圆柱圆锥齿轮减速机设计计算资料.docx

1、圆柱圆锥齿轮减速机设计计算资料圆柱圆锥齿轮减速机设计计算资料（1）计算内容 计算结果 二：效率的计算根据表2-2 机械传动效率概略数值得： 2=0.99一对圆锥滚子轴承的效率 3= 0.98一对球轴承的效率 4= 0.99闭式直齿圆锥齿传动效率5= 0.95闭式直齿圆柱齿传动效率6= 0.97b. 总效率=12 23 3456=0.960.992 0.983 0.990.950.97=0.808c. 所需电动机的输出功率 Pr=Pw/=2.4/0.808=3kw三：动力参数的计算1. 分配传动比（1） 总传动比i=21（2） 各级传动比：直齿轮圆锥齿轮传动比 i12=4.2 直齿轮圆柱齿轮传动

2、比 i34=5（3） 实际总传动比i实=i12i34=4.25=21（i=0.0210.05，故传动比满足要求满足要求。）2. 各轴的转速（各轴的标3. 号均已在图1.1中标4. 出）n0=500min,n1=n0=500r/min,n2=n1/i12=119.048r/min,n3=n2/i34=23.810r/min,n4=n3=23.810r/min5. 各轴的功率 =0.808Pr=3 kwi=21i12=4.2i23=5n0=500r/minn1=500r/minn2=119.048r/minn3=23.810r/minn4=23.810r/min 计算内容 计算结果 p0=pr=3

3、 kw， p1= p02=2.970kw, p2= p143=2.965 kw, p3= p253=2.628 kw, p4=p323=2.550 kw 4. 各轴的转矩，由式：T=9.55Pi/ni 可得：T0=57. 3 Nm, T1=56.727Nm,T2=237.852NmT3=1054.070 Nm ,T4=1022.785 Nm四，传动零件的设计计算1. 闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算a选材：小齿轮材料选用45号钢，调质处理，HB=217255，HP1=580 Mpa，Fmin1 =220 Mpa大齿轮材料选用45号钢，正火处理，HB=162217，HP2=560 Mpa，Fmi

4、n2 =210 Mpab. 由参考文献2（以下简称2）式（533），计算应力循环次数N：N1=60njL=605001811250=6.6108N2=N1/i12 =6.610/4.2=1.571108查图10.27,ZN1=1.0，ZN2=1.12，由式（529）得 ZX1=ZX2=1.0，取SHmin=1.0，ZW=1.0，ZLVR=0.92，H1=HP1ZLVRZWZX1ZN1/SHmin=5800.92=533.6 Mpa，H2=HP2ZN2ZX2ZWZLVR/SHmin =5601.120.92=577 MpaH1 H2，计算取H= H2=533.6 Mpac按齿面接触强度设计小齿轮

5、大端模数（由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计）： 取齿数 Z1=21，则Z2=Z1 i12=214.2= 88.2，取Z2=88实际传动比u=Z2/Z1=88/21=4.2，且u=tan2=cot1，2=76.6076，1=13.3924，则小圆锥齿轮的当量齿数zm1=z1/cos1 =21/cos13.3924=22，zm2=z2/cos2=88/cos76.6076=380.798 p0= 3 kw p1= 2.970 kwp2= 2.965 kw p3=2.628 kw p4=2.550 kwT0=57.3 Nm T1=56.727 Nm T2=237.852 NmT3=1054.070

6、 NmT4=1022.785NmHP1=580 Mpa，Fmin1=220 MpaHP2=560 Mpa，Fmin2=210 MpaH=533.6Mpa圆锥齿轮参数Z1=21Z2=881=13.3924。2 =76.6076 计算内容 计算结果 由2图10.26得YFa=2.8，Ysa=1.55，YFa2=2.23，Ysa2=1.81ZH =2/ (cos20sina20)=2.5由2表11-5有 ZE=189.8，取KtZ=1.1， 由2 取K=1.4又 T1=56.727 Nm ，u= 3，R=0.3由2式10.47计算小齿轮大端模数 m34T1YFaYsa/RZF（1-0.5R）2 u2

7、 +1 将各值代得 m2.664由2表10.17,m=3mmd齿轮参数计算：大端分度圆直径 d1=mz1=321=63，d2=mz2=388=264齿顶圆直径 da1=d1+2mcos1=63+6cos13.3924=68.837，da2=d2+2mcos2=264+6cos76.6076=265.900齿根圆直径df1=d1-2.4mcos1=63-2.4cos13.3924=55.966df2=d2-2.4mcos2=276-2.4cos76.6076=86.532齿轮锥距 R=1/2d12+d22=135.998大端圆周速度 v=d1n1/60000=3.1463500/60000=1.

