| 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 d#\W hRE 设计任务书……………………………………………………1 /9_#U#vhY 传动方案的拟定及说明………………………………………4 \r;F2C0*i 电动机的选择…………………………………………………4 }bMWTT 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 e{C6by"j{S 传动件的设计计算……………………………………………5 dJl^ADX[@ 轴的设计计算…………………………………………………8 [5Y<7DS 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 ^~l $&~ 键联接的选择及校核计算……………………………………16 O
>FO> 连轴器的选择…………………………………………………16 kCA5|u 减速器附件的选择……………………………………………17 )ooWQ-%P 润滑与密封……………………………………………………18 -t4
[oB 设计小结………………………………………………………18 7lU.Nit 参考资料目录…………………………………………………18 q#vlBL 机械设计课程设计任务书 SRCOs1(EK9 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 / Z!i;@Wf 一. 总体布置简图 GBbh ar},g 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$3>~D 二. 工作情况: 4;*f1_;f~ 载荷平稳、单向旋转 A*'V+( 三. 原始数据 (F8AL6 鼓轮的扭矩T(N•m):850 xK;e\^v 鼓轮的直径D(mm):350 NHkL24ve 运输带速度V(m/s):0.7 XnXb&@Y 带速允许偏差(%):5 ut5yf$% 使用年限(年):5
}B ff,q 工作制度(班/日):2 Z;b+>2oL 四. 设计内容 <LA^%2jT 1. 电动机的选择与运动参数计算; "s]y!BLk 2. 斜齿轮传动设计计算 jTSOnF}C~+ 3. 轴的设计 <y>:B}9' 4. 滚动轴承的选择 .wc
= ] 5. 键和连轴器的选择与校核; "l,UOv c 6. 装配图、零件图的绘制 @ls.&BHUP 7. 设计计算说明书的编写 J_ J+cRwq 五. 设计任务 &U&%ka<* 1. 减速器总装配图一张 cwynd=^nC 2. 齿轮、轴零件图各一张 R]QpMj%o 3. 设计说明书一份 9Nt3Z>d 六. 设计进度 CBHc A'L 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 _e'Y3:
2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 E
_iO@ 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 <k]qH-v4 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 TnE+[.Qu 传动方案的拟定及说明 nGrVw& 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。 /#t&~E_| 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。 #@Y/{[s|@ 电动机的选择 Sz0+<F#5 1.电动机类型和结构的选择 wUp)JI 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。 _;e\:7<m 2.电动机容量的选择 ,7,;twKz 1) 工作机所需功率Pw T[.[
g/` Pw=3.4kW HDS"F.l5 2) 电动机的输出功率 o&-L0]i| Pd=Pw/η dZ2`{@AYY η= =0.904 G6O/(8 Pd=3.76kW #":a6%0Q 3.电动机转速的选择 [Ox(. nd=(i1’•i2’…in’)nw K.DXJ UR 初选为同步转速为1000r/min的电动机 77We;a 4.电动机型号的确定 "mZ.V 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 GLh]G( 计算传动装置的运动和动力参数 |E|6=%^ 传动装置的总传动比及其分配 (pYYkR" 1.计算总传动比 A=`*r* 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: 7BFN|S_l i=nm/nw WE.Tuo5L nw=38.4 p4mY0Y]mP i=25.14 f a5]a 2.合理分配各级传动比
BGqa-d 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 y\[r(4h 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 NWKi
()nA% 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 (9GbG" 各轴转速、输入功率、输入转矩 5py R~+ 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 @"8R3BN 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 N@1p]\ 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 ,sDr9h/'C3 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 s4,(26y 传动比 1 1 5 5 1 ;CmOsA,1 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 s~$zWx@v )H+kB<n 传动件设计计算 gq 4 . d 1. 选精度等级、材料及齿数 - ]Y wl 1) 材料及热处理; 7~vqf3ON4J 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 kwar}:` 2) 精度等级选用7级精度; *K)0UKBr 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; 1xTTJyoq 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° %#k,6;m 2.按齿面接触强度设计 zM59UQU; 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 J}@GKNm 按式(10—21)试算,即 v2J0u:#, dt≥ RvW.@#EH0 1) 确定公式内的各计算数值 LK+felL (1) 试选Kt=1.6 detL jlE (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 4<}A]BQVkJ (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 ~ hm`uP (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 ?}sOG?{ (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa p\S8oHWe (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; 0Hcbkep9D (7) 由式10-13计算应力循环次数 e1P7
