机械设计课程设计一级锥齿轮减速器设计F=2.2V=1.1D=240(）

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1、第1章 概述1.1*全套图纸加1538937061.2已知条件1) 工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35。2) 使用折旧期：8年，每年工作350天，每天工作16小时。3) 检修间隔期：2年一次大修，每年一次中修，半年一次小修。4) 动力来源：电力，三相交流，电压380/220V。5) 运输带速度允许误差：5%6) 制造条件及生产批量：中型机械厂，单件小批生产。7) 滚筒效率：1=0.961.3设计数据参 数运输带工作拉力F运输带工作速度V卷筒直径D数 据2200N1.1m/s240mm表1-1 设计数据表1.4 设计任务1.4.1*1.4.2*1.4.

2、3.*1.5本方案特点本方案采用锥齿轮减速器开式齿轮传动方案，齿轮传动具有：1) 效率高，是常用的机械传动中齿轮传动效率最高的。2) 结构紧凑，相对其它传动机械，其占用空间较小。3) 工作可靠寿命长。设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这是其它机械传动无法比拟的。4) 传动比稳定。5) 使用了一对开式齿轮传动，它的失效形式多为齿面磨损，同时，开式齿轮传动在没有防护罩的情况下容易对靠近的工作人员造成危险。第2章 传动装置的设计计算2.1效率统计*1=0.96。2.1.1对轴承的效率统计1) 滚筒球轴承效率：2=0.99（脂润滑）2) 开式齿轮轴承效率：3

3、=0.99（脂润滑）3) 减速器内滚柱轴承效率（2对）：4=0.98（油润滑）；5=0.98（油润滑）4) 开式齿轮转动：6=0.95（8级精度，脂润滑）5) 锥齿转动啮合效率：7=0.96（8级精度，油润滑）2.1.2对两个联轴器的效率统计1) 电机锥齿轮间，使用弹性套柱联轴器8=0.9932) 锥齿轮开式齿轮间，使用滑块联轴器9=0.982.2工作机需求功率传动总效率理论需求电机功率2.3电动机的选择滚筒转速为：Y系列三相异步电动机具有国际互换性特点其中，Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘铁屑等杂物侵入电电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境不超过

4、40°C相对湿度不超过95，海拔不超过1000m，额定电压380V，频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上。这里即选用此系列电动机。*查取电动机参数。比较选择Y系列三项异步电动机在2.2节中求出工作机至少需要功率3.025kW，在不小于此功率前提下，选取额定功率至少4kW的电动机，有如下备选型号Y112M-2，Y112M-4，Y132M1-6，Y160M1-8，其中Y112M-2型磁极少体积小，价格较低，但其转速高会使传动比增大；Y160M1-8型转速低，磁极多，重量大，成本高，这两种电动机不宜在此处选用，通过比较选用Y112M-4-B3型电动机。其技术数据如下：额定功率：4KW满载

5、转速：1440r/min扭转转矩：2.2图2-1 Y112M-4型电动机外形尺寸图额定转矩：2.3Y112M-4-B3型电动机的外型尺寸（mm）： *A：190 B：140 C：70 D：28 E：60 F：8 G：24 H：112 K：12 AB：245 AC：230 AD：190 HD：265 BB：180 L：4002.4传动装置总体传动比的确定及传动比的分配2.4.1总传动比2.4.2分配各构件传动比初定减速器内的传动比，则开式齿轮的转动比就为2.5确定各轴转速、转矩2.5.1转速计算1) 小锥齿轮轴转速2) 大锥齿轮转速3) 开式齿轮大齿轮轴转速2.5.2转矩计算1) 对电动机轴：2

6、) 对各转动轴：功率： 转矩： 2.6当前参数汇总参 数转速（r/min）功率（kW）转矩（）轴14402.94419.52轴5762.77045.91卷筒轴87.602.687292.64表2-1 各轴参数汇总表第3章 各齿轮的设计计算3.1减速器内锥齿轮的设计计算3.1.1选定齿轮精度等级、材料热处理方式及齿数本运输机工作速度、功率都不高，故选用8级精度。1) * 选择小齿轮材料为40Gr，调质处理，硬度270HBS，大齿轮材料为45号钢，调质处理，硬度为230HBS，二者硬度差为40HBS。2) 选取小齿轮齿数Z1=27，*初步确定传动比为U1=2.5则大齿轮齿数Z2= U1 Z1=2.

