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2007-01-02 09:23 |
二级齿轮减速器说明书
目 录 a I^Z0[P+ Fx!NRY_ 设计任务书……………………………………………………1 7gxC
xfL$ 传动方案的拟定及说明………………………………………4 + 0DPhc 电动机的选择…………………………………………………4 $- 4 Zi 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 y*oH"]D 传动件的设计计算……………………………………………5
iup "P 轴的设计计算…………………………………………………8 nA1059B
滚动轴承的选择及计算………………………………………14 {)KH% 键联接的选择及校核计算……………………………………16 QY7Thnp1 连轴器的选择…………………………………………………16 QtSJ9;eP 减速器附件的选择……………………………………………17 N$I@]PL 润滑与密封……………………………………………………18 Z4VNm1qs 设计小结………………………………………………………18 (Vz\02,K 参考资料目录…………………………………………………18 vr2cDk{ Lnk(l2~U 机械设计课程设计任务书 E!rgR5Bd 题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 <<vT"2Q] 一. 总体布置简图 G_1`NyI z\g6E/ %% }}s.0Q .S{>?2 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 ]:g;S,{ Ew, 1*WK! 二. 工作情况: rb_FBa% 载荷平稳、单向旋转 0YsBAfRG yH<a;@C 三. 原始数据 mN^/ 鼓轮的扭矩T(N•m):850 g#}a?kTM@ 鼓轮的直径D(mm):350 kklM"Av 运输带速度V(m/s):0.7 /\-iV)h1@ 带速允许偏差(%):5 N"k
IQe*}1 使用年限(年):5 V7}3H2]^ 工作制度(班/日):2 ~E^lKe ;}W-9=81 四. 设计内容 31-:xUIX 1. 电动机的选择与运动参数计算; D-KQRe2@ 2. 斜齿轮传动设计计算 _$vAitUe4S 3. 轴的设计 Y(U+s\X 4. 滚动轴承的选择 ?7k%4~H t 5. 键和连轴器的选择与校核; rEfo)jod 6. 装配图、零件图的绘制 77?D
~N[ 7. 设计计算说明书的编写 =[ZuE0c TQ`4dVaf 五. 设计任务 vj#Y /B 1. 减速器总装配图一张 6 {j}Z*)m 2. 齿轮、轴零件图各一张 K.l7yBm 3. 设计说明书一份 wR@"]WkR= .z6"(?~ 六. 设计进度 +3wVcL 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 drkY~!a 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 %Bf;F;xuB 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 Xe. az 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 zQ>|`0&8 EmFL
%++V NpLO_- 2Y-NxW^] r2 .f8U Jv[c?6He sc)}r_|g [G#PK5C 传动方案的拟定及说明 }:zTz%_K 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 XI/LVP,. 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 Ro:DAxi@L e{RhMjX<D VX{9g#y$j 电动机的选择 ]ML(=7z" 1.电动机类型和结构的选择 zMI_8lNz 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 zu52]$Vj
p~bx 2.电动机容量的选择 0<4Nf]i 1) 工作机所需功率Pw "MX9h }7 Pw=3.4kW E/5/5'gBJO 2) 电动机的输出功率 ]ur_G`B Pd=Pw/η 4apy {W η= =0.904 &4}Uaxt) Pd=3.76kW #*|Gp_l+% w;=g$Bn 3.电动机转速的选择 l'm\*=3 nd=(i1’•i2’…in’)nw o-7,P
RmKN 初选为同步转速为1000r/min的电动机 8nKb
mjM 24b?6^8~k 4.电动机型号的确定 appWq}db 由表20-1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW,满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求。
)/mBq#ZS i[7<l&K] (5\VOCT>4% 计算传动装置的运动和动力参数 }Y`D^z~ 传动装置的总传动比及其分配 MIx,#]C& 1.计算总传动比 o4F?Rx,L 由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为: U,7O{YM i=nm/nw -?}Z0e(w nw=38.4 mR3-+dB/ i=25.14 1n-+IR" !U[/P6
+0 2.合理分配各级传动比 jBLLx{ 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 Q xm:5P 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 (Ee5Af,4 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 7%)KB4(\_ 各轴转速、输入功率、输入转矩 =6H 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 hcX`X2^ 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 J)n^b 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 0T7c =5z4W 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 < ?{ic2j# 传动比 1 1 5 5 1 NDYm7X*et 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 $Si|;j$? mnm7{?#[ 传动件设计计算 {[:]}m(c 1. 选精度等级、材料及齿数 Sece#K2J| 1) 材料及热处理; dW#T1mB 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 u [Dz~ 2) 精度等级选用7级精度; W\1V`\gF 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; ^=@`U_(,G 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° {\p&? 2.