0017-立式二級(jí)圓錐圓柱齒輪減速器,立式,二級(jí),圓錐,圓柱齒輪,減速器 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 35040515 王召 　機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 計(jì)算說明書  前 言 簡易半自動(dòng)三軸鉆床用于在零件上鉆孔，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，室內(nèi)工作，通過傳動(dòng)裝置使鉆頭持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在零件上打孔。要求使用期限是雙班制10年。 目　錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………………………………………………………3 二、總體方案設(shè)計(jì)………………………………………..…………………….…3 １、傳動(dòng)方案擬定…………………………………………..…………………3 ２、電動(dòng)機(jī)的選擇………………………………………………………….….4 ３、傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)………………………………………..........5 三、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………6 （1）圓錐齒輪設(shè)計(jì)………………………………………………………....……..6 （2）圓柱齒輪設(shè)計(jì)…………………………………………………………….....11 （3）軸的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算…………………………………………………….…16 （4）鍵聯(lián)接設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………….……………21 （5）滾動(dòng)軸承的選擇及壽命計(jì)算……………………………..………………...22 四、減速器箱體及附件的設(shè)計(jì)…………………………......................................26 (1)潤滑和密封形式的選擇，潤滑油和潤滑脂的選擇……………………….26 (2)箱體設(shè)計(jì)………………………. ………………………. …………………26 (3)技術(shù)要求………………………. ………………………. …………………26 五、參考資料…………………………………………………………………..…27 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 1、設(shè)計(jì)題目：簡易半自動(dòng)三軸鉆床 2、設(shè)計(jì)背景： （1）題目簡述：簡易半自動(dòng)三軸鉆床用于在零件上鉆孔，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，室內(nèi)工作，通過傳動(dòng)裝置使鉆頭持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在零件上打孔。 （2）使用狀況：生產(chǎn)批量為5臺(tái)；動(dòng)力源為三相交流電380/220V，電機(jī)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷較平穩(wěn)；使用期限為10年，每年工作300天，每天工作5小時(shí)；檢修期為三年大修。 （3）生產(chǎn)狀況：生產(chǎn)廠具有加工7、8級(jí)精度齒輪、蝸輪的能力。 3、設(shè)計(jì)參數(shù)： 選擇第4組數(shù)據(jù)：切削速度v=0.21m/s，孔徑D=8mm，切削阻力矩T=120N.m，切削時(shí)間7s，切削阻力F=1280N。 4、設(shè)計(jì)任務(wù)： （1）三個(gè)鉆頭以相同的切削速度v作切削主運(yùn)動(dòng)，安裝工件的工作臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。每個(gè)鉆頭軸向進(jìn)給阻力為F，被加工零件上三孔直徑均為D，每分鐘加工兩件。 （2）室內(nèi)工作，生產(chǎn)批量為5臺(tái)。 （3）動(dòng)力源為三相380/220V，電機(jī)單相運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)。 （4）使用期限為10年，大修周期為三年，雙班制工作。 （5）專業(yè)機(jī)械廠制造，可加工7、8級(jí)精度的齒輪、蝸輪。 二、總體方案設(shè)計(jì) 1、傳動(dòng)方案的擬定 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，該傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)分成原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置兩部分： （1）原動(dòng)機(jī)的選擇 設(shè)計(jì)要求：動(dòng)力源為三相交流電380/220v. 