机械设计课程设计锥齿轮二级减速器——开式齿轮.docx
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机械课程设计
说明书
设计题目：
锥齿轮减速器—开式齿轮
专业班级：
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
2011-06-20
（1）引言……………………………………………………………………………………
（2）设计题目………………………………………………………………………………
（3）电动机的选择…………………………………………………………………………
（4）传动零件的设计和计算……………………………………………………………
（5）减速箱结构的设计…………………………………………………………………
（6）轴的计算与校核………………………………………………………………………
（7）键连接的选择和计算………………………………………………………………
（8）联轴器的选择………………………………………………………………………
（9）设计小结……………………………………………………………………………
（10）参考文献……………………………………………………………………………
一、引言
课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的主要环节。
本次是设计一个锥齿
轮减速器，减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。
课程设计
内容包括：
设计题目，电机选择，运动学动力学计算，传动零件的设计及计算，
减速器结构设计，轴的设计计算与校核。
二、设计题目：
带式运输机传动装置的设计
1.传动方案
锥齿轮减速器——开式齿轮
2.带式运输机的工作原理
如图20-1
3.工作情况
1）工作条件：
两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35度；
2）使用折旧期：
8年；
3）检修间隔期：
四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；
4）动力来源：
电力，三相流，电压380、220V；
5）运输带速度允许误差：
5%；
6）制造条件及生产批量：
一般机械厂制造，小批量生产。
4.设计数据
运输带工作拉力F/N2200
运输带工作速度V/（m/s）1.1
卷筒直径D/mm240
5设计内容
1）按照给定的原始数据和传动方案设计减速器装置；
2）完成减速器装配图1张；
3）零件工作图1-3张；
4）编写设计计算说明书一份。
三、电动机的选择：
（一）、电动机的选择
1、选择电动机的类型：
按工作要求和条件，选用三机笼型电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。
额定电压380伏，频率50赫兹。
2、选择电动机容量：
电动机所需的功率为：
（其中：
为电动机功率，为负载功率，为总效率。
）
而KW,所以KW
传动效率分别为：
（表1-7）
联轴器效率
滚动轴承的效率
圆锥齿轮传动效率
开式齿轮传动效率
卷筒传动效率
传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,即：
所以KW
3、确定电动机转速
卷筒轴工作转速为
查表12-1（P167）可得：
一级圆锥齿轮减速器传动比，一级开式齿轮传动比，则总传动比合理范围为，故电动机转速的可选范围为可选用Y100L2-4型电动机，具体参数如下：
型号
额定功率KW
满载转速r/min\
起动转矩额定转矩
最大转矩额定转矩
质量
/kg
Y112M-4
4
1440
2.2
2.3
43
（二）、确定传动装置的总传动比和分配传动比
1、总传动比
由选定的的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n，可得传动装置的总传动比为
ia=nmn
（1）
电动机型号为Y100L2-4，满载转速nm=1440r/m,且工作机主动轴转速n=87.58r/min,则由上面公式
（1）可得：
2、分配传动比
总传动比为各级传动比的乘积，即
（2）
设i0、i分别为圆锥齿轮的传动比和圆柱齿轮的传动比，在圆锥齿轮减速器的传动比范围内i0=2.500i=6.752
3、计算传动装置的运动和动力参数
（1）、各轴转速
0轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
（2）、各轴输入功率
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
（3）、各轴输入转矩
电机轴输出转矩
所以各轴输出转矩为：
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
四、传动零件的设计计算
（一）、选择圆锥齿轮传动的设计计算
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度，齿形角，齿顶高系数，顶隙系数。
（2）材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。
2.按齿面接触疲劳强度设计
公式：
（10-26）
（1）、确定公式内的各计算值
1）查得材料弹性影响系数，节点区域系数。
2）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。
3）计算应力循环次数（10-13）
小齿轮：
大齿轮：
4）查表得到：
.
