课程设计一级圆锥齿轮减速器

一、课程设计任务书题目：一级圆锥齿轮减速器工作条件：单向运转，两班制工作，与轻度震动，使用年限10年。原始数据：滚筒圆周力F=3×103N，带速V=1.0m/s；链轮直径D=150mm。注意事项：将设计人的电子版课程设计任务书（从邮箱中下载）粘贴、整理在此处；正文中的标题（一、二、三……）字体为宋体、四号、加粗、居中，且要求不同标题不能放在同一页，下一个标题及其内容要放在下一页；设计计算内容字体为宋体、小四号、非加粗，按照样例排版即可；行间距要求：单倍行距；以下左侧方框内为对应标题及其设计计算过程，右侧方框对应位置写设计计算的结果或结论。二、电动机的选择1、电动机类型的选择按工作要求和条件选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。2、电动机功率选择（1）传动装置的总效率：ηaη1•η23•η3•η4•η5式中：η1、η2、η3、η4、η5分别是带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和输送链的传动效率。取η1=0.95，η2=0.98，η3=0.97，η4=0.99，η5=0.93，则ηa=0.95×0.983×0.97×0.99×0.93=0.80（2）电机所需的功率：pw=1000FVkw=10001*3000=3kwPd=awp=3.75kw3、确定电动机转速计算链轮工作转速：6010006010001.0127.39/min150VnrD按《机械设计课程设计指导书》P7表1推荐的传动比合理范围，取V带传动比'12~4i，一级锥齿轮减速器的传递比'22~3i。则总传动比合理范围为'4~12ai。故电动机转速的可选范围为：'5101529/mindnr。符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号，因此有三种传动比方案，综合考虑电动机和传动装置尺寸、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，则选n=1000r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132M1-6。其主要性能：额定功率4KW；满载转速960r/min；额定转矩2.0。ηa=0.80Pd=3.75kw127.39/minnr510~1529/mindnr电动机型号：Y132M1-6三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比ia=nm/n=960/127.39=7.532、分配各级传动比（1）据指导书P7表1，为使V带传动外廓尺寸不致过大，取ij=3。（2）id=ia/ij=2.51ia=7.53ij=3id=2.51四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速nⅠ=nm/id=960/2.51=382.5r/minnⅡ=nⅠ/ij=382.5/3=127.39r/minnⅢ=nⅡ=127.39r/min2、计算各轴的输入功率PI=Pd=3.75×0.95=3.56KWPII=PIη2×η3=3.56×0.98×0.97=3.39KWPIII=PII×η2×η4=3.39×0.99×0.98=3.29KW3、计算各轴扭矩电动机输出轴转矩:Td=9.55×106Pd/nd=9.55×106×3.75/960=37.30N·m各轴输入转矩TI=Td×η1=35.4N·mTII=TIη2×η3=33.7N·mTIII=9.55×106PIII/nIII=32.7N·mnⅠ=127.39r/minnⅡ=127.39r/minnⅢ=382.5r/minPd=3.75KWPI=3.56KWPII=3.39KWPIII=3.29KWTd=38.03N·mTI=35.4N·mTII=33.7N·mTIII=32.7N·m五、传动零件的设计计算V带传动的设计计算1、选择普通V带截型由教材P156表8-7取工作情况系数kA=1.2计算功率Pca=KAP=1.2×2.51=3.012KW由教材P157图8-11选用A型V带2、确定带轮基准直径，并验算带速由教材教材P157图8-11推荐的小带轮基准直径为：80~100mm，则取dd1=100mmdmin=75mm大带轮直径dd2=nd/nI·dd1=960/382.5×100=251mm由教材P157表8-8，取dd2=250mm实际从动轮转速nI’=nd·dd1/dd2=960×100/250=384r/min转速误差为：nI-nI’/nI=(382.5-384)/382.5=-0.00390.05(允许)带速V：V=πdd1nd/60×1000=π×100×960/60×1000=5.024m/s在5~25m/s范围内，带速合适3、确定中心距a，并选择V带的基准长度Ld根据教材P152式（8-20）0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)得：0.7(100+250)≤a0≤2(100+250)所以有：245mm≤a0≤700mm，取a0=500由教材P158式（8-22）Ld0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd1-dd2)2/4a0得：Ld0=2×500+1.57(100+280)+(280-100)2/4×500=1612.8mm根据教材P146表（8-2）取Ld=1600mm根据教材P158式（8-23）得：a≈a0+（Ld-L0）/2=500+（1600-1560.75）/2=520mm4、验算小带轮包角根据教材P152式（8-20）α1=1800-(dd1-dd2)×57.30/a=1800-（250-100）×57.30/520=1800-20.90=163.501200（适用）5、确定带的根数根据教材P152表（8-4a）查得：P0=0.95KW根据教材P153表（8-4b）查得：△P0=0.11KW根据教材P155表（8-5）查得：Ka=0.96根据教材P146表（8-2）查得：Kl=0.99由教材P158式（8-26）得：Z=Pca/[(P0+△P0)KaKl]=3/[(0.95+0.11)×0.96×0.99]=3取Z=36、计算轴上压力由教材P149表8-3查得q=0.1kg/m，由教材P158式（8-27）单根V带的初拉力：F0=500Pca（2.5-Ka）/ZVKa+qV2=500×(2.5-0.93)×4.8/0.93×5×5.03+0.1×5.0242=162.17N则作用在轴承的压力Fp，由教材P159式（8-28）得：Fp=2ZF0sinα1/2=2×3×162.17×sin163.50/2=963N齿轮传动的设计计算dd1=100mmdd2=280mmnI’=342.86r/minV=5.03m/s266mm≤a0≤760mm取a0=500Ld=1600mma=493.6mmZ=5根Fp=1609.1N1、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240~260HBS。