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機械設計 課程設計說明書 設計題目 圓錐齒輪減速器 機械工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè) 班級 機英101 學號….. 設計人 … 指導教師 …. 完成日期 2012.12.17 目錄 一、 設計任務書--------------------------------------2 二、 傳動方案的擬定及說明----------------------------3 三、 電動機的選擇------------------------------------3 四、 傳動裝置的總傳動比及其分配----------------------5 五、 傳動裝置的運動和動力參數(shù)------------------------5 六、 傳動零件的設計計算------------------------------7 七、 軸的設計計算及校核------------------------------12 八、 鍵連接的選擇及校核------------------------------21 九、 軸承壽命校核------------------------------------21 十、 聯(lián)軸器的選擇和校核------------------------------25 十一、 減速器附件的選擇--------------------------------25 十二、 潤滑和密封的選擇，裝油量計算--------------------26 十三、 鑄鐵減速器箱體結構尺寸--------------------------27 十四、 設計小結----------------------------------------28 一、設計任務書 設計一個帶式運輸機用單級圓錐齒輪減速器，其傳動簡圖如圖1-1所示。 單班工作，每班8小時，載荷平穩(wěn)，大修期4年，使用年限8年（每年工作300天）。立軸的速度允許誤差5%，小批量生產(chǎn)。 原始數(shù)據(jù) 方案 1 2 3 4 傳遞帶所需功率 P（KW） 3.5 3.5 4.5 4.5 卷筒轉速n（） 140 150 160 170 以方案1的數(shù)據(jù)進行設計 設計計算及說明 結果 二、傳動方案的擬定及說明 1.機構類型 采用單級圓錐齒輪減速器 2.傳動布置 如圖所示 三、選擇電動機 1.電動機的類型 按工作條件，選用一般用途的Y系列三相異步電動機 2.選擇容量 （1）工作機所需功率即卷筒軸輸出功率 （2）電動機輸出功率 設計計算及說明 結果 傳動裝置總效率 V帶傳動效率；滾動軸承傳動效率； 圓錐齒輪傳動效率；彈性聯(lián)軸器效率；卷筒軸滑動軸承效率 則 故 （3）確定電動機額定功率 由表20-1選取 3.選擇轉速 為了便于電機轉速的選擇，先推算電機轉速范圍。由表2-1查的v 帶傳動常用傳動比，單級圓錐齒輪傳動比范圍， 電機轉速范圍可選為 4.確定電動機型號 根據(jù)電機的轉速范圍,可選同步轉速為或 的電機，現(xiàn)就兩種電機方案進行比較，列表如下： 方案 電機型號 額定功率(kw) 電機轉速 質(zhì)量 (KG) 總傳動比 V帶傳動比 單級減速器 同 步 滿 載 1 Y132S-4 5.5 1500 1440 68 10.29 3.5 2.94 2 Y132M-6 5.5 1000 960 84 6.86 2.5 2.744 方案2傳動比較小，傳動尺寸較小所以選用型號Y132M-6 設計計算及說明 結果 四、傳動裝置的總傳動比及其分配 1.總傳動比 2.分配傳動比 分配傳動比：取V帶傳動比，則圓錐齒輪傳動比 符合單級圓錐齒輪減速傳動比常用范圍。 五、傳動裝置的運動和動力參數(shù) 1.各軸轉速n（） 電動機為0軸，減速器高速軸為I軸，低速軸為Ⅱ軸 2.各軸輸入功率P（Kw） 按電動機額定功率計算各軸輸入功率 設計計算及說明 結果 3.各軸輸入轉矩T（） 0軸： I軸： II軸： 項目 電動機軸0軸 高速軸Ⅰ軸 低速軸Ⅱ軸 轉速r/min 960 384 140 功率kw 5.5 5.225 4.97 轉矩Nm 54.71 129.94 339 設計計算及說明 結果 六、傳動零件的設計計算 （一）錐齒輪設計 1.選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù) 1) 此題目選用的標準直齒錐齒輪 2) 運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度 3) 材料選擇，由表10-1選擇小齒輪材料為40r(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度240HBS,兩者硬度差40HBS 4) 選小齒輪齒數(shù),則大齒輪齒數(shù)為 2.