圆锥—斜齿圆柱齿轮减速器_课程设计论文.doc

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1、机械设计课程设计计算说明书设计题目 圆锥斜齿圆柱齿轮减速器机 械 系 机械设计与制造 专业机 班设 计 者 指导老师 目录一、 设计任务(1)二、 设计方案分析(1)三、 机构结构分析(2)四、 原动件的选择(2)五、 机构的运动分析及动力参数选择与计算(3)六、 传动零件的计算(4)七、 轴的计算.(11)八、 轴承的选择.(21)九、 连接件的计算.(28)十、 润滑、密封.(29)十一、 三维图(30)十二、 小结(33)参考资料(34)附录 .(35)机械设计课程设计圆锥斜齿圆柱齿轮减速器一、设计任务要求：该减速器用于港口运输货物双班制工作，工作有轻微震动。每年按300天计算，轴承寿命

2、为齿轮寿命的三分之一以上。已知：运输拉力为1140N，速度为2.25m/s。卷筒直径300mm，使用年限10年。计算与说明主要结果二、设计方案分析 I 择电动机的类型和结构因为装置的载荷平稳，长期工作，因此可选用鼠笼型异步电动机，改电机结构简单，工作可靠，维护容易，价格低廉，、配调速装置，可提高起动性能。II确定电动机功率和型号运输带机构输出的功率：传动系得总的效率： 电机所需的功率为： 由题意知，直齿锥形齿轮放在第一级，不宜传输过大的转矩，同功率的电机如下（Y112M-2，Y112M-4，Y132M-6，Y160M1-8），选择Y112M1-6 比较合理，额定功率4kw,满载转速960/mi

3、n.二、传动比的计算与分配卷筒的转速（r/min）总传动比: 取高速级锥形齿轮传动比,斜齿圆柱齿轮传动比: 三、 各轴的转速，功率和转速1，各轴的转速可根据电动机的满载转速和各相邻轴间的传动比进行计算，转速（r/min）。 计算与说明主要结果2，各轴的输入功率（kw） 3，各轴输入扭矩的计算 将以上算得的运动和动力参数列表如下：I轴II轴III轴转速（r/min）970651162.75输入功率P（kw）3.883.613.33输入扭矩T（N.M）38.252.96195.4传动比（i）1.494效率（）0.950.97四：传动零件设计计算和轴系零件的选择。1， 传动零件设计计算。因该例中的齿

4、轮传动均为闭式传动，其失效形式主要是点蚀。（1） 要求分析1） 使用条件分析对于锥形齿轮主动轮有： 传动功率： 主动轮转速：齿数比：1：49圆周速度：估计 计算与说明主要结果2） 设计任务确定一种能满足功能要求和设计约束的较好的设计方案；包括： 一组基本参数： 主要基本尺寸：等（2） 选择齿轮材料，热处理方式及计算许用应力1） 选择齿轮材料，热处理方式：按使用条件属中速，低载，重要性和可靠性一般齿轮传动，可选用软面齿轮，也可选用硬齿面齿轮，本例选用软齿面齿轮并具体选用：小齿轮：45钢。调质处理，硬度为230255HBS；大齿轮：45钢。正火处理，硬度为190217HBS。2）确定许用应力 A:

5、 确定极限应力和 齿面硬度：小齿轮按230HBS，大齿轮按190HBS。得=580Mpa, =550 Mpa =220 Mpa, =210 Mpa B: 计算应力循环次数N，确定寿命系数 查图318得 查图319得C：计算许用应力 由表34，取 由许用应力接触疲劳应力公式（311）=580Mpa,=550 Mpa=220 Mpa=210 Mpa计算与说明主要结果由许用应力接触疲劳应力公式（312）（3） 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸1） 选择齿轮的类型根据齿轮的工作条件可选用直齿圆锥齿轮，也可选用斜齿轮圆锥齿轮，本例选择直齿圆锥齿轮（考虑到制造成本和实用性）2） 选择齿轮精度等级按估计的圆

6、周速度和功能条件要求选择8级精度。3） 初选参数初选 4） 初步计算齿轮的主要尺寸因电动驱动，有轻微震动，查表31得。取 则载荷系数K因为为直齿圆锥齿轮，取变位系数X=0。查图3 11，得节点系数 查表32得材料的系数 由式（322），可初步计算出齿轮的分度圆直径 m 等主要参数。计算与说明主要结果验算圆周速度 与估计值近似，且不超过速度允许值。确定主要传动参数大端模数 取模数m=3.5mm。大端分度圆直径： 取整：b=25mm。5） 验算轮齿弯曲强度条件 因为齿形系数和应力修正系数按当量齿数算。其中 齿形系数 应力修正系数 计算与说明主要结果齿轮的工作应力：直齿轮圆锥齿轮的设计结果如下：小齿

