基于CAD技术的二级圆锥齿轮减速器的设计

2013 届本科毕业设计（论文）学 科 门 类 ： 单位代码 ： 毕业设计说明书（论文）基 于 CAD技 术 的 二 级 圆 锥 齿 轮 减 速 器 的 设 计学 生 姓 名所 学 专 业 班 级 学 号 指 导 教 师 XXXXXXXXX 系二 *年 XX 月2013 届本科毕业设计（论文）目 录1 引言 12 传动装置的总体设计12.1 拟订传动方案 12.2 电动机的选择 22.3 确定传动装置的传动比及其分配 32.4 计算传动装置的运动和动力参数 33 传动零件的设计计算 43.1 高速级圆锥齿轮传动设计 43.2 低速级圆柱直齿轮设计 84 轴的设计 114.1 中间轴的设计114.2 高速轴的设计164.3 低速轴的设计175 轴承的选择和计算 185.1 中间轴的轴承的选择和计算185.2 高速轴的轴承的选择和计算195.3 低速轴的轴承的选择和计算196 减速器铸造箱体的主要结构尺寸 197 键联接的选择和强度校核 217.1 中间轴与齿轮联接用键的选择和强度校核218 主要零件的加工工艺 229 中间轴直齿轮的校核程序 2310 结 论 2811 致 谢 2912 参考文献 302013 届本科毕业设计（论文）1 引言减速器是机械行业中较为常见而且比较重要的机械传动装置。减速器的种类非常多，各种减速器的设计各有各的特点，但总的设计步骤大致相同。其设计都是根据工作机的性能和使用要求，如传递的功率大小、转速和运动方式，工作条件，可靠性，尺寸，维护等等。本文是关于圆锥齿轮减速器的设计，主要用于运输带的传送。这种减速器相对于其他种类的减速器来讲，运用不是很广泛。本课题主要通过计算机辅助设计（CAD）完成。计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM ）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，将进一步深入地对这一技术进行了解和学习。2 传动装置的总体设计2.1 拟订传动方案本传动装置用于带式运输机，工作参数：运输带工作拉力 F=5KN，工作速度=1.6m/s，滚筒直径 D=500mm，传动效率 =0.96，在室内工作（环境最高温度 35） ，载荷平稳，连续单向运转，使用寿命 24000 小时。本设计拟采用二级圆锥直齿轮减速器，锥齿轮应布置在高速级，使其直径不至于过大，便于加工。传动简图如图 2-1 所示。图 2-1 传动装置简图1电动机 2传动带轮 3二级圆锥齿轮减速器 4联轴器 5传动滚筒 6输送带2013 届本科毕业设计（论文）2.2 电动机的选择（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的 Y 系列三相异步电动机。电压 380V。（2）选择电动机的功率电动机所需工作功率为：P =P ；dW工作机所需功率为：P =Fv1000；查表确定各部分装置的效率：V 带传动效率 1=0.96，滚动轴承传动效率（一对） 2=0.99，圆锥齿轮传动效率 3=0.96，圆柱齿轮传动效率 4=0.99，联轴器传动效率 5=0.99，传动滚筒效率 6=0.96,分析传动装置传动过程可得：传动装置的总效率为： = 1 24 3 4 5 6；所以 =0.960.9940.960.970.990.96=0816；所以所需电动机功率为：P = Fv1000 =50001.6/10000.816=9.80 dkW查表，选取电动机的额定功率 P =11 kW。cd（3）选择电动机的转速传动滚筒转速 n= =61.12 r/min,Dv106通常，V 带的传动比范围为：i 1=24,二级圆锥齿轮减速器传动比为： i2=815,则减速器的总传动比 =1660，故电动机转速的可选范围为：in = n=（1660）61.12=977.923667.2r/mindi符合这范围的电动机同步转速有 1000、1500、3000 r/min 三种，现以同步转速1000 r/min 和 1500 r/min 两种常用转速的电动机进行分析比较（查表）综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为 Y160M4，其主要安装尺寸如下：中心高：H=160 mm外型尺寸：L（ACAD）HD=600（325+255）385 mm轴伸尺寸：D=42 mm，E=110 mm2013 届本科毕业设计（论文）装键部分尺寸：F GD=123742 mm底脚安装尺寸：AB=254210 mm地脚螺栓孔直径：K=15 mm2.3 确定传动装置的传动比及其分配（1）减速器总传动比 ia=n n=146061.12=23.89（n 为满载转速）mm（2）分配传动装置各级传动比：取 V 带传动的传动比 i0=3，则减速器的传动比为 i=ia/i0=23.89/3=7.96为了避免圆锥齿轮过大，制造困难，并考虑齿轮的浸油深度，取高速级传动比 i =2.5，低速级传动比为 i =i/i1=3.184。