1、 第 1 页 共 26 页 毕 业 设 计 (论文 ) 题 目 名 称 10KW 圆锥圆柱齿轮减速器的设计 题 目 类 别 学 院（系） 山 东 理 工 专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 开题报告日期 第 2 页 共 26 页 目 录 1 引言 1 2 传动装置的总体设 计 1 2.1 拟订传动方案 1 2.2 电动机的选择 2 2.3 确定传动装置的传动比及其分配 3 2.4 计算传动装置的运动和动力参数 3 3 传动零件的设计计算 4 3.1 高速级 圆锥齿轮传动设计 4 3.2 低速级 圆柱直齿轮设计 8 4 轴的设计 11 4.1 中间轴的设计 11 4.2 高速轴的设
2、计 16 4.3 低速轴的设计 17 5 轴承的选择和计算 18 5.1 中间轴的轴承的选择和计算 18 5.2 高速轴的轴承的选择和计算 19 5.3 低速轴的轴承的选择和计算 19 6 减速器铸造箱体的主要结构尺寸 19 7 键联接的选择和强度校核 21 7.1 中间 轴与 齿轮联接用键的选择和强度校核 21 8 结 论 23 9 致 谢 24 10 参考文献 26 第 3 页 共 26 页 1 引言 减速器是机械行业中较为常见而且比较重要的机械传动装置。减速器的种类非常多，各种减速器的设计各有各的特点，但总的设计步骤大致相同。其设计都是根据工作机的性能和使用要求，如传递的功率大小、转速和
3、运动方式，工作条件，可靠性，尺寸，维护等等。本文是关于圆锥齿轮减速器的设计，主要用于 搅拌机 的传送。这种减速器相对于其他种类的减速器来讲，运用不是很广泛。本课题主要通 过计算机辅助设计（ CAD）完成。计算机辅助设计及辅助制造（ CAD/CAM）技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术，通过本课题的研究，将进一步深入地对这一技术进行了解和学习。 2 传动装置的总体设计 2.1 拟订传动方案 本传动装置用于 搅拌机 ，工作参数：传动效率 =0.96，在室内工作（环境最高温度 35），载荷平稳，连续单向运转，使用寿命 24000 小时。本设计拟采用二级圆锥直齿轮减速器，锥齿轮应布置在高速级，
4、使其直径不至于过大，便于加工。传动简图如图 2-1 所示。 图 2-1 传动装置简图 1 电动机 2 传动带轮 3 二级圆锥齿轮减速器 4 输出轴 第 4 页 共 26 页 2.2 电动机的选择 （ 1）选择电动机的类型 按工作条件和要求，选用一般用途的 Y 系列三相异步电动机。 电压 380V。 （ 2）选择电动机的功率 电动机所需工作功率为： Pd =PW ； 查表确定各部分装置的效率： V 带传动效率 1=0.96，滚动轴承传动效率（一对） 2=0.99，圆锥齿轮传动效率 3=0.96，圆柱齿轮传动效率 4=0.99，联轴器传动效率 5=0.99，分析传动装置传动过程可得： 传动装置的总
5、效率为： = 1 24 3 4 5； 所以 =0.96 0.994 0.96 0.97 0.99 =0.894； 所以所需电动机功率为： Pd = PW =10/0.894=11.1 kW 查表，选取电 动机的额定功率 Pcd =12.5 kW。 （ 3）选择电动机的转速 通常， V 带的传动比范围为： i1=24,二级圆锥齿轮减速器传动比为：i2=815,则减速器的总传动比 i =1660， 符合这范围的电动机同步转速有 1000、 1500、 3000 r/min 三种，现以同步转速1000 r/min 和 1500 r/min 两种常用转速的电动机进行分析比较（查表） 综合考虑电动机和传
6、动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选 取比较合适的方案，现选用型号为 Y160M 4，其主要安装尺寸如下： 中心高： H=160 mm 外型尺寸： L（ AC AD） HD=600（ 325+255） 385 mm 轴伸尺寸： D=42 mm， E=110 mm 装键部分尺寸： F G D=12 37 42 mm 底脚安装尺寸： A B=254 210 mm 地脚螺栓孔直径： K=15 mm 第 5 页 共 26 页 2.3 确定传动装置的传动比及其分配 （ 1）减速器总传动比 ia=12.6（ nm 为满载转速） （ 2）分配传动装置各级传动比：取 V 带传动的传动比 i0=3
