機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)二級(jí)圓錐圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)

1、燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書題目： 二級(jí)圓錐圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 12級(jí)軋鋼（1）班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 教 授 2015年1月10日目 錄1.任務(wù)說明書-12.電動(dòng)機(jī)選擇及計(jì)算-23.總傳動(dòng)比的確定和各級(jí)傳動(dòng)比的-54.傳動(dòng)裝置的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算-65.傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)和計(jì)算-86.軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算-187.軸承的選擇和校核-248.鍵的選擇和鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算- -269.潤滑說明-3210.密封說明-3211.減速器箱體說明-3212.減速器附件的說明-3213.拆裝和調(diào)整的說明-3014.設(shè)計(jì)小結(jié)-30

2、15.參考材料- 30 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果二、電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算原始數(shù)據(jù)如下：運(yùn)輸帶牽引力f=1737n輸帶工作速度v=1.32m/s 滾筒直徑d=0.27m(1）選擇電機(jī)類型 按照工作要求和工作條件，選擇y（ip23）系列三相籠形異步電動(dòng)機(jī)全封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)。(2）確定電機(jī)容量 設(shè)電動(dòng)機(jī)輸出功率為，卷筒功率為。則電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 設(shè)卷筒效率為 設(shè)傳動(dòng)總效率為 其中為聯(lián)軸器效率取為0.99為錐齒輪效率取為0.95為斜齒輪效率取為0.97為軸承效率取為0.97所以有 =0.87f=1437nv=1.40m/sd=0.26m共32頁 第4頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果(3）選擇轉(zhuǎn)速 卷筒軸工作轉(zhuǎn)速為 rm

3、in一般情況之下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在8n到40n之間，通過手冊可知選用y132s-6型電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為960r/min，額定功率為3kw，轉(zhuǎn)速大約為10n，滿足條件。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為2.98。 表1.電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù) 型號(hào)額定功率（kw）同步轉(zhuǎn)速（rmin）滿載轉(zhuǎn)速（rmin）y132s-63.010009602.02.2三、總傳動(dòng)比的確定和各級(jí)傳動(dòng)比的分配電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)轉(zhuǎn)速為960r/min設(shè)為,卷筒的轉(zhuǎn)速n為93.4r/min?？倐鲃?dòng)比 由經(jīng)驗(yàn)公式可知 且錐齒輪的傳動(dòng)效率不宜大于3，則一級(jí)傳動(dòng)比取0.25i為2.6。則為3.96n=93.4r/min 共32頁 第5 頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果四、運(yùn)動(dòng)和

4、動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算（1）各軸轉(zhuǎn)速如下:軸轉(zhuǎn)速960rmin2軸轉(zhuǎn)速369.2rmin3軸轉(zhuǎn)速93.4rmin卷筒軸的轉(zhuǎn)速n為93.4rmin(2).各軸的輸入功率電動(dòng)機(jī)輸出功率為1軸輸入功率 2.87kw2軸輸入功率 =2.64kw3軸輸入功率 2.50kw卷筒軸輸入功率 2.29kw(3).各軸輸出轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為28749.51軸的輸出轉(zhuǎn)矩為 28749.5 共32 頁 第 6 頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果28353.7 2軸的輸出轉(zhuǎn)矩為 68368.93軸的輸出轉(zhuǎn)矩為 254839.1卷筒軸的輸出轉(zhuǎn)矩為 234431.2 其運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)整理于表2。表2.運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)項(xiàng)目電動(dòng)機(jī)軸高速軸中

5、間軸低速軸卷筒軸轉(zhuǎn)速960960369.293.493.4功率2.892.872.642.502.29轉(zhuǎn)矩28749.528353.768368.9254839.1234431傳動(dòng)比112.63.961效率10.990.920.870.8428353.768368.9254839.1234431 共 32 頁 第 7 頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）低俗級(jí)斜齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)a選材，精度和等級(jí)1.小齒輪選擇小齒輪材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs，大齒輪材料為45鋼（正火），硬度為200hbs，二者材料硬度差為40hbs。2.精度等級(jí)選用8級(jí)精度；3.初選齒數(shù)：本裝置為閉式傳

