二级圆柱-圆锥齿轮减速器课程设计说明书.doc

机械设计——二级减速器

机械设计——减速器
课程设计说明书

课程名称：机械设计课程设计
设计题目：展开式二级圆锥-圆柱齿轮减速器
院系：机电学院机械工程系
班级：0603班
姓名：刘博
学号：06221069
指导教师：李德才
设计时间：2009年12月29日至1月16日

CONTENTS
一，设计任务书…………………………………………3
二，总体方案分析………………………………………4
三，电动机的选择………………………………………4
四，传动比的分配………………………………………6
五，计算传动装置的运动和动力参数…………………7
六，高速级圆锥齿轮的计算……………………………8
七，低速级圆柱齿轮的计算……………………………13
八，链传动的设计计算…………………………………13
九，减速器轴的结构设计………………………………15
十，减速器轴的强度校核计算…………………………18
十一，滚动轴承的选择及计算…………………………22
十二，键连接的选择及校核计算………………………25
十三，联轴器的选择……………………………………26
十四，箱体尺寸大的设计………………………………27
十五，其它轴系部件的确定……………………………29
十六，设计小结…………………………………………30
十七，附图

一，设计任务书
设计题目：链式输送机的专用传动装置
原始数据：
运输连牵引力F=6kN； 运势练速度v=0.8m/s,
运输连轮节圆直径D=518mm ; 输送机效率；
输送带速度允许误差为
工作条件：室内，灰尘较多；
动力来源：电力，三相交流，电压380V；
检修间隔期：三年一次大修，二年一次中修，半年一次小修；
制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。
传动方案：二级展开式圆锥-圆柱齿轮减速器

介绍运输机相关参数和工作条件
二，总体方案分析
本题方案有两个传动部分组成，即链传动与减速器齿轮传动。由于减速器工作环境比较恶劣，而且要求平稳高效率的传动，故选用链传动，一是可以更好的在恶劣的环境中工作（如高温和潮湿的环境），还可以保证准确的平均传动和高效率的传动。而且，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑。
减速器部分是本次课题的重点设计部分，本课题中的减速器是展开式圆锥-圆柱齿轮减速器。展开式的减速器结构简单，但齿轮的位置不对称。高速级齿轮布置在远离转矩输入端。可使轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分相互抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。
三，电动机的选择
1，电动机的类型和结构的选择
因为本传动的工作状况是：两班制，工作环境较恶劣，380v交流电，选用Y系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。
2，电动机的容量
1）工作机所需功率
根据公式,F为运输牵引力，V为运输链速度。由此得出：
2）计算传动装置总效率
由于动力经过一个传动副或者运动副就会发生一次损失，故多级串联总效率
本题中：————链传动效率 =0.96
————一对滚动轴承的效率，本题中一共3对滚动轴承，
=0.99
————圆柱齿轮的传递效率，=0.98
————圆锥齿轮的传递效率，=0.98
————联轴器效率，=0.98
————运输机效率，=0.96

所以电动机效率

介绍展开式二级减速器的特点

根据情况选择Y系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。

工作机所需功率

总效率

电动机效率

3） 运输机的转速

方案
电动机型号
满载转速
总传动比
1
Y112M2-6
1440
19.96
2
Y132M2-6
960
39.663
3
Y132S-4
1440
59.494

比较三个方案，选择方案2比较合适。

所选电机的基本参数如下：
Y132M2-6
额定功率P0
同步转速
满载转速
电压
电流
功率因数
5.5
1000
960
380V
12.6A
0.78
质量
总传动比
满载扭矩
电动机外伸轴直径D
电动机外伸轴长度E
电动机中心高H
84 kg
21.52
2.0
38mm
80mm
132mm

四，传动比的分配
总传动比的分配
链传动，减速器传动比

考虑到两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度。两级齿轮减速器高速级传动比与低速级传动比的比值取为1.3，即。
则；

五，传动装置的运动和动力参数计算
1，各轴转速的计算

2，各轴输入功率

3，各轴输入转矩

选择 Y132M2-6

确定传动比

六，高速级齿轮的设计

1，选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数
按传动方案选用直齿圆锥齿轮传动。
输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。
材料选择 引用教材表10-1选择小齿轮45钢，调制处理，平均硬度为235HBS。
大齿轮材料为45钢，正火，硬度为190HBS，二者硬度差为45HBS。
选小齿轮齿数z1=24,则，取。齿数
2，按齿面接触疲劳强度计算

