| 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 x;BbTBc> 设计任务书……………………………………………………1 mZ0J!QYk 传动方案的拟定及说明………………………………………4 vC/[^ 电动机的选择…………………………………………………4 oholt/gb+0 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 yfjXqn[Z4 传动件的设计计算……………………………………………5
r@)A
k 轴的设计计算…………………………………………………8 q<=:
>? 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 R
-elIp 键联接的选择及校核计算……………………………………16 Ln#a<Rx.E7 连轴器的选择…………………………………………………16 GSVdb/+ 减速器附件的选择……………………………………………17 FJM;X-UOY 润滑与密封……………………………………………………18 *ftC_v@p5 设计小结………………………………………………………18 XbvDi+R2A 参考资料目录…………………………………………………18 2O""4_G 机械设计课程设计任务书 3-wD^4)O, 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 GaNq2 G 一. 总体布置简图 +S { 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 W 5DbFSgB 二. 工作情况: uVU`tDzd: 载荷平稳、单向旋转 -
HOnB= 三. 原始数据 Bmr<O! 鼓轮的扭矩T(N•m):850 +GNWF%
zN 鼓轮的直径D(mm):350 ^3I'y
UsY 运输带速度V(m/s):0.7 ]YD(`42 x 带速允许偏差(%):5 jD<pIHau 使用年限(年):5 ~5#)N{GbY 工作制度(班/日):2 9fVj
8G 四. 设计内容 =q
CF%~ 1. 电动机的选择与运动参数计算; Q^h5">P 2. 斜齿轮传动设计计算 #+sF`qR, 3. 轴的设计 )@PnTpL* 4. 滚动轴承的选择 mA{#]Yvf1 5. 键和连轴器的选择与校核; iK}v`xq 6. 装配图、零件图的绘制 3B18dv,V 7. 设计计算说明书的编写 2*[Un( 五. 设计任务 ,Q2N[Jwd$ 1. 减速器总装配图一张 CI^|k/ 2. 齿轮、轴零件图各一张 ,?b78_,2 3. 设计说明书一份 -Ds|qzrN% 六. 设计进度 ;~tsF.= 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 IKm&xzV- 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 Yw"P)Zp 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 C6k4g75U2 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 =:5<{J OG 传动方案的拟定及说明 )A83A<~ 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~sV@ap 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。 ep?:;98|t 电动机的选择 1i,4".h?M 1.电动机类型和结构的选择 @\!!t{y 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。 Y+|PY?
~ 2.电动机容量的选择 k:0P+d 1) 工作机所需功率Pw O)5#Fcp( Pw=3.4kW 5#u.pu 2) 电动机的输出功率 >(tO
QeN Pd=Pw/η {E~l>Z88 η= =0.904 ?M"HXu Pd=3.76kW 8t``NZ[ 3.电动机转速的选择 F$ {4X /9n nd=(i1’•i2’…in’)nw G2@KI- 初选为同步转速为1000r/min的电动机 v72,h 4.电动机型号的确定 hZF(/4Z2 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 s`Vf+l0 计算传动装置的运动和动力参数 @.o@-3k 传动装置的总传动比及其分配 +!$dO'0nt, 1.计算总传动比 twv
lQ| 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:
GMsm i=nm/nw 22IYrk nw=38.4 %gTVW!q i=25.14 "yri[X 2.合理分配各级传动比 9Z9l:}bO 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 z@`@I 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 62NkU)u 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 Qdm(q:w 各轴转速、输入功率、输入转矩 <,-,? 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 SY8U"Qc;9 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 >W~=]&7{s4 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 Gbx";Y8 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 FG _, 传动比 1 1 5 5 1 =BW9/fG 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 7<4xtK`+b M\jB)@) 传动件设计计算 $P_x v 1. 选精度等级、材料及齿数 LO}z)j~W 1) 材料及热处理; \!7*(&yly 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。