5）查得接触批量寿命系数（图10-19）
6）计算接触疲劳许用应力
7）试选K=2.0
8）
9）
10）
（2）计算
1）试算小齿轮的分度圆直径，带入许用应力中的较小值
得：
=59.03mm
2）计算圆周速度v
3）齿数，由公式得大齿轮齿数
，令c=18
所以=51.24
取，则，
取，则齿数比，
与设计要求传动比的误差为1.20%，可用。
4）模数
大端模数
取标准模数m=3mm。
5）大端分度圆直径
6）节锥顶距
7）节圆锥角
21.80°=21°48′0″
68°12′0″
8）大端齿顶圆直径
小齿轮
大齿轮
9）齿宽
取
10）进行强度校核计算
498.84MPa<550MPa
所以强度符合。
3、按齿根弯曲疲劳强度设计公式：
（1）确定公式内的各计算值
1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度。
2）查得弯曲疲劳寿命系数
3）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳系数S=1.4则
4）查取齿形系数，
5）应力校正系数，
6）计算大小齿轮的，并加以比较：
大齿轮大所以取0.0158
（2）、带入以上数据可以求得
=2.0977
7）、数据整理
名称
符号
公式
直齿圆锥小齿轮
直齿圆锥大齿轮
齿数
21
52
模数
m
m
3
传动比
i
i
2.47
分度圆锥度
，
分度圆直径
63
156
齿顶高
3
3
齿根高
3.6
3.6
齿全高
h
6.6
6.6
齿顶圆直径
，
68.57（大端）
158.23（大端）
齿根圆直径
，
56.31
153.33
齿距
p
9.42
9.42
齿厚
s
4.71
4.71
齿槽宽
e
4.71
4.71
顶隙
c
0.6
0.6
锥距
R
84.12
84.12
齿顶角
，
齿根角
齿顶圆锥角
，
齿根圆锥角
，
当量齿数
22.62
140.02
齿宽
28.04
28.04
（二）、开式圆柱齿轮的设计计算
1、选定齿轮类型和精度等级。
因为为开式齿轮所以选择硬齿面，工作较为平稳选用8级精度，选择材料是铸钢，硬度为250HBS。
小齿轮齿面强度为400HBS，大齿轮齿面强度为360HBS，两者材料硬度相差为40HBS。
选取小齿轮齿数，则。
2、按齿根弯曲疲劳强度计算：
（1）、确定公式中的各计算值：
1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限
大齿轮的弯曲疲劳强度极限
2）计算应力循环系数：
3）从而查到寿命系数
4）选取疲劳安全系数S=1，
得到：
3）材料弹性系数
4）选取齿宽系数
5）计算载荷系数K
试选K=2
6）初选，则相应的，；
，
所以
选取较大值0.0158
7）计算工作转矩
（2）、带入计算得：
所以选取m=3
（3）中心距
（4）分度圆直径
（5）齿轮宽度
所以取大齿轮宽度为38mm
7）数据整理
名称
符号
公式
直齿圆柱小齿轮
直齿圆柱大齿轮
齿数
20
135
模数
m
m
3
传动比
i
i
6.75
分度圆直径
60
405
齿顶高
3
3
齿根高
3.6
3.6
齿全高
h
6.6
6.6
齿顶圆直径
66
411
齿根圆直径
52.8
397.8
基圆直径
56.38
380.6
中心距
232.5
齿距
p
9.42
齿厚
s
4.71
齿槽宽
e
4.71
顶隙
c
0.6
齿宽
30
20.25
五、减速器的结构设计
名称
符号
减速器型式及尺寸关系/mm
箱座壁厚
8
箱盖壁厚
8
箱盖凸缘厚度
12
箱座凸缘厚度
12
箱座底凸缘厚度
20
地脚螺钉直径
12
地脚螺钉数目
4
轴承旁联接螺栓直径
9
机盖与座联接螺栓直径
7
联接螺栓的间距
180
轴承端盖螺栓直径
5
视孔盖螺钉直径
4
定位销直径
5
、、到外箱壁距离
18
、至凸缘边缘距离
16
轴承旁凸台半径
16
凸台高度
根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准
外箱壁至轴承座端面距离
30
大齿轮顶圆与内箱壁距离
＞9.6
齿轮端面与内箱壁距离
＞8
箱盖、箱座肋厚
、
；
轴承端盖外径
65
轴承端盖凸缘厚度
9
轴承旁联接螺栓距离
≈65
六、轴的计算
一、减速器高速轴I的设计
（一）、选择轴的材料
初选轴的材料为45刚，调质处理，其机械性能查表可得：
。
（二）、轴的尺寸计算
1、求输出轴上的功率，转速和转矩
由前面的计算可得
2、初步确定轴的最小直径
查得
3、轴的结构设计
（1）下图为I轴的装配方案：
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：
4、选择联轴器：
根据条件选取工作情况系数
确定联轴器转矩
结合电动机型号，选用弹性套柱销联轴器，型号LT5联轴器
即该端选用的半轴连接器的孔径，故取轴径，半联轴器毂空的长度
故取
5、初步选择滚动轴承
轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。
参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承
6207，其尺寸为。
从而可以知道：
，。
