单级圆锥齿轮减速器课程设计方案.doc

机械设计基础课程设计

机械设计基础课程设计
一级锥齿轮减速器设计说明书

目录

一、传动方案拟定…………….………………………………4
二、电动机的选择…………………………………………….4
三、计算行动装置总传动比及分配各级传动比…….……….6
四、普通V带的设计………………………………………….6
五、直齿圆锥齿轮传动设计…………………………………..9
六、轴的结构设计……………………….….…………...……10
七、轴承的选择及校核…………………………………...…..15
八、箱体的设计………..…………………….………….…….16
九、键的选择及校核…………………………………….……18
十、联轴器的选择……………………………………….……19
十一、减速器附件的选择……………………………….……19
十二、设计小结及参考文献……………………………….....34

一．设计题目
设计带式运输机传动装置，示意图如下：
二．已知条件
1）鼓轮直径 D = 250 mm
2）鼓轮上的圆周力 F = 4.2kN
3）运输带速度 V = 1.1m / s
三．技术条件
1） 传动装置的使用寿命预定为8年，单班制；
2） 工作机的载荷性质平稳，起动过载不大于5%，单向回转；
3） 电动机的电源为三相交流电，电压为380伏；
4） 允许鼓轮的速度误差为±5%；
5） 工作环境：室内。
四．设计要求
6） 减速器装配图一张；
7） 零件图2张： 输出轴和输出轴上齿；
8） 设计说明书一份，按指导书的要求书写。
计算过程及计算说明:
一、传动方案拟定
第二组：设计单级圆锥齿轮减速器和一级带传动

1. 电动机 2.带传动3.减速器4.联轴器5.鼓轮
（1） 工作条件：传送机单班制,连续单向回转，载荷平稳，空载起动，室内工作；传动装置的使用寿命预定为8年。该机动力来源为三相交流电，电压为380 /220 伏，传输带速度允许误差±5%。
（2） 已知数据：鼓轮上的圆周力F = 4.2 kN, 运输带速度V =1.1m/s, 鼓轮直径 D = 250 mm。
二、电动机选择
1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，具有适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。
2、电动机功率选择:
(1)计算工作所需功率Pw
Pwkw
(2)计算电动机输出功率Pd
按《常用机械传动效率简表》确定各部分效率为
V带传动效率η1=0.96，滚动轴承效率η2=0.98，圆锥齿轮传动效率η3=0.96，弹性联轴器效率η4=0.99，卷筒轴滑动效率η5=0.98，卷筒效率η6=0.97。传动装置总效率为η =η1η22η3η4η5η6 =0.96×0. 982×0.96×0.99×0.98×0.97=0.83得出电动机所需功率为Pd =Pw=5.6Kw
(3)确定电动机的转速
输送机卷筒转速84.0
一般可选用同步转速1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机。通常,V带传动常用的传动比范围i1=2～4, 单级圆锥齿轮的传动比范围i2=2～3，则电动机转速可选范围为=i=84.0×(4～12)=336～1008r/min
符合这一同步转速范围的有750r/min,1000r/min,1500r/min。电机从重量、价格及传动比等方面考虑，选用Y160M2-8型电动机。其相关参数如下：

型号
额定功率
满载转速

轴径
中心高
Y160M2-8
5.5kw
720r/min
2.0
2.0
42mm
160mm

三、计算总传动比及分配各级的传动比
1、总传动比：i0=nm/nw=720/84=8.6
2、分配各级传动比
（1） 取齿轮i1=3（单级减速器i=2~3合理）
（2） ∵=×
∴=/=8.6/3=2.9

四、运动参数及动力参数计算

0轴——电动机轴 P0=Pd=5.6KW
n0=nm=720r/min
T0=9550=9550≈74.32N·m
1轴——高速轴 P1=P0η01=5.6×0.96=5.38KW
n1==≈248.2r/min
T1=9550=9550≈207N·m
2轴——低速轴 P2=P1η12=5.38×0.98×0.96≈5.06KW
n2==≈86.6r/min
T2==≈564.5N·m
3轴——卷筒轴 P3=P2η23=3.1×0.98×0.96=4.76KW
n3= nw=84.0r/min
T3==≈541.1N·m
四、V带传动设计
1.确定计算功率
查表得KA=1.2，则
PC=KAP=1.2×5.6=6.72KW
2.确定V带型号
按照任务书得要求，选择普通V带。
根据PC=6.72KW及n1=720r/min，查图选用A型普通V带。
3.确定带轮直径
（1）确定小带轮基准直径
根据图推荐，V带小带轮选用直径最小为75mm（A型），选择dd1=140mm。
（2）验算带速
v ===5.28m/s
5m/s＜v＜25m/s,带速合适。
（3）计算大带轮直径
dd2= i dd1（1-ε）=2.9×140×（1-0.02）=397.88mm
根据GB/T 13575.1-9规定，选取dd2=400mm
4.确定带长及中心距
（1）初取中心距a0