6、動(dòng)，則小齒輪的齒數(shù)為20到40之間，初選小齒輪的齒數(shù)為24。因?yàn)樾饼X輪的傳動(dòng)比為3.96，則取整為95實(shí)際傳動(dòng)比為，在5%的允許范圍之內(nèi)。4. 初選螺旋角，按照機(jī)械設(shè)計(jì)書中的表6-7選取尺寬系數(shù)b齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 1.確定載荷系數(shù)k 1）由于工作環(huán)境為平穩(wěn)，則根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書中表6-4查取使用系數(shù) 2）估計(jì)圓周速度v為2m/s，按照機(jī)械設(shè)計(jì)書中的表6-11選取動(dòng)載系數(shù)3） 共 32 頁 第 8 頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果 由機(jī)械設(shè)計(jì)書中的圖6-13可知齒間載荷分布系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)書中圖6-17齒向載荷分布系數(shù)所以 2.轉(zhuǎn)矩3.區(qū)域系數(shù)4.重合度系數(shù) 因所以取為1。則可得5.螺旋角系數(shù)通過查取機(jī)械

7、設(shè)計(jì)書中的表6-5可知彈性影響系數(shù)6.由機(jī)械設(shè)計(jì)書中圖6-27c與6-27b可查得接觸疲勞極限應(yīng)力，7.由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 8.查得壽命系數(shù) （允許有點(diǎn)蝕）9.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%，安全系數(shù) 共 32 頁 第 9 頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果 取10.計(jì)算小齒輪分度圓直徑 11計(jì)算圓周速度 12修正載荷系數(shù)： 按 查表得 可查得 13校正試算的分度圓直徑 14法向模數(shù) 取 15計(jì)算中心距 16.按圓整后的中心距修正螺旋角 共32 頁 第10 頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果因?yàn)槁菪桥c設(shè)定值相差過大，則對于相應(yīng)系數(shù)進(jìn)行修正：對于重合度系數(shù)進(jìn)行修正： 對于動(dòng)載系數(shù)進(jìn)行修正： 齒向載荷分布系

8、數(shù) 保持不變?nèi)詾?.09 則 修正后 ,18. 計(jì)算分度圓直徑 19.計(jì)算齒輪寬度 共32 頁 第11頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果 圓整取 為51mm，因?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)要遵循等強(qiáng)度原則，則大齒輪要比小齒輪薄一些，所以取： c.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 1.重合度系數(shù) 2.螺旋角系數(shù)3.計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 4.查取齒形系數(shù)可得 5.查取應(yīng)力修正系數(shù)可得 6.查取彎曲疲勞極限應(yīng)力及壽命系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)書中圖6-26可知 7.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 (取失效率為1，安全系數(shù)s=1,)由公式得 共 32頁 第12頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果 8.計(jì)算彎曲應(yīng)力 計(jì)算結(jié)果合適。將齒輪其他相關(guān)尺寸匯總與下表序數(shù)名稱字母數(shù)值1端面模數(shù)

9、2mm2螺旋角 17.8 3分度圓直徑 50.4mm 199.6mm4齒頂高 2mm5齒根高 2.5mm6全齒高 4.5mm7頂隙 0.5mm8齒頂圓直徑 54.4mm 203.6mm9齒根圓直徑 45.4mm 194.6mm10中心矩 125mm（二）高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)a選材，精度和等級(jí) 共 33 頁 第 13頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果1.小齒輪選擇小齒輪材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs，大齒輪材料為45鋼（正火），硬度為200hbs，二者材料硬度差為40hbs。2.精度等級(jí)選用8級(jí)精度；3.初選齒數(shù)閉式傳動(dòng)小齒輪的齒數(shù)為20到40之間，所以取，實(shí)際傳動(dòng)比為 ，不存在誤差則允許。4.錐齒

