機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-圓錐斜齒圓柱齒輪減速器

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目 圓錐斜齒圓柱齒輪減速器機(jī) 械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 專業(yè)機(jī) 02-4 班設(shè) 計(jì) 者 指導(dǎo)老師 目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)(1)二、 設(shè)計(jì)方案分析(1)三、 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析(2)四、 原動(dòng)件的選擇(2)五、 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)力參數(shù)選擇與計(jì)算(3)六、 傳動(dòng)零件的計(jì)算(4)七、 軸的計(jì)算.(11)八、 軸承的選擇.(21)九、 連接件的計(jì)算.(28)十、 潤(rùn)滑、密封.(29)十一、 三維圖(30)十二、 小結(jié)(33)參考資料(34)附錄 .(35)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圓錐斜齒圓柱齒輪減速器一、設(shè)計(jì)任務(wù)要求：該減速器用于港口運(yùn)輸貨物雙班制工作，工作有輕微震動(dòng)。每年按300天計(jì)算

2、，軸承壽命為齒輪壽命的三分之一以上。已知：運(yùn)輸拉力為1140n，速度為2.25m/s。卷筒直徑300mm，使用年限10年。計(jì)算與說明主要結(jié)果二、設(shè)計(jì)方案分析 i 擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)因?yàn)檠b置的載荷平穩(wěn)，長(zhǎng)期工作，因此可選用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，改電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維護(hù)容易，價(jià)格低廉，、配調(diào)速裝置，可提高起動(dòng)性能。ii確定電動(dòng)機(jī)功率和型號(hào)運(yùn)輸帶機(jī)構(gòu)輸出的功率：傳動(dòng)系得總的效率： 電機(jī)所需的功率為： 由題意知，直齒錐形齒輪放在第一級(jí)，不宜傳輸過大的轉(zhuǎn)矩，同功率的電機(jī)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(zhuǎn)速9

3、60/min.二、傳動(dòng)比的計(jì)算與分配卷筒的轉(zhuǎn)速（r/min）總傳動(dòng)比: 取高速級(jí)錐形齒輪傳動(dòng)比,斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)比: 三、 各軸的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)速1，各軸的轉(zhuǎn)速可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和各相鄰軸間的傳動(dòng)比進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)速（r/min）。 計(jì)算與說明主要結(jié)果2，各軸的輸入功率（kw） 3，各軸輸入扭矩的計(jì)算 將以上算得的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)列表如下：i軸ii軸iii軸轉(zhuǎn)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(dòng)比（i）1.494效率（）0.950.97四：傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算和軸系零件的選擇。1， 傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算。因

4、該例中的齒輪傳動(dòng)均為閉式傳動(dòng)，其失效形式主要是點(diǎn)蝕。（1） 要求分析1） 使用條件分析對(duì)于錐形齒輪主動(dòng)輪有： 傳動(dòng)功率： 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速：齒數(shù)比：1：49圓周速度：估計(jì) 計(jì)算與說明主要結(jié)果2） 設(shè)計(jì)任務(wù)確定一種能滿足功能要求和設(shè)計(jì)約束的較好的設(shè)計(jì)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(jì)算許用應(yīng)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(dòng)，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(diào)質(zhì)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(yīng)力 a: 確定極限應(yīng)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(jì)算應(yīng)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(jì)算許用應(yīng)力 由表34，取 由許用應(yīng)力接觸疲勞應(yīng)力公式（311）=580mpa,=550 mpa=220 mpa=210 mpa計(jì)算與說明主要結(jié)果由許用應(yīng)力接觸疲勞應(yīng)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(shí)用性）2） 選擇齒輪精度等級(jí)

