| 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 .W:], 5e 设计任务书……………………………………………………1 s7LX 传动方案的拟定及说明………………………………………4 CMUphS-KE 电动机的选择…………………………………………………4 7@]hu^)rry 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 wj~8KHan 传动件的设计计算……………………………………………5 x9s`H) 轴的设计计算…………………………………………………8 ]^%3Y 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 /tP 键联接的选择及校核计算……………………………………16 K*RRbtb 连轴器的选择…………………………………………………16 U?yXTMD 减速器附件的选择……………………………………………17 n&&y\?n 润滑与密封……………………………………………………18 P~>nlm82] 设计小结………………………………………………………18 (b!DJ;(O9 参考资料目录…………………………………………………18 obGSc)?j 机械设计课程设计任务书 i/B"d,=< 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 u?/]"4 一. 总体布置简图 izA3 INT 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 Zwl?*t\D 二. 工作情况: $%t 载荷平稳、单向旋转 0Z(b/fdS 三. 原始数据 5J3kQ;5Q? 鼓轮的扭矩T(N•m):850 T3 Fh7S / 鼓轮的直径D(mm):350 dq&d>f1 运输带速度V(m/s):0.7 2Ta F7Jn 带速允许偏差(%):5 EQ-~e 使用年限(年):5 _bsfM;u.% 工作制度(班/日):2 2YQ$hL ~ 四. 设计内容 a[De 1. 电动机的选择与运动参数计算; gUQCKNw 2. 斜齿轮传动设计计算 euK!JZ 3. 轴的设计 >dY"B$A> 4. 滚动轴承的选择 *x!5I$~J 5. 键和连轴器的选择与校核; A+&Va\|x 6. 装配图、零件图的绘制 `dhK$jYD 7. 设计计算说明书的编写 "w1jr 6" 五. 设计任务 K`3cH6"L6 1. 减速器总装配图一张 g?wogCs5 2. 齿轮、轴零件图各一张 :=@[FXD4 3. 设计说明书一份 >[U$n. 六. 设计进度 yE>DQ * 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 cj)~7 WF 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 T@.CwV 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 hz|$3*q 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 "G:>}cs%? 传动方案的拟定及说明 lQjq6Fl2 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 ;MD{p1w 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 `{":*V
电动机的选择 'M{_S 1.电动机类型和结构的选择 )Ec;kr b+ 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 (;3jmdJhK 2.电动机容量的选择 # L R[6l 1) 工作机所需功率Pw ^C{a' Pw=3.4kW Oh: -Y]m= 2) 电动机的输出功率 ub%q<sE* Pd=Pw/η s zg1.& η= =0.904 Qt$Q/<8U Pd=3.76kW I/l]Yv! 3.电动机转速的选择 as8<c4:v nd=(i1’•i2’…in’)nw $) $sApB 初选为同步转速为1000r/min的电动机 .O(UK4Mb 4.电动机型号的确定 W~4|Z=f 由表20-1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW,满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求 ~i4@sz& 计算传动装置的运动和动力参数 f$L5=V 传动装置的总传动比及其分配 lbY>R@5 1.计算总传动比 LY MfoXp 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: JkmL'Zk>: i=nm/nw W0|?R6| nw=38.4 6lPGop]js] i=25.14 E^!%m8-- 2.合理分配各级传动比 4 ET
P 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 ]iPdAwc.1 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 -T>`PJpJuL 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 xab[ 各轴转速、输入功率、输入转矩 ?@#<>7V 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 sXUM,h8$!+ 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 s`{O- 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 LQe<mZ< 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 TBpW/wz/ 传动比 1 1 5 5 1
7@`(DU`z 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 wRKGJ g8C+j6uR0 传动件设计计算 2yNlQP8% 1. 选精度等级、材料及齿数 lL?;?V~ 1) 材料及热处理; D 6(w}W 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 p`It=16trT 2) 精度等级选用7级精度; I;7VX5X 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; !tVV +vT# 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° ,70|I{,Km 2.按齿面接触强度设计 Y9C] -zEv 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 iL(E`_I< 按式(10—21)试算,即 +VJl#sc/; dt≥ &EMm<(.]a 1) 确定公式内的各计算数值
