二级锥齿轮减速器设计说明书.docx

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1、华中科技大学机械设计课程设计减速器设计说明书学院名称 ： 机械科学与工程学院 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 班 级 ： 0710班姓 名 ： 黄彦鑫 指导老师 ： 胡于进 设计时间：2010年6月21日2010年7月8日目 录第一章 设计任务书2第二章 传动方案的拟定及说明3第三章 电动机的选择3第四章 计算传动装置的运动和动力参数4第五章 传动件设计计算6第六章 轴的设计计算15第七章 键连接的选择及校核计算24第八章 滚动轴承的选择及计算25第九章 联轴器的选择29第十章 润滑与密封30第十一章 减速器附件的选择31第十二章：设计小结35附录：参考资料目录36第一章 设计任务书题目：

2、设计一用于带式运输机传动装置中的双级斜齿圆柱齿轮减速器一 总体布置简图图1二 工作情况：载荷轻微冲击、单向旋转、工作环境清洁三 原始数据运输带的有效拉力F（N）：9300N滚筒的直径D（mm）：350mm运输带速度V（m/s）：0.52510年双班生产规模：少批量四 设计内容1 电动机的选择与运动参数计算；2 齿轮传动设计计算3 轴的设计4 滚动轴承的选择5 键和连轴器的选择与校核；6 装配图、零件图的绘制7 设计计算说明书的编写第二章 传动方案的拟定及说明由题目所知传动机构类型为：双级圆锥齿轮减速器。根据已知条件计算出工作机的滚筒转速为若选用同步转速为1500r/min或1000r/min的

3、电动机，则可估算出传动装置的总的传动比i约为53或35，此处传动比较大，故按图1所示的传动方案进行设计。第三章 电动机的选择1.电动机类型和结构的选择电动机的类型根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。 2.电动机容量的选择1） 工作机所需的有效功率为 PwFv/1000 =(93000.525/1000)kW=4.8825kW2） 电动机的输出功率 为了计算电动机的所需功率Pd,先要确定从电动机到工作机的总效率。设1、2、3、4、5、6分别为弹性联轴器、闭式圆柱齿轮传动（8级精度）、闭式圆锥齿轮传动（7级）、滚动轴承、开式圆柱齿轮传动、滚筒效率，由课程设计表2-2查得1=0.99,

4、2=0.97, 3=0.97, 4=0.99, 5=0.94，6=0.96。则传动装置总效率为122345560.7916电机所需功率为：PdPw/=6.618kW由表16-1选取电动机的额定功率为7.5kW。3.电动机转速的选择选择常用的同步转速为1500r/min和1000r/min两种。4. 电动机型号的确定根据电动机所需功率和同步转速，查表16-1可知，电动机型号为Y160M-6和Y132M-4。根据电动机的满载转速nm和滚筒转速nw可算出总传动比。现将此两种电动机的数据和总的传动比列于下表中。电动机的数据机及总的传动比方案号电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(

5、r/min)总传动比轴外伸直径/mm轴外伸长度/mm1Y160M-67.5100097034.9421102Y132M-47.51500144052.363880由上表可知，方案2转速高、价格低、总传动比较大，同时因采用开式齿轮传动需较大的中心距，选用传动比较大的方案，故选用电机型号为Y132M-4。 第四章 计算传动装置的运动和动力参数1.传动装置的总传动比及其分配根据表2-3，取开式齿轮传动的传动比i3=5，则减速器的总传动比为i=52.36/ 5=10.47 取i=10.5，高速级锥齿轮传动比 i1=0.25i=0.2510.5=2.625圆整后取i1=2.5低级传动比为 i2=i/i1

6、=10.5/2.5=4.2圆整后取i2=4则i= i1 i2=2.54=10则开式齿轮传动比 i=52.36/10=5.2362.各轴的转速计算：n1=nm=1440r/minn2= n1/ i1=(1440/2.5) r/min =576 r/minn3= n2/ i2=(576/4) r/min =144 r/minn4 =n3=144 r/min3.各轴的输入功率计算：P1=Pd1=6.106 kWP2= P123=5.803 kWP3= P223=5.573 kWP4= P331=5.462 kW4.各轴的输入转矩计算：T1=9550P1/ n1=40.495 NmT2=9550P2/