，一般取=1/3
教材表10-6查的材料的弹性影响系数
已经算出；u=4.042
查表得

5）查表得，，取S=1
计算
则
所以，模数，取标准m=3mm。
大端分度圆直径

齿轮相关参数：
1）取Z1=22，则；，取，
2）节锥顶钜：
3）

4）大端齿顶圆直径：
小齿轮：mm
大齿轮：
5）齿宽
取

3，按齿根弯曲强度计算

1) 已得出；；； 2)查表10-5得
3）查图10-20c 得
根据公式， 查的,
计算

4计算大小齿轮的并加以比较

大齿轮的数值大
1） 计算（按大齿轮计算）：

与之前计算得m值一致，则齿轮参数如下：

1）Z1=22，则；，取，
2）节锥顶钜：

3）

4）大端齿顶圆直径：
小齿轮：mm
大齿轮：
5）齿宽
取
6）平均分度圆直径

7）当量分度圆半径

8)当量齿数Zv

9)当量齿轮的齿数比

10)平均模数

高速级齿轮传动的尺寸如下：

名称
计算公式
结果
模数
M

齿数

分度圆直径

mm
mm
齿顶圆直径

mm

齿宽

节锥顶钜

137.408mm
平均分度圆直径

当量分度圆半径

当量齿数Zv

当量齿轮的齿数比

平均模数

2.55

七，低速级齿轮的设计
低速级齿轮的设计与高速级齿轮的设计是一样的，其中包括齿面解除疲劳强度计算、齿根弯曲强度计算和校核。
计算过程省略，得一下数据：

名称
计算公式
结果
法面模数

3.0mm
法面压力角

齿数

31
97
传动比

3.102
分度圆直径

93mm
291mm
齿顶圆直径

99mm
297mm
中心矩

192mm
齿根圆直径

齿宽
B

八，链传动的设计
传动比 主动轮转速
虚拟电动机额定功率

(1)轮齿
取，
则,取
2）计算功率
查表9-6，
查图9-13， 单排链

3） 链条型号和节距

由和n 查表选型号32A ，查表9-1，p=50.8mm

4) 连接和中心矩

初选
取

取
查表9-7
最大中心矩

5） 链速v和润滑方式

查图9-14 采用地油润滑
6） 压轴力

有效圆周力
水平布置

九，轴的结构设计

（一）轴的材料选择和最小直径估算

根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调制处理。按扭矩强度法进行最小直径估算，即：。除算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%~7%，两个键槽增大10%~15%，值查表可知，对于45钢为103~126.确定高速轴，中间轴,低速轴。

高速轴：，最小直径处要安装一键槽
来连接联轴器，取
中间轴：，取
低速轴：
最小直径处安装一键槽来连接链
取
（二）减速器的装配草图设计
根据轴上零件的结构、定位、装配关系、轴向宽度及零件间的相对位置等要求，初步设计减速器草图。草图相见附图
（三）减速器轴的结构设计
1，高速轴的结构设计
（1） 各轴段直径的确定
：最小直径，安装联轴器。=
：密封处轴段，采用毡圈密封，取标准值=30mm
：滚动轴承处，=35mm
：轴肩处，=40mm
：滚动轴承处，=35mm
：最小直径安装高速级齿轮，=25mm
(2) 各轴段的长度确定
：由联轴器的宽度决定，选择具有弹性元件的挠性联轴器HL2 ，Y型，轴空长度为52mm，d=25mm，=60mm
：由箱体，轴承端盖，装配关系确定，=52mm
：由滚动轴承，装配关系确定
选择轴承参数
=20mm
：由两轴承距离确定
=50mm
：同，取20mm
：由端盖，圆锥齿轮确定 =60mm
2，中间轴的结构设计
（1） 各轴段直径的确定
：安装圆锥滚子轴承30207，

：安装高速圆锥齿轮，=45mm
：轴肩，=50mm
：安装圆柱齿轮，=40mm
：安装轴承，=
（2） 各轴段的长度的确定
：由轴承，挡油环，装配关系确定，=30mm
：由高速圆锥齿轮确定，B=42mm，=40mm
：由轴肩，小圆锥齿轮半径确定，，=36mm
：由圆柱齿轮确定，=96mm
：由轴承，挡油环确定，=30mm
最小直径估算

