圓錐-圓柱齒輪減速器

機械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目：圓錐—圓柱齒輪減速器機電工程學院專業(yè)20130716班設(shè)計者：指導教師：2015年12月日(哈爾濱工程大學)附錄一、電動機的選擇······························································1二、傳動比的計算·······························································2三、齒輪的校核································································5四、軸的初步設(shè)計·····························································16五、軸的強度校核·····························································22六、軸承的校核與計算·························································28七、鍵的校核·································································29八、減速器箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計···················································30九、潤滑密封設(shè)計····························································32十、設(shè)計心得·································································36參考文獻·····································································35計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果一、電動機的選擇工作環(huán)境：室內(nèi)輸送物料種類：聚乙烯樹脂螺旋軸轉(zhuǎn)矩：320N/m螺旋軸轉(zhuǎn)速：110r/min工作班制年限：三班制；每班工作8小時，五年，螺旋輸送機效率為0.92。選擇電動機的類型根據(jù)上述的工作要求及工作條件確定選用Y系列封閉式三相異步電動機。選擇電動機功率工作機的有效功率為查《機械設(shè)計課程設(shè)計》中表2-3,取彈性聯(lián)軸器，可移式聯(lián)軸器，一對軸承效率，錐齒輪傳動效率,斜齒圓柱齒輪,螺旋機。得到電動機到工作間的總效率為電動機所需功率為。確定電動機的轉(zhuǎn)速根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計》中表2-2，得，；。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為1000r/min、1500r/min兩種。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、質(zhì)量及價格等因素，為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動機。計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果根據(jù)電動機類型、容量和轉(zhuǎn)速，由電機產(chǎn)品目錄或有關(guān)手冊選定電動機型號為Y132S-4。其主要性能如下表：型號額定功率Pe/kW滿載時額定轉(zhuǎn)/（）質(zhì)量/kg轉(zhuǎn)速nd/(r/min)電流A（380V）效率/%功率因素Y132S-45.5144011.685.50.84T=2.268kg二、傳動比的分配及計算1.計算傳動裝置的總傳動比，并分配傳動比總傳動比，分配傳動比，為保證大圓錐齒輪尺寸不致過大，便于加工，取圓錐齒輪傳動的傳動比，最終確定，所以，。計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果計算傳動裝置各軸的運動和動力參數(shù)各軸的轉(zhuǎn)速1軸n1=nd=1440r/min；2軸；3軸；4軸（輸出軸）。各軸的輸入功率1軸；2軸；3軸；4軸（輸出軸）。各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機的輸出轉(zhuǎn)矩為1軸2軸3軸4軸計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果各軸運動參數(shù)和動力參數(shù)匯總表軸名功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/()轉(zhuǎn)速n/(r/min)效率電機軸4.5330042.7144011軸4.4829711.114400.992軸4.3185751.04800.993軸4.14359100.8110.10.994軸（輸出軸）4.06352161.7110.11

