圆锥圆柱齿轮减速器课程设计

《圆锥圆柱齿轮减速器课程设计》完整指南

第一部分：课程设计概述

设计目的

• 综合运用《机械设计》、《机械原理》、《材料力学》、《互换性与测量技术》等先修课程的理论知识。
• 学习和掌握机械传动装置（特别是齿轮减速器）的设计方法、步骤和标准。
• 培养分析问题、解决工程实际问题的能力，以及查阅手册、标准和规范的能力。
• 熟悉CAD软件（如AutoCAD, SolidWorks, UG等）进行工程绘图和三维建模。
• 最终完成一份符合工程规范的设计计算说明书和一套完整的图纸。

设计任务 课程设计任务书会给出以下原始参数：

• 电机类型及功率 (P, 单位: kW)
• 电机满载转速 (n_m, 单位: r/min)
• 工作机转速 (n_w, 单位: r/min)
• 总传动比 (i_total) 或 工作机载荷 (如工作机阻力矩 T_w, 单位: N·m)
• 工作条件：每日工作小时数、载荷性质（平稳、冲击、轻微冲击等）、使用寿命（年）、工作环境（清洁、多尘、潮湿等）。
• 其他要求：如结构要求（如输入输出轴方向）、有无特殊限制（如尺寸、重量）等。

与步骤 课程设计遵循“从总体到局部，从计算到绘图”的原则，主要分为以下几个阶段：

• 传动装置的总体设计
• 传动零件的设计计算
• 轴的设计与校核
• 轴承的选择与校核
• 键联接的选择与校核
• 润滑与密封设计
• 绘制装配图和零件图
• 编写设计计算说明书

第二部分：详细设计步骤

传动装置的总体设计

确定总传动比

• i_total = n_m / n_w

分配传动比 这是设计的关键一步，分配是否合理直接影响减速器的尺寸、重量和承载能力。

• 对于 圆锥-圆柱齿轮减速器，通常将总传动比分配给圆锥齿轮副和圆柱齿轮副。
• 推荐分配原则：
  • 为使圆锥齿轮尺寸不致过大,通常取圆锥齿轮的传动比 i_cone 较小。
  • 常用分配范围：i_cone = 0.2 ~ 0.4 * i_total，若 i_total = 20，则 i_cone 可取 4 ~ 8，i_cylinder 则为 i_total / i_cone。
  • 分配后,应使两级齿轮的中心距大致相等或相近，以利于箱体结构的匀称和美观。
  • 最终确定：i_cone 和 i_cylinder，并计算各轴的转速。

计算各轴的转速、功率和转矩 这是后续所有设计计算的依据。

注意：

• η_1 是从电机轴到中间轴的传动效率，包括圆锥齿轮副效率和轴承效率。
• η_2 是从中间轴到输出轴的传动效率，包括圆柱齿轮副效率和轴承效率。
• 总效率 η_total = η_1 * η_2。
• 效率参考值：
  • 闭式齿轮传动（每对）：η_g = 0.97 ~ 0.98
  • 滚动轴承（每对）：η_b = 0.99 ~ 0.995
  • 圆锥齿轮传动效率通常比圆柱齿轮略低,可取 96 ~ 0.97。

传动零件的设计计算

圆锥齿轮传动设计

• 选择材料：根据工作条件和载荷大小，选择小齿轮和大齿轮的材料及热处理方式（如40Cr调质、20CrMnTi渗碳淬火等），并确定硬度值。
• 确定精度等级：根据圆周速度和用途选择（如7级、8级精度）。
• 按齿面接触疲劳强度设计：
  • 计算小齿轮的分度圆直径 d_1。
  • d_1 ≥ √[ ( (2*K_T * Z_H * Z_E * Z_ε) / (σ_Hlim * Z_N * Z_L * Z_R * Z_V * Z_W) )^(2/3) * (T_1 * u * (1 - 0.5*ψ_R)) / ψ_R]
  • 参数解释：
    • K_T：载荷系数初值（1.3~1.8）。
    • Z_H, Z_E, Z_ε：区域系数、弹性系数、重合度系数。
    • σ_Hlim：试验齿轮的接触疲劳极限。
    • Z_N, Z_L, Z_R, Z_V, Z_W：寿命系数、润滑剂系数、速度系数、尺寸系数、工作硬化系数。
    • T_1：小齿轮传递的转矩。
    • u：齿数比 (u = z_2 / z_1)。
    • ψ_R：齿宽系数 (ψ_R = b / R)，一般取 25 ~ 0.3。
• 按齿根弯曲疲劳强度校核：
  • 计算齿根弯曲应力 σ_F。
  • σ_F = (K_T * F_t * Y_Fa * Y_Sa * Y_ε) / (b * m) ≤ [σ_F]
  • 参数解释：
    • F_t：分度圆上的圆周力。
    • Y_Fa, Y_Sa：齿形系数、应力修正系数。
    • Y_ε：重合度系数。
    • [σ_F]：许用弯曲应力，[σ_F] = (σ_Flim * Y_N * Y_X) / S_F。
• 确定齿轮几何参数：
  • 根据计算结果,圆整确定模数 m。
  • 确定齿数 z_1, z_2 (保证 u = z_2 / z_1)。
  • 计算分度圆直径 d_1, d_2。
  • 计算锥距 R、齿宽 b、齿顶圆直径 da、齿根圆直径 df 等参数。

圆柱齿轮传动设计

• 选择材料、精度等级（同上）。
• 按齿面接触疲劳强度设计：
  • 计算小齿轮的分度圆直径 d_1。
  • d_1 ≥ √[ (2*K_T * Z_H * Z_E * Z_ε * Z_β) / (σ_Hlim * Z_N) )^2 * (T_1 * u + 1) / ψ_a]
  • 参数解释：
    • Z_β：螺旋角系数。
    • ψ_a：齿宽系数 (ψ_a = b / a)，一般取 3 ~ 0.5。
• 按齿根弯曲疲劳强度校核：

  方法同圆锥齿轮,注意使用圆柱齿轮的

  

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