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 +yiU@K).0 设计任务书……………………………………………………1 IF^[^^v+H 传动方案的拟定及说明………………………………………4 "C& J wm? 电动机的选择…………………………………………………4 .2/,XwIr 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 ?|)rv 传动件的设计计算……………………………………………5 4"z;CGE7 轴的设计计算…………………………………………………8 =}"R5 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 mUiOD$rO 键联接的选择及校核计算……………………………………16 V3 qT<}y| 连轴器的选择…………………………………………………16 a\>+=mua 减速器附件的选择……………………………………………17 t+jIHo 润滑与密封……………………………………………………18 XS3{R 设计小结………………………………………………………18 +fkP+RVY 参考资料目录…………………………………………………18 _J` |<}?t; 机械设计课程设计任务书 +fPNen4E 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 y>%W;r) 一. 总体布置简图 TdNsyr}JG 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 ~.FnpMDY 二. 工作情况: rAL1TU(vm 载荷平稳、单向旋转 &Q<EfB 三. 原始数据 sK#H4y+< 鼓轮的扭矩T(N•m):850 zv`zsqDJ 鼓轮的直径D(mm):350 FzA{UO 运输带速度V(m/s):0.7 FF8WTuzB+ 带速允许偏差(%):5 %;'~%\|dZM 使用年限(年):5 " S ?Km 工作制度(班/日):2 cgzy0$8dj\ 四. 设计内容 B*32D8t`u 1. 电动机的选择与运动参数计算; 2V
4`s' 2. 斜齿轮传动设计计算 >'ie!VW@ 3. 轴的设计 <xXiJU+ 4. 滚动轴承的选择 ,zc"udpKF 5. 键和连轴器的选择与校核; fmtuFr^a1 6. 装配图、零件图的绘制 >\Z lZ 7. 设计计算说明书的编写 G,+xT}@wu 五. 设计任务 -6(h@F%E 1. 减速器总装配图一张 bb*c+XN0 2. 齿轮、轴零件图各一张 ?`za-+<r< 3. 设计说明书一份 sV]i/B 六. 设计进度 :O5Tr03z 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 [5x+aW%ql 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 Tw?Pp8' 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 lkI8{ 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 B8`R(vu; 传动方案的拟定及说明 e6Wl7&@6 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 Ar\IZ_Q 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 \x3^ 电动机的选择 n iXHK$@5 1.电动机类型和结构的选择 6(\q< fx 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。 c& 9+/JYMo 2.电动机容量的选择 "(9=h@@Y" 1) 工作机所需功率Pw hz&^_G6` Pw=3.4kW S~]8K8"sT 2) 电动机的输出功率 /%2:+w Pd=Pw/η ;4+qPWwq8W η= =0.904 b>GqNf! Pd=3.76kW cP/F|uG5 3.电动机转速的选择 x0}<n99qE nd=(i1’•i2’…in’)nw N:m@D][/sW 初选为同步转速为1000r/min的电动机 u40b?
n.
