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二級圓錐齒輪減速器設計過程
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  • 二級圓錐齒輪減速器設計說明書
    計算內容 計算結果
    一對圓錐滾子軸承的效率 η3= 0.98
    一對球軸承的效率 η4= 0.99
    閉式直齒圓錐齒傳動效率η5= 0.95
    閉式直齒圓柱齒傳動效率η6= 0.97
    b. 總效率η=η1η2 2η3 3η4η5η6=0.96×0.992 ×0.983 ×0.99×0.95×0.97=0.808
    c. 所需電動機的輸出功率 Pr=Pw/η=2.4/0.808=3kw
    3.選擇電動機的型號
    查參考文獻[1]表4-12.2 得 表1.1
    方案號 電機
    類型 額定
    功率 同步
    轉速 滿載
    轉速 總傳
    動比
    1 Y100L2-4 3 1500 1420 22.294
    2 Y132S-6 3 1000 960 15.072
    根據以上兩種可行同步轉速電機對比可見，方案2傳動比小且質量價格也比較合理，所以選擇Y132S-6型電動機。
    三，動和動力參數的計算
    1.分配傳動比
    （1）總傳動比i=15.072
    （2）各級傳動比：直齒輪圓錐齒輪傳動比 i12=3.762，
    直齒輪圓柱齒輪傳動比 i23=4
    （3）實際總傳動比i實=i12i34=3.762×4=15.048,
    ∵Δi=0.021﹤0.05，故傳動比滿足要求滿足要求。
    2.各軸的轉速（各軸的標號均已在圖1.1中標出）
    n0=960r/min，n1=n0=960r/min，n2=n1/ i12=303.673r/min，n3= n2/ i34=63.829r/min，n4=n3=63.829r/min
    3.各軸的功率
    η=0.808
    Pr=3 kw
    選用三相異步電動機Y132S-6
    p=3 kw
    n=960r/min
    i=15.072
    i12=3.762
    i23=4
    n0=960r/min
    n1=960r/min
    n2=303.67r/min
    n3=63.829r/min
    n4=63.829r/min
    3.
    計算內容 計算結果
    p0=pr=3 kw， p1= p0η2=2.970kw, p2= p1η4η3=2.965 kw, p3= p2η5η3=2.628 kw, p4=p3η2η3=2.550 kw
    4. 各軸的轉矩，由式：T=9.55Pi/ni 可得：
    T0=29.844 N·m, T1=29.545 N·m, T2=86.955 N·m,
    T3=393.197 N·m, T4=381.527 N·m
    四，傳動零件的設計計算
    1. 閉式直齒輪圓錐齒輪傳動的設計計算
    a．選材：
    小齒輪材料選用45號鋼，調質處理，HB=217~255，
    σHP1=580 Mpa，σFmin1 =220 Mpa
    大齒輪材料選用45號鋼，正火處理，HB=162~217，
    σHP2=560 Mpa，σFmin2 =210 Mpa
    b. 由參考文獻[2]（以下簡稱[2]）式（5—33），計算應力循環次數N：
    N1=60njL=60×960×1×8×11×250=1.267×10
    N2=N1/i2 =1.267×10/3=2.522×10
    查圖5—17得 ZN1=1.0，ZN2=1.12，由式（5—29）得
    ZX1=ZX2=1.0，取SHmin=1.0，ZW=1.0，ZLVR=0.92，
    ∴[σH]1=σHP1ZLVRZWZX1ZN1/SHmin=580×0.92=533.6 Mpa，
    [σH]2=σHP2ZN2ZX2ZWZLVR/SHmin =560×1.12×0.92=577 Mpa
    ∵[σH]1> [σH]2，∴計算取[σH]= [σH]2=533.6 Mpa
    c．按齒面接觸強度設計小齒輪大端模數（由于小齒輪更容易失效故按小齒輪設計）：
    取齒數 Z1=21，則Z2=Z1 i12=3.762×32=79，取Z2=79
    ∵實際傳動比u=Z2/Z1=79/21=3.762，且u=tanδ2=cotδ1，
    ∴δ2=72.2965=7216 35，δ1=17.7035=1742 12，則小圓錐齒輪的當量齒數zm1=z1/cosδ1 =21/cos17.7035=23，zm2=z2/cosδ2=79/cos72.2965=259.79
    p0= 3 kw
    p1= 2.970 kw
    p2= 2.965 kw
    p3=2.628 kw
    p4=2.550 kw

    T0=29.844 N·m
    T1=29.545 N·m
    T2=86.955 N·m
    T3=393.197N·m
    T=381.527N·m

    σHP1=580 Mpa，
    σFmin1=220 Mpa
    σHP2=560 Mpa，
    σFmin2=210 Mpa
    [σH]=533.6Mpa



