机械设计课程设计二级锥齿—斜齿圆柱齿轮减速器

机械设计课程设计说明书摘要减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。

在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。

几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。

本设计采用的是二级锥齿—斜齿圆柱齿轮传动，先利用两个大小锥齿轮减速，然后利用两个大小斜齿轮减速，达到最终的目的，由于齿轮的效率高，传动比精确，所以可以实现很精准的传动。

目录一设计任务书 (1)二传动方案的拟定 (1)三电动机的选择1.选择电动机的类型 (1)2.选择电动机的功率 (2)3.确定电动机的转速 (2)四传动比的计算1.总传动比 (2)2.分配传动比 (2)五传动装置、动力参数的计算1.各轴的转速 (3)2.各轴功率计算 (3)3.各轴的转矩 (3)六传动件的设计计算（一）高速级锥齿轮传动的设计计算1.选择材料、热处理方式和公差等级 (3)2.初步计算传动的主要尺寸 (4)3.确定传动尺寸 (4)4.计算锥齿轮传动及其他几何尺寸 (5)（二）低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算1.选择材料、热处理方式和公差等级 (5)2.初步计算传动的主要尺寸 (6)3.确定传动尺寸 (7)4.计算锥齿轮传动其它几何尺寸 (8)七齿轮上作用力的计算1.高速级齿轮传动的作用力 (8)2.低速级齿轮传动的作用力 (9)八减速器装配草图的设计 (9)九联轴器的选择 (9)十轴的设计计算（一）高速轴的设计与计算1.已知条件 (10)2.选择轴的材料 (10)3.初算轴径 (10)4.结构设计 (11)5.键连接的选择 (12)6.轴的受力分析 (13)（二）中间轴的设计与计算1.已知条件 (15)2.选择轴的材料 (15)3.初算轴径 (15)4.结构设计 (15)5.键连接的选择 (17)6.轴的受力分析 (18)（三）低速轴的设计与计算1.已知条件 (18)2.选择轴的材料 (18)3.初算轴径 (18)4.结构设计 (18)5.键连接的选择 (21)6.轴的受力分析 (21)十一润滑油的选择与计算 (22)十二装配图和零件图 (22)十三设计体会 (23)十四参考文献 (24)一传动方案的拟定根据已知条件，运输带的有效拉力为2500N，运输带的速冻为1m/s，卷筒直径为300mm，三相交流电源，有粉尘，载荷平稳，常温下持续工作。

该设备的传动系统由电动机(原动机)—减速器（传动装置）—带式运输机组成，工作机为型砂运输设备。

简图如下：1—电动机2—联轴器3—减速器4—卷筒5—传动带减速器为展开式圆锥—斜齿圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深沟球轴承，联轴器2选用凸缘联轴器，8选用齿式联轴器。

二电动机的选择计算名称计算及说明计算结果1 电动机的选择根据用途选用Y系列三相异步电动机2 选择电动机的功率输送带的功率为Pw=5.21000=Fvkw；查机械设计手册，取一对轴承的效率=轴η0.99；锥齿轮的传动效率=锥η0.96；斜齿轮的传动效率=斜η0.97；联轴器的传动效率=联η0.99；所以wηηηηηη⨯⨯⨯⨯=24联齿锥轴总=0.88；电动机所需的工作效率为P==总ηwp2.28KW根据附录九，选择电动机的功率为3KWPw=5.21000=Fvkw=总η0.88P==总ηwp2.28kw3=edp kw3 确定电动机的转速输送带的转速69.63601000=⨯=Dvnwπr/min；已知锥齿轮的传动比3~2=锥i；斜齿轮的传动比6~3=斜i；故18~66~33~2=⨯=）（）（总i；电动机的转速范围：≤=总innw63.69⨯（6~18）=（382.14~1146.42）r/min；由附录九知道，符合这一要求的电动机同步转速有750r/min,1000r/min。

