機械設計課程設計圓錐—斜齒圓柱齒輪減速器

1、機械設計課程設計計算說明書設計題目 圓錐斜齒圓柱齒輪減速器機 械 系 機械設計與制造 專業(yè)機 02-4 班設 計 者 指導老師 目錄一、 設計任務(1)二、 設計方案分析(1)三、 機構結構分析(2)四、 原動件的選擇(2)五、 機構的運動分析及動力參數(shù)選擇與計算(3)六、 傳動零件的計算(4)七、 軸的計算.(11)八、 軸承的選擇.(21)九、 連接件的計算.(28)十、 潤滑、密封.(29)十一、 三維圖(30)十二、 小結(33)參考資料(34)附錄 .(35)機械設計課程設計圓錐斜齒圓柱齒輪減速器一、設計任務要求：該減速器用于港口運輸貨物雙班制工作，工作有輕微震動。每年按300天計算

2、，軸承壽命為齒輪壽命的三分之一以上。已知：運輸拉力為1140n，速度為2.25m/s。卷筒直徑300mm，使用年限10年。計算與說明主要結果二、設計方案分析 i 擇電動機的類型和結構因為裝置的載荷平穩(wěn)，長期工作，因此可選用鼠籠型異步電動機，改電機結構簡單，工作可靠，維護容易，價格低廉，、配調速裝置，可提高起動性能。ii確定電動機功率和型號運輸帶機構輸出的功率：傳動系得總的效率： 電機所需的功率為： 由題意知，直齒錐形齒輪放在第一級，不宜傳輸過大的轉矩，同功率的電機如下（y112m-2，y112m-4，y132m-6，y160m1-8），選擇y112m1-6 比較合理，額定功率4kw,滿載轉速9

3、60/min.二、傳動比的計算與分配卷筒的轉速（r/min）總傳動比: 取高速級錐形齒輪傳動比,斜齒圓柱齒輪傳動比: 三、 各軸的轉速，功率和轉速1，各軸的轉速可根據(jù)電動機的滿載轉速和各相鄰軸間的傳動比進行計算，轉速（r/min）。 計算與說明主要結果2，各軸的輸入功率（kw） 3，各軸輸入扭矩的計算 將以上算得的運動和動力參數(shù)列表如下：i軸ii軸iii軸轉速（r/min）970651162.75輸入功率p（kw）3.883.613.33輸入扭矩t（n.m）38.252.96195.4傳動比（i）1.494效率（）0.950.97四：傳動零件設計計算和軸系零件的選擇。1， 傳動零件設計計算。因

4、該例中的齒輪傳動均為閉式傳動，其失效形式主要是點蝕。（1） 要求分析1） 使用條件分析對于錐形齒輪主動輪有： 傳動功率： 主動輪轉速：齒數(shù)比：1：49圓周速度：估計 計算與說明主要結果2） 設計任務確定一種能滿足功能要求和設計約束的較好的設計方案；包括： 一組基本參數(shù)： 主要基本尺寸：等（2） 選擇齒輪材料，熱處理方式及計算許用應力1） 選擇齒輪材料，熱處理方式：按使用條件屬中速，低載，重要性和可靠性一般齒輪傳動，可選用軟面齒輪，也可選用硬齒面齒輪，本例選用軟齒面齒輪并具體選用：小齒輪：45鋼。調質處理，硬度為230255hbs；大齒輪：45鋼。正火處理，硬度為190217hbs。2）確定許用

5、應力 a: 確定極限應力和 齒面硬度：小齒輪按230hbs，大齒輪按190hbs。得=580mpa, =550 mpa =220 mpa, =210 mpa b: 計算應力循環(huán)次數(shù)n，確定壽命系數(shù) 查圖318得 查圖319得c：計算許用應力 由表34，取 由許用應力接觸疲勞應力公式（311）=580mpa,=550 mpa=220 mpa=210 mpa計算與說明主要結果由許用應力接觸疲勞應力公式（312）（3） 初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸1） 選擇齒輪的類型根據(jù)齒輪的工作條件可選用直齒圓錐齒輪，也可選用斜齒輪圓錐齒輪，本例選擇直齒圓錐齒輪（考慮到制造成本和實用性）2） 選擇齒輪精度等級