.n} N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 93D
\R N2=N1/5=6.64×107 Qp!J:YV (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 A,c'g}: (9) 计算接触疲劳许用应力 I,j3bC 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 3w'W~ [σH]1==0.95×600MPa=570MPa ~zyQ(' [σH]2==0.98×550MPa=539MPa #F4X} [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa e2Jp'93o' 2) 计算 btQet. (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t kF-TG3 d1t≥ = =67.85 hTTfJDF (2) 计算圆周速度 uaxB -PZ v= = =0.68m/s ^saM$e^c: (3) 计算齿宽b及模数mnt CG9ba| b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm J@`
8(\( mnt= = =3.39 *V|zx#RN h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm BXA]9eK
b/h=67.85/7.63=8.89 1+^n!$ (4) 计算纵向重合度εβ Jpx'W εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 W5/};K\. (5) 计算载荷系数K U;gp)=JNT 已知载荷平稳,所以取KA=1 qGa<@ b 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, -eL'KO5' 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 QUp?i
由表10—13查得KFβ=1.36 D rTM$) 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 k1iLnza% K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 {^wdJZ~QLK (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 h,]+ >`b d1= = mm=73.6mm T} 8CfG_j (7) 计算模数mn g7Z9F[d mn = mm=3.74 q?iCc c 3.按齿根弯曲强度设计 oD,C<[(p 由式(10—17 mn≥ kY!C_kFcn 1) 确定计算参数 Tc_do"uU (1) 计算载荷系数 sVoR?peQ K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 %EoH4LzT (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 s##Ay{ (}0S1)7t (3) 计算当量齿数 w \DspF z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 ,'_(DJX z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 :gaETr (4) 查取齿型系数 dXO=ZU/N 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 @g\;` #l (5) 查取应力校正系数 p1^0{ILx 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 gvo?([j-m (6) 计算[σF] ai^t=
s σF1=500Mpa LE|<O σF2=380MPa :rL?1" KFN1=0.95 yjd(UWE KFN2=0.98 %^!aB [σF1]=339.29Mpa ^S=cNSpC [σF2]=266MPa M8_ R (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 +"Ub/[J{G1 = =0.0126 `WlH*p)z9 = =0.01468 1M/$<
kQ-N 大齿轮的数值大。 -3 ]|[ 2) 设计计算 @T/q d>T o mn≥ =2.4 HTN$ >QTI mn=2.5 tj0Qr-/ 4.几何尺寸计算 P'F~\**5 1) 计算中心距 J% AG` z1 =32.9,取z1=33 a7=YG6[ z2=165 yU!GS- a =255.07mm 7vq
DZg a圆整后取255mm p}BGw:= 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 6lZGcRO β=arcos =13 55’50” _'lmCj8L 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 m:"+J d1 =85.00mm 9.]kOs_ d2 =425mm KcnjF^k 4) 计算齿轮宽度 22'vm~2E b=φdd1 r},lu=em b=85mm + "zYn!0 B1=90mm,B2=85mm nUqL\(UuY 5) 结构设计 F~'sT}A* 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。 N5ci};? 轴的设计计算 FSe5k5 拟定输入轴齿轮为右旋 ( mt*y]p? II轴: EO"6Dq( 1.初步确定轴的最小直径 4`6< { d≥ = =34.2mm Fq4lXlSB 2.求作用在齿轮上的受力 _1\poAy Ft1= =899N k|5k8CRX Fr1=Ft =337N S!<"Swf: Fa1=Fttanβ=223N; PMY~^S4O Ft2=4494N IE}Sdeqi) Fr2=1685N
