機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 1 -目 錄1、設計任務書·········································································12、二、電機的選擇計算一、擇電機的轉(zhuǎn)速································································2二、工作機的有效功率···························································2三、選擇電動機的型號···························································3三、運動和動力參數(shù)的計算一、分配傳動比·····································································3二、各軸的轉(zhuǎn)速·····································································3三、各軸的功率·····································································4四、各軸的轉(zhuǎn)矩·····································································4四、傳動零件的設計計算1. 閉式直齒輪圓錐齒輪傳動的設計計算········································42. 閉式直齒輪圓柱齒輪傳動的設計計算········································6五、軸的設計計算1. 減速器高速軸 I 的設計······················································92. 減速器低速軸 II 的設計·················································11機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 2 -3. 減速器低速軸 III 的設計·······················································14六、 滾動軸承的選擇與壽命計算1.減速器高速 I 軸滾動軸承的選擇與壽命計算·······························162.減速器低速 II 軸滾動軸承的選擇與壽命計算······························173. 減速器低速 III 軸滾動軸承的選擇與壽命計算···························18七、 鍵聯(lián)接的選擇和驗算1. 聯(lián)軸器與高速軸軸伸的鍵聯(lián)接··········································192. 大圓錐齒輪與低速軸 II 的的鍵聯(lián)接·········································193. 大圓柱齒輪與低速軸 III 的的鍵聯(lián)接·····························20機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 3 -八、 潤滑油的選擇與熱平衡計算1. 減速器的熱平衡計算·····························································212. 潤滑油的選擇·····································································22九、 參考文獻····························································23機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 4 -計 算 及 說 明 結(jié)果一、設計任務書班級 學號 姓名 一、設計題目：設計圓錐—圓柱齒輪減速器設計鑄工車間的型砂運輸設備。該傳送設備的傳動系統(tǒng)由電動機—減速器—運輸帶組成。每日二班工作。（圖 1）1—電動機；2 聯(lián)軸器；3—減速器；4—鼓輪；5—傳送帶二、原始數(shù)據(jù)：傳送帶拉力F(KN)傳送帶速度V(m/s)鼓輪直徑D（mm）使用年限（年）1.770 1.392 235 7三、設計內(nèi)容和要求：1.編寫設計計算說明書一份，其內(nèi)容通常包括下列幾個方面：（1）傳動系統(tǒng)方案的分析和擬定以及減速器類型的選擇；（2）電動機的選擇與傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算；（3）傳動零件的設計計算（如除了傳動，蝸桿傳動，帶傳動等） ；（4）軸的設計計算；（5）軸承及其組合部件設計；（6）鍵聯(lián)接和聯(lián)軸器的選擇及校核；（7）減速器箱體，潤滑及附件的設計；（8）裝配圖和零件圖的設計；（9）校核；（10）軸承壽命校核；（11）設計小結(jié)；（12）參考文機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 5 -獻；（13）致謝。計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 6 -2.要求每個學生完成以下工作：（1）減速器裝配圖一張（0 號或一號圖紙）（2）零件工作圖兩張（輸出軸及該軸上的大齒輪） ，圖號自定，比例 1︰1。（3）設計計算說明書一份。二、傳動方案的擬定運動簡圖如下：（圖 2）由圖可知，該設備原動機為電動機，傳動裝置為減速器，工作機為型砂運輸設備。