6、由经验公式算肩高度：
故取h=3.0mm，从而确定
由书上公式要求得：
取
7、根据轴承安装方便的要求，
根据齿轮与内壁的距离要求，取l5=16mm。
根据齿轮与内壁的距离要求，取
所以
8、根据齿轮孔的轴径和长度，确定
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
9、轴上零件的周向定位
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。
按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为40mm（标准键长见）。
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。
齿轮与轴的联接处的平键截面（），键槽用键槽铣刀加工，长为20mm准键长见）。
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。
滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
10、确定轴上的圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为2×45°
（三）、求轴上的载荷及其校核
根据轴的结构图，做出轴的计算简图：
（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。
轴承1和轴承2之间的距离为72mm，轴承2和锥齿轮间的距离为48mm
1、计算作用在齿轮上的力
圆锥小齿轮
圆锥大齿轮
2、求作用在轴上的支反力
所以
所以
3、校核轴承寿命：
查手册得6207型深沟球轴承参数
查表13-6得
（1）计算轴承所承受的轴向载荷
因为轴承1固定，轴承2游离，结合受力分析图可知，轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”。
由此可得轴承2不受轴向力，所以
（2）计算当量动负荷
轴承1：
，由手册表6-1，用线性插值法可求得：
由查表6-1，并用线性插值法求得：
，由此可得
轴承2：
由表6-1，用线性插值法可得：
由差表6-1，用线性插值法求得，由此可得
（3）轴承寿命计算
因为,所以按轴承2计算轴承的寿命
所选轴承6207深沟球轴承合格
（3）做弯矩图
根据上述的图，求出总的弯矩和做出弯矩图
（4）作扭矩图
为了使扭矩图符合下述强度计算公式，图中已把T这算成的含义见前面，并且取
（5）作出计算弯矩图
根据以作的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩图，的计算公式为
（6）、校核轴的强度
只需校核轴上最大弯矩截面的强度：
，故安全。
二、减速器低速轴II的计算
1.求输出轴上的功率，转速和转矩
由前面的计算可得
2.初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调质处理。
取于是得
同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：
取K=1.3,
按照计算转矩，选用弹性注销联轴器，型号 LT6联轴器，即该端选用的半联轴器的孔径，故取轴径，半联轴器毂孔的长度L=75mm。
3.轴的结构设计
（1）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：
1）由联轴器尺寸确定
由联轴器的毂孔长度L和直径d及相关要求，可确定
2）初步选择滚动轴承。
轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。
参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6209，其尺寸为。
确定。
3）由经验公式算轴肩高度：
取轴肩高为4mm,确定
取
4）由经验公式取，则
取。
5）取
取
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度
（3）、轴上的零件的周向定位
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。
按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为75mm（标准键长见）。
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。
齿轮与轴的联接处的平键截面（），键槽用键槽铣刀加工，长为25mm（标准键长见）。
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。
滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
（4）、确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为，除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均为R1.