10、輪的分錐角 通過計(jì)算可知 b按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1.確定載荷系數(shù) 1）使用系數(shù) 2）估計(jì)圓周速度為 ，得動(dòng)載系數(shù)3）由于圓錐齒輪傳動(dòng)時(shí)精度較低，取齒間載荷分配系數(shù) 4）齒向載荷分布系數(shù) 因?yàn)閭鲃?dòng)比為2.6則選取 為0.4，由公式 可得 為0.4在允許的范圍 共 32頁 第 14頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果內(nèi)，則取所以 2.轉(zhuǎn)矩 3.區(qū)域系數(shù)4.彈性影響系數(shù)5.由圖6-27可查得接觸疲勞極限應(yīng)力，6.由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7.查得壽命系數(shù) ,8.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力(取失效概率為1%，安全系數(shù)， 取9.計(jì)算小錐齒輪分度圓直徑 10計(jì)算圓周速度 共32頁 第15頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果11修正載荷系數(shù)：

11、 按 得 12校正試算的分度圓直徑 13法向模數(shù) 取 14計(jì)算錐距 15. 計(jì)算分度圓直徑 16.計(jì)算齒輪寬度計(jì)算齒輪寬度 圓整取 c.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 1.當(dāng)量齒數(shù) 2.齒形系數(shù) 共 32頁 第16頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果3.應(yīng)力修正系數(shù) 4.查取彎曲疲勞極限應(yīng)力及壽命系數(shù) 7.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 (取失效率為1，安全系數(shù)s=1,)由公式得 8.計(jì)算彎曲應(yīng)力 計(jì)算結(jié)果合適。齒輪的其他相關(guān)尺寸匯總于下表序號(hào)名稱符號(hào)數(shù)值1大端模數(shù)2.5mm2當(dāng)量齒數(shù) 26.8181.43分錐角 21 69 4大端分度圓直徑 62.5mm162.5mm5齒高 5.5mm 共 32頁 第17頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)

12、果6大端頂圓直徑 67.2mm164.3mm7齒寬系數(shù) 0.258平均模數(shù) 2.2mm9平均分度圓直徑 54.7mm142.2mm10錐距r87mm六軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算軸的材料選用45鋼當(dāng)軸的支撐距離未定時(shí)， 無法由強(qiáng)度確定軸徑，要用初步估算的方法，即按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定軸徑d，計(jì)算公式為： （一）、中間軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.初估軸徑 考慮到軸上有兩個(gè)位置需要需要安裝單鍵由于二級(jí)傳動(dòng)軸上安裝有錐齒輪，直徑較大，則軸的直徑不宜過小。考慮到大于22mm的最小軸承內(nèi)徑為25mm，所以軸的最小直徑確定為25mm2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 輸出軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖： 共32頁 第 18頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果 初選軸

13、承為圓錐滾子軸承30205e，d=25mm，d=52mm，b=17mm， ， 3中間軸的校核1）、齒輪上受力圓錐齒輪上的作用力：斜齒輪上的作用力 共 32頁 第19頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果2）.計(jì)算軸承反力水平面: 與方向相反 豎直面: 軸承1的總支承反力為 軸承2的總支承反力為 3）.畫彎矩圖在水平面上，a-a剖面左側(cè)a-a剖面右側(cè)b-b剖面的右側(cè) b-b剖面的左側(cè) 共 32頁 第 20頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果因?yàn)樵谛饼X輪與錐齒輪之間并不存在外力，所以這之間的彎矩不會(huì)發(fā)生突變而是線性變化。在垂直面上，a-a剖面為在垂直面上，b-b剖面為合成彎矩，a-a剖面左側(cè)a-a剖面右側(cè)b-b剖面左側(cè)所以b-