7、 n2=96.213NmT3=9550P3/ n3=369.598 NmT4=9550P4/ n4=362.237 Nm各轴的运动及动力参数轴号转速（r/min）功率（kW）转矩（Nm）传动比114406.10640.4952.54125765.80396.21331445.573369.59841445.462362.237第五章 传动件设计计算(一)高速级齿轮的传动设计高速级齿轮设计条件：功率P1=6.106kW 主动轮转速：n1=1440r/min传动比：i1=2.5 转矩：T1=40495Nmm1.选齿轮材料、热处理方式及计算许用应力1） 材料及热处理按使用条件，属中速、轻载，重要性和

8、可靠性一般的齿轮传动。可选用软齿面齿轮，且小齿轮的硬度比大齿轮大3050HBS，具体选择如下：小齿轮：45钢，调质处理，硬度为230255HBS；大齿轮：45钢，正火处理，硬度为190217HBS。取小齿轮齿面硬度为230HBS，大齿轮齿面硬度为200HBS。2） 确定许用应力。 按齿面硬度查图3-16得，Hlim1=580MPa和Hlim2=550MPa；查图3-17得，Flim1=220MPa，Flim2=210 MPa。 计算应力循环次数N，确定寿命系数ZN,YN。 N1=60a1t=60114401030016=4.147109N2=N1i1=1.659109查图3-18得，ZN1=Z

9、N2=1,查图3-19得YN1=YN2=1。 计算许用应力由表3-2取SHlim=1.4 ， SFlim=1.8HP1=Hlim1ZN1SHlim=58011.4MPa=414.29MpaHP2=Hlim2ZN2SHlim=55011.4Mpa=392.86MpaFP1=Flim1YN1YSTSFlim=220121.8Mpa=244.44MpaFP2=Flim2YN2YSTSFlim=210121.8Mpa=233.33Mpa2.分析失效形式，确定设计准则 由于设计是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效形式是齿面疲劳点蚀，若模数过小也可能发生轮齿疲劳折断。因此，该齿轮传动主要按齿面疲劳强度设计，确

10、定其主要参数，再校核轮齿的弯曲疲劳强度。3.初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸 根据前面计算可知小锥齿轮的名义转矩 T1=40495Nmm 选择齿轮类型 初估齿轮的圆周速度v7m/s,为直齿圆锥齿轮传动。选择齿轮传动精度 按估算的圆周速度，由课程设计表18-16初步选7级精度。初选参数。 z1=26，z2=z1i1=262.5=65，x1=x2=0，由表3-6取R=0.3。初算齿轮的主要尺寸。a）用式（3-22）计算d1 d13ZHZEHP24KT10.85R(1-0.5R)2u 需首先确定系数看K、ZH、ZE、Z、Z。因电机驱动，载荷中等冲击，齿轮转速不搞，非对称布置，轴的刚性较小，由相关表可

11、以查得KA=1.1， Kv=1.2， K=1.2， K=1， K=KAKvKK=1.584查图3-11得：ZH=2. 5，查表3-2得：ZE=189.8Mpa， HP= HP1 d13ZHZEHP24KT10.85R(1-0.5R)2u=93.32mmm1=d1 /z1=3.589mm考虑到轮齿的弯曲强度，由表3-7取标准模数mn=4mm。分度圆直径 d1=m1Z1=104mmd2=m1Z2=260mmR=0.5d11+u2=214.4mm计算锥齿轮分度圆锥角：tan1=1i tan2=i解得：1=21.8014=21485 2=68.1986=681155b)计算圆周速度： v=n1d160

12、000=14403.1410460000=7.74m/s 与估计接近c)计算齿宽b2=b1=RR=0.3214.4=64.3265mm4.验算齿轮的弯曲疲劳强度zv1=z1/cos1=26/cos2148528zv2=z2/cos2=65/cos681155175查图3-14得YFa1=2.59；YFa2=2.10；查图3-15得YSa1=1.62，YSa2=1.97，F1=4KT1YFa1YSa1R(1-0.5R)2m131+i2=98.72MpaFP2F2=4KT1YFa2YSa2R(1-0.5R)2m231+i2=2.48MpaFP2 满足齿轮弯曲强度要求。5.结构设计大齿轮直径大于20

