| 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 "D"9G 设计任务书……………………………………………………1 NO<myN+N 传动方案的拟定及说明………………………………………4 `*slQ}i 电动机的选择…………………………………………………4 .-r
1.'.A 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 Op|Be 传动件的设计计算……………………………………………5 [-%oO 轴的设计计算…………………………………………………8 4Qw!YI#40$ 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 H 95VU" 键联接的选择及校核计算……………………………………16 6"wY;E 连轴器的选择…………………………………………………16 7(oxmv}#Q 减速器附件的选择……………………………………………17 Lt*H|9 润滑与密封……………………………………………………18 -AbA6_j 设计小结………………………………………………………18 P}PSS#nn 参考资料目录…………………………………………………18 &38Fj'l 机械设计课程设计任务书 A*$vk2VWw 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 IXH;QwR: 一. 总体布置简图 >
4^U=T# 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 B}3s=+L@8 二. 工作情况: UqAvFCy 载荷平稳、单向旋转 n"Ev25% 三. 原始数据 k'{lo_ 鼓轮的扭矩T(N•m):850 m{1By/U 鼓轮的直径D(mm):350 ]s u\[?l 运输带速度V(m/s):0.7 ve>8vw2 带速允许偏差(%):5 #de]b 使用年限(年):5 `=.{i}V 工作制度(班/日):2 &r_:n t 四. 设计内容 X`22Hf4ct 1. 电动机的选择与运动参数计算; h rZ\ O?j 2. 斜齿轮传动设计计算 s*VZLKO 3. 轴的设计 `W-:@?PmQx 4. 滚动轴承的选择 ld3,)ZY 5. 键和连轴器的选择与校核; FNZnz7 6. 装配图、零件图的绘制 `T mIrc 7. 设计计算说明书的编写 f[X>?{q 五. 设计任务 u2DsjaL 1. 减速器总装配图一张 ?1[go+56X 2. 齿轮、轴零件图各一张 L5>>gG, 3. 设计说明书一份 T$+}Srb 六. 设计进度 "=Ziy4V 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 {yJ{DU?%Y 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 I5-/KVWb 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 3fGy 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 SQEXC*08 传动方案的拟定及说明 l
lQ<x 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 wi&m(f(~ 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 -
@ 电动机的选择 r^]0LJ 1.电动机类型和结构的选择 lD{9o2 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 k1]?d7g$w 2.电动机容量的选择 B^KC~W 1) 工作机所需功率Pw k6dSj>F> Pw=3.4kW D L$P 2) 电动机的输出功率 Qz
$ 1_vO Pd=Pw/η f}@]dF r η= =0.904 >0f5Mjug Pd=3.76kW Haturg 3.电动机转速的选择 Ble <n6 nd=(i1’•i2’…in’)nw vuD tEz
初选为同步转速为1000r/min的电动机 4u"O/rt
4.电动机型号的确定 yy%J{; 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 (0Y6tcV]R 计算传动装置的运动和动力参数 i8dv|oa 传动装置的总传动比及其分配 Q~`]0R159e 1.计算总传动比 }B"kJNxV 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:
^d!-IL_ i=nm/nw 6W~F
nJI nw=38.4 MF=@PE][ i=25.14 TG'A'wXxy 2.合理分配各级传动比 8pPAEf 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 u dH7Q&" 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 cA_v*`YL 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 3{
`fT5]U 各轴转速、输入功率、输入转矩 uYJ6"j 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 {X8F4 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 >\MV/!W 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 \<V{6#Q= 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 IspY%UMl 传动比 1 1 5 5 1 $S6AqUk$ 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 =:5yRP 1!,lI?j, 传动件设计计算
_ 57m] ;& 1. 选精度等级、材料及齿数 I2D<~xP~2+ 1) 材料及热处理; #Mi>f4T; 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。 FJ~Dg3F1 2) 精度等级选用7级精度; 5q"
