| 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 #2XX [d% 设计任务书……………………………………………………1 [X"F}ph 传动方案的拟定及说明………………………………………4 lhN2xg5x 电动机的选择…………………………………………………4 )C@O7m*.4 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 \9Z1'W 传动件的设计计算……………………………………………5 gE_i#=bw 轴的设计计算…………………………………………………8 =.sg$VX 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 mw[T[ 键联接的选择及校核计算……………………………………16 +kMVl_`V 连轴器的选择…………………………………………………16 H;eGBVi 减速器附件的选择……………………………………………17 O/|,rAE 润滑与密封……………………………………………………18 Zs$Qo->F 设计小结………………………………………………………18 sb]{05: 参考资料目录…………………………………………………18 $CXMeY{tOo 机械设计课程设计任务书 qt.G_fOz 题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 \$iU#Z 一. 总体布置简图 %YH+=b:uW 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 MPtn$@ 二. 工作情况: ['*{f(AI 载荷平稳、单向旋转 +bGj(T%+' 三. 原始数据 d,c8ks( 鼓轮的扭矩T(N•m):850 24}?GO 鼓轮的直径D(mm):350 kzK4i!} 运输带速度V(m/s):0.7 |\Zs oA 带速允许偏差(%):5 _N-.=86* 使用年限(年):5 -Tzp;o 工作制度(班/日):2 Ji#"PE/Pt 四. 设计内容 l$1z%|I 1. 电动机的选择与运动参数计算; (D?%(f 2. 斜齿轮传动设计计算 )}G?^rDH( 3. 轴的设计 n )n>|w_ 4. 滚动轴承的选择 ek^=Z` 5. 键和连轴器的选择与校核; 5q.d$K | 6. 装配图、零件图的绘制 &7}\mnhB 7. 设计计算说明书的编写 0G`F Xj}L 五. 设计任务 8@}R_GZc 1. 减速器总装配图一张 kvdiDo 2. 齿轮、轴零件图各一张 IQ5H`o?[B
3. 设计说明书一份 D)]U+Qk 六. 设计进度 u(Y! _ 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 }%&hxhR^t3 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 Y/3CB 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 &sbKN[x M 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 >I~$h, 传动方案的拟定及说明 tU5Z?QS 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 'T
'&OA 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 h6yXW!8 电动机的选择 ]d}h`!: 1.电动机类型和结构的选择 #dvH0LX? 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 7lC ); 2.电动机容量的选择 d~G, * 1) 工作机所需功率Pw L7gZ4Hu=` Pw=3.4kW !zu YO3: 2) 电动机的输出功率 015
;'V#we Pd=Pw/η )@IDmz> η= =0.904 xbN)z Pd=3.76kW sULCYiT|Hn 3.电动机转速的选择 MR) *Xh nd=(i1’•i2’…in’)nw FnoE\2}9 初选为同步转速为1000r/min的电动机 sQ)D.9\~ 4.电动机型号的确定 B"07:sO 由表20-1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW,满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求 n]15 ~GO. 计算传动装置的运动和动力参数 'aWrjfDy: 传动装置的总传动比及其分配 up# R9
d| 1.计算总传动比 <l:c O$ 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: k3pY3TA@w+ i=nm/nw Wk0"U
V nw=38.4 JQo"<<[ i=25.14 Gr&)5hm$ 2.合理分配各级传动比 GG9YAu 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 n^a&@?(+ 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 8)NQt$lWp 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 K;,_P5J% 各轴转速、输入功率、输入转矩 &n}eF- 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 4
8}\ 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 $X>$)U'p&- 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 zZhAH('fG 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 Ib~n}SA 传动比 1 1 5 5 1 )jS9p~FS
