锥齿轮减速器 开式齿轮

机械课程设计
说明书



设计题目：单级锥齿轮减速器
专业班级：09热能与动力工程
学生姓名：赵 仲 林
学生学号：2 0 0 9 0 8 7 9
指导教师：雒 晓 兵






2011-6-30

兰州交通大学博文学院

引言……………………………………………………………………………………


设计题目………………………………………………………………………………


电动机的选择…………………………………………………………………………


传动零件的设计和计算……………………………………………………………


减速箱结构的设计…………………………………………………………………


轴的计算与校核………………………………………………………………………


键连接的选择和计算………………………………………………………………


联轴器的选择………………………………………………………………………


设计小结……………………………………………………………………………


参考文献……………………………………………………………………………

引言

课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的主要环节。本次是设计一个锥齿

轮减速器，减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。课程设计

内容包括：设计题目，电机选择，运动学动力学计算，传动零件的设计及计算，

减速器结构设计，轴的设计计算与校核。

锥齿轮减速器的计算机辅助机械设计，计算机辅助设计及计算机辅助制造

（CAM/CAD）技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术，通过本课题的

研究，将进一步深入的对这一技术进行深入的了解和学习。















设计题目：锥齿轮减速器——开式齿轮
重要数据：
传动方案
编号：b
方案：锥齿轮减速器——开式齿轮
2. 带式运输机的工作原理
如图



3. 工作情况
工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35度；
使用折旧期：8年；
检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；
动力来源：电力，三相流，电压380、220V；
运输带速度允许误差：5%；
制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。


4.设计数据
运输带工作拉力F/N 4000
运输带工作速度V/(m/s） 1.6
卷筒直径D/mm 400
5 设计内容
按照给定的原始数据(8)和传动方案(b)设计减速器装置；
完成减速器装配图1张(A0)；
零件工作图1-3张(A3)；
编写设计计算说明书

一份。
三、电动机的选择：
（一）、电动机的选择
1、选择电动机的类型：
按工作要求和条件，选用三机笼型电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。

2、选择电动机容量 ：
电动机所需的功率为：
（其中：为电动机功率，为负载功率，为总效率。）
而KW, 所以KW
传动效率分别为：
联轴器效率
滚动轴承的效率
锥齿轮传动效率
开式齿轮传动效率
卷筒传动效率
传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,即：

所以

3、确定电动机转速
卷筒轴工作转速为

查表可得：一级圆锥齿轮减速器传动比，一级开式齿轮传动比，则总传动比合理范围为，故电动机转速的可选范围为
符合这一范围的同步转速有750,1000和1500

根据这个查表可以选择的电动机有以下几种：
方案
电动机型号 额定功率 P
KW 电动机转速
r/min 电动机重量
Kg 同步转速 满载转速 1 Y160M– 4 11 1500 1460 123 2 Y160L – 6 11 1000 970 147 3 Y180L– 8 11 750 730 184 表1
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比可见第1个方案比较合适因此选定电动机型号为Y160M– 4，其主要性能如下表2：

型号 额定功率 KW 满载时 转速r/min 电流
A 效率
% 功率因数 Y160L–6 11 970 2.0 2.0 表2
电动机主要外形和安装尺寸列于下表：
中心高H 外形尺寸 脚底安装尺寸 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸
160 15
（二）、确定传动装置的总传动比和分配传动比
1、总传动比
由选定的的电动机满载转速和工作机主动轴转速n，可得传动装置的总传动比为
(1)
电动机型号为Y160L-6 ，满载转速nm= 970r/min ,且工作机主动轴转速n = 87.31r/min,则由上面公式(1)可得：

2、分配传动比

总传动比为各级传动比的乘积，即
(2)
设、分别为圆锥齿轮的传动比和圆柱齿轮的传动比，在圆锥齿轮减速器的传动比范围内
则由公式 （2）可得
= 11.11
得根据圆柱齿轮减速器的传动比范围可取4 ，则



3、计算传动装置的运动和动力参数

（1）、各轴转速

Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
(2)、各轴输入功率

Ⅰ轴

Ⅱ轴

Ⅲ轴

Ⅳ轴
(3)、各轴输入转矩

电机轴输出转矩
所以各轴输出转矩为：

Ⅰ轴

Ⅱ轴

Ⅲ轴

Ⅳ轴










q四、传动零件的设计计算
（一）、选择圆锥齿轮传动的设计计算
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度，齿形角，

齿顶高系数，顶隙系数。
（2）材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。
2.按齿面接触疲劳强度设计
公式：

