機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一級(jí)圓錐齒輪減速器

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目：一級(jí)圓錐齒輪減速器工作條件：?jiǎn)蜗蜻\(yùn)轉(zhuǎn)，兩班制工作，與輕度震動(dòng)，使用年限10年原始數(shù)據(jù)：滾筒圓周力F=3103N，帶速V=1.0m/s；鏈輪直徑D=150mm注意事項(xiàng)： 將設(shè)計(jì)人的電子版課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（從郵箱中下載）粘貼、整理在此處； 正文中的標(biāo)題（一、二、三……）字體為宋體、四號(hào)、加粗、居中，且要求不同標(biāo)題不能放在同一頁(yè)，下一個(gè)標(biāo)題及其內(nèi)容要放在下一頁(yè)； 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容字體為宋體、小四號(hào)、非加粗，按照樣例排版即可； 行間距要求：?jiǎn)伪缎芯啵?以下左側(cè)方框內(nèi)為對(duì)應(yīng)標(biāo)題及其設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程，右側(cè)方框?qū)?yīng)位置寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果或結(jié)論二、電動(dòng)機(jī)的選擇1、電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇按工作要求和條件選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y型2、電動(dòng)機(jī)功率選擇（1）傳動(dòng)裝置的總效率： ηaη1?η23?η3?η4?η5式中：η1、η2、η3、η4、η5分別是帶傳動(dòng)、軸承、齒輪傳動(dòng)、聯(lián)軸器和輸送鏈的傳動(dòng)效率取η1=0.95，η2=0.98，η3=0.97，η4=0.99，η5=0.93，則ηa=0.950.9830.970.990.93 =0.80（2）電機(jī)所需的功率：=kw==3kw= =3.75kw3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算鏈輪工作轉(zhuǎn)速：按《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》P7表1推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取V帶傳動(dòng)比，一級(jí)錐齒輪減速器的傳遞比。

則總傳動(dòng)比合理范圍為故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、和1500r/min根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊(cè)查出有三種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有三種傳動(dòng)比方案，綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見(jiàn)第2方案比較適合，則選n=1000r/min4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M1-6其主要性能：額定功率4KW；滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速960r/min；額定轉(zhuǎn)矩2.0三、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比1、總傳動(dòng)比ia=nm/n=960/127.39=7.532、分配各級(jí)傳動(dòng)比（1） 據(jù)指導(dǎo)書(shū)P7表1，為使V帶傳動(dòng)外廓尺寸不致過(guò)大，取ij=32） id=ia/ij=2.51 四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速nⅠ=nm/id=960/2.51=382.5r/minnⅡ=nⅠ/ij=382.5/3=127.39r/minnⅢ=nⅡ=127.39r/min2、計(jì)算各軸的輸入功率PI=Pd=3.750.95=3.56 KWPII=PIη2η3=3.560.980.97=3.39 KWPIII=PIIη2η4=3.390.990.98=3.29KW3、計(jì)算各軸扭矩電動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩:Td=9.55106Pd/nd=9.551063.75/960=37.30 Nm各軸輸入轉(zhuǎn)矩TI=Tdη1=35.4 