;R$+j 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; ?. CA9!| 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° $T~|@XH 2.按齿面接触强度设计 CkIICx 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 sexnO^s 按式(10—21)试算,即 mM>{^%2Q: dt≥ % &{>oEQ 1) 确定公式内的各计算数值 WCU[]A (1) 试选Kt=1.6 C S+6!F] (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 .~C*7_ (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 q1Ah!9B (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 G^oBu^bq~ (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa %Wn/)#T| (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; 4RJ8 2yq- (7) 由式10-13计算应力循环次数 8%2*RKj N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 <?QY\wyikz N2=N1/5=6.64×107 |fq1Mn8 (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 fq_ 6xs (9) 计算接触疲劳许用应力 s+^YGB 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 hG; NJx-=R [σH]1==0.95×600MPa=570MPa }kGJ)zh [σH]2==0.98×550MPa=539MPa EzwYqw [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa Z=4Krfn 2) 计算 3,W2CN} (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t Nmns3D d1t≥ = =67.85 YtE V8w_$ (2) 计算圆周速度 ,~%Qu~\ v= = =0.68m/s rB)m{) (3) 计算齿宽b及模数mnt @UE0.R< b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm .}%$l.#a mnt= = =3.39 -Z)$].~|t h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm d8/lEmv[ b/h=67.85/7.63=8.89 Ond"Eq=r (4) 计算纵向重合度εβ H>a3\M εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 +u:8#!X$RD (5) 计算载荷系数K >J|I 已知载荷平稳,所以取KA=1 uXyNj2(d. 根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同, x]J{EA{+ 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 kfM}j 由表10—13查得KFβ=1.36 \^w=T* 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 !nC Z, K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 &}wKC:LSP (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 p;U[cGHC d1= = mm=73.6mm ^s_E |~U (7) 计算模数mn C<eeAWP3v mn = mm=3.74 0q>f x 3.按齿根弯曲强度设计 k-Le)8+b 由式(10—17 mn≥ s=u0M;A0Q 1) 确定计算参数 ^7vhize (1) 计算载荷系数 #c./<<P5} K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 -;_NdL@ (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 WQ|d;[E ko>SnE|w# (3) 计算当量齿数 jrvhTej z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 &l-g3l[ z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 l92#F* (4) 查取齿型系数 w1h07_u;v 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 &B/cy<;y, (5) 查取应力校正系数 *(& J^ 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 f@Hp,- (6) 计算[σF] 6WzE'0Nyr σF1=500Mpa --dGN.*xb4 σF2=380MPa EAqTXB@XU KFN1=0.95
QSmE:Y KFN2=0.98 vx5;}[Bhm [σF1]=339.29Mpa kS8srT
/H [σF2]=266MPa GL.&
g{$#+ (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 %]nLCoQh = =0.0126 Cx}
Yp- = =0.01468 U]@t\T3W 大齿轮的数值大。 )jn|+M 2) 设计计算 l)Q,*i mn≥ =2.4 NV^ktln mn=2.5 cs8bRXjHa 4.几何尺寸计算 t9zPJQlT} 1) 计算中心距 1e _V@Vy z1 =32.9,取z1=33 eN,s#/ip] z2=165 ?k<wI)JR a =255.07mm f]0kG a圆整后取255mm eWhv X9
< 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 T=A7f6` β=arcos =13 55’50” :nd
}e 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 `Btdp:j8i d1 =85.00mm :2
n5;fp d2 =425mm R5H
UgI 4) 计算齿轮宽度 KQNSYI7a b=φdd1 YL;ZZ2A b=85mm }^pnwo9vV B1=90mm,B2=85mm ;KbnaUAS8 5) 结构设计 fFqK.^Tn 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。 k&n7_[]n 轴的设计计算 k(3s^B 拟定输入轴齿轮为右旋 bsR^H5O@ II轴: 'B8fc-n 1.初步确定轴的最小直径 /ZvNgaH5M d≥ = =34.2mm Z@RAdwjR`p 2.求作用在齿轮上的受力 M#=woj&[ Ft1= =899N Bb}JyT