按齿面接触强度设计 oUNuM%g9Dy 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 <;P40jDL 按式(10—21)试算,即 Q4e+vBECkq dt≥ S17 c#6vT 1) 确定公式内的各计算数值 #Mm1yXNu (1) 试选Kt=1.6 }BN!Xa (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 kR/Etm5_ (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 HD!2|b~@ (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 N;mJHr3[F (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa G:4'')T (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; 9YEE.=]T (7) 由式10-13计算应力循环次数 yBkcYHT N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 \m%Z;xKG N2=N1/5=6.64×107 Cc}3@Nf{/ \PL0-.t, (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 ,vs# (d6 G (9) 计算接触疲劳许用应力 WWgJ !Uz 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 _h^er+d!_ [σH]1==0.95×600MPa=570MPa cTa$t :K@ [σH]2==0.98×550MPa=539MPa sDl@ [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa |YcYWok G}LOQ7 2) 计算 dj2w_:&W (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t 8/"R&yAh d1t≥ #I}w$j
i = =67.85 W'{o`O=GGr +.
tcEbFL (2) 计算圆周速度 !t!' v= = =0.68m/s 'BX
U' bR*}
s/ (3) 计算齿宽b及模数mnt Nz;f| 2h b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm w[]\%`69}Z mnt= = =3.39 1qm
_Qs& h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm MHQM' b/h=67.85/7.63=8.89 KmpKyc[ J*D3=5& (4) 计算纵向重合度εβ o-+H- εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 V\*J"ZP& (5) 计算载荷系数K ->rudRQ 已知载荷平稳,所以取KA=1 .1F41UyL 根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同, -Ic<.ix 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 7;@o]9 W 由表10—13查得KFβ=1.36 auHP^O>4L 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 hh8U/dVk* K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 D:0?u_[W siz:YRur (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 3U4h>T@s| d1= = mm=73.6mm Pf#DBW* Y/]J0D (7) 计算模数mn 1
EwCF mn = mm=3.74 F0KNkL>&g 3.按齿根弯曲强度设计 8d[!"lL 由式(10—17) }WnoI2 mn≥ 48LzI@H& 1) 确定计算参数 4$^rzAi5 (1) 计算载荷系数 o+g\\5s K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 ~F13}is <(_${zR (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 (".WJXB\ `P jS (3) 计算当量齿数 T)mh z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 pGP$2 z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 \me-#: Gu (4) 查取齿型系数 qF4=MQm\aE 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 C^ZDUj` (5) 查取应力校正系数 d(F4-kBd 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 "O<TNSbrC +?^lnoX 8X)1bNGqhe (6) 计算[σF] TlpQ9T σF1=500Mpa b|u,[jEB σF2=380MPa zTg&W7oz KFN1=0.95 J=B,$4)9 KFN2=0.98 'Ooq.jaK;/ [σF1]=339.29Mpa t'* 2)U [σF2]=266MPa Y0g6zHk7 (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 kY#sQz}8 = =0.0126 $: qrh66 = =0.01468 FB
n . 4 大齿轮的数值大。 ~`<_xIvrq w"AO~LF 2) 设计计算 `q+Ug mn≥ =2.4 %:Y'+!bX mn=2.5 ew1bb K> `g'z6~c7n 4.几何尺寸计算 3$PGLM 1) 计算中心距 7%yP5c
B z1 =32.9,取z1=33 W{nDmG`yp z2=165 M[6WcH0/T a =255.07mm (5>IF,}!L a圆整后取255mm '
eH Fa FmhN*ZXr# 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 G`NGt_C β=arcos =13 55’50” p1fy)K2{,j >:P-3#e* 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 3`{[T17 d1 =85.00mm j] d2 =425mm +A<7:`sO #$v,. Yk 4) 计算齿轮宽度 p/Ri|FD6 b=φdd1 ;w^{PZBg b=85mm J#Agk^Y 5 B1=90mm,B2=85mm T9]:,
z J(k C 5) 结构设计 /^b=| +Do 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 Q*]y=Za#: Bu#\W 轴的设计计算 ya'OI P ` 拟定输入轴齿轮为右旋 T@j@IEGH
