| 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 Oqe.t;E 0} 设计任务书……………………………………………………1 E&tmWOMj> 传动方案的拟定及说明………………………………………4 eu|q
{p 电动机的选择…………………………………………………4 J#Ehx| 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 Y_YIJ@ 传动件的设计计算……………………………………………5 /{)cI^9 轴的设计计算…………………………………………………8 *xVAm7_v 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 x{o5Ha{ 键联接的选择及校核计算……………………………………16 SpiC0 连轴器的选择…………………………………………………16 /<pQ!'/G 减速器附件的选择……………………………………………17 {hP&P 润滑与密封……………………………………………………18 =v=!x 设计小结………………………………………………………18 *pUV-^uo 参考资料目录…………………………………………………18 +((31l 机械设计课程设计任务书 \ OINzfbr 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 (SVr>|Db 一. 总体布置简图 \k-juF80 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 =0yJ2[R7Do 二. 工作情况: t"vO&+x 载荷平稳、单向旋转 {YTF]J$ 三. 原始数据 nv
Gd:]Z 鼓轮的扭矩T(N•m):850 O +}EE^*a 鼓轮的直径D(mm):350 Y rnqi-P 运输带速度V(m/s):0.7 fR;_6?p*B 带速允许偏差(%):5 ZTC1t_ 使用年限(年):5 RteTz_z{ 工作制度(班/日):2 vs5wxTM 四. 设计内容 [mvHa;-w 1. 电动机的选择与运动参数计算; =_6h{f&Q 2. 斜齿轮传动设计计算 tX}S[jdq 3. 轴的设计 ,WK$jHG] 4. 滚动轴承的选择 5FKd{V' 5. 键和连轴器的选择与校核; g}KZL-p4\m 6. 装配图、零件图的绘制 xmx;tq 7. 设计计算说明书的编写 !jnIXvT1qy 五. 设计任务 fG5} '8 1. 减速器总装配图一张 oF^hq-xcP 2. 齿轮、轴零件图各一张 IomJo 3. 设计说明书一份 Q
kpmPQK 六. 设计进度 8{t&8Ql n 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 Bz~h- 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 [ i#Gqx>'w 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 YcZ4y@6" 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 1\{F.v 传动方案的拟定及说明 RyD$4jk+T" 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 @ xr 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 PaJwM%s)L 电动机的选择 gOAluP 1.电动机类型和结构的选择 4=:eGlU93U 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 X#<Sv>c^ 2.电动机容量的选择 6LQ O>k 1) 工作机所需功率Pw >L4$DKO Pw=3.4kW bOKNWI 2) 电动机的输出功率 B(dL`]@Xm Pd=Pw/η FR"^?z?}p η= =0.904 .CpO+z Pd=3.76kW hh}EDnx 3.电动机转速的选择 zxdO3I nd=(i1’•i2’…in’)nw ZW%`G@d"H- 初选为同步转速为1000r/min的电动机 f'U]Ik;Jy 4.电动机型号的确定 tYa8I/HpT 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 tn1aH
+
计算传动装置的运动和动力参数 3Gv
i!h7 传动装置的总传动比及其分配 Gzt5efygKt 1.计算总传动比 jXZNr 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: $@wkQ% i=nm/nw k]g\`
gc nw=38.4 Pc1N~?}. i=25.14 *JXJ
2 2.合理分配各级传动比 [NcOk, 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 KW<CU' 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 _R6> Ayw* 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 6'zy"UkH 各轴转速、输入功率、输入转矩 ZeZwzH)BD 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 Wz]S+IpY 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 .5xM7, 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 ]"6<"1) 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 L+L9)8FJ 传动比 1 1 5 5 1 A>puk2 s 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 .YRSd =
xk@ Q7$ 传动件设计计算 wBET.l'd 1. 选精度等级、材料及齿数 ,YTIYG]( 1) 材料及热处理; DBRJtU!5x 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。 OLwxGRYX 2) 精度等级选用7级精度; ewg WzB9c 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; \2!$HA7P 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° p%-9T>og 2.