1、機械設計課程設計說明書題 目:指導老師：,級圓錐齒輪減速器目錄第一章機械設計課程設計任務書1.1設計題目1第二章電動機的選擇22.1 選擇電動機類型 22.2 確定電動機的轉速 3第三章各軸的運動及動力參數計算3.1 傳動比的確定43.2 各軸的動力參數計算 4第四章錐齒輪的設計計算4.1 選精度等級、材料及齒數 .54.2 按齒面接觸強度設計 5第五章鏈傳動的設計 8第六章軸的結構設計6.1 軸1 （高速軸）的設計與校核 96.2 軸2 （低速軸）的設計 10第七章對軸進行彎扭校核7.1 輸入軸的校核軸 127.2 輸入軸的校核 13 第八章軸承的校核8.1 輸入軸的校核 148.2 輸出軸

2、的校核 15第九章鍵的選擇與校核16第十章減速箱體結構設計10.1 箱體的尺寸計算 1810.2 窺視孔及窺視孔20設計小結23參考文獻24第一章機械設計課程設計任務1.1設計題目用于帶式運輸機的一級圓錐齒輪減速 器。傳動裝置簡圖如右圖所示。(1)帶式運輸機數據見數據表格。(2)工作條件兩班制工作，空載啟動，單向連續運轉, 載荷平穩。運輸帶速度允許速度誤差為 ±5%1 電動機2聯軸器3一圓錐齒輪減速器4一鏈傳動5一帶式運輸機第1頁3) 使用期限圖 1工作期限為十年，每年工作300 天；檢修期間隔為三年。4) 生產批量小批量生產。2. 設計任務1)選擇電動機型號；2) 確定鏈傳動的主要

3、參數及尺寸；3) 設計減速器；4) 選擇聯軸器。3. 具體作業1)減速器裝配圖一張；2) 零件工作圖二張(大齒輪，輸出軸) ；3) 設計說明書一份。第二章 電動機的選擇2.1 選擇電動機類型Y系列全封閉因為本傳動的工作狀況是：載荷平穩、單向旋轉。所以選用常用的封閉式自冷式籠型三相異步電動機, 電壓380V。1. 電動機容量的選擇1 ) 工作機所需功率pw = FV=2800X 1.8=5.04KW電動機的輸出功率Pd= pj n2 ) 效率 :彈性連軸器工作效率刀尸0.99圓錐滾子軸承工作效率42=0.99第 2頁錐齒輪(8級)工作效率43=0.97滾子連工作效率“4=0.96傳動滾筒工作效率

4、“5=0.96傳動裝置總效率：4= TlX T 2 X T 3 X T 4X 4 5=0.99 X 0.993 X 0.97 X 0.96 乂 0.96=0.87則所需電動機功率為：Pd= p / q=5.04/0.87=5.79KW 取 R=5.7KW2.2電動機轉速的選擇滾筒軸工作轉速nw=60x 1000v/ 兀 D=60X 1000x 1.8/ 兀 x 320r/min=107r/min(5)通常鏈傳動的傳動比范圍為i 1=2-5, 一級圓錐傳動范圍為i 2=2-4,則總的傳動比范 圍為i=4-20,故電動機轉速的可選范圍為 n機=nwX i= (420) X 107=428-2140

5、 r/min(6) 符合這一范圍的同步轉速有750 r/min , 1000 r/min , 1500 r/min ,現以同步轉速750 r/min , 1000 r/min , 1500 r/min三種方案比較，由第六章相關資料查的電動機 數據及計算出的總傳動比列于下表方案電動機型號額定功率(Kvy同步轉速/滿載轉速1Y132S-45.51500 r/min/1440 r/min2Y132M2-65.51000 r/min/960 r/min3Y160M2-85.5750 r/min/720r/min4.電動機型號的確定方案1電動機輕便，價格便宜，但總的傳動比比較大，傳動裝置外輪廓尺寸大，制

