二级圆锥斜齿圆柱齿轮减速器设计-本科论文.doc

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XX学院
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
学生姓名
班 级
学 号
指导教师
完成日期

目 录
一、设计任务书······································································4
一、设计题目········································································4
二、原始数据········································································4
三、设计内容和要求······························································4
二、传动方案的拟定·····························································5
三、电动机的选择··································································5
1.选择电动机的类型·······························································5
2.选择电动机功率···································································5
3.确定电动机转速···································································6
四、传动比的计算
1. 总传动比·········································································7
2. 分配传动比······································································7
五、传动装置运动、动力参数的计算
1.各轴的转速············································································8
2.各轴功率计············································································8
3.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················································9
1.选择材料、热处理方式和公差等级·············································9
2.初步计算传动的主要尺寸··························································9
3.确定传动尺寸·········································································10
4.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··············································13
2.初步计算传动的主要尺寸···························································14
3.确定传动尺寸···········································································15
4.计算锥齿轮传动其他几何尺寸·····················································17
七、齿轮上作用力的计算·························································17
1.高速级齿轮传动的作用力····························································17
2.低速级齿轮传动的作用力····························································18
八、减速器装配草图的设计······················································18
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
二、中间轴的设计与计算································································23
1.已知条件···············································································23
2.选择轴的材料········································································23
3.初算轴径···············································································24
4.结构设计················································································24
5.键连接···················································································24
6.轴的受力分析·········································································25
三、低速轴的设计与计算·································································25
1.已知条件·················································································25
2.选择轴的材料···········································································25
3.初算轴径·················································································25
4.结构设计·················································································26
5.键连接····················································································27
6.轴的受力分析···········································································28
十、润滑油的选择与计算·····························································29
十一、装配图和零件图································································29
参考文献························································································30

一、设计任务书
一、设计题目：设计圆锥—圆柱齿轮减速器
设计车港口的运输设备。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）
1040
2.1
400
10

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）减速器总装配图；
蜗轮零件工作图或齿轮零件工作图；
轴或蜗杆的零件工作图；

（2）设计计算说明书一份。
所有设计图先用CAD绘出，然后利用绘图工具用手画在图纸上。
计算说明书必须用手写。

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=1040*2.1/1000 Kw=2.184Kw
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=2.184/0.88 Kw=2.48Kw

根据表8-2选取电动机的额定工作功率为Ped=3Kw

Pw=2.184Kw

总=0.88
P0=2.48Kw

Ped=3Kw

3.确定电动机转速
输送带带轮的工作转速为
nw=(1000*60V)/πd=1000*60*2.1/π*400r/min=100.3r/min
由表2-2可知锥齿轮传动传动比i锥=2～3，圆柱齿轮传动传动比i齿=3～6，则总传动比范围为
I总=i锥i齿=2～3*(3～6)=6～18
电动机的转速范围为
n0=nwI总≤100.3*(6～18)r/min=601.8～1805.4r/min
由表8-2知，符合这一要求的电动机同步转速有7500r/min、1000r/min、1500r/min，本例选用1500r/min的电动机，其满载转速为1420r/min,其型号为Y100L2-4

nw=100.3r/min

nm=1420r/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=1420/100.3=14.16
i=14.16

2.分配传动比
高速级传动比为
i1=0.25i=0.25*14.16=3.54
锥齿轮传动比尽量小于3，取i1=3
低速级传动比为
i2=i/i1=14.16/3=4.72

i1=3

i2=4.72

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=1420r/min

n1=n0=1420r/min

n2=n1/i1=1420/3r/min=473.3r/min

n3=n2/i2=1420/4.72r/min=300.85r/min
nw=n3=300.85r/min

n1=n0=1420r/min

n2=473.3r/min

nw=n3=300.85r/min

2.各轴功率
p1=p0联=2.48*0.99kw=2.45kw
P2=p11-2=p1轴承锥齿=2.45*0.99*0.96kw=2.33kw
P3=p22-3=p2轴承直齿=2.33*0.99*0.97kw=2.24kw
Pw=p33-w=p3轴承联=2.24*0.99*0.99kw=2.2kw
p1=2.45kw