得376mm≤a0≤1080mm， 根据总体布局，取ao=700 mm
(2) 确定带长Ld：
根据几何关系计算带长得

=2=2272.37mm
根据标准手册，取Ld =2240mm。
(3)计算实际中心距

5.验算包角：

包角合适。
6.确定V带根数Z

根据dd1=140mm及n1=720r/min，查表得P0=1.56KW,ΔP0=0.09KW
根据=158.21及查表得
带入公式后，取Z=4
7.确定初拉力F0
F0=500
查表得q = 0.1㎏/m,则
F0=500=258.00N
8.计算带轮轴所受压力Q
Q=2ZF0sin=2×4×258×sin=2026.80N
五、直齿圆锥齿轮传动设计
1.齿轮的材料及热处理方法
小齿轮选用40Gr，调质处理，齿面硬度为280S。大齿轮选用45 Gr，调质处理，齿面硬度250S，HBS1-HBS2=280-250=
30,合适。
故

2选取设计参数
粗选8级精度取小齿轮齿数Z1，则大齿轮Z2=20×3，实际传动比
传动比误差：|i-i0|/I=|3-3|/3=0<2.5%。
与要求相差不大，可用。并取=0.3，。
3.齿轮疲劳强度设计
（1）小齿轮上的转矩
T1===207.00N·m
（2）查表，取载荷系数K=1.2
（3）按齿面接触疲劳强度设计得

=966
（4）确定齿轮模数取标准模数m=4.5mm
（5）小齿轮直径
4．齿轮几何尺寸计算
（1）分度圆直径

（2）分度圆锥角

（3）锥距
（4）齿宽
5．校核弯曲疲劳强度
Zv1= = =21.08
Zv1= = =189.69
查得=4.33, =4.00
σF1=
=168.9MPa=233MPa合格
σF2==
=156.03MPa=184MPa合格
六、轴的结构设计
1.高速轴的设计
（1）确定轴上零件的定位和固定方式(如图)

（2）按扭转强度估算轴的最小直径
115
增大7%经圆整取最小轴径
（3）轴的结构设计
左起第一段，由于安装带轮，属于基孔制配合，因开有键槽，增大7%并圆整，取轴径30mm，长度60mm，为了便于安装，轴端进行2×45°倒角。
左起第二段直径取36mm。根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，则取第二段的长度40mm。
左起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承，取轴径40mm，长度为32mm。
左起第四段，,其直径略大于第三段轴，取50mm，长度取90mm。
左起第五段为滚动轴承段，则此段的直径为40mm，长度取32mm。
左起第六段，对轴承右端进行定位，有小齿轮，取轴径32mm。长度取80mm。
2.输出轴的设计
（1）确定轴上零件的定位和固定方式(如图)

(2)按扭转强度估算轴的最小直径
115
增大7%经圆整取最小轴径
(3)确定轴各段直径和长度
左起第一段，由于安装联轴器，因开有键槽，轴径扩大7%并圆整，取轴径50mm，长度58mm，为了便于安装，轴端进行2×45°倒角。
左起第二段直径取56mm。根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，则取第二段的长度60mm。
左起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承， 取轴径60mm，长度为46mm。
左起第四段，对轴承起到轴肩定位作用,其直径大于第三段轴，取70mm。根据整体布局，长度取120mm。第四段尾部有轴肩，长度4mm，直径78mm。
左起第五段安装大圆锥齿轮，根据齿轮的孔径，此段的直径取64mm，长度取58mm。
左起第六段，为轴承安装段，根据轴承的尺寸，取轴径600mm。长度取65mm。
三、轴的强度校核
由于该轴为转轴，应按弯扭组合强度进行校核计算。
① 大齿轮分度圆直径：已知d2=270mm
② 转矩：已知T2=564.5N·m
③ 圆周力：Ft=2T2/d2=2564.5/270=4181.48N
④ 径向力和轴向力

⑤轴承支反力：

⑥垂直面弯矩：

⑦求支反力

⑧求水平弯矩

⑨计算合成弯矩

轴单向转动，扭转切应力为脉动循环变应力，取α≈0.6，则当量弯矩为MT=αT=0.6×564.5=225.8N·m
⑨计算合成弯矩
MB==0
MC1==468.42N·m
MC2==480.02N·m
轴单向转动，扭转切应力为脉动循环变应力，取α≈0.75，则当量弯矩为
MT=αT=0.75×564.5×1000=423.38N·m
⑩计算总当量弯矩

=
=
根据以上数据，作出轴的受力简图（a），垂直面受力图（b），垂直面弯矩图（c），轴水平面受力简图（d），水平弯矩图（e），合成弯矩图（f），扭矩当量弯矩图（g），总当量弯矩图（h）如下。