1 22.4 计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的输入功率轴 0（电动机轴）：P 0= P =9.80 kWd轴（高速轴）P = P0 1=9.800.96=9.408=9.41kW轴（中间轴）P = P 23=9.410.990.96=8.94 kW2轴（低速轴）P = P 24=8.940.990.97=8.59 kW3轴（滚筒轴）P4= P 25=8.590.990.99=8.42 kW（2）各轴的转速轴 0：n 0= n =1460 r/minm轴：n = n0i 01=1460 3=486.67 r/min1轴：n =n1i 12=486.672.5=194.67 r/min2轴：n =n2i 23=194.673.184=61.14 r/min3轴：n 4=n3 i34=61.141=61.14 r/min（3）各轴的输入转矩轴 0：T 0=T =9550 =9550 64.10 N mdmdnP14608.92013 届本科毕业设计（论文）轴：T =9550 =9550 184.62 N m11nP67.4809轴：T =9550 =9550 438.57N m22.轴：T =9550 =9550 1341.75 N m33nP14.6598轴：T 4=9550 =9550 =1315.20 N m4.2表 2-1 设计轴的传动特性表轴名输入功率（kW）转速n（r/min）输入转矩（Nm）传动比 效率 电动机轴 9.80 1460 64.103 0.96轴 9.41 486.67 184.622.5 0.96轴 8.94 194.67 438.57轴 8.59 61.14 1341.75 3.184滚筒轴 8.42 61.14 1315.20 10.970.993 传动零件的设计计算3.1 高速级圆锥齿轮传动设计（1）选择齿轮类型、材料、精度以及参数 选用圆锥直齿齿轮传动 选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为 45 钢，小齿轮调质处理齿面硬度取 240HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取 200HBS。 选取齿轮为 8 级精度（GB1009588） 选取小齿轮齿数 Z =26，Z = Z =2.52665121i2013 届本科毕业设计（论文）（2）按齿面接触疲劳强度设计首先确定计算参数（a）使用系数 KA：查表得 KA=1.0（b）使用系数 KV：查图得 KV=1.3（c）齿间载荷分配系数 KHa：估计 KAKt/be9.5.3048RF则 NYPAr 67.48591.25.1. 轴承 B： e3.09.57R则 NFr1 计算轴承寿命因为 ，轴承 B 受载大，所以按轴承 B 计算寿命，查得 30209 轴rBPrA承基本额定载荷 ，轴承工作温度小于 ，取温度系数 ，KNCr8.67C101tf则轴承寿命， hpfnLrth 48.7125)9.5786(.194)(1 3若按 8 年的使用寿命计算，两班制工作，轴承的预期寿命为， ,所以所选轴承合适。Lh384016301hL1n5.2 高速轴的轴承的选择和计算按轴的结构设计，选用 30208（GB/T29794）圆锥滚子轴承，经校核所选轴承能满足使用寿命，合适。5.3 低速轴的轴承的选择和计算按轴的结构设计，选用 30213（GB/T29794）圆锥滚子轴承，经校核所选轴承能满足使用寿命，合适。6 减速器铸造箱体的主要结构尺寸（单位：mm）(1) 箱座（体）壁厚： = 8，取 =10，其中 =210；a025.a(2) 箱盖壁厚： =0.02a+38，取 =8；112013 届本科毕业设计（论文）(3) 箱座、箱盖、箱座底的凸缘厚度： ， , ；15.b2b25.(4) 地脚螺栓直径及数目：根据 =210，得 ，根据螺栓a619036.adf的标准规格，选得 20，数目为 6 个；fd(5) 轴承旁联结螺栓直径： ； 175.01f(6) 箱盖、箱座联结螺栓直径： =1012，取 =10；fd).