6、造成本高，結構不緊湊，固不可取。而方案 2與方案3比較，綜合考慮電動機和傳動比，裝置的尺寸，重量價格，及總的傳動比，可以看出為使傳動裝置緊湊，選用方案3比較好。如果考慮電動機的重量和價格應選2,現擬選方案2,選擇電動機型號Y132M2-6第12頁第三章各軸的動力參數計算3.1 傳動比的確定I總二門巾門后960/107=8.97取i 2=3，則減速器的傳動比i 2= 8.97/3 =2.993.2 各軸的動力參數計算0軸（電動機軸）: P0=Pd=5.5KW,no=nm=960 r/min,To=9550 P0 =54.71N - m1軸（高速軸）：Pi=POt 1 =5.5 x 0.99= 5

7、.445KW n 尸n0=960r/min,Ti=9550 P1 =54.1N - m2軸（低速軸）：B=R 4 12=R 4 24 3=5.445 X 0.9 9X0.9 7=5.22KW n 2=ni/i i2=960/3=320r/minT2=9550 P2 =1562 m3軸（滾筒軸）：R=F2 Tl 23=P2 4 3 Tl 4=5.22 義 0.97 義 0.96=4.86KW n 3= n2 = 320/3.5 =91r/minT3=9550X P3 / n3=510N m表2各軸轉速、輸入功率、輸入轉矩項目電動機軸高速軸低速軸滾筒軸轉速（r/min）96096032091功率（

8、kW）5.55.4455.224.86轉矩（N m）54.7154.1156510傳動比1133.5效率0.990.960.930.88第四章 錐齒輪的設計計算4.1 選精度等級、材料及齒數1）材料及熱處理；硬度為選擇小齒輪材料為40Cr （調質），硬度為260HBVV大齒輪材料為45鋼（調質）230HBWV二者材料硬度差為 30HBs2）工作機一般為工作機器，速度要求不高，故選用 7級精度（GB 10095-88）3）試選小齒輪齒數 Zi = 24則大齒輪齒數Z2=Z1*i=24 X 2.5=604）分錐角:6 2=arctani=arctan（2.5）=71.572 6 1=90?- 6

9、2=18.43?4.2 按齒面接觸強度設計因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數據進行計算按式(1021)試算，即d1>2.92 X 3 (.ZE . ；2xKV H Hu*<1-*：>25)確定公式中的各計算數值(1)由表107選取尺寬系數如=1/3(2)由表106查得材料的彈性影響系數 ZE=189.8Mpa由式10- 13計算應力循環次數N1= 60n1jLh = 60X 1440X 1 X ( 10X30X16) =2.765 X109_ 9N2 =N1/i =1.1 X 10(3)由圖1019查得接觸疲勞壽命系數 以1= 0.95; &n= 1

10、.0(4)按齒面硬度查得：？Hmin1=600Mpa?Hmin=600MPa(5)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%,安全系數S= 1,由式(10-12)得叫=Khn1。HN1S=0.95 X 600Mp弟 570MPa7tdit n2v=60 1000_冗 >57.1760 1000=2.87m/s(tH2= Khn2仃 HN2 = 1X 600MP弟600MPaS大齒輪的計算值小，帶入式中進行計算.2)將以上述只帶入設計公式進行計算：(1) d1>2.92X攵益74二b 5851M 1) 計算圓周速度: M 2.5,36= 57.17mm(3) 計算載荷系數：k=k Akvk

11、+akHB查表得：kA=1.0, k ha =kFa=1.0,k HB=kFB=1.25, kv=1.15,k hb be=1.25X 1.5=1.875 k=1.0 X 1.15 X1 X 1.875=2.156(4) 修正 & d 1=d1t(k/k t )1/3=557.17 x (2.156/1.6) 1/3=63.15mm(5) 計算模數 m m=d1/z 1=63.15/24=2.493.按齒根彎曲強度設計4QTm> 一 一 一 -。刊（1）計算公式中個參數的值：k=kAkvkF 顯=1.0 X 1.15 X1.0 x 1.825=2.156T=T=25.74Nm r

12、=1/3Z1=24,Z2=60當量齒數 Zv1=一Z一=25.8, Z v2=一乙一=161.56COS 21.8COS68.2齒形系數 YFa1=2.61,Y Fa2=2.13應力校核系數 Ya1 = 1.6,Ysa2=1.84許用彎曲應力”= KFNKFES小齒輪（TFE1=500Mpa, Kfni=0.9 大齒輪（TFE2=380Mpa,KFN2=0.88取安全系數S=1.4則（T f 1=0.85 5001.4=303.6Mpa f2=0.87 5001.4=310.7Mpa比較大小齒輪的值大小YFa1YSHL f=2.69 X 1.575/321.43=0.0132Y.丫=.88 X