14、b剖面右側(cè)的轉(zhuǎn)矩最大，且此處有鍵槽存在，對于軸有一定的削弱則，選定此截面為危險(xiǎn)截面。計(jì)算此處的合成彎矩為： 4）.畫轉(zhuǎn)矩圖 共32頁 第 21頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果5）.當(dāng)量彎矩因?yàn)檩S為45鋼，疲勞極限 ，查機(jī)械設(shè)計(jì)書中的表10-5得， 由式 得 共32頁 第 22頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果求截面應(yīng)力 m=104073mpa 有效應(yīng)力集中系數(shù) 因?yàn)樵诖私孛嫣幋嬖谥I槽，所以由機(jī)械設(shè)計(jì)書中的表10-9可以查得由 可以查得（使用插值法） 表面狀態(tài)系數(shù)通過查表可知 由機(jī)械設(shè)計(jì)書中表10-13可以查出 安全系數(shù) 安全系數(shù)在允許的范圍之內(nèi)，所以，該軸安全。（二）、利用等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)中間軸和輸入軸 共32頁

15、第 23頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果1.輸入軸設(shè)計(jì)如下圖2.輸出軸設(shè)計(jì)如下圖七、輸出軸軸承的校核選取圓錐滾子軸承30205e d=25mm，d=52mm，b=17mm主要參數(shù)如下： d=25mm，d=52mm，b=17mm基本額定靜載荷 基本額定動(dòng)載荷 極限轉(zhuǎn)速 d=25mmd=52mmb=17mm 共 32頁 第24頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果,則軸承1放松，軸承2壓緊 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 ，查表得x1=1，y1=0，查表得x2=0.4,y2=0.4cot 取=1.0軸承的壽命計(jì)算s1=s2= 共 32頁 第 25頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果靜載驗(yàn)算由查表11-10得x0=0.5 y0=0.902則 極限轉(zhuǎn)速驗(yàn)算

16、由表11-4查得f11=1 f12=1 查表11-5得f21=1 f22=0.98則f11 f21nlim =兩個(gè)軸承的極限轉(zhuǎn)速均大于shijiazhuang轉(zhuǎn)速，結(jié)論：選用30205e符合要求。八、鍵連接的選擇和計(jì)算均選普通a型圓頭平鍵1.輸出軸聯(lián)軸器處： b=8mm h=7mm 選擇l=40mm，連接中較弱材料為鍛鋼 強(qiáng)度滿足要求2.輸出軸軸身處： b=12mm h=8mm 選擇l=36mm，材料選擇鍛鋼f11=1f12=1f21=1f22=0.98f11f21nlim =鍵鍵 共32頁 第26 頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果 強(qiáng)度滿足要求3.中間軸小齒輪處： b=8mm h=7mm 選擇l=40

17、mm 材料選擇鍛鋼 強(qiáng)度滿足要求4.中間軸大齒輪處： b=8mm h=7mm 選擇l=22mm 材料選擇鍛鋼 強(qiáng)度滿足要求5.輸入軸聯(lián)軸器處： b=8mm h=7mm 選擇l=40mm 材料選擇鍛鋼 鍵鍵鍵 共32頁 第27頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果強(qiáng)度滿足要求九、潤滑說明 因?yàn)榈诙S上浸油齒輪分度圓圓周速度速度大于2m/s所以選用濕油潤滑，需要在箱體上開油溝，并且在端蓋的側(cè)面打孔方便潤滑油進(jìn)入軸承。十、密封說明在試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，所有聯(lián)接面及軸伸密封處都不允許漏油。剖分面允許涂以密封膠或水玻璃。軸伸處密封應(yīng)使用橡膠密封圈，來提高減速器的密封性。十一、減速器箱體說明機(jī)座和箱體等零件工作能力的主要指標(biāo)是