7、轮大齿轮齿数z2639直径d（mm）91136.5模数m3.53.5锥距R（mm）81.65齿宽b（mm）25斜齿圆柱齿轮的设计（1） 选择齿轮材料考虑加工的成本和实用性，在满足同样功能的前提下，选择同圆锥齿轮同样的材料和热处理方式。 小齿轮：45号钢。调质处理，齿面硬度230255HBS 小齿轮：45号钢。正火处理，齿面硬度190217HBS（2） 确定许用应力 A: 确定极小应力和齿面硬度：小齿轮按230HBS，大齿轮按190HBS，得 B ：计算应力循环数N，确定寿命系数 得： 计算与说明主要结果C：计算许用应力。 由表34取 （3） 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸1） 选择齿轮的类型

8、根据齿轮的工作条件和性能要求，可选择直齿轮圆柱齿轮和斜齿轮圆柱齿轮，本例中选择斜齿轮圆柱齿轮，以便抵消一部分轴向力。2） 选择齿轮精度等级 按估计的圆周速度，由表35，初选用8级精度。3） 初选参数。 4） 初步确定齿轮的主要尺寸。因为电动驱动，有轻微震动，查表31得，因为齿轮速度不高，取因为对称布局，轴的刚性小。取因为斜齿且精度高于7级。取 确定 由图311得，节点区域系数=2.45 =2.45计算与说明主要结果确定 查表32得 确定 因斜齿轮圆柱齿轮的重合度大，取=0.8 确定因螺旋角系数初步计算出齿轮的分度圆直径等主要参数和几何尺寸。mm， 按表37取标准模数 则圆整取a=115mm修改

9、螺旋角 以上验算数据基本上与估计计算近似且 计算齿宽：取42mm =0.8mma=115mm计算与说明主要结果5） 验算齿轮弯曲强度条件。（1） 计算当量齿数。 （2） 计算弯曲应力。查图314和图315得 取 则弯曲应力为斜齿圆柱齿轮的设计要求如下：小齿轮大齿轮齿数2080直径d（mm）46184齿宽b（mm）4842模数（mm）2.25螺旋角（）12中心距a（mm）115计算与说明主要结果轴的结构设计中间轴的设计计算1、 传动件的作用力计算（1） 锥形齿轮的作用力计算由锥齿轮啮合时的作用力与反作用力可知，中间轴上锥齿轮的受力情况圆周力：径向力：轴向力：（2） 斜齿轮的作用力计算 由前面计算

10、可知： 圆周力：径向力：轴向力：2、 选择轴的材料与机械性能由于该轴无特殊要求，轴的材料和机械性能的选择与高速轴的选择相同。计算与说明主要结果3、 轴的结构设计（1） 按扭转强度条件初步计算轴的最小直径，由于该轴系中间轴，其C值取中间值：C=112，则 按轴径的优先系列，考虑到最小轴段与轴承的配合，取轴的直径为25mm。（2） 设计其余各轴段的直径和长度a、 轴的其余径向尺寸的确定由于该轴上所支承的零件主要有大圆锥齿轮、斜齿圆柱齿轮以及滚动轴承，根据轴的受力和转速，初选角接触球轴承7205C，其尺寸为。为了轴上零件装拆方便和加工需要，相邻轴段直径之差应取13mm，用轴肩定位的相邻轴径的直径一般

11、相差510mm。由以上条件可以推算出，圆柱齿轮与轴配合段的内径为30mm。由于圆柱齿轮的直径D=46mm，与轴的直径30mm相差不大，故验算考虑是否可以采用齿轮与轴一体的设计。齿根高 ：而齿轮的齿根至键槽的距离 2.5 显然 因此，斜齿轮应和轴做成一体，以减小工艺要求。b、 轴的其余轴向尺寸的确定大圆锥齿轮的宽度（轴向），取为28mm。小斜齿轮的宽度 b=48mm设该轴的中点为A，考虑到大锥齿轮要与小锥齿轮正确啮合，故大锥齿轮的端面应距A点距离为C=1122.5计算与说明主要结果考虑齿轮面与箱体内壁的距离，故轴的轴向尺寸可全部定下来，即： 。c、 轴的定位设计圆锥齿轮、轴承采用轴肩、套筒来轴向