QS!b]a3 (1) 试选Kt=1.6 4):\,>%pK (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 C][`Dk\D{ (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 7HzKjR=B (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 vUW ! (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa <J- aq;p (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; u5lj+? (7) 由式10-13计算应力循环次数 g\ke,r6 N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 ?p5Eo{B N2=N1/5=6.64×107 2$jY_{B+x (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 :Qf^@TS}O (9) 计算接触疲劳许用应力 h"[
][ 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 E\QSU88^ [σH]1==0.95×600MPa=570MPa k&Sg`'LG8 [σH]2==0.98×550MPa=539MPa /HLQ [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa sh0O~%]g 2) 计算 %j=7e@ (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t -V9Cx_]y d1t≥ = =67.85 Y.-i ;Mmu (2) 计算圆周速度 {r Gx*<e v= = =0.68m/s $jm'uDvm (3) 计算齿宽b及模数mnt REHfk6YE b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm <)M?qkjb mnt= = =3.39 2WKA] l; h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm k|w6&k3 b/h=67.85/7.63=8.89 >~6
;9{@ (4) 计算纵向重合度εβ FrB19 εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 LG;xZQx' (5) 计算载荷系数K ?L_#AdK 已知载荷平稳,所以取KA=1 -QRKDp 根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同, ~!UxmYgO 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 pt<84CP 由表10—13查得KFβ=1.36 wTOB' 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 Bs^W0K$uBO K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 pnf3YuB (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 /H\ZCIu/7 d1= = mm=73.6mm A M# '(k( (7) 计算模数mn 'A4Lr
mn = mm=3.74 ~,ac{%8x 3.按齿根弯曲强度设计 @mW0EJ8bb 由式(10—17 mn≥ H>M0GL 1) 确定计算参数 Qg3
-%i/@ (1) 计算载荷系数 !j\yt K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 nPKf~|\1{ (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 o8bVz2E +W-sb5) (3) 计算当量齿数 u'}DG#@ - z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 .NZ_dz$c z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 $+$+;1[ (4) 查取齿型系数 a
"8/y4Y 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 GK:*|jV (5) 查取应力校正系数
~B/|#o2 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 R9{6$djq\: (6) 计算[σF] x_#yH3kJ σF1=500Mpa <TDgv%eg0 σF2=380MPa Jzh_`jW0l KFN1=0.95 }Vg&9HY KFN2=0.98 aY6]NpT [σF1]=339.29Mpa bD=_44I [σF2]=266MPa Yr"G)i~"Y (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 Z#d_<e? = =0.0126 g(|p/%H = =0.01468 P oC*>R8 大齿轮的数值大。 i_ I`Y 2) 设计计算 u2o6EU` mn≥ =2.4 DOf[? vbu mn=2.5 <^OGJ}G 4.几何尺寸计算 E}yl@8g:# 1) 计算中心距 PJO +@+"{@ z1 =32.9,取z1=33 v;irk<5 z2=165 aZ- )w a =255.07mm ?2QssfB a圆整后取255mm 4WU
6CN 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 yG{'hx6H β=arcos =13 55’50” b1E>LrL 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 k(!#^Mlz[ d1 =85.00mm q>f1V3 d2 =425mm a'W-& j 4) 计算齿轮宽度 x>7}>Y*( b=φdd1 H"].G^V\6 b=85mm `G6Nk@9. B1=90mm,B2=85mm `UGHk*DL) 5) 结构设计 pv;}Sv$
]- 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。 `TBau:E lI 轴的设计计算 LeXuTd 拟定输入轴齿轮为右旋 dKi+~m'w II轴: PG+ICg 1.初步确定轴的最小直径 szGp<xv_p d≥ = =34.2mm 6xvy hg#B 2.求作用在齿轮上的受力 m<hR
Lo Ft1= =899N t@.M;b8 Fr1=Ft =337N [$