6、按估計的圓周速度和功能條件要求選擇8級精度。3） 初選參數(shù)初選 4） 初步計算齒輪的主要尺寸因電動驅動，有輕微震動，查表31得。取 則載荷系數(shù)k因為為直齒圓錐齒輪，取變位系數(shù)x=0。查圖3 11，得節(jié)點系數(shù) 查表32得材料的系數(shù) 由式（322），可初步計算出齒輪的分度圓直徑 m 等主要參數(shù)。計算與說明主要結果驗算圓周速度 與估計值近似，且不超過速度允許值。確定主要傳動參數(shù)大端模數(shù) 取模數(shù)m=3.5mm。大端分度圓直徑： 取整：b=25mm。5） 驗算輪齒彎曲強度條件 因為齒形系數(shù)和應力修正系數(shù)按當量齒數(shù)算。其中 齒形系數(shù) 應力修正系數(shù) 計算與說明主要結果齒輪的工作應力：直齒輪圓錐齒輪的設計結果

7、如下：小齒輪大齒輪齒數(shù)z2639直徑d（mm）91136.5模數(shù)m3.53.5錐距r（mm）81.65齒寬b（mm）25斜齒圓柱齒輪的設計（1） 選擇齒輪材料考慮加工的成本和實用性，在滿足同樣功能的前提下，選擇同圓錐齒輪同樣的材料和熱處理方式。 小齒輪：45號鋼。調質處理，齒面硬度230255hbs 小齒輪：45號鋼。正火處理，齒面硬度190217hbs（2） 確定許用應力 a: 確定極小應力和齒面硬度：小齒輪按230hbs，大齒輪按190hbs，得 b ：計算應力循環(huán)數(shù)n，確定壽命系數(shù) 得： 計算與說明主要結果c：計算許用應力。 由表34取 （3） 初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸1） 選擇

8、齒輪的類型根據(jù)齒輪的工作條件和性能要求，可選擇直齒輪圓柱齒輪和斜齒輪圓柱齒輪，本例中選擇斜齒輪圓柱齒輪，以便抵消一部分軸向力。2） 選擇齒輪精度等級 按估計的圓周速度，由表35，初選用8級精度。3） 初選參數(shù)。 4） 初步確定齒輪的主要尺寸。因為電動驅動，有輕微震動，查表31得，因為齒輪速度不高，取因為對稱布局，軸的剛性小。取因為斜齒且精度高于7級。取 確定 由圖311得，節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.45 =2.45計算與說明主要結果確定 查表32得 確定 因斜齒輪圓柱齒輪的重合度大，取=0.8 確定因螺旋角系數(shù)初步計算出齒輪的分度圓直徑等主要參數(shù)和幾何尺寸。mm， 按表37取標準模數(shù) 則圓整取a=11

9、5mm修改螺旋角 以上驗算數(shù)據(jù)基本上與估計計算近似且 計算齒寬：取42mm =0.8mma=115mm計算與說明主要結果5） 驗算齒輪彎曲強度條件。（1） 計算當量齒數(shù)。 （2） 計算彎曲應力。查圖314和圖315得 取 則彎曲應力為斜齒圓柱齒輪的設計要求如下：小齒輪大齒輪齒數(shù)2080直徑d（mm）46184齒寬b（mm）4842模數(shù)（mm）2.25螺旋角（）12中心距a（mm）115計算與說明主要結果軸的結構設計中間軸的設計計算1、 傳動件的作用力計算（1） 錐形齒輪的作用力計算由錐齒輪嚙合時的作用力與反作用力可知，中間軸上錐齒輪的受力情況圓周力：徑向力：軸向力：（2） 斜齒輪的作用力計算

10、由前面計算可知： 圓周力：徑向力：軸向力：2、 選擇軸的材料與機械性能由于該軸無特殊要求，軸的材料和機械性能的選擇與高速軸的選擇相同。計算與說明主要結果3、 軸的結構設計（1） 按扭轉強度條件初步計算軸的最小直徑，由于該軸系中間軸，其c值取中間值：c=112，則 按軸徑的優(yōu)先系列，考慮到最小軸段與軸承的配合，取軸的直徑為25mm。（2） 設計其余各軸段的直徑和長度a、 軸的其余徑向尺寸的確定由于該軸上所支承的零件主要有大圓錐齒輪、斜齒圓柱齒輪以及滾動軸承，根據(jù)軸的受力和轉速，初選角接觸球軸承7205c，其尺寸為。為了軸上零件裝拆方便和加工需要，相鄰軸段直徑之差應取13mm，用軸肩定位的相鄰軸徑