按齿面接触强度设计 2Mda'T8 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 0*^Fk=>ej 按式(10—21)试算,即 b&1@rE- dt≥ M&dtXG8<^ 1) 确定公式内的各计算数值 !w Bmf&= (1) 试选Kt=1.6 |*$_eb (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 7@?b _ (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 2}t wt (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 25L{bcng (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa n C^'2z (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; xo$ZPnf(zv (7) 由式10-13计算应力循环次数 "6i9 f$N N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 TfPx N2=N1/5=6.64×107 \bfHGo= (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 _f`m/l (9) 计算接触疲劳许用应力 :-)[B^0 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 !MC Wt [σH]1==0.95×600MPa=570MPa /L.a:Er$ [σH]2==0.98×550MPa=539MPa X#y l8k_ [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa w3@te\ 2) 计算 & \m\QI (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t 0CROq} d1t≥ = =67.85 sq_:U_tJ (2) 计算圆周速度 ]Gr'Bt / v= = =0.68m/s ?HY0@XILI (3) 计算齿宽b及模数mnt 5h1j.t! b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm G u=Rf`o mnt= = =3.39 qU}DOL| h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm 4]bT O b/h=67.85/7.63=8.89 ZeO>Ag^ (4) 计算纵向重合度εβ O,cx9N εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 |j,Mof (5) 计算载荷系数K s@$AYZm_ 已知载荷平稳,所以取KA=1 X$*
'D) 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, JI&>w-~D 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 #lO;G
k{ 由表10—13查得KFβ=1.36 g:Dg?_o 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 ^?2txLv,6 K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 RA6D dqT~ (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 )~`zjVx_ d1= = mm=73.6mm Ssj'1[% (7) 计算模数mn ^tv*I~>J! mn = mm=3.74 gJ])A7O 3.按齿根弯曲强度设计 j!s&yHE1 由式(10—17 mn≥ &eg,*K} ' 1) 确定计算参数 S;])Nt'X' (1) 计算载荷系数 0e7!_/9 K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 N ]duv~JS (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 ciTQH (G 3X:F9x>y (3) 计算当量齿数 g=pDC+ z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 (]1%s?ud* z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 &[YG\8sxWa (4) 查取齿型系数 7v-C-u[E` 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 k2=uP8 (5) 查取应力校正系数 )oj`K,# 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 c|7Pnx%gT (6) 计算[σF] 5?b9[o+D σF1=500Mpa ymKdRF σF2=380MPa d>%_<pw KFN1=0.95 & zG= KFN2=0.98 <fw[7=_)^ [σF1]=339.29Mpa |3i~?]
A [σF2]=266MPa "CaVT7L (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 v zn/waw = =0.0126 C>+UZ = =0.01468 T.pPQH__ 大齿轮的数值大。 )6(mf2& 2) 设计计算 zme:U![ mn≥ =2.4 O7.Is88! mn=2.5 alG}Aw#gS 4.几何尺寸计算 Cxh9rUe. 1) 计算中心距 |9y&;3 z1 =32.9,取z1=33 ;
etH) z2=165 Ev()2 80 a =255.07mm sLTf).xh a圆整后取255mm 8]Pf:_e,+ 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 %=]{~5f> β=arcos =13 55’50” 1t)6wk
N 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 >$?Z&7Lv d1 =85.00mm EgY]U1{ d2 =425mm #NqA5QR 4) 计算齿轮宽度 0QGl'u{F b=φdd1 $exu}% b=85mm A$5T3j' B1=90mm,B2=85mm /`1zkBj<& 5) 结构设计 $]Q_x? 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 +|}~6` 轴的设计计算 0trFLX 拟定输入轴齿轮为右旋 }{lOsZA II轴: JK1b68n 1.初步确定轴的最小直径 MVdE7P d≥ = =34.2mm o6q Qzk 2.求作用在齿轮上的受力 m:h]nm Ft1= =899N _
pJU~8 Fr1=Ft =337N OxD\e5r Fa1=Fttanβ=223N; nK:39D$( Ft2=4494N tuv4~i< Fr2=1685N {ng Fa2=1115N Y`M.hYBXk 3.轴的结构设计 #>233< 1) 拟定轴上零件的装配方案 @<};Bo' i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 HloP NE&} ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 Tv(s?T6f iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 PKwx)!