vAjP Fa1=Fttanβ=223N; >ouHR* Ft2=4494N mO(m%3 Fr2=1685N [r<lAS{ . Fa2=1115N BbnY9" 3.轴的结构设计 =T|Z[/fto 1) 拟定轴上零件的装配方案 &FW|O(] i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 lt`#or"o ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 "~> # ;x{ iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 XSkx<"U* iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 UW88JA0 v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 now\-XrS vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 E0o= 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 /:~mRf^ 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 %D:Mt| 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。 oEGe y8? 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 eZ8~t/8 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 [f!sBJ! 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 G n>#Mvq 6. VI-VIII长度为44mm。 g/'CX}g` 4. 求轴上的载荷 YQ:FBj 66 207.5 63.5 VK5|w: Fr1=1418.5N }YfM< Fr2=603.5N "d^h Y}Xx 查得轴承30307的Y值为1.6 f,wB.MN Fd1=443N j|N;&s` Fd2=189N Ml@,xJ/aia 因为两个齿轮旋向都是左旋。 /=).)<&|R 故:Fa1=638N }'U"HHv Fa2=189N )S]4
Kt_ 5.精确校核轴的疲劳强度 dj3}Tjt 1) 判断危险截面 Y&6vTU 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 JPltB8j? 2) 截面IV右侧的 B{hP#bYK p(g0+.?`~ 截面上的转切应力为 -Jr6aai3+ 由于轴选用40cr,调质处理,所以 Q&
j: ai* ([2]P355表15-1) qv>?xKSm a) 综合系数的计算 .'.#bH9K 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , yj13>"n h ([2]P38附表3-2经直线插入) 8+5z -vd 轴的材料敏感系数为 , , r+r-[z D( ([2]P37附图3-1) sN]O]qYXJ 故有效应力集中系数为 16Ym*kWIps 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , @F%H 1 ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) }D02*s 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , 3\j{*f$J ([2]P40附图3-4) ,1J+3ugp& 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为
KV v0bE b) 碳钢系数的确定 U{6i5;F#H 碳钢的特性系数取为 , (\S/ c) 安全系数的计算 vs]#?3+ 轴的疲劳安全系数为 WP{!|d& 故轴的选用安全。 x;w&JS1V I轴: 4Qh\3UL~ 1.作用在齿轮上的力 p^S]O\;M7 FH1=FH2=337/2=168.5 oNH&VHjU Fv1=Fv2=889/2=444.5 Z:7X=t= 2.初步确定轴的最小直径 mVUDPMyZ tai 3.轴的结构设计 |O =Fz3) 1) 确定轴上零件的装配方案 `3GC}u>} 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 f7NK0kuA d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 Q%:#xG5AmE e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 ,QU2xw D[ f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 gwHNz5 a*V g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 2O}UVp> h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 0`y;[qAG[ i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 :wtr{,9rZ j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 <7Igd6u 2) 各段长度的确定 doM}vh)6 各段长度的确定从左到右分述如下: QJ1_LJ4)a a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 woIcW b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 Pt<lHfd c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 9nIBs{`/Ac d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 Hp`Mp)1s e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 @ChEkTn f) 该段由联轴器孔长决定为42mm ma9VI5w 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 aI @&x W=62748N.mm m E<n=g= T=39400N.mm 5T]GyftFV 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 _c|aRRW v}w=I}<x III轴 U-+%e:v
1.作用在齿轮上的力 }ti+tM* FH1=FH2=4494/2=2247N DxX333vC Fv1=Fv2=1685/2=842.5N 1%W|>M` 2.初步确定轴的最小直径 dfkmIO%9X 3.轴的结构设计 W
