1、目 录 一、设计任务 书 2 二、电机的选择计算 一、择电机的转 速 2 二、工作机的有效功 率 2 三、选择电动机的型 号 3 三、运动和动力参数的计算 一、分配传动 比 3 二、各轴的转 速 3 三、各轴的功 率 4 四、各轴的转 矩 4 四、传动零件的设计计算 1. 闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计 算4 2. 闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计 算6 五、轴的设计计算 1. 减速器高速轴 I 的设 计9 2. 减速器低速轴 II 的设 计11 3. 减速器低速轴 III 的设 计14 六、 滚动轴承的选择和寿命计算 1.减速器高速 I 轴滚动轴承的选择和寿命计 算16 2.减速器低速 II
2、轴滚动轴承的选择和寿命计 算17 3. 减速器低速 III 轴滚动轴承的选择和寿命计 算18 七、 键联接的选择和验算 1. 联轴器和高速轴轴伸的键联 接19 2. 大圆锥齿轮和低速轴 II 的的键联 接19 3. 大圆柱齿轮和低速轴 III 的的键联 接20 八、 润滑油的选择和热平衡计算 1. 减速器的热平衡计 算 21 2. 润滑油的选 择 22 九、 参考文 献 23 计 算 及 说 明 结果 一、设计任务书 班级 机械 0402 学号 2 姓名 郑利江 一、设计题目：设计圆锥圆柱齿轮减速器 设计铸工车间的型砂运输设备。该传送设备的传动系统由电动机 减速器运输带组成。每日二班工作。 （
3、图 1） 1电动机；2 联轴器；3减速器；4鼓轮；5传送带 二、原始数据： 传送带拉力 F(KN) 传送带速度 V(m/s) 鼓轮直径 D（mm） 使用年限 （年） 1.770 1.392 235 7 三、设计内容和要求： 1.编写设计计算说明书一份，其内容通常包括下列几个方面： （1）传动系统方案的分析和拟定以及减速器类型的选择；（2）电动 机的选择和传动装置运动和动力参数的计算；（3）传动零件的设计 计算（如除了传动，蜗杆传动，带传动等） ；（4）轴的设计计算； （5）轴承及其组合部件设计；（6）键联接和联轴器的选择及校核； （7）减速器箱体，润滑及附件的设计；（8）装配图和零件图的设计；
4、 （9）校核；（10）轴承寿命校核；（11）设计小结；（12）参考文 献；（13）致谢。 2.要求每个学生完成以下工作： （1）减速器装配图一张（0 号或一号图纸） （2）零件工作图两张（输出轴及该轴上的大齿轮） ，图号自定， 比例 11。 （3）设计计算说明书一份。 二、传动方案的拟定 运动简图如下： （图 2） 由图可知，该设备原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为型 砂运输设备。 减速器为展开式圆锥圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深 沟球轴承。 联轴器 2 选用凸缘联轴器，8 选用齿形联轴器。 计 算 及 说 明 结果 计 算 及 说 明 结果 三、电动机的选择及传动装置的运动和动力
5、参数计算 一、选择电动机的类型和结构形式 按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，Y 系列，封闭 式结构，电压 380V，频率 50Hz。 二、选择电动机容量 工作机主动轴功率： = 1000=21001.110000.95=2.43 传动装置的总效率： = 213234 （式中 、 、 、 、分别为联轴器、滚动轴承、圆锥齿轮1234 传动、圆柱齿轮传动的传动效率。 ）取 =0.98（联轴器） ，1 =0.98（滚动轴承） ， =0.95（齿轮精度为 8 级，不包括轴承效率） ，2 3 =0.97（齿轮精度为 8 级，不包括轴承效率） ，则4 =0.9820.9930.950.97=0.83
6、3 电动机所需功率： =2.430.86=2.92 三、确定电动机的转速 卷筒轴的工作转速为： =6104=61041.13.14280=75.07/ 按课程设计指导书 P7表 1 查得圆锥圆柱齿轮的传动比一般 范围为： =815，故电动机转速ai 计 算 及 说 明 结果 =(815)75.07=600.561126.05 根据额定功率 ，且转速满足edP r/min，选电动机型号为：Y132S-6。600.56/1126.05 电动机型号及主要尺寸： 型号 额定功率 /满载转数/(1)同步转速/(1)电动机中 心高 H/mm 外伸轴直 径和长度/ Y132M-6 3 960 1000 13
7、2 3880 四、确定传动装置的总传动比和分配传动比 1.总传动比 总传动比 = =12.544 2.分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比 按直齿轮圆柱齿轮传动比 ，又锥齿轮的传动比1=0.25=3.136 不超过 3 所以选择 i1=3。 则 2= 1=4.18 计 算 及 说 明 结果 五、计算传动装置的运动和动力参数 1.各轴的转速（各轴的标号均已在图 2 中标出） 1=960/ 2= 11=9603.197=300.28/ r/min3= 22=300.284 =75.07 4=3=75.07/ 2.各轴输入功率 1=01=2.920.98=2.86 2=123=2.860.98
