机械设计——减速器
课程设计说明书
课程名称：机械设计课程设计
设计题目：展开式二级圆锥-圆柱齿轮减速器
院系：机电学院机械工程系
班级：0603班
姓名：刘博
学号：06221069
指导教师：李德才
设计时间：2009年12月29日至1月16日
CONTENTS
一，设计任务书…………………………………………3
二，总体方案分析………………………………………4
三，电动机的选择………………………………………4
四，传动比的分配………………………………………6
五，计算传动装置的运动和动力参数…………………7
六，高速级圆锥齿轮的计算……………………………8
七，低速级圆柱齿轮的计算……………………………13
八，链传动的设计计算…………………………………13
九，减速器轴的结构设计………………………………15
十，减速器轴的强度校核计算…………………………18
十一，滚动轴承的选择及计算…………………………22
十二，键连接的选择及校核计算………………………25
十三，联轴器的选择……………………………………26
十四，箱体尺寸大的设计………………………………27
十五，其它轴系部件的确定……………………………29
十六，设计小结…………………………………………30
| 十七，附图 |
| 一，设计任务书 设计题目：带式输送机的专用传动装置 原始数据： 运输连牵引力F=6kN； 运输带速度v=0.9m/s, 运输带带轮直径D=300mm ; 动力来源：电力，三相交流，电压380V； 使用期限：每日两班制工作，工作期限为10年。 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。 传动方案：二级展开式圆锥-圆柱齿轮减速器 需要完整图纸及论文，请联系QQ545675353，另接定做毕业设计 | 介绍运输机相关参数和工作条件 | |
| 二，总体方案分析 两级展开式圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器传动方案如图所示： 1—电动机；2、4—联轴器；3—圆锥-圆柱斜齿轮减速器；5—输送带；6—滚筒 三，电动机的选择 1，电动机的类型和结构的选择 因为本传动的工作状况是：两班制，工作环境较恶劣，380v交流电，选用Y系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。 2，电动机的容量 1）工作机所需功率 根据公式，F为运输牵引力，V为运输链速度。由此得出： 2）计算传动装置总效率 由于动力经过一个传动副或者运动副就会发生一次损失，故多级串效率 本题中：取一对轴承效率，锥齿轮传动效率，斜齿圆柱齿轮传动效率，联轴器效率，得到电动机到工作机间的效率： 所以电动机效率 根据表8-2选取电动机的额定功率 | "
根据情况选择Y系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。 工作机所需功率 总效率 电动机效率 | |
| 3） 运输机的转速 由表2-2可知锥齿轮传动传动比为，圆柱齿轮传动传动比，则总传动比范围为。 电动机的转速范围为： 由表8-2可知，符合这一要求的电动机同步转速有750r/min和1000r/min，考虑到1000r/min接近其上限，所以选用750r/min的电动机，其满载转速为720r/min，其型号为Y160L-8。 四，传动比的分配 总传动比的分配 总传动比 链传动，减速器传动比 考虑到两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度。两级齿轮减速器高速级传动比与低速级传动比的比值取为1.3，即。 则； 五，传动装置的运动和动力参数计算 1，各轴转速的计算
2，各轴输入功率
3，各轴输入转矩 | 选择 Y160L-8 确定传动比 | |
|
六，高速级齿轮的设计 1，选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数 按传动方案选用直齿圆锥齿轮传动。 输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。 材料选择 引用教材表10-1选择小齿轮45钢，调制处理，平均硬度为235HBS。 大齿轮材料为45钢，正火，硬度为190HBS，二者硬度差为45HBS。 选小齿轮齿数z1=24,则，取。齿数 2，按齿面接触疲劳强度计算