4.电动机型号的确定 k#{lt-a/ 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 fx8y`8}_ 计算传动装置的运动和动力参数 $}^Rsv( 传动装置的总传动比及其分配 J"m%q\' 1.计算总传动比 V2WUM+`uT 由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为: uJ2C+$=Ul i=nm/nw | 7t=\ nw=38.4 wFKuSd i=25.14 jM|YW*zNZ 2.合理分配各级传动比 Gnuo-8lb 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 U'f$YVc 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 d;@E~~o?B] 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 EZgxSQaPH 各轴转速、输入功率、输入转矩 eLe,= 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 r"HbrQn 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 3G:NZ) p 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 EhmUX@k], 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 ogkz(wZ 传动比 1 1 5 5 1 6KBzlj0T+ 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 .:#_5K s[vPH8qb 传动件设计计算 3Vb=6-| 1. 选精度等级、材料及齿数 mmpr]cT@'k 1) 材料及热处理; =:ya;k& 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 J?|K#<% 2) 精度等级选用7级精度; wfU&{7yt 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; 2l\D~ y 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° \E ? iw.} 2.按齿面接触强度设计 @8 oDy$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 [~Z'xY
y 按式(10—21)试算,即 KV)Hywl` dt≥ O9Jx%tolF% 1) 确定公式内的各计算数值 -Ib+#pX (1) 试选Kt=1.6 $9
&Q.Kpq> (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 G{&yzHAuae (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 c:`` Y: (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 5;sQ@ (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa Cnc\sMDJ\B (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; /I`bh (7) 由式10-13计算应力循环次数 !?us[f=g% N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 {{4p{ N2=N1/5=6.64×107 .5#tB*H (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 Jfixm=.6 (9) 计算接触疲劳许用应力 t^bdi}[ 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 @FnI?Rx [σH]1==0.95×600MPa=570MPa :DJ7d [σH]2==0.98×550MPa=539MPa ="'P=Xh!8 [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa yjM@/b 2) 计算 G2[IO $ (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t *]E7}bqb d1t≥ = =67.85 s&QBFyKtJ (2) 计算圆周速度 #?b^B~ # v= = =0.68m/s 8KL_PwRX_f (3) 计算齿宽b及模数mnt ;ow~vO,x b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm j~,LoGuPh mnt= = =3.39 8#d1}Y h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm bsk=9K2_2t b/h=67.85/7.63=8.89 0:B^ (4) 计算纵向重合度εβ 9Qs"X7iH εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 vACsppa># (5) 计算载荷系数K P9tQS"Rs 已知载荷平稳,所以取KA=1 u8k{N 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, ah!O&ECh 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 *|gs-<[#X 由表10—13查得KFβ=1.36 ,Q /nS$ 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 /Vm}+"BCS K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 &8_#hne_ (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/b$d1p d1= = mm=73.6mm l
SVW}t (7) 计算模数mn BtNW5'^ mn = mm=3.74 1J{z}yPHc 3.按齿根弯曲强度设计 F#}1{$)%
/ 由式(10—17 mn≥ t+4Y3*WeGF 1) 确定计算参数 +^&v5[$R (1) 计算载荷系数 U3j~}H.D1 K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 c]>&6-;rf (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 ;iC'{S ID)gq_k[8, (3) 计算当量齿数 :kiO z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 ~ Dp:j*H z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 4{pemqS* (4) 查取齿型系数 dj'8x48H2W 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 `2(R}zUHN (5) 查取应力校正系数 WO(&<(? 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 noUZ9M|hz (6) 计算[σF] K%TKQ<R| σF1=500Mpa [ls ?IFg σF2=380MPa @<TfA>*VJ KFN1=0.95 4wj| KFN2=0.98 (8-lDoW [σF1]=339.29Mpa =@jMx^A" [σF2]=266MPa ~~:8Yv[( (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 C8W`Oly:] = =0.0126 |Q)w3\S$ = =0.01468 ,nChwEn 大齿轮的数值大。 On.x~t 2) 设计计算 =Wy`X0h mn≥ =2.4 o(>-:l i0 mn=2.5 V&+$Vq 4.几何尺寸计算 Oc/_T> 1) 计算中心距 C94UF7al z1 =32.9,取z1=33 ;7n*PBUJJ z2=165 dbUZGn~ a =255.07mm &P{p\ v2Y a圆整后取255mm F%+rOT<5 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 6L> "m0 β=arcos =13 55’50” eW*ae;-