II轴: PZhpp" 1.初步确定轴的最小直径 nj7\vIR7 d≥ = =34.2mm O],]\M{GL 2.求作用在齿轮上的受力 9FmX^t$T Ft1= =899N 9P# <T7 Fr1=Ft =337N rB.LG'GG] Fa1=Fttanβ=223N; ,{sCI/ Ft2=4494N tkf^sGgNO Fr2=1685N RhI>Ak;- Fa2=1115N zzZK S pLsJa?}R 3.轴的结构设计 we2D!Ywr 1) 拟定轴上零件的装配方案 U[c^xz& P*{*^DN i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 fC!+"g55 ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 d1n*wVl iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 wj|[a,(r iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 |Whkq/Zg v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 H05U{vR vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 P: )YKro] %<;PEQQ|C 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 @ \JoICz 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 K5:> 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 8?&!@3n 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 #H&`wMZZ: 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 @M8vPH 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 dS~#Lzm 6. VI-VIII长度为44mm。 v>p}f"$` U$AV"F&!&} Z)RV6@( k+y>xI, 4. 求轴上的载荷 d(;Qe}ok> 66 207.5 63.5 +BkmI\ LLW
xzu!< jt4c*0z V"Y-|R _U`1BmTC2 FAF+ } bs\7 juHt f>jAu;S xGo,x+U* gukKa S_Ug=8r4 S$1dXXT t.= 1<Ed SZm&2~|J aW7)}"j4 KImazS^ f)%8*B Fr1=1418.5N pTIE.:g( Fr2=603.5N U8icP+Y 查得轴承30307的Y值为1.6 D+69U[P_A Fd1=443N A"R5Fd%6pc Fd2=189N ;_?RPWZ;MO 因为两个齿轮旋向都是左旋。 A]q"+Z] 故:Fa1=638N R,KoymXP Fa2=189N 2JS&zF (| X? 5.精确校核轴的疲劳强度
v{*# 1) 判断危险截面 o2r)K AA 由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面 pZO`18z vILq5iR 2) 截面IV右侧的 y759S)U>>p pv){R;f 截面上的转切应力为 CJ#1j> 4l`"P~=2< 由于轴选用40cr,调质处理,所以 p:CpY'KV_ , , 。 PcQqdU^! ([2]P355表15-1) TE t+At`] a) 综合系数的计算 sqP (1|9 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , @?\[M9yK ([2]P38附表3-2经直线插入) lgaE2`0 [3 轴的材料敏感系数为 , , jj8h>"d ([2]P37附图3-1) 2/ v9 故有效应力集中系数为 Rw#4 |& Qfd4")zhG +YK/^;Th 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , (!^; ar^ ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) yJGM"$ 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , UgjY ([2]P40附图3-4) XlHt(d0h 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 1#-=|:U 'k?*?XxG M5>cYVG b) 碳钢系数的确定 w5tcO%+k1 碳钢的特性系数取为 , 8s#2Zv c) 安全系数的计算 {e'V^l.v 轴的疲劳安全系数为 |H7f@b]Sk F;;\I T0=%RID%= oUG!=.1}K5 故轴的选用安全。 LIZsDTU `bx}!;{lx I轴: z c7P 2@ 1.作用在齿轮上的力 0.}WZAYy~ FH1=FH2=337/2=168.5 ]E!b& Fv1=Fv2=889/2=444.5 >;}q Nn]|#lLP 2.初步确定轴的最小直径 236,o
{9e 0k\BE\PQk N|53|H 3.轴的结构设计 ir/-zp_ 1) 确定轴上零件的装配方案 Q5~Y;0' W|e$@u9 :kz"Wya. 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 wz{]CQ 7" d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 m/(f?M l e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 E|K~WO]>o f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 OELh6R g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 =2rkaBFC h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 qe{:9 i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 Td"_To@jd j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 ?ot7_ vl 2) 各段长度的确定 ,q|;`?R; 各段长度的确定从左到右分述如下: g=5vnY a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 :497]c3#5C b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 y>YQx\mK c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 +J<igb!S d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 PUJkC e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 y(w&6: f) 该段由联轴器孔长决定为42mm Hk8pKpn3 GjD^\d/ zF-R$_]av 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 }cPH}[$zF W=62748N.mm DN%b!K: T=39400N.mm ;VI/iwg 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 =Mby;wQ?| D`e6#1DbJ aIXN wnq III轴 `BOG e;pl 1.作用在齿轮上的力 f%2>pQTq@) FH1=FH2=4494/2=2247N td"D&1eQ@ Fv1=Fv2=1685/2=842.5N Q eZg l! )=]u]7p} 2.初步确定轴的最小直径 zOfMKrRG v:7_ZD6kR
oZCjci- 3.轴的结构设计 M8p6f)l3 1) 轴上零件的装配方案 6myF!