本题选用1000r/min,其满载转速为960r/min，型号为Y132S—669.63=wn r/min=满n960r/min三传动比的分配计算名称计算及说明计算结果1总传动比总i=07.15=wnn满总i=15.072分配传动比高速级传动比总ii25.01==3.77，因为锥齿轮的传动比不能大于3，故取31=i；低速级的传动比02.512==iii总31=i02.52=i四传动装置动力参数的计算计算名称计算及说明计算结果1各个轴的转速min/960rn==1n112inn==320r/minmin/75.63223rinn==min/960rn=m in/9601rn=m in/3202rn=min/75.633rn===联η1PP 2.28=⨯99.0 2.26kw 26.21=P kw2各个轴的功率==锥轴ηη12PP 2.26=⨯⨯96.099.0 2.15kw==斜轴ηη23PP=⨯⨯97.099.015.2 2.06kw==联轴ηη34PP=⨯⨯99.099.006.2 2.02kw15.22=P kw06.23=P kw02.2=wP kw3各个轴的转矩68.2296028.295509550=⨯=⨯=nPT mN∙39.2196015.295509550111=⨯=⨯=nPT mN∙48.6132006.295509550222=⨯=⨯=nPT mN∙6.30275.6302.295509550333=⨯=⨯=nPT mN∙68.22=T mN∙39.211=T mN ∙48.612=T mN∙6.3023=T mN∙五传动件的设计计算（一）高速级锥齿轮设计计算计算项目计算及说明计算结果1材料的选择，热处理方式和公差等级考虑到带式输送机为一般机械，大小锥齿轮均选用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，小齿面硬度HBS1=216~254，大齿轮齿面硬度HBS2=162~217，平均硬度HBS1=235，HBS2=190，HBS1与HBS2相差45，在30~50之间，故选用8级精度因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为：[]32211)5.01(92.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛-≥HERRZuKTdσφφ45钢小齿轮调质处理大齿轮正火处理8级精度（1）小齿轮的转矩为39.211=T mN∙（2）因为v未知，VK的值不能确定，可初步选载荷系数tK=1.3（3）查得弹性系数为MPaZE8.189=2初步计算传动的主要尺寸（4）查得锥齿轮的节点区域系数为5.2=HZ（5）齿数比31==iu（6）取3.0=Rφ（7）许用接触应力可用下式表示[]SKNHlimσσ=，由机械设计手册查得极限应力MPa580lim1=σ，MPa390lim2=σ大小齿轮的应力循环次数为：9111015.424103009606060⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=hLnN9221038.124103003206060⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=hLnN查得11=NK，1.12=NK，S取1则有[]MPaSKNH580lim111==σσ；[]MPaSKNH429lim222==σσ；两者比较取较小的，故[]MPaH429=σ初算小齿轮的直径td1，[]32211)5.01(92.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛-≥HERRtZuKTdσφφ= mm29.594298.1893)3.05.01(3.0100039.213.192.2322=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-⨯⨯⨯3确定传动尺寸（1）计算载荷系数：查得0.1=AK,齿宽中点分度圆直径mmddRttm4.5029.5985.0)5.01(11=⨯=-=φ故smndvtmm/53.2100060/111=⨯=π降低1级精度按9级精度查得2.1=VK，1.1=βK，3.1=αK72.1==αβKKKKKVA对td1进行修正，因为K与tK有较大差异，故先对tK进行计算而对t d 1进行修正mm K K d d t t 77.603.1/4.129.59/3311=⨯== （2）确定齿数 初选小锥齿轮的齿数=1z 23，则=2z 69 （3）大端模数58.22329.5911===z d m ，查取标准模数为2.75 （4）大端的分度圆直径为：mm mz d 25.682375.211=⨯== mm mz d 75.1896975.222=⨯== （5）锥齿齿距为： mm u d R 74.9313229.5912221=+=+=（6）齿宽：mm R b R 12.2874.933.0=⨯==φ4计算锥齿轮传动其他几何尺寸（1）mm m h a 5.3== （2）mm m h 3.32.11== （3）mm m C 55.02.0== （4）95.0arccos 103arccos1arccos21==+=u u δ （5）32.0arccos 101arccos11arccos22==+=u δ （6）mm h d d a a 9.6995.05.3225.63cos 2111=⨯⨯+=+=δ （7）mm h d d a a 99.19132.05.3275.189cos 2122=⨯⨯+=+=δ（8）mm h d d f f 6.5695.05.3225.63cos 2111=⨯⨯-=-=δ （9）mm h d d f f 51.18732.05.3275.189cos 2222=⨯⨯-=-=δ（二）低速级斜齿圆柱齿轮设计计算计算名 称 计算及说明计算结果1选择材料，选择小齿轮的材料为40Gr ，进行调质处理，硬度为280HBS ；大齿轮为45钢，进行调质处理，硬度为240HBS ，二者材料小齿轮为40Gr 大齿轮为45钢 8级精度热处理方式和公差相差40HBS，在30~50HBS之间。