r4S=I 2) 精度等级选用7级精度; q-uLA&4 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; *s36OF! 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° b\M b*o 2.按齿面接触强度设计 HYFN?~G 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 M)tv;!eQ 按式(10—21)试算,即 EFv4=OWB dt≥ AA_@\:w^ 1) 确定公式内的各计算数值 hqWbp* (1) 试选Kt=1.6 :4] J2U\@ (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 F%y{%
C7l (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 'M
lXnHxt (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 )?9\$^I (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa 2i"HqAB (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; cyHhy_~R (7) 由式10-13计算应力循环次数 E6JV}`hSk N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 0ZT 0 N2=N1/5=6.64×107 tUrNp~ve, (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 1zR/HT (9) 计算接触疲劳许用应力 YkVRl [ 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 p*!q}%U [σH]1==0.95×600MPa=570MPa ,=x
RoXYB} [σH]2==0.98×550MPa=539MPa K~$ 35c3M [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa M.t@@wq 2) 计算 5C*?1&
! (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t 8eN%sm d1t≥ = =67.85 cL
ae=N (2) 计算圆周速度 Qv\bLR v= = =0.68m/s %L28$c3p (3) 计算齿宽b及模数mnt h9U+%=^O b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm q1P :^<[ mnt= = =3.39 >Rr!rtc'x h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm q'by;g*m b/h=67.85/7.63=8.89 y3Y2QC( (4) 计算纵向重合度εβ i{P%{hVb εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 VmMh+)UZ (5) 计算载荷系数K SC]6F* 已知载荷平稳,所以取KA=1
eC.w?(RB 根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同, @{'o#EJY 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 pAMo
XJ` 由表10—13查得KFβ=1.36 U>bP}[&S 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 a4:`2 K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 ^z38<L=z" (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 sN;(/O d1= = mm=73.6mm ;r%<2( (7) 计算模数mn x
Ridc^ mn = mm=3.74 }Z^FEd"y 3.按齿根弯曲强度设计 _ \_3s 由式(10—17 mn≥ :l4^iSf 1) 确定计算参数 s87 a% (1) 计算载荷系数 rA[nUJ, K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 %C6|-?TAd (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 5s#R`o%Z CgN]dx*` (3) 计算当量齿数 PnI)n=(\ z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 pb~Ps#"Zg z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 z9I1RXV (4) 查取齿型系数 PQ6T|> 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 )iT.A (5) 查取应力校正系数 P>.Y)$`r 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 vM5k4%D (6) 计算[σF] [kVpzpGr σF1=500Mpa zUe#Wp[ σF2=380MPa i:MlD5 F KFN1=0.95 "r:H5) ! KFN2=0.98 |:~("rA+v [σF1]=339.29Mpa unx;m$-c [σF2]=266MPa PY[Sz=[ (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 2=i+L z^ = =0.0126 8[vl3C = =0.01468 @>d&5}F_>{ 大齿轮的数值大。 }]uB?