18、剛度，箱體的一些結(jié)構(gòu)尺寸，如壁厚、凸緣、寬度、肋板厚度等，對機(jī)座和箱體的工作能力、材料消耗、質(zhì)量和成本，均有重大影響。但是由于其形狀的不規(guī)則和應(yīng)力分布的復(fù)雜性，未能進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的分析計(jì)算，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式大概計(jì)算出尺寸，加上一個(gè)安全系數(shù)也可以保證箱體的剛度和強(qiáng)度。箱體的大小是根據(jù)內(nèi)部傳動(dòng)件的尺寸大小及考慮散熱、潤滑等因素后確定的。十二、減速器附件說明1.窺視孔和視孔蓋箱蓋上一般開有視孔，用來檢查嚙合，潤滑和齒輪損壞情況，并用來加注潤滑油。為了防止污物落入和油滴飛出，視孔須用視孔蓋、墊片和螺釘封死。視孔和視孔蓋的位置和尺寸由查表得到。本設(shè)計(jì)的窺視孔的尺寸為 方便人手的進(jìn)入。 2.油標(biāo) 共

19、32頁 第 28頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果采用油池潤滑傳動(dòng)件的減速器，不論是在加油還是工作時(shí)，均要觀察箱內(nèi)油面高度，以保證箱內(nèi)油亮適當(dāng)，為此，需在箱體上便于觀察和油面較穩(wěn)定的地方，裝上油標(biāo)。油標(biāo)已標(biāo)準(zhǔn)化。 3.油塞在箱體最底部開有放油孔，以排除油污和清洗減速器。放油孔平時(shí)用油塞和封油圈封死。油塞用細(xì)牙螺紋，材料為35鋼。封油圈可用工業(yè)用革、石棉橡膠紙或耐油橡膠制成。 4.吊鉤、吊耳和吊環(huán)螺釘 為了便于搬運(yùn)減速器，常在箱體上鑄出吊鉤、吊耳或在箱蓋上安裝吊環(huán)螺釘。本設(shè)計(jì)采用吊環(huán)螺釘。使用吊環(huán)螺釘?shù)臅r(shí)候，應(yīng)該在裝配時(shí)將螺釘完全擰入，使其臺(tái)肩抵緊箱蓋上的支承面。為此箱蓋上的螺釘孔必須局部锪大。 5.定位銷

20、 為了加工時(shí)精確地鏜制減速器的軸承座孔，安裝時(shí)保證箱蓋與箱體的相互位置，再分箱面凸緣兩端裝置兩個(gè)圓錐銷，以便定位。圓錐銷的位置不應(yīng)該對稱并盡量遠(yuǎn)離。定位銷的直徑大致取凸緣連接螺栓直徑的一半，長度應(yīng)大于凸緣的總厚度，使銷釘兩端略伸凸緣以利裝拆。本設(shè)計(jì)選用直徑為10的定位銷。6.通氣器 減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，箱體內(nèi)溫度升高，氣壓加大，對密封不利，故在窺視孔蓋上安裝通氣器，是箱體內(nèi)熱膨脹氣體自由逸出，以保證壓力均衡，提高箱體縫隙處的密封性能?？紤]到的工作環(huán)境為室內(nèi)，選用普通的通氣器即可。7.啟蓋螺釘 或密封膠，為了便于開蓋故設(shè)有啟蓋螺釘。其螺紋長度要大于機(jī)蓋連接凸緣的厚度，螺桿端部做成圓柱形、大倒角或半圓形，以免破壞螺紋。本設(shè)計(jì)采用的啟蓋螺釘直徑為10mm。 共32頁 第 29頁 設(shè)計(jì)及計(jì)算過程結(jié)果十三、拆裝和調(diào)整的說明在安裝調(diào)整滾動(dòng)軸承時(shí)，必須保證一定的軸向游隙，因?yàn)橛蜗洞笮⒂绊戄S承的正常工作。對第二軸和第三軸（中間級(jí)和低速級(jí)）軸直徑分別為30mm和40mm時(shí)，可取游隙為0.040.07mm；對高速級(jí)的角接觸軸承軸直徑為35mm可取游隙為0.050.1mm。在安裝齒輪后，必須保證需要的側(cè)隙及齒面接觸斑點(diǎn)，側(cè)隙和