二級圓錐圓柱齒輪減速器課程設計說明書

1、機械設計課程設計計算說明書設計題目：帶式運輸機傳動裝置的設計專業(yè)班級：機械*姓名：*學號：*指導教師：*(西南科技大學)設計題目設計任務：設計用于帶式運輸機的二級圓錐圓柱齒輪減速器。已知條件：運輸帶工作拉力F=1500N，運輸帶工作速度V=1.1m/s，卷筒直徑D=220mm。工作條件：兩班制，連續(xù)單向運轉，載荷較平穩(wěn)，室內工作，灰塵較大，環(huán)境最高溫度35 0C。使用折舊期8年，大修期4年，中修期2年，小修期半年。一般機械廠制造，小批量生產，運輸帶速度允許誤差±5%。 傳動方案：第一部分 傳動方案總體設計一、 選擇電動機1. 選擇電動機的類型按工作要求和條件，選用三機籠型電動機，封閉

2、式結構，電壓380V，Y型。2. 選擇電動機容量電動機所需的功率為： （其中：為電動機功率，為負載功率，為總效率。）各項效率：V帶=0.96，滾動軸承=0.99，圓錐齒輪=0.96，圓柱齒輪=0.99，聯(lián)軸器=0.99，滾筒=0.96。則又總效率為：=* =0.99*0.99*0.99*0.99*0.96*0.99*0.99*0.99*0.96=0.8764負載功率：故電動機的功率為： 3. 電動機的轉速高速電動機較便宜，而該設計所需轉動不需要逆轉。卷筒工作速度為：查表1可知，二級圓錐圓柱齒輪減速器傳動比范圍為，即為減速器的總傳動比，故電動機的可選轉速范圍為符合這一范圍的同步轉速有1000 和

3、1500 r/min.綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和傳動比，所以可供選擇的的電機有一下方案：方案電動機型號額定功率KW電動機轉速r/min電動機重量N參考比價傳動比同步轉速滿載轉速總傳動比減速器傳動比1Y100L1-42.2150014303401.6714.9714.972Y112M-62.210009404502.229.849.84對比兩方案可知，方案1最佳，起電動機性能如下：型號額定功率KW堵轉轉矩/額定轉矩最大轉矩/額定轉矩質量KgY100L1-42.22.21.734安裝尺寸如下：中心高外形尺寸L*(AC/2+AE)*HD底角安裝尺寸A*B地腳螺栓孔直徑K軸伸尺寸D*

4、E100430*230*260100*1401228*60二、 確定傳動裝置的總傳動比和各級分配傳動比1. 減速器的總傳動比為：2. 分配傳動比為了避免圓錐齒輪的直徑過大，制造和加工困難，是高速級傳動比較小，設高速級傳動比，低速級傳動比。由設計指導書可知，令=0.25可得，=2.994, =5三、 計算裝置的運動和動力參數(shù)1.各軸的轉速 軸：軸：軸：卷筒軸：2.各軸的輸入功率 軸：軸：軸：卷筒軸：-軸的輸出功率則分別為輸入功率乘軸承效率0.99.3.各軸的轉矩 電動機的輸出轉矩： 軸：軸：軸：卷筒軸：-軸的輸出轉矩則分別為各軸的輸入輸入轉矩乘軸承效率0.98.運動動力參數(shù)計算結果整理于下表：軸

5、名功率 P/KW轉距T/N*M轉速nr/min轉動比i效率輸入輸出輸入輸出電機軸1.8812.32146010.99軸1.861.8412.2012.0814600.98軸1.771.7534.7134.36487.642.9940.95軸1.741.72166.15164.4997.5350.98卷筒軸1.711.69163.30161.6697.5310.98第二部分 傳動零件的設計一、 高速級齒輪（錐齒輪）設計計算(1) 計算齒輪參數(shù)1. 材料選擇因傳遞功率不大轉速不高，選小齒輪、大齒輪均為45鋼，調質處理，均采用軟齒面。初選齒輪精度為8級。2. 初算小齒輪直徑查表有： =1.00，暫取