按齒面彎曲疲勞強度設計 （1）確定式中各計算數(shù)值 1) 試選定載荷系數(shù) 2) 計算小齒輪傳遞的轉矩 3) 選擇最常用的齒寬系數(shù) 4) 由表10-6查的材料彈性影響系數(shù) 5) 由圖10-21查得小齒輪接觸疲勞強度極限 大齒輪接觸疲勞強度極限 6) 計算應力循環(huán)次數(shù) 7) 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 設計計算及說明 8）計算接觸疲勞許用應力 取是小概率為1%,安全系數(shù)S=1 (2)計算 1）計算小齒輪分度圓直徑（帶入中較小的值） 2）計算圓周速度 3）計算錐距和齒寬 大端模數(shù) 齒高 4）計算載荷系數(shù) 根據(jù)v=1.99m/s ,7級精度由圖10-8查得動載荷系數(shù) 由表10-9查得軸承系數(shù) 載荷系數(shù) 設計計算及說明 結果 5）按實際載荷系數(shù)校正所算分度圓直徑 6）計算模數(shù) 3.按齒根彎曲強度設計 由公式10-24得彎曲強度設計公式 （1） 確定公式中個參數(shù)數(shù)值 1）由圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強度極限 大齒輪彎曲疲勞強度極限 2）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 3）計算彎曲疲勞許用應力 取安全系數(shù)S=1.4 4）計算載荷系數(shù) 5）查取齒形系數(shù) 6）查取應力校正系數(shù) 7）計算大小齒輪并比較 設計計算及說明 結果 （2）設計計算 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)，并就近圓整為標準值 按接觸疲勞強度算的分度圓直徑 算得小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 這樣計算的齒輪傳動即滿足接觸疲勞強度，又滿足齒根彎曲疲勞強度并且做到結構緊湊，避免浪費。 4.幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 （2） 計算錐距 （3）計算尺寬 設計計算及說明 結果 大小齒輪的相關參數(shù) 齒輪 小齒輪 大齒輪 分度圓直徑 齒數(shù) 大端模數(shù) 節(jié)錐角 錐距 齒寬 變位系數(shù) 齒頂高 齒根高 齒根角 齒頂角 齒頂圓直徑 設計計算及說明 結果 七、軸的設計計算及校核 （一）高速軸的設計計算及校核 1.算出Ⅰ軸的功率、轉速、轉矩 2.作用在齒輪上的力 3.初步確定軸的最小值徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表15-3，取 =28mm 4.軸的結構設計 （1）擬定軸上零件裝配方案如圖所示 設計計算及說明 結果 （2）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 最細處與皮帶輪相連 1） Ⅰ段直徑為28mm，為滿足軸端要求Ⅱ段為36mm 2） 初步選擇滾動軸承，因軸承同時受到徑向和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)Ⅱ段直徑36mm，初步選擇0基本游隙組，標準精度等級的單列圓錐滾子軸承33108其尺寸 故Ⅲ段直徑選為40mm Ⅲ段和Ⅳ段長度定為26mm 兩端軸承采用軸肩定位，由設計手冊上查得定位軸肩高度h=3.5mm，因此Ⅳ段直徑取47mm 3） 右端齒輪與右軸承用套筒定位，齒輪左側距內(nèi)壁a=10m已知齒輪輪轂寬度62mm，暫取69mm 4） 軸承端蓋 軸承端蓋總寬度為20mm。根據(jù)端蓋的裝卸及便于對軸承添加潤滑脂?、蚨伍L度為50mm (3) 軸上零件的周向定位 由表6-1選擇普通平鍵 (左) 左鍵槽用銑刀加工長為40mm,右鍵槽用銑刀加工長為50mm (4) 確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為，軸肩圓角R1.2 設計計算及說明 結果 5.求高速軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從設計手冊上查得a值為18mm,并計算出L1=98 L2=64 L3=88 設計計算及說明 結果 軸I載荷 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T 設計計算及說明 結果 6．按彎扭合成校核軸的強度 由受力分析，只校核危險截面的強度即可。