13、 380/104=0.01655大齒輪的計算值大(2)將以上各數值帶入設計公式得:m>4 x 2.344 X 26.06 X 1031 （1-0.5） 3M 222x 7?+1X 0.01655=2.21比較計算結果，有齒面接觸強度計算的模數大于有彎曲強度計算的模數，由于齒輪模數大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑(模數于齒數的乘積)有關，因而可去標準模數m=2.5,按接觸強度算得分度圓直徑d=63.15, 小齒輪齒數 zi=d1 -6315 =26，大齒輪齒數 Z2=uX z=2.5 X 26=65。m 2.5第五章鏈傳動的設計1選擇鏈輪齒

14、數Z1,Z 2假設鏈速v在0.6-3之間，取Z1=212 2nz 1=71，取Z2=712計算功率PCa查手冊得工作系數kA=1.0故 Ra=kaB=3.69KW3確定鏈節數Lp初定中心距 ao=(3050)p=(3050)15.875=477794mm取 a0 =600mm則鏈節數為 Lp=2a0/p+(z i+Z2)/2+p(z 2-z i)/2 兀2=131.6 節 取 Lp=132節4確定鏈節數由教材中圖9-13按小齒輪轉速估計鏈工作在功率曲線頂點左側時可能出現鏈板疲勞破壞，由表 9-10 查得鏈輪齒數系數 Kz=(zi/19) 1.08=1,kL=(Lp/100) 0.26=1.07

15、5選取單排鏈，由標9-11查得多排鏈系數kp=1.0所需傳遞功率為 P°=PcJk zkLkp=3.629/(1*1.075*1.0)=3.69KW根據小鏈輪鏈速及功率，由圖9-13選鏈號為10A-1的單排鏈，同時也證實原估計鏈工作在額定功率曲線頂點左側是正確的，再由表9-1查得聯結距p=15.875mm5確定鏈長L及中心距aL=LpP/1000=132*15.875/1000m=2.095ma=P.4I _Zi Z2LP 22 .8Z 2n=616mm中心減量 A a=(0.0020.004)a=(0.0020.004) 義 616=1.22.4mm實際中心距 a' =a-

16、 Aa=616- (1.22.4)=613.6614.8mm取 a' =614mm6驗算鏈速v=m/s=2.134 m/snz1P _384 21 15.87560 100060 1000由V=2.134m/s和鏈號10A-1,查表9-14可知應采用油池潤滑或油盤飛濺潤滑7作用在軸上的壓軸力Fp=KpFe有效圓周力 Fe=1000P/v=1000X 3.37/2.41N=1406N按水平布置，取壓軸力系數 Kfp=1.15,F p=1.15 X 1406N=1616第六章軸的結構設計6.1 軸1 (高速軸)的設計與校核1求該軸上的功率P1轉速n1和轉矩T1由前面的計算知：P1=5.44

17、5KW,n=960r/min,T 1=54.1N.m2求作用在齒輪上的力小錐齒輪的分度圓直徑di=65mm平均分度圓直徑 dm=di(1 -0.5 r)=65X(1 -0.5 X1)=54.16mm3壓力角a =20° ,分錐角6 1=21.8 °切向力 Fti = 2Ti=2 與74 103N=950.5Ndmi 54.16徑向力 F r尸Atan a cos 6 1=909.76 x tan20 Xcos21.8 ° N=330N軸向力 Fa尸Rtan a sin 6 1=950.5 xtan20 ° Xsin21.8 0 N=130N3初步確定軸1

18、的最小直徑45鋼，調質處理。取A=112得按照式15-2初步估計軸的最小直徑，選取軸的材料為d3.93= 112 3=15.54mm ,1140第1偵軸的最小端直徑是安裝的聯軸器的直徑，應先選取聯軸器的類型聯軸器的計算轉矩Tca= K AT1 ,查手冊取&=1.3,則 Tca=1.5 X 25.6Nm=33.5Nm按照計算轉矩應小于聯軸器 的公稱直徑Tca的條件，并考慮電機 Y112M-4伸出軸直徑為D=20mm查標準GB/T4243-1984選用TL4型彈性柱銷聯軸器，其公稱轉矩為 63Nm半聯軸器的孔徑d=20mm故取軸din=20mm半聯軸器長度L=52mm定位軸肩H=(0.07

