| 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 =]fOQN` 设计任务书……………………………………………………1 : Tcvj5 传动方案的拟定及说明………………………………………4 9;7|MPbR 电动机的选择…………………………………………………4 Z mc" 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 HO_!/4hrU 传动件的设计计算……………………………………………5 G' '9eV$ 轴的设计计算…………………………………………………8 Ie]k/qw+ Y 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 O))YJh"'_ 键联接的选择及校核计算……………………………………16 nw-%!}Ot" 连轴器的选择…………………………………………………16 at+Nd K 减速器附件的选择……………………………………………17 HcQ)XJPK 润滑与密封……………………………………………………18 LC,6hpmh 设计小结………………………………………………………18 dK Qu 参考资料目录…………………………………………………18 yvWM]A 机械设计课程设计任务书 ()Q#@?c~ 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 nB;[;dCz 一. 总体布置简图 $@HW|Y 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 P84=.*> 二. 工作情况: nX_w F`n" 载荷平稳、单向旋转 YuUJgt .1 三. 原始数据 &n'@L9v81 鼓轮的扭矩T(N•m):850 K!,9qH 鼓轮的直径D(mm):350 5gSe=|we*p 运输带速度V(m/s):0.7 @u@,Edh 带速允许偏差(%):5 j#jwK(:] 使用年限(年):5 ,MjlA{0 工作制度(班/日):2 %i) 0sET 四. 设计内容 ;4QE.&s` 1. 电动机的选择与运动参数计算; 0|DyYu 2. 斜齿轮传动设计计算 jf.WmiDC 3. 轴的设计 ^;sE)L6 4. 滚动轴承的选择 H0f] Swh0a 5. 键和连轴器的选择与校核; . {vMn0c 6. 装配图、零件图的绘制 q 2P_37 7. 设计计算说明书的编写 S6<#] 6Z 五. 设计任务 7_R[=t 1. 减速器总装配图一张 zZW5M^z8 2. 齿轮、轴零件图各一张 "%YVAaN 3. 设计说明书一份 ceuEsQ} 六. 设计进度 u2S8DuJ 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 *nK4XgD 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 UX'q64F! 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 9PUobV_^Wo 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 i#aKW' 传动方案的拟定及说明 4F"%X&$ 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。 #^}s1
4n 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。 YwS/O N 电动机的选择 2Ab`i!# 1.电动机类型和结构的选择 o:B?hr'\ 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。 >`l^
C 2.电动机容量的选择 'ka}x~EF 1) 工作机所需功率Pw 'jXJ!GFw Pw=3.4kW <iBn-EG l> 2) 电动机的输出功率 |l-O e Pd=Pw/η D~FIv η= =0.904 /BN=Kl] Pd=3.76kW Y4+]5;B8 3.电动机转速的选择 2tg 07 nd=(i1’•i2’…in’)nw B@@tKn_CQ 初选为同步转速为1000r/min的电动机 Xf{9rZ+ 4.电动机型号的确定 _kc}: 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 xSqr=^ 计算传动装置的运动和动力参数 9 I:3 传动装置的总传动比及其分配 }lXor~_i 1.计算总传动比 H&
$M/` 由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为: H|$
*HQm i=nm/nw hE
E1i nw=38.4 Cd]g+R}j i=25.14 A)gSOC{3F) 2.合理分配各级传动比 }(!rB#bf 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 Kf6D)B 26 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 gi>W&6 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 (! 8y~n1 各轴转速、输入功率、输入转矩 P @J)S ? 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮
}ikN 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 s)?GscPG! 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 OnU-FX< 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 ;n.h !wmJ} 传动比 1 1 5 5 1 F2MC) 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 WFzM s >5E1y! 传动件设计计算 >4q6 1. 选精度等级、材料及齿数 E#3tkFF0Z[ 1) 材料及热处理; Q3Z?Z;2aR 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。 yeMe2Zx 2) 精度等级选用7级精度; c^cr_i 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; Vc6
>i|"-O 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° fq4uiFi< 2.按齿面接触强度设计 I5Ty@J# 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 H!6+x*P0 按式(10—21)试算,即 4cqf= dt≥ O)DAYBv^ 1) 确定公式内的各计算数值 y>:U&P^ (1) 试选Kt=1.6 7=NKbv] (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 >|`1aCg, (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 L0I|V[ (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 .S1MxZhbP (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa 1M6^Brx (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; ]jPP]Z:y (7) 由式10-13计算应力循环次数 WJ)4rQ$o N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 9~$E+m( N2=N1/5=6.64×107 Q^=0p0 (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 Kv:Rvo (9) 计算接触疲劳许用应力 *wsZ aQ 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 u.G aMl4 ( [σH]1==0.95×600MPa=570MPa Q1{9>NI [σH]2==0.98×550MPa=539MPa =}@1Z~
[σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa DUH DFG 2) 计算 oX*;iS X (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t uix/O*^ d1t≥ = =67.85 {-MjsBR (2) 计算圆周速度 \YFM5l;IU v= = =0.68m/s LE)$_i8gX (3) 计算齿宽b及模数mnt C@[U:\ b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm +S+=lu _ mnt= = =3.39
H:9G/Nev h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm 34[TM 3L]. b/h=67.85/7.63=8.89 y"ss<`Cn (4) 计算纵向重合度εβ ?Z4%u8Krvz εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 #_`qbIOAj (5) 计算载荷系数K *0eV9!y 已知载荷平稳,所以取KA=1 WRA(k 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, |:Maa6(W 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 $TS97'$ 由表10—13查得KFβ=1.36 kj.9\ 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 KF5r?|8M K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 m2YsE
j7 (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 '\+"3!$ d1= = mm=73.6mm
>@ xe-0z (7) 计算模数mn !*HJBZ]q mn = mm=3.74 r b\t0tg 3.按齿根弯曲强度设计 |Ldvfd 由式(10—17 mn≥ <2]D3,.g. 1) 确定计算参数 1Sza%D;3 (1) 计算载荷系数 g]c6_DMfb1 K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 .Pte}pM"v (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$(%?,yf2 i7v=o# (3) 计算当量齿数 'ey62-^r6 z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 O9o ]4; z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 ](8F]J , (4) 查取齿型系数 W}2!~ep! 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 b62B|0i (5) 查取应力校正系数 Q4/BpKL 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 5~T+d1md (6) 计算[σF] $~/cxLcT σF1=500Mpa w)RedJnf σF2=380MPa ;UUgqX# KFN1=0.95 HRjbGc|[ KFN2=0.98 A+frKoi [σF1]=339.29Mpa HB$?}V [σF2]=266MPa l?rLadvc (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 Rm79mh9 = =0.0126 vdQ#CG$/ = =0.01468 >SLmlK 大齿轮的数值大。 QtXiUx^ k< 2) 设计计算 &Td)2Wt mn≥ =2.4 J7-
vB",U mn=2.5 )8eb(!}7 4.几何尺寸计算 HwZl"!;Mry 1) 计算中心距 W[qy4\.B z1 =32.9,取z1=33 r}^1dO z2=165 b SgbvnJ a =255.07mm k~K;r8D/ a圆整后取255mm Ovj^
7r:<s 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 TXXG0 G β=arcos =13 55’50” s :BW}PM 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 mvc ;.+ d1 =85.00mm ?daxb d2 =425mm {:VK}w 4) 计算齿轮宽度 <?}pCX/O b=φdd1 C& XPn;f b=85mm ceD6q~) B1=90mm,B2=85mm 2
'D,1F 5) 结构设计 %eW7AO> 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。 Fw{#4 轴的设计计算 vM!2?8bEFd 拟定输入轴齿轮为右旋 _u u&? <h II轴: mCk_c 1.初步确定轴的最小直径 |e+3d3T35 d≥ = =34.2mm
U#K4)(C 2.求作用在齿轮上的受力 <H-kR\HF Ft1= =899N z~tdLtcX Fr1=Ft =337N 5@
td0 Fa1=Fttanβ=223N; ebNRZJ?C, Ft2=4494N <nG}]Smd7 Fr2=1685N o<Mccj Fa2=1115N $'_Q@ZBq 3.轴的结构设计 lo'#dpt< 1) 拟定轴上零件的装配方案 UBM#~~sM i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 3D!7,@&>3 ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 3)LS#= iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 vE8'B^h1 iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 , %8)I(" v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 yufw}Lo- vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 7-n HPDp' 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 bp}97ZQ 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 t?)]xS) 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 #3LZX! 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 P]y{3y:XxM 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 ?E