8、0.95=2.663=224=2.610.980.97=2.53 4=312=2.530.980.98=2.43 3.各轴输入转矩 1=955011=95502.86960=28.47N 2=955022=95502.66300.28=84.68N 3=955033=95502.5375.07=321.67N 4=955044=95502.4375.07=309.11N 计 算 及 说 明 结果 运动和动力参数计算结果整理于下表： 轴名 功率 PKw 转矩 TNm转速 nr/min 传动比 i效率 电动 机轴 2.92 29.02 960 1.0 0.99 轴 2.86 28.47 960 3
9、.0 0.95 轴 2.66 84.68 300.08 4.2 0.96 轴 2.53 321.67 75.07 卷筒轴 2.43 309.11 75.07 1.0 0.97 计 算 及 说 明 结果 四、传动零件的设计计算 一、圆锥齿轮传动的设计计算 已知输入功率 P1=2.86Kw（略大于小齿轮的实际功率） ，小齿轮 的转速为：n 1=960r/min，大齿轮的转速为 n2=300.28r/min，传动比 i=3，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作 300 天） ，两班制，带式 输送，平稳，转向不变。 1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按传动方案，选用直齿圆锥齿轮传动，齿形制
10、,齿形106JB 角 ，齿顶高系数 ，顶隙系数 ，螺旋角 ，20*1ah*.2cm 不变位。 （2） 、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 8 级精度。 （3） 、材料选择，小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大 齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS，二者材料硬度相差 40HBS。 （4） 、选小齿轮齿数 Z1=23， 2=3.223=73.6，取 2=74 2.按齿面接触疲劳强度设计 公式： 1td32122.9(0.5)EFRZKTu （1） 、确定公式内的各计算值 1）查得材料弹性影响系数 。1289.EZMPa 2）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲
11、劳强度极限 ，lim160HMPa 大齿轮的接触疲劳极限 。lim250H 计 算 及 说 明 结果 3）计算应力循环次数 小齿轮： 1=601=609601（ 2830010） =2.7610 9 大齿轮： 2= 1=2.761093.2=0.86109 4）查得接触批量寿命系数 10.93HNK27 5）计算接触疲劳许用应力 1lim0.93658HLMPaS2li.73.Ka 6）试选 ，查得1.v0,1.52.875a 所以， 02.vK 7）由前面得知 1=28.47 8） 13R （2） 、计算 1）试算小齿轮的分度圆直径，带入 中的较小值得H 2.921td3（ 189.8533
12、.5） 2 2.252.8471040.33.22（ 10.50.3） 2=64.25 mm取 1=65 2）计算圆周速度 v =11601000=3.14（ 10.50.3） 65960601000 =2.78/ 计 算 及 说 明 结果 3）计算载荷系数 根据 ，8 级精度，查得 ，=2.78/ 1.23vK 所以 。1.023.875avK 4）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径： 1=6532.312.25=65.57 5）技术模数 按标准取 m=3。= 11=65.5723=2.85 3.按齿根弯曲疲劳强度设计 公式： m 3124(0.5)FaSRYKTzu （1） 、确定公式内
13、的各计算值 1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，大齿轮的弯曲疲150FEMPa 劳强度 。2380FEMPa 2）查得弯曲疲劳寿命系数 12.6,.9FNFNK 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，则，10.865307.144FNEMPaaS22.92.91FNEK 计 算 及 说 明 结果 4）载荷系数 K=2.31 5）节圆锥角 11arctn8.435u290.7.6 6）当量齿数 134cos8.5VzZ269217. 7）查取齿形系数 12.5,.1FaFaY 8）查取应力校正系数 86SS 9）计算大小齿轮的 ,并加以比较。Fa12.6580.136374F
