课程设计 二级圆锥-圆柱齿轮减速器设计计算说明书分析

机械设计基础课程设计计算说明书设计题目：二级圆锥-圆柱齿轮减速器设计者：学号：同组者：学院：专业班级：指导教师：二○一四年○六月二十一日湖南大学课程设计第页1目录一、设计任务书················································································2二、总体设计计算·············································································41.电机型号选择2.各级传动比分配3.各轴的运动参数和动力参数计算（转速、功率、转矩）三、传动机构设计计算·····································································61.直齿圆柱传动2.圆锥齿轮传动四、轴系零件设计计算·····································································101.输入轴的设计计算2.中间轴的设计计算3.输出轴的设计计算五、滚动轴承的选择与寿命校核计算·············································20六、键连接的强度校核计算··························································23七、润滑和密封方式的选择····························································24八、箱体的设计···············································································25九、附件的结构设计和选择····························································25十、设计总结···················································································26参考文献···························································································27湖南大学课程设计第页2一、设计任务书1、二级圆锥-圆柱设计方案（1）已知条件：输送带牵引力F=3500N带速V=1.7m/s卷筒直径D=200mm（2）整体方案如下：图1-1二级圆锥-圆柱齿轮减速器整体外观参考图湖南大学课程设计第页3图1-2二级圆锥-圆柱齿轮减速器内部结构参考图图1-3二级圆锥-圆柱设计运动方案简图湖南大学课程设计第页4二、总体设计计算1、电机型号选择（1）电动机类型选择：Y系列三相异步电动机（2）电动机功率计算：输出功率：P输出=F×V/1000=5.95KW按《机械设计基础课程设计》P7表2-4取η联轴器=0.99轴承的效率的确定：圆锥齿轮处选用圆锥滚子轴承直齿圆柱处选用圆锥滚子轴承按《机械设计基础课程设计》P7表2-4取η轴承=0.98圆锥齿轮效率的确定：按《机械设计基础课程设计》P7表2-4取η锥齿=0.96直齿圆柱齿轮效率的确定：按《机械设计基础课程设计》P7表2-4取η圆柱=0.97传动装置的总效率：η总=η3轴承×η2联轴器×η锥齿×η圆柱=0.993×0.992×0.95×0.97=0.85电机所需的工作功率：P工作=P输出/η总=7.02KW（2）确定电动机转速卷筒转速：n筒=60×1000V/πD=60×1000×1.7/（π×200）=162.33r/min按《机械设计基础课程设计》P4表2-1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i’a=3~6。取圆锥传动比i’1=2~3，则总传动比理时范围为i’a=6~18。故电动机转速的可选范围为n’d=i’a×n2=（6~18）×162=972~2916r/min，符合这一范围的同步转速有1000和1500r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有两种适用的电动机型号：因此有两种传动比方案：1000和1500r/min。综合考虑电动机传动平稳和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，所以选同步转速为1000r/min。（3）确定电动机型号按手册P167表12-1，选用Y160M-6型三相异步电动机。Ped=7.5KW，n1=970r/min，额定转矩2质量119kg。2、计算传动装置总传动比和分配各级传动比（1）传动装置总传动比：i总=n1/n筒=6（2）分配各级传动比：P输出=5.95KWη联轴器=0.99η轴承=0.98η锥齿=0.95η圆柱=0.97η总=0.85P工作=7.02KWn筒=162.33r/minn电机=1000r/min电动机型号Y160M-6i总=6湖南大学课程设计第页5取低速级圆柱齿轮的传动比i2=3，则高速级圆锥齿轮的传动比i1=2。所得i1、i2值分别符合圆锥、圆柱齿轮传动比的传动范围。