Rz iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。
ic3qb<2 v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 _rajm J vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 LJBoS]~ 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 M0^r!f>O 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 wo*/{KFvh 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。 D.HAp+lx 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 >_5D`^ 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 <cl$?].RE! 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 9
Iw+g]`y* 6. VI-VIII长度为44mm。 I\[*vgjm3G 4. 求轴上的载荷 Pg`^EJ+ 66 207.5 63.5 [*1c.&%( Fr1=1418.5N AD8~ Fr2=603.5N +oyc9PoXF 查得轴承30307的Y值为1.6 k_!z=6?[: Fd1=443N YKk%lZ.8 Fd2=189N mX<D]Z< k 因为两个齿轮旋向都是左旋。 :?60pu= 故:Fa1=638N >s1HQSe66 Fa2=189N V-jo2+Y5= 5.精确校核轴的疲劳强度 =P5SFMPN 1) 判断危险截面 {t9U]hX%A[ 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 FMR0?\jnT 2) 截面IV右侧的 p,xM7V"O) _/KW5 截面上的转切应力为 H#1/H@I# 由于轴选用40cr,调质处理,所以 0|HhA,u ([2]P355表15-1) 1Og9VG1^ a) 综合系数的计算 yqoi2J: 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , 4=1lyw ([2]P38附表3-2经直线插入) F2XXvxG 轴的材料敏感系数为 , , (=p}b:Z ([2]P37附图3-1) @m(\f 故有效应力集中系数为 n:7=z0
s 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , Ue8_Q8q5 ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) fA|'}(kH 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , !'+t)h9^ ([2]P40附图3-4) mNV4"lNR 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 X-t4irZ) b) 碳钢系数的确定 Ir]b.6B 碳钢的特性系数取为 , O*jNeYA c) 安全系数的计算 L:'Y#VI{ 轴的疲劳安全系数为 Bw{W-&$o 故轴的选用安全。 %,>,J` I轴: $bMeL7CN 1.作用在齿轮上的力 Gk!v-h9cq FH1=FH2=337/2=168.5 =r
GkM.^ Fv1=Fv2=889/2=444.5 S-v9z:M3 2.初步确定轴的最小直径 5Lue.U%a >0512_J+ 3.轴的结构设计 E{j6OX\ 1) 确定轴上零件的装配方案 ]bRu8kn 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 gg6&Fzp 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。 jkfI,T 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。 gAR];(* 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。 X5)>yM^N` 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。 &npf
%Eub 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。 mv+.5X i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 |rNm_L2 j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 9WBDSx_(Q 2) 各段长度的确定 `5x,N%9{ 各段长度的确定从左到右分述如下: O" T1=4 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。 W>+<r9Rt4 b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 CIV6Qe"< 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。 s2v\R~T 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。 ib&
|271gG 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。 /ZD/!YD&R f) 该段由联轴器孔长决定为42mm GTLlQy)'= 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 +!w?g/dV W=62748N.mm 1)k))w 9 T=39400N.mm GhQ.}@* 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 bXt A4O .}j@(D III轴 i3f/{D/ 1.作用在齿轮上的力 smk0 *m4 FH1=FH2=4494/2=2247N mD|<qsY) Fv1=Fv2=1685/2=842.5N v^KJU
+ 2.初步确定轴的最小直径 js2?t~E] 3.轴的结构设计 W/J3sAYv 1) 轴上零件的装配方案 $BNn 1C8[ 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 >o(*jZ I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII Oi7:J>