大齿轮选用45钢调质，齿面硬度220HBS；根据教材P210表10-8选7级精度。齿面粗糙度Ra≤1.6~3.2μm2、按齿面接触疲劳强度设计根据教材P203式10-9a：21322.92()(10.5)EHRRZKTdu进行计算确定有关参数如下：传动比i齿=3取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=3×20=60实际传动比i0=52/20=2.6传动比误差：i-i0/I=2.6-2.6/2.6=0%2.5%可用齿数比：u=i0=2.6②由教材P224取φR=0.3③转矩T1T1=35.4N·mm④载荷系数k取k=1.3⑤许用接触应力[σH][σH]=σHlimkHN/SH由教材P209图10-21查得：σHlimZ1=560MpaσHlimZ2=500Mpa由教材P206式10-13计算应力循环次数NN1=60njLh=60×331.03×1×(16×365×10)=2.7648×109N2=N1/i=1.16×109/3=9.216×108由教材P207图10-19查得接触疲劳的寿命系数：KHN1=0.87KHN2=0.90通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求，选取安全系数SH=1.0[σH]1=σHlim1KHN1/SH=560×0.93/1.0Mpa=487.2Mpa[σH]2=σHlim2KHN2/SH=350×0.97/1.0Mpa=450Mpa⑥弹性影响系数ZE由教材P201表10-6查得ZE=189.8MPa1/2故得：21322.92()(10.5)EHRRZKTdu=67.9计算平均分度圆处的圆周速度vm分锥角δ1=arctan(Z1/Z2)=当量齿数Zv1=Z1/cosδ1=21.43Zv2=Z2/cosδ1=144.86平均分度圆处的圆周速度：11124.16/cos601000tmdnvms计算载荷系数根据v=3.41m/s锥齿轮为7级精度由教材P194图10-8查得：动载系数KV=1.08由教材P193表10-2查得:使用系数KA=1由教材P195表10-3查得:齿间啮合系数Ka=1i齿=2.6Z1=20Z2=52u=2.6T1=111070N·mmσHlimZ1=560MpaσHlimZ2=350MpaN1=1.16×109N2=4.46×108KHN1=0.93KHN2=0.97[σH]1=520.8Mpa[σH]2=339.5Mpad1t=112.8mmZv1=21.43Zv2=144.864.16/mvms由教材P226b表10-9查得：轴承系数KHβbe=1.10故载荷系数K=KAKVKHaKHβ=2.475按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径根据P226式（10-10（a））33112.475112.8152.581ttKddK模数：m=d1/Z1=152.58/20=7.6mm取标准模数：m=73、校核齿根弯曲疲劳强度根据教材P226公式10-23：(10.5)tFaSaFFRKFYYbm确定有关参数和系数①分度圆直径：d1=mZ1=7×20=140mmd2=mZ2=7×52=364mm齿宽：3Rb22121952mZZR故得65b取b=65②齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据教材P200表10-5得：YFa1=2.72YSa1=1.57YFa2=2.14YSa2=1.83③许用弯曲应力[σF]根据公式：[σF]=σFLim2/SF根据教材P208图10-20（c）得σFLim1=420MpaσFLim2=330Mpa按一般可靠度选取安全系数SF=1.25计算两轮的许用弯曲应力[σF]1=σFLim1/SF=420/1.25=336Mpa[σF]2=σFLim2/SF=330/1.25=264Mpa④将求得的各参数代入式111153.1420(10.5)tFaSaFaaFRKFYYMPMPbm222248.68330(10.5)tFaSaFaaFRKFYYMPMPbm故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够5计算齿轮的圆周速度VV=πd1n1/60×1000=2.43m/s六、轴的设计计算d1=152.58m=7d1=140mmd2=364mmR=195mmb=65mmYFa1=2.72YSa1=1.57YFa2=2.14YSa2=1.83σFLim1=420MpaσFLim2=330MpaSF=1.25σF1=53.1MpaσF2=48.68MpaV=2.43m/s输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45调质，硬度217~255HBS根据教材P370（15-2）式，并查表15-3，取A=115d≥115(3.70/331.03)1/3mm=25.7mm考虑有键槽，将直径增大5%，则：d=25.7×(1+5%)mm=27∴选d=28mm2、轴的结构设计（1）轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将输入轴的圆锥齿轮做成悬臂结构，安排在箱体一侧，两轴承安排在齿轮的右侧，齿轮左面由套筒