高速轴：

=30mm
=35mm
=40mm
=35mm
=25mm

=60mm
=52mm
=20mm
=50mm
=20mm
=60mm

中间轴：

=45mm
=50mm
=40mm

=30mm
=40mm
=36mm
=96mm
=30mm

3，低速轴的结构设计
（1）各轴段直径的确定
：安装轴承 =
：安装低速大齿轮，=55mm
：定位轴肩，=61mm
：安装轴承，=50mm
（2）各轴段长度的确定
：由轴承，挡油环，装配关系确定，=35mm
：由低速大齿轮宽度确定，B=93mm,=91mm
：轴肩定位，=10mm
=++-10=96mm
十，减速器轴的强度校核计算（以中间轴齿轮轴为例）
1，力学模型建立
轴的力学模型图

2，计算轴上作用力

齿轮2（高速圆锥大齿轮）

齿轮3（低速小齿轮）

3，计算轴上轴承支反力
（1）垂直面支反力

低速轴:
=
=55mm
=61mm
=50mm
=35mm
=91mm
=10mm
=96mm

左图为轴的力学模型图

轴上作用力：
齿轮2

齿轮3

左图为垂直面支反力图

2，水平支反力

（3） 总支反力
A点总支反力：

B点总支反力

左图为水平支反力图

总支反力：

4，绘制转矩、弯矩图
（1）垂直弯矩图
C处弯矩：
D处弯矩：

（2） 水平面弯矩图
C处弯矩：
D处弯矩：

（3） 合成弯矩图：
C处合成弯矩：
D处合成弯矩：

十一，滚动轴承的选择及计算
轴承校核方法均一致，在此次课题中中间轴最为危险，所以以中间轴为例来校核。

（一） 轴承选择
轴承类型：圆锥滚子轴承
轴承代号：30207
轴承参数：
基本额定动载荷：54.2KN
基本额定静载荷：63.5KN
极限转速：5300R/MIN
润滑方式：脂润滑