V^H-rr 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 {jQLr7' 6. VI-VIII长度为44mm。 jPZ+~:m+ 4. 求轴上的载荷 2)\MxvfOh 66 207.5 63.5 z"\w9 @W Fr1=1418.5N
Rx"+i0 Fr2=603.5N 5
-|7I7(G$ 查得轴承30307的Y值为1.6 ht L1aQ. Fd1=443N `8O Bw Fd2=189N N%Y!{k5T7 因为两个齿轮旋向都是左旋。 iHf):J?8
y 故:Fa1=638N ^W%F?#ELN2 Fa2=189N J%xUO1 5.精确校核轴的疲劳强度 ar,v/l>d4N 1) 判断危险截面 _z%~m2SP 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 O;V^Fk( 2) 截面IV右侧的 R[m{"2|,Lc cC/32SmY4 截面上的转切应力为 dMsS OP0E 由于轴选用40cr,调质处理,所以 \?Z7| ([2]P355表15-1)
dZf1iFCP a) 综合系数的计算 +cYDz#3% 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , 2ib,33 Z ([2]P38附表3-2经直线插入) WHOy\j},V 轴的材料敏感系数为 , , P*K"0[\n ([2]P37附图3-1) *,:2O&P 故有效应力集中系数为 5[B)U">] 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , OvwoU=u ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) !O`j 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , -EFdP] XO ([2]P40附图3-4) Hf1b&8&:K 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 n/*" 2 b) 碳钢系数的确定 SDS P4W5 碳钢的特性系数取为 , GhcH"D%- c) 安全系数的计算 TJW8 l[M 轴的疲劳安全系数为 [:(O`# 故轴的选用安全。 eFf9T@ I轴: U&Atgv 1.作用在齿轮上的力 "+qZv( FH1=FH2=337/2=168.5 R1Q,m Fv1=Fv2=889/2=444.5 G,P
k3>I' 2.初步确定轴的最小直径 6|n3Q$p vRW;{,d 3.轴的结构设计 {g1R?W\LZ 1) 确定轴上零件的装配方案 L>WxAeyu1K 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 "%dENK d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 ;g+fY6 e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 tBZ?UAe; f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 =HIKn6C< g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 ;*FY+jM h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 IN#/~[W i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 5&L*'kV@ j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 d!Y%7LmSE@ 2) 各段长度的确定 {|<r7K1< 各段长度的确定从左到右分述如下: IQ~Anp^R a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 )>Z@')Uk: b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 Er$&}9G+- 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。 uX{g4#eG 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。 ngd4PN>{4 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。 fMW=ss^fu- f) 该段由联轴器孔长决定为42mm '
Gx\ 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 R\5fl[ W=62748N.mm QFhyidm=] T=39400N.mm mKV31wvK} 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 Td7Q%7p: N~`r;E III轴 F/tRyq`D 1.作用在齿轮上的力 Sa.nUj{M= FH1=FH2=4494/2=2247N Zg4wd/y? Fv1=Fv2=1685/2=842.5N gwg~4:W 2.初步确定轴的最小直径 .9g :-hv 3.轴的结构设计 .Q@]+&`|}i 1) 轴上零件的装配方案 &pz`gna 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 <.BY=z=H I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII \ E5kpm 直径 60 70 75 87 79 70 6wq%4RI0 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 vKdS1Dn1 i^ILo,Q 5.求轴上的载荷 Vz!{nL0Q( Mm=316767N.mm "OkZ
[E) T=925200N.mm |@R/JGB^ 6. 弯扭校合 Dq!YB[Z$: 滚动轴承的选择及计算 z1tCSt}7f I轴: @ZV>Cl@%2 1.求两轴承受到的径向载荷 +mKII>{ 5、 轴承30206的校核 m)6-D-&7 1) 径向力 }I`o%GL 2) 派生力 AtAu$"ue 3) 轴向力 e(DuJ- 由于 , /9P7;1? 所以轴向力为 , 7Ot&]M 4) 当量载荷 ?h#F& y 由于 , , t I9p2! 所以 , , , 。 #q&Nd2y 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 Z%3)w. 5) 轴承寿命的校核 ,~l4-x., II轴: bsI?=lO 6、 轴承30307的校核 -I#<?=0B 1) 径向力 C^U>{jf ! 2) 派生力 =PjdL32 , K3rsew
n 3) 轴向力 z! k 由于 , qCm%};yt 所以轴向力为 , =3;!