8、649m/s，齿宽b=RR =0.3135.998=40.80由2表5-6，选齿轮精度为8级由1表4.10-2得1=（0.10.2）R=（0.10.2）305.500=30.0560.1取1=10，2=14,c=10轮宽 L1=（0.10.2）d1=（0.10.2）93=12.4L2=（0.10.2）d2=（0.10.2）291=39e验算齿面接触疲劳强度： 按2式5-53H=4.98ZE/1-0.5R KT1/4Rd13u，代入各值得 圆锥齿轮参数m=3 d1=63d2=264da1= 68.837da2=265.900mmdf1=55.966df2=86.532R=135.998v=1.6

9、94m/sb= 40.801=102=14c=10L1=12.4L2=39 计算内容 计算结果 H=7.5673H =533.6 Mpa 小齿轮满足接触疲劳强度，且大齿轮比小齿轮接触强度高，故齿轮满足接触强度条件f齿轮弯曲疲劳强度校核：按2式5-55由2图10.26得YN1=YN2=1.0，由2式 5-32及m=25，得YX1=YX2=1.0取YST=2.0，SFmin=1.4，由2式5-31计算许用弯曲应力：F1= Fmin1YFa1Ysa1YST/ SFmin =2202.0/1.4=314.29 MpaF2= Fmin2YFa2Ysa2YST/ SFmin =2102.0/1.4=300

10、 MpaF1F2， F=F2=300 Mpa由2式10.46计算齿跟弯曲应力F1=4KT1YFa1Ysa1/4R（1-0.5R）2Z12m3u2+1=1.51 300 MpaF2=4KT1YFa1Ysa1/4R（1-0.5R）2Z12m3u2+1=1.41300Mpa两齿轮满足齿跟弯曲疲劳强度2. 闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计算a选材：小齿轮材料选用45号钢，调质处理，HB=217255，HP1=580 Mpa，Fmin1=220 Mpa大齿轮材料选用45号钢，正火处理，HB=162217，HP2=560 Mpa，Fmin2=210 Mpab. 由参考文献2（以下简称2）式（533），计算应

11、力循环次数N：N1=60njL=605001811250=6.6108 N2=N1/i34=6.610/5=1.3210查图10.27得ZN1=1.05，ZN2=1.16，由式10.13得 ZX1=ZX2=1.0，取SHmin=1.0，ZW=1.0，ZLVR=0.92，H1=HP1ZLVRZWZX1ZN1/SHmin=5801.050.92=560.28 MPa H=533.6 MpaF=300 MpaHP1=580 MpaFmin1=220 MpaHP2=560 MpaFmin2=210 Mpa 计算内容 计算结果 H2=HP2ZN2ZX2ZWZLVR/SHmin=5601.160.92=5

12、97.63 MPaH1 H2，计算取H= H2=560.28 Mpac. 按齿面接触强度计算中心距（由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计）：u=i34=5，a=0.4，ZH=2/cossin=2/cos200 sin200 =2.5且由2表11-5有 ZE=189.8，取KtZ=1.1 2式5-18计算中心距： a（1+u）KT1 （ZE ZHZ/H）2 /（2ua）=51.1869552.5189.8/（240.4560.28）=147.61 由1表4.2-10 圆整 取 a=160d齿轮参数设计：m=（0.0070.02）a=180（0.0070.02）=1.263.6查2表5-7取 m=2

13、齿数Z1=2a/m（1+u）=2160/2（1+5）=27Z2=uZ1=527=135 取Z2=135则实际传动比 i=135/27=5分度圆直径 d1=mz1=227=54 ，d2=mz2=2135=270齿顶圆直径 da1= d1+2m=58，da2=d2+2m=274齿基圆直径 db1= d1cos=54cos20o =50.74db2= d2cos=270cos20o =253.717齿根圆直径 df1= d1-2.5m=54-2.52=49df2= d2-2.5m=270-2.52=265圆周速度 v=d1n2/60103 =3.1427041.67/60103 =0.589 m/s

14、，中心距 a=（d1+d2）/2=162齿宽 b=aa =0.4160=64由2表5-6，选齿轮精度为8级 H=560.28 Mpa圆柱齿轮参数m=2Z1=27Z2=135d1=54d2=270da1=58da2=274db1 =50.74db2 =253.717df1=49df2= 265v=0.589 m/sa=162b=64 计算内容 计算结果 e. 验算齿面接触疲劳强度按电机驱动，载荷平稳，由2表5-3，取KA=1.0；由2图5-4（d），按8级精度和VZ/100=dn/60000/100=0.30144，得Kv=1.03；由2表5-3得Ka=1.2；由2图5-7和b/d1=72/60