效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 LU=<?"N6 aJ4y%Gy? 传动件设计计算 D~(f7~c% 1. 选精度等级、材料及齿数 J&B>"s, 1) 材料及热处理; 0LjF$3GpZ 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。 +K@wh 2) 精度等级选用7级精度; 2b[R^O} 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; 8Hdm(> 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° }.L\O]~{ 2.按齿面接触强度设计 "%mu~&Ga 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 ; qQ* p 按式(10—21)试算,即 VbwB<nQl dt≥ Fm| h3.`V 1) 确定公式内的各计算数值 eB]R<a60 (1) 试选Kt=1.6 T>!Y-e.q (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 "1-gMob (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 +s`HTf (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 vi4lmkyh^ (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa A#&,S4Wi| (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; S260h,(, (7) 由式10-13计算应力循环次数 `veq/! N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 si!jB%^ N2=N1/5=6.64×107 f3p)Q<H>`( (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 2i4&*&A (9) 计算接触疲劳许用应力 jQV.U~25Q 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 ~8j4IO( [σH]1==0.95×600MPa=570MPa =!~6RwwwY [σH]2==0.98×550MPa=539MPa ~+HZQv3Y [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa ) ]y^RrD 2) 计算 d:_3V rRZ (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t k*U(ln d1t≥ = =67.85 gdx2&~ (2) 计算圆周速度 a%IJ8t+mn v= = =0.68m/s C<T)'^7z (3) 计算齿宽b及模数mnt T1([P!g* b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm ##+f/Fxym mnt= = =3.39 $Y\-X<gRH h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm ,WA[HwY- b/h=67.85/7.63=8.89 4)DI0b" (4) 计算纵向重合度εβ v5/2-<6x εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 -!ARVf * (5) 计算载荷系数K JDI1l_Ga 已知载荷平稳,所以取KA=1 [8Yoz1(smA 根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同,
g%.;ZlK 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 0C,2gcq 由表10—13查得KFβ=1.36 0&W*U{0F\ 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 *=KX0%3 K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 `El)uTnuZ[ (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 F.DRGi.i d1= = mm=73.6mm E[nJ'h<h (7) 计算模数mn v!~ ;QO mn = mm=3.74 5>nbA8 3.按齿根弯曲强度设计 mT3'kUZ}] 由式(10—17 mn≥ Z2t
r?] 1) 确定计算参数 >X$I:M<L (1) 计算载荷系数 xV}ybRKV K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 7/UdE:~]*= (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 6%^9`|3 h%0FKi^ (3) 计算当量齿数 #A@d;U% z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 zg[.Pws:E z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 ]rY3bG'& (4) 查取齿型系数 g(b:^_Nep 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 SR<*yO (5) 查取应力校正系数 tnn,lWu| 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 _-mJI+^/ (6) 计算[σF] N+V_[qr# σF1=500Mpa s7(I σF2=380MPa $YPQi. KFN1=0.95 /5s,<
0Kz KFN2=0.98 "+BNas^rF [σF1]=339.29Mpa D$vP&7pOr4 [σF2]=266MPa yJMHm8OB7 (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 l`'
lqnhv = =0.0126 W4ygJL7 6 = =0.01468 UomO^P 大齿轮的数值大。 gT=RJB 2) 设计计算
L>PPAI mn≥ =2.4 uA1DTr?z mn=2.5 3v:c".O2O 4.几何尺寸计算 4pw:O^v 1) 计算中心距 .15^c+j z1 =32.9,取z1=33 a+_F^ z2=165 G#(+p|n a =255.07mm -AX[vTB a圆整后取255mm oKlO cws} 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 eN?:3cP#l β=arcos =13 55’50” <M,A:u\qSQ 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 ;<~lzfs