根據(jù)式15-5及表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取α=0.6，軸的計算應力 =40.1Mpa 因已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表15-1得。因此 ，故安全。 （二）低速軸的設計計算及校核 1.算出Ⅱ軸的功率、轉速、轉矩 2.作用在齒輪上的力 3.初步確定軸的最小值徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理根據(jù)表15-3，取 =36mm 低速軸的最小直徑顯然是安裝在聯(lián)軸器處的直徑。為使所選軸與聯(lián)軸器孔相互適應，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。 設計計算及說明 結果 聯(lián)軸器的計算轉矩 （取） 計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查機械設計手冊，選用LX3彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩，許用轉速4750r/min,軸徑在30-48mm之間。半聯(lián)軸器孔直,故取，半聯(lián)軸器長度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。 4.軸的結構設計 （1）擬定軸上零件的裝配方案 (2) 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 1) 為了滿足半聯(lián)軸器的定位要求,Ⅰ段右側需要制出一個軸肩,故取Ⅱ段直徑為45mm,為了保證軸端擋圈不壓在軸上，現(xiàn)?、穸伍L度為82mm。 2) 初步選擇滾動軸承 因為軸承同時受到軸向力和徑向力的作用，所以選擇圓錐滾子軸承，參照工作要求病根據(jù)Ⅱ段直徑為45mm，選擇軸承型號為32010其尺寸為左端軸承采用軸肩定位，由機械手冊查得32010軸承軸肩定位高度為5mm，?、舳沃睆綖?0mm。 3) 取安裝齒輪處的軸段直徑為55mm，齒輪右端與軸承采用套筒定位，已知齒輪寬度為57mm，此軸段應該略短于齒 輪寬度，故?、醵伍L度為55mm，齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度。 4) 軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承蓋結構設計而定）。 5）取齒輪距離箱體內(nèi)壁的距離a=15mm，在確定滾動軸承位置時，應距離箱體內(nèi)壁一段距離s,取s=4mm, 故先取Ⅵ段長度為39mm。 （3）軸上零件的周向定位 均采用普通平鍵聯(lián)接，按表6-1查得平鍵截面鍵槽用銑槽銑刀加工，長為40mm，同時保證齒輪與軸配合有良好對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸聯(lián)接選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為，滾動軸承與軸定位是有過度配合保證的，此處軸的直徑尺寸公差為m6。 (4) 確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為，軸肩圓角R1.2 5.求低速軸上的載荷 根據(jù)結構圖畫出計算簡圖。從設計手冊上查得軸承支點位置，對于32010型軸承 a=18mm. 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T 6.按照彎扭合成應力校核強度 進行校核時只需要校核危險截面處即D=55mm處，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，以及單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)應力，取軸的計算應力： 因已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表15-1得。因此 ，故安全。 八、鍵連接的選擇及校核 鍵的材料均選用鋼。由機械設計書表6-2 =100~120MPa，取中間值=110MPa。 據(jù)式校核各處鍵連接。 其中k=0.5h,h為建的高度。圓頭平鍵l=L-b，L為鍵的公稱長度，b為鍵的寬度。 1. 高速軸上與帶輪聯(lián)接的普通平鍵的校核 2. 高速軸上與齒輪聯(lián)接處鍵的校核 3. 低速軸上與齒輪聯(lián)接處鍵的校核 4.低速軸上與聯(lián)軸器聯(lián)接處鍵的校核 九、軸承壽命校核 由機械設計書式13-5知，軸承的壽命計算公式為 對于滾子軸承=10/3。 又查手冊知，33108型圓錐滾子軸承基本額定動載=, 32010型圓錐滾子軸承基本額定動載=。 