+c 2) 设计计算 @ARAX\F mn≥ =2.4 l_UXrnm/N mn=2.5 J,CJPUf& 4.几何尺寸计算 8 h55$j 1) 计算中心距 ,)0/Ec z1 =32.9,取z1=33 C~3@M<X z2=165 U/}AiCdj@ a =255.07mm r0rJ.}! a圆整后取255mm I|Vk., 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 qpluk! β=arcos =13 55’50” iuvtj]/ 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 XHU<4l:kl d1 =85.00mm l|4xKBCV] d2 =425mm " 8~f 4) 计算齿轮宽度 J"m%q\' b=φdd1 @h ,h=X b=85mm ^EnNbFI B1=90mm,B2=85mm F]dmc,Q 5) 结构设计 >[A65q' 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。 ?yK%]1O 轴的设计计算 m-~V+JU;x 拟定输入轴齿轮为右旋 "<g?x`iz II轴: xCmI7$uQ# 1.初步确定轴的最小直径 d()zW7}W d≥ = =34.2mm 8`R +y 2.求作用在齿轮上的受力 ?=pZmvQg Ft1= =899N j\jL[hG_ Fr1=Ft =337N p@!@^1j= Fa1=Fttanβ=223N; &r5&6p Ft2=4494N 8AC.2v?_ Fr2=1685N 5bGjO&$l Fa2=1115N
ve6N 3.轴的结构设计 lEVQA*u[ 1) 拟定轴上零件的装配方案 q.u[g0h; i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 P!>{>r4 ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 R
&1mo iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 o|p;6 iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 vUodp#s v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 zx_O"0{5 vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 }
Y7W1$he 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 a
V+o\fId 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 3<~2"@J 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 ,_5YaX:<4 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 TCEXa?,L 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 /w}B07. 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 tNi%}~Z 6. VI-VIII长度为44mm。 d
=B@EyN 4. 求轴上的载荷 #*7/05) 66 207.5 63.5 iA^+/Lt Fr1=1418.5N f3%^-Uy*b Fr2=603.5N u]>>B>KOJ7 查得轴承30307的Y值为1.6 'o#J>a~!9L Fd1=443N J4*:.8Ki Fd2=189N BC$;b>IUA 因为两个齿轮旋向都是左旋。 I[cV"BDa 故:Fa1=638N *]E7}bqb Fa2=189N 4/-))F&s 5.精确校核轴的疲劳强度 #?b^B~ # 1) 判断危险截面 0F0Q=dZ 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 foP>w4pB 2) 截面IV右侧的 7gdU9c/q, skC|io-Zv 截面上的转切应力为 H-\{w
由于轴选用40cr,调质处理,所以 LGo@F;!n ([2]P355表15-1) kUaGok? a) 综合系数的计算 sP3.s_U^ 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , 057G;u/ ([2]P38附表3-2经直线插入) HC;I0&v> 轴的材料敏感系数为 , , z
kX-"}$8 ([2]P37附图3-1) 'Kso@St`o 故有效应力集中系数为 l3Bxi1k[C 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , *|,ykb> ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) " jQe\ 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , +GPT:\*q6 ([2]P40附图3-4) G=bP<XF 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 V^$rH< b) 碳钢系数的确定 yzM+28}L<I 碳钢的特性系数取为 , gt t$O c) 安全系数的计算 N;`[R>Z~ 轴的疲劳安全系数为 g0:4zeL 故轴的选用安全。 ";S*[d.2tA I轴: ch,Zk )y:_ 1.作用在齿轮上的力 N>nvt.`P FH1=FH2=337/2=168.5 ?lwQne8/ Fv1=Fv2=889/2=444.5 }MavI' 2.初步确定轴的最小直径 ng&EGM /4B4IT 3.轴的结构设计 yL3<X w| 1) 确定轴上零件的装配方案 HT,kx 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 iZq@W3GL
C d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 kW2nrkF e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 72`/xryY f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 -IEP?NX g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 P7k$^n 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。 Y7t{4P i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 };|PFWs j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 yDkDtO`K 2) 各段长度的确定 F)5B[.ce 各段长度的确定从左到右分述如下: 4@mXtA 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。 $@qs(Xwr b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 n\"LN3 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。 f~" 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。 v yLAs; 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。 -z 5k4Y f) 该段由联轴器孔长决定为42mm nM.?Q}yO~ 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 yDyeP{ W=62748N.mm Qhr]eu;z T=39400N.mm #HuA(``[d 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 B?ob{K@ WKIiJ{@L III轴 +l?ro[#6&. 1.作用在齿轮上的力 ,f0g|5yDf FH1=FH2=4494/2=2247N qD%&\ZT Fv1=Fv2=1685/2=842.5N oJJk 2.初步确定轴的最小直径 X>GY*XU 3.轴的结构设计 (F
' 1) 轴上零件的装配方案 hCvLwZ?LF 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 3&nc' I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII (DMnwqr 直径 60 70 75 87 79 70 $0S" Lh{ 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 >fj$wOq P ~
pbx 5.求轴上的载荷 IZv, Wo Mm=316767N.mm >\.[}th} T=925200N.mm a={qA4N 6. 弯扭校合 ^}7t: 滚动轴承的选择及计算 U4L=3T+:[ I轴: Qp{-!* 1.求两轴承受到的径向载荷 f<sPh>n
5、 轴承30206的校核 ?| LB:8
1) 径向力 /^eemx 2) 派生力 dlzamoS@AR 3) 轴向力 d~Ry> 由于 , ^?]H$e 所以轴向力为 , 3R:i*8C 4) 当量载荷 {5IG3' 由于 , , N5Mz=UgB 所以 , , , 。 @OY-(cW 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 Ml/p{ *p 5) 轴承寿命的校核 5"~^;O II轴: $(L7/M 6、 轴承30307的校核 Y <k,E 1) 径向力 khIa9Nm 2) 派生力 ?[B[ F , j"u)/A8* 3) 轴向力 T<?BIQz(} 由于 , ~%:p_td 所以轴向力为 , T|2%b*/ 4) 当量载荷 U*:'/. 由于 , , SfL`JNi) 所以 , , , 。 .