（1）、确定公式内的各计算值
1）查得材料弹性影响系数，节点区域系数。
2）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。
3）计算应力循环次数
小齿轮：
大齿轮：
4）查表得到： ,.
5) 查得接触批量寿命系数

6）计算接触疲劳许用应力


7）可以选取，，，；
所以
8)
9）
10)
(2)计算
1）试算小齿轮的分度圆直径，带入许用应力中的较小值
得：=89.42mm
2）计算圆周速度v


3)齿数，由公式得大齿轮齿数

，c=18
所以=81.84
取，则，
取。则齿数比 ，
与设计要求传动比的误差为1.33%，可用。

4）模数
大端模数
取标准模数m=4mm。
5）大端分度圆直径


小齿轮大端分度圆直径大于强度计算要求的89.43mm。
6）节锥顶距

7）节圆锥角（未变位时，与分度圆锥角相等）
18°50′40.62″
71.335032°=71°9′19.38″
8)大端齿顶圆直径
小齿轮
大齿轮
9）齿宽
取
10）进行强度校核计算
402.37MPa<444.6MPa
所以强度符合。

3、按齿根弯曲疲劳强度设计公式：

确定公式内的各计算值
1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度。
2）查得弯曲疲劳寿命系数

3）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳系数S=1.6则


4)查取齿形系数 ，
5)应力校正系数 ，
6)计算大小齿轮的，并加以比较：


大齿轮大所以取0.01836
(2)、带入以上数据可以求得
=2.65
(3)进行强度校核计算带入公式
206.74MPa<213.75MPa所以符合。
（二）、开式圆柱齿轮的设计计算
1、选定齿轮类型和精度等级。
因为为开式齿轮所以选择硬齿面，工作较为平稳选用8级精度，选择材料是铸钢，硬度为250HBS。
小齿轮齿面强度为400HBS，大齿轮齿面强度为360HBS，两者材料硬度相差为40HBS。
选取小齿轮齿数，则。
2、按齿根弯曲疲劳强度计算：

(1)、确定公式中的各计算值：
1)查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限
大齿轮的弯曲疲劳强度极限
2)计算应力循环系数：

3)从而查到寿命系数
4)选取疲劳安全系数S=2，，
得到：

3)材料弹性系数
4)选取齿宽系数

5)计算载荷系数K
选取，，，
所以
6)初选，则相应的，；
，
所以

选取较大值
又选取
7)计算工作转矩

(2

)、带入计算得：

所以选取m=3.75
(3)中心距
(4)分度圆直径

(5)齿轮宽度
所以取大齿轮宽度为38mm齿轮宽度为43mm
五、减速器的结构设计
名称 符号 减速器型式及尺寸关系/mm 箱座壁厚 8 箱盖壁厚 8 箱盖凸缘厚度 12 箱座凸缘厚度 12 箱座底凸缘厚度 20 地脚螺钉直径 12 地脚螺钉数目 4 轴承旁联接螺栓直径 9 机盖与座联接螺栓直径 7 联接螺栓的间距 180 轴承端盖螺栓直径 5 视孔盖螺钉直径 4 定位销直径 5 、、到外箱壁距离 18、16、13 、至凸缘边缘距离 16、14、11 轴承旁凸台半径 凸台高度 外箱壁至轴承座端面距离 30 大齿轮顶圆与内箱壁距离 12 齿轮端面与内箱壁距离 10 箱盖、箱座肋厚 、 ； 轴承端盖外径 轴承端盖凸缘厚度 9 轴承旁联接螺栓距离
六、轴的计算
一、减速器高速轴I的设计
(一)、选择轴的材料
初选轴的材料为45刚，调质处理，其机械性能查表可得：
。
(二)、轴的尺寸计算
1、求输出轴上的功率，转速和转矩
由前面的计算可得


2、初步确定轴的最小直径
查得

3、轴的结构设计
(1)下图为I轴的装配方案：

根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：

4、选择联轴器：根据条件选取
确定联轴器转矩
结合电动机型号，选用弹性套柱销联轴器，型号LT6联轴器
即该端选用的半轴连接器的孔径，故取轴径，半联轴器毂空的长度
故取
5、初步选择滚动轴承
轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6208，其尺寸为。从而可以知道：
，。
6、由经验公式算肩高度：
故取h=4mm，从而确定
由书上公式要求得：,取
7、根据轴承安装方便的要求，取，均比小1mm,则：

根据安装轴承旁螺栓的要求取。
根据齿轮与内壁的距离要求，取
所以
8、根据齿轮孔的轴径和长度，确定
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。

9、轴上零件的周向定位

齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm（标准键长见）。
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键截面 ()，键槽用键槽铣刀加工，长为26mm准键长见）。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。