3、各轴运动参数及动力参数计算电动机为Ⅰ轴，减速器高速轴为Ⅱ轴，低速轴为Ⅲ轴（1）计算各轴转速（r/min）nI=970r/minnII=nI/i1=970/2=485(r/min)nIII=nII/i2=485/3=161.67(r/min)（2）计算各轴的输入功率（KW）PI=Ped×η联=7.425KWPII=PI×η轴承×η锥齿=7.425×0.99×0.95=6.983KWPIII=PII×η轴承×η圆柱=6.983×0.99×0.97=6.706KW（3）计算各轴扭矩（N·mm）TI=9.55×106PI/nI=9.55×106×7.425/970=73102N·mmTII=9.55×106PII/nII=9.55×106×6.983/485=137500N·mmTIII=9.55×106PIII/nIII=9.55×106×6.706/162=396056N·mm低速级圆柱齿轮i2=3高速级圆锥齿轮i1=2nI=970r/minnII=485(r/min)nIII=161.67(r/min)PI=7.425KWPII=6.983KWPIII=6.706KWTI=73102N·mmTII=137500N·mmTIII=396056N·mm湖南大学课程设计第页6三、传动机构设计计算1、直齿圆柱齿轮传动的设计计算(1)选定齿轮传动类型、材料、热处理方式及精度等级根据所选传动方案，选用闭式齿轮传动。大、小齿轮均采用软齿面。小齿轮材料选用40Cr，调质，齿面硬度为,280HBS。大齿轮选45钢，调质，齿面硬度250HBS；按手册P129表10-4选8级精度。齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm(2)按齿面接触疲劳强度设计确定有关参数如下：传动比i2=3取小齿轮齿数Z1=27。则大齿轮齿数：Z2=i2Z1=3×27=81实际传动比I0=81/27=3传动比误差：i-i0/i=3-3/3=0%2.5%可用齿数比：u=i0=3取φa=0.3,则：φd=0.5(i2+1)φa=0.6计算小轮分度圆直径d1≥[2kTIII(u+1)/φdu(ZEZHZε/[σH])2]1/3确定各参数值（均按《机械设计基础》选取）：1）载荷系数P80表6-6，取K=1.22）小齿轮名义转矩TII=9.55×106PII/nII=9.55×106×6.983/485=137500N·mm3）材料弹性影响系数P81表6-8,取ZE=189.8(MPa)1/24）区域系数ZH=2.55）重合度系数εt=1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)=1.72Zε=[(4-εt)/3]1/2=0.876）许用应力按P80图6-19，可知σHlim1=770MPa,σHlim2=610MPaP81表6-7，按一般可靠度要求取SH=1，则[σH]1=σHlim1/SH=770MPa[σH]2=σHlim2/SH=610MPa取两式中的较小者，即[σH]=610MPa;于是：d1≥[2kTII(u+1)(ZEZHZε/[σH])2/φdu]1/3=69.51mm(3)确定模数m=d1/Z1=2.57mm取标准值m=3mm(4)按齿根弯曲疲劳强度校核计算σF=(2kT1/bm2Z1)YFSYε≤[σF]式中：1）小分度圆直径d1=mZ1=81mm2）齿轮啮合宽度b=φdd1=48.6mmZ1=27Z2=81u=3m=3mmd1=81mm湖南大学课程设计第页73）复合齿形系数按P82图6—21得，YFS1=4.16，YFS2=3.954）重合度系数Yε=0.25+0.75/εt=0.68555）许用应力按P83图6—22(a)σFlim1=310MpaσFlim2=240Mpa按P81表6-7取SF=1.25则，[σF]1=σFlim1/SF=310/1.25Mpa=248Mpa[σF]2=σFlim2/SF=240/1.25Mpa=192Mpa6）计算大小齿轮的YFS/[σF]并进行比较：YFS1/[σF]1=0.01678YFS2/[σF]2=0.02057于是，σF2=(2kT1/bm2Z1)YFSYε=67.25Mpa[σF]2故满足齿根弯曲疲劳强度要求。(5)几何尺寸计算：d1=mZ1=81mmd2=mZ2=243mma=m/2(Z1+Z2)=162mmb=48.2mm,取b2=50mmb1=b2+(5~10)mm，取b1=60mm(6)验算初选精度等级是否合适齿轮圆周速度V=πd1n2/60×1000m/s=2.06m/s6m/s按《机械设计基础》P77表6-5可知选择8级精度合适。2、圆锥齿轮传动的设计计算(1)选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为280HBS。大齿轮选用45钢调质，齿面硬度250HBS；初选7级精度。齿面粗糙度Ra≤1.6~3.2μm(2)按齿面接触疲劳强度设计21322.92()(10.5)EHRRZKTdu确定有关参数如下（均按《机械设计基础》选取）：1)传动比i1=2取小齿轮齿数Z1=30。则,大齿轮齿数：Z2=i1Z1=2×30=60,取Z2=60实际传动比i0=68/30=2传动比误差：i1-i0/i1=02.5%,所以可用。齿数比：u=i2=2YFS1=4.16YFS2=3.95[σF]1=248Mpa[σF]2=192MpaσF2=67.25Mpad1=81mmd2=243mma=162mmb1=60mmb2=50mmZ1=30Z2=601湖南大学课程设计第页82)齿宽系数按P98可知，φR一般为0.25~0.35，取φR=0.33)转矩TITI=73102N·mm4)载荷系数k按P80表6-6取k=1.25）许用接触应力[σH][σH]=σHlim/SH按P80图6-19，可知σHlim1=770MPa,σHlim2=610MPaP81表6-7，按一般可靠度要求，取SH=1，则[σH]1=σHlim1/SH=770MPa[σH]2=σHlim2/SH=610MPa取两式中的较小者，即[σH]=610MPa;6）材料弹性影响系数P81表6-8,取ZE=189.8(MPa)1/2故得：21322.92()(10.5)EHRRZKTdu=78.7mmm≥d1/Z1=2.62mm(3)按齿根弯曲疲劳强度校核1)5.01(k4232R21R1umZYTFSF确定参数1）载荷系数按P80表6-6取k=1.22）转矩TITI=73102N·mm3）齿宽系数按P98可知，φR一般为0.25~0.35，取φR=0.34）复合齿形系数分度圆锥角δ1=arccot(Z2/Z1)=26.6°δ2=90