7、5×2768此时传动比3.1.2按齿面接触疲劳强度计算锥齿轮以大端面参数为标准值，取齿宽中点处的当量齿轮作为强度计算依据进行计算。3.1.2.1设计齿轮*式10-26 1) 初拟载荷系数，取齿宽系数2) 弹性影响系数*，查得3) 应力循环次数使用期：*4) *，按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限为：小齿轮：；大齿轮：5) 接触疲劳强度寿命系数*，选用线型1（允许少量点蚀）查得：；6) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由课本式10-12得3.1.2.2参数计算1) 试计算小齿轮（大端）分度圆直径，代入较小的有：2) 计算平均圆周速度由*，求平均分度圆直径3) 计

8、算载荷系数使用系数：由*，取动载系数：由*，按9级精度查取，齿间载荷分布系数：取1齿向载荷分布系数：其中，轴承系数由*查得所以综上，载荷系数4) 校正分度圆直径，由*模数取标准值m=2.5mm3.1.3齿轮部分相关参数1) 由分度圆直径计算齿轮2) 最终传动比3) 由齿数球分度圆直径4) 锥距R，由*齿宽圆整取 5) 计算 * 则6) 当量齿数3.1.4校核齿根弯曲疲劳强度1) 确定弯曲强度载荷系数，与接触强度载荷系数相同2) 确定齿形系数，应力校正系数，*： 3) 确定弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，寿命系数查*查得： 疲劳极限应力，由*查得： *可求出许用应力4) 校核弯曲强度轮齿所受

9、切向力，由*，有*校核 弯曲强度满足要求。以上所选参数合适，至此减速器内锥齿轮转动设计完毕。3.1.5锥齿轮转动数据汇总取齿顶高系数,顶隙系数名 称代 号小锥齿轮大锥齿轮齿数Z2768模数m4mm公锥角分度圆直径(mm)d67.5170齿顶高(mm)ha2.5齿根高(mm)hf3齿顶圆直径(mm)da72.147171.844齿根圆直径(mm)df61.506167.787锥距(mm)R91.502顶隙(mm)c0.5分度圆齿厚(mm)S3.927当量齿数ZV29.05184.36齿宽(mm)3228齿宽系数R0.3平均分度圆直径（mm）dm57.375144.5表3-1 锥齿轮数据汇总表传动

10、比。3.1.6核算转速，转矩参 数转速n（r/min）功率p(KW)转矩（）轴14401.94419.52轴571.662.77046.28轴87.602.687293.02表3-2 各轴运动、动力参数表3.1.7锥齿轮结构示意图图3-1 锥齿轮结构示意图3.2开式直齿圆柱齿轮设计3.2.1选择齿轮精度等级，材料，热处理方式及齿数 对于低速轻载荷的齿轮，主要失效形式是齿面磨损，需有一定的机械性能，可选用中碳钢或灰铸铁或球墨铸铁,这里为单件小批量生产，所以大小齿轮均为45号钢，其中小齿轮调质，硬度250HBS，大齿轮正火，硬度210HBS。根据总传比分配需求，这里的传动比要求为 开式齿轮齿面易磨

11、损，欲让齿厚些，适当取大些模数，因此取少些齿数，初拟小齿轮数为Z119，则大齿轮数,此时传动比应为。（与要求的相等）选用8级精度。3.2.2按齿根弯曲度，疲劳强度计算由*进行计算，即3.2.2.1 确定公式内的各计算值 1) 试选载荷系数2) 考虑为开式齿轮，且大小齿轮均为悬臂布置，为减小齿面载荷分布不均匀情况，选取较小的齿宽系数，由*，选定 3) *选取齿形系数YFa与应力校正系数YSa 4) 计算应力循环次数，由课本式10-135) 由*，查取弯曲疲劳寿命系数 6) 由*按齿面硬度查得小齿轮弯曲疲劳强度极限由*查得大齿轮弯曲疲劳强度极限7) 计算许用应力取安全系数S1.4，由课本式（10-

