1、 本科毕业论文 (设计 ) 题 目 二级圆锥圆柱减速器设计 学 院 机电与信息工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2012 级 学 号 2012131047 姓 名 解鹏飞 指 导 教 师 范 盈圻 成 绩 2015年 12月 15日 目 录 摘要 . 1 关键词 . 1 Abstract. 1 Key Words . 1 0 引言 . 2 1 总体传动方案的设计 . 2 2 电动机的选择 . 2 2.1 选择电动机类型 . 2 2.2 选择电动机容量 . 3 3 传动装置运动及动力参数计算 . 3 3.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比 . 4 3.2 计算各轴的转速 .
2、4 3.3 计算各轴的输入功率 . 4 3.4 计算各轴的输入转矩 . 4 4 减速器齿轮的参数计算 . 4 4.1 高速级减速齿轮的设计计算 . 5 4.2 低速级减速齿轮的设计计算 . 8 5 轴的设计计算及校核 . 13 5.1 轴材料选择和最小直径估算 . 14 5.2 轴 I 的设计计算 . 14 5.3 轴 II 的设计计算 . 15 5.3 轴 III 的设计计算 . 16 5.3 轴的强度校核 . 17 6 键的选择及强度校核 . 18 6.1 轴 I 上联轴器和小锥齿轮的连接键选择及校核 . 18 6.2 轴 II 上大锥齿轮的连接键选择及校核 . 19 6.3 轴 III
3、上大锥齿轮和联轴器连接键选择及校核 . 19 7 箱体的设计计算 . 19 7.1 箱体的结构形式和材料 . 19 7.2 箱体的主要结构尺寸和关系 . 20 8 润滑与密封 . 20 9 总结 . 21 参考文献 . 22 致 谢 . 23 附 录 . 24 西南 大学育才学院 2016 届机械设计制造及其自动化专业本科论文 第 1 页 共 24 页 二级圆锥圆柱减速器设计 摘要 ： 齿轮传动是现代机械设计中应用最广的一种形式，它由齿轮、轴、轴承、及箱体组成的齿轮减速器。齿轮减速器具有效率高、寿命长、维护简便等优点，因而应用极为广泛。本文对带式运输机的常用传动装置之一 二级 圆锥圆柱减速器进
4、行了相关的设计，确定了传动方案，并对主要零件进行了结构设计或选型。 关键词 ： 齿轮传动 减速器 圆锥齿轮 Abstract： Gear drive is one of the most widely used forms in modern mechanical design. It consists of gears, shafts, bearings, and a gear reducer.The gear reducer has the advantages of high efficiency, long life and easy maintenance,and so on, so
5、 the application is very extensive.In this paper,one of the commonly used driving device of belt conveyor,the two stage conical cylindrical gear reducer is designed, the transmission scheme is determined, and the main parts of the structure design of selection. Key Words: Gear drive, Retarder, Desig
6、n, Bevel gear wheel 西南 大学育才学院 2016 届机械设计制造及其自动化专业本科论文 第 2 页 共 24 页 0 引言 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广；传动效率高， =0.92-0.98；工作可靠、使用寿命长；外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器 ,用于原动机和工作机或执行机构之间 ,起匹配转速和传递转矩的作用 ,在现代机械中应用极为广泛。 当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展
7、。减速器与电动机的连体结构，也是大 力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来 ,由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。 1 总体传动方案的设计 传动装置由电机、减速器和工作机组成。考虑到电动机转速高，传动功率大，将 V带设置在高速级。初步确定传动系统总体方案如图 1-1所示，选择 V带传动和二级圆锥圆柱齿轮传动。 图 1-1 传动方案 2 电动机的选择 2.1 选择电动机类型 西南 大学育才学院 2016 届机械设计制造及其自动化专业