3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 ;{q) |GRF d1 =85.00mm b}L,kT d2 =425mm =O'%)Y& 4) 计算齿轮宽度 rWfurB5f b=φdd1 'kg]|"M b=85mm :9
iOuu B1=90mm,B2=85mm cYwC,\uF 5) 结构设计 j% USu+& 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 >.wd) 轴的设计计算 I.0P7eA- 拟定输入轴齿轮为右旋 W]}V<S$ II轴: a={qA4N 1.初步确定轴的最小直径 ^}7t: d≥ = =34.2mm ApJf4D<V 2.求作用在齿轮上的受力 V\`=" Ft1= =899N d<'Yt|zt Fr1=Ft =337N *n_4Rr Fa1=Fttanβ=223N; 8U:dgXz Ft2=4494N $z,DcO.vz Fr2=1685N 27 TZ+? Fa2=1115N +M]8_kE=+l 3.轴的结构设计 TIhzMW\/K 1) 拟定轴上零件的装配方案 z slEUTj) i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 jsaCnm>& ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 ZpctsCz] iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 *#^1rKGWK iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 !K~$-jlT v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 EEZ2Gu6c vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 "3 oU
(RA 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 6Oba}`)q9 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 khIa9Nm 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。 NP'DuzC 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 OwIy(ukTI 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 _";pk _ 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 9x{prCr 6. VI-VIII长度为44mm。 +*{5ORq= 4. 求轴上的载荷 GFa/9Bi 66 207.5 63.5 swq!Sp Fr1=1418.5N
G5f57F Fr2=603.5N 'R'a/ZR`B7 查得轴承30307的Y值为1.6 gbf=H8] Fd1=443N =?Md&%j Fd2=189N 3(*s|V" 因为两个齿轮旋向都是左旋。 K/+C6Y? 故:Fa1=638N rK) Fa2=189N ld?.o/ 5.精确校核轴的疲劳强度 ~WXxVm*@ 1) 判断危险截面 Ht^2)~e~: 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 j$oZIV7 2) 截面IV右侧的 ~'.yhPog u`@FA?+E1 截面上的转切应力为 X
hX'*{3k 由于轴选用40cr,调质处理,所以 dKTAc":-} ([2]P355表15-1) 9,eR=M]+: a) 综合系数的计算 \U>Kn_7m 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , ea>\.D-S ([2]P38附表3-2经直线插入) m9cT}x&j 轴的材料敏感系数为 , , |bnjC $b * ([2]P37附图3-1) QXj(Urp 故有效应力集中系数为 i4rF~'h@ 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , NP*0WT_gB ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) E2kRt'~N 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , ,x.)L=Cx8 ([2]P40附图3-4) mJR
T+SZ 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 JHH&@Cn b) 碳钢系数的确定 gSYX @'Q! 碳钢的特性系数取为 , @2*6+w_Ae c) 安全系数的计算 MXV4bgltT 轴的疲劳安全系数为 fEv36xb2S 故轴的选用安全。 XO~^*[K I轴: *7ro [ 1.作用在齿轮上的力 kk+8NwM1 FH1=FH2=337/2=168.5 ZhaOH5{9 Fv1=Fv2=889/2=444.5 S\!E;p 2.初步确定轴的最小直径 c (8J hAyPaS # 3.轴的结构设计 <t37DnCgI 1) 确定轴上零件的装配方案 }h6z&:qA[? 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 0Jh:6F d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 {hR2NUm e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 k"{U}Y/} f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 mDfWR g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 kq0m^` h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 :%MWbnVSC, i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 b.;}Hq> j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 qG]PUc>j 2) 各段长度的确定 _I4sy=tYXK 各段长度的确定从左到右分述如下: V1A3l{>L a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 P,_E 4y b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 ]#n4A|&H c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 L9oZ7 o d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 u`|fmVI e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。