NmTII= TIη2η3=33.7NmTIII=9.55106PIII/nIII=32.7Nm五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1、選擇普通V帶截型由教材P156表8-7取工作情況系數(shù)kA=1.2計(jì)算功率Pca=KAP=1.22.51=3.012KW由教材P157圖8-11選用A型V帶2、確定帶輪基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速由教材教材P157圖8-11推薦的小帶輪基準(zhǔn)直徑為：80~100mm，則取dd1=100mm>dmin=75 mm 大帶輪直徑 dd2=nd/nIdd1=960/382.5100=251mm由教材P157表8-8，取dd2=250mm 實(shí)際從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速nI’=nddd1/dd2=960100/250=384r/min轉(zhuǎn)速誤差為：nI-nI’/nI=(382.5-384)/382.5=-0.0039<0.05(允許)帶速V：V=πdd1nd/601000=π100960/601000=5.024m/s在5~25m/s范圍內(nèi)，帶速合適3、確定中心距a，并選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld根據(jù)教材P152式（8-20）0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)得：0.7(100+250)≤a0≤2(100+250) 所以有：245mm≤a0≤700mm，取a0=500由教材P158式（8-22）Ld0=2a0+1.57(dd1+dd2)+ (dd1-dd2)2/4a0得：Ld0=2500+1.57(100+280)+(280-100)2/4500=1612.8mm根據(jù)教材P146表（8-2）取Ld=1600mm根據(jù)教材P158式（8-23）得：a≈a0+（Ld-L0）/2=500+（1600-1560.75）/2=520mm4、驗(yàn)算小帶輪包角根據(jù)教材P152式（8-20）α1=1800-(dd1-dd2)57.30/a =1800-（250-100）57.30/520=1800-20.90=163.50>1200（適用）5、確定帶的根數(shù)根據(jù)教材P152表（8-4a）查得：P0=0.95KW根據(jù)教材P153表（8-4b）查得：△P0=0.11KW根據(jù)教材P155表（8-5）查得：Ka=0.96根據(jù)教材P146表（8-2）查得：Kl=0.99由教材P158式（8-26）得：Z=Pca/[(P0+△P0)KaKl]=3/[(0.95+0.11)0.960.99]=3取Z=36、計(jì)算軸上壓力由教材P149表8-3查得q=0.1kg/m，由教材P158式（8-27）單根V帶的初拉力：F0=500Pca（2.5-Ka）/ZV Ka+qV2=500(2.5-0.93)4.8/0.9355.03+0.15.0242=162.17N則作用在軸承的壓力Fp，由教材P159式（8-28）得：Fp=2ZF0sinα1/2=23162.17sin163.50/2=963N 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1、選擇齒輪材料及精度等級(jí)考慮減速器傳遞功率不大，所以齒輪采用軟齒面。

小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240~260HBS大齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度220HBS；根據(jù)教材P210表10-8選7級(jí)精度齒面粗糙度Ra≤1.6~3.2μm2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)根據(jù)教材P203式10-9a：進(jìn)行計(jì)算確定有關(guān)參數(shù)如下：① 傳動(dòng)比i齒=3取小齒輪齒數(shù)Z1=20則大齒輪齒數(shù)：Z2=iZ1=320=60實(shí)際傳動(dòng)比i0=52/20=2.6傳動(dòng)比誤差：i-i0/I=2.6-2.6/2.6=0%<2.5% 可用齒數(shù)比：u=i0=2.6② 由教材P224取φR=0.3③ 轉(zhuǎn)矩T1T1=35.4Nmm④ 載荷系數(shù)k 取k=1.3⑤ 許用接觸應(yīng)力[σH] [σH]=σHlimkHN/SH由教材P209圖10-21查得： σHlimZ1=560Mpa σHlimZ2=500Mpa由教材P206式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NN1=60njLh=60331.031(1636510)=2.7648109N2=N1/i=1.16109/3=9.216108由教材P207圖10-19查得接觸疲勞的壽命系數(shù)：KHN1=0.87 KHN2=0.90通用齒輪和一般工業(yè)齒輪，按一般可靠度要求，選取安全系數(shù)SH=1.0[σH]1=σHlim1 KHN1/SH=5600.93/1.0Mpa=487.2Mpa[σH]2=σHlim2 KHN2/SH=3500.97/1.0Mpa=450Mpa⑥彈性影響系數(shù)ZE 