二级圆锥-直齿圆柱减速器.doc

课程设计说明书
课 题： 二级圆锥-圆柱齿轮减速器
子课题:
同课题学生姓名:

专 业 机电一体化
学生姓名
班 级
学 号
指导教师
完成日期

目 录

一、设计任务书·········································································2
二、电机的选择计算
一、择电机的转速································································2
二、工作机的有效功率···························································2
三、选择电动机的型号···························································3
三、运动和动力参数的计算
一、分配传动比·····································································3
二、各轴的转速·····································································3
三、各轴的功率·····································································4
四、各轴的转矩·····································································4
四、传动零件的设计计算
1. 闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算········································4
2. 闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计算········································6
五、轴的设计计算
1.减速器高速轴I的设计······················································9
2.减速器低速轴II的设计·················································11
3.减速器低速轴III的设计·······················································14
六、 滚动轴承的选择与寿命计算
1.减速器高速I轴滚动轴承的选择与寿命计算·······························16
2.减速器低速II轴滚动轴承的选择与寿命计算······························17
3. 减速器低速III轴滚动轴承的选择与寿命计算···························19
七、 键联接的选择和验算
1. 联轴器与高速轴轴伸的键联接··········································21
2. 大圆锥齿轮与低速轴II的的键联接·········································22
3. 大圆柱齿轮与低速轴III的的键联接·····························23

28
-
八、 润滑油的选择与热平衡计算

1. 减速器的热平衡计算·····························································24
2. 润滑油的选择·····································································25
九、 参考文献····························································26

计 算 及 说 明
结果
一、设计题目：设计圆锥—圆柱齿轮减速器
设计铸工车间的型砂运输设备。该传送设备的传动系统由电动机—减速器—运输带组成。每日二班工作，工作期限10年。

（图1）
1—电动机；2联轴器；3—减速器；4—鼓轮；5—传送带
二、原始数据：
传送带拉力F(KN)
传送带速度V(m/s)
鼓轮直径D（mm）
使用年限（年）
300
0.8
4000
10

三、设计内容和要求：
1.编写设计计算说明书一份，其内容通常包括下列几个方面：（1）传动系统方案的分析和拟定以及减速器类型的选择；（2）电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算；（3）传动零件的设计计算（如除了传动，蜗杆传动，带传动等）；（4）轴的设计计算；（5）轴承及其组合部件设计；（6）键联接和联轴器的选择及校核；（7）减速器箱体，润滑及附件的设计；（8）装配图和零件图的设计；（9）校核；（10）轴承寿命校核；（11）设计小结；（12）参考文献；（13）致谢。

计 算 及 说 明
结果
2.要求每个学生完成以下工作：
（1）减速器装配图一张（0号或一号图纸）
（2）零件工作图三张（输出轴及该轴上的大齿轮），图号自定，比例1︰1。
（3）设计计算说明书一份。
二、传动方案的拟定
运动简图如下：

（图2）
由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为型砂运输设备。
减速器为展开式圆锥—圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深沟球轴承。
联轴器2选用凸缘联轴器，8选用齿形联轴器。

计 算 及 说 明
结果
三、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算
一、选择电动机的类型和结构形式
按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，Y系列，封闭式结构，电压380V，频率50Hz。
二、选择电动机容量
工作机主动轴功率：传动装置的总效率：
（式中、、、、分别为联轴器、滚动轴承、原锥齿轮传动、圆柱齿轮传动和卷筒的传动效率。）取=0.99（联轴器），=0.985（滚动轴承），=0.96（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），=0.97（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），=0.96（卷筒效率，不包括轴承）则

电动机所需功率：

三、确定电动机的转速
卷筒州的工作转速为：

按课程设计指导书P7—表1查得圆锥—圆柱齿轮的传动比一般范围为：=10~25，故电动机转速

计 算 及 说 明
结果

根据额定功率≥，且转速满足
，选电动机型号为：。

其主要性能如下表：
型号
额定功率Kw
满 载 时

转速
电流（380V）
A
效率
%
功率
因数

3
1420
6.8
82.5
0.81
7.0
2.2
2.3

电动机的外形尺寸：
中心高H
外形尺寸
L×(AC/2+AD)×HD
底角安装尺寸
A×B
地脚螺栓孔
直径 K
轴伸尺寸
D×E
装键部位
尺寸F×GD
100
380×288×245
160×140
12
28×60
8×31

四、确定传动装置的总传动比和分配传动比
1.总传动比
总传动比
2.分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比
按直齿轮圆柱齿轮传动比 ，又锥齿轮的传动比一般不大于3，故取=3
则
实际总传动比
，满足要求。

计 算 及 说 明
结果
五、计算传动装置的运动和动力参数
1.各轴的转速（各轴的标号均已在图2中标出）

2.各轴的输出、输入功率

3.各轴输入、输出转矩

计 算 及 说 明
结果

运动和动力参数计算结果整理于下表：
轴名
效率P(Kw)
转矩（）
转速n
r/min
传动比

效率

输入
输出
输入
输出
电动机轴

2.987

20.09
1420
1.0
0.99
Ⅰ轴
2.957
2.913
19.89
19.59
1420
3.0
0.95
Ⅱ轴
2.796
2.754
56.41
55.57
473.33
4.2
0.96
Ⅲ轴
2.671
2.631
225.34
221.96
113.2
1.0
0.97
卷筒轴
2.605
2.463
219.77
207.79
113.2