轴的材料为45钢，调质处理，[σ-1]=60Mpa.从总当量弯矩图可以看出，截面C为危险截面。
截面C为齿轮处，dC=70mm，则

七、轴承的选择及校核
主动轴32308轴承两对，从动轴32312轴承两对。
根据要求对从动轴上的轴承进行强度校核。
查相关手册，32312轴承的判断系数e=0.35，当时；当时，轴承基本额定动载荷Cr=228KN，轴承采用正装，要求寿命为19200小时。
1.绘制轴承计算简图

2.计算各轴承所受总径向力
由轴的计算知：B、D处水平支反力=N，B、D处垂直面支反力=N,。

3.计算各轴承内部派生轴向力

4.判断放松、压紧端

故，轴承2压紧，轴承1放松。
则 ,
5.计算当量动载荷
对轴承1
对轴承2 ，

因＞，故按轴承2的当量动载荷计算寿命，即取P==N
6.轴承寿命校核计算

八、箱体结构设计
(1) 窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。
(2) 放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。
(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。
(4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。
(5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。
(6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。
(7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。
(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。
(9)密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。
箱体结构尺寸选择如下表：
名称
符号
尺寸
箱座壁厚
δ
8
箱盖壁厚
δ1
8
箱座凸缘厚度
b
12
箱盖凸缘厚度
b 1
12
箱座底凸缘厚度
b 2
20
地脚螺钉直径
df
16
地脚螺钉数目
n
4
轴承旁联结螺栓直径
d1
12
箱盖与箱座联接螺栓直径
d2
8
连接螺栓d2的间距
l
160
轴承端盖螺钉直径
d3
8
窥视孔盖螺钉直径
d4
6
定位销直径
d
6
df，d1, d2至外箱壁距离
C1
22, 18,14
df， d2至凸缘边缘距离
C2
20, 16，12
轴承旁凸台半径
R1
20, 16，12
凸台高度
h
根据低速级轴承座外径确定，
以便于扳手操作为准
外箱壁至轴承座端面距离
L1
40
大齿轮顶圆与内箱壁距离
△1
26
齿轮端面与内箱壁距离
△2
8
箱盖、箱座肋厚
m1 ,m2
8， 8
轴承端盖外径
D2
116， 160
轴承端盖凸缘厚度
t
140
轴承旁联接螺栓距离
S
尽量靠近，以Md1和Md2
互不干涉为准，一般取
s=D2
九、键的选择及校核
高速轴与带轮连接选用键A10×8×50

输入轴与小齿轮连接选用键A10×8×50

输出轴与大齿轮连接选用键A18×11×50

输出轴与联轴器连接选用键A14×9×56

故，键均满足强度要求。
十、联轴器的选择
计算转矩
所以考虑选用弹性柱销联轴器GYH6GB/T 5843-2003。其主要参数如下：
公称转矩：900 N·m 轴孔直径：50mm
质量：7.59Kg 转动惯量：0.015Kgm2
十一、减速器附件的选择
通气器
由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M12×1.25
油面指示器
选用杆式游标M12
起吊装置
箱盖采用M8吊环螺钉、箱座采用吊钩。
放油螺塞
选用外六角油塞及垫片M14×1.5
润滑与密封
1.齿轮的润滑
采用浸油润滑，由于低速级周向的速度，浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为40mm。
2.滚动轴承的润滑
轴承采用开设油沟、飞溅润滑。
3.润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用CKC150工业齿轮油。
4.密封方法的选取
选用凸缘式轴承端盖，用螺钉固紧在轴承座孔的端面上，可准确调整轴承间隙。轴承端盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。
十二、设计小结及参考文献
机械设计课程设计是我们专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。
　　(1) 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。
　　(2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。
(3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。

参考文献：
[1] 焦永和等主编《工程制图》，高等教育出版社，2008年6月。
[2] 荣辉等主编《机械设计基础》，北京理工大学出版社，2010年7月。
[3] 孔凌佳主编《机械基础设计实践》，北京理工大学出版社，2010年7月。

计算数据

PwKw

η =0.83
Pd =5.6Kw

=84.0

电动机型号
Y160M2-8

P0=5.6KW
n0m=720r/min
T0=74.32N·m

P1=5.38KW
n1=248.2r/min
T1=207N·m

P2=5.06KW
n2=86.6r/min
T2=564.5N·m
P3=4.76Kw
n3=84r/min
T3=541.1N·m

PC=6.72KW

dd1=140mm

v =5.28m/s

dd2=397.88mm

ao=700 mm

Ld =2240mm

Z=4

m=4.5mm

=
=

142.30mm

b=44mm

Fr=1555.94N
Fa=888.80N

=N·m
= N·m

=N
= N·m

=468.54N·m

N·m

MT =423.38N·m
N·m

=N·m

N·m

N

=

P1=1555.86N
P2=3670.07N

Lh=46195h

18