.=CH!{j Fa2=1115N p $XnOh 3.轴的结构设计 DEcGFRgN~ 1) 拟定轴上零件的装配方案 S,VyUe4P4 i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 |lY`9-M`I ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 w?i)/q iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 E;$$+rA iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 _V&x`ks v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 d#4 Wj0x vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 mfz"M)1p1 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ^t7_3%%w 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 ;)P5#S!n- 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。 @H6%G>K, 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 ,,7.=# 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 Eh:yRJ_8 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 88#N~j~P 6. VI-VIII长度为44mm。 Z|}H^0~7S 4. 求轴上的载荷 i"<ZVw 66 207.5 63.5 {x|MA(NO Fr1=1418.5N k}#@8n|b Fr2=603.5N ^SgN(-QH 查得轴承30307的Y值为1.6 y1nP F&_ Fd1=443N i"vDRrDe Fd2=189N x!>d
6lgej 因为两个齿轮旋向都是左旋。 ZrA
Um 故:Fa1=638N 2nJYS2mT7 Fa2=189N ?S8$5gA 5.精确校核轴的疲劳强度 oH=4m~'V 1) 判断危险截面 ? 1GJa]G 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 y _6r/z^ 2) 截面IV右侧的 9Il'E6
J ,Io0ZE>`V 截面上的转切应力为 |I(%7K 由于轴选用40cr,调质处理,所以 aE}=^%D ([2]P355表15-1) w{~" ;[@ a) 综合系数的计算 ?l(nM+[kSL 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , w8O hJv ([2]P38附表3-2经直线插入) `..EQBM 轴的材料敏感系数为 , , . c#90RP ([2]P37附图3-1) d4Ixuux<3 故有效应力集中系数为 S io1Q0 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , y)0gJP
L^ ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) .x]'eq} 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , ixg\[5.Q+ ([2]P40附图3-4) HhzkMJR8 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 6V+V
zDo b) 碳钢系数的确定 y(V&z"wk[ 碳钢的特性系数取为 , `Yg7,{A\J c) 安全系数的计算 MK< 轴的疲劳安全系数为 /@6E3lhS 故轴的选用安全。 t$tsWAmiA[ I轴: p!C_:Z5i 1.作用在齿轮上的力 SlR7h$r' FH1=FH2=337/2=168.5 b!0'Qidh0 Fv1=Fv2=889/2=444.5 XC
:;Rq'j 2.初步确定轴的最小直径 cPV5^9\T 7sCR!0 3.轴的结构设计 Cm9 9?K 1) 确定轴上零件的装配方案 <yis 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ?.]o_L_K 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。 nZ" {y 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。 xV"6d{+ 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。 zuK/(qZ 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。 d&O'r[S 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。 tq2-.]Y@U i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 M-{b j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 Z83q- 2) 各段长度的确定 ?ykVf O' 各段长度的确定从左到右分述如下: `i"$*4#< a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 38Bnf b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 <\B],M1=s= c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 x8\E~6`, d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 Y:DNu9 e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 Z&AHM &,yj f) 该段由联轴器孔长决定为42mm 45]Ym{] 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 n$XMsl.> W=62748N.mm Bl>_&A) T=39400N.mm nXx6L!H J# 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 >xhd[ sURUQ H III轴 QCZ,K"y 1.作用在齿轮上的力 Zm"!E6`69 FH1=FH2=4494/2=2247N <B|n<R<? Fv1=Fv2=1685/2=842.5N :DS2zA 2.初步确定轴的最小直径 [Q2S3szbt6 3.轴的结构设计 <Tj"GVZAEO 1) 轴上零件的装配方案 oO! 1 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 S3%.-)ib I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII pko!{,c 直径 60 70 75 87 79 70 F{a0X0ru~ 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 jhjW*F<u =:t@;y 5.求轴上的载荷 gb!@OZ c Mm=316767N.mm ^.pE`l%1} T=925200N.mm /K2.V@T 6. 弯扭校合 D=5t=4^H( 滚动轴承的选择及计算 ,kGw;8X I轴: rf1wS*uU+ 1.求两轴承受到的径向载荷 ZuF4N=; 5、 轴承30206的校核 Thht_3_C,f 1) 径向力 ,H#qgnp 2) 派生力 r|