由教材P201表10-6查得ZE=189.8MPa1/2故得：=67.9計(jì)算平均分度圓處的圓周速度vm分錐角δ1=arctan(Z1/Z2)=當(dāng)量齒數(shù) Zv1= Z1/cosδ1=21.43 Zv2= Z2/cosδ1=144.86平均分度圓處的圓周速度：計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=3.41m/s錐齒輪為7級(jí)精度由教材P194圖10-8查得：動(dòng)載系數(shù)KV=1.08 由教材P193表10-2查得: 使用系數(shù)KA=1由教材P195表10-3查得: 齒間嚙合系數(shù)Ka=1 由教材P226b表10-9查得： 軸承系數(shù)KHβbe=1.10 故載荷系數(shù)K=KAKVKHaKHβ=2.475按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑根據(jù)P226式（10-10（a））模數(shù)：m=d1/Z1=152.58/20=7.6mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=73、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度根據(jù)教材P226公式10-23：確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)① 分度圓直徑：d1=mZ1=720=140mm d2=mZ2=752=364mm齒寬： 故得 取b=65② 齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力修正系數(shù)YSa根據(jù)教材P200表10-5得：YFa1=2.72 YSa1=1.57 YFa2=2.14 YSa2=1.83③許用彎曲應(yīng)力[σF] 根據(jù)公式：[σF]= σFLim2/SF根據(jù)教材P208圖10-20（c）得 σFLim1=420Mpa σFLim2 =330Mpa按一般可靠度選取安全系數(shù)SF=1.25計(jì)算兩輪的許用彎曲應(yīng)力[σF]1=σFLim1 /SF=420/1.25=336Mpa[σF]2=σFLim2/SF=330/1.25=264Mpa④ 將求得的各參數(shù)代入式故輪齒齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠5計(jì)算齒輪的圓周速度VV=πd1n1/601000=2.43m/s六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用45調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS根據(jù)教材P370（15-2）式，并查表15-3，取A=115d≥115 (3.70/331.03)1/3mm=25.7mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則：d=25.7(1+5%)mm=27∴選d=28mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸上零件的定位，固定和裝配單級(jí)減速器中可將輸入軸的圓錐齒輪做成懸臂結(jié)構(gòu)，安排在箱體一側(cè)，兩軸承安排在齒輪的右側(cè)，齒輪左面由套筒定位，右面用擋圈固定，周向用平鍵連接。

兩軸承分別以套杯和套筒定位2）確定軸各段直徑和長(zhǎng)度I段：d1=28mm 長(zhǎng)度取L1=50mm∵h(yuǎn)=2c c=1.5mmII段：d2=d1+2h=28+221.5=34mm∴d2=34mm軸承端蓋的總寬度為20mm根據(jù)軸承端蓋的拆裝及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面和帶輪右端面的距離l=30mm,故III段：參照工作要求并根據(jù)d2=34mm，有軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列圓錐滾子軸承30208其內(nèi)徑為40mm，寬度為18mmL3=18mmⅤ段軸承右端有套筒定位，為使套筒端面可靠地壓緊軸承，此軸段應(yīng)略短于軸承寬度，故取l5=16mmⅥ段：取安裝錐齒輪處的軸段Ⅵ的直徑為34mm取錐齒輪的寬度為56mm，取套筒的長(zhǎng)度為20mm，則l6=56+20+(18-16)=78mmⅣ段：取d4=28mm 在Ⅳ軸段加一套筒對(duì)軸承進(jìn)行定位套筒的外徑為d=50mm至此，已初步確定了軸的各段直徑和距離3）按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算①求小齒輪分度圓直徑：已知d1=140mm②求轉(zhuǎn)矩：已知T1=111070Nmm③求圓周力：Ft根據(jù)教材P198（10-3）式得：Ft=2T1/dm1=111070/[d1(1-0.5ΦR)]=1904N④求徑向力Fr1和軸向力Fa1根據(jù)教材P225（10-22）式得：Fr=Fttanαcosδ1=646.8NFa=Fttanαsinδ1=248.8N軸承支反力： 由于軸單向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取α=0.6。