12、20），有8）计算大小齿轮的值，并加以比较大齿轮的数值较大，取其做下面3.2.2.2 1)的计算值3.2.2.2计算1) 试计算齿轮模数2) 初求分度圆直径d,齿宽b此时齿轮圆周速度3) 确定载荷系数由*，取由*，查取载荷系数；直齿轮由*，查得8级精度，小齿轮为悬臂布置（由插值得）；齿高齿宽高比由此数据查*，得故载荷系数 因实际载荷系数与初选载荷系数（Kt1.5）相差不大，故不再校正。4) 确定模数计算值mt=2.253mm，确定较大的模数为 m=3mm3.2.3齿轮几何尺寸计算3.2.3.1分度圆直径 3.2.3.2分度圆中心距3.2.3.3分度圆齿宽 取 3.2.3.4齿高3.2.4数据核

13、算汇总名称代号小齿轮大齿轮齿数Z19124模数(mm)m3压力角20°分度圆直径(mm)d57372齿顶高(mm)ha3齿根高(mm)hf375齿顶圆直径(mm)da63375表3-3 数据汇总表传动比U2=6.5263.3 带速核算3.3.1总传动比3.3.2运输带实际工作速度3.3.3运输带速度误差误差在允许的范围内。第4章 轴的设计4.1 小锥齿轮轴（轴）的设计4.1.1作用在小齿轮上的力切向力：前面已求出径向力：轴向力：4.1.2小齿轮轴上的参数功 率转 速扭 矩表4-1 小齿轮轴参数表4.1.3 初步确定轴的最小直径先按*初步估算轴的直径，这里选取轴的材料为45号钢，调质处

14、理。根据*，取，于是有安装联轴器处轴的直径最小4.1.4 联轴器的选用为减小传动间的振动，使传动更平稳，及补偿电动机轴与小齿轮轴可能存在的相对位移并根据传递功率、转矩的大小这里选用弹性套柱销联轴器。由课本有，连轴器的计算转矩公式：查*，取，则有：根据，查手册（GB/T4323-2002），*已知电动机输出轴直径为28mm，而能与28mm轴配合的弹性套柱销联轴器的最小型号为LT4，此型联轴器的最小孔径为20mm，这里就选用LT4型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为，与小齿轮配合的半联轴器孔径，所以轴段-直径为，半联轴器长度L=52mm，与轴配合的毂孔长度L1=38mm。4.1.5轴的结构设计4.1.

15、5.1拟定轴上零件的装配方案通过对轴及轴系零件的安装的可行性，难易程度的比较，对轴上零件的定位，轴的结构工艺性优劣的分析，以及对现有方案的类比，现使用如下装配方案：图4-1 装配方案图4.1.5.2根据轴向定位的要求，硬度轴各段直径和长度1) 前已得到，半联轴器右端以轴肩定位，所以取，连轴器左端用轴端挡圈定位，型号为：挡圈GB/T891 28，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=38mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故-段的长度应比L1略短，现取。2) 初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，查取手册表6-7，由轴承产

16、品目录中初步取基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸。故， ，3) 轴承端盖的总宽度为25mm，根据轴承端盖的装拆，取端盖的外端面与半 联轴器右端面间的距离L=30mm故取4) *由轴承的轴向定位需求取，长度初步取为5) 安装小锥齿轮处轴段的直径由*，齿轮轮毂长计算式L=(11.2)d，即L=1.2×22=26.4mm。但，小齿轮齿宽已为32mm，所以轮毂长应大于32mm，于是取轮毂长为40mm也由手册表11-7，可求出轮毂外径：。圆整取。小齿轮与箱体内壁应有一定距离避免干扰，同时小齿轮与轴承的距离应尽量小，以改善受力，综合考虑，取，小齿轮右端伸出轴右端2mm，小

17、齿轮与轴承间用一挡油环定位。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。6) 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器于轴的周向定位全采用平键连接。*，轴-段使用键位GB/T 1096键 6×6×25，半联轴器与轴向配合为；轴-段使用键为GB/T 1096键 C6×6×36，为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选择齿轮毂与轴的配合为；滚动轴承周向定位由过渡配合保证，选用轴直径的公差为m6。7) 确定轴上圆角和侧角尺寸轴端倒角，圆角均为R1.04.1.6求轴上的载荷图4-2 小齿轮轴上载荷图对于30206型圆锥滚子轴承，由*查得a=13.8mm。固此可求得作为筒与梁的轴的