14、aSY2.9aSF 大齿轮的数值大。 （2） 、设计计算 3 42.312.851040.3(10.50.3)223232+10.01619=2.27 综合分析考虑，取 m=,z Z2=3 23=69 得 12369dz 计 算 及 说 明 结果 4.几何尺寸计算 （1） 、计算大端分度圆直径 169dm 2=369=207 （2） 、计算节锥顶距 22691109.86dRu （3） 、节圆锥角 18.45276134 （4） 、大端齿顶圆直径 11cos692cos18674.92admm2073508 （5） 、齿宽 139.86.Rbm 12m取 二、圆柱齿轮传动的设计计算 已知输入功
15、率 P2=2.66Kw（略大于小齿轮的实际功率） ，小齿轮 的转速为：n 1=300.28r/min，大齿轮的转速为 n2=75.07r/min，传动比 i=4.18，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作 300 天） ，两班制，带 式输送，平稳，转向不变。 计 算 及 说 明 结果 1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）由以上计算的数据可得圆锥齿轮的传动在轴的轴向力 219.50tan2cos18.43520.9876aF N锥 此轴向力较小，故二级变速装置选用直齿圆锥齿轮。 （2） 、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 8 级精度。 （3） 、材料选择，小齿轮材料为 40Cr（调
16、质） ，硬度为 280HBS，大 齿轮材料为 45 刚（调质） ，硬度为 240HBS，二者材料硬度相差 40HBS。 （4） 、选小齿轮齿数 1213,4.82396zuz则 2.按齿面接触疲劳强度设计 公式： 1td3212. EdHKTZu （1） 、确定公式内的各计算值 1）试选载荷系数 .5t 2）计算小齿轮传递的转矩 T1=8.47 104 3）选取齿宽系数 1d 4）查得材料弹性影响系数 。1289.EZMPa 5）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ，lim160HMPa 大齿轮的接触疲劳极限 。lim250H 计 算 及 说 明 结果 6）计算应力循环次数 小齿轮： 1
17、=601=60300.281（ 2830010） =8.65108 大齿轮： 2= 1=8.651084.18=2.16108 7）查得接触批量寿命系数 10.97HNK2 8）计算接触疲劳许用应力 1lim0.976582HLMPaS2li.4.Ka （2） 、计算 1）试算小齿轮的分度圆直径，带入 中的较小值得H 1td3212. EdHKTZu 2.32 3（ 189.8544.5） 21.58.471041 4.18+14.18= =60.63mm 2）计算圆周速度 v = 11601000=3.1460.63300.28601000 =0.953/ 3）计算齿宽 b = 1=60.6
18、3 计 算 及 说 明 结果 4）计算齿宽和齿高比 bh 模数： =2.636= 11=60.6323 齿高： =5.93mm =2.25 b/h=60.63/5.93=10.22 5）计算载荷系数 根据 v=0.953，8 级精度，可查得动载荷系数 ，1.vK 直齿轮假设 ，10AtKFNmb 查得 .2H 查得使用系数 a 查得 8 级精度，消除了相对支撑为非对称布置时， 231.50(.6)0.1HdKb =1.4513 由 45HbKh， 查 得 ： 1.4FK 所以 。1.239av 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径： 1=60.0331.9331.5=68.18 7）计算模
19、数 =11=68.1823=2.96 计 算 及 说 明 结果 3.按齿根弯曲疲劳强度设计 公式： m 312FaSdYKTz （1） 、确定公式内的各计算值 1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，大齿轮的弯曲疲150FEMPa 劳强度 。2380FEMPa 2）查得弯曲疲劳寿命系数 12.9,.3FNFNK 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，则，10.95321.44FNEKMPaS22.85.1FNE a 4）计算载荷系数 K .21.486AvF 5）查取齿形系数 169,FaFaY 6）查取应力校正系数 2.57.5SS 7）计算大、小齿轮的 ,并加以比较。Fa
20、，12.6580.136374FaSY2.15.860.1942FaSY 大齿轮的数值大。 计 算 及 说 明 结果 （2） 、设计计算 m 321.8658.471041232 0.01619=2.08 综合分析考虑，取 ，得1=.5 ,z ，124.60dz ，取214.810.32zu210z 4.几何尺寸计算 （1） 、分度圆直径 60dm212.50zm （2） 、中心距 a12()(6)15d （3） 、齿宽 ，取10dbm ，2665b 5.验算 =211=28.510460 =2833.3 =12833.360 =47.2/100/ 假设成立，计算有效。 计 算 及 说 明 结
