| 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 p1Els/| 设计任务书……………………………………………………1 -JcfP+{wS 传动方案的拟定及说明………………………………………4 b[/-lNrc 电动机的选择…………………………………………………4 UCl,sn 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 `InS8PLr 传动件的设计计算……………………………………………5 Oh|Hy/&6W 轴的设计计算…………………………………………………8 {AB0 PM;- 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 !#>{..}}3
键联接的选择及校核计算……………………………………16 m:'fk;khN 连轴器的选择…………………………………………………16 YpAjZQZ, 减速器附件的选择……………………………………………17 nzU@}/A/ 润滑与密封……………………………………………………18 kQYX[e7n 设计小结………………………………………………………18 :#+VH_%N 参考资料目录…………………………………………………18 |n~-LH++ 机械设计课程设计任务书 7^ER?@:W 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 {|
Tl3 一. 总体布置简图 c$>Tfa'H 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 LA1UD+S 二. 工作情况: aQcJjF5x 载荷平稳、单向旋转 j134iVF% 三. 原始数据 |E|d"_Ma 鼓轮的扭矩T(N•m):850 |o6B:NH,rg 鼓轮的直径D(mm):350 ,zO!`|I 运输带速度V(m/s):0.7 IRD?.K]* 带速允许偏差(%):5 W*N^G p@ 使用年限(年):5 NKh 8'=S 工作制度(班/日):2 D/{hLp{ 四. 设计内容 (oxe'\ 1. 电动机的选择与运动参数计算; :H3qa2p 2. 斜齿轮传动设计计算 tvavI9 3. 轴的设计 Eufw1vDa 4. 滚动轴承的选择 1^$ vmULj 5. 键和连轴器的选择与校核; E{|j 6. 装配图、零件图的绘制 p"3_u;cN 7. 设计计算说明书的编写 r65/O5F 五. 设计任务 S }mqK|! 1. 减速器总装配图一张 6_rS!X 2. 齿轮、轴零件图各一张 HOBM?|37CU 3. 设计说明书一份 yKgA"NaM 六. 设计进度 $3w a%" 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 Y2HF 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 w7s+6, 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 !-)Hog5\ 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 *+rO3% ;t 传动方案的拟定及说明 (w`9*1NO 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 DavpjwSn 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 M |6l 电动机的选择 `2()Vf 1.电动机类型和结构的选择 Y?ouB 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。
4At{(fwW 2.电动机容量的选择 %i6i.TF 1) 工作机所需功率Pw ]Vuq)# Pw=3.4kW wak_^8x 2) 电动机的输出功率 3]$qY_|7 Pd=Pw/η vu Vcv
η= =0.904 N D`?T
&PK Pd=3.76kW ^Cs?FF@P 3.电动机转速的选择 3+ JkV\AF nd=(i1’•i2’…in’)nw q&]I 初选为同步转速为1000r/min的电动机 YEqZ((H 4.电动机型号的确定 )!+~q!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 ?H3Ls~R 计算传动装置的运动和动力参数 s"gNHp.oF 传动装置的总传动比及其分配 1CXO=Q 1.计算总传动比 bVO{,P2o 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: }V:ZGP#!' i=nm/nw P+K< /i nw=38.4 l3[2b
Qx i=25.14 "&lQ5]N.% 2.合理分配各级传动比 rY yB"| 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 ,aq0Q<}~lc 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 jJc:%h$|2 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 )i|0Ubn[| 各轴转速、输入功率、输入转矩 aGSix}b1P 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 7.}Vvg#G 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 m?*}yM 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 kn9ul3c 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 gn,D9d+ 传动比 1 1 5 5 1 _3YZz$07 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 ))ArM-02 RKru
hF 传动件设计计算 u2\QhP 9 1. 选精度等级、材料及齿数 Fp=O:] 1) 材料及热处理; 0Ez(;4]3 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 ZMa@/\pf1 2) 精度等级选用7级精度; ;xqN#mqq 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; }3HN$Fwo 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° ' ?tx?t 2.按齿面接触强度设计 (+aU ,EQ 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 aq,Ab~V] 按式(10—21)试算,即 ;[)O{%s dt≥ ^W#161& 1) 确定公式内的各计算数值 =2J^