11、的直徑一般相差510mm。由以上條件可以推算出，圓柱齒輪與軸配合段的內徑為30mm。由于圓柱齒輪的直徑d=46mm，與軸的直徑30mm相差不大，故驗算考慮是否可以采用齒輪與軸一體的設計。齒根高 ：而齒輪的齒根至鍵槽的距離 2.5 顯然 因此，斜齒輪應和軸做成一體，以減小工藝要求。b、 軸的其余軸向尺寸的確定大圓錐齒輪的寬度（軸向），取為28mm。小斜齒輪的寬度 b=48mm設該軸的中點為a，考慮到大錐齒輪要與小錐齒輪正確嚙合，故大錐齒輪的端面應距a點距離為c=1122.5計算與說明主要結果考慮齒輪面與箱體內壁的距離，故軸的軸向尺寸可全部定下來，即： 。c、 軸的定位設計圓錐齒輪、軸承采用軸肩、

12、套筒來軸向定位，錐齒輪用平鍵周向定位固定。4、 按彎矩合成校核（1） 畫軸的受力圖（如圖 所示）（2） 計算作用于軸上的支反力水平面內支反力 ， 垂直面內支反力 （3） 繪制軸的彎矩圖和轉矩圖分別做出垂直面和水平面內的彎矩圖（如圖 所示），并按進行彎矩合成，畫出轉矩圖（如圖 所示）（4） 計算并畫當量彎矩圖轉矩按脈動循環(huán)變化計算，取，則 按計算，并畫當量彎矩圖。（5） 校核軸的強度根據(jù)軸的結構尺寸和當量彎矩圖可知， 計算與說明主要結果截面彎矩最截面處彎矩也較大，且截面積較小，屬于危險截面。截面處的當量彎矩為 截面處的當量彎矩為 強度校核：考慮鍵槽的影響，查（1）第157頁附表6-8計算可得：

13、故安全。5、 按安全系數(shù)校核 （1）判斷危險截面 截面，都有應力集中點，且當量彎矩較大，故確定為危險截面。因截面處應力最大，故以校核。 （2）疲勞強度校核a、截面上的應力： 彎曲應力幅： 扭轉應力幅： 彎曲平均應力： 扭轉平均應力：b、材料的疲勞極限：根據(jù)，查（1）第131 計算與說明主要結果 c、截面應力集中系數(shù)：查（1）第153頁附表6-1得 d、表面狀態(tài)系數(shù)及尺寸系數(shù)：查（1）第156頁附表6-5、附表6-4得 e、分別考慮彎矩或扭矩作用時的安全系數(shù)： 故安全。計算與說明主要結果低速斜齒圓柱齒輪軸的設計1、傳動件的作用力計算由前面計算可知： 圓周力：徑向力：軸向力：2、 選擇軸的材料與機

14、械性能由于無特殊要求，低速斜齒圓柱齒輪軸的材料和機械性能的選取與高速軸的選擇相同。3、 軸的結構設計（1） 初步計算軸的最小直徑d3min,取c=110（低速軸的轉矩較大）按軸徑的優(yōu)先系列，考慮到軸端裝聯(lián)軸器需要鍵槽，將軸徑增加4%5%，故取軸的直徑為35mm。（2） 設計軸的其余各段的直徑和長度a、 軸的其余徑向尺寸的確定軸上所支承的零件主要有大斜齒輪、軸端聯(lián)軸器、滾動軸承。根據(jù)軸的轉速、受力情況，初選圓錐滾子軸承30208，其尺寸ddb為408018。根據(jù)軸的最小直徑初選彈性柱銷聯(lián)軸器。因裝拆加工需要，相鄰軸段直徑之差應取13mm，用軸肩定位的相鄰軸徑的直徑一般相差510mm。軸上裝軸承、

15、聯(lián)軸器處的軸徑取相應的標準值。b、 軸的軸向尺寸的確定軸的軸向尺寸分三段l1、l2、l3來考慮?？紤]到兩軸承間的距離要與中間軸的兩軸承間的距離相等，大斜齒輪的位置要與中間軸的小斜齒輪正確嚙合，外伸軸要足夠計算與說明主要結果外伸軸要足夠長至聯(lián)軸器且與軸承互不干涉，故取 l1=66.5mm， l2=79.5mm， l3=100mm4、 按彎矩合成校核（1） 畫軸的受力圖（如圖 所示）（2） 計算作用于軸上的支反力水平面內支反力 ， 垂直面內支反力 （3） 計算軸的彎矩，并畫彎矩、轉矩圖（如圖 所示）（4） 計算并畫當量彎矩圖轉矩按脈動循環(huán)變化計算，取，則 按計算，并畫當量彎矩圖。（5） 校核軸的強