选择8级精度2初步计算传动的尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为：[]323312⎪⎪⎭⎫⎝⎛+≥HEHdttZZuuTKdσεφα（1）mNT∙=48.613（2）试选4.1=tK（3）查得弹性系数MPaZE8.189=（4）初选螺旋角12=β，查得区域系数为45.2=HZ（5）齿数比02.52==iu（6）齿宽系数2.1=dφ（7）初选233=z，46.11534==uzz，取1164=z,则查得端面重合度为：92.1=aε；（8）=⨯⨯⨯==12tan232.1318.0tan318.03βφεβzd1. 87；查得重合度系数为75.0=εZ（9）查得螺旋角系数96.0=βZ（10）许用接触应力可用下式计算：[]HNH SKlim1σσ=，由图查得接触疲劳极限应力为MPa600lim3=σ；MPa400lim4=σ大小齿轮的应力循环次数分别为：931038.1243001032060⨯=⨯⨯⨯⨯=N841075.2243001075.6360⨯=⨯⨯⨯⨯=N查得寿命系数05.13=NZ；14.14=NZ；取安全系数1=HS[]MPa S Z HH H H 630/3lim 33==σσ[]MPa S Z H H H H 456/4lim 44==σσ取较小者，故[]MPa H 456=σ初算小斜齿轮的分度圆直径[]323312⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥H EH d t Z Z u u KT d σεφα=mm 42.5745645.28.18931372.12.16.3024.1232=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+⨯⨯⨯⨯[]MPaH 6303=σ[]MPaH 4564=σ3确定传动尺寸（1）计算载荷系数：s m v /96.010006032042.57=⨯⨯⨯=π，查得载荷系数1.1=V K ；15.1=βK ；2.1=αK ；1=A K ； 52.115.12.11.11=⨯⨯⨯==βαK K K K K V A （2）对t d 3进行修正: mm K K d d t t 02.594.152.142.573333==≥= （3）确定模数51.22312cos 02.59cos 33=⨯==Z d m n β，查表取标准值n m =2.5 （4）中心距 mm z z m a n 66.17712cos 2)11623(5.2cos 2)(43=+⨯=+=β 取整数mm a 178= 螺旋角为 5.1217821395.22)(arccos43=⨯⨯=+=a z z m n β，与初选的螺旋角相差不大，所以=β5.12所以 mm z m d n 2975.12cos 1165.2cos 44=⨯==β （5）mm d b d 82.7002.592.133=⨯==φ，由于装配或者安装的误差，小斜齿轮应该比大斜齿轮的宽度大5~10mm ，s m v /96.0=52.1=Kmm d 02.593=5.2=n mmm a 178=5.12=βmm d 2974=mm b 82.703=mm b 8.654=故大斜齿轮的宽度mm b 8.654=4计算齿轮传动其他几何尺寸端面模数mm m m n 56.25.12cos 5.2cos 1===β 齿顶高 mm h m h an n a 5.215.2=⨯==*齿根高 mm c h m h n an n f 125.325.15.2)(=⨯=+=**齿全高 mm h h h f a 625.5=+= 齿顶圆直径为：mm h d d a a 02.645.2202.59233=⨯+=+= mm h d d a a 3025.22297244=⨯+=+= 齿根圆直径为：mm h d d f f 77.52125.3202.59233=⨯-=-= mm h d d f f 75.290125.32297244=⨯-=-=mm m 56.21=mm h a 5.2=mm h f 125.3= mm h 625.5=mm d a 02.643= mm d a 3024=mm d f 77.523=mmd f 75.2904=七 齿轮上作用力的计算齿轮上作用力的计算为后续轴的设计和校核，键的选择和验算及轴承的选择和校核提供数据 计算名称 计算及说明计算结果1高速级齿轮传动的作用力（1）已知条件 高速轴传递的转矩为m N T ∙=39.211，转速为m in /9601r n =，小齿轮大端分度圆直径mm d 77.601=，95.0cos 1=δ，32.0sin 1=δ， 181=δ（2）锥齿轮1上的作用力 圆周力 N d T F R t 2.82885.077.60213902)5.01(2111=⨯⨯=-=φ方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为：NN F F t r 37.28695.020tan 2.828cos tan 111=⨯⨯== δα 其方向为由力的作用点指向轮1的中心 轴向力为：N F t 2.8281=N F r 37.2861=N N F F t a 46.9632.020tan 2.828sin tan 111=⨯⨯== δα其方向为沿轴向从小锥齿轮的小端指向大端 法向力为： N N F F t n 35.88120cos 2.828cos 11===αN F a 46.961= N F n 35.8811=2低速级齿轮传动的作用力（1）已知条件：中间轴传递的转矩m N T ∙=48.612,转速m in /3202r n =，低速级斜齿圆柱齿轮的螺旋角5.12=β。