12、定位，锥齿轮用平键周向定位固定。4、 按弯矩合成校核（1） 画轴的受力图（如图 所示）（2） 计算作用于轴上的支反力水平面内支反力 ， 垂直面内支反力 （3） 绘制轴的弯矩图和转矩图分别做出垂直面和水平面内的弯矩图（如图 所示），并按进行弯矩合成，画出转矩图（如图 所示）（4） 计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，取，则 按计算，并画当量弯矩图。（5） 校核轴的强度根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知， 计算与说明主要结果截面弯矩最截面处弯矩也较大，且截面积较小，属于危险截面。截面处的当量弯矩为 截面处的当量弯矩为 强度校核：考虑键槽的影响，查（1）第157页附表6-8计算可得： 故安全。5

13、、 按安全系数校核 （1）判断危险截面 截面，都有应力集中点，且当量弯矩较大，故确定为危险截面。因截面处应力最大，故以校核。 （2）疲劳强度校核a、截面上的应力： 弯曲应力幅： 扭转应力幅： 弯曲平均应力： 扭转平均应力：b、材料的疲劳极限：根据，查（1）第131 计算与说明主要结果 c、截面应力集中系数：查（1）第153页附表6-1得 d、表面状态系数及尺寸系数：查（1）第156页附表6-5、附表6-4得 e、分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数： 故安全。计算与说明主要结果低速斜齿圆柱齿轮轴的设计1、传动件的作用力计算由前面计算可知： 圆周力：径向力：轴向力：2、 选择轴的材料与机械性能由于

14、无特殊要求，低速斜齿圆柱齿轮轴的材料和机械性能的选取与高速轴的选择相同。3、 轴的结构设计（1） 初步计算轴的最小直径d3min,取C=110（低速轴的转矩较大）按轴径的优先系列，考虑到轴端装联轴器需要键槽，将轴径增加4%5%，故取轴的直径为35mm。（2） 设计轴的其余各段的直径和长度a、 轴的其余径向尺寸的确定轴上所支承的零件主要有大斜齿轮、轴端联轴器、滚动轴承。根据轴的转速、受力情况，初选圆锥滚子轴承30208，其尺寸dDB为408018。根据轴的最小直径初选弹性柱销联轴器。因装拆加工需要，相邻轴段直径之差应取13mm，用轴肩定位的相邻轴径的直径一般相差510mm。轴上装轴承、联轴器处的

15、轴径取相应的标准值。b、 轴的轴向尺寸的确定轴的轴向尺寸分三段L1、L2、L3来考虑。考虑到两轴承间的距离要与中间轴的两轴承间的距离相等，大斜齿轮的位置要与中间轴的小斜齿轮正确啮合，外伸轴要足够计算与说明主要结果外伸轴要足够长至联轴器且与轴承互不干涉，故取 L1=66.5mm， L2=79.5mm， L3=100mm4、 按弯矩合成校核（1） 画轴的受力图（如图 所示）（2） 计算作用于轴上的支反力水平面内支反力 ， 垂直面内支反力 （3） 计算轴的弯矩，并画弯矩、转矩图（如图 所示）（4） 计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，取，则 按计算，并画当量弯矩图。（5） 校核轴的强度根据轴的

16、结构尺寸和当量弯矩图可知，截面弯矩最大，且截面积较小，属于危险截面。其它截面处的当量弯矩为 强度校核：考虑键槽的影响，查（1）第157页附表6-8计算可得： L1=66.5mm L2=79.5mm L3=100mm计算与说明主要结果 而 故安全。5、 按安全系数校核 （1）判断危险截面 截面处有应力集中源（键槽、齿轮和轴的配合），且当量弯矩最大，故确定为危险截面。 （2）疲劳强度校核 a、截面上的应力：弯曲应力幅： 扭转应力幅： 弯曲平均应力： 扭转平均应力： b、材料的疲劳极限：根据，查（1）第131页表6-1得 c、截面应力集中系数：查（1）第153页附表6-1得 d、表面状态系数及尺寸系