16、度根據(jù)軸的結構尺寸和當量彎矩圖可知，截面彎矩最大，且截面積較小，屬于危險截面。其它截面處的當量彎矩為 強度校核：考慮鍵槽的影響，查（1）第157頁附表6-8計算可得： l1=66.5mm l2=79.5mm l3=100mm計算與說明主要結果 而 故安全。5、 按安全系數(shù)校核 （1）判斷危險截面 截面處有應力集中源（鍵槽、齒輪和軸的配合），且當量彎矩最大，故確定為危險截面。 （2）疲勞強度校核 a、截面上的應力：彎曲應力幅： 扭轉應力幅： 彎曲平均應力： 扭轉平均應力： b、材料的疲勞極限：根據(jù)，查（1）第131頁表6-1得 c、截面應力集中系數(shù)：查（1）第153頁附表6-1得 d、表面狀態(tài)系

17、數(shù)及尺寸系數(shù)：查（1）第156頁附表6-5、附表6-4得 e、分別考慮彎矩或扭矩作用時的安全系數(shù)： 計算與說明主要結果故安全。軸承的選擇與校核1、 高速圓錐齒輪軸軸承的校核（1） 高速圓錐齒輪軸選用角接觸球軸承7206c。查（2）第193頁表9-19得： 查（1）第200頁表8-8得： （2） 軸上受力分析計算與說明主要結果軸上傳遞的轉矩 ： 齒輪的圓周力：齒輪的徑向力：齒輪的軸向力：（3） 計算作用于軸上的支反力前面已求得： ， ， 所以有： （4） 計算派生軸向力 計算與說明主要結果（5） 計算軸承所受的軸向載荷 所以，軸承1被壓緊，軸承2被放松。由此得 ， （6） 計算當量動載荷軸承1：

18、 查（1）第199頁表8-7，并用線性插值法可求得： 查得：徑向動載荷系數(shù) 軸向動載荷系數(shù)故軸承1的當量動載荷為 軸承2： 查（1）第199頁表8-7，并用線性插值法可求得： 查得：徑向動載荷系數(shù) 軸向動載荷系數(shù)故軸承2的當量動載荷為計算與說明主要結果 （7） 計算軸承壽命查（1）第198頁表8-6，可得預期計算壽命因，故應按軸承2 來計算壽命。因為球軸承應取，所以 所以軸承7206c合格。2、 中間軸軸承的選擇與校核（1） 中間軸選用角接觸球軸承7207c，采用正裝。查（2）第193頁表9-19得： 查（1）第200頁表8-8得： （2） 計算徑向力前面已求得： ， ， 所以有： （3） 計

19、算派生軸向力 計算與說明主要結果查（1）第201頁表8-9可得： ，故 ， （4） 計算軸承所受的軸向載荷已知 所以，軸承2被壓緊，軸承1被放松。由此得 ， (5) 計算當量動載荷軸承1： 查（1）第199頁表8-7，并用線性插值法可求得： 查得：徑向動載荷系數(shù)用線性插值法求得軸向動載荷系數(shù)故軸承1的當量動載荷為 軸承2： 查（1）第199頁表8-7，并用線性插值法可求得： 查得：徑向動載荷系數(shù) 計算與說明主要結果軸向動載荷系數(shù)故軸承2的當量動載荷為 (6) 計算軸承壽命查（1）第198頁表8-6，可得預期計算壽命因，故應按軸承2 來計算壽命。因為球軸承應取，所以 所以軸承7208c合格3、 低速斜齒圓柱齒輪軸的選擇與校核（1） 低速圓柱齒輪軸選用圓錐滾子軸承30208，采用正裝。查（2）第193頁表9-19得： 查（1）第200頁表8-8得： （2） 計算徑向力 計算與說明主要結果（3） 計算派生軸向力查（1）第201頁表8-9可得： ，查（2）第182頁表9-16可得y=1.6。故 ， （4） 計算軸承所受的軸向載荷 所以，軸承1被壓緊，軸承2被放松。由此得 ， （5）計算當量動載荷查（1）第1