H= 9H6%\#rw BV@xE 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 %Xfy.v I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII ]b6g Z< 直径 60 70 75 87 79 70 Q`{2yU:r 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 Q%Fa1h:2& WH6Bs=G\} XJI
ff$K 5H!6#pqM *@(j'0hj 5.求轴上的载荷 ~(~
y=M Mm=316767N.mm EK=PY
T=925200N.mm X<*-d6?gD` 6. 弯扭校合 4/J"}S z3mo2e |[B JZ snm1EPj #P)(/>nF 滚动轴承的选择及计算 'n dXM I轴: G%#M17 1.求两轴承受到的径向载荷 &RL
j^A! 5、 轴承30206的校核 4;D>s8dgG 1) 径向力 1[k.apn MLk%U 4 p1`")$ 2) 派生力 z1vSt[s , >= VCKN2'j 3) 轴向力 lVra&5 由于 , @||GMA+| 所以轴向力为 , t8_i[Hw6D 4) 当量载荷 oH>G3n|U^ 由于 , , V|`w/P9g4 所以 , , , 。 t[=teB v< 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 >tQ$V<YB kl[Jt)"4@ 5) 轴承寿命的校核 iQ#dWxw4 55K(]%t z5q( II轴: <C{uodFll 6、 轴承30307的校核 l`(pV ;{W 1) 径向力 -?Kd[Ma &++tp5 eH' J 2) 派生力 $dkkgsw7 , 5JggU 3) 轴向力 DR
c-L$bD 由于 , A=bBI>GEYP 所以轴向力为 , sB+
B,DF 4) 当量载荷 m#a1N 由于 , , D9/PVd 所以 , , , 。 V:*6R/Ft 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 M'>8P6O _<m yM2z 5) 轴承寿命的校核 a"bael d*tn&d~k, /P
koqA, III轴: o%_Hmd;_' 7、 轴承32214的校核 gBd@4{y6C. 1) 径向力 DC+l3N u81@vEK:_ P`TJqJiY~ 2) 派生力 7?W1i{( , 2Mw^EjR 3) 轴向力 s^zX9IVnp 由于 , RElIWqgY 所以轴向力为 , p|RFpn2ygF 4) 当量载荷 *9)yN[w 由于 , , >NMq^J'/ 所以 , , , 。 MYMg/>f[ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 9D,/SZ-v }
3JOC!;; 5) 轴承寿命的校核 G-Dc(QhU& r"bV{v v)s;
wD 键连接的选择及校核计算 .ovG_O pWOK~=t 代号 直径 *EllE+M{n (mm) 工作长度 NGL,j\(~7 (mm) 工作高度 5"mH6%d :8 (mm) 转矩 TS49{^d$ (N•m) 极限应力 )=5,S~IT (MPa) 6O|
rI>D 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0
Y"UB\_= 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 b<\aJb{2 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 ;nbbKQ]u 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 FfpP<(4 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 !.@F,wZvY 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 R>y/Y<5= QUKv :; 连轴器的选择 RZbiiMC> 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 "pTU&He qj1Fj 二、高速轴用联轴器的设计计算 v0u, :eZ4 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , c$b~?Mx 计算转矩为 |h^]`= 3 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) f <pJ_ 其主要参数如下: ]CGH )4Pe 材料HT200 :]uz0s`> 公称转矩 :)DvZx HE@ 轴孔直径 , BI :O?!:9) /y[zOT6 轴孔长 , >bbvQb+j 装配尺寸 E@CK.-N| 半联轴器厚 8Bwm+LYr- ([1]P163表17-3)(GB4323-84) PsO>&Te | |