'54g$T 1) 轴上零件的装配方案 LZC)vF5 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 !B36+W+ I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII )'\pa2 直径 60 70 75 87 79 70 X2ShxD| 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 }*0OLUFFJ 49Sq)jd< 5.求轴上的载荷 e>"/Uii Mm=316767N.mm Nc4e,>$]& T=925200N.mm -26GOS_8z 6. 弯扭校合 6OeRBD& 滚动轴承的选择及计算 "b6ZAgxv I轴: f#9DU}2m 1.求两轴承受到的径向载荷 N[G<&f9 5、 轴承30206的校核 N"d*pi#h 1) 径向力 r+X%0@K 2) 派生力 ]F&<{\:_} 3) 轴向力 6.fahg?E 由于 , \A-w,]9^V 所以轴向力为 , P<@Yux# 4) 当量载荷 \W73W_P&g 由于 , , G[U'-a}I 所以 , , , 。 y~jKytq^@ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 3\Y}{(O | 5) 轴承寿命的校核 NG!~<Kx II轴: |BysSJ 6、 轴承30307的校核 G[V?#7. 1) 径向力 FBfyW-
7 2) 派生力 -#XNZy!// , lW F=bz0 3) 轴向力 lqC
a%V 由于 , <{\UE~ 所以轴向力为 , y@!kp*0 4) 当量载荷 XWo=?(iA 由于 , , eit>4xMu 所以 , , , 。 8e_ITqV% 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 a8fLj 5) 轴承寿命的校核 8'+XR`g:ax III轴: mUi|vq)`=D 7、 轴承32214的校核 IyE9G:fY 1) 径向力 w+vYD2a 2) 派生力
G
$u:1& 3) 轴向力 -B\`O*Q 由于 , m9^?p 所以轴向力为 , Zxw>|eKI>D 4) 当量载荷 /wIev1Z!Y 由于 , , Q}!U4!{i|p 所以 , , , 。 38P_wf~\ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 ?k4O)?28 5) 轴承寿命的校核 @:DS/#! 键连接的选择及校核计算 |L{<=NNs:D E&k{ubcT 代号 直径 [ @>8Qhw (mm) 工作长度 cTRQI3Oa> (mm) 工作高度 ;FYiXK% (mm) 转矩 ]2Aqqy (N•m) 极限应力 o{\@7'G (MPa) p\e*eV1dxx 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 v~73 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 ?Mp)F2' 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 Fs:l"5~>1 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 ]3#_BL)M8p 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 6.tppAO+ 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 Nzc1)t= 连轴器的选择 wxPg*R+t 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 2l+O|R 二、高速轴用联轴器的设计计算 k}-%NkQ
9O 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , kl[bDb1p 计算转矩为 j#%*@]>Tg 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) n15c1=gs 其主要参数如下: (CYVSO 材料HT200 NWB/N* 公称转矩 Y VTY{>Q 轴孔直径 , r2QC$V:0 轴孔长 , "z^Ysvw&~ 装配尺寸 VIbm%b$~ 半联轴器厚 =1n>vUW+J ([1]P163表17-3)(GB4323-84 eU7RO 三、第二个联轴器的设计计算 u7`<m.\ 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , ?"AcK"v 计算转矩为 Hkx FDU-K 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) yB}y' 5 其主要参数如下:
3uRnbO- 材料HT200 nngL,-v#F 公称转矩 @N.W#<IG 轴孔直径 )@Xdr0 轴孔长 , n*D)RiW 装配尺寸 T4Z("
半联轴器厚 Fg4eIE-/M ([1]P163表17-3)(GB4323-84 /H^bDUC :r 减速器附件的选择 f%*-PW^* 通气器 OR&+`P"-\ 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 z[qM2 油面指示器 Cgw# c% 选用游标尺M16 ~"EkX 起吊装置 1;L!g*!E 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 *GuCv3| 放油螺塞 ?vf{v 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 @c$mc 润滑与密封 zGZe|- 一、齿轮的润滑 J+?xfg 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。 |#5JI#,vX 二、滚动轴承的润滑 oB9Fas!N 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 Jc9SHCJ 三、润滑油的选择 7F?^gMi 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。 +}4vdi" 四、密封方法的选取 -lSm:O@' 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。 w/G5I )G 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。 aDza"Ln 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 >&?wo{b 设计小结 :Np&G4IM> 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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