(2 2d(7) 轴承端盖螺钉直径：表 6-1 减速器所用螺钉规格高速轴 中间轴 低速轴轴承座孔（外圈）直径 80 85 125轴承端盖螺钉直径 3d8 10 10螺 钉 数 目 6 6 6(8) 检查孔盖螺钉直径：本减速器为二级传动减速器，所以取 =5；4d(9) 螺栓相关尺寸：视具体设计情况而定，以图纸设计为准(10) 轴承座外径： ，其中 为轴承外圈直径，325dD把数据代入上述公式，得数据如下：高速轴： mm 取为 125mm;120832 中间轴： 取为 130mm;md355低速轴： 取为 180mm.D32(11) 轴承旁联结螺栓的距离： 以 螺栓和 螺钉互不干涉为准尽量靠近；S13d(12) 轴承旁凸台半径： 40mm，根据结构而定；1R(13) 轴承旁凸台高度： 根据低速轴轴承外径 和 扳手空间 的要求，由h2D11c结构确定；(14) 箱外壁至轴承座端面的距离：，取 =60mm；605782038521 cL L2013 届本科毕业设计（论文）(15) 箱盖、箱座的肋厚： 0.85 ，取 =8mm， 0.85 ，取1m11m=10mm；m(16) 大齿轮顶圆与箱内壁之间的距离： 1.2 ，取 =20mm；11(17) 铸造斜度、过渡斜度、铸造外圆角、内圆角：铸造斜度 =1：10，x过渡斜度 =1：20，铸造外圆角 =5，铸造内圆角 =3。y0RR7 键联接的选择和强度校核7.1 中间轴与齿轮用键联接的选择和强度校核（1）锥齿轮与轴的键联接 选用普通平键（A 型）按中间轴装齿轮处的轴径 =50 ，以及轮毂长 =50 ，dmlm查表，选用键 1445GB109679。 强度校核键材料选用 45 钢，查表知 ，键的工作长度MPap1502， ，按公式的挤压应力mbLl361450 mhk.49akldTp 2.1085.7823 p所以键的联接的强度是足够的，选用本键合适。（2） 低速轴和高速轴上的键效核方法同上，材料同样选用 45 钢。经效核，合格。2013 届本科毕业设计（论文）8 主要零件的加工工艺表 8-1 高速轴加工工艺流程序号 工序名称 工序内容 定位基面 设备1 备料 准备毛坯料 50260 仓库2 锻造 锻压机3 热处理 调质正火4 粗车三爪夹持车一端面,打中心孔调头，三抓夹持车另一端面,保证总长,打中心孔50 外圆毛坯 车床5 车 双顶尖装夹，粗车 50 外圆 两端中心孔 车床6 车 双顶尖装夹，从左到右依次粗车30 50，35 20，40 70 外圆,都留余量 3.4两端中心孔 车床7 车 调头，双顶尖装夹，粗车 28 30，30 6035 20外圆,留余量 3.4。 两端中心孔 车床8 热处理 调质 HBS250 两端中心孔 车床9 车 修研两端中心孔10 车 双顶尖装夹，半精车 28，30 外圆,留磨量 0.5，车端面倒角 2 45两端中心孔 车床11 车 双顶尖装夹，半精车 35 外圆,留磨量 0.5 两端中心孔 车床12 车 双顶尖装夹，半精车 40 外圆,留余量 0.5 两端中心孔 车床13 车 调头，双顶尖装夹，半精车 28，30 端面倒角2 45，留磨量 0.5 两端中心孔 车床14 磨 钳工去毛刺 两端中心孔 铣床15 铣 粗铣键槽 845GB1096-79，留精铣余量 0.6 两端中心孔 铣床16 铣 精铣上述键槽至尺寸 两端中心孔 铣床17 铣 粗铣键槽 825GB1096-79，留精铣余量 0.6 两端中心孔 铣床18 铣 精铣上述键槽至尺寸 两端中心孔 铣床19 热处理 淬火后回火至 230HBS20 车 修研两端中心孔 车床21 磨 双顶尖装夹，精磨外圆 30 至尺寸，精磨外圆 35 至尺寸，精磨外圆 40 至尺寸 两端中心孔 外圆磨 床23 磨 调头，双顶尖装夹，先精磨外圆 28 至尺寸，再精磨外圆 30、35 至尺寸两端中心孔外圆磨床24 检验 检验各部分是否符合尺寸和技术要求由于工作量的问题，其余主要零件的工艺流程略。2013 届本科毕业设计（论文）9 中间轴直齿轮的校核程序：p=Val(Text1.Text) 电机功率 n=Val(Text2.Text) 电机转速 i=Val(Text3.Text) 传动比 z=Val(Text5.Text) 齿数 pi = 3.1415926kt = 1.3zh = 2.5ze = 189.8z1 = 0.9r2 = zh * ze * z1segmah1 = 560segmaf = 220kh1 = 1.1kh1 = 1#segh1 = segmah1 * kh1segf = segmaf * kh1f = (r2 / segh1) 2t = (9550000 * p) / nl = (i + 1) / iq = (2.6 * t) / 1dt = 2.32 * (f * q * l) 0.333v = (pi * dt * n) / 60v1 = v / 1000v2 = z * v1 / 100kc = 1 + 0.1 * v2ka = 1kb = 1.1kd = 12013 届本科毕业设计（论文）k = ka * kb * kc * kdx = (k / 1.3) 0.333dl = dt * x * 0.9m = dl / zSelect Case mCase 0 To 1m = 1Case 1 To 1.25m = 1.25Case 1.25 To 1.5m = 1.5Case 1.5 To 2m = 2Case 2 To 2.5m = 2.5Case 2.5 To 3m = 3Case 3 To 4m = 4Case 4 To 5m = 5Case 5 To 6m = 6Case 6 To 8m = 8Case 8 To 10m = 10Case 10 To 12m = 122013 届本科毕业设计（论文）Case 12 To 16m = 16Case 16 To 20m = 20End Selectd = m * zb = 1.05 * dyf = 4.1ye = 0.7r11 = yf * yer21 = 1 * z 2 * m 3r31 = 2 * k * tsegmaf1 = 10 * (r11 * r31) / r21Text7.Text = CStr(b)Text4.Text = CStr(m)Text12.Text = CStr(segmaf1)Text13.Text = CStr(segf)End SubPrivate Sub Command2_Click()If segmaf1 segf ThenMsgBox 成功, 64, 恭喜 = 20 * pi / 180s = 0.5 * pi * mda = m * (z + 2)d = m * zdb = m * z * Cos()df = (z - 2.5) * mText6.Text = 齿顶圆直径 da= & da & Chr(13) & Chr(10) & 分度圆直径d= & d & Chr(13) & Chr(10) _2013 届本科毕业设计（论文）& 齿根圆直径 df= & df & Chr(13) & Chr(10) & 基圆直径 db= & db & Chr(13) & Chr(10) _& 齿厚 s= & s & Chr(13) & Chr(10)ElseMsgBox 请重新输入参数, 16, 错误Text1.Text = Text2.Text = Text3.Text = Text4.Text = Text5.Text = Text7.Text = Text12.Text = Text13.Text = Text1.SetFocusEnd IfEnd SubPrivate Sub Command4_Click()Text1.Text = Text2.Text = Text3.Text = Text4.Text = Text5.Text = Text6.Text = Text7.Text = Text12.Text = Text13.Text = Text1.SetFocusEnd SubPrivate Sub Command6_Click()2013 届本科毕业设计（论文）EndEnd Sub图 9-1 校核程序运行图2013 届本科毕业设计（论文）结 论减速器的设计是一个较为复杂的过程，期间设计计算、绘制工程图、编制工艺等等，都是较为繁琐的事情。但随着科学技术的发展这些过程都变的简单化。为了适应现代市场的需求，就必须运用计算机辅助设计技术解决过去计算繁琐，绘图工作量大及工作效率低，更新速度慢的问题。正是基于此，在本毕业设计中，运用了强大的三维造型软件 Pro-E 造型，它图形界面友好，直观，在绘图过程中易变换，修改错误，方便用户及时调整，提高了效率，并能生成二维图纸，主要计算也通过编写程序来上机完成，让我们省去了不少繁琐的计算过程。主要零件的工艺设计在计算机辅助设计的条件下也显得一目了然。但这都要建立在我们熟练掌握这些软件的运用的基础上。本人对于 Pro-E 软件的运用只是刚入门，所以设计二维图纸主要通过 CAD 完成，三维造型还有很多不足之处。希望自己在今后的学习工作中来弥补自身的不足之处。通过本设计我对各种减速器的结构和设计步骤有了一个大概的了解，对以前所学的专业知识作了一个很好的总结，设计中尚有很多不合理和不理解的地方，以待在今后的学习工作中来弥补。2013 届本科毕业设计（论文）致 谢感谢学校和系里为我们学生提供了优越的学习环境和学习条件，使我们能够顺利的完成毕业设计的任务。经过三个多月的学习工作，我顺利的完成了学校所布置的毕业设计任务。在这我要特别感谢我的指导老师李茂胜老师，正是他的严格要求和悉心指导才使我完成了二级圆锥齿轮减速器的设计。通过毕业设计我把以前没学好的知识再次进行了学习，使我的机械设计理论和实践知识得到了丰富。这些都是与*老师严谨的风格是分不开的。他有很多工作要做，平时还要给学生上课，但对我们的毕业设计从没放松过，他总是尽量挤出时间来帮我们解决问题，并让我们积极参与探讨，调动我们的学习热情，这些都是值得我们倾佩的。同时我要感谢和我同组的同学，他们在我设计中也给了我很多宝贵的意见 。以及监督我们签到和帮助我们在机房用机、打印图纸的老师们。我要对