15、=1.2，得KB=1.13； K=KvKaKAKB=1.031.21.01.13=1.397 又a1=arccosdb1/da1=arccos（60.14/68）=28.0268=281 36；a2 = arccosdb2/da2=arccos（2240.56/260）=22.0061=220 17重合度 a=z（tana1-tan）+ z（tana1-tan）/2=32（tan28.0268-tan20）+128（tan22.0061-tan20）=1.773即Z=（4-a）/3=0.862，且 ZE=189.8，ZH=2.5 H =ZHZEZ2KT1（u+1）/bd2 1u=2.5189.

16、80.86221.397835105.8065/（72622 5.024）=240.63H =560.28 Mpa 小齿轮满足接触疲劳强度，且大齿轮比小齿轮接触强度高，故齿轮满足接触强度条件f齿轮弯曲疲劳强度校核：按Z1=32，Z2=128，由2图5-14得YFa1=2.56，YFa2=2.18；由2图5-15得Ysa1=1.65，Ysa2=1.84由2式5-23计算 Y=0.25+0.75/a=02.5+0.75/1.773=0.673由2图5-19得YN1=YN2=1.0，由2式 5-32切m=25，得YX1=YX2=1.0取YST=2.0，Sfmin=1.4，由2式5-31计算许用弯曲应

17、力：F1= Fmin1YFa1Ysa1YST/ Sfmin =2202.0/1.4=314.29 MpaF2= Fmin2YFa2Ysa2YST/Sfmin=2102.0/1.4=300 Mpa F1= 314.29 MpaF2= 300 Mpa 计算内容 计算结果 F1F2， F=F2=300 Mpa由2式5-24计算齿跟弯曲应力：F1=2KT1YFa1Ysa1Y/bd1m=21.397835102.561.650.673/（26464）=71.233 300 MpaF2=F1YFa2Ysa2/YFa1Ysa1=71.2331.842.18/（2.561.65）=67.644300 Mpa两

18、齿轮满足齿跟弯曲疲劳强度五， 轴的设计计算6. 减速器高速轴I的设计a. 选择材料：由于传递中小功率，转速不太高，故选用45优质碳素结构钢，调质处理，按 2表8-3查得 B=637 Mpa， b-1=59 Mpab. 由扭矩初算轴伸直径：按参考文献2 有 dAp/n n0=960r/min，p1=2.97 kw，且A=0.110.16d11623 取d1=20c. 考虑I轴与电机伸轴用联轴器联接。并考虑用柱销联轴器，d. 因为电机的轴伸直径为dD=38，e. 查1表4.7-1选取联轴器规格HL3（Y3882，f. Y3060），g. 根据轴上零件布置，h. 装拆和定位需要该轴各段尺寸如图1.2

19、a所示 图1.1i. 该轴受力计算简图如图1.1，j. 齿轮1受力：（1）圆周力Ft1=2T1/dm1=256.727/（6410-3 ）=1772.719 N，（2）径向力Fr1= Ft1tancos1=1772.719tan200 cos1 =627.671 N， （3）轴向力Fa1= Ft1tansin1=1772.719tan200 sin1 =149.444 N，e. 求垂直面内的支撑反力：MB=0，Rcy= Ft1（L2+L3）/L2=915.52（74+55）/74=1595.97.97 N Y=0，RBY= Ft1-Rcy=915.52-1595.97=-680.45 N， F

20、=300 MpaB=637 Mpa， b-1=59 Mpad1=20选用柱销联轴器HL3（Y3882，Y3060）Ft1=1772.719 NFr1=627.671 NFa1=149.444 NRcy= 1595.97NRBY=-680.45 N 计算内容 计算结果 垂直面内D点弯矩Mdy=0，M= Rcy L3+ RBY（L2+L3）=1595.9755-680.45129= 3662.14 N=3.662 Nmf. 水平面内的支撑反力：MB=0，RCz=Fr1(L3+L2)-Fa1dm1/2/L2 =317.44（74+55）-680.4564/74=419.07 N，Z=0，RBz= F

21、r1- RCz =317.44-419.07=-101.63N，水平面内D点弯矩MDz=0，M= RCzL3+ RBz(L3+L2)= 419.0755-101.63129=-7.095Nmg. 合成弯矩：MD=M+ M= 0 Nm，h. M=M+ M=7.98 Nmi. 作轴的扭矩图如图1.2c所示， 计算扭矩：T=T1 =56.727NmI. 校核高速轴I：根据参考文献3第三强度理论进行校核： 由图1.2可知，D点弯矩最大，故先验算D处的强度， MD M ，取M= M=7.98 Nm， 又抗弯截面系数：w=d3 min /32=3.14203 /32=1.04510m =M+T/ w=7.

