T11365中的7级；中心距、公称传动比等主要参数均采用R20优先数系；结构上采用模块式设计方法，主要零件可以互换；除底座式实心输出轴的基本型外，还派生出输出轴为空心轴的有底座悬挂结构；有多中润滑、冷却、装配型式。所以有较大的覆盖面，可以满足较多工业部门的使用要求。
减速器的选用原则：（1）按机械强度确定减速器的规格。减速器的额定功率P1N 是按载荷平稳、每天工作小于等于10h、每小时启动5次、允许启动转矩为工作转矩的两倍、单向运转、单对齿轮的接触强度安全系数为1、失效概率小于等于1%等条件算确定.当载荷性质不同，每天工作小时数不同时，应根据工作机载荷分类按各种系数进行修正.减速器双向运转时，需视情况将P1N乘上0.7～1.0的系数，当反向载荷大、换向频繁、选用的可靠度KR较低时取小值，反之取大值。功率按下式计算：P2m=P2*KA*KS*KR ，其中P2 为工作功率； KA 为使用系数； KS 为启动系数； KR 为可靠系数。（2）热功率效核.减速器的许用热功率PG适用于环境温度20℃，每小时100%连续运转和功率利用律（指P2/P1N×100%）为100%的情况，不符合上述情况时，应进行修正。（3）校核轴伸部位承受的径向载荷。