d1 =85.00mm 8ba*:sb d2 =425mm !arTR.b\ 4) 计算齿轮宽度 ;=ci7IT' b=φdd1 !P"=57d}"l b=85mm +P//p$pE B1=90mm,B2=85mm &qP@WFl 5) 结构设计 *K}j>A 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 \@eC^D2 轴的设计计算 ;^cc-bLvF 拟定输入轴齿轮为右旋 P: 3%#d~q II轴: Z"u|-RoBV 1.初步确定轴的最小直径 yS2[V,vS7 d≥ = =34.2mm w*3DIVlxL 2.求作用在齿轮上的受力 1qgzb Ft1= =899N Dn9AOi! Fr1=Ft =337N }ippi6b:r Fa1=Fttanβ=223N; 0s%rd>3 Ft2=4494N fmv8)$W#U Fr2=1685N U(t_uc5q Fa2=1115N OlJkyL8| 3.轴的结构设计 -1P*4H2a 1) 拟定轴上零件的装配方案 5uJ{#Zd i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 1X45~ ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 cYafQyU iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 iO?Sf8yJ: iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 kl90w v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 faJ>,^V# vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 _);;@T 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 9}TQu0 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 lbg^ 2|o~~ 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。 iOO1\9{@ 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 Nsd7?|@HI 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 C6neZng 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 #!n"),3 6. VI-VIII长度为44mm。 +#/`4EnI 4. 求轴上的载荷 XM"{" 66 207.5 63.5 ZGHh!Ds; Fr1=1418.5N =yZiBJ Fr2=603.5N #P''+$5, 查得轴承30307的Y值为1.6 \XUG-\$p Fd1=443N :.k)! Fd2=189N |,G=k,?_p 因为两个齿轮旋向都是左旋。 YV 5kzq 故:Fa1=638N Wxxnc#;lv Fa2=189N 8UANB]@Y} 5.精确校核轴的疲劳强度 &d8z`amP 1) 判断危险截面 @}^eyS$|! 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 2\:z
2) 截面IV右侧的 pSLv1d"9{ !83N.
gN 截面上的转切应力为 I}@m6D|\ 由于轴选用40cr,调质处理,所以 3?"JFfYU,' ([2]P355表15-1) >cEB,@~ a) 综合系数的计算 \>>^eZ 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , mh4`,N ([2]P38附表3-2经直线插入) o5 fXe}pl@ 轴的材料敏感系数为 , , J:c]z9&! ([2]P37附图3-1) &>Ko}?w 故有效应力集中系数为 -'sn0_q/e 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , H3?HQ>&O7 ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) PI~W6a7p 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , pNHO;N[& ([2]P40附图3-4) 6,C,LT2^( 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 $)5-}NJf' b) 碳钢系数的确定 y.LJ5K$&a 碳钢的特性系数取为 , ,3zF_y(*Y c) 安全系数的计算 \*_@`1m 轴的疲劳安全系数为 #0+`dI_5/ 故轴的选用安全。 zP|y3`.52 I轴: t!g9,xG<X 1.作用在齿轮上的力 x*9CK8o= FH1=FH2=337/2=168.5 Ifc}=:nr Fv1=Fv2=889/2=444.5 Y\qiYra 2.初步确定轴的最小直径 x 7;Zwd QqC4g] 3.轴的结构设计 ~[mAv#d&i 1) 确定轴上零件的装配方案 {\?zqIM 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 \rw/d5. 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。 #0hX'8];( 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。 B~/LAD_ 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。 sc2nLyn$ 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。 WG{mg/\2(C 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。 q]\bJV^/U i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 =!G3YZ j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 Ef1R?< 2) 各段长度的确定 fDn| o" 各段长度的确定从左到右分述如下: ?Q`Sx 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。 \qrSJ=}t b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 )m-l&UK 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。 J#0oL_xY# 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。 86^xq#+Uw 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。 Rv)!p~V8 f) 该段由联轴器孔长决定为42mm l#FW#`f 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 [3s p W=62748N.mm Vs1j9P|G T=39400N.mm <&?gpRK 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 wXc"Car) #nE%.k|R~ III轴 2 NgEzY5 1.作用在齿轮上的力 T41&;?- FH1=FH2=4494/2=2247N I$Q%iZ{ Fv1=Fv2=1685/2=842.5N ZwLD7j*) 2.初步确定轴的最小直径 (O
N