13、0mm，做成腹板式。小齿轮材料：45钢，调质，硬度为230HBS大齿轮：45钢，正火，硬度为200HBSHlim1=580MPaHlim2=550MPaFlim1=220MPaFlim2=210 MPaYN1=YN2=1ZN1=ZN2=1HP1=580MpaHP2=550MpaFP1=314MpaFP2=300Mpa7级精度z1=26z2=65KA=1.1Kv=1.2K=1.2K=1K=1.584ZH=2. 5ZE=189.8Mpa HP= HP1m1=4mmd1=104mmd2=260mmR=214.4mm1=214852=681155v=7.74m/sb1=65mmb2=65mmzv1=2

14、8zv2=175YFa1=2.59YFa2=2.10YSa1=1.62YSa2=1.97F1=98.72MpaF2=2.48MPa大齿轮：做成腹板式(二)低速级齿轮的传动设计低速级齿轮设计条件：功率P2=5.803kW 主动轮转速：n2=576r/min传动比：i2=4 转矩：T2=96213Nmm1.选齿轮材料、热处理方式及计算许用应力1）材料及热处理按使用条件，属低速、轻载，重要性和可靠性一般的齿轮传动。可选用软齿面齿轮，且小齿轮的硬度比大齿轮大3050HBS，具体选择如下：小齿轮：45钢，调质处理，硬度为217255HBS；大齿轮：45钢，正火处理，硬度为169217HBS。取小齿轮齿面

15、硬度为230HBS，大齿轮齿面硬度为200HBS。2）确定许用应力。 按齿面硬度查图3-16得，Hlim1=580MPa和Hlim2=550MPa；查图3-17得， Flim1=220MPa，Flim2=210MPa。 计算应力循环次数N，确定寿命系数ZN,YN。 N3=60a1t=6015761030016=1.659109N4=N1i2=4.1472108查图3-18得，ZN3=ZN4=1,查图3-19得YN3=YN4=1。计算许用应力由表3-4取SHlim=1.2 ， SFlim=1.5HP3=Hlim3ZN3SHlim=58011.2MPa=483.33MPaHP4=Hlim4ZN4S

16、Hlim=55011.2MPa=458.33MPaFP3=Flim3YN3YSTSFlim=220121.5MPa=293.33MPaFP4=Flim4YN4YSTSFlim=210121.5MPa=280MPa2.分析失效形式，确定设计准则 由于设计师软齿面闭式齿轮传动，其主要失效形式是齿面疲劳点蚀，若模数过小也可能发生轮齿疲劳折断。因此，该齿轮传动主要按齿面疲劳强度设计，确定其主要参数，再校核轮齿的弯曲疲劳强度。3.初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸 根据前面计算可知齿轮的名义转矩 T2=96213Nmm 选择齿轮类型 初估齿轮的圆周速度v3m/s,初步选用斜齿圆柱齿轮传动。选择齿轮传动精度

17、 按估算的圆周速度，初步选8级精度。根据之前计算结构初步计算齿轮参数Ft1=2T1(1-0.5R)d1=916.176NFa2=-Fr1=-Ft1tancos=309.6N初选参数。 =12，z3=24，z4=z3i2=244 =96，x1=x2=0，d=0.9初算齿轮的主要尺寸。a）用式（3-16）计算d3d13ZHZEZZHP22KT2du1u 需首先确定系数看K、ZH、ZE、Z、Z。因电机驱动，载荷中等冲击，齿轮转速不搞，非对称布置，轴的刚性较小，由相关表可以查得KA=1.1， Kv=1.1， K=1.1， K=1.2， K=KAKvKK=1.5972查图3-11得：ZH=2. 45，查