7、，则减速器的传动比为 i=ia/i0=12.6/3=4.2 为了避免圆锥齿轮过大，制造困难，并考虑齿轮的浸油深度，取高速级传动比 i1 =2，低速级传动比为 i2 =i/i1=2.1。 2.4 计算传动装置的运动和动力参数 （ 1）各轴的输入功率 轴 0（电动机轴）： P0= Pd =11.1 kW 轴（高速轴） P1 = P0 1=11.1 0.96=10.66kW 轴（中间轴） P2 = P1 23=10.66 0.99 0.96=10.13 kW 轴（低速轴） P3 = P2 24=10.13 0.99 0.97=9.73 kW （ 2）各轴的转速 轴 0： n0= nm =1460 r
8、/min 轴： n 1= n0 i01=1460 3=486.67 r/min 轴： n2 =n1 i12=486.67 2=243.335 r/min 轴： n3 =n2 i23=243.335 2.1=115.874 r/min （ 3）各轴的输入转矩 轴 0： T0=Td =9550mdnP =9550 14601.11 72.6N m 轴： T1 =955011nP =9550 67.48666.10 209.18 N m 轴： T2 =955022nP =9550 335.24313.10 397.57N m 第 6 页 共 26 页 轴： T3 =955033nP =9550 87
9、4.11573.9 801.92N m 表 2-1 设计轴的传动特性表 轴名 输入功率（ kW） 转速 n（ r/min） 输入转矩（ N m） 传动比 效率 电动机轴 11.1 1460 72.6 3 0.96 轴 10.66 486.67 209.18 2 0.96 轴 10.13 243.335 397.57 2.1 0.97 轴 9.73 115.874 801.92 3 传动零件的设计计 算 3.1 高速级圆锥齿轮传动设计 （ 1）选择齿轮类型、材料、精度以及参数 选用圆锥直齿齿轮传动 选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为 45 钢，小齿轮调质处理齿面硬度取 240HBS；大齿轮正火处
10、理齿面硬度取 200HBS。 选取齿轮为 8 级精度（ GB10095 88） 选取小齿轮齿数 Z1 =26， Z2 =1i Z1 =2 26 52 （ 2）按齿面接触疲劳强度设计 首先确定计算参数 （ a）使用系数 KA：查表得 KA=1.0 （ b）使用系数 KV：查图得 KV=1.3 （ c）齿间载荷分配系数 KHa：估计 KAKt/b100N/mm, cos 1 =12uu=1222=0.8944 第 7 页 共 26 页 cos 2 =112u=1212=0.4472 当量齿数： ZV1=Z1/cos 1 =26/cos 1 =29 ZV2=Z2/ cos 2 =52/ cos 2
11、=116 当量齿轮的重合度： v =1.88-3.2（ 1/ ZV1+1/ ZV2） =1.88-3.2（ 1/29+1/116） =1.742 Z =34 av=0.868 （ d） KH =1/ Z 2=1/（ 0.868） 2=1.33 （ e）查取齿向载荷分布系数 K =1.2 所以载荷 系数 K： K=KAKV KH K =1.0 1.3 1.3 1.2=2.028 转矩 T1=209.18N m=209180N mm （ f）查取齿宽系数 R =0.3 （ g）查得弹性影响系数 EZ =189.8 MPa （ h）查得区域系数 HZ =2.5 （ i）查取材料接触疲劳强度极限 li
12、mH ：查图得，小齿轮为 1limH =580Mpa,大齿轮 2limH =540 Mpa （ j）计算应力循环次数 N N1 =60 r thn1=60 1 24000 486.67=700.80 106 N 2 = iN1 =280.32 106 （ k）查表得：对 N1,取 m1=14.16,对 N2 取 m2=17.56（ m为疲劳曲线方程指数） ZN1=110mNN = 16.14 69 1080.700 10 =1.025 ZN2=220mNN =1.075 第 8 页 共 26 页 （ l）查得接触疲劳强度最小安 全系数 S minH =1.05 （ m）计算许用接触应力 H ：