計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果各級齒輪的設(shè)計及其校核低速級斜齒齒輪傳動的設(shè)計及校核選擇材料、熱處理方式、精度等級及齒數(shù)查表，選擇軟齒面漸開線斜齒圓柱齒輪，選擇小齒輪材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241~286HBS；大齒輪材料ZG35CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度190~240HBS，精度8級。取，為了防止輪齒的磨損集中于某幾個齒上，而造成齒輪過早報廢，Z1與Z2一般互為質(zhì)數(shù)，故取Z2=101。齒面接觸強度設(shè)計確定各參數(shù)數(shù)值初選螺旋角，載荷系數(shù)Kt=1.5；查《機械設(shè)計》書的表7-5，得彈性系數(shù)；查《機械設(shè)計》書的圖7-12，得節(jié)點區(qū)域系數(shù);查《機械設(shè)計》書的圖7-15，得；小齒輪應力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60×338×1×24×365×5=12.6×108；大齒輪應力循環(huán)次數(shù)N2=60n2jLh=60×84.9×1×24×365×5=2.8×108；查《機械設(shè)計》書的圖7-18，得接觸疲勞強度極限；；查《機械設(shè)計》書的圖7-19，得接觸疲勞壽命系數(shù)(允許局部點蝕）；取安全系數(shù)，由《機械設(shè)計》的式（7-18）得許用接觸應力計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果確定傳動尺寸初算小齒輪分度圓直徑其中，因為設(shè)計傳動件時應按軸的輸出功率計算。小齒輪的圓周速度，查《機械設(shè)計》書的圖7-7，得Kv=1.11，查表7-2得KA=1.25，查圖7-8得齒向載荷分布系數(shù)，因，故查表取。故載荷系數(shù)；按K值對修正，即。計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果確定模數(shù)取mn=2.5mm。確定螺旋角和中心距中心距圓整取a=160mm；；此時，傳動比誤差在允許范圍之內(nèi)。因確定大小齒輪的分度圓直徑及齒寬小齒輪分度圓直徑；大齒輪分度圓直徑；，取

mn=2.5mma=160mm計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果齒根彎曲疲勞強度校核確定各參數(shù)由《機械設(shè)計》表7-4按查取齒形系數(shù)與應力校正系數(shù)為；由縱向重合度查《機械設(shè)計》圖7-14得螺旋角系數(shù)；前面已算得N1=60n1jLh=12.6×108，N2=2.89×108，查《機械設(shè)計》圖7-17得彎曲疲勞壽命系數(shù)；由《機械設(shè)計》圖7-16得彎曲疲勞強度極限；取安全系數(shù)；易求得許用彎曲應力；易求得圓周力,計算齒根彎曲疲勞強度mn=2.5mm計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果因，所以彎曲強度足夠。驗算，說明取值無誤，合適。計算齒輪傳動其他幾何尺寸端面模數(shù)齒頂高齒根高全齒高頂隙齒頂圓直徑齒根圓直徑滿足齒根彎曲疲勞強度計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果低速級圓柱斜齒輪主要參數(shù)表參數(shù)名小齒輪大齒輪小齒輪大齒輪齒數(shù)z23101中心距a160mm齒寬b60mm55mm法面模數(shù)mn2.5mm分度圓直徑59.260mm260.229mm端面模數(shù)mt2.58064mm齒頂圓直徑664.260mm265.229mm壓力角20o齒根圓直徑53.010mm253.97mm螺旋角高速級錐齒輪傳動的設(shè)計及校核1.選擇材料、熱處理方式、精度等級及齒數(shù)查表，選擇軟齒面漸開線圓錐齒輪，選擇小齒輪材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241~286HBS；大齒輪材料ZG35CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度190~240HBS，精度8級。取，為了防止輪齒的磨損集中于某幾個齒上，而造成齒輪過早報廢，Z3與Z4一般互為質(zhì)數(shù)。按齒面接觸強度設(shè)計確定各參數(shù)值初選齒寬系數(shù)，查《機械設(shè)計》表7-5,??；計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果初選載荷系數(shù)；計算應力循環(huán)次數(shù)由于是標準錐齒輪傳動，取節(jié)點區(qū)域系數(shù),查《機械設(shè)計》表7-6,取彈性系數(shù)；查《機械設(shè)計》圖7-18，取齒輪接觸疲勞極限；查《機械設(shè)計》圖7-19，取(允許局部點蝕）；取接觸疲勞強度安全系數(shù),易求許用接觸應力取較小者確定傳動尺寸初算小錐齒輪分度圓直徑計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果其中，因為設(shè)計傳動件時應按軸的輸出功率計算。