17、数：查（1）第156页附表6-5、附表6-4得 e、分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数： 计算与说明主要结果故安全。轴承的选择与校核1、 高速圆锥齿轮轴轴承的校核（1） 高速圆锥齿轮轴选用角接触球轴承7206C。查（2）第193页表9-19得： 查（1）第200页表8-8得： （2） 轴上受力分析计算与说明主要结果轴上传递的转矩 ： 齿轮的圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：（3） 计算作用于轴上的支反力前面已求得： ， ， 所以有： （4） 计算派生轴向力 计算与说明主要结果（5） 计算轴承所受的轴向载荷 所以，轴承1被压紧，轴承2被放松。由此得 ， （6） 计算当量动载荷轴承1： 查（1）

18、第199页表8-7，并用线性插值法可求得： 查得：径向动载荷系数 轴向动载荷系数故轴承1的当量动载荷为 轴承2： 查（1）第199页表8-7，并用线性插值法可求得： 查得：径向动载荷系数 轴向动载荷系数故轴承2的当量动载荷为计算与说明主要结果 （7） 计算轴承寿命查（1）第198页表8-6，可得预期计算寿命因，故应按轴承2 来计算寿命。因为球轴承应取，所以 所以轴承7206C合格。2、 中间轴轴承的选择与校核（1） 中间轴选用角接触球轴承7207C，采用正装。查（2）第193页表9-19得： 查（1）第200页表8-8得： （2） 计算径向力前面已求得： ， ， 所以有： （3） 计算派生轴向

19、力 计算与说明主要结果查（1）第201页表8-9可得： ，故 ， （4） 计算轴承所受的轴向载荷已知 所以，轴承2被压紧，轴承1被放松。由此得 ， (5) 计算当量动载荷轴承1： 查（1）第199页表8-7，并用线性插值法可求得： 查得：径向动载荷系数用线性插值法求得轴向动载荷系数故轴承1的当量动载荷为 轴承2： 查（1）第199页表8-7，并用线性插值法可求得： 查得：径向动载荷系数 计算与说明主要结果轴向动载荷系数故轴承2的当量动载荷为 (6) 计算轴承寿命查（1）第198页表8-6，可得预期计算寿命因，故应按轴承2 来计算寿命。因为球轴承应取，所以 所以轴承7208C合格3、 低速斜齿圆

20、柱齿轮轴的选择与校核（1） 低速圆柱齿轮轴选用圆锥滚子轴承30208，采用正装。查（2）第193页表9-19得： 查（1）第200页表8-8得： （2） 计算径向力 计算与说明主要结果（3） 计算派生轴向力查（1）第201页表8-9可得： ，查（2）第182页表9-16可得Y=1.6。故 ， （4） 计算轴承所受的轴向载荷 所以，轴承1被压紧，轴承2被放松。由此得 ， （5）计算当量动载荷查（1）第199页表8-7，可30208轴承的判断系数为： 轴承1： 查得：径向动载荷系数轴向动载荷系数故轴承1的当量动载荷为 轴承2： 查得：径向动载荷系数 轴向动载荷系数故轴承2的当量动载荷为 (7) 计

21、算轴承寿命查（1）第198页表8-6，可得预期计算寿命因，故应按轴承1 来计算轴承寿命。Y=1.6， 计算与说明主要结果因为滚子轴承应取，所以 所以轴承30208合格键的选择及计算1、 高速圆锥齿轮轴的键联接的选择及计算（1） 键联接的选择根据联接的结构特点、使用要求和工作条件，选用圆头（A型）普通平键，由轴的直径查（2）第180页表9-14选用健，其中，。（2） 键联接的强度校核由工作件查（1）第151页表6-8，静联接时许用挤压应力。对于键 故安全。2、 中间轴系键联接的选择及计算（1） 键联接的选择 选用圆头（A型）普通平键，由轴的直径轮廓长度，查（2）第107页表11-28选用健，其中。（2） 键联接的强度校核 静联接许用挤压应力值与高速圆锥齿轮轴的相同。 故安全。 计算与说明主要结果3、 低速斜齿圆柱齿轮轴的键联接的选择及计算（1） 键联接的选择 选用圆头（A型）普通平键，由轴的直径查（2）第119页表14-24，选用健，其中。（2） 键联接的强度校核 静联接许用挤压应力值与高速圆锥齿轮轴的相同。 故安全。 参考文献文中标号为（1）的表示参考机械设计第二版,钟毅芳主编.华中科技大学出版社，2001文中标号为（2）的表示参考机械设计课程设计，席伟光主编。高等教育出版社，2003。- 33 -