'7 (1) 试选Kt=1.6 FqwH:Fcr: (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 I)]"`2w2w (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 |[./jg" (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62
@'IRh9 (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa 6 rp(<D/_ (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; e2F{}N (7) 由式10-13计算应力循环次数 )wqG^yv N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 >8;EeRvI N2=N1/5=6.64×107 j; TXZ`|( (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 "WF@T (9) 计算接触疲劳许用应力 }+]
l_!v* 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 1buVV]*~ [σH]1==0.95×600MPa=570MPa /Pv
dP#! [σH]2==0.98×550MPa=539MPa wa1Qt [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa $Sls9H+. 2) 计算 KATu7)e&~^ (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t 'LX]/D d1t≥ = =67.85 aWS_z6[t#6 (2) 计算圆周速度 }z,f8Yz v= = =0.68m/s 15J t
@{<r (3) 计算齿宽b及模数mnt [%LIW%t| b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm [ikW3 '99, mnt= = =3.39 &9OnN<mT1 h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm 3q-Xj:FP b/h=67.85/7.63=8.89 $Cnv]1% (4) 计算纵向重合度εβ y?P4EVknM3 εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 )i/x%^ca$ (5) 计算载荷系数K &*j# [6 已知载荷平稳,所以取KA=1 C.`!?CW 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,
:q34KP 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 7MZ(tOR 由表10—13查得KFβ=1.36 IRG -H!FV 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 ioT+,li K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 &"6%D|Z0 (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 FKWL{"y d1= = mm=73.6mm }'u0Q6Obj (7) 计算模数mn 1| XC$0 mn = mm=3.74 XMlcY;W 3.按齿根弯曲强度设计 p N+1/m, 由式(10—17 mn≥ B`w@Xk'D 1) 确定计算参数 lvp8{]I< (1) 计算载荷系数 / n@by4;W K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 @:w[(K[^b/ (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 ]@A31P4t| irooFR[L9 (3) 计算当量齿数 \AY*x=PF z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 {Rtl<W0 z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 \5DOp-2 (4) 查取齿型系数 'U*Kb 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 y^}00Z+l (5) 查取应力校正系数 N$! Vm(S 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 uRnSwJ"hE (6) 计算[σF] IA~wmOF σF1=500Mpa }@TtX\7(D σF2=380MPa gJYX KFN1=0.95 B&Iy_; KFN2=0.98 w,VUWja [σF1]=339.29Mpa 5pz(6gA [σF2]=266MPa `nv82v (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 DAVgP7h' = =0.0126 snvixbN = =0.01468 t|]2\6acuc 大齿轮的数值大。 ^GC 8^f 2) 设计计算 I?X!v6 mn≥ =2.4 QLDld[ mn=2.5 GF17oMi 4.几何尺寸计算 <2ymfL-q 1) 计算中心距 z;1qYW[-A z1 =32.9,取z1=33 vv^(c w>A z2=165 [DSD[[
z[ a =255.07mm &XZS}n a圆整后取255mm j-(k`w\ 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 ZnZ`/zNO β=arcos =13 55’50” "
"{#~X} 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 xC