，按照《機械設(shè)計》表7-8齒輪傳動的精度選擇，4.31m/s大于4m/s，故預選齒輪為7級精度滿足要求。查《機械設(shè)計》圖7-7，取動載荷系數(shù)；查《機械設(shè)計》表7-2,取使用系數(shù)；因，，，查《機械設(shè)計》圖7-8(a)，取齒向載荷分配系數(shù)；因直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)；故載荷系數(shù)；按K值對修正，確定模數(shù)，取標準模數(shù)，則大端分度圓直徑，計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果錐距，錐角，。確定齒寬，圓整取,故齒寬，從而得。驗算傳動比，故傳動比在誤差允許范圍內(nèi)。按齒根彎曲強度校核查《機械設(shè)計》表7-4，因，故取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)為,；查《機械設(shè)計》圖7-17，取彎曲疲勞系數(shù)；取安全系數(shù)；查《機械設(shè)計》圖7-16得彎曲疲勞強度極限；5）易求得許用彎曲應力計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果查表，取使用系數(shù)；因，故取動載荷系數(shù)；因直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)；因，取齒向載荷分配系數(shù)；故載荷系數(shù)；易算得齒寬中點分度圓直徑，，，，當量齒輪模數(shù)，圓周力；驗算齒根彎曲疲勞強度因，所以彎曲強度足夠。驗算，說明取值無誤，合適。計算齒輪傳動其他幾何尺寸滿足齒根計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果齒寬中點分度圓直徑，；齒寬系數(shù)；當量齒輪模數(shù)；當量齒數(shù)齒頂圓直徑；齒根圓直徑。高速級錐齒輪主要參數(shù)表參數(shù)名小錐齒輪大錐齒輪參數(shù)名小齒輪大齒輪齒數(shù)z2163錐距R99.612mm齒寬b30mm30mm模數(shù)m3mm錐角當量模數(shù)2.55mm分度圓直徑d63.000mm189.000mm當量齒數(shù)22.14199.22齒寬中點分度圓直徑53.513mm160.540mm齒寬系數(shù)0.301齒頂圓直徑68.692mm190.897mm齒根圓直徑56.169mm186.723mm計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果軸的初步設(shè)計計算1.選取軸的材料及熱處理方式選取45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，，按許用切應力估算軸的最小直徑：，查《機械設(shè)計》表9-2，取C=110，得1軸：2軸：3軸：4軸（螺旋輸送機外軸）：初選聯(lián)軸器和軸承高速輸入軸聯(lián)軸器選擇采用彈性柱銷聯(lián)軸器，型號可按以下方式選擇：計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果，其中K=1.5由查表得到。根據(jù)查機械設(shè)計手冊確定選HL3型聯(lián)軸器，其中，又查電動機手冊得其外伸軸徑，而HL3型聯(lián)軸器軸孔直徑，滿足電動機軸徑要求。從而確定減速器高速軸外伸直徑。低速輸出軸聯(lián)軸器選擇采用十字滑塊聯(lián)軸器，型號可按以下方式選擇：，其中K=1.5由查表得到。根據(jù)查機械設(shè)計手冊確定選KL7型聯(lián)軸器，其中，滿足要求。查表，從而確定減速器低速軸外伸直徑。軸承選擇根據(jù)減速器功能要求選擇角接觸球軸承，，根據(jù)前述軸徑的最小要求，1和2軸選擇7207AC軸承，3軸選7209AC軸承。3.軸的設(shè)計高速軸1的設(shè)計材料及熱處理方式選取45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，擬定軸上的裝配方案，初步設(shè)計如下：高速軸選HL3型聯(lián)軸器低速軸選KL7型聯(lián)軸器1和2軸選擇7207AC軸承3軸選擇7209AC軸承計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果由軸上選擇的軸承為7207AC確定，查軸承手冊確定軸承寬，為利于固定軸承，確定；軸徑為的軸段與軸徑為的軸段為非定位軸肩，故取，查相關(guān)手冊，根據(jù)軸承端蓋的相關(guān)參數(shù)及考慮軸承蓋螺釘?shù)牟鹦兑?，及此處軸徑應符合密封標準軸徑要求，一般為0,2,5,8結(jié)尾的軸徑，故確定；由聯(lián)軸器的長度，確定，又前已算得，故?。