圆锥圆柱齿轮减速器设计说明书

机械设计课程设计

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题 目： 二级圆锥—圆柱齿轮减速器 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机械081 学 号： 200833315133 姓 名： 杜笑天 指导教师： 冯晓宁 教授

2011年2月21日—2011年3月11日

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目 录

一、 机械设计课程设计任务书

1.1 机械设计课程设计的目的 1.2 机械设计课程设计的内容及要求 1.3机械设计课程设计的时间安排 二、传动装置总体设计方案

2.1传动装置总体设计方案 2.2 电动机的选择

2.4 计算传动装置的运动和动力参数 三、传动零件的设计 3.1圆锥齿轮的设计计算 3.2斜齿轮的设计计算 四、轴及其上配件的设计

4.1低速轴的设计、校核及其上零件的设计 4.2高速轴及其上零件的设计 4.3中间轴及其上零件的设计 五、轴承的校核 5.1低速轴上轴承的校核

5.2高速轴和中间轴上轴承的校核 六、键的强度校核 七．箱体的主要结构尺寸 八、箱体附件的设计 九．设计小结 十．参考资料

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一、机械课程设计任务书

1.1 机械设计课程设计的目的

机械设计课程设计是一次全面设计训练，是重要的综合性、实践性教育环节。其目的是：

1. 综合运用机械设计和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题。 2. 掌握机械设计的一般方法和步骤，培养学生具备简单机械和零部件的设计能力、培养学生正确设计思想、分析问题和解决工程实际问题的能力。 3. 提高学生设计计算、绘图能力和运用技术标准，查图表、手册及相关资料的能力。

1.2 机械设计课程设计内容及要求

机械设计课程设计内容包括：传动装置的总体设计；传动件（齿轮、轴等）

的设计计算和标准件（轴承、链、联轴器等）的选择及校核；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。

在机械设计课程设计中应完成的任务：工作分成两部分，一部分是方案分

析和设计计算,另一部分是绘制图纸。

1. 减速器装配工作图1张（A0或A1）； 2. 零件工作图2张（齿轮、轴各1张，A2）； 3. 设计计算说明书一份（A4）

图纸先手工绘制草图，再用AutoCAD软件绘制计算机图纸。设计计算说明书按规范用计算机打印。 1.3 机械设计课程设计的时间安排

机械设计课程设计的时间为3周。具体安排如下： 1．传动装置总体设计（2天） 2. 装配草图设计（4天、包含上机） 3. 零件工作图设计(4天、包含上机)

4. 编写设计计算说明书（3天、包含图纸和说明书打印）

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5. 答辩（2天） 以上天数不包含双休日。

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二、传动装置的总体设计

1. 传动装置总体设计方案

设计一用于胶带输送机卷筒的传动装置。

图1 胶带输送机工作装置

原始条件和数据

胶带输送机两班制连续单向运转，载荷平稳，空载起动，室内工作，有粉尘；使用期限10年，大修期3年。该机动力来源为三相交流电，在中等规模机械厂小批生产。输送带速度允许误差为±5%。

输送带工作拉力：2000N 输送带速度：0.9m/s 卷筒直径：300mm 胶带输送机传动方案

图2 胶带输送机传动方案

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2.电动机的选择 （1）电动机类型的选择

按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

（2）确定电动机功率

工作装置所需功率P 按下式计算

Pw=

Fw vw

kW

1000 w

式中，Fw=2000N，vw=0.9m/s,取工作装置的效率 w=0.94.带入上式得：

Pw=

Fw vw2000 0.9==1.91 kW

1000 w1000 0.94

电动机的输出功率P0按下式计算

P0=

Pw

kW

式中， 为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率。

2

式中， r3 g c a；取滚动轴承效率 r 0.995，8精度齿轮传动效

率 g 0.97，滑块联轴器效率 c 0.98，圆锥齿轮传动效率 a 0.97则

0.9953 0.97 0.992 0.94 0.88

故

P0=

Pw1.91

2.17 kW =

0.88

因载荷平稳，电动机额定功率P 只需略大于P0即可，按表8-169中Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为2.2KW。

（3）确定电动机转速 卷筒作为工作轴，其转速为：

6 104vw6 104 0.9nw 57.32 r/mim

D 300

''

单级圆柱齿轮传动比ig=3～5，单级圆锥齿轮传动比ia=2～4.5动范围为i'=2

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×4.5～3×5=6～22.5，可见电动机转速的可选分为为：

n' i' nw （6～22.5）×57.32=343.92～1289.7r/mim

符合这一范围的同步转速有750 r/mim和1000 r/mim两种，为减少电动机的重量和价格，由表8-169选常用的同步转速为1000 r/mim的Y系列电动机Y112M-6，其满载转速nw 940 r/mim。由表8-170、表8-172中查得，电动机的中心高为265mm，总长463mm，轴直径28mm，两段轴外伸长度均为60mm。