5P 4) 当量载荷 ~1,$ 由于 , , "zFTPL" 所以 , , , 。 oVfRp.a 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 t`V U< 5) 轴承寿命的校核 Di$++T8" III轴: 4Xv."L 7、 轴承32214的校核 4!'4 l=jO 1) 径向力 ukD:4sv 2) 派生力 0? KvR``Aj 3) 轴向力 [>QzT"= 由于 , .^rsVNG 所以轴向力为 , }Q,BI*}* 4) 当量载荷 9Z3Y, `R, 由于 , , MP
Q?Q]' 所以 , , , 。 k)9
pkPl 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 8 }Maj 5) 轴承寿命的校核 }~<9*M-P 键连接的选择及校核计算 Y#U0g|UDn GN|xd+O_ 代号 直径 }.<]A (mm) 工作长度 dFnu&u" (mm) 工作高度 ;,B $lgF (mm) 转矩 vFgnbWxG (N•m) 极限应力 dJ{'b'# (MPa) U
owbk: 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 DwXSlsN3v 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 Rd1I$| Y 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 hBW,J$B 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 Bjb8#n04 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 M8FC-zFs 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 @Y&(1Wl 连轴器的选择 9 NC'iFQ# 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 vH?3UW 二、高速轴用联轴器的设计计算 c 9zMI 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , @ c%h fI 计算转矩为 iN+&7#x;/ 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) ~_4$|WKl 其主要参数如下: ~NwX,-ri 材料HT200 >t $^U 公称转矩 r@H7J 5<Y- 轴孔直径 , 59a7%w 轴孔长 , T`Qg+Q$ 装配尺寸 4Mjcx.21 半联轴器厚 E
uk[ @1 ([1]P163表17-3)(GB4323-84 >xm:?W R
三、第二个联轴器的设计计算 )^Md ^\? 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 , 1Qo2Z;h@ 计算转矩为 C;eM:v0A[ 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84)
tt]ZGn* 其主要参数如下: 1\if XJ 材料HT200 kQ
$.g< 公称转矩 ?\T):o;/ 轴孔直径 w 8oIq* 轴孔长 , ;rJ/Diz!g 装配尺寸 +Zi@+|"BCN 半联轴器厚 '0E^th#u-0 ([1]P163表17-3)(GB4323-84 PQ`~qM:3st 减速器附件的选择 mM;p 7
sJ 通气器 D7(kkr:r 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 p#fV|2'
油面指示器 ; Uf]-uS 选用游标尺M16 ]tDuCZA 起吊装置 a2`|6M; 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 d"hW45L 放油螺塞 !&8HA 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 Oxhc!9F 润滑与密封 P[bj{lo 一、齿轮的润滑 /?g:`NT 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。 *we*IhIP 二、滚动轴承的润滑 h(wu5G0C#u 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 f<aJiVP 三、润滑油的选择 &KZr`"cT# 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。 xHY#" 四、密封方法的选取 d%='W|i\p& 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。 %N
}0,a0 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。 2W 9N-t21 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 9Jhc5G 设计小结 1'>wrGr 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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