21、果 三、数据整理 1.圆锥齿轮 齿轮类型：直齿圆锥齿轮（ ,齿形角 ，齿顶高系106JB20 数 ，顶隙系数 ，螺旋角 ，不变位） 。*1ah*0.2cm 精度 8 级，小齿轮材 40Cr（调质） ，大齿轮材料 45 刚（调质） ， 硬度分别为 280HBS 和 240HBS。 大端分度圆直径：小齿轮 ，大齿轮169d207dm 节锥顶距：R=109.0986mm 节圆锥角： ， 18.4256271.5634 大端齿顶圆直径： ， 17.9adm089adm 齿宽： 1236b 齿数： ，z 模数 m=3 2.圆柱齿轮 齿轮类型：直齿圆柱齿轮 精度 8 级，小齿轮材 40Cr（调质） ，大齿
22、轮材料 45 刚（调 质） ，硬度分别为 280HBS 和 240HBS。 分度圆直径：d 1=60mm， d2=250mm 中心距：a=155mm 齿宽： ，165bm260b 齿数： ，4z1 模数：m=2.5 计 算 及 说 明 结果 五、轴的计算 一、减速器输出轴的设计 1.求输出轴上的功率 ，转速 和转矩PnT 由前面的计算可得 1=2.86 1=28.47N 2.求作用在齿轮上的力 圆柱小齿轮、大齿轮 1256.4108.3tTFNdan8.3tan264.rt 计 算 及 说 明 结果 3.初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。取 A0=112,于是得 =01
23、1=36.2 同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩： ，则，1.3AK取 =1=418171 结合电动机的参数，选用凸缘联轴器，型号 HL3 弹性柱销联轴 器，该端选用的半联轴器的孔径 d1=40mm，故取轴径 d1=40mm，半 联轴器毂孔的长度 L=84mm。 4.轴的结构设计 （1） 、拟定轴上零件的装配方案 下图为轴上的装配方案 （图 3） （2） 、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图： （图 4） 计 算 及 说 明 结果 1）由联轴器尺寸确定 由联轴器的毂孔长度 L 和直径 d 及相关要求，可确定 d1=40mm,l1=82mm 2）初步选择滚动轴承。 轴承同时承载径
24、向力和轴向力，但轴向力较小，故选用圆锥滚子 轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取 0 基本游隙组、标准精度级 的单列圆锥滚子轴承 30210，其尺寸为 。=509021.75 为了利于固定，一般取 比 b 小 1mm（如图 3 所示） ，故可确定3l 。3=50， 3=20.75 3）由经验公式算轴肩高度： 40.7(12).41)hm 取轴肩高为 4mm ，确定 。4=54 由课程设计指导书P47 图 46 的要求可得， ，取 。14332.5()60ldlm46l 4）根据轴承安装方便的要求，取 ，得231d、 均 比 小249 根据安装轴承旁螺栓的要求，取 。29lm 根据齿轮和内壁的距
25、离要求，取 。416 5）根据齿轮孔的轴径和长度，确定 。6624,3dml 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 （3） 、轴上的零件的周向定位 齿轮、联轴器和轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半 联轴器和轴的联接处的平键截面 ，(GB/T 1096-=128 2003)键槽用键槽铣刀加工，长为 70mm（标准键长见 ） 。/10967GBT 计 算 及 说 明 结果 为了保证联轴器和轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂和轴配 合为 H7/k6。齿轮和轴的联接处的平键截面 82bhm ，键槽用键槽铣刀加工，长为 28mm（标准键长见(/10957)GBT ） 。为了保证齿轮和轴配合
26、有良好的对中性，故选6 择齿轮轮毂和轴配合为 H7/n6。滚动轴承和轴的周向定位是借过渡配 合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。 （4） 、确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 ，除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均245 为 R1.6， 5.求轴上的载荷 根据轴的结构图（图 3）作出轴的计算简图 （图 6） （齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点 为作用点） 。 计 算 及 说 明 结果 结合装配图求得 , , , ,15.74NF20.5N127.NF20NF , 。38H469H 做弯矩、扭矩图： （图 7） 计 算 及 说 明 结果 计 算 及 说 明 结果 计 算 及 说 明 结果 计 算 及 说 明 结果 计 算 及 说 明 结果 计 算 及 说 明 结果 计 算 及 说 明 结果 计 算 及 说 明 结果