6、按估計(jì)的圓周速度和功能條件要求選擇8級(jí)精度。3） 初選參數(shù)初選 4） 初步計(jì)算齒輪的主要尺寸因電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，有輕微震動(dòng)，查表31得。取 則載荷系數(shù)k因?yàn)闉橹饼X圓錐齒輪，取變位系數(shù)x=0。查圖3 11，得節(jié)點(diǎn)系數(shù) 查表32得材料的系數(shù) 由式（322），可初步計(jì)算出齒輪的分度圓直徑 m 等主要參數(shù)。計(jì)算與說明主要結(jié)果驗(yàn)算圓周速度 與估計(jì)值近似，且不超過速度允許值。確定主要傳動(dòng)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(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度條件 因?yàn)辇X形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)按當(dāng)量齒數(shù)算。其中 齒形系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù) 計(jì)算與說明主要結(jié)果齒輪的工作應(yīng)力：直齒輪圓錐齒輪的設(shè)計(jì)結(jié)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(shè)計(jì)（1） 選擇齒輪材料考慮加工的成本和實(shí)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(hào)鋼。調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度230255hbs 小齒輪：45號(hào)鋼。正火處理，齒面硬度190217hbs（2） 確定許用應(yīng)力 a: 確定極小應(yīng)力和齒面硬度：小齒輪按230hbs，大齒輪按190hbs，得 b ：計(jì)算應(yīng)力循環(huán)數(shù)n，確定壽命系數(shù) 得： 計(jì)算與說明主要結(jié)果c：計(jì)算許用應(yīng)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(jí) 按估計(jì)的圓周速度，由表35，初選用8級(jí)精度。3） 初選參數(shù)。 4） 初步確定齒輪的主要尺寸。因?yàn)殡妱?dòng)驅(qū)動(dòng)，有輕微震動(dòng)，查表31得，因?yàn)辇X輪速度不高，取因?yàn)閷?duì)稱布局，軸的剛性小。取因?yàn)樾饼X且精度高于7級(jí)。取 確定 由圖311得，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.45 =2.45計(jì)算與說明主要結(jié)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 則圓整取a=11

9、5mm修改螺旋角 以上驗(yàn)算數(shù)據(jù)基本上與估計(jì)計(jì)算近似且 計(jì)算齒寬：取42mm =0.8mma=115mm計(jì)算與說明主要結(jié)果5） 驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度條件。（1） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。 （2） 計(jì)算彎曲應(yīng)力。查圖314和圖315得 取 則彎曲應(yīng)力為斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)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(jì)算與說明主要結(jié)果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中間軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、 傳動(dòng)件的作用力計(jì)算（1） 錐形齒輪的作用力計(jì)算由錐齒輪嚙合時(shí)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(jì)算

10、由前面計(jì)算可知： 圓周力：徑向力：軸向力：2、 選擇軸的材料與機(jī)械性能由于該軸無特殊要求，軸的材料和機(jī)械性能的選擇與高速軸的選擇相同。計(jì)算與說明主要結(jié)果3、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1） 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步計(jì)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(shè)計(jì)其余各軸段的直徑和長(zhǎng)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(dòng)軸承，根據(jù)軸的受力和轉(zhuǎn)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(yīng)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(nèi)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(yàn)算考慮是否可以采用齒輪與軸一體的設(shè)計(jì)。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(yīng)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(shè)該軸的中點(diǎn)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(yīng)距a點(diǎn)距離為c=1122.5計(jì)算與說明主要結(jié)果考慮齒輪面與箱體內(nèi)壁的距離，故軸的軸向尺寸可全部定下來，即： 。c、 軸的定位設(shè)計(jì)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(jì)算作用于軸上的支反力水平面內(nèi)支反力 ， 垂直面內(nèi)支反力 （3） 繪制軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖分別做出垂直面和水平面內(nèi)的彎矩圖（如圖 所示），并按進(jìn)行彎矩合成，畫出轉(zhuǎn)矩圖（如圖 所示）（4） 計(jì)算并畫當(dāng)量彎矩圖轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算，取，則 按計(jì)算，并畫當(dāng)量彎矩圖。（5） 校核軸的強(qiáng)度根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩圖可知， 計(jì)算與說明主要結(jié)果截面彎矩最截面處彎矩也較大，且截面積較小，屬于危險(xiǎn)截面。截面處的當(dāng)量彎矩為 截面處的當(dāng)量彎矩為 強(qiáng)度校核：考慮鍵槽的影響，查（1）第157頁附表6-8計(jì)算可得：