YL3hl d1 =85.00mm cIOM}/gqv d2 =425mm "PfNC<MQo 4) 计算齿轮宽度 rssn'h b=φdd1 7thB1cOJ b=85mm @f%q ,: B1=90mm,B2=85mm V[fcP; 5) 结构设计 {hi'LA-4@ 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。 IiB"F<&[j{ 轴的设计计算 'w`3( ':= 拟定输入轴齿轮为右旋 KiYz]IM$4 II轴: vI0::ah/ 1.初步确定轴的最小直径 lQl d≥ = =34.2mm Wer.VL 2.求作用在齿轮上的受力 _28vf Bl? Ft1= =899N 97\9!)`, Fr1=Ft =337N 7yFV.#K3O Fa1=Fttanβ=223N; uS&NRf9A Ft2=4494N *c'hmAs Fr2=1685N :GN7JxD# Fa2=1115N >?)Df(n(9 3.轴的结构设计 <j&LC
/]o 1) 拟定轴上零件的装配方案 Y4,LXuQ i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 OE[N$,4I* ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 ? yek\X iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 HV\l86} iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 b&xlT+GN v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 G !;<#|a vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 |^T?5=&Kt 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 5/C#*%EH' 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 vj4n=F,Z 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。 +lED6]+% 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 K-,8~8[ 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 ?nV& :~eY 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 pipqXe 6. VI-VIII长度为44mm。 <L>$Y#wU 4. 求轴上的载荷 KQ2jeJ/pj 66 207.5 63.5 qJq2Z.>hy Fr1=1418.5N Bv(c`JE~; Fr2=603.5N kzXmiBL<9 查得轴承30307的Y值为1.6 ;nZN}&m
Fd1=443N 8"KaW2/% Fd2=189N ,{VC(/d 因为两个齿轮旋向都是左旋。 Nlk' 故:Fa1=638N TYN~c( Fa2=189N mQqv{1 5.精确校核轴的疲劳强度 iz5WWn^ 1) 判断危险截面 -$+`v<[r 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 3PgiV%] 2) 截面IV右侧的 0
V3`rK =#K$b *# 截面上的转切应力为 $pGdGV\H 由于轴选用40cr,调质处理,所以 (OT&:WwW ([2]P355表15-1) -3T~+ a) 综合系数的计算 k.("<) 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , e9@7GaL`"S ([2]P38附表3-2经直线插入) 9>1Gj-S2: 轴的材料敏感系数为 , , 4Y:[YlfD. ([2]P37附图3-1) ,+hH|$ 故有效应力集中系数为 ^*A8 NdaB 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , M73d^z ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) >nOU 8 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , UqEpeLK ([2]P40附图3-4) [(PD2GO+ 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 ^;gwD4(hs b) 碳钢系数的确定 E|> oseR 碳钢的特性系数取为 , >YuiCf?c7 c) 安全系数的计算 AV:P/M^B 轴的疲劳安全系数为 eh5j 故轴的选用安全。 r~U/t~V=D I轴: "JJEF2e@Z 1.作用在齿轮上的力 i1k#WgvZR FH1=FH2=337/2=168.5 E"[h20`\/ Fv1=Fv2=889/2=444.5 Mpu8/i
gX, 2.初步确定轴的最小直径 *oca l1MVC@'pvP 3.轴的结构设计 Q 1) 确定轴上零件的装配方案 di5>aAJ)D 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ">D7wX,.> 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。 %}0B7_6B+@ 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。 0}d^UGD 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。 H(WRm1i"G 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。 ()+PP}:$A h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 2qkZ B0[ i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 @ky<5r*JU( j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 X
cDu&6Dy 2) 各段长度的确定 32KL~32Y 各段长度的确定从左到右分述如下: |NoTw K a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 SB#Y^! b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 Y&JK*d c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 *sbZ{{]e d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 p !