\0=1P: 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 I8]NY !'cW 5) 轴承寿命的校核 X3O$Sd(D III轴: 10IPq#Jj 7、 轴承32214的校核 []!r|R3 1) 径向力 Z|S7", 2) 派生力 F/>Pvq] 3) 轴向力 M #&L@fg! 由于 , S)|b%mVwR 所以轴向力为 , nnl9I4-O 4) 当量载荷 -%)
!XB
由于 , , &it/@8yH 所以 , , , 。 z35Rjhj9 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 .LR>&N _U 5) 轴承寿命的校核 &)jZ|Q~ 键连接的选择及校核计算 AV3,4u Z`c{LYP,y" 代号 直径 xG/qDc (mm) 工作长度 AK?j1Pk (mm) 工作高度 7zZ|=W?&{ (mm) 转矩 (#M$t!'% (N•m) 极限应力 't.F.t (MPa) ZUW>{'[K 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 7e[\0:Z 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 ]sAD5<; 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 Vp{2Z9]} 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 T["(YFCByg 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 !r0P\ 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。 Rj`Y X0?+ 连轴器的选择 /y|r iW 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 pPpnO 二、高速轴用联轴器的设计计算 D07u? 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 , YH9]T, 计算转矩为 M6#(F7hB 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) J3+8s[oJ> 其主要参数如下: lIP<`6=4 材料HT200 .Kwl8xRg 公称转矩 Yg?{x@ 轴孔直径 , x's-UO"^ 轴孔长 , !I_4GE, 装配尺寸 f"^tOgGH 半联轴器厚 $7d"9s\$" ([1]P163表17-3)(GB4323-84 UOOme)\> 三、第二个联轴器的设计计算 zAUfd[g 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , c%.&F 计算转矩为 oH"N>@ Vl 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) Ntiz-qW 其主要参数如下: G3?z.5,Q 材料HT200 c iX2G 公称转矩 =T$- #bA) 轴孔直径 L{p-'V 轴孔长 , l:f
sZO4 装配尺寸 cyNLeg+O* 半联轴器厚 5K{h)* *5 ([1]P163表17-3)(GB4323-84 EdpR| z 减速器附件的选择 ;xwQzu%M>5 通气器 V}qmH2h 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 n\Ixv 油面指示器 Hp!F?J7sx 选用游标尺M16 P\e%8&_U/ 起吊装置 g"Bv!9*H 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 Q,`kfxA`O 放油螺塞 _@2G]JD 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 T1=M6iJ 润滑与密封 nT"z(\i.!J 一、齿轮的润滑 D9en 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。 z, [+ 二、滚动轴承的润滑 >B7OTGw 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 9MxGyGz$ 三、润滑油的选择 U w" 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。 n TG|Isa 四、密封方法的选取 Vk-_H)*r 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。 K>y+3HN[6 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。 f6nltZ 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 ^ZG 1 设计小结 -S@: 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。
|
|