減速器為展開式圓錐—圓柱齒輪的二級傳動，軸承初步選用深溝球軸承。聯(lián)軸器 2 選用凸緣聯(lián)軸器，8 選用齒形聯(lián)軸器。計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 7 -三、電動機的選擇及傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算一、選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式按工作要求和條件，選用三相籠型異步電動機，Y 系列，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓 380V，頻率 50Hz。二、選擇電動機容量工作機主動軸功率： 傳動裝置w1.70.392.46wPFVK???的總效率： 24a135?????（式中 、 、 、 、 分別為聯(lián)軸器、滾動軸承、原錐齒輪傳動、圓柱齒輪傳動和卷筒的傳動效率。 ）取 =0.99（聯(lián)軸器） ，1?=0.985（滾動軸承） ， =0.96（齒輪精度為 8 級，不包括軸承效率）2?3?， =0.97（齒輪精度為 8 級，不包括軸承效率） ， =0.96（卷筒效4 5率，不包括軸承）則 24a0.9.50.967.0.82????電動機所需功率： wda.2.w085PKK?三、確定電動機的轉(zhuǎn)速卷筒州的工作轉(zhuǎn)速為： 601601.392rr13.2minin5VnD??????按課程設計指導書 P7—表 1 查得圓錐—圓柱齒輪的傳動比一般范圍為： =10~25，故電動機轉(zhuǎn)速ai計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 8 -'(10~25)3.12~830minda rni????根據(jù)額定功率 ≥ ，且轉(zhuǎn)速滿足edP，選電動機型號為： 。32miinrr?????Y10L2-4其主要性能如下表：滿 載 時型號額定功率Kw轉(zhuǎn)速rmin電流（380V）A效率%功率因數(shù)起 動電 流額 定電 流 起 動轉(zhuǎn) 矩額 定轉(zhuǎn) 矩 最 大轉(zhuǎn) 矩額 定轉(zhuǎn) 矩Y10L2-43 1420 6.8 82.5 0.81 7.0 2.2 2.3電動機的外形尺寸：中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底角安裝尺寸A×B地腳螺栓孔直徑 K軸伸尺寸D×E裝鍵部位尺寸F×GD100 380×288×245 160×140 12 28×60 8×31四、確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比1.總傳動比總傳動比 1420.53.mani?2.分配減速器的各級傳動比直齒輪圓錐齒輪傳動比按直齒輪圓柱齒輪傳動比 ，又0.2.512.43.6aii????錐錐齒輪的傳動比一般不大于 3，故取 =3錐則 12.54.83i?柱實際總傳動比 34.182.5ii???錐 柱實，滿足要求。0.4iA計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 9 -五、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)1.各軸的轉(zhuǎn)速（各軸的標號均已在圖 2 中標出）1420minrn??73.inri??錐 4.1.28ini???柱 3.minr?卷 筒 軸2.各軸的輸出、輸入功率 12.9870.2.95713.dPKw???????入 6429?入出 3.8.??入 出 279605705?????入出 42.13.6PKw???入 出 2189?入出 .63042.05?????出卷 筒 軸 入 256卷 筒 軸 出 卷 筒 軸 入 .8.3Kw3.各軸輸入、輸出轉(zhuǎn)矩 9502.9870.14ddmPTNmn????計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 10 -9502.9571.840.3.9502.7965.414395052.6715.34PTNmnTnPNmTn?????????? ?????????????入入 出出 入入 出出 入入 93950950261.7.4.913.PT Nmn?? ????????出出卷 筒 軸 入卷 筒 軸 入 卷 筒 軸卷 筒 軸 出卷 筒 軸 出 卷 筒 軸運動和動力參數(shù)計算結(jié)果整理于下表：效率 P(Kw) 轉(zhuǎn)矩（ ）Nm?軸名輸入 輸出 輸入 輸出轉(zhuǎn)速 nr/min 傳動比 i效率 ?電動機軸 2.987 20.09 1420 1.0 0.99Ⅰ軸 2.957 2.913 19.89 19.59 14203.0 0.95Ⅱ軸 2.796 2.754 56.41 55.57 473.334.2 0.96Ⅲ軸 2.671 2.631 225.34 221.96 113.2卷筒軸 2.605 2.463 219.77 207.79 113.2 1.0 0.97計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 11 -四、傳動零件的設計計算一、圓錐齒輪傳動的設計計算已知輸入功率 （略大于小齒輪的實際功率） ，小齒12.957PKw?輪的轉(zhuǎn)速為： ，大齒輪的轉(zhuǎn)速為 ，傳0minrn2437.minrn?動比 ，由電動機驅(qū)動，工作壽命（設每年工作 300 天） ，兩班制，3i?帶式輸送，平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)（1）按傳動方案，選用直齒圓錐齒輪傳動，齒形制 ,齒形106JB?角 ，齒頂高系數(shù) ，頂隙系數(shù) ，螺旋角 ，20???*1ah?*.2c?m???不變位。