10、确定轴上的圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为2×4

5°，各轴肩处的圆角半径见图


(三)、求轴上的载荷及其校核
根据轴的结构图，做出轴的计算简图：



（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。

轴承1和轴承2之间的距离为88mm，轴承2和锥齿轮间的距离为51.5mm
计算作用在齿轮上的力
圆锥小齿轮




圆锥大齿轮


求作用在轴上的支反力
,
,
,
所以
所以
3、校核轴承寿命：
查手册得6207型深沟球轴承参数
查表8.6得
计算轴承所承受的轴向载荷
因为轴承1固定，轴承2游离，结合受力分析图可知，轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”。由此可得轴承2不受轴向力，所以
,
计算当量动负荷
轴承1： ，由表8.5，用线性插值法可求得：

由查表8.5，并用线性插值法求得：，由此可得

轴承2：
由表8.5，用线性插值法可得：

由差表8.5，用线性插值法求得，由此可得

（3）轴承寿命计算
因为,所以按轴承2计算轴承的寿命


所选轴承6208深沟球轴承合格
做弯矩图
根据上述的图，求出总的弯矩和做出弯矩图



(4)作扭矩图
扭矩图如图11.2（机械设计课本）所示，为了使扭矩图符合下述强度计算公式，图中已把T这算成的含义见前面，并且取
(5)作出计算弯矩图
根据以作的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩图，的计算公式为









(6)、校核轴的强度
只需校核轴上最大弯矩截面的强度：
，故安全。
二、减速器低速轴II的计算
1.求输出轴上的功率，转速和转矩
由前面的计算可得



2.初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调质处理。取于是得

同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：
取K=1.3,
按照计算转矩，选用弹性注销联轴器，型号 GY5联轴器，即该端选用的半联轴器的孔径，故取轴径，半联轴器毂孔的长度L=60mm。
3.轴的结构设计
（1）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：

1）由联轴器尺寸确定
由联轴器的毂孔长度L 和直径d及相关要求，可确定

2）初步选择滚动轴承。
轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6007，其尺寸为。
套筒的长取8mm，为了利于固定，一般取比（b+8）小1mm（如图3所示），故可确定。
3）由经验公式算轴肩高度：
取轴肩高为3mm ,确定
取
4）由经验公式取，则
取 。
取
取
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度
、轴上的零件的周向定位
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀

加工，长为32mm（标准键长见）。
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键截面 ()，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm（标准键长见）。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
、确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为，除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均为R1，如图：

4.求轴上的载荷
根据轴的结构图（图3）作出轴的计算简图


（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。
轴承1和轴承2之间的距离为179mm，轴承2和锥齿轮间的距离为33.5mm
大锥齿轮：







所以
所以
5. 校核轴承寿命：
查手册得6007型深沟球轴承参数
查表8.6得
计算轴承所承受的轴向载荷
结合受力分析图可知，轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”。由此可得轴承1不受轴向力，所以

计算当量动负荷
轴承2： ，由表8.5，用线性插值法可求得：0.25

由查表8.5，并用线性插值法求得：，由此可得

轴承1：

由表8.5，用线性插值法可得：

由差表8.5，用线性插值法求得，由此可得

（3）轴承寿命计算
因为,所以按轴承2计算轴承的寿命



所选轴承6007深沟球轴承合格。
6.做弯矩图：
根据上述见图，求出总的弯矩并作弯矩图。






7作扭矩图
扭矩图如图11.2（机械设计课本）所示，为了使扭矩图符合下述强度计算公式，图中已把T这算成的含义见前面，并且取

8.作出计算弯矩图
根据以作的总弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩图，的计算公式为






















9.校核轴的强度
已知轴的计算弯矩后，即可针对某些危险截面（即计算弯矩大而直径可能不足的截面）做强度校核计算，通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面（即危险截面C）的强度。

因为轴的材料为45钢，经调质处理不起机械性能由表11.1和表11.4查得,
所以 故安全。
七 键连接的选择和计算
根据轴的各个阶梯的直径和长度尺寸选取键的尺寸，查有关资料如下： 本减速器的工作条件为有轻度冲击载荷，选择键如下：
键名 国标
1 轴I(联轴器) 键10X8GB1096-2003 A型
2 轴I（齿轮处） 键 10X8 GB1096-2003 A型
3 轴II（联轴器） 键 8X7 GB1096-2003 A型
4 轴II（齿轮处） 键10X8 GB1096-2003 A型

查表的钢的静联接在时的许用应力
校核键1〈
校核键2<
校核键3<
校核键4<

所以所有键均符合设计要求，可用。

八 、联轴器的选择
考虑到电动机转轴直径、轴的最小直径、

34