Fr1=Ft =337N aEy_H-6f Fa1=Fttanβ=223N; /?9e{,\s Ft2=4494N |*Z'WUv Fr2=1685N X:j&+d2g0/ Fa2=1115N RIC'JLWQ 3.轴的结构设计 Yu9Ccj` 1) 拟定轴上零件的装配方案 F<Z"W}I+6 i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 n'ZlIh ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 U:J~Oy_Z iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 +7sdQCO(Co iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 Q^Y>T&Q v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 )d>"K`3 vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 A:cc @ku 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ,Uc\
Ajx 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 4T Gg`$e; 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 4Qz 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 wAVO%8u 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 tqmM7$}}P 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 !#f4t]FM`B 6. VI-VIII长度为44mm。 DJr 8<u 4. 求轴上的载荷 qV/"30,K 66 207.5 63.5 AZI%KM[ Fr1=1418.5N ~.VWrHC Fr2=603.5N =uKK{\+|Y 查得轴承30307的Y值为1.6 nC_<pq^tr Fd1=443N SXwgn > Fd2=189N KynQ<I/ 因为两个齿轮旋向都是左旋。 :>F:G%(DK 故:Fa1=638N R)nhgp(~ Fa2=189N f2uog$Hk 5.精确校核轴的疲劳强度 F2z^7n.S 1) 判断危险截面 (x>5 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 G\*`EM4 2) 截面IV右侧的 U11rj,7 X.j#?? 截面上的转切应力为 v?K
XTc%Z 由于轴选用40cr,调质处理,所以 ([2]P355表15-1) I]~xs0$4# a) 综合系数的计算 O<L/m[] 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , `axNeqM ([2]P38附表3-2经直线插入) N95"dNZE 轴的材料敏感系数为 , , rZKv:x}{6 ([2]P37附图3-1) I@pnZ-5 故有效应力集中系数为 7M3q|7? 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , t{F6+d p ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) 1YAy\F~`. 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , tE(x8>5A: ([2]P40附图3-4) q>]v~ 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 y{!`4CxF b) 碳钢系数的确定 wW6?.}2zU 碳钢的特性系数取为 , *>$'aQ c) 安全系数的计算 i:qc2#O:J 轴的疲劳安全系数为 i*.Z~$ 故轴的选用安全。 K*7*`6iU I轴: V=3NIw18 1.作用在齿轮上的力 s^L\hr FH1=FH2=337/2=168.5 03$Ay_2 Fv1=Fv2=889/2=444.5 oJ{)0;<~L 2.初步确定轴的最小直径 D 67H56[ _q3SR[k+` 3.轴的结构设计 >+#TsX{ 1) 确定轴上零件的装配方案 wUh'1D<(r 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 0t/ S_Q d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 d Aym) e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 `S;pn+5 f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 o"7,CQye g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 :bLGDEC h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 1V FAfv%} i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 cM C1|3 j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 @B7; 2) 各段长度的确定 JeWW~y`e?{ 各段长度的确定从左到右分述如下: <ywxz1 i a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 n)$ q*IN" b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 AGLzA+6M 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。 WVJN6YNd V 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。 z#D@mn5\a 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。 c6BaC@2 f) 该段由联轴器孔长决定为42mm P1T LH2) 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 Gx'mVC"{ W=62748N.mm p1J%= T=39400N.mm khjW9Aa8t 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 D2>=^WP6+ i+21t G$ III轴 F'pD_d9]e 1.作用在齿轮上的力 +qzsC/y FH1=FH2=4494/2=2247N N@tzYD|hA Fv1=Fv2=1685/2=842.5N u^!-Z)W 2.初步确定轴的最小直径 /x0zZ+}V 3.轴的结构设计 1G{$ B^
