| 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 NLF{W|X 设计任务书……………………………………………………1 ;xa]ke3] 传动方案的拟定及说明………………………………………4 $y> J= 电动机的选择…………………………………………………4 TO)wjF_ 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 !/$BXUrd 传动件的设计计算……………………………………………5 15gI-Qb 轴的设计计算…………………………………………………8 *-Y|qS% 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 s 4}}MV3X 键联接的选择及校核计算……………………………………16 H1=R(+-s 连轴器的选择…………………………………………………16 W#0pFofXw 减速器附件的选择……………………………………………17 /^0Hi4+\ 润滑与密封……………………………………………………18 4Kt?; y
; 设计小结………………………………………………………18 bd<zn*HZ* 参考资料目录…………………………………………………18 n|L.dBAs] 机械设计课程设计任务书 <
v_ ?} 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 zYj8\iER 一. 总体布置简图 Qo{^jDe,c* 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 h_d!G+-] 二. 工作情况: q^dI!93n| 载荷平稳、单向旋转 ipKkz 三. 原始数据 /{1 xpR 鼓轮的扭矩T(N•m):850 %-T]!3"n 鼓轮的直径D(mm):350 ({zp$P} 运输带速度V(m/s):0.7 'J<KL#og 带速允许偏差(%):5 BbiBtU 使用年限(年):5 bU:"dqRm< 工作制度(班/日):2 }kXF*cVg 四. 设计内容 Q.6pmaXrb 1. 电动机的选择与运动参数计算; fwxyZBr 2. 斜齿轮传动设计计算 %r~TMU2" 3. 轴的设计 ~&4,w9b)j 4. 滚动轴承的选择 *+qXXCA 5. 键和连轴器的选择与校核; 8X*6i-j5E 6. 装配图、零件图的绘制 OBN]bvCJ 7. 设计计算说明书的编写 XX}RbE#4 五. 设计任务 S)$ES6]9/ 1. 减速器总装配图一张 KY"W{D9ib 2. 齿轮、轴零件图各一张 ^X0<ZI 3. 设计说明书一份 /2?GRwU~P 六. 设计进度 w>VM-- 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 8u;l<^< 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 NY1olnI 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 Te!q(;L`4 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 I#S6k%-' 传动方案的拟定及说明 D
7H$!(F> 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 31YzTbl[H 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 lgA9p
4- 电动机的选择 2f I?P 1.电动机类型和结构的选择 v D}y%} 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 "2 qp-'^[c 2.电动机容量的选择 0V`0=" rQ 1) 工作机所需功率Pw ~c3!,C Pw=3.4kW "o}3i!2Qr 2) 电动机的输出功率 ,n~H]66n Pd=Pw/η 7ktf =Y η= =0.904 Alp9]
0( Pd=3.76kW
+<AX
0( 3.电动机转速的选择 @;d(>_n nd=(i1’•i2’…in’)nw t~ Q{\! 初选为同步转速为1000r/min的电动机 A'6>"=ziP 4.电动机型号的确定 +&-/$\" 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 (K>5DU 计算传动装置的运动和动力参数 IM)\-O\Wd 传动装置的总传动比及其分配 NBE)DL 1.计算总传动比 RNp3lXf O 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: >,A:zbs& i=nm/nw [ZOo%"M_Y nw=38.4 FrB}2 i=25.14 JyYg)f 2.合理分配各级传动比 #ra:^9;Es: 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 Y-@K@Zu]? 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 ~0t]`<y= 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 % nP13V] 各轴转速、输入功率、输入转矩 mTYEK4} 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 "F}anPY 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 nXk<DlTws 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 |zGwt Z 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 TpuN[Y 传动比 1 1 5 5 1 avykg( 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 wp-*S}TT 2|kx:^D p 传动件设计计算 .P9ALJP(b 1. 选精度等级、材料及齿数 HpuHJ#l
1) 材料及热处理; ]f-< s,@ 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。 +KrV!Taf 2) 精度等级选用7级精度; d1 D{wZ3g 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; 4 )*8& 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° * pyi; 2.按齿面接触强度设计 Fla,#uB 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 ZVR0Kzu?Ra 按式(10—21)试算,即 D#1'#di*t dt≥ 2r,K/' 1) 确定公式内的各计算数值 `\(Fax (1) 试选Kt=1.6 ~z ^VMr (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 c*9RzD#Zj (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 FG38) / (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62
TfDx>
F$ (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa <hkg~4EKc (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; IFH%R>={ (7) 由式10-13计算应力循环次数 smF#'"{ N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 /J<?2T9G N2=N1/5=6.64×107 KaZ*HPe( (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 (`k0tC2 (9) 计算接触疲劳许用应力 #&\^{Z 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 `QC{}Oo^ [σH]1==0.95×600MPa=570MPa "/[-U;ck [σH]2==0.98×550MPa=539MPa CY?]o4IV [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa 5Q^
L"&0 2) 计算 z0t6}E<VIR (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t L L7a20 d1t≥ = =67.85 !r,ZyJU (2) 计算圆周速度 ;m,lS_[c v= = =0.68m/s KxqT5`P& (3) 计算齿宽b及模数mnt 5^t68