，一般取=1/3 教材表10-6查的材料的弹性影响系数 已经算出；u=4.042 查表得 | ||
| " 5）查表得，，取S=1 计算 则 所以，模数，取标准m=3mm。 大端分度圆直径 齿轮相关参数： 1）取Z1=22，则；，取， 2）节锥顶钜： 3）
4）大端齿顶圆直径： 小齿轮： mm 大齿轮： 5）齿宽 取 3，按齿根弯曲强度计算
1) 已得出；；； 2)查表10-5得 3）查图10-20c 得 根据公式， 查的, 计算
4计算大小齿轮的并加以比较
大齿轮的数值大 1）计算（按大齿轮计算）：
与之前计算得m值一致，则齿轮参数如下：
1）Z1=22，则；，取， 2）节锥顶钜： | ||
4）大端齿顶圆直径：
小齿轮： mm
大齿轮：
5）齿宽
取
6）平均分度圆直径
7）当量分度圆半径
8)当量齿数Zv
9)当量齿轮的齿数比
10)平均模数
| 高速级齿轮传动的尺寸如下： 名称 | 计算公式 | 结果 | |
| 模数 | M | ||
| 齿数 | |||
| 分度圆直径 | mm mm | ||
| 齿顶圆直径 | mm | ||
| 齿宽 | |||
| 节锥顶钜 | 137.408mm | ||
| 平均分度圆直径 | |||
| 当量分度圆半径 | |||
| 当量齿数Zv | |||
| 当量齿轮的齿数比 | |||
| 平均模数 | 2.55 |
低速级齿轮的设计与高速级齿轮的设计是一样的，其中包括齿面解除疲劳强度计算、齿根弯曲强度计算和校核。
计算过程省略，得一下数据：
| 名称 | 计算公式 | 结果 |
| 法面模数 | 3.0mm | |
| 法面压力角 | ||
| 齿数 | 31 97 | |
| 传动比 | 3.102 | |
| 分度圆直径 | 93mm 291mm | |
| 齿顶圆直径 | 99mm 297mm | |
| 中心矩 | 192mm | |
| 齿根圆直径 | ||
| 齿宽 | B |
传动比 主动轮转速
虚拟电动机额定功率
(1)轮齿
取，
则,取
2）计算功率
查表9-6，
查图9-13， 单排链
3）链条型号和节距
由和n 查表选型号32A ，查表9-1，p=50.8mm
4)连接和中心矩
初选
取
取
查表9-7
| 最大中心矩 | |||
| " 5） 链速v和润滑方式
查图9-14 采用地油润滑 6）压轴力 有效圆周力 水平布置 九，轴的结构设计 （一）轴的材料选择和最小直径估算 根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调制处理。按扭矩强度法进行最小直径估算，即：。除算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%~7%，两个键槽增大10%~15%，值查表可知，对于45钢为103~126.确定高速轴，中间轴,低速轴。 |
高速轴：，最小直径处要安装一键槽
来连接联轴器，取
中间轴：，取
低速轴：
最小直径处安装一键槽来连接链
取
（二）减速器的装配草图设计
根据轴上零件的结构、定位、装配关系、轴向宽度及零件间的相对位置等要求，初步设计减速器草图。草图相见附图
（三）减速器轴的结构设计
1，高速轴的结构设计
（1）各轴段直径的确定
：最小直径，安装联轴器。=
：密封处轴段，采用毡圈密封，取标准值=30mm
：滚动轴承处， =35mm
：轴肩处， =40mm
：滚动轴承处， =35mm
：最小直径安装高速级齿轮， =25mm
(2) 各轴段的长度确定
：由联轴器的宽度决定，选择具有弹性元件的挠性联轴器HL2 ，Y型，轴空长度为52mm，d=25mm， =60mm
：由箱体，轴承端盖，装配关系确定， =52mm
：由滚动轴承，装配关系确定
选择轴承参数
=20mm
：由两轴承距离确定
=50mm
：同，取20mm
：由端盖，圆锥齿轮确定 =60mm
2，中间轴的结构设计
（1）各轴段直径的确定
：安装圆锥滚子轴承30207，
：安装高速圆锥齿轮， =45mm
：轴肩， =50mm
：安装圆柱齿轮， =40mm
：安装轴承， =
（2）各轴段的长度的确定
：由轴承，挡油环，装配关系确定， =30mm
：由高速圆锥齿轮确定，B=42mm， =40mm
：由轴肩，小圆锥齿轮半径确定，， =36mm
：由圆柱齿轮确定， =96mm
