| wuyanjun |
2008-12-30 18:39 |
一些齿圆柱齿轮减速器的设计员说明书
机械设计课程--带式运输机传动装置中的同轴式1级圆柱齿轮减速器 目 录 n;=A'g|Q 设计任务书……………………………………………………1 m!2Dk#t 传动方案的拟定及说明………………………………………4 (]V.#JM 电动机的选择…………………………………………………4 0GR9opZtA 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 n (|>7 传动件的设计计算……………………………………………5 {Q-U=me\ 轴的设计计算…………………………………………………8 FjydEV 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 D!P?sq _5r 键联接的选择及校核计算……………………………………16 SH(kUL5 连轴器的选择…………………………………………………16 [x)e6p) 减速器附件的选择……………………………………………17 |H A7 C 润滑与密封……………………………………………………18 q1gf9`0 设计小结………………………………………………………18 K@i*Nl 参考资料目录…………………………………………………18 y8 N b8m 机械设计课程设计任务书 nZT@d;]U9 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 j*zK"n 一. 总体布置简图 ##5/%#eZ 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 <2Q@^ 二. 工作情况: |.
6@-h~8 载荷平稳、单向旋转 (LfVa`<1 三. 原始数据 ZX0c_Mk= 鼓轮的扭矩T(N•m):850 m7"f6zSo( 鼓轮的直径D(mm):350 }-vBRY 运输带速度V(m/s):0.7 _R<HC 带速允许偏差(%):5 ]M2<I#hF. 使用年限(年):5 zfZDtKq 工作制度(班/日):2 G4}q*&:k 四. 设计内容 }*'ha=`J 1. 电动机的选择与运动参数计算; | rvr Sab) 2. 斜齿轮传动设计计算 TH|hrL;:8 3. 轴的设计 V9VP"kD
4. 滚动轴承的选择 |FFC8R%@]u 5. 键和连轴器的选择与校核; ["F,|e{y$ 6. 装配图、零件图的绘制 W'jXIO 7. 设计计算说明书的编写 E8i:ER $$7 五. 设计任务 Wa(S20yF 1. 减速器总装配图一张 /4?`F}7) 2. 齿轮、轴零件图各一张 Q7r,5w&cm 3. 设计说明书一份 FT;JYkO 六. 设计进度 b8>9mKs 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 %Let AR 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 _p&$X 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 ~Z2eQx
jtM 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 P1wRt5 传动方案的拟定及说明 q?L(V+X 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。 {*U:Wm< 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。 m3!M L>nLt 电动机的选择 b0X[x{k" 1.电动机类型和结构的选择 Z-|C{1}A 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。 G C'%s 2.电动机容量的选择 }^[@m# 1) 工作机所需功率Pw CK(ev*@\D, Pw=3.4kW md"%S-a_dT 2) 电动机的输出功率 2-0cB$W+ Pd=Pw/η h*UUtLi%WU η= =0.904 c0&'rxi(B Pd=3.76kW $0}bi:7 3.电动机转速的选择 r6JkoPMh nd=(i1’•i2’…in’)nw wF8\ 初选为同步转速为1000r/min的电动机 9/Dt:R3QU 4.电动机型号的确定 ap^=CEf 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 od1omYsR 计算传动装置的运动和动力参数 sRQh~5kM 传动装置的总传动比及其分配 >UY_:cW4%m 1.计算总传动比 o2 d~ 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: JF%=Bc $C i=nm/nw (Fzh1# nw=38.4 lM^!^6=v0l i=25.14 HY;?z`= 2.合理分配各级传动比 WN+Jf 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 _a$DY,; 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 L59oh 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 =zeLs0s; 各轴转速、输入功率、输入转矩 v8bl-9DQ 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 $af}+:' 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 |7zP8 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 Treh{s 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 qYZ7Zt; 传动比 1 1 5 5 1 :IVMTdYf 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 yM:~{;HLF yVHlT 传动件设计计算 Sn2Ds)Pfx3 1. 选精度等级、材料及齿数 *}ee"eHs 1) 材料及热处理; _SC 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。 NK9WrUj) 2) 精度等级选用7级精度; A;-z#R#V5 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; 7.