19、0.1)d4軸的結構設計Inm ivv w圖5.1齒輪軸結構示意圖由于小錐齒輪做成齒輪軸，并采用懸臂布置，查手冊支點跨距Li與懸臂零件間的距離L2應滿足 Li > L2,取 L1=100mm,2=50mmi. 為了滿足半聯軸器的軸向定位要求，I-II段需要伸出一軸肩，故取II-III 段直徑為28mm左端用軸端擋圈固定，按軸端擋圈直徑取擋圈直徑38mm半聯軸器與軸配合的轂段長度L=52mm,軸用于安裝聯軸器，故取直徑為 20mm長度為50mmii. II-III段軸肩用于安裝軸承端蓋，直徑為 28mm長度為50mmiii. 初選滾子軸承。因軸承同時承受徑向力和軸向力，故選用單列圓錐滾子軸

20、承。參照要求并根據II-III 段直徑28,由軸承產品目標中初步選取 0基本游隙組，標準 精度級的單列圓錐滾子軸承 30206。其尺寸dxDxT =30x62x17.25,所以該段軸直 徑為30mm長度為20mmiv. 取安裝錐齒輪處的軸端直徑為 28mm齒輪輪轂的寬度L=1.21.6 dk。取L長度為32mm為使套筒端面可靠的壓緊齒輪，為此軸端應略長于輪轂寬度，故取L=36mm. 齒輪的左端采取軸端擋圈固定。若采用孔徑d=28mmW小錐齒輪小端的e值。小端 直徑 d1 = D2Bsin5 1 =42.7 。齒根圓直徑 d f = d1 24=36.7mm。e= di _ dk_ k =0.8

21、5 < i.6e=4。即應該做成齒輪軸式的齒輪。重新選取22L=34mmv. 軸承端蓋的總寬度為20mmg據軸承端蓋的裝拆及便于對稱軸承添加潤滑脂的需要，取端蓋的外端面與半聯軸器的右端面距離30mm故取長度L=50mmvi. V-VI段直彳空為30mm長度為25mm6.2 軸2 (低速軸)的設計1求該軸上的功率P2轉速門2和轉矩T2由前面的計算知：P2=5.22KW,n2=320r/min,T 2=156N.m2求作用在齒輪上的力壓力角a =20° ,分錐角6 2=71.57°切向力 Ft2=Fti909.76N徑向力 Fr2 = Fa1 =104.7N軸向力 Fa2

22、=Fr1 =314.13N鏈輪的壓軸力為Fp=1608.1N3.軸上零件布置及軸的結構設計12345 678圖5.2輸出軸結構示意圖1) .為了滿足半聯軸器的軸向定位要求，1-2段需要伸出一軸肩，故取II-III 段直徑 為38mm左端用軸端擋圈固定，按軸端擋圈直徑取擋圈直徑 38mm半聯軸器與軸配合 的轂段長度L=42mm長度為40mm2) .初選滾子軸承。因軸承同時承受徑向力和軸向力，故選用單列圓錐滾子軸承。參 照要求并根據II-III 段直徑38,由軸承產品目標中初步選取 0基本游隙組，標準精 度級的單列圓錐滾子軸承 30208。其尺寸d父DMT =40父80M 19.75,所以該段軸直

23、徑為 40mm長度為30mm取3-4端右端滾動軸承采用套筒定位，查手冊 30208型軸承的定 位軸間d=50mm.3) .取安裝錐齒輪處的軸端直徑為 45mm齒輪輪轂的寬度L=1.21.6 dk。取L長度為60mm為使套筒端面可靠的壓緊齒輪，為此軸端應略長于輪轂寬度，故取L=56mmfi輪的左端采取軸肩固定。軸承端蓋的總寬度為20mm根據軸承端蓋的裝拆及便于對稱軸承添加潤滑脂的需要，取端蓋的外端面與半聯軸器的右端面距離 30mm故取長度L=50mmV-VI段直徑為30mm長度為25mm表5.1各軸段的直徑及長度：序號1-22-33-45-67-88-99-10安裝 零件鏈 輪端 蓋軸 承jlH