4.求轴上的载荷
根据轴的结构图（图3）作出轴的计算简图
（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。
轴承1和轴承2之间的距离为157mm，轴承2和锥齿轮间的距离为60mm
大锥齿轮：
所以
所以
5.校核轴承寿命：
查手册得6209型深沟球轴承参数
查表8.6得
（11）计算轴承所承受的轴向载荷
结合受力分析图可知，轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”。
由此可得轴承1不受轴向力，所以
（12）计算当量动负荷
轴承2：
，由表8.5，用线性插值法可求得：
由查表6-1，并用线性插值法求得：
，由此可得
轴承1：
由表6-1，用线性插值法可得：
由差表6-1，用线性插值法求得，由此可得
（3）轴承寿命计算
因为,所以按轴承2计算轴承的寿命
所选轴承6209深沟球轴承合格。
6.做弯矩图：
根据上述见图，求出总的弯矩并作弯矩图。
7作扭矩图
扭矩图如图11.2（机械设计课本）所示，为了使扭矩图符合下述强度计算公式，图中已把T这算成的含义见前面，并且取
8.作出计算弯矩图
根据以作的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩图，的计算公式为
9.校核轴的强度
已知轴的计算弯矩后，即可针对某些危险截面（即计算弯矩大而直径可能不足的截面）做强度校核计算，通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面（即危险截面C）的强度。
因为轴的材料为45钢，经调质处理不起机械性能由表11.1和表11.4查得,
所以故安全。
七键连接的选择和计算
根据轴的各个阶梯的直径和长度尺寸选取键的尺寸，查有关资料如下：
本减速器的工作条件为有轻度冲击载荷，选择键如下：
（书表6-1）
键名 国标
1轴I（联轴器）键10X8GB1096-2003A型
2轴I（齿轮处）键10X8GB1096-2003A型
3轴II（联轴器） 键12X8GB1096-2003A型
4轴II（齿轮处） 键16X10GB1096-2003A型
查表的钢的静联接在时的许用应力[σp]=125~150MPa
校核键14TIdh（L-b）=0.008MPa〈[σp]d=30mmL=50mm
校核键24TIdh（L-b）=0.0233MPa〈[σp]d=30mmL=25mm
校核键34TIIdh（L-b）=0.009MPa〈[σp]d=42mmL=85mm
校核键44TIIdh（L-b）=0.021MPa〈[σp]d=53mmL=35mm
T1=20.07N∙mT2=52.30N∙m
所以所有键均符合设计要求，可用。
八、联轴器的选择
考虑到电动机转轴直径、轴的最小直径、传动转矩选取联轴器
联轴器1为凸缘联轴器：
型号如下
LT5联轴器（GB/T4323-2002）
公称转矩T=125N/m额定转速n=4600r/min
质量6.05KgD=130㎜
联轴器2为凸缘联轴器：
型号如下
LT6联轴器（GB/T4323-2002）
公称转矩T=250N∙m许用转速n=3800r/min
质量9.57KgD=160㎜
九、设计小节
通过这次设计二级减速器，让我更为系统地认识了解了机械设计的全过程，增强了我们对机械行业的了解。
课程设计的优点：
让我们学会了灵活运用以往学习的知识，及时了解并且弥补自己的不足。
并且通过这次设计对制图软件更加熟悉。
十、参考资料
1、机械设计/杨明忠，朱家诚主编编号ISBN7-5629-1725-6
武汉理工大学出版社2006年12月第3次印刷。
2、机械设计课程设计手册/吴忠泽，罗圣国主编编号ISBN978-7-04-019303-9高等教育出版社2006年5月（2009重印）
3、机械设计课程设计指导书/龚溎义主编编号ISBN978-7-04-002728-0
高等教育出版社1990年4月（2009重印）。
4、机械设计课程设计图册/龚溎义主编编号ISBN978-7-04-000712-1
高等教育出版社1989年5月（2009重印）。
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