| ：由轴承，挡油环确定， =30mm | 最小直径估算 高速轴： =30mm =35mm =40mm =35mm =25mm =60mm =52mm =20mm =50mm =20mm =60mm 中间轴： =45mm =50mm =40mm =30mm =40mm =36mm =96mm =30mm | |
| " 3，低速轴的结构设计 （1）各轴段直径的确定 ：安装轴承= ：安装低速大齿轮， =55mm ：定位轴肩， =61mm ：安装轴承， =50mm （2）各轴段长度的确定 ：由轴承，挡油环，装配关系确定， =35mm ：由低速大齿轮宽度确定，B=93mm, =91mm ：轴肩定位， =10mm =++-10=96mm 十，减速器轴的强度校核计算（以中间轴齿轮轴为例） 1，力学模型建立 轴的力学模型图 2，计算轴上作用力
齿轮2（高速圆锥大齿轮）
齿轮3（低速小齿轮）
3，计算轴上轴承支反力 （1）垂直面支反力 | " 低速轴: = =55mm =61mm =50mm =35mm =91mm =10mm =96mm 左图为轴的力学模型图 轴上作用力： 齿轮2 齿轮3 左图为垂直面支反力图 | |
2，水平支反力
（3）总支反力
A点总支反力：
B点总支反力
| " 左图为水平支反力图 总支反力： |
4，绘制转矩、弯矩图
（1）垂直弯矩图
C处弯矩：
D处弯矩：
（2）水平面弯矩图
C处弯矩：
D处弯矩：
（3）合成弯矩图：
C处合成弯矩：
D处合成弯矩：
十一，滚动轴承的选择及计算
轴承校核方法均一致，在此次课题中中间轴最为危险，所以以中间轴为例来校核。
（1）轴承选择
轴承类型：圆锥滚子轴承
轴承代号：30207
轴承参数：
基本额定动载荷：54.2KN
基本额定静载荷：63.5KN
极限转速：5300R/MIN
润滑方式：脂润滑
（二）设计校核
查表得此轴承的当量动载荷：
当A/Re P=R
当A/R>e
派生轴向力为：
对于此轴承 e=0.37 Y=1.6
轴承为正装，简图如下：
轴承2 被压紧，产生一个附加轴向力
根据 得=1405.6N
分别对两轴承校核
轴承1 ：
所以P=
轴承2：
所以：P=
可见，轴承2承受的当量动载荷更大 ，故以轴承2为校核对象
预期寿命：
实际寿命：
查表13-5 当A/Re时，X=1 , Y=0
查表13-6
当量动载荷：
| 故中间轴符合设计要求。 | 左图为垂直弯矩图 左图为水平弯矩图 左图为合成弯矩图 轴承选择为30207 =1405.6N P= P= 满足要求 |
十二，键连接的选择及校核计算
（1）高速轴外伸连接联轴器轴段键的设计
故选择普通平键A型 L=40mm
K=0.5h=3.5mm
查表得
所以强度合格。
（2）高速轴连接高速级圆锥小齿轮轴段键的设计
故选择普通平键A型
L=48mm K=0.5h=3.5mm
强度合格。
（3）中间轴圆锥齿轮轴段键的设计
故选择普通平键A型
L=30mm K=0.5h=4.5mm
故采用两个键成180°布置，131/1.5=87.6
强度合格。
(4)中间轴圆柱齿轮轴段键的设计
故选择普通平键A型 L=80mm
K=4mm
强度合格。
(5)低速轴上圆柱齿轮轴段键的设计
故选择普通平键A型
L=80mm K=5mm
强度合格。
十三，联轴器的选择
联轴器连接高速轴和电动机，故应该选择具有弹性元件的挠性联轴器
| 选择型号：HL2 Y型 轴孔长度为52mm d=25mm | 选择型号：HL2 Y型 轴孔长度为52mm d=25mm | ||
| 十四，箱体的设计 1 箱体的主要结构尺寸如下表所列： | 名称 | 符号 | 结构尺寸 |
| 箱座壁厚 | 10 | ||
| 箱盖壁厚 | 8 | ||
| 箱座凸缘厚度 | b | 15 | |
| 箱盖凸缘厚度 | 12 | ||
| 箱座底凸缘厚度 | p | 25 | |
| 箱座上的肋厚 | m | 8.5 | |
| 箱盖上的肋厚 | 6.8 | ||
| 地脚螺栓直径 | 15 | ||
| 地脚螺栓数目 | n | 4 | |
| 地脚螺栓 | 螺栓直径 | M20 | |
| 螺栓通孔直径 | 25 | ||
| 螺栓沉头座直径 | 48 | ||
| 地脚凸缘尺寸 | L1 | 30 | |
| L2 | 25 | ||
| 轴承旁连接螺栓直径 | 11.25 | ||
| 轴承旁螺栓 | 螺栓直径 | M10 | |
| 螺栓通孔直径 | 11 | ||
| 螺栓沉头座直径 | 24 | ||
| 剖分面凸缘尺寸 | 18 | ||
| 14 | |||
| 上下箱连接螺栓直径 | 7.5 | ||