3.计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 （1）传动装置总传动比

i

nm940 16.40 nw57.32

（2）分配传动装置各级传动比

由式（2-5），i ia ig，取圆锥齿轮ia 0.91 3.69。ig

3.计算传动装置的运动和动力参数 （1）各轴转速由式（2-6）

1轴 n1 2轴 n2

i16.40

4.44 ia3.69

nm940 940 r/mim 11

nm940 254.74 r/mim ia3.69

n2254.74 57.37 r/mim ig4.4

3轴 n3

工作轴 nw n3 57.37 r/mim （2）各轴输入功率由式（2-7）

1轴 p1 p0 c 2.19 0.99 2.15 kW

2轴 p2 p1 c a 2.15 0.995 0.94 2.01 kW 3轴 p3 p2 r g 2.01 0.995 0.97 1.94 kW 工作轴 Pw P3 r c 1.94 0.99 0.98 1.88 kW （3）各轴输入转矩由式（2-8）

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电动机输出 T0 9550

P2.170

9550 22.046 N·m nm940

1轴 T1 9550

P2.011

9550 21.84 N·m n1940P22.01 9550 73.35 N·m n2254.74P1.943

9550 322.94 N·m n357.37Pw1.88

9550 312.95 N·m nw57.37

2轴 T2 9550

3轴 T3 9550

工作轴 Tw 9550

将以上算得的运动参数列表如下：

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三、 传动零件的设计计算

1.高速级圆锥齿轮的设计计算 P1 2.15 kW n1 940 r/mim 齿数比 u=3.65 工作寿命 10年

（1） 选择齿轮类型、材料、精度以及参数

1）选用圆锥直齿齿轮传动

2）选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为45钢，小齿轮调质处理齿面硬度取280HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取240HBS。

3）选取齿轮为8级精度（GB10095—88） 4）选取小齿轮齿数Z1=20，Z2=i1Z2=3.65×20=73 （2）按齿面接触强度设计

1）查表得使用系数KA=1，动载系数Kv=1.13 2）cos 1

u3.65

0.96 22u 13.65 112 1

1

0.26 2

.65 1

cos 2

当量齿数 zv1 z1cos 1 0.96 21 zv2 z2cos 2 73/0.26 281 当量齿数重合度

v 1.88 3.2 (zv1 zv2) 1.88 3.2 (1/21 1/281) 1.636

z

3）

v

0.888 3

KH 1

4）齿向载荷分布系数K =1.875

所以载荷系数K KAKvKH K 1.0×1.3×1×1.875=2.119

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5）查取齿宽系数 R 0.33 6）查得弹性系数ZE=189.8 7）查得区域系数ZH=2.5

8）查取材料接触疲劳强度极限 Hlim：查图得，小齿轮为 Hlim1=600Mpa,大齿轮 Hlim2=550 Mpa 9）计算应力循环次数N

N1 60n1jLh 60 940 (2 8 300 10) 2.707 109

N2.707 109

2

3.69

7.336 108 H1 K S

0.9 6001 540MPa

KHN2 Hlim2

0.93 550H2S

1

511.5MP

dt 1

=

51.17mm d1 d1

51.17 54.03mm （3）确定主要参数 1）大端模数m

d1

2.7 1由于轴径和小圆锥齿轮外形尺寸的限制，需要放大其模数，因此取大端模数为

M=3

2）大端分度圆直径d1 mz1 3 20 60 d2 mz2 3 73 219 3

）锥距R

113.54mm 4）齿宽b=40

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（4）轮齿弯曲疲劳强度验算 1）齿形系数YFa1=2.60, YFa2=2.06