2结构设计
2.1V带传动
带传动设计时，应检查带轮的尺寸与其相关零部件尺寸是否协调。例如对于安装在减速器或电动机轴上的带轮外径应与减速器、电动机中心高相协调，避免与机座或其它零、部件发生碰撞。
2.2减速器内部的传动零件
减速器外部传动件设计完成后，可进行减速器内部传动零件的设计计算。
1） 齿轮材料的选择应与齿坯尺寸及齿坯的制造方法协调。如齿坯直径较大需用铸造毛坯时，应选铸刚或铸铁材料。各级大、小齿轮应该可能减少材料品种。
2） 蜗轮材料的选者与相对滑动速度有关。因此，设计时可按初估的滑速度选择材料。在传动尺寸确定后，校核起滑动速度是否在初估值的范围内，检查所选材料是否合适。
3） 传动件的尺寸和参数取值要正确、合理。齿轮和蜗轮的模数必须符合标准。圆柱齿轮和蜗杆传动的中心距应尽量圆整。对斜齿轮圆柱齿轮传动还可通过改变螺旋角的大小来进行调整。
根据设计计算结果，将传动零件的有关数据和尺寸整理列表，并画出其结构简图，以备在装配图设计和轴、轴承、键联结等校核计算时应用。
联轴器的选择
减速器的类型应该根据工作要求选定。联接电动机轴与减速器，由于轴的转速高，一般应选用具有缓冲、吸振作用的弹性联轴器，例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器。减速器低速轴（输出轴）与工作机轴联接用的连周期，由于轴的转速较低，传递的转距较大，又因为减速器轴与工作机轴之间往往有较大的轴线偏移，因此常选用刚性可以移动联轴器，例如滚子链联轴器、齿式联轴器。对于中、小型减速器，其输出与工作机轴的轴线便宜不很大时，也可以选用弹性柱销联轴器这类弹性可移式联轴器。
联轴器型号按计算转距进行选择。所选定的联轴器，起轴孔直径的范围应与被联接两轴的直径相适应。应注意减速器高速轴外伸段轴径与电动机的轴径不得相差很大，否则难以选择合适的联轴器。
3 设计计算过程及说明
3.1选择电动机
3.1.1电动机类型和结构型式选择
Y系列笼型三相异步电动机,卧式闭型电电动机。
3.1.2选择电动机容量
工作机所需功率
==7.98kw
=80.7r/min
电动机的输出功率
==10.4kw
η=*…..* =0.82*0.98*0.95*0.98*0.97*0.98*0.98*0.97*0.98*0.98*0.99*0.96=0.77
确定电动机的额定功率
Ped>=Pd
3.1.3选择电动机的转速
同步转速 1500r/min。
3.1.4确定电动机型号
选择 Y160M-4 额定功率 11kw 转速 1460r/min
3.2传动装置的总传动比及其分配
i==18.1 带传动 i=2 圆锥 i= 2.5 圆柱 i= 4
3.3计算传动装置的运动和动力装置参数
各轴转速: 电动机轴 =1460r/min
减速箱输入轴 ==486.7 r/min
高速轴 ==235.1 r/min
低速轴 ==58.8 r/min
各轴输入功率: ==11kw
=*0.95=10.45kw
=*0.98*0.97*0.98=9.73KW
=*0.98*0.97*0.98=9.07KW
各轴转矩:T0=9550*/=72.0N*m
T1=9550*/=205.0 N*m
T2=9550*/=395.2 N*m
T3=9550*/=1493.1 N*m
3.4带传动设计
3.4.1定v带型号和带轮直径
工作情况系数 =1.1
计算功率 ==1.1*11=12.1kw
选带型号 A型
小带轮直径 =100mm
大带轮直径 =(1-0.01)*100*3=297mm
大带轮转速 = =481.8r/min
3.4.2计算带长
求 = (+)/2 =198.5mm
求Δ Δ=(-)/2=98.5mm
2(+)>=a>=0.7*(+)
初取中心距 a=600mm
带长 L=πDm+2*a+=1839.5
基准长度 =2000mm
求中心距和包角
中心距 a= + =344.18+337.06=681.24<700mm
小轮包角 α1=180°-(D2-D1)*60°=180°-(297-100)*60°/681.24 =162.6>120°
数求带根 v=3.14**/(60*1000)=7.64m/s
传动比 i=/=2
带根数 =1.32kw =0.95
=1.03 ΔP=0.17kw
z=/((+Δ)**)=12.1/((1.32+0.17)*0.95*1.03)=8.3 取9根
求轴上载荷
张紧力 =500*/v*z(2.5-)/+qv*v=500*12.1/(7.64*9)*(2.5-0.95)/0.95+0.10*=149.3N