9s.* 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° )]>G,.9C} 2.按齿面接触强度设计 <ytKf<a%e 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 >Y-TwDaE 按式(10—21)试算,即 D4Y!,7WEVt dt≥ LQ\
ELJj 1) 确定公式内的各计算数值 &rztC]jF (1) 试选Kt=1.6 }&T<wm! (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 -*hb^MvP (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 mERrcY Y{ (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 t 9n (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa Cxk$"_ (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; Eqmv`Z
[_ (7) 由式10-13计算应力循环次数 207 O["Y N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 S2ppKlVv N2=N1/5=6.64×107 *76viqY;dE (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 G:c8`*5Q (9) 计算接触疲劳许用应力 HS6Imi 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 $wYuH9( [σH]1==0.95×600MPa=570MPa 9MB\z"b?A [σH]2==0.98×550MPa=539MPa ?FV7|)f [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa 37O#aJ,K 2) 计算 mE^tzyh (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t J4[x,(iq( d1t≥ = =67.85 m-'(27 (2) 计算圆周速度 ?Tc)f_a v= = =0.68m/s J`+`Kq1T (3) 计算齿宽b及模数mnt ECS<l*i57& b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm -[=AlqL mnt= = =3.39 L_U3*#Zdz7 h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm I,<>%Z|' b/h=67.85/7.63=8.89 RZd4(7H=q (4) 计算纵向重合度εβ /%uZKGP εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 I#S~ (5) 计算载荷系数K qXB03}] G 已知载荷平稳,所以取KA=1 J[<pZ
[ 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, "zedbJ0 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 N{^>MRK=5 由表10—13查得KFβ=1.36 ,"N3k(g 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 i_0,BVC K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 c3zT(FgO>N (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 xMSNrOc d1= = mm=73.6mm 1akD]Z (7) 计算模数mn RD6h=n4B mn = mm=3.74 jTd4 H) 3.按齿根弯曲强度设计 |
or 8d>, 由式(10—17 mn≥ #FqFH>-*2 1) 确定计算参数 I|F~HUzA" (1) 计算载荷系数 _b!;(~@p K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 h/1nm U] (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 84p[N8 Ez/\bE (3) 计算当量齿数 _H4$$ z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 Q(=Vk~v z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 c#{Ywh (4) 查取齿型系数 {+C %D' 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 `R=a@DQ (5) 查取应力校正系数 23}BW_m 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 28T\@zi (6) 计算[σF] YQ 8j σF1=500Mpa ~T>jBYI0 σF2=380MPa nr<WO~Xw~ KFN1=0.95 W(uP`M%][0 KFN2=0.98 _.d}lK3$2 [σF1]=339.29Mpa Gd30Be2gd [σF2]=266MPa 4V u'r? (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 'a;ini = =0.0126 gx!*O<|e4 = =0.01468 1u"R=D9p,= 大齿轮的数值大。 L4YVH2`0) 2) 设计计算 O+G~Qp0b> mn≥ =2.4 ]z-']R; mn=2.5 g.[+yzuE6 4.几何尺寸计算 Bs+c2R 1) 计算中心距 -1jjB1 z1 =32.9,取z1=33 ?%cn'=>ZI z2=165 nB cp7e a =255.07mm a.