| 上下箱螺栓 | 螺栓直径 | M12 | |
| 螺栓通孔直径 | 13.5 | ||
| 螺栓沉头座直径 | 26 | ||
| 剖分面凸缘尺寸 | 20 | ||
| 16 | |||
| 定位销孔直径 | 5.25 | ||
| 轴承旁连接螺栓距离 | S | 120 | |
| 轴承旁凸台半径 | 14 | ||
| 轴承旁凸台高度 | h | 160 | |
| 大齿轮顶圆与箱体内壁距离 | 15 | ||
| 轴承座与涡轮外圆间距离 | 12 | ||
| 箱体外壁至轴承座端面距离 | K | 32 | |
| 剖分面至底面高度 | H | 150 |
为了保证箱盖与箱座结合面的密封，对接合面的几何精度和表面粗糙度要精刨到表面粗糙度值小于，重要的需刮研，为了提高结合面的密封性，在箱座连接凸缘上面可铣出回油沟，使渗向结合面的润滑油流回油池。
3 箱体结构的工艺性：
箱体结构工艺性对箱造质量，成本，检修维护有直接影响，因此设计时应重视。
a.铸造工艺性：
1. 为保证液态金属流动通畅，铸件壁厚适当取大；
2.为避免缩孔或应力裂纹，壁与壁之间采用平缓的过渡结构；
3.为避免金属积聚，两壁间避免用锐角连接；
4.为便于起模，铸件延起模方向有1：10~1：20的斜度；
5.铸件应尽量避免出现狭缝；
B 机械加工工艺性：
在设计箱体时，要注意机械加工工艺性要求，尽可能减少机械加工面积和刀具的调整次数，加工面和非加工面必须严格区分开。
1，箱体结构设计要避免不必要的机械加工。为保证支撑地脚底面宽度B具有足够的刚度。这一宽度须满足减速器安装是对支撑面宽度的要求。
2，为了保证加工精度和缩短加工时间，应尽量减少机械加工过程中道具的调整次数。
3，铸件箱体的加工面与非加工面应严格分开，并且不应在同一平面内。
十五，其他轴系部件的确定
（1）轴承端盖：
轴承端盖用来固定轴承，承受轴向力，以及调整轴承间隙，轴承盖有嵌入式和凸缘式两种，本题选用嵌入式，拆装定位方便且节约空间。
（2）密封：
在输入和输出轴向伸处，为防止灰尘，水汽及其他杂质侵入轴承，引起轴承急剧磨损和腐蚀，以防止润滑剂外漏，需在轴承盖中设置密封装置，密封装置分为接触式密封和非接触式密封，本减速器选用油沟密封。
（3）视孔和视孔盖：
视孔用于检查传动件的啮合情况，润滑状态，接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，其尺寸应足够大，以便一检查和手能伸入箱内操作。视孔盖可用轧制钢板视孔盖，其结构轻便，上下面无需机械加工，无论单件或成批生产均常采用。
（4）通气器：
通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转时箱内油温升高，内增大，从而引起减速器润滑油的渗透。
十六，设计小结
减速器设计是机械设计课程中非常重要的环节，大致经历了数据计算、设计结构、作图几个步骤，是我们座位机械专业学生第一次严格意义上的课程设计，收获很多，教训也很多。
我所承担的课题是：展开式圆锥圆柱齿轮减速器的设计。由于理论知识的缺乏以及对此课程设计了解较少，在一开始进展不下去，通过与相近课程的学生了解和向老师请教终于找到了头绪。
十几天的忙碌使我对这次的课程设计有了一定的体会：
第一，科学严谨性。从计算到作图，一直贯穿的一条主线，那就是查
表翻书；材料的选择、强度的校核、结构的设计、数据的确定无一不需要科学严谨的态度。到了作图部分更是如此，由于很多同学对solid edge 和cad软件并不熟悉而选择了手绘装配图。如此大的作图量需要的不只是耐心，科学的严谨性是不可动摇的根基。
第二，脚踏实地。这此课程设计真正难在了其冗烦的计算和作图细节。需要我们足够的精力和时间，需要我们认真的态度和践踏实地的作风。
课程设计期间，我与同班几个同学通宵做计算，通宵画图；在图书馆阅览室一直待到闭馆，甚至有些天正常的饮食时间打乱。许多人都为这次
课程设计付出了很多精力，我想我们从中学到最深的就是脚踏实地。
第三，对专业软件的学习。这次的课题涉及到solid edge 和cad 。由于对这两个软件的不熟悉只能选择手绘。但是，从长远角度考虑，这些软件的应用也许会在以后的工作中用到。所以，利用业余时间多学点这样的软件对我们的非常有利的。
| 总之，这十几天的经历以忙乱为主题，但却从中收获很多。我想这次的实践对我以后的学习会起到积极的作用。 |
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