惠S徑為的軸段與軸徑為的軸段為定位軸肩，故取，又查相關(guān)手冊有，故取；根據(jù)齒輪與內(nèi)壁的距離要求及齒輪孔的軸徑和長度要求，確定，。即高速軸1的設(shè)計如下：計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果中間軸2的設(shè)計1）材料及熱處理方式選取45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，2)擬定軸上的裝配方案，初步設(shè)計如下：由軸上選擇的軸承為7207AC確定，查軸承手冊確定軸承寬，為利于固定軸承，預留擋油板或套筒長度，且大錐齒輪占去2mm，從而確定；軸徑為的軸段與軸徑為的軸段為非定位軸肩，故取，查相關(guān)手冊，由大錐齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定大錐齒輪寬，又因為輪轂寬要大于軸頭寬，從而確定；軸徑為的軸段與軸徑為的軸段為定位軸肩，故取，適當取其長度，確定；軸徑為的軸段與軸徑為的軸段為定位軸肩，故取，由小斜圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定其齒寬，又因此小斜圓柱齒輪齒根圓直徑與該處軸徑相差過小，為避免由于鍵槽處輪轂過于薄弱而發(fā)生失效，故將齒輪與軸加工成一體，從而確定，；計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果由軸上選擇的軸承為7207AC確定，查軸承手冊確定軸承寬，為利于固定軸承，預留擋油板厚度，從而確定。即中間軸2的設(shè)計如下：低速軸3的設(shè)計1）材料及熱處理方式選取45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，2）擬定軸上的裝配方案，初步設(shè)計如下：由軸上選擇的軸承為7209AC確定，查軸承手冊確定軸承寬，為利于固定軸承并預留擋油板厚度從而確定；計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果軸徑為的軸段與軸徑為的軸段為非定位軸肩，故取，查相關(guān)手冊，根據(jù)軸承端蓋的相關(guān)參數(shù)及考慮軸承蓋螺釘?shù)牟鹦兑?，及此處軸徑應符合密封標準軸徑要求，一般為0,2,5,8結(jié)尾的軸徑，故確定；由聯(lián)軸器KL7的長度，確定，由聯(lián)軸器型號及前面確定的軸徑，確定；軸徑為的軸段與軸徑為的軸段為定位軸肩，故取，由中間軸2長，確定，其中L為中間軸2的總長，故取；軸徑為的軸段與軸徑為的軸段為非定位軸肩，故取，取軸環(huán)長度；軸徑為的軸段與軸徑為的軸段為定位軸肩，故取，由設(shè)計的大斜圓柱齒輪的齒寬及輪轂寬要大于軸頭寬，從而確定；由軸上選擇的軸承為7209AC確定，查軸承手冊確定軸承寬，為利于固定軸承并預留擋油板厚度，考慮內(nèi)壁厚度要求，從而確定。即低速軸3的設(shè)計如下:計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果軸的強度校核計算由于低速軸3所受轉(zhuǎn)矩大，故選取低速軸3作為校核件。軸的計算簡圖（力學模型）將階梯軸簡化為簡支梁；齒輪等傳動件作用在軸上的分布力簡化為集中力，并作用在輪緣寬度的中點，因為這種簡化，一般偏于安全；作用在軸上的轉(zhuǎn)矩，簡化為從動件輪緣寬度的中點算起的轉(zhuǎn)矩；軸的支承反力作用點隨軸承類型和布置方式而異，由于此低速軸上軸承為7209AC型軸承，查取相關(guān)手冊，確定a=24.7mm，簡化后，即可將雙支點軸當作受集中力的簡支梁計算；由此得出低速軸的簡化力學模型如下：其中，，，。計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果大斜齒圓柱齒輪受力分析圓周力徑向力軸向力按彎扭合成強度計算作出水平面彎矩圖其中，1軸承處合力矩為0，有,易求得,計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果作出垂直面彎矩圖其中，,，1軸承處合力矩為0，有,易求得,,。作出合成彎矩圖總彎矩計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果其中。作出轉(zhuǎn)矩圖其中，查《機械設(shè)計》表9-4，許用應力值用插入法算得，則折合系數(shù)為，當量轉(zhuǎn)矩為。作出當量彎矩圖根據(jù)第三強度理論，求出危險截面的當量應力為,則當量彎矩圖如下：計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果其中，，，b處的當量彎矩。校核軸徑由彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖及結(jié)合階梯軸各段軸徑綜合考慮，易知有a、b、c三處危險截面，其中，對三處危險截面分別校核，有：故此軸的彎扭合成強度滿足要求。校核低速軸的疲勞強度由彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖及結(jié)合階梯軸各段軸徑綜合考慮，且c截面處有鍵槽，故校核c截面處的疲勞強度。校核危險截面疲勞強度安全系數(shù)的公式為：計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果,，。