（二）设计校核
查表得此轴承的当量动载荷：
当A/Re P=R
当A/R>e

派生轴向力为：
对于此轴承 e=0.37 Y=1.6
轴承为正装，简图如下：

轴承2 被压紧，产生一个附加轴向力
根据 得=1405.6N

分别对两轴承校核
轴承1 ：

所以P=
轴承2：

所以：P=

可见，轴承2承受的当量动载荷更大 ，故以轴承2为校核对象
预期寿命：
实际寿命：
查表13-5 当A/Re时，X=1 , Y=0
查表13-6
当量动载荷：

故中间轴符合设计要求。

左图为垂直弯矩图

左图为水平弯矩图

左图为合成弯矩图

轴承选择为30207

=1405.6N

P=
P=

满足要求

十二，键连接的选择及校核计算
（一） 高速轴外伸连接联轴器轴段键的设计

故选择普通平键A型 L=40mm
K=0.5h=3.5mm

查表得

所以强度合格。
（二） 高速轴连接高速级圆锥小齿轮轴段键的设计
故选择普通平键A型
L=48mm K=0.5h=3.5mm

强度合格。
（三） 中间轴圆锥齿轮轴段键的设计
故选择普通平键A型
L=30mm K=0.5h=4.5mm

故采用两个键成180°布置，131/1.5=87.6
强度合格。

(四) 中间轴圆柱齿轮轴段键的设计
故选择普通平键A型 L=80mm
K=4mm

强度合格。
(五) 低速轴上圆柱齿轮轴段键的设计
故选择普通平键A型
L=80mm K=5mm

强度合格。

十三，联轴器的选择

联轴器连接高速轴和电动机，故应该选择具有弹性元件的挠性联轴器

选择型号：HL2 Y型 轴孔长度为52mm d=25mm

选择型号：HL2 Y型 轴孔长度为52mm d=25mm
十四，箱体的设计
①　 箱体的主要结构尺寸如下表所列：

名称
符号
结构尺寸
箱座壁厚

10
箱盖壁厚

8
箱座凸缘厚度
b
15
箱盖凸缘厚度

12
箱座底凸缘厚度
p
25
箱座上的肋厚
m
8.5
箱盖上的肋厚

6.8
地脚螺栓直径

15
地脚螺栓数目
n
4
地脚螺栓
螺栓直径

M20
螺栓通孔直径

25
螺栓沉头座直径

48
地脚凸缘尺寸
L1
30
L2
25

轴承旁连接螺栓直径

11.25
轴承旁螺栓
螺栓直径

M10
螺栓通孔直径

11
螺栓沉头座直径

24
剖分面凸缘尺寸

18

14

上下箱连接螺栓直径

7.5
上下箱螺栓
螺栓直径

M12
螺栓通孔直径

13.5
螺栓沉头座直径

26
剖分面凸缘尺寸

20

16

定位销孔直径

5.25
轴承旁连接螺栓距离
S
120
轴承旁凸台半径

14
轴承旁凸台高度
h
160
大齿轮顶圆与箱体内壁距离

15
轴承座与涡轮外圆间距离

12
箱体外壁至轴承座端面距离
K
32
剖分面至底面高度
H
150

②　 箱体的密封：
为了保证箱盖与箱座结合面的密封，对接合面的几何精度和表面粗糙度要精刨到表面粗糙度值小于，重要的需刮研，为了提高结合面的密封性，在箱座连接凸缘上面可铣出回油沟，使渗向结合面的润滑油流回油池。
③　 箱体结构的工艺性：
箱体结构工艺性对箱体制造质量，成本，检修维护有直接影响，因此设计时应重视。
a. 铸造工艺性：
1. 为保证液态金属流动通畅，铸件壁厚适当取大；
2. 为避免缩孔或应力裂纹，壁与壁之间采用平缓的过渡结构；
3. 为避免金属积聚，两壁间避免用锐角连接；

4. 为便于起模，铸件延起模方向有1：10~1：20的斜度；
5. 铸件应尽量避免出现狭缝；
B 机械加工工艺性：
在设计箱体时，要注意机械加工工艺性要求，尽可能减少机械加工面积和刀具的调整次数，加工面和非加工面必须严格区分开。
1，箱体结构设计要避免不必要的机械加工。为保证支撑地脚底面宽度B具有足够的刚度。这一宽度须满足减速器安装是对支撑面宽度的要求。
2，为了保证加工精度和缩短加工时间，应尽量减少机械加工过程中道具的调整次数。
3，铸件箱体的加工面与非加工面应严格分开，并且不应在同一平面内。

十五，其他轴系部件的确定

（1） 轴承端盖：
轴承端盖用来固定轴承，承受轴向力，以及调整轴承间隙，轴承盖有嵌入式和凸缘式两种，本题选用嵌入式，拆装定位方便且节约空间。
（2） 密封：
在输入和输出轴向伸处，为防止灰尘，水汽及其他杂质侵入轴承，引起轴承急剧磨损和腐蚀，以防止润滑剂外漏，需在轴承盖中设置密封装置，密封装置分为接触式密封和非接触式密封，本减速器选用油沟密封。
（3） 视孔和视孔盖：
视孔用于检查传动件的啮合情况，润滑状态，接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，其尺寸应足够大，以便一检查和手能伸入箱内操作。视孔盖可用轧制钢板视孔盖，其结构轻便，上下面无需机械加工，无论单件或成批生产均常采用。
（4） 通气器：
通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转时箱内油温升高，内增大，从而引起减速器润滑油的渗透。

十六，设计小结
减速器设计是机械设计课程中非常重要的环节，大致经历了数据计算、设计结构、作图几个步骤，是我们座位机械专业学生第一次严格意义上的课程设计，收获很多，教训也很多。
我所承担的课题是：展开式圆锥圆柱齿轮减速器的设计。由于理论知识的缺乏以及对此课程设计了解较少，在一开始进展不下去，通过与相近课程的学生了解和向老师请教终于找到了头绪。
十几天的忙碌使我对这次的课程设计有了一定的体会：
第一，科学严谨性。从计算到作图，一直贯穿的一条主线，那就是查
表翻书；材料的选择、强度的校核、结构的设计、数据的确定无一不需要科学严谨的态度。到了作图部分更是如此，由于很多同学对solid edge 和cad软件并不熟悉而选择了手绘装配图。如此大的作图量需要的不只是耐心，科学的严谨性是不可动摇的根基。
第二，脚踏实地。这此课程设计真正难在了其冗烦的计算和作图细节。需要我们足够的精力和时间，需要我们认真的态度和践踏实地的作风。
课程设计期间，我与同班几个同学通宵做计算，通宵画图；在图书馆阅览室一直待到闭馆，甚至有些天正常的饮食时间打乱。许多人都为这次
课程设计付出了很多精力，我想我们从中学到最深的就是脚踏实地。
第三，对专业软件的学习。这次的课题涉及到solid edge 和cad 。由于对这两个软件的不熟悉只能选择手绘。但是，从长远角度考虑，这些软件的应用也许会在以后的工作中用到。所以，利用业余时间多学点这样的软件对我们的非常有利的。
总之，这十几天的经历以忙乱为主题，但却从中收获很多。我想这次的实践对我以后的学习会起到积极的作用。

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