    圓錐齒輪參數
    Z1=21
    Z2=79
    δ1=1742 12
    δ2 =7216 35 4.
    計算內容 計算結果
    由[2]圖5-14，5-15得
    YFa=2.8，Ysa=1.55，YFa2=2.23，Ysa2=1.81
    ZH=√2/cosα×sinα=√2/cos20×sin20=2.5
    由[2]表11-5有 ZE=189.8，取Kt·Z=1.1， 由[2] 取K=1.4
    又∵ T1=28.381 N·m ，u= 3.762，фR=0.3
    由[2]式5-56計算小齒輪大端模數：
    m≥√4KT1YFaYsa/{фRZ[σF]（1-0.5фR）2 √u2 +1}
    將各值代得 m≥1.498
    由[2]表5-9取 m=3 ㎜
    d．齒輪參數計算：
    大端分度圓直徑 d1=mz1=3×21=63㎜，d2=mz2=3×79=237㎜
    齒頂圓直徑 da1=d1+2mcosδ1=63+6cos17.7035=68.715㎜，
    da2=d2+2mcosδ2=237+6cos72.2965=238.827㎜
    齒根圓直徑df1=d1-2.4mcosδ1=63-7.2cos17.7035
    =56.142㎜
    df2=d2-2.4mcosδ2=237-7.2×cos72.2965=231.808㎜
    齒輪錐距 R=√d1+ d2/2=122.615㎜，
    大端圓周速度 v=∏d1n1/60000=3.14×63×960/60000=3.165m/s，
    齒寬b=RфR =0.3×122.615=36.78㎜
    由[2]表5-6，選齒輪精度為8級
    由[1]表4.10-2得Δ1=（0.1～0.2）R
    =（0.1～0.2）305.500=30.05～60.1㎜
    取Δ1=10㎜，Δ2=14㎜,c=10㎜
    輪寬 L1=（0.1～0.2）d1=（0.1～0.2）93=12.4㎜
    L2=（0.1～0.2）d2=（0.1～0.2）×291=39㎜
    e．驗算齒面接觸疲勞強度： 按[2]式5-53
    σH= ZHZE√2KT1√u+1/[bd u（1-0.5фR）2 ]，代入各值得
    圓錐齒輪參數
    m=3 ㎜
    d1=63㎜
    d2=237㎜
    da1= 68.715㎜
    da2=238.827㎜
    df1=56.142㎜
    df2=231.808㎜
    R=122.615㎜
    v=3.165m/s
    b= 36.78㎜
    Δ1=10㎜
    Δ2=14㎜
    c=10㎜
    L1=12.4㎜
    L2=39㎜
    5.
    計算內容 計算結果
    σH=470.899﹤[σH] =533.6 Mpa
    ∴ 小齒輪滿足接觸疲勞強度，且大齒輪比小齒輪接觸強度高，故齒輪滿足接觸強度條件
    f．齒輪彎曲疲勞強度校核：按[2]式5-55
    由[2]圖5-19得YN1=YN2=1.0，
    由[2]式 5-32及m=2﹤5㎜，得YX1=YX2=1.0
    取YST=2.0，SFmin=1.4，由[2]式5-31計算許用彎曲應力：
    [σF1]= σFmin1YFa1Ysa1YST/ SFmin =220×2.0/1.4=314.29 Mpa
    [σF2]= σFmin2YFa2Ysa2YST/ SFmin =210×2.0/1.4=300 Mpa
    ∵[σF1]﹥[σF2]， ∴[σF]=[σF2]=300 Mpa
    由[2]式5-24計算齒跟彎曲應力：
    σF1=2KT1YFa1Ysa1/[b1md1（1-0.5фR）]=2×1.4×80070×2.8×1.55/0.85×2×28.935×62=181.59 ﹤300 Mpa
    σF2=σF1 YFa2Ysa2/（YFa1Ysa1）=181.59×1.81×2.23/（2.8×1.55）=178.28﹤300Mpa
    ∴兩齒輪滿足齒跟彎曲疲勞強度
    2. 閉式直齒輪圓柱齒輪傳動的設計計算
    a．選材：
    小齒輪材料選用45號鋼，調質處理，HB=217~255，
    σHP1=580 Mpa，σFmin1=220 Mpa
    大齒輪材料選用45號鋼，正火處理，HB=162~217，
    σHP2=560 Mpa，σFmin2=210 Mpa
    b. 由參考文獻[2]（以下簡稱[2]）式（5—33），計算應力循環次數N：
    N1=60njL=60×960×1×8×11×250=1.267×10， N2=N1/i23=1.267×10/3=2.522×10
    查圖5—17得 ZN1=1.05，ZN2=1.16，由式（5—29）得
    ZX1=ZX2=1.0，取SHmin=1.0，ZW=1.0，ZLVR=0.92，
    [σH]1=σHP1ZLVRZWZX1ZN1/SHmin=580×1.05×0.92=560.28 MPa
    [σH]=533.6 Mpa
    [σF]=300 Mpa
    σHP1=580 Mpa
    σFmin1=220 Mpa
    σHP2=560 Mpa
    σFmin2=210 Mpa
    ...
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