6、=1.3，彈性系數(shù)，節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5，齒數(shù)比=2.994.取齒寬系數(shù)=0.3，=12080N.mm.許用應力= 機械工作實行兩班制，8年折舊，則可得循環(huán)次數(shù)：小齒輪：=60j=60*146081*2*8*250*8=2.8*大齒輪：=/=2.8*/2.994=9.4*則查表有，=1，=1.05，查表有安全系數(shù)=1.0則有，=580MPa, =409.5MPa,以為做以下計算。初算小齒輪直徑有=53.45mm修正：查表得 =1.00，齒寬中點分度圓直徑為：=(1-0.5) =53.45*(1-0.5*0.3)=45.4325mm故=/60*1000=3.47m/s查表，選動載荷系數(shù)=1.20

7、，齒向載荷分配系數(shù)=1.13，則k=1.356,K與有較大差異。=53.45*=54.21mm3. 齒數(shù)大齒輪齒數(shù) =C=i=2.994*54.21=162.30mm取C=18（因為兩齒輪齒面硬度都小于350MPa）故 =18*=52.35,取=52則=/i=52/2.994=17.48,取=17齒數(shù)比=/=52/17=3.059,u/u=(3.059-2.994)/2.994=2.17可以使用。4. 模數(shù)大端模數(shù) m=/=54.21/17=3.19mm 取標準模數(shù)，優(yōu)先選用m=3.25mm5. 大端分度圓直徑=m=3.25*17=55.25mm=m=3.25*52=169mm6. 節(jié)錐頂距R

8、=m/2= 3.25*17/2=88.901mm7. 節(jié)圓錐角=arctg =arctg=18.1028=90-=71.89728. 大端齒頂圓直徑小齒輪 =+2mcos=54.21+2*3.25*cos18.1028=60.388mm大齒輪 =+2mcos=169+2*3.25*cos71.8972=171.020mm9. 齒寬b=*R=0.3*88.901=26.67mm取=27mm（2）校核齒根彎曲疲勞強度=1. 查表取各參數(shù)K,b,m和同前，且K=1.356,b=27mm,m=3.25mm2.圓周力=2/(1-0.5)=2*12080/54.21*(1-0.5*0.3)=524.3N3

9、.取齒形系數(shù)和應力修正系數(shù)cos=0.948 cos=0.311當量齒數(shù)=/cos=17/0.948=17.9 =/cos=52/0.311=167.2查表有：=2.91 =2.14 =1.53 =1.834.許用彎曲應力=/查表有，=215MPa, =170MPa壽命系數(shù) =1，安全系數(shù) =1.45故計算得，=/=1*215/1.45=148MPa=/=1*170/1.45=117MPa=49.93MPa<=(/)=43.92<二、 低速級齒輪（圓柱齒輪）設計計算（1） 計算齒輪參數(shù)1. 選擇材料因傳遞功率不大轉速不高，選小齒輪、大齒輪均為45鋼，調質處理，均采用軟齒面。初選齒輪

10、精度為8級。2. 查取教材可得： ， ， ，； 傳動比(齒數(shù)比)由表查得各數(shù)據(jù)如下： ， ， ，取則3. 接觸疲勞施用應力查圖可知： ； 則應力循環(huán)次數(shù)： 又查圖可知： 則：4. 計算小齒輪最小直徑，取齒寬系數(shù)5. 確定 中心距 就盡量圓整成尾數(shù)為0或5,以利于制造和測量，所以初定6. 選定模數(shù)、齒數(shù)、和螺旋角 1 一般，。初選，則，代入1式有， 由標準模數(shù)取 ，則 取 則 取 齒數(shù)比：與的要求比較，誤差為1.6 % ，可用。于是 滿足要求。7. 計算齒輪分度圓直徑小齒輪 大齒輪 8. 齒輪寬度取齒寬系數(shù)=1.1，可得齒輪工作寬度圓整大齒輪寬度 取小齒輪寬度 （2） 校核齒輪彎曲疲勞