1.校核高速軸軸承33108 1）求兩軸承受到的徑向載荷Fr1和Fr2 2）求兩軸承的計算軸向力 先從機械設計手冊上查得e=0.36 Y=1.7 3) 求軸承的當量動載荷 對軸承1， 對軸承2， 因軸承運轉中有中等沖擊載荷，按表13-6，取 P1 > P2,按照P1進行演算校核 故所選軸承滿足壽命要求 2.低速軸軸承壽命校核 1）求兩軸承受到的徑向載荷Fr1和Fr2 2）求兩軸承的計算軸向力 先從機械設計手冊上查得e=0.42 Y=1.4 3) 求軸承的當量動載荷 對軸承1， 對軸承2， 因軸承運轉中有中等沖擊載荷，按表13-6，取 P1 < P2,按照P2進行演算校核 十、聯(lián)軸器的選擇和校核 1.類型的選擇 為隔離震動與沖擊，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器 2.載荷的計算 公稱轉矩 由表14-1查得 計算轉矩 3.型號的選擇 從機械設計手冊上查得LX3彈性柱銷聯(lián)軸器 許用轉矩1250Nm，許用轉速4750r/min,軸徑在30-48mm之間。 故合用。 十一、減速器附件的選擇 1.放油孔和螺塞 為了換油及清洗箱體時排出油污，排油孔螺塞材料一般采用Q235，排油孔螺塞的直徑可按箱座壁厚的倍選取。排油孔應設在便于排油的一側，必要時可在不同位置兩個排油孔以適應總體布局之需。根據(jù)機械設計圖冊，選用的螺塞。 2.油標 根據(jù)機械設計圖冊，選用M12型游標尺（管狀油標）。 3.通氣器 為溝通箱體內(nèi)外的氣流使箱體內(nèi)的氣壓不會因減速器運轉時的溫升而增大，從而造成減速器密封處滲漏，在箱蓋頂部或檢查孔蓋板上安裝通氣器。從機械設計圖冊上查得通氣器尺寸。 4.起蓋螺釘 箱蓋，箱座裝配時在剖分面上涂密封膠給拆卸箱蓋帶來不便，為此常在箱蓋的聯(lián)接凸緣上加工出螺孔，拆卸時，擰動裝與其中的起蓋螺釘便可方便地頂起箱蓋。起蓋螺釘材料為35號鋼，起蓋螺釘?shù)某叽缍ㄎ籑8。 5.定位銷 為確定箱座與箱蓋的相互位置，保證軸承座孔的鏜孔精度與裝配精度，應在箱體的聯(lián)接凸緣上距離盡量遠處安置兩個定位銷，并盡量設置在不對稱位置，選用M6普通柱銷。 6.窺視孔蓋 為了檢查傳動件嚙合情況，潤滑狀態(tài)以及向箱內(nèi)注油，在箱蓋上部便于觀察傳動件嚙合區(qū)的位置開足夠大的檢查孔，平時則將檢查孔蓋板蓋上并用螺釘予以固定，蓋板與箱蓋凸臺接合面間加裝防滲漏的紙質(zhì)封油墊片。窺視孔的尺寸為 7.軸承蓋 軸承蓋結構采用螺栓固定式軸承蓋，材料為鑄鐵（HT150），當軸承采用輸油溝飛濺潤滑時為使油溝中的油能順利進入軸承室，需在軸承蓋端部車出一段小直徑和銑出徑向對稱缺口。軸承蓋螺栓直徑M10，螺釘數(shù)目為4。 8.套杯 套杯可用作固定軸承的軸向位置，同一軸線上兩端軸承外徑不相等時使座孔可一次鏜出，調(diào)整支承的軸向位置。 十二、潤滑和密封的選擇，潤滑劑的牌號及裝油量計算 該減速器采用油潤滑，對于的齒輪傳動可采用油潤滑，將齒輪浸入油中。當齒輪回轉時粘在其上的油液被帶到嚙合區(qū)進行潤滑，同時油池的油被甩上箱壁，有助散熱。 為避免浸油潤滑的攪油功耗太大和保證齒輪嚙合區(qū)的充分潤滑，整個大圓錐齒輪寬至少半個齒輪寬浸入潤滑油中。為了有利于散熱，每傳遞1KW功率的需油量約為，所以此減速器的需油量為。減速器采用鈣鈉基潤滑脂。 軸承蓋處采用J型密封，材料為橡膠。 十三、鑄鐵減速器箱體結構尺寸 名稱 符號 規(guī)格尺寸（mm） 箱座壁厚 箱蓋壁厚 箱體凸緣厚度 加強肋厚度 地腳螺釘直徑和數(shù)目 軸承旁聯(lián)接螺釘直徑 箱蓋箱座連接螺釘直徑 軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目 軸承蓋外徑 觀察孔螺釘直徑 軸承旁凸臺高度和半徑 箱體外壁至軸承座端面距離 十四、設計小結 通過這次機械設計課程設計學到了很多知識而且對以往所學的知識進行了鞏固，更加熟練的學會用Autocad繪制裝配圖和零件圖，學會了使用機械設計手冊，并提高了綜合應用各方面知識能力。在這段設計時間內(nèi)的確遇到了各種麻煩，但經(jīng)過和同學討論學習最終得以解決。但這次設計的結果并不是很理想，尤其在尺寸確定方面，草圖的繪制也出現(xiàn)了不少問題，存在明顯的尺寸不吻合現(xiàn)象，對于這種問題并沒能很好的解決，但經(jīng)過這次的教訓，下次一定會再努力做好些。 參考資料 [1]陳殿華主編.機械設計課程設計指導書.大連：大連大學機械工程學院 [2]濮良貴、紀名剛主編.機械設計.第八版.北京：高等教育出版社. [3]孫桓、陳作模、葛文杰主編.機械原理.第七版.北京：高等教育出版 社. [4]毛謙德、李振清主編.機械設計手冊.第三版.機械工業(yè)出版社. [5]龔溎以主編.機械設計課程設計圖冊.第三版.高等教育出版社.