故，原動(dòng)機(jī)選用電動(dòng)機(jī)。 （2）傳動(dòng)裝置的選擇 減速器 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較高，并且輸出不穩(wěn)定，同時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)故障或嚴(yán)重過載時(shí)，可能燒壞電動(dòng)機(jī)，所以要有一個(gè)過載保護(hù)裝置。 可選用的有：帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)。 鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)雖然傳動(dòng)效率高，但會(huì)引起一定的振動(dòng)，且緩沖吸振能力差，也沒有過載保護(hù)； 帶傳動(dòng)平穩(wěn)性好，噪音小，有緩沖吸震及過載保護(hù)的能力，精度要求不高，制造、安裝、維護(hù)都比較方便，成本也較低，但是傳動(dòng)效率較低，傳動(dòng)比不恒定，壽命短；但還是比較符合本設(shè)計(jì)的要求，所以采用蝸桿傳動(dòng)。 總傳動(dòng)比為1，要實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)方向改變90度，因而可以考慮采用蝸輪蝸桿加斜齒輪或者是錐齒輪加斜齒輪減速器，但考慮到蝸輪蝸桿效率較低，而且安裝精度、潤滑要求高等因素，因而決定采用后者，即錐齒輪加斜齒輪減速器。 機(jī)構(gòu)簡圖： ２．電動(dòng)機(jī)的選擇 （1）類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇： 按工作條件和要求選用一般用途的Y系列三相異步臥式電動(dòng)機(jī)，封閉結(jié)構(gòu)。 （2）電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 傳動(dòng)效率： 帶傳動(dòng)： V帶 一對(duì)軸承： 錐齒輪 ： 油潤滑8級(jí)精度齒輪 一對(duì)圓柱斜齒輪：８級(jí)精度　 聯(lián)軸器效率 總傳動(dòng)效率：　　　　　　　　　　 鉆頭轉(zhuǎn)速： r/min （3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算 確定傳動(dòng)比范圍：齒輪傳動(dòng)比范圍； 在相關(guān)手冊中查閱符合這一轉(zhuǎn)速范圍的電機(jī)，綜合考慮總傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)尺寸及成本，選擇Y160M1-2型，額定功率11kW電動(dòng)機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速 ３．傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 計(jì)算總傳動(dòng)比： 1、 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比： 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 若齒輪的傳動(dòng)比取，則錐齒輪的傳動(dòng)比為 2、 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) （１）計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 電機(jī)軸： Ⅰ軸： Ⅱ軸： Ⅲ軸： （２）計(jì)算各軸輸入功率 電機(jī)軸： 1軸： 2軸： 3軸： a、 計(jì)算各軸輸入轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩： 1軸： 2軸： 3軸： 將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理并列于下表： 軸名 功率P / kW 轉(zhuǎn)矩T /N·m 轉(zhuǎn)速n r/min 傳動(dòng)比i 效率 輸入 輸出 輸入 輸出 電機(jī)軸 7.95 25.3075 3000 2 0.96 Ⅰ軸 7.632 7.557 48.59 48.10 1500 2.046 0.96 Ⅱ軸 7.329 7.256 95.47 94.51 733.138 1.461 0.96 Ⅲ軸 7.04 6.969 133.98 132.64 501.8 三、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ? 圓錐齒輪設(shè)計(jì) 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 選材、精度 選用直齒輪，批量較小，小齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度平均取220HB，大齒輪用45鋼，正火處理，硬度平均取190HB。