11、強度查表可知：； ； ； 根據(jù)、查表則有：； 則 所以兩齒輪齒根彎曲疲勞強度滿足要求，此種設計合理。圓錐齒輪參數(shù)表1.齒數(shù)Z大端分度圓直徑d模數(shù)m節(jié)錐頂距R節(jié)圓錐角大端齒頂圓直徑齒寬b小齒輪1755.253.2588.90118.102860.38827大齒輪521693.2588.90171.8972171.02027圓柱齒輪參數(shù)表2.齒數(shù)Z分度圓直徑d中心距a模數(shù)m螺旋角齒寬b齒頂高小齒輪2639.4391201.59.068551.5大齒輪132200.5061201.59.068501.5第三部分 軸的設計計算計算各軸的最小直徑查教材P232表11.3C=118107,取C=110軸:

12、最小直徑為軸:最小直徑為軸:最小直徑為一、 高速軸設計計算1.選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調質處理，其機械性能由教材表11.1和表11.4查得=60MPa,=640MPa, =275MPa, =155MPa2. 選擇聯(lián)軸器為使所選軸直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應，故需同時選聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉距，查教材表10.1 取=1.3，=1.3*166150=215995N.mm查手冊，選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器LT6型其公稱轉距為250N.m,半聯(lián)軸器孔徑=32mm故取軸端直徑=32mm，半聯(lián)軸器長度L=82mm,與軸配合的孔長度為=60mm3. 軸的結構設計（1） 擬定軸上零件的裝配方案如圖：（2） 根據(jù)軸向定

13、位的要求確定軸的各段直徑和長度1） 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2軸段右端需要制出一軸肩，故取2-3段的直徑=35，左端用擋圈定位，按照軸段直徑D=35。半聯(lián)軸器與軸配合轂孔長度=60mm，為保證擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故1-2段略短于，取=58mm。2） 初步選擇滾動軸承。因為軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)=35，由手冊P75初選圓錐滾子軸承30308型號，其尺寸為d*D*T=40*90*25.25,故=40mm，而=25.25。右端滾動軸承采用軸肩定位，查手冊有=49mm。3） 取安裝齒輪處的軸段4-5直徑=45mm，齒輪

14、左端與軸承采用套筒定位。已知輪轂寬度為50mm，為使套筒可靠壓緊齒輪，此軸段取=46mm，齒輪右端采取軸肩定位，軸肩高h>0.007d=3.15mm,取h=4mm。則軸環(huán)處直徑為=2h+=2*4+45=53mm。軸環(huán)寬度b1.4h=1.4*4=5.6mm，取=8mm。4） 軸承端蓋的總寬度為9mm。為便于對軸承潤滑，取端蓋外端與半聯(lián)軸器右端L=30mm。故取=39mm。5） 取齒輪距箱體內壁a=16mm，大圓錐齒輪與小圓柱齒輪距離c=20mm,考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距離箱體內壁一段距離s，取s=8mm，已知軸承寬度T=25.25mm，大圓錐齒輪輪轂長，則=T+s+

15、a+(50-)=25.25+8+16+(50-46)=53.25mm=L+c+a+s-=27+20+16+8-8=63mm(3) 軸上零件的軸向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按=45mm由手冊查得，平鍵截面尺寸b*h=14*9,長為36mm，為保證對中性，齒輪與軸的配合為H7/n6；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接按=32mm，由手冊P53查得，b*h=10*8,長為45mm。半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的軸向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6.（4）確定軸上圓角和倒角尺寸參考教材表11.2，取軸端倒角為1.6*，各軸肩處的圓角半徑都為R1.6.4