18、表3-2得：ZE=189.8Mpa，Z=0.8，Z=cos12=0.989， HP= HP3d13ZHZEZZHP22KT2du1u=65.034mm验算：Fa3=2T2d3tan=628.9NFa2令 Fa3=2T2d3tan=Fa2=arctanFa2d32T2=5.97太小，取=10则 Fa3=2T2d3tan=519.57N Fa3-Fa2Fa ， 可选用=10斜齿轮mn=d3cos/z3=2.67mm考虑到轮齿的弯曲强度，取标准模数mn=3mm。中心距 a=mn2cosz3+z4=182.776mm圆整后取a=184mm。b）调整螺旋角=arccosmn2az3+z4=11.9687

19、可见斜齿轮螺旋角接近12，使用斜齿轮与使用直齿轮轴上的受力相差无几，只是方向相反，可见使用斜齿轮不能减少轴向受力。为使加工方便，改选用8级精度直齿圆柱齿轮。4.重新确定齿轮的基本参数和主要尺寸 根据前面计算可知齿轮的名义转矩 T2=96213Nmm 选择齿轮类型 初估齿轮的圆周速度v3m/s，重新选用直齿圆柱齿轮传动。选择齿轮传动精度 按估算的圆周速度，初步选8级精度。初选参数。 z3=24，z4=z3i2=244 =96，x1=x2=0，d=0.9初算齿轮的主要尺寸。a）用式（3-16）计算d3d13ZHZEZHP22KT2du1u 需首先确定系数看K、ZH、ZE、Z、Z。因电机驱动，载荷中

20、等冲击，齿轮转速不搞，非对称布置，轴的刚性较小，由相关表可以查得KA=1.1， Kv=1.1， K=1.1， K=1.2， K=KAKvKK=1.5972查图3-11得：ZH=2. 45，查表3-2得：ZE=189.8Mpa，Z=0.8， HP= HP3d13ZHZEZHP22KT2du1u=68.218mmm2=d3 /z3=2.84mm考虑到轮齿的弯曲强度，取标准模数m2=3mm。中心距 a=m2z3+z4=180mmb) 计算分度圆直径d3=m2z3=72mmd4=m2z4=288mmc) 计算圆周速度：v=n2d360000=5763.147260000=2.17m/s 与估计接近计算

21、齿宽 大齿轮 b4=b=dd =1=64.8mm取b4=66mm 小齿轮 b1=b2+（510）mm=72mm4.验算齿轮的弯曲疲劳强度z1 =24，z2=96查图3-18得YFa3=2.68；YFa4=2.25；查图得YSa3=1.58，YSa4=1.77，Y=0.7F3=2KT2bd3m2YSa3YFa3Y=63.9MPaFP4F4=F3YSa4YFa4YSa3YFa3=60.1MPaFP4满足轮齿弯曲疲劳强度要求。5.结构设计大齿轮直径大于200mm，做成腹板式。小齿轮材料：45钢，调质，硬度为230HBS大齿轮：45钢，正火，硬度为200HBSHlim1=580MPaHlim2=550

22、MPaFlim1=220MPaFlim2=210 MPaZN3=ZN4=1YN3=YN4=1HP3=483.3MpaHP4=458.3MpaFP3=293.3MpaFP4=280MpaT2=96213Nmm 8级精度z1=24z2=96x1=x2=0d=0.9KA=1.1Kv=1.1K=1.1K=1.2K=1.5972ZH=2.45ZE=189.8MPaZ=0.8 HP= HP1mn=3mma=180mmd3=72mmd4=288mm b1=85mmb2=90mmYFa3=2.68YFa4=2.25YSa3=1.58YSa4=1.77F1=63.9MpaF2=60.1MPa大齿轮：做成腹板式(

23、三)外部传动零件开式齿轮传动开式齿轮设计条件：功率P4=5.462kW 主动轮转速：n4=144r/min传动比：i3=5.236 转矩：T4=362237Nmm1.选齿轮材料、热处理方式及计算许用应力1）材料及热处理按使用条件，属低速、轻载，重要性和可靠性一般的齿轮传动。选用软齿面齿轮，开式齿轮一般较大，选用铸铁材料。具体选择如下：大小齿轮均选用QT600-3，正火处理，硬度为190270HBS。取硬度为250HBS 2）确定许用应力。 按齿面硬度查图3-16得，Hlim5=Hlim6=560MPa；查图3-17得， Flim5=Flim6=220MPa。 计算应力循环次数N，确定寿命系数Z