n 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式（15-5）∴該軸強(qiáng)度足夠 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用45#調(diào)質(zhì)鋼，硬度（217~255HBS）根據(jù)教材P370頁(yè)式（15-2），表（15-3）取A=115d≥A(P3/n3)1/3=115(3.43/127.32)1/3=34.64mm輸出軸的最小值直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 有P351表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取KA=1.3則根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇LT7型彈性套注銷(xiāo)聯(lián)軸器，故取半聯(lián)軸器長(zhǎng)度，，則半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 為了滿(mǎn)足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ι軸段右端需制出一軸肩，故取Ⅱ軸段直徑左端用軸段擋圈定位按軸段直徑取擋圈直徑D=49mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂空長(zhǎng)度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上二不壓在軸的斷面上，故Ι段的長(zhǎng)度應(yīng)比l1小一些，故取 照工作要求并根據(jù)，有軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列圓錐滾子軸承33210其內(nèi)徑為其尺寸為50x90x32 取安裝錐齒輪處的軸段Ⅴ的直徑為，齒輪的左端面與右軸承之間采用套筒定位，取錐齒輪的寬度為60mm，為了是軸套可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度。

故取，齒輪的右端面采用軸肩定位軸肩高度h>0.07d，故取h=6mm則Ⅳ段的直徑對(duì)于左軸承若直接采用Ⅳ軸段定位，則軸肩直徑大于軸承內(nèi)圈直徑，不利于拆卸軸承，應(yīng)在左軸承和Ⅳ軸段間加一套筒軸承端蓋的總寬度為20mm根據(jù)軸承端蓋的拆裝及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面和帶輪右端面的距離l=30mm,故取齒輪距箱體內(nèi)壁距離a=16mm，考慮到箱體的鑄造誤差，取s=8mm，已知滾動(dòng)軸承寬度T=32mm，則取Ⅳ段距箱體內(nèi)壁的距離為16mm，在確定軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一定距離，取8mm，則至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度2）軸上零件的周向定位錐齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接按d5有P106表6-1查的平鍵截面鍵槽用銑刀加工，長(zhǎng)45mm，同樣半聯(lián)軸器與軸的連接選用平鍵，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是有過(guò)渡配合來(lái)保證的3）求軸上載荷 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出周德計(jì)算簡(jiǎn)圖在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)兌取33210型，查的a=23.2mm載荷水平面垂直面支反力 彎矩扭矩T=26.082N.m(4)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度故安全八、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命：1636510=58400小時(shí)1、計(jì)算輸入軸軸承（1）兩軸承徑向反力：初選兩軸承為圓錐滾子軸承30208型根據(jù)教材P322表13-7得軸承內(nèi)部軸向力查機(jī)械手冊(cè)知Y=1.6,e=0.37。