8級(jí)精度。 工作時(shí)間及部分參數(shù) 閉式直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，軸夾角， 傳遞功率，轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)比。 兩班制工作，壽命10年（每年按300天計(jì)算） 小齒輪做懸臂布置，使用時(shí)間內(nèi)，工作時(shí)間占23.3% 壽命10年， 300天/年， 工作時(shí)間占23.3% 初步計(jì)算小齒輪直徑 因?yàn)椴捎瞄]式軟齒面?zhèn)鲃?dòng),按齒面接觸強(qiáng)度初步估算小齒輪分度圓直徑 ? 初選小齒輪齒數(shù) 取, ， 傳動(dòng)比相對(duì)誤差，合適 ? 小齒輪轉(zhuǎn)矩 ? 初選載荷系數(shù)： ， ，， ? 取齒寬系數(shù) ? 確定彈性影響系數(shù) ? 確定區(qū)域載荷系數(shù)： 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng) ? 確定接觸許用應(yīng)力 循環(huán)次數(shù) 查教材圖10-19曲線得 ， 查教材圖10-21（d）得 ， 取安全系數(shù) ? 由接觸強(qiáng)度計(jì)算小齒輪的分度圓直徑 確定基本參數(shù) ? 驗(yàn)算載荷系數(shù) 齒輪圓周速度 精度等級(jí)取8級(jí)精度合理 由教材圖10-8查得 查教材表10-9得出軸承系數(shù)，由公式得 接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)： ? 校正直徑： 校核傳動(dòng)比誤差：因齒數(shù)未做圓整，傳動(dòng)比不變。 8級(jí)精度合理 取 確定主要傳動(dòng)尺寸 確定模數(shù), 查表取 小齒輪直徑 大齒輪直徑 錐距 齒寬 圓整，取， 校核 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ? 確定彎曲強(qiáng)度載荷系數(shù)：與接觸強(qiáng)度系數(shù)相同 ? 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) , , ? 確定許用應(yīng)力： 由教材圖10-18 ， 取安全系數(shù) 由教材圖10-20（C）得，， 按脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力確定許用彎曲應(yīng)力，即 ? 校核彎曲強(qiáng)度 合格 靜強(qiáng)度校核 靜強(qiáng)度校核,因傳動(dòng)無嚴(yán)重過載,故不作靜強(qiáng)度校核 ? 圓柱齒輪設(shè)計(jì) 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 選材、精度 選用斜齒輪，批量較小，小齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度210HB～230HB，平均取220HB，大齒輪用45鋼，正火處理，硬度為170HB～210HB，平均取190HB。8級(jí)精度。 初步計(jì)算小齒輪直徑 因?yàn)椴捎瞄]式軟齒面?zhèn)鲃?dòng),按齒面接觸強(qiáng)度初步估算小齒輪分度圓直徑,由附錄A表由表A1取， 動(dòng)載荷系數(shù)，轉(zhuǎn)矩，由表27.11查取 接觸疲勞極限 初取 取 確定基本參數(shù) 圓周速度精度等級(jí)取8級(jí)精度合理 取, 確定模數(shù),查表取 校核傳動(dòng)比誤差：因齒數(shù)未做圓整，傳動(dòng)比不變。 8級(jí)精度合理 取 校齒核面接觸疲勞強(qiáng)度 1〉計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù):查圖27-16非變位斜齒輪 彈性系數(shù):查表27.11 重合度系數(shù): 端面重合度 螺旋角系數(shù) 齒面接觸應(yīng)力 2>計(jì)算許用接觸應(yīng)力 總工作時(shí)間 接觸壽命系數(shù)由圖27-23查出 （單向運(yùn)轉(zhuǎn)取） 齒面工作硬化系數(shù) 接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù)由表27.15按調(diào)質(zhì)鋼查 潤滑油膜影響系數(shù)取為 由表27.14取最小安全系數(shù) 許用接觸應(yīng)力: 3〉驗(yàn)算: 接觸疲勞強(qiáng)度較為合適,齒輪尺寸無須調(diào)整 確定主要傳動(dòng)尺寸 小齒輪直徑 大齒輪直徑 齒寬 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 1〉由式27.11 , , ,, , , 齒根彎曲應(yīng)力: 2〉計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 