18、支撑跨距L2+L3=87mm+49mm=136mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，即如上图（b）(c) (d)所示。从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。截面C处的各种受力值列表如下：载 荷垂直面V水平面H支反力F（N）弯矩总弯矩扭矩表4-2 截面C处的受力参数列表4.1.7按弯扭合成应力校核轴的强度这里只校核危险截面C的强度。*及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循动循环变应力，取折合系数首先计算截面C的抗弯截面系数W轴的计算应力该轴材料为45号钢，调质处理，由*查得许用应力因此，故安全。4.2 大锥齿轮轴（轴）的设计4.2.1作用在大齿轮上的力

19、 由前对小齿轮受力的计算结果及两齿轮间的作用与反作用对应关系有：大齿轮上运动动力参数功率 转速 4.2.2类似轴的设计过程初步估算最小直径安装输出联轴器的直径最小4.2.3联轴器的选用计算转矩 ，有这里选用挠性联轴器以补偿两轴间可能的相对位移。十字滑块联器一般用于转速，而此处 滑块联轴器结构简单，尺寸紧凑，具有较高极限转速，适用于小功率，高转速，无剧烈冲击处，这里就选用滑块联轴器，查取手册，由表8-9，选用型号为WH4型，其公称转矩为，许用转速 ，半联轴器孔径 ，半联轴器与毂孔配合的长度。4.2.4轴的结构设计4.2.4.1拟定轴上零件的装配方案（见图4-3）4.2.4.2根据轴向定位要求确定

20、轴的各段直径和长度1) 为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴右端制出一轴肩，故取段的直径左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D28mm，段 的长度应比略短，取。2) 初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚动轴承，参照工作要求并根据，查*初步选取：基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚动轴承30206，其尺寸，故；滚动轴承采用长为10mm的挡油环右端定位，取。由手册查询，取3) 取安装齿轮处的轴段的直径，齿轮左端以轴套定位，轴肩的高度h>0.07d，取h=4mm，则轴环直径。轴环宽度，取。4) 轴段参考前一根轴设计原则，取5) 考虑齿轮与箱体壁间距，与轴承的安装

21、，取，齿轮轴与轴承间的挡油环长度取15mm，外径取40mm6) 综合考虑，减速器的对称及空间需求取至此，以初步确定了轴的各段直径和长度。图4-3 大齿轮轴结构示意图7) 轴上零件的周向定位齿轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由手*得所选平键尺寸，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位由过渡配合来保证，选取轴的直径尺寸公差为8) 确定轴上圆角和倒角尺寸,参考课本表15-2取轴端倒角为，轴肩圆角均为R1.6,其余为R1。4.2.5求轴上载荷图4-4 大齿轮轴上载荷图对于30206型圆锥滚子轴承，由*a=13.8mm。因此可求得作为筒与梁的轴的支撑跨距L2+L3=52mm+104mm=

22、156mm，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，即如上图所示。从轴的机构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。C处各面的弯矩值列表如下载 荷垂直面V水平面H支反力F（N）弯 矩总弯矩 扭 矩表4-3 截面C处弯矩值列表4.2.6 按弯扭矩合成应力校核轴的强度这里只校核危险截面C的强度，根据课本式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力其中抗弯截面系数W由式计算前已选定轴的材料为45号钢，调质处理，由课本表15-1查得，因此，故安全。4.2.7 精确校核轴的强度4.2.7.1判断危险截面考查图a、图b、图d可知，从应力集中且

23、M、T又较大考虑，截面和C截面都有较大的合弯矩，但C截面处键槽引起的应力集中较小，键槽引起的应力集中是在键槽两侧，键槽引起的应力集中小于轴肩和过盈配合，故把危险断面定在处，在处左侧是轴肩应力集中，在处右侧是过盈应力集中由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面。4.2.7.2截面左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面左侧的弯矩M为截面上的扭矩T2为：截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45号钢，调质处理，由*15-1查得抗拉强度极限，抗弯疲劳极限，剪切疲劳极限截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 ，按*附表3-2查取。因，经带值后查得。 又由*附图3-1可得轴的材料的刚性系数

24、为 故有效应力集中系数，由课本式（附3-4）有由附图3-2的尺寸系数；由附图3-3的扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4的3表面质量系数为轴末径表面强化处理，即，则按式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为又有碳钢的特性系数，取 计算安全系数值，按课本式（15-6）（15-8）得故可知其安全4.2.7.3截右侧抗弯截面系数W按表15-4中的公式计算抗扭系数弯矩M及弯曲应力为扭矩T2及扭转切应力为过盈配合处的，由*附表3-8用插值法求出，并取 轴按磨削加工，由*附图3-4得表面质量系数为故得综合系数为所以轴在截面右侧的安全系数为故该轴在截面右侧的强度也是足够的。该轴无大的瞬时过载及严重的应