24、N,YN。 N5=60a1t=6011441030016=4.147108N6=N1i2=7.92107查图3-18得，ZN5=1.1，ZN6=1.5，查图3-19得YN5=YN6=1。计算许用应力由表3-4取SHlim=1.1， SFlim=1.5HP5=Hlim5ZN5SHlim=5601.11.1MPa=560MPaHP6=Hlim6ZN6SHlim=5501.51.1MPa=763.64MPaFP3=FP4=Flim3YN3YSTSFlim=220121.5MPa=293.33MPa2.分析失效形式，确定设计准则 由于设计师软齿面开式齿轮传动，其主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断。因此，

25、该齿轮传动主要按弯曲疲劳强度设计 3.初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸 根据前面计算可知齿轮的名义转矩 T4=362237Nmm 选择齿轮类型 初估齿轮的圆周速度v3m/s，选用直齿圆柱齿轮传动。初选参数。 z5=24，z6=z5i3=5.23624 =125.664，取z6=126，则i3=5.25，x1=x2=0，d=0.3初算齿轮的主要尺寸。a）用式（3-10）计算d3m332KT4YSaYFaYdZ52HP 需首先确定系数看K、YSa、YFa、Y。因电机驱动，载荷中等冲击，齿轮转速不搞，非对称布置，轴的刚性较小，由相关表可以查得KA=1.1， Kv=1.05， K=1.2， K=1.2

26、， K=KAKvKK=1.6632查图3-14得：YFa5=2.68、YFa6=2.18，查表3-15得：YSa5=1.58、YSa6=1.82、Y=0.7m332KT4YSaYFaYdZ52HP=4.1mm取标准模数m3=5mm。中心距 a=m3z5+z6=375mmb) 计算分度圆直径d5=m3z5=120mmd6=m3z6=630mmc) 计算圆周速度：v=n2d360000=1443.1412060000=0.95m/s计算齿宽 大齿轮 b6=b=dd =1120=36mm 小齿轮 b5=b6+（510）mm=42mm大小齿轮材料：QT600-3，正火处理，硬度250HBSHlim5=

27、560MPaHlim6=560MPaFlim5=220MPaFlim6=220 MPaZN5=1.1ZN6=1.5YN5=YN6=1HP5=560MpaHP6=763.6MpaFP5=293.3MpaFP6=293.3MpaT4=362237Nmm z1=24z2=126x1=x2=0d=0.3KA=1.1Kv=1.05K=1.2K=1.2K=1.6632YFa3=2.68YFa4=2.18YSa3=1.58YSa4=1.82Y=0.7m3=5mma=375mmd5=120mmd6=630mm b1=36mmb2=42mm（注：此章所指的表均来自参考资料【2】）第六章 轴的设计计算（一）高速级

28、轴图二 高速级轴的结构示意图1.选择材料该轴传递功率较小，转速中等，且属一般用途的轴，无特殊要求，故轴的材料选选用45钢。经调质处理，由表6-1查得其许用应力-1b=60MPa。2.按扭转强度初步设计轴端直径。由表6-3查得C=118107,因转矩较小，C取大值，取C=118dminC3Pn=11836.1061440=19.1mm考虑到电机轴以及联轴器的选用（具体参考本文第九章），由于选用的是弹性套柱销TL6YC3882YC3882，所以取最小直径38mm。经计算，锥齿轮若有键槽，则其键槽底面到齿根的距离x过小，x=2.8mmS=1.4同理校核另一截面也满足，故该轴是安全的。-1b=60MPaRHA=608.56NRHB=364.18NRVA=1672.01NRVB=1000.57NWa=16.9cm3Wb=6.4cm3caa=21.12MPacab=21.13MPaa=8.0MPaa=5.12MPam=a=5.12MPa=0.2=0.1k=1.825k=1.625=0.94=0.81=0.76Sca=9.91第七章 键连接的选择及校核计算公称尺寸bh轴的公称直径（mm）键长度（mm）工作长度（mm）键类型转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴1083870