16、. 強度校核(1)首先根據(jù)軸的結構作出軸的計算簡圖。從手冊中查得，軸承的a=19.5mm，作下面的受力簡圖：計算得：=87.5mm, =54.75mm,=101.75mm(2) 求作用在齒輪上的力已知大齒輪分度圓直徑為=200.506mm而 =2/=1641N =tg/cos=605N =tg=262N(3) 求作用于軸上的支反力水平面內支反力 由+=， *=（+）得 =1067N,=574N垂直面內支反力 由+=，=D/2, *=+*得 =561N,=44N(4)作彎矩圖水平面上 =*=1067*54.75=58419N.mm垂直面上 =*=561*54.75=30715N.mm =-=44

17、48N.mm總彎矩為 =66002N.mm =58588N.mm(5)作扭矩圖這里為了是扭矩圖符合下述強度計算，把T這算為aT，取a=0.6（6）作出計算彎矩圖根據(jù)以作出的總彎矩圖和扭矩圖，求出計算彎矩圖= =118730N.mm， =58588N.mm（7）校核軸的強度=/W=118730/(0.1*453)=13.03MPa<=60MPa 安全5. 精確校核軸的疲勞強度（1） 分析知，只需校核截面4左右兩側即可。（2） 截面4左側抗彎截面模量 W=0.1d3 =0.1*403 =6400mm3抗扭截面模量WT=0.2 d3=0.2*403 =12800mm3彎矩為M=M1 *54.7

18、5-（46-25）/54.75=40686N.mm扭矩為T3 =164490N.mm彎曲應力Gb =M/W=40686/6400=6.36MPa扭轉切應力IT =T3/WT=164490/12800=12.85 MPa銀r/d=1.6、40=0.040，D/d=45/40=1.125，根據(jù)教材P23軸肩處理論應力集中系數(shù)a =2.0材料敏性系數(shù)q =0.8故 有應力集中系數(shù) =1+（-1）=1+0.6*（2.0-1）=1.8=1+0.6（-1）=1+0.6*（1.8-1）=1.48查得尺寸系數(shù) =0.75，扭轉系數(shù) =0.88軸磨削加工，有表現(xiàn)質量系數(shù) =0.92 ，=0.6+0.4=0.95

19、未經(jīng)表面強化處理，即=1，則綜合系數(shù)值=/+1/-1=1.8/0.75+1/0.92-1=2.49=/+1/-1=1.48/0.88+1/0.95-1=1.73取材料特性系數(shù)=0.1，=0.05于是，計算安全系數(shù)=/（+）=275/(2.49*6.36+0.1*0)=17.37=/（+）=155/(1.73*12.85/2+0.05*12.85/2)=13.55=/=17.37*13.55/=10.68>>S=1.5(3)截面右側抗彎截面模量 W=0.1d3 =0.1*453 =9112.5 mm3抗扭截面模量 WT=0.2 d3 =0.2*453 =18225 mm3彎矩 M=6

20、6002*54.75-(46-25)/54.75=40686 N.mm彎曲應力b扭矩T3=164490N.mm扭轉切應力T= T3/WT=164490/18225=9.03MPa過盈配合處有/=0.8/于是/=2.4故/=0.8*2.4=1.92磨削加工有表面系數(shù)：=0.92，=0.95故綜合系數(shù)=/+1/-1=2.4+1/0.91-1=2.49=/+1/-1=1.92+1/0.95-1=1.73取=0.1 =0.05故安全系數(shù)=/（+）=275/(2.49*4.46+0.1*0)=24.76=/（+）=155/(1.73*9.03/2+0.05*9.03/2)=54.68=/=22.55&g

21、t;>S=1.5故其安全 二、輸入軸的設計計算1選擇材料選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調質處理，其機械性能由教材表11.1和表11.4查得=60MPa,=640MPa, =275MPa, =155MPa2. 選擇聯(lián)軸器為使所選軸直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應，故需同時選聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉距Tca=KA*T1，查教材表10.1 取=1.3，Tca=KA*T1=1.3*12200=15860N.mm查手冊，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器LX1型其公稱轉距為250N.m,半聯(lián)軸器孔徑=16mm故取軸端直徑=16mm，半聯(lián)軸器與軸配合的孔長度為L=42mm3. 軸的結構設計軸的基本形狀設計如圖聯(lián)軸器采用軸肩定位，