由式27.17 試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限查圖27-24c ， 另外取 由圖27-26確定尺寸系數(shù)= 由表27.14查最小安全系數(shù) 3〉彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 = 合格 靜強(qiáng)度校核 靜強(qiáng)度校核,因傳動(dòng)無嚴(yán)重過載,故不作靜強(qiáng)度校核 3、軸的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算 1〉小錐齒輪軸的校核 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 材料的選擇 考慮到相互摩擦作用，材料選擇與齒輪相同，為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理， 材料系數(shù) 查表16.2有 C=112 估算軸徑 所受轉(zhuǎn)矩 齒輪圓周力 齒輪徑向力 水平面反力 垂直面反力 彎矩圖 見圖1 合成彎矩圖 取A點(diǎn) 轉(zhuǎn)矩圖 應(yīng)力校正系數(shù) 用插入法由表16.3中求得 ， 當(dāng)量彎矩圖 校核強(qiáng)度 合格 2〉大錐齒輪軸的校核（計(jì)算時(shí)由于軸上三個(gè)圓柱齒輪的對(duì)稱布置，因而彎矩因素消除） 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 材料的選擇 考慮到相互摩擦作用，材料選擇與齒輪相同，為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理， 材料系數(shù) 查表16.2有 C=112 估算軸徑 所受轉(zhuǎn)矩 齒輪圓周力 齒輪徑向力 齒輪軸向力 垂直面反力 N N 水平面反力 彎矩圖 見圖2 合成彎矩圖 轉(zhuǎn)矩圖 應(yīng)力校正系數(shù) 用插入法由表16.3中求得 ， 當(dāng)量彎矩圖 校核強(qiáng)度 合格 3〉圓柱齒輪軸的校核（計(jì)算時(shí)由于軸上三個(gè)圓柱齒輪的對(duì)稱布置，因而彎矩因素消除） 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 材料的選擇 考慮到相互摩擦作用，材料選擇與齒輪相同，為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理， 材料系數(shù) 查表16.2有 C=112 估算軸徑 所受轉(zhuǎn)矩 齒輪圓周力 齒輪徑向力 齒輪軸向力 垂直面反力 水平面反力 水平面彎矩圖 見圖3 合成彎矩圖 轉(zhuǎn)矩圖 應(yīng)力校正系數(shù) 用插入法由表16.3中求得 ， 計(jì)算方法同前 當(dāng)量彎矩圖 校核強(qiáng)度 合格 圖1 圖2 圖3 4、鍵的選擇和校核 鍵的選擇主要考慮所傳遞的扭矩的大小，軸上零件是否需要沿軸向移動(dòng)，零件的對(duì)中要求等等。 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì) 算 結(jié) 果 （1）小錐齒輪軸。帶輪鍵的選擇與校核 鍵的選擇和參數(shù) 與聯(lián)軸器相聯(lián)接，為靜聯(lián)接，選用普通平鍵，圓頭。 由手冊查得d=24mm時(shí)，應(yīng)選用 鍵 GB1096-79 轉(zhuǎn) 矩 鍵 長 接觸長度 許用擠壓應(yīng)力校 核 查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為 =（70-80）MPa 故滿足要求 （1）小錐齒輪軸 小錐齒輪鍵的選擇與校核 鍵的選擇和參數(shù) 與聯(lián)軸器相聯(lián)接，為靜聯(lián)接，選用普通平鍵，圓頭。 由手冊查得d=24mm時(shí)，應(yīng)選用 鍵 GB1096-79 轉(zhuǎn) 矩 接觸長度 許用擠壓應(yīng)力校 核 查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為 =（70-80）MPa 故滿足要求 （2）大錐齒輪軸鍵的選擇和校核 靜聯(lián)接,選用普通平鍵，圓頭，由手冊查得d=64mm時(shí)，同時(shí)考慮到同一跟軸上盡量選用相同公稱尺寸的鍵，故應(yīng)選用鍵 GB1096-79 鍵的選擇和參數(shù) 轉(zhuǎn) 矩 鍵 長 接觸長度 查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為 =（70-80）MPa 故滿足要求 許用擠壓應(yīng)力校 核 （3）圓柱齒輪軸鍵的選擇和校核 靜聯(lián)接,選用普通平鍵，圓頭 由手冊查得d=48~60mm時(shí)，兩鍵應(yīng)分別選用軸二圓柱齒輪鍵，軸三圓柱鍵 GB1096-79 鍵的選擇和參數(shù) 轉(zhuǎn) 矩 鍵 長 接觸長度 查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為 =（70-80）MPa 故滿足要求 許用擠壓應(yīng)力校 核 5．