24、 四輪套筒 軸承D (mm)3038r 4045534540 1L (mrm40504056812040第七章對軸進行彎扭校核7.1輸入軸的校核軸圖6.1 輸入軸彎矩和扭矩圖危險截面處按照公式(T ca=M2+( a T) 1/2/W< -1進行校核計算，其中折合系數a =0.3,45鋼的許用彎曲應力(r-i=60Mpa, W=35.2Nm ,T=26.06Nn<入數據得：ca''M2" 2 ='1477Mpa=14.3Mpa< 60MpaW 0.1 33 10一6該軸強度足夠。按照公式bca=M2+( a T) 1/2/WW(7-1進行校核

25、計算45鋼調質后的許用彎曲應力為 -1=60Mpa,扭轉切應力為靜應力，折合系數a =0.3 ,(T ca1一危險截面I處：2 T 2!- Mpa=18.3Mpa： 60MPaW危險截面II處：Mpa=19Mpa60MPa可見輸出軸的強度足夠7.2 輸入軸的校核第1顫該軸所受彎矩和扭矩如下圖所示:1 .求兩軸承受到的徑向載荷Fri=(Fvi2+FHij1/2=811.3NFr2=(Fv22+FH22)1/2=3261.3N2 .派生軸向力：F d產eF1=300NFd2=eFr2=1206.68N3 .軸向力F a1=Fae+Fd2=104.7+529.97=634.67NFa2=Fd2=52

26、9.97N4 .計算當量載荷：Fa1/F r1=634.67/470.72=1.35<e所以 X=0.4,Y 1=1.6 ;Fa2/F r2=529.97/1432.26=0.37=e所以 =0.4,Y 2=1.6。P1=fp(X1F1+YFa1)=1 X (0.4 X 470.72+1.6 X 634.67)=1203.76NP2=fp(X2Fr2+YFa2)=1432.26>P 15 .壽命計算：Lh=106(Cr/P2) 10/3/60n 1=106(63000/1432.26) 10/3/(960 乂 1440)h =3.47 X 106h>>4.8X104h該

27、軸承壽命足夠。第八章軸承的校核8.1 輸入軸的校核1 .求兩軸承受到的徑向載荷Fri=(Fvi2+FHij1/2=1350N Fr2=(Fv22+FH22) 1/2=320Ne=0.372 .派生軸向力：F d1=eFM=0.37 義 1350N=500NFd2=eFr2=0.37 義 320N=118.4N3 .軸向力F a1=max(&,Fae+Fd2)=500NFa2= max(Fd1,Fae-Fd2)=368N4 .計算當量載荷：所以 X=0.4,Y 1=1.6 ;Fa1 =0.38>eFr1第1頃F2=1.15>eFr2所以 X2=0.4,Y 2=1.6 oP1=

28、fp(X1Fr1+YFa1)=3068P2=fp(X2Fr2+YFa2)=857<P15 .壽命計算:10l=101 2 360n p=9.26 104實際使用壽命Lh= 10 300 16=4.8 104可見30206軸承壽命足8.2 輸出軸的校核1 .求兩軸承受到的徑向載荷Fri=(Fvi2+Fhi2)1/2=811.3NFr2=(Fv22+FH2j1/2=3261.3N e=0.372 .派生軸向力：F d尸eFri=300NFd2=eFr2=1206.68N3 .軸向力F a產max(Ri,Fae+Fd2)=1206.7NFa2= max(Fdi,Fae-Fd2)=1536.7N

29、4 .計算當量載荷：Fa1 =0.37=e所以 Xi=0.4,Y 1=1.6 ;Fr1a2=1.9=e所以 X2=0.4,Y 2=1.6。Fr2P1=fp(X1F1+YFa1)=3619NP2=fp(X2Fr2+YFa2)=4240N5 .壽命計算：10106 c 3/Lh= 10=9.87 104 60n p實際使用壽命Lh= 10 300 16=4.8 104 可見軸承壽命足第九章鍵的選擇與校核鍵的選擇根據的直徑可得表3鍵的選擇與校核項目直徑mm軸段長度mm鍵的尺寸bxhxi長度mm許用應力MPa小軸端20506M 645110大齒輪455614X931110鏈輪30408X720110(