轴上载荷 =2*sin(/2)=2*9*149.3*sin(162.6°/2)=2656.5N
3.5齿轮传动设计
直齿锥齿: 轴交角∑=90° 传递功率P=10.45kw
小齿轮转速=486.7r/m 传动比i=2.07
载荷平稳,直齿为刨齿,小齿轮40Cr,调质处理,241HB~~286HB
平均260HB,大齿轮用45号钢,217HB~~255HB 平均230HB
齿面接触疲劳强度计算
齿数和精度等级 取=24 =i*=48
选八级精度
使用系数=1.0 动载荷系数=1.15
齿间载荷分配系数 估计*Ft/b<100N/mm
cos=u/=2/=0.89
cos=1/=1/=0.44
=/ cos=24/0.89=26.97
=/ cos=48/0.44=109.1
αv=(1.88-3.2(1/(2*)+1/(2*)))cos=1.85
==0.85
==1.4
齿向载荷分布函数 =1.9
载荷系数 ==1*1.5*1.4*1.9=3.99
转矩 =9.55**=9.55**10.45/486.7=20505N.mm
弹性系数 =189.8
节点区域系数 =2.5
接触疲劳强度 =710Mpa
=680Mpa
接触最小安全系数=1.5
接触寿命系数 ==1.0
许用接触应力 []= */=710*/1.05=676Mpa
[]= */=680*/1.05=648Mpa
小轮大端分度圆直径 =0.3
=70mm
验算圆周速度及Ka*Ft/b
=(1-0.5R) =(1-0.5R)70=59.5mm
==3.1459.5*486.7/60000=1.5m/s
=
b=*R=*d/(2*sin)=*/(2*=20.4mm
*/b=1.0*689.2/20.4=33.8N/mm<100N/mm
确定传动尺寸
大端模数 m=/=70/24=2.9mm
实际大端分度圆直径d =m=3*24=84
=m=3*48=144
b=*R=0.3*80.5=24.15mm
齿根弯曲疲劳强度计算
齿面系数 =2.72 =2.38
应力修正系数 =1.66 =1.78
重合度系数 =0.25+0.75/ =0.25+0.75/0.85=0.66
齿间载荷分配系数 */b<100N/mm
=1/=1/0.66=1.56
载荷系数 ==1*1.15*1.56*1.9=3.4
弯曲疲劳极限 =600MPa
=570MPa
弯曲最小安全系数 =1.25
弯曲寿命系数 ==1.0
尺寸系数 =1.0
许用弯曲应力 []= lim/=600*1.0*1.0/1.25=480MPa
[]=570*1.0*1.0/1.25=456MPa
验算
===152
<[]
==152*2.38*1.78/(2.72*1.66)=142.6MPa
标准斜齿圆柱齿轮
小齿轮用40Cr调质处理,硬度241HB~~286HB 平均260MPa
大齿轮用45号钢,调质处理,硬度229HB~~286HB 平均241MPa
初步计算
转矩=9.55**9.73/235.1=39524N.mm
齿数系数=1.0
值 取=85
初步计算的许用接触应力[H1]=0.96Hlim1=0.9*710=619MPa
[H2]=0.9Hlim2=1.9*580=522MPa
初步计算的小齿轮直径 =Ad=85*=48.1mm
取 d1=50mm
初步尺宽b=d*=1*50=50mm
校核计算
圆周速度 v==0.62m/s
精度等级 选九级精度
齿数z和模数m 初步齿数=19; =i*19=4*19=76
和螺旋角 =/=50/19=2.63158
=2.5mm
=arcos=arccos2.5/2.63158=18.2°
使用系数 =1.10
动载系数 =1.5
齿间载荷分配系数
==2*39524/50=1581N
=1.1*1.581/50=34N/mm<100N/mm
=[1.88-3.2[1/+1/]cos=[1.88-3.25*(1/19+1/76)]cos18.2°
=1.59
===2.0
==1.59+2.0=3.59
= arctan=arctan=20.9°
cos =cos18.2°20cos°/20.9cos°=0.95
齿向载荷分布系数 =A+B[1+0.6*]+c*b/1000=1.36
=** * =1.10*1.05*1.76*1.36=2.76
弹性系数 =189.8
节点区域系数 =2.5
重合度系数 取
螺旋角系数 =
许用接触应力
验算
=189.8*2.38*0.97=647MPa<690MPa
齿根弯曲疲劳强度验算
齿行系数YFa =