25、力循环不对称性，故不对轴进行静强度校核。第5章 轴承基本额定寿命计算5.1小锥齿轮轴轴承额定寿命计算(30206)如图4-1，记B处轴承为1，C处轴承为2。由前述已知，外界产生的轴向力：径向力：各支点力：；5.1.1 轴承所受径向力计算 5.1.2 计算派生轴向力5.1.2.1确定动载系数查*得计算系数，轴向动载荷系数。因为 ，所以，由*查得：径向动载荷系数5.1.2.2派生轴向力计算由*派生轴向力公式5.1.3 判断、计算轴向力5.1.3.1轴承1受轴向力因为所以轴承1所受的轴向力5.1.3.2轴承2受轴向力5.1.4 确定当量动载荷由*查取动载荷系数：由*求当量动载荷5.1.5 计算小锥齿

26、轮轴承寿命*得轴承30206基本额定动载荷C=43200N*求寿命得：以上计算寿命都远大于要求的使用折旧时间44800h，所以选取的轴承合适。在本设计中，轴承工作载荷教平稳，转速稳定，故此不对轴承进行静载荷能力计算。5.2大锥齿轮轴轴承额定寿命计算(30206)如图4-3，记B处轴承为1，D处轴承为2。方法、计算步骤与5.1类似，外界产生轴向力：径向力：各支点力：；5.2.1 轴承所受径向力计算 5.2.2 计算派生轴向力5.2.2.1确定动载系数查*，得计算系数，轴向动载荷系数。因为 所以，*查得：径向动载荷系数5.2.2.2派生轴向力计算*派生轴向力公式5.2.3 判断、计算轴向力5.1.

27、3.1轴承1受轴向力因为所以轴承1所受的轴向力5.1.3.2轴承2受轴向力5.2.4 确定当量动载荷*查取动载荷系数*求当量动载荷5.2.5 计算大锥齿轮轴承寿命查*，得轴承30206基本额定动载荷C=43200N由*求寿命得：以上计算寿命都远大于要求的使用折旧时间44800h，所以选取的轴承合适。在本设计中，轴承工作载荷教平稳，转速稳定，固此时不对轴承进行静载荷能力计算。第6章 润滑与密封6.1 齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为5.1m/s，为锥齿轮传动，浸油高度应没过大锥齿轮齿宽，至少应没过1/3齿宽，齿顶距箱底至少30mm,这里为设计为44mm。选用L-AN15润滑油。6.2

28、轴承的润滑减速器内两组滚动轴承的dn值如下：*分析如下： 减速器中轴承的dn值较小，宜选用脂润滑方式，且脂润滑具有形成润滑膜强度高，不容易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长一段时间，也有利于传动装置的维护。*选用ZL-2号通用锂基润滑脂（GB 7324-1994） 。6.3密封 端盖与轴间的密封轴承用轴承盖紧固，已知轴承用脂润滑，且轴的最高圆周速度不超过3m/s，属于低速范畴，因此这里可以使用毡圈油封。毡圈油封结构简单，摩擦较大，易损耗，应注意及时更换。第7章 箱体的设计减速器为单件小批量生产，所以减速器箱体使用钢板焊接结构，在这样的生产规模下，焊接比铸造更经济更灵活而且钢的弹性模量与切变

29、摸量较铸铁大40%70%之间，可以得到重量较轻刚性更好的箱体。7.1减速器附件的选择起吊装置：采用箱盖吊孔、箱座吊耳通气器：由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M10油面指示器：选用油标A16放油螺塞：选用外六角油塞及垫片M12×1.57.2箱体及其附件参数名 称 尺 寸（mm）箱 座 壁 厚8箱 盖 壁 厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径12地脚螺钉数目4(个)小锥齿轮轴轴承旁连接螺柱直径10大锥齿轮轴轴承旁连接螺栓直径12盖与座连接螺栓直径6轴承端盖螺钉直径6视孔盖螺钉直径6定位销直径5凸台高度50大齿轮顶圆与内箱壁距离20箱盖，箱座肋厚8主动端轴承端盖外径120被动端轴承端盖外径82表7-1箱体及附件参数表