有P322式13-11得 （2）求系數(shù)x、yFaA/Fra=0.36Fab/Frb=0.53根據(jù)教材P321表13-5得e=0.37 XA=1 XB=0.4 YA=0 YB=1.6（3）計(jì)算當(dāng)量載荷P1、P2根據(jù)教材P321表13-6取fP=1.2根據(jù)教材P320式13-8a得P1=fP(xAFrA+yAFaA)=4443.4NP2=fp(xBFrB+yBFaA)= 2560N（4）軸承壽命計(jì)算∵故取P=4443.4N∵ε=10/3根據(jù)手冊(cè)得30208型的Cr=63000N由教材P320式13-5a得Lh=106/60n(Cr/P)ε=16670/458.2(163000/4443.4)10/3=347322h>58400h∴預(yù)期壽命足夠2、計(jì)算輸出軸軸承1）兩軸承徑向反力：初選兩軸承為圓錐滾子軸承33210型根據(jù)教材P322表13-7得軸承內(nèi)部軸向力查機(jī)械手冊(cè)知Y=1.5,e=0.41有P322式13-11得 （2）求系數(shù)x、yFaA/Fra=1.67>eFab/Frb=0.33>e XA=0.4 XB=1 YA=1.5 YB=0（3）計(jì)算當(dāng)量載荷P1、P2根據(jù)教材P321表13-6取fP=1.2根據(jù)教材P320式13-8a得P1=fP(xAFrA+yAFaA)=3215.8NP2=fp(xBFrB+yBFaA)= 3210N（4）軸承壽命計(jì)算∵故取P=3215.8N∵ε=10/3根據(jù)手冊(cè)得33210型的Cr=112000N由教材P320式13-5a得Lh=106/60n(Cr/P)ε=16670/458.2(1112000/3215.8)10/3=18059903h>58400h九、鍵連接的選擇及校核計(jì)算1、大帶輪與軸連接采用平鍵連接軸徑d1=28mm，L1=50mm查手冊(cè)P51 選用C型平鍵，得：b=8 h=7 L=40即：鍵C840GB/T1096-2003 l=L1-b=40-8=32mm T2=106.63Nm 根據(jù)教材P106式6-1得σp=4T2/dhl=4106630/28732=78.5Mpa<[σp](110Mpa)2、輸入軸與齒輪連接采用平鍵連接軸徑d3=34mm L3=56mm T=260.82Nm查手冊(cè)P51 選A型平鍵，得：b=10 h=8 L=50即：鍵A1050 GB/T1096-2003l=L3-b=50-10=40mm h=8mmσp=4T/dhl=4260820/34840=95.9Mpa<[σp](110Mpa)3、輸出軸與齒輪2連接用平鍵連接軸徑d2=56mm L2=45mm T=116.3N.m查手冊(cè)P51 選用A型平鍵，得：b=16 h=10 L=36即：鍵A1636GB/T1096-2003l=L2-b=36-16=20mm h=10mm根據(jù)教材P106（6-1）式得σp=4T/dhl=4116300/561020=41.5Mpa<[σp] (110Mpa)ηa=0.80=3.75kw電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y132M1-6ia=7.53ij=3id=2.51nⅠ=127.39r/minnⅡ=127.39r/minnⅢ=382.5r/minPd=3.75KWPI=3.56KWPII=3.39KWPIII=3.29KWTd=38.03 NmTI=35.4NmTII=33.7NmTIII=32.7Nmdd1=100mmdd2=280mmnI’=342.86r/minV=5.03m/s266mm≤a0≤760mm取a0=500Ld=1600mma=493.6mmZ=5根Fp=1609.1Ni齒=2.6Z1=20Z2=52u=2.6T1=111070NmmσHlimZ1=560MpaσHlimZ2=350MpaN1=1.16109N2=4.46108KHN1=0.93KHN2=0.97[σH]1=520.8Mpa[σH]2=339.5Mpad1t=112.8mmZv1=21.43Zv2=144.86d1=152.58m=7d1=140mmd2=364mmR=195mmb=65mmYFa1=2.72YSa1=1.57YFa2=2.14YSa2=1.83σFLim1=420MpaσFLim2 =330MpaSF=1.25σF1=53.1MpaσF2=48.68MpaV =2.43m/sd=28mmL1=50mmd2=34mmmmL3=18mml5=16mml6=78mmd4=28mmd1=140mmT1=111070NmmFt=1904NFr==646.8NFa=248.8N軸承預(yù)計(jì)壽命58400小時(shí)XA=1YA=0XB=0.4YB=1.6P1=4443.4NP2=2560NLh=347322h預(yù)期壽命足夠XA=0.4YA=1.5XB=1YB=0P1=3215.8NP2=3210NLh=18059903h軸承合格鍵C840 GB/T1096-2003 σp=78.5Mpa鍵A1050GB/T1096-2003σp=95.9Mpa鍵A1636GB/T1096-2003σp=45.1Mpa參考文獻(xiàn)[1] 濮良貴、紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）．北京：高等教育出版社，2006．[2] 龔溎義、羅圣國(guó)．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第二版）．北京：高等教育出版社，1990．[3]王文斌．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三卷）．機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8．[4] 侯洪生．機(jī)械工程圖學(xué)．北京：科學(xué)出版社，2001．- 15 -。