8、本科论文 第 3 页 共 24 页 按照工作要求和 工作条件，则选择 Y 系列三相笼型异步电动机，其结构为全封闭自扇冷式结构，额定电压为 380V。 2.2 选择电动机容量 选择电动机所需功率为 kwpp wd ，所以选择电动机时应保证电动机的额定功率 Ped略大于工作机所需的电动机 Pd 即可，即 Ped Pd。 (1)计算带式运输机所需的功率为： kwVFP www 65.11 0 0 0 1.11 5 0 01 0 0 0 (2-1) (2)各机械传动效率的参数选择： 99.01 （弹性联轴器）， 98.02 (圆锥滚子轴承 )， 96.03 （圆锥齿轮传动），97.04 （圆柱齿轮传动
9、）， 96.05 （卷筒） 传动总效率： 8 0 8.096.097.096.098.099.0 225432221 (2-2) (3)电动机的输出功率： kw042.2808.0 65.1 wd pp (2-3)(4)确定电动机转速 : 选择二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比合理范围 i =822 工作机滚筒转速： m in/54.9522014.3 1.110006010060 rd vnw (2-4)所以电动机转速范围为 r / m i n）2 1 0 1 . 8 87 6 4 . 3 2（=9 5 . 5 4）228（dn ，符合这一范围的同步转速为： 750r/mim， 1000r/min
10、， 1500r/min。考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为 1000r/min 的电动机。电动机选择如表所示： 表 2-1电动机参数 型号 额定功率 /kw 满载功率 (r/min) 启动转矩 最大转矩 额定转矩 额定转矩 Y112M-6 2.2 940 2.0 2.2 3 传动装置运动及动力参数计算 西南 大学育才学院 2016 届机械设计制造及其自动化专业本科论文 第 4 页 共 24 页 3.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比 传动装置总传动比： 839.954.95940 wmnni (3-1)分配各级传动比： iii (3-2)
11、 46.28 3 9.925.025.0 ii 3,成立 446.2839.9 iii 3.2 计算各轴的转速 轴 m in/940 rnn m II轴 m in/1.3 8 246.29 4 0 rinn 轴 m in/5.954 1.3 8 2 inn 3.3 计算各轴的输入功率 轴 : 2 . 0 2 2 k w=0 . 9 92 . 0 4 21 dpp (3-3) 轴 : 1 . 9 0 2 k w=0 . 9 60 . 9 82 . 0 0 2321 pp 轴 : 1 .7 5 4 k w=0 .9 90 .9 81 .9 0 242 p 滚筒轴 P滚 : 1 .7 5 4 k w
12、=0 .9 90 .9 81 .8 0 812 p 3.4 计算各轴的输入转矩 因电动机轴的输出转矩mdd npT 61055.9 N . m m100746.2940042.21055.9 66 (3-4) 所以 I 轴： T = N . m m100 5 4.21099.00 7 4 6.2 441 dTT (3-5) II轴 ： N .m m104 .7 5 4=102 .4 60 .9 60 .9 82 .0 5 4 44321 iTT III轴： m1 . 8 0 8 1 0 N . m=1040 . 9 70 . 9 84 . 7 5 4 442 iTT 滚筒轴： m1 . 7 5
13、 4 1 0 N . m=100 . 9 90 . 9 81 . 8 0 8 512 TT 滚 4 减速器齿轮的参数计算 西南 大学育才学院 2016 届机械设计制造及其自动化专业本科论文 第 5 页 共 24 页 4.1 高速级减速齿轮的设计计算 （ 1）选定高速齿轮类型、精度等级、材料和齿数 按传动方案方案选用直齿圆锥传动，压力角取为 20。 带式输送机为一般工作机器，查手册 2选用 7 级精度。 小齿轮、大齿轮材料选择如下表： 表 4-1齿轮材料参数 齿轮型号 材 料牌号 热处理方法 强度极限MPaB/ 屈服极限 MPaS 小齿轮 45 调质 650 360 大齿轮 45 正火 580