P2=2.33kw
P3=2.24kw
Pw=2.2kw
3.各轴转矩
T0=9550p0/n0=9550*2.48/1420N·mm=16.68N·m

T1=9550p1/n1=9550*2.45/1420N·mm=16.48N·m

T2=9550p2/n2=9550*2.33/473.3N·mm=47.01N·m

T3=9550p3/n3=9550*2.24/300.85N·mm=71.11N·m

Tw=9550pw/nw=9550*2.2/300.85N·mm=69.84N·m
T0=16.68N·m

T1=16.48N·m

T2=47.01N·m

T3=71.11N·m

Tw=69.84N·m

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=217～255，HBW2=162～217.平均硬度HBW1=236，HBW2=190.HBW1-HBW2=46.在30～50HBW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
d1≥
1) 小齿轮传递转矩为T1=16480Ｎ·ｍｍ
2) 因v值未知，Kv值不能确定，可初步选载荷系数Kt=1.3
3) 由表8-19，查得弹性系数ZE=189.8
4) 直齿轮，由图9-2查得节点区域系数ZH=2.5
5) 齿数比=i1=3
6) 取齿宽系数=0.3
7) 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*1420*1*2*8*250*10=3.408*109
N2=N1/i1=3.408*109/3=1.136*109
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≥=

d1t≥59.4mm

3.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)=59.4*(1-0.5*0.3)mm=50.49mm
故vm1=πdm1tn1/60*100=π*50.49*1420/60*100m/s=3.75m/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Kß=1.13，则载荷系数K=KAKvKß=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=≥59.4=60.9mm
（3） 确定齿数 选齿数Z1=23，Z2=uZ1=3*23=69
（4） 大端模数m ，查表8-23，取标准模数m=2.75mm
（5） 大端分度圆直径为
d1=mZ1=2.75*23mm=63.25mm
d2=mZ2=2.75*69mm=189.75mm
(6) 锥齿距为
R=
（7） 齿宽为
b==0.3*100m=30mm

d1>60.9mm

Z1=23
Z2=69

m=2.75mm

d1=63.25m
d2=189.75mm

R=100mm

b=30mm

4.计算锥齿轮传动其他几何尺寸
ha=m=2.75mm
hf=1.2m=1.2*2.75mm=3.3mm
C=0.2m=0.2*2.75mm=0.55m

da1=d1+2mcos=63.25+2*2.75*0.9474mm=68.5mm
da2=d2+2mcos=189.75+2*2.75*0.3201mm=191.5mm
df1=d1-2.4mcos=63.25-2.4*2.75*0.9474mm=60.1mm
df2=d2-2.4mcos=189.75-2.4*2.75*0.3201mm=187.7mm

ha=2.75mm
hf=3.3mm
C=0.55m

da1=68.5mm

da2=191.5mm

df1=60.1mm

df2=187.7mm

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=217～255，HBW2=162～217.平均硬度HBW1=236，HBW2=190.HBW1-HBW2=46.在30～50HBW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=71110Ｎ·ｍｍ
2) 因v值未知，Kv值不能确定，可初步选载荷系数Kt=1.4
3) 由表8-19，查得弹性系数ZE=189.8
4) 初选螺旋角，由图9-2查得节点区域系数ZH=2.46
5) 齿数比=i=4.72
6) 查表8-18，取齿宽系数=1.1
7) 初选Z3=23，则Z4=uZ3=4.72*23=108.56，取Z4=109，则端面重合度为

=
=1.69
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=0.99
9） 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*473*1*2*8*250*10=1.1*109
N4=N3/i2=1.1*109/4.72=2.4*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

=
=56.57mm

Z3=23
Z4=109

d3t≥56.57mm

3.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=1.4m/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
=57.2mm
(3) 确定模数mn
mn=
按表8-23，取mn=2.5mm
（4） 计算传动尺寸 中心距为
=168.3mm
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

=
=1.7
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

=56.73mm
因=1.4m/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=2.5mm，则中心距为

螺旋角为

修正完毕，故

b4=65mm
b3=60mm

K=1.45

d3t≥56.73mm

mn=2.5mm

a=170mm

d3=59.3mm

d4=280.9mm

b4=65mm

b3=60mm

4.计算齿轮传动其他几何尺寸
端面模数
齿顶高 ha=ha*mn=1*2.5mm=2.5mm
齿根高 hf=(ha*+c*）mn=（1+0.25）*2.5mm=3.125mm
全齿高 h=ha+hf=2.5+3.125mm=5.675mm
顶隙 c=c*mn=0.25*2.5mm=0.625mm

齿顶圆直径为
da3=d3+2ha=59.3+2*2.5mm=64.3mm
da4=d4+2ha=280.9+2*2.5mm=285.9mm

齿根圆直径为
df3=d3-2hf=59.3-2*3.125mm=53.05mm
df4=d4-2hf=280.9-2*3.125mm=274.65mm
m1=3.6mm

ha=2.5mm
hf=3.125mm
h=5.675mm
c=0.625mm

da3=64.3mm
da4=285.9mm

df3=53.05mm
df4=274.65mm

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=16480Nmm，转速n1=1420r/min，小齿轮大端分度圆直径d1=63.25，cos1=0.94，sin=0.32，
（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=613.8N

Fr1=210N

Fa1=71.5N

Fn1=660N

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=47010Nmm，转速n2=473.3r/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=59.3mm
（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=1585.5N