13、 1H =min11limHNHS Z = 05.1 025.1580 =566.19 Mpa 2H =min22limHNHS Z =552.86 Mpa （ n）小齿轮大端分度圆直径 d1： 1d 3 2221 )()5.01( 4HHERRZZZKT =3 22 )86.5 5 2 8 6 7.05.28.1 8 9(5.2)3.05.01(3.0 2 0 9 1 8 00 2 8.24 =120.14mm 即 d1=120mm （ 3）确定主要参数： （ a）大端模数 m： m=d1/z1=120/26=4.62,即 m=4.6 （ b）大端分度圆直径 d1=m z1=26 4.6=1
14、19.6mm d2=mz2=239mm （ c）锥距 R： R= 22212 zzm =133.72 （ d）齿宽 b： b= R R=40.11，取整 b=40 (4)轮齿弯曲疲劳强度验算： （ a）齿形系数 YFa1=2.65, YFa2=2.15 （ b）应力修正系数 YSa 按当量齿数查图得： YSa1=1.67， YSa2=2.25 （ c）重合度系数 Y ： Y =0.25+av75.0 =0.25+ 747.175.0 =0.68 （ d）齿间载荷分配系数 KFa： KFa=1/ Y =1/0.68=1.47 载荷系数 K： K=2.028 第 9 页 共 26 页 （ e）齿根
15、工作应力 F ： 1F = 15.01 4 23212 111 mZ YYYKT RR SaFa= 15.24263.05.013.0 68.067.165.22 0 9 1 8 0028.24 2322 =202.21N/mm2 112212SaFaSaFaFF YY YY =67.165.2 25.215.221.2 0 2 =221.04N/mm2 （ f）弯曲疲劳极限limF 由图查得： 1limF =330 N/mm2 2limF 310N/mm2 由表查得： N0=3 106， m=49.91(为疲劳曲 线方程指数 ) （ g）弯曲寿命系数 YN： YN1=mNN10 = 91.4
16、9 66108.700 103 =0.9 YN2= 91.496620 1032.280 103 m NN =0.91 （ h） 由图查得尺寸系数： YX=1.0 （ i）弯曲疲劳强度最小安全系数 SFmin 查得： SFmin=1.25 （ j）许用弯曲疲劳应力 F ： 1F =min11limFXNF S YY = 25.1 0.19.0330 =237.6N/mm2 2F =min22limFXNF S YY = 25.1 0.191.0310 =225.68 N/mm2 （ k）弯曲疲劳强度校核： 1F = 237.6N/mm2 1F 2F =225.68N/mm2 2F 所以满足弯曲
17、疲劳强度要求。（注：本节查表查图见机械工程及自动化简明设计手册 叶伟昌 2001） （ 5）齿轮传动几何尺寸计算 几何尺寸计算结果列于下表 3-1：（取 1*ah ， 2.0*c , 90 ） 第 10 页 共 26 页 表 3-1 圆锥齿轮参数（单位 mm） 名 称 代号 计算公式 结 果 小齿轮 大 齿轮 传 动 比 i 12 ZZi 21i 法面模数 1m Zdm 16.41m 法面压力角 n 标准值 20n 齿 数 Z 261Z 522Z 分度圆直径 d Zmd 1201d 2402 d 齿顶圆直径 ad cos2 *aa hdd 88.1211 ad 88.2412 ad 齿根圆直径
18、 fd cos2 *ff hdd 53.1191 fd 53.2392 fd 齿 宽 b 3/Rb 451b 452b 3.2 低速级圆柱直齿轮的设计： （ 1）选择齿轮类型、材料、精度以及参数 选 用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为 45 钢，小齿轮调质处理齿面硬度取 240HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取 200HBS。 选取齿轮为 8 级精度（ GB10095 88） 选取小齿轮齿数 Z1 =25， Z2 =1i Z1 =2.1 25=52.5 取 Z2 =53 （ 2）设计计算： 设计准则： 按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 按齿面接触疲劳强度设计 3 22112 dHEHt KTZZZd 其中 ,1,1.222 di ,90.0Z MPaZ E 8.18 9 ， mmNTZ H 3 9 7 5 7 0,5.2 2