计 算 及 说 明
结果
四、传动零件的设计计算
一、圆锥齿轮传动的设计计算
已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）按传动方案，选用直齿圆锥齿轮传动，齿形制,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位。
（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。
（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。
（4）、选小齿轮齿数
2.按齿面接触疲劳强度设计
公式：
≥
（1）、确定公式内的各计算值
1）查得材料弹性影响系数。
2）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。

计 算 及 说 明
结果
3）计算应力循环次数
小齿轮：
大齿轮：
4）查得接触批量寿命系数

5）计算接触疲劳许用应力

6）试选，查得

所以，
7）
8）
（2）、计算
1）试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得
≥
2）计算圆周速度v

计 算 及 说 明
结果
3）计算载荷系数
根据，8级精度，查得，
所以。
4）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：

5）技术模数

3.按齿根弯曲疲劳强度设计
公式：
m≥
（1）、确定公式内的各计算值
1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度。
2）查得弯曲疲劳寿命系数

3）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则，

计 算 及 说 明
结果
4）载荷系数 K=2.31
5）节圆锥角

6）当量齿数

7）查取齿形系数
8）查取应力校正系数
9）计算大小齿轮的 ,并加以比较。

大齿轮的数值大。
（2）、设计计算
m≥

综合分析考虑，取
得，，

计 算 及 说 明
结果
4.几何尺寸计算
（1）、计算大端分度圆直径

（2）、计算节锥顶距

（3）、节圆锥角

（4）、大端齿顶圆直径

（5）、齿宽

二、圆柱齿轮传动的设计计算
已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。

计 算 及 说 明
结果
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）由以上计算的数据可得圆锥齿轮的传动在Ⅱ轴的轴向力

此轴向力较小，故二级变速装置选用直齿圆锥齿轮。
（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。
（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。
（4）、选小齿轮齿数
2.按齿面接触疲劳强度设计
公式：
≥

（1）、确定公式内的各计算值
1）试选载荷系数
2）计算小齿轮传递的转矩

3）选取齿宽系数
4）查得材料弹性影响系数。
5）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。

计 算 及 说 明
结果
6）计算应力循环次数
小齿轮：
大齿轮：
7）查得接触批量寿命系数

8）计算接触疲劳许用应力

（2）、计算
1）试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得
≥

=42.8mm
2）计算圆周速度v

3）计算齿宽b

计 算 及 说 明
结果
4）计算齿宽与齿高比
模数：
齿高：

5）计算载荷系数
根据，8级精度，可查得动载荷系数 ，
直齿轮假设 ，
查得
查得使用系数
查得8级精度，消除了相对支撑为非对称布置时，

=
=1.4513
由
所以。
6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：

7）计算模数

计 算 及 说 明
结果
3.按齿根弯曲疲劳强度设计
公式：
m≥

（1）、确定公式内的各计算值
1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度。
2）查得弯曲疲劳寿命系数
3）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则，

4）计算载荷系数 K

5）查取齿形系数
6）查取应力校正系数
7）计算大、小齿轮的,并加以比较。
，
大齿轮的数值大。

计 算 及 说 明
结果
（2）、设计计算

m≥

综合分析考虑，取，得
，
，取
4.几何尺寸计算
（1）、分度圆直径

（2）、中心距

（3）、齿宽
，取
，
5.验算

假设成立，计算有效。

计 算 及 说 明
结果
三、数据整理
1.圆锥齿轮
齿轮类型：直齿圆锥齿轮（,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位）。
精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。
大端分度圆直径：小齿轮，大齿轮
节锥顶距：R=109.0986mm
节圆锥角：，
大端齿顶圆直径：，
齿宽：
齿数：，
模数m=3

2.圆柱齿轮
齿轮类型：直齿圆柱齿轮
精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。
分度圆直径： ，
中心距：a=155mm
齿宽：，
齿数：，
模数：m=2.5mm

计 算 及 说 明
结果
五、轴的计算
一、减速器高速轴I的设计
1.求输出轴上的功率，转速和转矩
由前面的计算可得

2.求作用在齿轮上的力
圆锥小齿轮

圆锥大齿轮

圆柱小齿轮、大齿轮

计 算 及 说 明
结果
3.初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调质处理。取,于是得

同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：
，则，
结合电动机的参数，选用凸缘联轴器，型号YL4联轴器，即，该端选用的半联轴器的孔径，故取轴径，半联轴器毂孔的长度L=62mm。
4.轴的结构设计
（1）、拟定轴上零件的装配方案
下图为Ⅰ轴上的装配方案

（图3）
（2）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：
（图4）

计 算 及 说 明
结果
1）由联轴器尺寸确定
由联轴器的毂孔长度L 和直径d及相关要求，可确定

2）初步选择滚动轴承。
轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6206，其尺寸为。
为了利于固定，一般取比b小1mm（如图3所示），故可确定。
3）由经验公式算轴肩高度：
取轴肩高为4mm ，确定。
由《课程设计指导书》P47图46的要求可得，
，取。
4）根据轴承安装方便的要求，取，得

根据安装轴承旁螺栓的要求，取 。
根据齿轮与内壁的距离要求，取 。
5）根据齿轮孔的轴径和长度，确定。
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
（3）、轴上的零件的周向定位
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm（标准键长见）。

计 算 及 说 明
结果
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为28mm（标准键长见）。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
（4）、确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为，除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均为R1，如图：

（图5）
5.求轴上的载荷
根据轴的结构图（图3）作出轴的计算简图

（图6）
（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。

计 算 及 说 明
结果
结合装配图求得
,,,,
,。
做弯矩、扭矩图：

（图7）

参考文献
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14、 任嘉卉主编 .公差与配合手册 .北京：机械工业出版社，2000
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