6S 3) 轴向力 7?n*t 由于 , `? 9]' 所以轴向力为 , "w:\@Jwu( 4) 当量载荷 {2'74 由于 , ,
s+y'<88 所以 , , , 。 ^C,/T2> 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 fl5UY$a2- 5) 轴承寿命的校核 jm#F*F vL II轴: d[P>jl%7 6、 轴承30307的校核 wB1-|=K1 1) 径向力 g%fJyk' 2) 派生力 Cn6n4, 0 , 5'{qEZs^QU 3) 轴向力
"df13U" 由于 , !~w6"%2+7 所以轴向力为 , Xn
ZX *Y]" 4) 当量载荷 }v'PY/d. 由于 , , #(26t _a 所以 , , , 。 rlUdAa3 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 !S >|Qh 5) 轴承寿命的校核 + hyWo]nW0 III轴: vP87{J*DE1 7、 轴承32214的校核 mvL0F%\.\ 1) 径向力 VFO&)E/- 2) 派生力 Z)6nu) 3) 轴向力 [#P`_hx 由于 , jr#g>7yM 所以轴向力为 , #<WyId( 4) 当量载荷 ^NnU gj 由于 , , Ls$g-k%c@Q 所以 , , , 。 ]\os`At 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 e8P!/x-y 5) 轴承寿命的校核 hI>rtaY_ 键连接的选择及校核计算 :UJUh/U nX.s h 代号 直径 4MF}FS2) (mm) 工作长度 ^b `>/> (mm) 工作高度 VT.{[Kl (mm) 转矩 eB/hyC1 (N•m) 极限应力 ,d [b"]Zy (MPa) $vbAcWj 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 (h@yA8>n 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 +VpE-X=T 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 W1vAK 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 Z564K7IV 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 6t mNfI34 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 '__3[D 连轴器的选择 B 1ZHV^ 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 8yo6v3JqC 二、高速轴用联轴器的设计计算 f{ 4G 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , "/K&qj 计算转矩为 <}Wy;!L 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) @tv];t 其主要参数如下: M_.,c Vk 材料HT200 DneSzqO"o 公称转矩 O]%m{afM 轴孔直径 , luz%FY: 轴孔长 , uI-76 装配尺寸 ^qN1~v=hS 半联轴器厚 7Ae,|k ([1]P163表17-3)(GB4323-84 uA/.4 b 三、第二个联轴器的设计计算 I#hg(7|", 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , 0*:hm%g 计算转矩为 'hi\98y 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) at(p,+ % 其主要参数如下: c'Tu,- 材料HT200 \gzwsT2& 公称转矩 <pl2
dxy 轴孔直径 w3bH|VnU8; 轴孔长 , <%#y^_ 装配尺寸 |e[0Qo@ 半联轴器厚 *=0r>] ([1]P163表17-3)(GB4323-84
2:5gMt 减速器附件的选择 ,t&-`U]AX 通气器 %FI6\|`M 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 8OtUY}R 油面指示器 '%RK KA 选用游标尺M16 gsR9M%mv 起吊装置 &eS70hq 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 bq&S?! =s 放油螺塞 0V,MDX}#_ 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 }nY^T&?` 润滑与密封 |mE+f]7$ 一、齿轮的润滑 @[kM1:G-F{ 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。 ]j$p _s> 二、滚动轴承的润滑 dQ|Ht[s= 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 MMr7,?,$ 三、润滑油的选择 HN~4-6[q 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。 ec[[OIO 四、密封方法的选取 iEgM~ 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。 R}6la.mQ 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。 vrnj}f[h 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 m'"VuH?^ 设计小结 ow$l!8 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。
|
|