（2） 、運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用 8 級精度。（3） 、材料選擇，小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 剛（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（4） 、選小齒輪齒數(shù) 1213,3269zuz????則2.按齒面接觸疲勞強度設計公式： ≥1td??32122.9(0.5)EFRZKTu?????????（1） 、確定公式內(nèi)的各計算值1）查得材料彈性影響系數(shù) 。1289.EZMPa?2）按齒面的硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ，lim160HMPa??大齒輪的接觸疲勞極限 。lim250H?機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 12 -計 算 及 說 明 結(jié)果3）計算應力循環(huán)次數(shù)小齒輪： 91601420(8307)2.86310hNnjL?????大齒輪： 92.83.51u?4）查得接觸批量壽命系數(shù) 10.93HNK?275）計算接觸疲勞許用應力 ??1lim0.93658HLMPaS????2li.73.Ka6）試選 ，查得1.v?0,,1.52.875a????所以， 02.vK?? ?7）55 411999. 1.042PT Nmn????8） 3R?（2） 、計算1）試算小齒輪的分度圓直徑，帶入 中的較小值得??H?≥1td324211338959802. 5.795()m?????????2）計算圓周速度 v機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 13 -158.791420.369606tdnmv s????計 算 及 說 明 結(jié)果3）計算載荷系數(shù)根據(jù) ，8 級精度，查得 ，4.369mvs?1.23vK?所以 。1.023.875avK?????4）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑： 331 .58.799.3125ttd m?? ?5）技術模數(shù) 1.3.62mz?3.按齒根彎曲疲勞強度設計公式：m≥ ??3124(0.5)FaSRYKTzu?????（1） 、確定公式內(nèi)的各計算值1）查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ，大齒輪的彎曲疲150FEMPa?勞強度 。2380FEMPa??2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 12.6,.9FNFNK3）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，則，??10.865307.144FNEMPaaS????機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 14 -??220.93824.914FNEKMPaaS????計 算 及 說 明 結(jié)果4）載荷系數(shù) K=2.315）節(jié)圓錐角 11arctn8.435u???29076???6）當量齒數(shù) 1234cos8.5VzZ??26917.???7）查取齒形系數(shù) 12.5,.1FaFaY8）查取應力校正系數(shù) 86SS9）計算大小齒輪的 ,并加以比較。??Fa???12.6580.136374FaSY???2.9aSF?大齒輪的數(shù)值大。（2） 、設計計算m≥3 4221134.980.1692.03(05)?????機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 15 -綜合分析考慮，取 1m=3,z2?得， ，2169zu???369dm??計 算 及 說 明 結(jié)果4.幾何尺寸計算（1） 、計算大端分度圓直徑 69dm?23207z???（2） 、計算節(jié)錐頂距 2269119.86dRum??（3） 、節(jié)圓錐角 18.45'??27613'4?（4） 、大端齒頂圓直徑 11cos692cos186'74.92admm???????2073'508?（5） 、齒寬 139.86.Rbm?? ?12m?取二、圓柱齒輪傳動的設計計算已知輸入功率 （略大于小齒輪的實際功率） ，小齒12.957PKw?輪的轉(zhuǎn)速為： ，大齒輪的轉(zhuǎn)速為 ，傳0minrn2437.minrn?機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 16 -動比 ，由電動機驅(qū)動，工作壽命（設每年工作 300 天） ，兩班制，3i?帶式輸送，平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。計 算 及 說 明 結(jié)果1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)（1）由以上計算的數(shù)據(jù)可得圓錐齒輪的傳動在Ⅱ軸的軸向力 219.50tan2cos18.43520.9876aF N???????錐此軸向力較小，故二級變速裝置選用直齒圓錐齒輪。（2） 、運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用 8 級精度。（3） 、材料選擇，小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 剛（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（4） 、選小齒輪齒數(shù) 1213,4.82396zuz????則2.