h?4+^bN a圆整后取255mm B>~k).M&, 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 6QN1+MwB β=arcos =13 55’50” 4R&*&GZ# 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 x @1px&^ d1 =85.00mm +M44XhT d2 =425mm k~0#'I9 4) 计算齿轮宽度 RH!SW2o< b=φdd1 BN+V,W b=85mm )^t!|*1LA B1=90mm,B2=85mm xGKfej9 5) 结构设计 G_V.H\w 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 b7, 轴的设计计算 t{_!Z(Rt5) 拟定输入轴齿轮为右旋 !2GHJHxv]c II轴: N=>- Q) 1.初步确定轴的最小直径 eQ$N:] d≥ = =34.2mm '"oo;`g7 2.求作用在齿轮上的受力 iKg75%;t Ft1= =899N }Q/G
&F Fr1=Ft =337N WwW"fkv Fa1=Fttanβ=223N; "Jb3&qdU Ft2=4494N %lXbCE:[ Fr2=1685N C=>B_EO Fa2=1115N Y{,2X~ 7 3.轴的结构设计 j h;
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[ 1) 拟定轴上零件的装配方案 `Jn,IDq i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 n4^*h4J7 ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 N g58/}zO iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 Kn']n91m iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 pp(H
PKs=} v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 ows^W8-w vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 fCLcU@3W? 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 T}UT7W| 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 LRWOBD 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。 aw1P5aPmX 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 Was'A+GZ 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 zCBplb 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 G]b8]3^ 6. VI-VIII长度为44mm。 /4yOs@# 4. 求轴上的载荷 !~kEtC 66 207.5 63.5 ,aI,2U91 Fr1=1418.5N xFOBF") Fr2=603.5N 1:_=g #WH 查得轴承30307的Y值为1.6 .%_)*NUZ Fd1=443N u2 7S%2P Fd2=189N +Z > < 因为两个齿轮旋向都是左旋。 T0r<O_ubOA 故:Fa1=638N kg:l:C)Tq Fa2=189N UIn^_}jF` 5.精确校核轴的疲劳强度 d^tVD`Fm 1) 判断危险截面 VQ2Fnb4 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 l1}R2lSEO 2) 截面IV右侧的 !#. \QU| c)03Ms4
D 截面上的转切应力为 KCD5*xH 由于轴选用40cr,调质处理,所以 j$+gq*I&E ([2]P355表15-1) A]j}' a) 综合系数的计算 g&bwtEZ 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , `0?^[;[u[ ([2]P38附表3-2经直线插入) B3Mx,uXT\ 轴的材料敏感系数为 , , q8/ihA6: ([2]P37附图3-1) >&1um5K 故有效应力集中系数为 R3?:\d{ 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , QTYYghz ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) dQai4e>[ 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , sYW[O"oNi ([2]P40附图3-4) rhIGOk1k 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 WV2~(/hX& b) 碳钢系数的确定 FOSbe] 碳钢的特性系数取为 , 847 R
c) 安全系数的计算 rCE;'? Y 轴的疲劳安全系数为 dnwdFsf 故轴的选用安全。 qC..\{z I轴: ".E5t@ }?m 1.作用在齿轮上的力 {S*!B FH1=FH2=337/2=168.5 Mb/L~gd" Fv1=Fv2=889/2=444.5 -AC`q/bCD 2.初步确定轴的最小直径 a1|c2kT *0~M 3.轴的结构设计 xor TL8 1) 确定轴上零件的装配方案 6b<+8w 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 [fxuUmU d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 ;R!*I% e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 U{}!y3[wK f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 y
AOg\+ g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 <m0{'xw h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 ]\BUoQ7I/ i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 ]`d2_mu j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 ZBJ3 VK 2) 各段长度的确定 JOHRmfqR 各段长度的确定从左到右分述如下: d=y0yq{L a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 sP y2/7Wqd b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 } L <,eV c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 {5-zyE d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 @!<d0_dnC e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 ~ezCu_ f) 该段由联轴器孔长决定为42mm 4V$fGjJ3 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 "yW&<7u1 W=62748N.mm [4XC#OgA T=39400N.mm |1l&@#j!2 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 k"