滾動(dòng)軸承的選擇及壽命計(jì)算 1>小錐齒輪軸軸承的校核 角接觸球軸承30206（一對(duì)），其尺寸：D=62mm,d=30mm, B=16mm 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 軸承主要性能參數(shù) 查表得軸承30206主要性能參數(shù)如下： X、Y值 軸承受力情況 向右 向左 結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。 2>大錐齒輪的軸上軸承的校核 角接觸球軸承30209（一對(duì)），其尺寸：D=85mm,d=45mm, B=19mm 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 軸承主要性能參數(shù) 查表得軸承30209主要性能參數(shù)如下： X、Y值 軸承受力情況 結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。 3>圓柱齒輪軸上的軸承的校核 角接觸球軸承30211（一對(duì)），其尺寸：D=100mm,d=55mm, B=22.75mm 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 軸承主要性能參數(shù) 查表得軸承30211主要性能參數(shù)如下： X、Y值 軸承受力情況 結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。 四、減速器箱體及附件的設(shè)計(jì) 1、潤滑和密封形式的選擇，潤滑油和潤滑脂的選擇 1>潤滑形式的選擇 (1)油標(biāo)：選擇桿式油標(biāo)C型 指標(biāo)：d: M16 d1=4 d2=16 d3=6 h=35 a=12 b=8 c=5 D=26 D1=22 (2)排油裝置：管螺紋外六角螺賽及其組合結(jié)構(gòu) 指標(biāo)： M20*1.5 d1=17.8 D=30 e=24.2 S=21 L=30 h=15 b=4 b1=3 C=1.5 D0=40 2>密封裝置 （1） 錐齒輪軸密封：氈圈油封 d=60, （2）輸出軸密封：氈圈油封 d=60 3>潤滑油和潤滑脂的選擇 （1）潤滑：L—CKE220 運(yùn)動(dòng)粘度198—242（40℃） 2、箱體設(shè)計(jì)： 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 箱座厚度 箱蓋厚度 箱座突緣厚度 箱蓋突緣厚度 箱座底突緣厚度 地角螺釘直徑 地角螺釘數(shù)目 軸承旁連接螺釘直徑 機(jī)蓋與機(jī)座連接螺栓直徑 軸承端蓋螺釘直徑 窺視孔蓋螺釘直徑 連接螺栓d2的間距 定位銷直徑 大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離 齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離 軸承端蓋外徑 軸承端蓋突緣厚度 機(jī)蓋肋厚 機(jī)座肋厚 δ=0.04a+3≥8 δ1=0.85δ=8.5 b=1.5δ b1=1.5δ1 b2=2.5δ df=0.036a+12 d1=0.75 df =15 d2=(0.5—0.6) df d3=(0.4—0.5) df d4=(0.3—0.4) df l=(120—200)mm d=(0.7—0.8)d2 Δ1>1.2δ Δ2>δ D2=1.25D+10 t=(1.1—1.2)d3 m1=0.85δ1 m=0.85δ 取δ=10mm 取δ1=10mm b=12mm b1=12mm b2=20mm df =20mm n=5 取d1=16mm 取d2=10mm 取d3=8mm 取d4=5mm 取l=150mm 取d=8mm 取Δ1=10 取Δ2=9 取D2=150 t=9 取m1=8.5 取m=7.65 3、技術(shù)要求 1〉 裝配前所有零件用煤油清洗，滾動(dòng)軸承用汽油浸洗，箱體內(nèi)不允許有任何雜物存生。 2〉 保持側(cè)隙不小于0.115mm。 3〉 調(diào)整、固定軸承時(shí)應(yīng)留軸向間隙，。 4〉 涂色檢查接觸斑點(diǎn)，沿齒高不小于55%，沿齒長不小于50% 5〉 箱體被隔開為兩部分，分別裝全損耗系統(tǒng)用油L-AN68至規(guī)定高度。 6〉 減速器部分面，各接觸面及密封處均不允許漏油，剖分面允許涂以密封膠或水玻璃，不允許使用墊片。 7〉 箱體外表面涂深灰色油漆，內(nèi)表面涂耐油油漆。 五、參考資料 1、 圓柱齒輪設(shè)計(jì)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（下冊）》劉靜華、郭衛(wèi)東、王之櫟、吳瑞祥2007年2月出版，北京航空航天大學(xué)出版社。 2、 錐齒輪設(shè)計(jì)參考《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）導(dǎo)教·導(dǎo)學(xué)·導(dǎo)考》，西工大出版社 3、 錐齒輪設(shè)計(jì)參考《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》，高等教育出版社 28