\-* 3.轴的结构设计 0,T'z, 1) 轴上零件的装配方案 pr|P#mc"J 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ZD9UE3- I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII D&{7Av 直径 60 70 75 87 79 70 -}lcMZY 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 AQ!FJ(X( %"Y7 b2pPa 5.求轴上的载荷 ob Mm=316767N.mm |\
1?CYx T=925200N.mm o|7]8K= 6. 弯扭校合 |5wuYG 滚动轴承的选择及计算 fq){?hk~O I轴: jb' hqz 1.求两轴承受到的径向载荷 ?"p:6%GFz 5、 轴承30206的校核 Phsdn`, 1) 径向力 7-M$c7S 2) 派生力 g8yWFqE!T 3) 轴向力 <}RU37,W 由于 , $X%GzrN 所以轴向力为 , l-yQ3/: 4) 当量载荷 !8"516!d|p 由于 , , s D]W/ 所以 , , , 。 *f~X wy" 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 H!Y`?Rc 5) 轴承寿命的校核 _C v({m&N II轴: ,w|f*L$ 6、 轴承30307的校核 29K09 0f 1) 径向力 krTH<- P 2) 派生力 MOJ-q3H^W , ui4H(A'} 3) 轴向力 0@rrY 由于 , fW Vd[zuD4 所以轴向力为 , A2z%zMlZc 4) 当量载荷 `zHtfox! 由于 , , +]Oq{v:e 所以 , , , 。 H&65X 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 29g("(}TK 5) 轴承寿命的校核 qoBm!|q III轴: <lM]c 7、 轴承32214的校核 3LZ0EYVL 1) 径向力 fbSl$jn. 2) 派生力 U S+PI` 3) 轴向力 rUkiwqr~E 由于 , x`^~|Q 所以轴向力为 , *-bR~ 4) 当量载荷 cpB$b C]( 由于 , , or/Y"\-! 所以 , , , 。 /sENoQR 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 M_V\mYC8I 5) 轴承寿命的校核 ^;B
vd! 键连接的选择及校核计算 }io9Hk>| w
.l2 代号 直径 ]*pALT6 (mm) 工作长度
PA"xb3@I (mm) 工作高度 GLA,,i'i9 (mm) 转矩 Tn[DF9;? (N•m) 极限应力 "])X0z yM (MPa) Z>Nr"7k 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 4E:HO\ 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 pYJv|`+ 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 8^ ;[c 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 3|RfX 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 :{C#<g` 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。 |_aE~_ 连轴器的选择 St/Hv[H'[E 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 o[^% 0uVF 二、高速轴用联轴器的设计计算 XU.ZYYZ= 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 , .x$+7$G 计算转矩为 3A]Y=gfa 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) qt+vmi+~ 其主要参数如下: J%EbJ5p<QF 材料HT200 gOa'o< 公称转矩 M)6_Tal 轴孔直径 , W,YzD&f=uS 轴孔长 , Z~$=V:EA? 装配尺寸 zl46E~"]x 半联轴器厚 [g/Hf(& ([1]P163表17-3)(GB4323-84 DqrS5!C 三、第二个联轴器的设计计算 NFPW#-TF 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , O'U0Y8HN 计算转矩为 L~Epd.,Dt 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) r#rQ3&Vn 其主要参数如下: Y1txI 材料HT200 "$PbpY 公称转矩 /<s'@!W 轴孔直径 }u5;YNmXxF 轴孔长 , ^-P lTmT 装配尺寸 wH~Q4)#=o 半联轴器厚
T5,/;e ([1]P163表17-3)(GB4323-84 'Wl))lB 减速器附件的选择 ( }5k"9Z 通气器 Ua\g*Cxh 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 / O6n[qj| 油面指示器 25*/]iu 选用游标尺M16 GIsXv 2 起吊装置 U/Z!c\r 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 5 |{0|mP 放油螺塞 =El.uBz{ 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 :gVz}/C.@ 润滑与密封 Z<K[ 一、齿轮的润滑 ,g@U*06 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。 vLJ<_&6 二、滚动轴承的润滑 ]3xnq< 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 8 wQV^G 三、润滑油的选择 o\1"ux;b 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。 aePhtQF 四、密封方法的选取 uu1-` !% 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。 Y(78qs1w 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。 $}2m%$vJO 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 AF ZHS\ 设计小结 .RH}/D 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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