j]&{ @Y f) 该段由联轴器孔长决定为42mm Zh^w)}(W 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 OhEL9"\< W=62748N.mm o7zfD94I T=39400N.mm
?~IZ{! 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 PM7/fv*, CV "Y40 III轴 Z-(HDn 1.作用在齿轮上的力 >,3
3Jx FH1=FH2=4494/2=2247N yk{al SF Fv1=Fv2=1685/2=842.5N j83
V$
Le 2.初步确定轴的最小直径 1[^d8!U 3.轴的结构设计 GNOC5 E$I 1) 轴上零件的装配方案 N<99K! 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 o:<3n,T I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII h[T3WE 直径 60 70 75 87 79 70 {AUEVt 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 H
#_Z6J hgGcUpJy? 5.求轴上的载荷 Xk'.t| Mm=316767N.mm =C|^C T=925200N.mm $ 1U%E 6. 弯扭校合 Kq$1lPI 滚动轴承的选择及计算 6! 'Xo:p I轴: W6Pg:Il7 1.求两轴承受到的径向载荷 kZQ;\QL1} 5、 轴承30206的校核 <lR8MqjM_ 1) 径向力 ny=iAZM>q 2) 派生力
sa* -B 3) 轴向力 G>x0}c 由于 , #Gx@\BE{ 所以轴向力为 , 9"S3A EI 4) 当量载荷 fp0Va!T(V 由于 , , pG&.Ye]j 所以 , , , 。 ,dBI=D' 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 1zRO==b 5) 轴承寿命的校核 rNc>1}DDS II轴: DxHeZQ"LL 6、 轴承30307的校核 zlE kP @) 1) 径向力 7(H/|2;-d8 2) 派生力 \m&:J>^ , xh0!H|
R 3) 轴向力 xXZN<<f59 由于 , -|mABHjx* 所以轴向力为 , EX_&wep@1 4) 当量载荷 ;q Z2V 由于 , , Dg`W{oj 所以 , , , 。 dkjL;1 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 vs~*=d27Pf 5) 轴承寿命的校核 2 O%UT?R III轴: wr`eBPu 7、 轴承32214的校核 N*fN&0r 1) 径向力 I$$!YMm.N 2) 派生力 O);V{1P 3) 轴向力 \T0`GpE 由于 , aC*J=_9o# 所以轴向力为 , _),@^^&x 4) 当量载荷 ":OXs9Yg 由于 , , ScEM#9T | 所以 , , , 。 # /T)9 =m 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 0!Yi.'+ 5) 轴承寿命的校核 "2mVW_k 键连接的选择及校核计算 a^BD55d? ~0L>l J 代号 直径 _>s.V`N' (mm) 工作长度 D+OkD-8q (mm) 工作高度 ZYG"nmNd (mm) 转矩 FE`J.aw^X (N•m) 极限应力 Z,*VRuA (MPa) ,~v1NK* 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 NJ.kT uk 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 ?G@%haqn6 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 a`}-^;}SW 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 ]Sh&8 # 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 ?pFHpz 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。 rVLA"x 9u 连轴器的选择 $/Mk.(3'P 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 --FvE|I 二、高速轴用联轴器的设计计算 ^-DK<jZ^ 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , 6 `'^$wKs 计算转矩为 4R6X"T9- 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) .*ZNZ|g_ 其主要参数如下: m|!sY[! 材料HT200 Ab2VF;z : 公称转矩 5QlJX 轴孔直径 , "YivjHa7H 轴孔长 , =uHTpHR 装配尺寸 x[]n\\a? 半联轴器厚 GE>&fG ([1]P163表17-3)(GB4323-84 K~uoZ~_gA 三、第二个联轴器的设计计算 bp }~{]:b 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?P6rXKr 计算转矩为 N7|ctO 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) t ,0~5>5 其主要参数如下: \eN }V 材料HT200 Ox58L>:0m 公称转矩 wDn5|F}i& 轴孔直径 E5B:79BGO 轴孔长 , L;Nm"[` 装配尺寸 Q WOd&=: 半联轴器厚 xSw ^v6!2 ([1]P163表17-3)(GB4323-84 $ #CkI09 减速器附件的选择 @hk~8y]rz 通气器 )F:hv[iv 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 y8\44WKW 油面指示器 <=WQs2 选用游标尺M16 7uYJ_R 起吊装置 J5429Soo 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 0 j6/H?OT 放油螺塞 JD.WH|sZ5 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 }z}oVc 润滑与密封 Uc.K6%iI 一、齿轮的润滑 lOql(ZH`w 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。 QHK$2xtq| 二、滚动轴承的润滑 =YR/|9( 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 (R{WJjj 三、润滑油的选择 pbJs3uIR 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。 <~'\~Z d+ 四、密封方法的选取 [^#6.xH 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。 TeQpmhN 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。 gz8<&*2 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 :hZYh.y\l 设计小结 k5(@n>p 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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