YHsn j#VIHCzlr III轴 E:w:4[neh 1.作用在齿轮上的力 9U^$.Lb FH1=FH2=4494/2=2247N DjwQ`MA Fv1=Fv2=1685/2=842.5N {6O0.}q]& 2.初步确定轴的最小直径 sofu 3.轴的结构设计 8%ik853` 1) 轴上零件的装配方案 J &{xP8uq_ 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 G52Z)^ I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII HabzCH 直径 60 70 75 87 79 70 Go <' 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 +9[SVw8 <GF @L 5.求轴上的载荷 /K|:9Q$K6 Mm=316767N.mm Uo6(|mm T=925200N.mm w^{!U 6. 弯扭校合 .GCR!V 滚动轴承的选择及计算 2+'|kt2 I轴: [bjN
f2 1.求两轴承受到的径向载荷 \A<v=VM| 5、 轴承30206的校核 :wipE]~4t 1) 径向力 "K?Q 2) 派生力 TvQ^DZbe 3) 轴向力 y94kX:q 由于 , r5 yO5W 所以轴向力为 , \H4U8)l 4) 当量载荷 4 x,hj 由于 , , q4ipumy* 所以 , , , 。 3.vgukkk5 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 aFY u}kl 5) 轴承寿命的校核 nbmc[!PwG II轴: =_PvrB 2' 6、 轴承30307的校核 PAZ$_eSK6 1) 径向力 D.*>;5:0' 2) 派生力 Ld(NhB'7 , %0XvJF)s 3) 轴向力 Zw$
OKU 由于 , (}gcY 所以轴向力为 , ai;\@$ cq 4) 当量载荷 M35Ax],:^ 由于 , , ]V<-J 所以 , , , 。 #?&0D>E?k 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 3KcaT5(& 5) 轴承寿命的校核 ;h~er6& III轴: ^od<JD4 7、 轴承32214的校核 HZZDv+ 1) 径向力 2o5;Uz1{ 2) 派生力 n?E}b$6 3) 轴向力 fz}?*vPW 由于 , Q$a 所以轴向力为 , Q2s&L]L= 4) 当量载荷 <1@
(ioPH 由于 , , iiNSDc 所以 , , , 。 qLjT.7 .x 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 \##5O7/1 5) 轴承寿命的校核 ,X/- 键连接的选择及校核计算 s".HEP~]= 1`-r#-MGG 代号 直径 9%!dNnUk (mm) 工作长度 Mqv[XHfB (mm) 工作高度 Dp!zk}f| (mm) 转矩 $<w)j! (N•m) 极限应力 '*R%^RK (MPa) -]XP2}#d 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 Tbf:eVIG 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 zY%. Rq- 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 IOEM[zhb$ 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 Z8&'f, 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 ctJ&URCi# 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。 ai^|N.! 连轴器的选择 )^/0cQcJ 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 ]J@/p:S> 二、高速轴用联轴器的设计计算 ycX{NDGs 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 , J(iV0LAZb 计算转矩为 g7V_[R(6 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) p;%<mUI 其主要参数如下: U5+vN[ K 材料HT200 J?Iq9f 公称转矩 3 QCVgo
i\ 轴孔直径 , (|u31[ 轴孔长 , g>0vm2| 装配尺寸 g.C5r]=+& 半联轴器厚 -:`V< ([1]P163表17-3)(GB4323-84 rC }}r!! 三、第二个联轴器的设计计算 w*~Tm >U 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 , ]~jN^"o_B 计算转矩为 wahZK~,EaY 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) 9l
!S9d 其主要参数如下: (:sZ
b?* 材料HT200 }[n5n 公称转矩 p^X^1X7 轴孔直径 j
_ ;fWBD: 轴孔长 , hh"-w3+ 装配尺寸 3 ^}A %-bS 半联轴器厚 &jf7k
<^ ([1]P163表17-3)(GB4323-84 J8Z0D:5 减速器附件的选择 bFGDgwe z 通气器 ];FtS>\x 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 Zb(t3I>n 油面指示器 |NMO__l@ 选用游标尺M16 w^;DG 起吊装置 :.nRN`e 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 0k[2jh 放油螺塞 Eipp~GD 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 o8S"&O
? 润滑与密封 ]U_ec*a 一、齿轮的润滑 y4jU{, 采用浸油润滑,由于低速级周向速度为,所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径,取为35mm。 +^ yq;z 二、滚动轴承的润滑 s3
B'>RG} 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 v 1+U;Th>g 三、润滑油的选择 <kc#thL 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利,考虑到该装置用于小型设备,选用L-AN15润滑油。 {j
SmoA 四、密封方法的选取 b?VV'{4 选用凸缘式端盖易于调整,采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。 @;)PSp*j 密封圈型号按所装配轴的直径确定为(F)B25-42-7-ACM,(F)B70-90-10-ACM。 S# we3 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 `_qK&&s 设计小结 1r9 f[j~ 由于时间紧迫,所以这次的设计存在许多缺点,比如说箱体结构庞大,重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷,我相信,通过这次的实践,能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作,有能力设计出结构更紧凑,传动更稳定精确的设备。
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