30、1)校核鍵聯接的強度軸一左鍵 鍵的材料是鋼，查得：<ip=110MPa鍵的工作長度：l = L - b = 45 - 6 = 39mm接觸高度：k = 0.5h = 3一2Ti 103 2 25.74 1031= = 17.5Mpap KLD 3 49 20鍵標記 6 45GB/T1096 2003軸二左鍵 鍵的材料是鋼，查得： ,p = 110MPa鍵的工作長度：l = L - b = 22mm接觸高度：k = 0.5h = 3.5;*= 536Mpa鍵標記 8 30GB/T1096 - 2003第i演軸二右鍵 鍵的材料是鋼，查得：ap = 110MPa鍵的工作長度：l = L - b

31、 = 36mm接觸高度：k = 0.5h = 4.5二=紅53= i7Mpap KLD鍵標記 14 50GB/T1096- 2003第十章箱體部分設計：10.1. 鑄鐵減速器箱體主要結構尺寸:(1)箱座壁厚 d =0.04ax183+3=10.3mm(1) 箱蓋壁厚 d1 = 0.85d = 8.8mm(2) 箱蓋突緣厚度 b1=1.5d1 =8.8x1.5 = 13.2mm(3) 箱座突緣厚度b=1.5d =8父1.5 =12mm(4) 箱座底凸緣厚度b2= 2.5d= 25.8 mm(5) 地腳螺釘直徑 df = 0.036a+ 12= 18.6mm(6)地腳螺釘數目：4(7) 軸承旁連接

32、螺栓直徑 d1 = 0.75df = 14mm(8) 蓋與座聯結螺栓直徑d2 = 0.5df = 9.3mm(9)聯結螺栓d2的間距l=180 mm(10)軸承端蓋螺釘直徑d3= 0.5df = 9.3mm(11)視孔蓋螺釘直徑d4= 0.4df = 7.4mm(12)定位銷直徑 d = 0.7d2 = 6.5mm(13) dfd1d2至外箱壁距離C1 = 22mm(14) df,d2至凸緣邊緣距離c2 = 20mm(15)軸承彎凸臺半徑 R1= 20mm(16)凸臺高度h根據低速級軸承外徑確定以便于扳手操作為準(17)外箱壁之軸承座斷面距離11 = C1 + C2 + 8 = 50 mm第1

33、顏18鑄造過度尺寸K=3 h=15R=5第20頁19渦輪外緣與內箱壁距離D1 = 1.2d = 12.420渦輪輪轂端面與內箱壁距離D 2 = d= 10mm21箱蓋箱座肋厚m1 = 0.85d1 = 7.5mmm= 0.85d = 8.8mm22軸承端蓋外徑D2= D+ 5.2 D323箱體寬度B2 = 315+ 2D1 + 2d= 360mm10.2 窺視孔及窺視孔 窺視孔國I珀 I J I圖6-1A = 150mm, A = 180mm, A = 165mm, h = 4mm, d4 = 6mm, Bi = 140mm, B2 = 125mm (2)通氣器直徑M20M1.5,則相應系數為

34、：D = 30mm, D1 = 25.4, s = 22mm, L = 28mm,l = 15mm, a = 4mm,d1 = 6mm(3)軸承端蓋凸緣式軸承蓋圖6-2高速部分:D2 =118mm, D0 =93mm, d1 = 37mm, D4 = 58mm, D = 65mme=10mm,e =10mm,d0 =10mm,m=33mm彳氐速部分：D2 = 150mm, D0 =155mm,d1 = 60mm, D4 = 84mm, D = 95mme =12mm,e1 =12mm,d0 =10mm,m=41mm靠偵(4)螺塞圖6-3期額此選擇M 20M1.5的，其他參數見下:D =21mm, L =30mm,a =4mm,l = 15mm(5)油標如左圖桿式油標，螺紋直徑選為M14則相應系數為:d2 = 16mmd3 = 6mmh = 35mm a = 12mm b = 8mm c = 5mmD = 26mmD1 = 22mm設計小結這次課程設