2）应力修正系数YSa按当量齿数查图得：YSa1=1.595，YSa2=1.97 （3）重合度系数Y ：Y =0.25+

0.75

av

=0.25+

0.75

=0.708 1.636

（4）齿间载荷分配系数KFa：KFa=1/ Y =1/0.708=1.412 载荷系数K：K=2.119

（5）齿根工作应力 F： F1=

4KT1YFa1YSa1Y

R1 0.5 RZm

2

21

3

1

2

2

=35.566N/mm YFa2YSa2

2.06 1.972

35.566 ==34.804N/mmYFa1YSa1

2.60 1.595

F2 F1

（6）弯曲疲劳极限 Flim由图查得： Flim1=500N/mm2

Flim2 380N/mm2

（7）弯曲寿命系数KN：KFN1=0.85 KFN2=0.88

（8）弯曲疲劳强度最小安全系数SFmin查得：SFmin=1.4 （9）许用弯曲疲劳应力 F ：

F1 = Flim1KFN1=500 0.85=303.57N/mm2

SFmin

1.4

F2 = Flim2KFN2=380 0.88=238.86N/mm2

SFmin

1.4

（10）弯曲疲劳强度校核： F1= 125.83N/mm2〈 F1 F2=40.30N/mm2〈 F2

所以满足弯曲疲劳强度要求【3】。（注：本节查表查图见《机械工程及自动

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化简明设计手册》 叶伟昌 2001）

（5）圆锥齿轮尺寸列于下表

2.圆柱斜齿轮的设计计算 （1）选精度等级、材料及参数 1)大、小齿轮的材料均为45钢。

2)小齿轮硬度为250HBS，大齿轮硬度为220HBS，等级均为8级，大齿轮正火，小齿轮调质处理。

3) 选取小齿轮齿数Z1=25，Z2=i1Z1=4.4×25=110取Z2=110 （2）按齿面接触强度设计

d1t 1）确定公式内的各计算数值 ①选取齿宽系数 d=1

2KtT1u 1 zHzE

d u H

2

②由图10-21e查得 Hlim1=600 MPa ， Hlim2=570 MPa ③计算接触疲劳许用应力（失效概率为1%，安全系数S=1）

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④试取Kt 1.6，螺旋角14o

⑤由图10-30选取区域系数ZH 2.433 ⑥ [1.88 3.2 ( 1111)]cos [1.88 3.2 ( )] cos14 1.672 z1z225110

⑦选载荷系数Kt 1.6

⑧计算小齿轮传递的转矩T2 32294N·m

⑨由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE 189.8 ⑩由式10-13计算应力循环次数

N1 60n1jLh 60 254.74 (2 8 300 10) 7.337 108

N7.337 1082 4.4

1.834 108

由图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1 0.95,KHN2 0.99 计算接触疲劳许用应力

HN1 Hlim1H1 KS

0.95 600

1

570MPa KHN2 Hlim2H2

S 0.99 570

1 564.3MPa 570 564.3

H

2

567.15MPa 2）计算

①试算小齿轮分度圆直径d1t，带入 H 中的较小的值

2

d2K1t tT1u 1 d u zHzE

H

53.724mm

②计算圆周速度v

d1tn1

37.34 254.74

60 1000

3.141660 1000

0.50m/s

③计算齿宽b及模数mnt

b dd1t 1 37.34 37.34mm

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d1tcos 37.34 cos14o

mn1 1.45mm

z125

h 2.25mnt 2.25 1.64 3.26mm

b/h 37.34/3.26 11.45

④计算纵向重合度 0.318 dz1tan 0.318 1 25 tan140 1.982 ⑤计算载荷系数K

根据v=0.661m/s，8级精度，由图10-8查得动载荷系数Kv=1.02 由表10-3查得KH KF 1.4，从表10-4查得KH 1.34，另由图

10-13查得KF 1.28

K KAKvKH KF 1 1.02 1.4 1.34 1.91 ⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径

d1 d1 39.57mm ⑦计算模数mn

d1cos 39.57 cos140

mn 1.54mm，m取2.5mm

z125

（3）按齿根弯曲强度设计

2KT1Y cos2 YFaYSa

mn dz1 F 1）确定计算参数

①计算载荷系数K KAKvKF KF 1 1.02 1.4 1.28 1.83 ②由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限

FE1 330MPa, FE2 310MPa，弯曲疲劳系数KFN1 0.88,KFN2 0.895，

安全系数S=1.4

③计算弯曲疲劳许用应力 F 1

K 0.88 330

207.429MPa S1.4

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F 2 ④计算大小齿轮的

KFN2 FE20.895 310

198.179MPa S1.4

并加以比较

YFaYSa

F

YFa1YSa1

F1

2.646 1.582

0.0202

207.429

2.165 1.805

0.0197

198.179

YFa2YSa2

F2

小齿轮的数值较大

（4）几何尺寸计算

①计算中心距a

z1 z2 mn 25 110 2.5 173.97mm

2cos

2 cos140

将中心距取为174mm

②按圆整后的中心距修正螺旋角

25 110 2.5 14.070 arccos

2 173.97

因 值改变不多，故参数 ,K ,ZH等不必修正

③计算大小齿轮的分度圆直径 d1

z1mn27 2.5 25 64.43mm cos cos14.070z2mn110 2.5

283.5mm 0

cos cos14.07

d2

④计算齿轮宽度

b dd1 1 51.55 51.55mm

圆整后取B2 55mm,B1 60mm

（5）斜齿轮尺寸列于下表

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四、 轴的设计计算

1.低速轴的设计

（1）求输出轴上的功率P3，转速n3和转矩T3

p3 1.94kw，n3 57.37r/min，T3 322940N·mm （2）求作用在齿轮上的力

2T32 322940

2847.80N d226.8Ftan20

1068.57N Fr t

cos14.070

F3

Fa Fttan 747.11N