13、故安全。5、 按安全系數(shù)校核 （1）判斷危險(xiǎn)截面 截面，都有應(yīng)力集中點(diǎn)，且當(dāng)量彎矩較大，故確定為危險(xiǎn)截面。因截面處應(yīng)力最大，故以校核。 （2）疲勞強(qiáng)度校核a、截面上的應(yīng)力： 彎曲應(yīng)力幅： 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅： 彎曲平均應(yīng)力： 扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力：b、材料的疲勞極限：根據(jù)，查（1）第131 計(jì)算與說明主要結(jié)果 c、截面應(yīng)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(shí)的安全系數(shù)： 故安全。計(jì)算與說明主要結(jié)果低速斜齒圓柱齒輪軸的設(shè)計(jì)1、傳動(dòng)件的作用力計(jì)算由前面計(jì)算可知： 圓周力：徑向力：軸向力：2、 選擇軸的材料與機(jī)

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(jī)械性能的選取與高速軸的選擇相同。3、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1） 初步計(jì)算軸的最小直徑d3min,取c=110（低速軸的轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)軸的其余各段的直徑和長(zhǎng)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(dòng)軸承。根據(jù)軸的轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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。考慮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(jì)算與說明主要結(jié)果外伸軸要足夠長(zhǎng)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(jì)算作用于軸上的支反力水平面內(nèi)支反力 ， 垂直面內(nèi)支反力 （3） 計(jì)算軸的彎矩，并畫彎矩、轉(zhuǎn)矩圖（如圖 所示）（4） 計(jì)算并畫當(dāng)量彎矩圖轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算，取，則 按計(jì)算，并畫當(dāng)量彎矩圖。（5） 校核軸的強(qiáng)

16、度根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩圖可知，截面彎矩最大，且截面積較小，屬于危險(xiǎn)截面。其它截面處的當(dāng)量彎矩為 強(qiáng)度校核：考慮鍵槽的影響，查（1）第157頁附表6-8計(jì)算可得： l1=66.5mm l2=79.5mm l3=100mm計(jì)算與說明主要結(jié)果 而 故安全。5、 按安全系數(shù)校核 （1）判斷危險(xiǎn)截面 截面處有應(yīng)力集中源（鍵槽、齒輪和軸的配合），且當(dāng)量彎矩最大，故確定為危險(xiǎn)截面。 （2）疲勞強(qiáng)度校核 a、截面上的應(yīng)力：彎曲應(yīng)力幅： 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅： 彎曲平均應(yīng)力： 扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)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(yīng)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(shí)的安全系數(shù)： 計(jì)算與說明主要結(jié)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(jì)算與說明主要結(jié)果軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩 ： 齒輪的圓周力：齒輪的徑向力：齒輪的軸向力：（3） 計(jì)算作用于軸上的支反力前面已求得： ， ， 所以有： （4） 計(jì)算派生軸向力 計(jì)算與說明主要結(jié)果（5） 計(jì)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(jì)算當(dāng)量動(dòng)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(dòng)載荷系數(shù) 軸向動(dòng)載荷系數(shù)故軸承1的當(dāng)量動(dòng)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(dòng)載荷系數(shù) 軸向動(dòng)載荷系數(shù)故軸承2的當(dāng)量動(dòng)載荷為計(jì)算與說明主要結(jié)果 （7） 計(jì)算軸承壽命查（1）第198頁表8-6，可得預(yù)期計(jì)算壽命因，故應(yīng)按軸承2 來計(jì)算壽命。因?yàn)榍蜉S承應(yīng)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(jì)算徑向力前面已求得： ， ， 所以有： （3） 計(jì)

19、算派生軸向力 計(jì)算與說明主要結(jié)果查（1）第201頁表8-9可得： ，故 ， （4） 計(jì)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(jì)算當(dāng)量動(dòng)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(dòng)載荷系數(shù)用線性插值法求得軸向動(dòng)載荷系數(shù)故軸承1的當(dāng)量動(dòng)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(dòng)載荷系數(shù) 計(jì)算與說明主要結(jié)果軸向動(dòng)載荷系數(shù)故軸承2的當(dāng)量動(dòng)載荷為 (6) 計(jì)算軸承壽命查（1）第198頁表8-6，可得預(yù)期計(jì)算壽命因，故應(yīng)按軸承2 來計(jì)算壽命。因?yàn)榍蜉S承應(yīng)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(jì)算徑向力 計(jì)算與說明主要結(jié)果（3） 計(jì)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(jì)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(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷查（1）第1