22、98+29.545/1.04510=39.132b-1= 59 Mpa故该轴满足强度要求。2. 减速器低速轴II的设计a. 选择材料：因为直齿圆柱齿轮的小轮直径较小（齿跟圆直径db1=62）需制成齿轮轴结构，b. 故与齿轮的材料和热处理应该一致，c. 即为45优质碳素结构钢，d. 调质处理按 2表8-3查得 b=637 Mpa， b-1=59 Mpab. 该轴结构如图1.3a，c. 受力计算简图如图1.3b齿轮2受力（与齿轮1大小相等方向相反）：Ft2=1772.719N， Fr2=627.671N， Fa2=149.444N，齿轮3受力： Mdy=0M= 3.662 NmRCz=419.07

23、 NRBz= -101.63NMDz=0M= -7.095NmMD=0 Nm， M=7.98 NmT= 29.545NmM= 7.98 Nmb=637 Mpa， b-1=59 MpaFt2=1772.719NFr2=612.107 NFa2=204.035 N 计算内容 计算结果 （1）圆周力Ft3=2T2/dm3=2237.852/（6410-3 ）=7432.875N （2）径向力Fr3= Ft2tan=1772.719tan200 =645.217 N c. 求垂直面内的支撑反力：MB=0，RAy= Ft2（L2+L3）+ Ft3L3/（L1+L2+L3）=915.52（70+63）+2

24、693.8763/183=1919.26 N Y=0，RBY=Ft2+Ft3-Rcy=915.52+2693.87-1919.26=1690.13 N垂直面内C点弯矩：MCy = RAy L1=1919.2621.5=41.26 Nm，M= RBY（L2+L3）- Ft3L2 =1690.13133-2693.8770= 41.26 Nm，D点弯矩：MDy= RBY L3=1690.1363= 92.96Nm，M= Ray（L1+L2）- Ft2 L2=1919.26120-915.5270=92.96 Nmd. 水平面内的支撑反力：MB=0，RAz=Fr2(L3+L2)+Fr3L3-Fa2d

25、m2/2/（L1+L2+L3） =317.44133980.4963-101.33238.827/2/128=750.70 NZ=0，RBz= Fr2+ Fr3- RAz =317.44+980.49-750.70=547.23N，水平面内C点弯矩：MCz= RAzL1=750.7050=23.65 Nm，M1 Cz= RBz (L3+L2)- Fr3L2=547.23133 - 980.4970=-10.55Nm，D 点弯矩：MDz = RBz L3=547.2363=30.10 Nm，M1 Dz= RAz（L1+L2）-Fa2dm2/2- Fr2 L2=750.70120-101.3316

26、4.9/2-317.4470= 29.92Nm e. 合成弯矩：MC=M+ M= 47.56NmM=M+ M=42.59 Nm Ft3=7432.875N F r3=645.217 NRAy=1919.26 NRBY=1690.13 NMCy=41.26 NmM =41.26NmMDy= 92.96 NmM= 92.96 NmRAz=750.70 NRBz=547.23NMCz=23.65 NmM1 Cz=-10.55NmMDz=30.10 NmM1 Dz=29.92NmMC=47.56NmM=42.59 Nm 计算内容 计算结果 MD=M+ M=97.71 Nm，M=M+ M= 97.66N

27、mf. 作轴的扭矩图如图1.2所，计算扭矩：T=T2=237.852Nmg. 校核低速轴II强度，由参考文献3第三强度理论进行校核：1. 由图1.3可知，2. D点弯矩最大，3. 故先验算D处的强度，4. MD M ，取M= M=97.71 Nm，抗弯截面系数：w=d3 min /32=3.14303 /32=2.6510-6 m3 =M2 +T2 / w=97.712 +86.9552 /2.6510-3 =44.27b-1=59 Mpa（2）.由于C点轴径较小故也应进行校核： MC M ，取M= M=47.56 Nm，抗扭截面系数：w=d3 min /32=3.14303 /32=2.6510-6 m3 =M2 +T2 / w=47.562 +86.9552 /2.6510-6 =35.1