_\a e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 CW9vC f) 该段由联轴器孔长决定为42mm -=)Al^V4T 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 M7JQw/,xs W=62748N.mm ^^C@W?.z T=39400N.mm JX! @j3 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 ?5e]^H} _I1:|y III轴 Hz6tk9;w 1.作用在齿轮上的力 E)}& p\{E FH1=FH2=4494/2=2247N -xk.wWpV Fv1=Fv2=1685/2=842.5N iF#|Z$g-( 2.初步确定轴的最小直径 . \6q\7Ej 3.轴的结构设计 |*5803h 1) 轴上零件的装配方案 d$}z,~sN 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ^+'[:rE I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII f}C$!Lhs 直径 60 70 75 87 79 70 yy*8Aw} 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 -fm1T|># *fj5$T-Z 5.求轴上的载荷 8M,AFZ>F Mm=316767N.mm O"6
(k{` T=925200N.mm |2t1m 6\j 6. 弯扭校合 `{GI^kgJ9 滚动轴承的选择及计算 yur5"$n I轴: o6 lCP& 1.求两轴承受到的径向载荷 .nG14i7C 5、 轴承30206的校核 )5Nj wLs 1) 径向力 >nqCUhS 2) 派生力 W7PL]5y& 3) 轴向力 .4&pi 由于 , YooPHeQ 所以轴向力为 , 1](PuQm7+ 4) 当量载荷 BD.>aAi! 由于 , , 3)6&)7`* 所以 , , , 。 ^_rBEyz@ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 vv
FH (W 5) 轴承寿命的校核 9z9\pXFQ II轴: aB*'DDlx"r 6、 轴承30307的校核 Ua2wa A 1) 径向力 \fD)| 2) 派生力 ]o<&Q52 | , Q dPqcw4+X 3) 轴向力 L%Mj{fJ>Wm 由于 , qe3d,! 所以轴向力为 , dWK"Tkf\ 4) 当量载荷 L#6!W 由于 , , 7]`l"=/z 所以 , , , 。 &`^PO$ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 hC
D6 5) 轴承寿命的校核 \Aq$h:< III轴: lh`ZEvt 7、 轴承32214的校核 qe<xH#6 1) 径向力 ?;xL]~Q~1 2) 派生力 \~BYY|UB;W 3) 轴向力 7RZ HU+ 由于 , Q*54!^l+_r 所以轴向力为 , S\dG>F>S 4) 当量载荷 !(8)'<t9 由于 , , lK%)a +2 所以 , , , 。 R}E$SmFg 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 _fM=J+ 5) 轴承寿命的校核 >z|bQW#2 键连接的选择及校核计算 Is[n7Q nIEIb.- 代号 直径 K3.z>.F'h (mm) 工作长度 7I=vgT1F (mm) 工作高度 >Hwf/Gf[ (mm) 转矩 &\iMIJ- (N•m) 极限应力 S[5OTwa8L (MPa) +k{l]-)1 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 <0btwsv} 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 E0*62OI~O 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 k!0vpps 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 h )% e 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 n3_|#1Qu 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。 c1M *w9o 连轴器的选择 U7xKu75G1 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 cMoBYk 二、高速轴用联轴器的设计计算 [5;_XMj% 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 , r*kz`cJ 计算转矩为 J 7HOSFwXn 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) 4Dw|
I${O 其主要参数如下: IO{iQ-Mg 材料HT200 Fgw$;W 公称转矩 3U9leY'2N 轴孔直径 , sB=s .`9 轴孔长 , /}Ct2w&<k 装配尺寸
MZ%S3' 半联轴器厚 zEk/#& ([1]P163表17-3)(GB4323-84 l<UA0*t 三、第二个联轴器的设计计算 X&gXhr#dL\ 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 , p?'
F$Wz 计算转矩为 j)mi~i*U 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) ZK`x(h{p) 其主要参数如下: p?#xd!tc2N 材料HT200 1[]V @P^ 公称转矩 Mi<}q@]e 轴孔直径 S #C;"se 轴孔长 , ')Qb,#/,% 装配尺寸 6Tg'9|g 半联轴器厚 rU_FRk ([1]P163表17-3)(GB4323-84 0IxHB|^$ 减速器附件的选择 J:dNV<A^ 通气器 6.M!WK{+ 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 ^:2>I $ 油面指示器 97n,^t2F\ 选用游标尺M16 9=9R"X>L 起吊装置 fO}Y$y\q 采用箱盖吊耳、箱座吊耳
A&C?|M?M 放油螺塞 ,ik\MSS 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 _/5xtupxE 润滑与密封 i|N(=Z= 一、齿轮的润滑 W:1GY#Pe 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。 t<yOTVah 二、滚动轴承的润滑 7!q.MOYm 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 v;:. k,E0 三、润滑油的选择 Bw4PxJs- 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。 }b/G{92 四、密封方法的选取 $Hal] 选用凸缘式端盖易于调整,采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。 bdyIt)tK+ 密封圈型号按所装配轴的直径确定为(F)B25-42-7-ACM,(F)B70-90-10-ACM。 \SA$:^zO 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 '_%`0p1 设计小结 ^fhkWx 4i 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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