查《機械設(shè)計》表9-1，有；查相關(guān)手冊有，，計算得查《機械設(shè)計》表9-5及相關(guān)手冊，得，有復合安全系數(shù)故此軸的疲勞強度滿足要求。計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果六、軸承的校核計算軸承主要參數(shù)表軸承代號及軸d/mmD/mmB/mmCr/kNC0r/kN極限轉(zhuǎn)速n/(r/min)脂潤滑油潤滑7207AC(高速軸1和中間軸2）35721729.019.28000110007209AC（低速軸3）45851936.827.267009000選取低速軸3上的軸承7209AC進行校核。軸承受力情況如下圖所示：其中，，，查《機械設(shè)計》表10-13，有，，，因，故1軸承放松，2軸承被壓緊，從而有；計算當量動載荷，查《機械設(shè)計》表10-8,有e=0.68，因計算項目及內(nèi)容主要結(jié)果，所以，；，所以，。計算軸承壽命，，查相關(guān)書籍，得由于2軸承更容易被損壞，壽命短，故校核2軸承的壽命，其中365×24×5=43800h，故軸承壽命符合要求，軸承選擇也符合要求。鍵的校核1）因許用擠壓應力應按連接鍵、軸、輪轂三者中材料最弱的選取，由于輪轂材料最弱，查表知其許用擠壓強度為。選擇高速軸上的鍵校核，即對和聯(lián)軸器相連的鍵進行校核，由于軸徑d=30mm，查表，選擇類型的鍵，選其長度為L=70mm，則按鍵的強度條件校核故鍵的強度滿足要求。計算項目及內(nèi)容減速器箱體的結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計減速器的箱體采用鑄造（HT200）采用剖分式結(jié)構(gòu)，便于拆裝，大端蓋和機體采用配合。箱體有足夠的剛度箱體體加肋板，外輪廓為長方形，增強了軸承座剛度；考慮到箱體內(nèi)零件的潤滑，密封散熱因其傳動件速度小于12m/s，故采用浸油潤滑，同時為了避免傳動件攪得沉渣濺起，大斜圓柱齒輪齒頂距油池底面的距離取H=40mm，從而確定下箱體的高度為178mm；對于圓柱齒輪，通常浸油深度為一個齒高，又由于錐齒輪浸油深度為0.5到1個齒寬，但不能小于10mm，故取油面距油池底面的深度為46mm。箱體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性查相關(guān)書籍，確定鑄件壁厚為8mm，圓角半徑大于等于5mm，箱體外型簡單，拔模方便。對附件的設(shè)計視孔蓋和窺視孔在上箱蓋頂部開有窺視孔，能看到傳動零件的嚙合情況，并有足夠的空間，以便觀察和操作。窺視孔有蓋板，箱體上開窺視孔與凸緣一塊，有便于機械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強密封，蓋板用鑄鐵鑄成，用M6緊固；放油孔及放油螺塞放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件的一側(cè)，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機體外壁應凸起一塊，由機械加工成螺塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封；通氣器由于減速器運轉(zhuǎn)時，箱體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在箱蓋頂部的窺視孔蓋上安裝通氣器，以便于達到箱體內(nèi)壓力平衡；啟蓋螺釘為了加強密封效果，防止?jié)櫥蛷南潴w剖分面處滲漏，通常在箱蓋和箱座剖分面上涂以水玻璃或密封膠，因而在拆卸時不易拆開，故在箱蓋凸緣的適當位置上設(shè)置2個啟蓋螺釘。啟蓋螺釘?shù)闹睆脚c箱蓋凸緣連接螺栓直徑相同，其長度應大于箱蓋凸緣的厚度，其端部應為圓柱形或半圓形，已免在擰動時將其端部螺紋破壞；計算項目及內(nèi)油面指示器為了指示減速器內(nèi)油面的高度，以保持箱內(nèi)正常的油量，應在便于觀察和油面比較穩(wěn)定的部位設(shè)置油面指示器，選擇壓配式圓形油標，其結(jié)構(gòu)簡單，在減速器中應用較多；吊環(huán)螺釘、吊耳和吊鉤為了裝拆和搬運，應在機蓋上設(shè)置吊環(huán)螺釘或吊耳，在機座上設(shè)置吊鉤。設(shè)置兩個吊環(huán)螺釘，為保證足夠的承載能力，吊環(huán)螺釘旋入螺孔中的螺紋部分不宜太短，加工螺紋時應避免鉆頭半邊切削的行程過長，以免鉆頭折斷；吊耳和吊鉤直接在箱蓋上鑄出；定位銷為了精確地加工軸承座孔，并保證減速器每次裝拆后軸承座的上下半孔始終保持加工時的位置精度，在箱蓋和箱座的連接凸緣上配裝兩個定位圓錐銷。定位銷的位置應便于加工，且不應妨礙附近連接螺栓的裝拆。兩圓錐銷應相距較遠，且不宜對稱布置，以提高定位精度?？紤]以上各因素，查相關(guān)書籍確定一定標準后，設(shè)計出的減速器箱體各部分結(jié)構(gòu)尺寸表如下所示：圓錐圓柱齒輪減速器箱體主要參數(shù)表名稱符號結(jié)構(gòu)尺寸/mm箱座（體）壁厚8箱蓋壁厚8箱座、箱蓋、箱底座凸緣的厚度箱座、箱蓋上的肋厚軸承旁凸臺的高度和半徑軸承蓋（即軸承座）的外徑地腳螺釘直徑與數(shù)目