f 1) 轴上零件的装配方案 TQID-I 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 s49AF I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII AHn^^'&x[ 直径 60 70 75 87 79 70 `4\ H'p 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 mR8&9]g& h %MPppCEa 5.求轴上的载荷 9.vHnMcq Mm=316767N.mm -qid. T=925200N.mm |{t}ULc 6. 弯扭校合 ZuBVq 滚动轴承的选择及计算 CFRo>G I轴: (8=Zr0He 1.求两轴承受到的径向载荷 1xT^ ,e6 5、 轴承30206的校核 KZ/}Iy>As 1) 径向力 )7c^@I;7 2) 派生力 QVzLf+R~ 3) 轴向力 Bz/NFNi[p 由于 , G78rpp 所以轴向力为 , ;I5HMc_a" 4) 当量载荷 b*?="%eE( 由于 , , U{i9h6b"18 所以 , , , 。 ;v8,r#4 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 "}Ya. 5) 轴承寿命的校核 LR-op?W II轴: mQo]k 6、 轴承30307的校核 |}'}TYX0: 1) 径向力 * k=Pk 2) 派生力 )9L1WOGi , +de.!oY 3) 轴向力 VpTp*[8O 由于 , ^[^uDE
< 所以轴向力为 , Bv3?WW 4) 当量载荷 s&8QRI. 由于 , , *K-,<hJ#L 所以 , , , 。 4v E,nx= 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 )1H]a'j 5) 轴承寿命的校核 (W*yF2r III轴: O6k[1C 7、 轴承32214的校核 i aP+Vab 1) 径向力 "QGP]F 2) 派生力 #l8CUg~Uj 3) 轴向力 vP88%I; 由于 , QJGRi 所以轴向力为 , NoDq4>
4) 当量载荷 KWN0$*4 由于 , , }ndH|, 所以 , , , 。 :^J(%zy 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 jf .ikxm 5) 轴承寿命的校核 j0:F E 键连接的选择及校核计算 #Cbn"iYee OO53U=NU 代号 直径 qX-Jpi P (mm) 工作长度 >/$Q:92T (mm) 工作高度 ]'2p"A0U (mm) 转矩 IxgnZX4N (N•m) 极限应力 F
N(&3Ull (MPa) UI>-5,X 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 stoBjDS 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 %Ljc#AVg 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 SQa.xLU 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 tty6 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 _xUiHX< 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。 }_5z(7}3 连轴器的选择 /EKfL\3 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 ]<W1edr 二、高速轴用联轴器的设计计算 \!z=x#!O$ 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 , V,|9$A; 计算转矩为 j!m~ :D 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) K& 2p<\2 其主要参数如下: ^x:4%%Q]l 材料HT200 P,D >gxl 公称转矩 $T]1<3\G 轴孔直径 , <fs2; 轴孔长 , J>X aQfzwU 装配尺寸 LF*3Iw|v 半联轴器厚 cGOE $nL ([1]P163表17-3)(GB4323-84 R/<
/g= 三、第二个联轴器的设计计算 +S0A`rL 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , OkA-=M)RI: 计算转矩为 My_fm?n 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) Mr/^V,rA 其主要参数如下: 9c#9KCmc 材料HT200 /=[M 公称转矩 D1#E&4 轴孔直径 v`x~O+ 轴孔长 , ][wS}~): 装配尺寸 v+G}n\F 半联轴器厚 .B#Lt,m ([1]P163表17-3)(GB4323-84 owYfrf3ZLX 减速器附件的选择 k_O"bsI) 通气器 ,FS iE\ 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 ;$[o7Qm5r 油面指示器 7b@EvW6X} 选用游标尺M16 gtjgC0 起吊装置 f&^Ea-c 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 &~||<0m 放油螺塞 Er{[83
选用外六角油塞及垫片M16×1.5 T7cT4PAW 润滑与密封 Ra~n:$tg2 一、齿轮的润滑 B>a`mFM 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。 K%Q^2"Eb0 二、滚动轴承的润滑
LFGu|]( 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 !v`q%JW( 三、润滑油的选择 CAcnH 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。 2Ni{wg" 四、密封方法的选取 ] ^ 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。 8 _`Lx_R 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。 rhNdXYY> 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 +".&A#wU 设计小结 Ie4*#N_ 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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