按齒面接觸疲勞強度設計公式： ≥1td??3212. EdHKTZu???????????（1） 、確定公式內(nèi)的各計算值1）試選載荷系數(shù) 1.5tK?2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 55 421 2.7969.09.05.1043.PT Nmn???????3）選取齒寬系數(shù) 1d??機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 17 -4）查得材料彈性影響系數(shù) 。1289.EZMPa?5）按齒面的硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ，lim160HMPa??大齒輪的接觸疲勞極限 。lim250H?計 算 及 說 明 結(jié)果6）計算應力循環(huán)次數(shù)小齒輪： 8160473.1(28307)9.54210hNnjL?????大齒輪： 829.520u?7）查得接觸批量壽命系數(shù) 10.97HNK?28）計算接觸疲勞許用應力 ??1lim0.976582HLMPaS????2li.4.Ka（2） 、計算1）試算小齒輪的分度圓直徑，帶入 中的較小值得??H?≥1td3212. EdHKTZu??????????3 24.57960.189 54m???????????=42.8mm2）計算圓周速度 v機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 18 -142.873.1.0626060tdnmv s????3）計算齒寬 b1dtm??計 算 及 說 明 結(jié)果4）計算齒寬與齒高比 bh模數(shù)： 142.81.643ttdz??齒高： .59thmm?4280.19b5）計算載荷系數(shù)根據(jù) ，8 級精度，可查得動載荷系數(shù) ，.6vs? 1.vK?直齒輪假設 ，10AtKFNmb??查得 .2H?查得使用系數(shù) a?查得 8 級精度，消除了相對支撐為非對稱布置時， 231.50(.6)0.1HdKb???????= 42.8=1.4513由 10.21.453HbKh??， 查 得 ： 1.FK?? 所以 。.293av????6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑：機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 19 -331 1.942.846.5ttKd m????7）計算模數(shù) 16032mmz?計 算 及 說 明 結(jié)果3.按齒根彎曲疲勞強度設計公式：m≥ ??312FaSdYKTz???（1） 、確定公式內(nèi)的各計算值1）查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ，大齒輪的彎曲疲150FEMPa?勞強度 。2380FEMPa??2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 12.9,.3FNFNK3）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，則，??10.95321.44FNEKMPaS????22.85.1FNE a4）計算載荷系數(shù) K.21.486AvF????????5）查取齒形系數(shù) 169,FaFaY機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 20 -6）查取應力校正系數(shù) 12.57,1.85SaSaY?7）計算大、小齒輪的 ,并加以比較。??F?，??12.6580.136374FaSY?????2.15.860.1942FaS??大齒輪的數(shù)值大。計 算 及 說 明 結(jié)果（2） 、設計計算m≥3421.865.10.591.833???綜合分析考慮，取 ，得1=. ,z4，124.560dz????，取218.32u20?4.幾何尺寸計算（1） 、分度圓直徑 60dm?212.50zm???（2） 、中心距 a12()(6)15d??（3） 、齒寬，取10dbm????，2665b機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 21 -5.驗算 4125.6018tTFNd???39.7At ssKb?假設成立，計算有效。計 算 及 說 明 結(jié)果三、數(shù)據(jù)整理1.圓錐齒輪齒輪類型：直齒圓錐齒輪（ ,齒形角 ，齒頂高系106JB?20???數(shù) ，頂隙系數(shù) ，螺旋角 ，不變位） 。*1ah?*0.2c?m??精度 8 級，小齒輪材 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，大齒輪材料 45 剛（調(diào)質(zhì)） ，硬度分別為 280HBS 和 240HBS。大端分度圓直徑：小齒輪 ，大齒輪169d?207dm?節(jié)錐頂距：R=109.0986mm節(jié)圓錐角： ， 18.425'???21.563'4??大端齒頂圓直徑： ， 17.69adm0897ad?齒寬： 123b齒數(shù)： ，z?模數(shù) m=32.圓柱齒輪齒輪類型：直齒圓柱齒輪精度 8 級，小齒輪材 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，大齒輪材料 45 剛（調(diào)機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 22 -質(zhì)） ，硬度分別為 280HBS 和 240HBS。分度圓直徑： ， 169dm?207d?中心距：a=155mm 齒寬： ，15b2b齒數(shù)： ，4z?10模數(shù)：m=2.5mm計 算 及 說 明 結(jié)果五、軸的計算一、減速器高速軸 I 的設計1.