14、290 选择小齿轮齿数 191Z ，则大齿轮齿数 74.461946.212 ZiZ ，取 472Z ， 实际齿数比 47.2194722 ZZu (4-1)（ 2）按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径：3 221 )()5.01( 4HEHRRHTt ZZTKd (4-2)1)确定各式中参数： 取 3.1HtK ，小齿轮传递的转矩 mmNT .10054.2 4 ，选取齿宽系数 3.0R ，查手册 2得区域系数 5.2HZ ，弹性影响系数 218.189 MpaZE ，查手册 2得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为 Mpa5701lim 、 Mpa3902lim 。 计算应力循环次数
15、： 911 107072.2)1030082(19406060 hjLnN (4-3) 9912 100 9 6.147.2/107 0 7 2.2/ uNN (4-4) 查手册 2得接触疲劳寿命系数 90.01 HNK 、 95.02 HNK 取失效概率为 1%，安全系数 S=1。 西南 大学育才学院 2016 届机械设计制造及其自动化专业本科论文 第 6 页 共 24 页 则有： M p aSK HHNH 5131 57090.01l i m11 (4-5) M p aSK HHNH 5.3 7 01 3 9 095.02l i m22 (4-6)取二者中较小者作为该齿轮的接触疲劳需用应力
16、，既 M paHH 5.3702 2）计算小齿轮分度圆直径 3221 )()5.01( 4HEHRRHTt ZZTKd 322 4 )5.3 7 0 8.1 8 95.2(47.2)3.05.01(3.0 100 5 4.23.14 =68.921mm 3）调整小齿轮分度圆直径 计算圆周速度 v mmtdd Rm 583.58)3.05.01(921.68)5.01(11 (4-7) smndv mm /8 8 2.21 0 0 060 9 4 05 8 3.5814.31 0 0 060 11 (4-8) 当量齿轮的齿宽系数 d mmudb tR 549.272/147.2921.683.0
17、2/1 221 (4-9)mmdb md 47.05 8 3.585 4 9.27/ 1 计算实际载荷系数 查手册 2得使用系数 1AK ，动载系数 07.1VK ，齿间载荷分配系数 1HK ，齿向载荷分配系数 815.1HK 。 实际载荷系数 9 4 2.18 1 5.1107.11 HHVAH KKKKK (4-10) 按实际载荷系数得分度圆直径： mmKKddHtHt 788.783.1924.1921.68 3311 (4-11)齿轮模数： mmzdm 147.419/788.78/ 11 (4-12)（ 3）按齿根弯曲疲劳强度计算 1）试算模数 西南 大学育才学院 2016 届机械设
18、计制造及其自动化专业本科论文 第 7 页 共 24 页 3 22121 )(1)5.01(FSaFaRRFt YYuZTKm (4-13)确定公式中的各参数值： 试选取 3.1FtK ，查手册 2得齿形系数： 69.21FaY 、 13.22 FaY ，应力修正系数：55.11SaY MpaF 3402lim 、 89.12 SaY ，小齿轮和大齿轮齿根弯曲疲劳强 度极限分别为MpaF 3601lim ，弯曲疲劳寿命系数 85.01 FNK ， 88.02 FNK 。取弯曲疲劳安全系数S=1.5。 则有： M p aSK FFNF 7.2435.1 43085.01l i m11 (4-14)
19、 M p aSK FFNF 2.2 1 15.1 3 6 088.02l i m22 ， 0 1 9.02.2 1 1 89.113.22 2 F SaFa YY (4-15)因 为大齿轮的 FsaFaYY大于小齿轮，所以取 0 1 9 1.0222 FSaFaFSaFa YYYY 2)计算模数 3 22121 )(1)5.01(FSaFaRRFt YYuZTKm (4-16) = 3 2224 0 1 9 1.0147.219)3.05.01(3.01005.23.1 =1.347mm 对比计算结果，齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，因为齿轮模数 m 的大小主要取决于弯 曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，所以可取由弯曲疲劳强度算得的模数1.347mm ，并就近圆整为标准值 m=2mm ， 按 接 触疲 劳 强 度 算 得 的分 度 圆 直 径mmd 788.781 。 算出小齿轮齿数 394.392/788.78/11 mdZ ,取 391Z 则大齿轮数 3.97394.3947.212 ZZ 为了使两齿轮的齿数互质，取 972Z 2） 查手册 4得计算小齿轮的基本几何尺寸 3） 计算分度圆直径： mmmZd 7823911 mmmZd 19429722