[ 直径 60 70 75 87 79 70 ~~h9yvW7& 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 SU x\qz) ysvn*9h+& 5.求轴上的载荷 A(<-
U| Mm=316767N.mm ujDAs%6MZ T=925200N.mm F7=a|g 6. 弯扭校合 .H9!UQ&It 滚动轴承的选择及计算 hWuq I轴: GfVMj7{ 1.求两轴承受到的径向载荷 AvH/Q_-b 5、 轴承30206的校核 $k}+,tHtJO 1) 径向力 R(x%<I 2) 派生力 GY0<\- 3) 轴向力 f61~%@fE 由于 , ~|?2<g$gYR 所以轴向力为 , 60QElJ9D 4) 当量载荷 -BNW\]} 由于 , , g[!sGa& 所以 , , , 。 Xa%Z0%{ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 R'&^)_ 5) 轴承寿命的校核 .8g&V| II轴: r`6XF 6、 轴承30307的校核 V8&%f xn+ 1) 径向力 P`RM"'Om 2) 派生力 W5sVQ`S- , w)3LY F 3) 轴向力 R-Uj\M> 由于 , cj5pI?@e) 所以轴向力为 , Z;lE-`Z*(F 4) 当量载荷 ~d>O.*Q) 由于 , , VSM%<-iQ 所以 , , , 。 5E~][. d 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 I]TL#ywF 5) 轴承寿命的校核 E&]S No< III轴: %_}#IS1 7、 轴承32214的校核 Fa@#nY|UV3 1) 径向力 gl00$}C 2) 派生力 Ho*S>Y 3) 轴向力 Pq;1EI 由于 , _es>G'S 所以轴向力为 , +U@P+; 4) 当量载荷 /V:%}Z 由于 , , J6\<>5A? 所以 , , , 。 )V~<8/) 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 W._vikR 5) 轴承寿命的校核 <XGOcekG 键连接的选择及校核计算 @$Z5Ag! Hk$|.TjzI 代号 直径 'X{7b
< (mm) 工作长度 D3BX[ (mm) 工作高度 ;Mw9}Reh@ (mm) 转矩 hnH:G`[F (N•m) 极限应力 b-%7@j (MPa) k'
pu%nWN 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 "'s`? 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 >q4nQ/eP 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 =yfr{5}R 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 aRj3TtFh 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 mqwN<: 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。 NS<lmWx+ 连轴器的选择 Q8T4_p[-o 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 90teXxg=| 二、高速轴用联轴器的设计计算 sK}Ru?a) 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 y}( 计算转矩为 Z
A7u66 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) 1rTA0+h 其主要参数如下: :cIE8<\% 材料HT200 fM
\T^X 公称转矩 }evc]?1( 轴孔直径 , Q y$8!( 轴孔长 , G
}TT- 装配尺寸 wf<uG|90 半联轴器厚 6WI_JbT~ ([1]P163表17-3)(GB4323-84 ()3+!}; 三、第二个联轴器的设计计算 j^986 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 , b<Pjmb+ 计算转矩为 v#=WdaNz 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) |M0 XLCNd_ 其主要参数如下: CK'Cf{S 材料HT200 xLq+njH E 公称转矩 dax|4R 轴孔直径 I\`:(V 轴孔长 , (|h<{ -L 装配尺寸 32YE% 半联轴器厚 ?jz{fU ([1]P163表17-3)(GB4323-84 >-EoE;s 减速器附件的选择 g 9>p?XY 通气器 (Q#ArMMORI 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 $(#o)r>_R 油面指示器 `[57U,v 选用游标尺M16 a5]~%xdK 起吊装置 Wb/@~!+i` 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 Qh?q0VKU^ 放油螺塞 }#w>>{Q 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 //K]zu 润滑与密封 7A3e-51> 一、齿轮的润滑 m6+2rD 采用浸油润滑,由于低速级周向速度为,所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径,取为35mm。 u\smQhQGE 二、滚动轴承的润滑 q2&&n6PYW 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 Tb:n6a@ 三、润滑油的选择 {RwwSqJ 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利,考虑到该装置用于小型设备,选用L-AN15润滑油。 \#G`$JD 四、密封方法的选取 $5%tGFh 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。 Ho\K
%#u 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。 LEHlfB#z`@ 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 .E[k}{k, 设计小结
2Xe2%{ 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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