Y=2.72 Y=2.2
应力修正系数 =1.56 =1.79
重合度系数
=1.61

螺旋角系数

齿向载荷分配系数
=1.76<
齿向载荷分布系数 b/h=50.(2.25*2.5)=8.9
=1.27
载荷系数 K=**
许用弯曲应力
验算

3.6轴的设计
输入轴
选用45钢调质

取 d=35mm
计算齿轮受力
=84mm
=(1-0.5
=689.2N

=tan
=
计算支反力
水平面反力 =1102.7N
=-413.5N
垂直面反力 =-1235.7N
=4115.5N
水平面受力图

垂直面受力图

水平面弯矩图

垂直弯矩图

合成弯矩图

转矩图

许用应力
许用应力值
应力校正系数
当量弯矩图

轴径
高速轴
轴材料选用45钢调质,

取 d=40mm
计算螺旋角
齿轮直径 小轮 =
大轮
小齿轮受力 转矩=9.55*
圆周力 =2*/=2*39524/50=1581N
径向力
画小齿轮轴受力图

水平反力 =1358.1N
=912.1N
垂直反力 =594.7N
=103.3N
水平受力图

垂直受力图

水平弯矩图

垂直弯矩图

合成弯矩图

画转矩图

应力校正系数
画当量弯矩图
=50220N.mm
校核轴径 =20.3<40mm
低速轴
材料同前两轴

画大齿轮受力图

计算支反力
水平反力 =1185.8 =395.2N
垂直反力 =21.2N =584.6N

垂直受力图

水平弯矩图

垂直弯矩图

合成弯矩图

转矩图

当量弯矩

校核轴径
=26<60mm
3.7轴承的选择
输入轴轴承选择:
选用圆锥滚子轴承30208 e=0.37 Y=1.6 Cr=63000N
=1177.7N
=4297.0N
=/(2*Y)=368N
=/(2*Y)=1342.8N
=1228.4N =1342.8N
/=1.0>e /=0.3<e
查表 =0.4 =1.6
=1 =0
当量动载荷 =*(*+*)=1.0*(0.4*1177.7+1.6*1228.4)=2436.5N
=*(*+*)= 4297.0N
轴承寿命 =
同样,高速轴承和低速轴承分别用选用圆锥滚子轴承30210和30213。
3.8键的选择

输入轴 L=20 (mm)
高速轴 L=20
低速轴 L=30
T=
3.9减速机箱体的设计
名称 符号 尺寸关系 结果
箱座壁厚 =0.025*a+38
箱盖壁厚 =0.02*a+38
a=
箱体凸缘厚度 ,, b=1.5=15;=1.5=15;=2.5=25
加强肋厚度 , m=0.85=8.5; =0.85=8.5
地脚螺栓直径 14
地脚螺栓数目 n 4
轴承旁连接螺栓直径 0.75
箱盖,箱座连接螺栓直径 ;螺栓间L
轴承盖螺钉直径数目 ,n =8 n=4
轴承盖外径 =s(两连接螺栓间的距离)
观察孔螺钉直径
轴承旁凸台高度和直径 h, h由结构决定, =
箱体外壁至轴承座端面距离 ++
3.10减速器附件设计
3.10.1窥视孔和视孔盖
窥视孔应该在箱盖顶部,以便观察,应在凸台上以便加工。
3.10.2通气器
在箱盖顶部,要适合环境,其尺寸要与减速器大小相合适。
3.10.3油面指示器
应该设在油面比较稳定的地方,如低速轴附近。
用圆形油标,有标尺的位置不能太高和太低,以免溢出油标尺孔座。
3.10.4放油孔和螺塞
放在油的最低处,平时用螺塞塞住,放油孔不能低于油池面,以免排油不净。
3.10.5起吊装置
吊环可按起重重量选择,箱盖安装吊环螺钉处设置凸台,以使吊环螺钉有足够的深度。
3.10.6定位销
用圆锥销作定位销,两定位销的距离越远越可靠,常设在箱体连接凸缘处的对角处,对称布置。直径d=0.8d2。
3.10.7起盖螺钉
装在箱盖连接凸缘上,其螺纹长度大于箱体凸缘厚度,直径可与连接螺钉相同。
3.11密封与润滑
轴承采用接触式密封。
传动采用浸油润滑,尽量使各传动浸油深度相同。
轴承润滑采用刮油润滑。

4 设计小结
通过这次设计让我了解到机械设计是从使用要求等出发，对机械的工作原理、结构、运动形式、力和能量的传递方式，以及各个零件的材料和形状尺寸等问题进行构思、分析和决策的工作过程，这种过程的结果要表达成设计图纸、说明书及各种技术文件。
通过带式输送机传动装置的设计,了解了带式输送机传动装置的原理以及其结构。从带式输送机传动装置的设计，我学到了机械设计的思想--以最少的成本达到最好的目的,以最简单的结构达到所需的功能。设计思想中最突出得的是—-合理二字。整个设计过程使我受益非浅。

5参考文献
1 王昆等主编,机械设计课程设计,武汉: 高等教育出版社,1995。
2 邱宣怀主编,机械设计.第四版,北京:高等教育出版社,1997。
3 濮良贵主编,机械设计.第七版,西安: 高等教育出版社,2000。
4 任金泉主编,机械设计课程设计,西安:西安交通大学出版社,2002。
5 许镇宁主编,机械零件,北京:人民教育出版社,1959。
6 Tragfahigkeitsberechnung Von Stirn-und Kegelradern (DIN 3990), 1970。