22、軸肩高h=（0.070.1）*d1=（0.070.1）*16=1.12mm1.6mm選用軸端擋圈D=22mm,故d2 =22mmL1=42mm為保證擋圈只壓在聯(lián)軸器上，故L2-3=40mm選單列圓錐滾子軸承由d2-3=22mm,查手冊P75，初選滾子軸承30205，尺寸d*D*T=25*52*16.25故d3-4=d5-6=25mm，聯(lián)軸器定位軸套頂?shù)捷S承內端面，使L3-4略小于T，取L3-4=15mm,而L5-6=16.25mm.軸段4-5處為軸肩定位設計，查手冊有d4-5=da=31mm.軸段6-7處安裝小錐齒輪，采用懸臂結構，故d6-7應小于d5-6,取d6-7=20mm，齒輪左端用軸套

23、定位，右端用軸端擋圈固定，故齒輪與軸配合段比齒輪輪轂孔略短。取L6-7=25mm。令左邊軸承受力集中點到右邊軸承受力集中點距離為L1，右邊軸承受力集中點到齒輪受理及重點距離為L2.由L1=2L2,L2=27+4.125+(16.5-a)=35.125mm，故L1=2L2=2*3.125=70.25mm.則L4-5=L1-2T/2=54mm.4. 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的軸向定位均采用平鍵連接。由d1-2=16mm,查手冊得，平鍵截面尺寸b*h=5*5,取長為L=32mm半聯(lián)軸器與軸的配合采用H7/K6由d6-7=20mm,查手冊得，平鍵截面尺寸為b*h=6*6,取長為L=20mm齒輪與軸的配合采用

24、H7/n6滾動軸承與軸的定位是靠過渡配合實現(xiàn)的，此處先軸的直徑尺寸公差為m6.5. 確定軸上圓角和倒角尺寸參考教材表11.2，取軸端倒角為0.8*450 ，取軸肩處圓角半徑為R1.06. 校核軸的強度（1） 做受力分析圖取齒寬系數(shù)比為=1.1，齒寬中點直徑為=46.96mm則，F(xiàn)t=2T1/=2*12200/55.25=442NFr=Fttgacos=153 Fa=Fttgasin=50N Fn=Ft/cosa=470N(2)計算支反力水平面計算得 RH1=100N RH2=370N垂直面計算得 RV1=93N RV2=246N軸承1的支撐總反力R1=136N軸承2的支撐總反力R2=444N(

25、3)作彎矩圖水平面 a-a剖面MHa=-RH1*L1=-100*70.25=-7025N.mm垂直面MVa=RV1*L1=93*70.25=6533N.mm總，M=9593N.mm(4) 作轉矩圖T1=12200N.mme)d)xyza)b)c) (5) 因為a-a剖面彎矩大，且受到轉矩作用，a-a剖面為危險截面。(6) 軸的彎扭合成強度校核查表有 W=0.1d3=800mm3 WT=0.2d3=1600mm3彎曲應力 =/W=9593/800=12.0MPa扭剪應力 =12200、1600=7.6MPa對于單向傳動的轉軸，轉矩按照脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)a=0.6,則當量應為：=15.1M

26、Pa<<=60MPa 安全三、 中間軸的設計計算1. 選擇材料，同前面的軸。2. 初選軸承考錄齒輪上作用較大的軸向力和圓周力，查手冊，選用圓錐滾子軸承30204號。尺寸為d*D*T=20*47*15.253. 結構設計（1） 軸的結構圖如下（2） 確定各軸段直徑和長度由設計輸出軸可知，C=20mm，a=16mm又軸承寬度T=15.25,可知=T+a=15.25+16=31.25mm為小圓柱齒輪齒寬，=55mm=C=20mm，=27mm=a+T=31.25mm=d=20mm,取=25mm，=25mm軸段3給齒輪提供軸向定位，軸肩h>0.07d=1.75mm,取h=2mm故 =25+2=27mm4.軸向定位和