求輸出軸上的功率 ，轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩P?n?T?由前面的計算可得 2.957PKw??140minrn?.8TN??2.求作用在齒輪上的力圓錐小齒輪 11370.50.5695.2mbddmR??????????????????128.9.472tTFN??1ancos65.tan20cos18.3527.rt N?????????1i9i9t機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 23 -圓錐大齒輪 2175.9raFN?圓柱小齒輪、大齒輪 1256.4108.3tTFNd????an8.3tan264.rt??計 算 及 說 明 結(jié)果3.初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。取 ,于是得015A?33min015.420PdAm????????同時選取聯(lián)軸器型號，聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩：，則，.3AK取 198.325.87caATKN??????結(jié)合電動機的參數(shù)，選用凸緣聯(lián)軸器，型號 YL4 聯(lián)軸器，即，該端選用的半聯(lián)軸器的孔徑 ，故取軸徑2865YB?dm?，半聯(lián)軸器轂孔的長度 L=62mm。dm??4.軸的結(jié)構(gòu)設計（1） 、擬定軸上零件的裝配方案下圖為Ⅰ軸上的裝配方案機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 24 -（圖 3）（2） 、根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度，如下圖：（圖 4）計 算 及 說 明 結(jié)果1）由聯(lián)軸器尺寸確定由聯(lián)軸器的轂孔長度 L 和直徑 d 及相關要求，可確定1125,60dml?2）初步選擇滾動軸承。軸承同時承載徑向力和軸向力，但軸向力較小，故選用單列深溝球軸承。參照工作要求，并根據(jù)尺寸，選取 0 基本游隙組、標準精度級的單列深溝球軸承 6206，其尺寸為 。3621dDBm???為了利于固定，一般取 比 b 小 1mm（如圖 3 所示） ，故可確定3l。330,15dml?3）由經(jīng)驗公式算軸肩高度： 40.7(1~2).41)h????取軸肩高為 4mm ，確定 。38dm機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 25 -由《課程設計指導書》P47 圖 46 的要求可得，，取 。14332.5()60ldlm????46l?4）根據(jù)軸承安裝方便的要求，取 ，得231dm、 均 比 小249根據(jù)安裝軸承旁螺栓的要求，取 。29l?根據(jù)齒輪與內(nèi)壁的距離要求，取 。4165）根據(jù)齒輪孔的軸徑和長度，確定 。,3dml至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。（3） 、軸上的零件的周向定位齒輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按手冊查得，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接處的平鍵截面 ，850(/10957)bhmGBT??? 鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 50mm（標準鍵長見 ） 。6計 算 及 說 明 結(jié)果為了保證聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性，故選擇聯(lián)軸器輪轂與軸配合為 H7/k6。齒輪與軸的聯(lián)接處的平鍵截面 82bhm??，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 28mm（標準鍵長見(/10957)GBT? ） 。為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選6擇齒輪輪轂與軸配合為 H7/n6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。（4） 、確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為 ，除下圖標注外，各軸肩處的圓角半徑，均245??為 R1，如圖：機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 26 -（圖 5）5.求軸上的載荷根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖 3）作出軸的計算簡圖（圖 6）（齒輪取齒寬中點處的分度圓直徑作為力的作用點，軸承在寬度中點為作用點） 。計 算 及 說 明 結(jié)果結(jié)合裝配圖求得, , , ,15.74NF?20.5N?1'27.NF??2'0NF?, 。38H?469H做彎矩、扭矩圖：機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 27 -（圖 7）計 算 及 說 明 結(jié)果計 算 及 說 明 結(jié)果計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 28 -計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 29 -計 算 及 說 明 結(jié)果計 算 及 說 明 結(jié)果機械設計課程設計計算說明書——圓錐—圓柱齒輪減速器 - 30 -計 算 及 說 明 結(jié)果