Fr3=594.6N

Fa3=410N

Fn3=1759.3N
八、 减速器装配草图的设计
一、 合理布置图面
该减速器的装配图一张A0或A1图纸上，本文选择A0图纸绘制装配图。根据图纸幅面大小与减速器两级齿轮传动的中心距，绘图比例定位1：1，采用三视图表达装配的结构。
二、 绘出齿轮的轮廓尺寸
在俯视图上绘出锥齿轮和圆柱齿轮传动的轮廓尺寸
三、 箱体内壁
在齿轮齿廓的基础上绘出箱体的内壁、轴承端面、轴承座端面线
九、 轴的设计计算
轴的设计和计算、轴上齿轮轮毂孔内径及宽度、滚动轴承的选择和校核、键的选择和验算与轴联接的半联轴器的选择同步进行。
一、 高速轴的设计与计算
高速轴的设计与计算见表7。
计算项目
计算及说明
计算结果

1.已知条件
高速轴传递的功率p1=2.45kw,转矩T1=16480Nmm，转速n1=1420r/min，小齿轮大端分度圆直径d1=63.25mm，齿宽中点处分度圆直径dm1=（1-0.5）d1=53.76mm,齿轮宽度b=30mm

2.选择轴的材料
因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表8-26选用常用的材料45钢，调质处理
45钢，调制处理

3.初算轴径
查表9-8得C=106～135，取中间值C=118，则

轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应增大3%～5%，轴端最细处直径
d1>14.2+14.2*（0.03～0.05）mm=14.626～14.91mm

dmin=14.2mm

4. 结构设计

（1） 轴承部件的结构设计 为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故 轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计
（2） 联轴器与轴段1 轴段1 上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择设计同步进行。为补偿联轴器所联接两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查表8-37，取载荷系数KA=1.5，计算转矩为
Tc=KAT1=1.5*16480Nmm=24720N·mm
由表8-38查得GB/T5014-2003中的LX1型联轴器符合要求：公称转矩为250N·mm，许用转速8500r/min，轴孔范围为12～24mm。考虑到d1>14.91mm，取联轴器孔直径为16mm，轴孔长度L联=42mm，Y型轴孔，A型键，联轴器从动端代号为LX1 16*42GB/T5014—2003，相应的轴段 的直径d1=16mm。其长度略小于孔宽度，取L1=40mm
(3) 轴承与轴段和的设计 在确定轴段的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。 若联轴器采用轴肩定位，轴肩高度h=（0.07～0.1）d1=（0.07～0.1）*18mm=1.26～1.8mm。轴段的轴径d2=d1+2*(1.26～1.8）mm=20.52～21.6mm，其值最终由密封圈确定。该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毡圈油封，查表8-27初选毡圈25JB/ZQ4606—1997，则d2=25mm，轴承段直径为40mm，经过计算，这样选取的轴径过大，且轴承寿命过长，故此处改用轴套定位，轴套内径为16mm，外径既要满足密封要求，又要满足轴承的定位标准，考虑该轴为悬臂梁，且有轴向力的作用，选用圆锥滚子轴承，初选轴承30207，由表9-9得轴承内径d=25mm，外径D=52mm，宽度B=15mm，T=16.25mm，内圈定位直径da=31mm，外径定位Da=44mm，轴上力作用点与外圈大端面的距离a2=3.5mm，故d2=25mm，联轴器定位轴套顶到轴承内圈端面，则该处轴段长度应略短于轴承内圈宽度，取L2=16mm。该减速器锥齿轮的圆周速度大于2m/s，故轴承采用油润滑，由齿轮将油甩到导油沟内流入轴承座中。
通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则d4=25mm，其右侧为齿轮1的定位轴套，为保证套筒能够顶到轴承内圈右端面，该处轴段长度应比轴承内圈宽度略短，故取L4=16mm
（4） 轴段的设计 该轴段为轴承提供定位作用，故取该段直径为轴承定位轴肩直径，即d3=42mm，该处长度与轴的悬臂梁长度有关，故先确定其悬臂梁长度
（5） 齿轮与轴段的设计 轴段上安装齿轮，小锥齿轮所处的轴段采用悬臂结构，d5应小于d4，可初定d5=32mm
小锥齿轮齿宽中点分度圆与大端处径向端面的距离M由齿轮的结构确定，由于齿轮直径比较小，采用实心式，由图上量得M=32.9mm，锥齿轮大端侧径向端面与轴承套杯端面距离取为，轴承外圈宽边侧距内壁距离，即轴承套杯凸肩厚C=8mm，齿轮大端侧径向端面与轮毂右端面的距离按齿轮结构需要取为56mm，齿轮左侧用轴套定位，右侧采用轴端挡圈固定，为使挡圈能够压紧齿轮端面，取轴与齿轮配合段比齿轮毂孔略短，差值为0.75mm，则
L5=5