WOl b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm /Tv=BXL- mnt= = =3.39 r3mB"("Z' h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm BBm.;=8@ ^ b/h=67.85/7.63=8.89 vS6}R5 (4) 计算纵向重合度εβ ! %S9H2Lv εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 @f{yx\u/ (5) 计算载荷系数K gz;( ).{ 已知载荷平稳,所以取KA=1 \_#0Z+pX 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, KM*sLC# 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 xC9^x7%3O 由表10—13查得KFβ=1.36 -IMm# 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 :CV!:sUm K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 wciYv, (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 J/pW*G-U| d1= = mm=73.6mm U
SXz (7) 计算模数mn ?"$W=*P\o mn = mm=3.74 WIb\+! 3.按齿根弯曲强度设计 OY*BVJ^ 由式(10—17 mn≥ dJ"3F(X 1) 确定计算参数 "Q`{+|'=E (1) 计算载荷系数 1M7=*w,
K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 VZ&>zF (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
&THM]3: L}ud+Wfox (3) 计算当量齿数 z%Ywjfn' z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 I1=YSi;A z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 hun
LV8z (4) 查取齿型系数 $g$~TuA
w 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 @I2m4Q{O (5) 查取应力校正系数 s[)2z3 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 =i~/.Nu& (6) 计算[σF] ;Z:z'';Lm σF1=500Mpa JAj<*TB.% σF2=380MPa f(=yC}si KFN1=0.95 12])``9 KFN2=0.98 - o$S= [σF1]=339.29Mpa "ZEJL.Wy [σF2]=266MPa >P/kb fPA (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 _|D8~\y = =0.0126 , d ?4"8_ = =0.01468 -iGt]mbJkP 大齿轮的数值大。 EJO:3aKa 2) 设计计算 -wtavv,J mn≥ =2.4 O?p.kf{b mn=2.5 W%hdS<b 4.几何尺寸计算 E,JDO d} 1) 计算中心距 ?|Fu^eR%X z1 =32.9,取z1=33 ,Ej2]iO\7 z2=165 Jg/l<4,K, a =255.07mm =\e}fyuK a圆整后取255mm Y=sRVypJ 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 ca*USM β=arcos =13 55’50” s$YKdtR 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 (P~Jzp9u d1 =85.00mm z[b,:G d2 =425mm Wz nz 4) 计算齿轮宽度 S,fMGKcq b=φdd1 g2^7PtJg b=85mm J4 .C"v0a B1=90mm,B2=85mm Q4{%)}2$ 5) 结构设计 m>k
j @^SQ 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。 M7/P&d 轴的设计计算 9E)*X 拟定输入轴齿轮为右旋 18z{d9'F II轴: RQWVjF# 1.初步确定轴的最小直径 xY(+[T!OF d≥ = =34.2mm ZD/>L/ 2.求作用在齿轮上的受力 7)O?jc Ft1= =899N 5Qd |R Fr1=Ft =337N H[@uE*W Fa1=Fttanβ=223N; F#7ZR*ZB1 Ft2=4494N fs&J%ku\ Fr2=1685N xyj)W Fa2=1115N 8[Cp 3.轴的结构设计 eJ+;!0 1) 拟定轴上零件的装配方案 B)O=wx i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 JiEcPii ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 X5U_|XK6Y iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 1>jG*tr iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 Q IQB v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 xr&wV0O'
vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 SKuZik_ 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 Wg[?i C*~ 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 .{`+bT^b<2 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。 gn1`ZYg 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 jFM8dl
n 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 \=Af AO@ 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 bxyEn'vNvQ 6. VI-VIII长度为44mm。 MVg`6&oH 4. 求轴上的载荷 #bUWF|zfT 66 207.5 63.5 >9a%"<(2# Fr1=1418.5N UBOCd[ Fr2=603.5N )&1yt4
x6% 查得轴承30307的Y值为1.6 ih.UzPg Fd1=443N |xZDc6HDW Fd2=189N B}X
C 因为两个齿轮旋向都是左旋。 ~'dnrhdme 故:Fa1=638N [6V'UI6 Fa2=189N WGN[`D" 5.精确校核轴的疲劳强度 uEWW Y t 1) 判断危险截面 }r]WB)_w 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 8R`@edj> 2) 截面IV右侧的 *U.$=4Az <Xm5re. 截面上的转切应力为 ,r{*o6 由于轴选用40cr,调质处理,所以 r=n|MT^O ([2]P355表15-1) T~s/@*y9 a) 综合系数的计算 ItDe_|!L 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , +'>N]|Z ([2]P38附表3-2经直线插入) 8V_
]}W 轴的材料敏感系数为 , , I|RN/RVN ([2]P37附图3-1) -?e~dLu 故有效应力集中系数为 tirw{[X0n 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , WEqHL,Uh] ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) ' :g8a=L 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , KD$ P\(5# ([2]P40附图3-4) MFX&+c 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 }E]`ly<Z b) 碳钢系数的确定 reM%GU 碳钢的特性系数取为 , 4v3y3 c) 安全系数的计算 lk \|EG 轴的疲劳安全系数为 NhCO C 故轴的选用安全。 4S 2I]d I轴: .Y_RI&B!L 1.作用在齿轮上的力 R"5/ FH1=FH2=337/2=168.5 0vS%m/Zi- Fv1=Fv2=889/2=444.5 2c5>0f 2.初步确定轴的最小直径 ]O<Yr' ?8-e@/E#x 3.轴的结构设计 fB1JU1 1) 确定轴上零件的装配方案 1(w0*` 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 dmP*2 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。 _M:)x0(" 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。 o1Mb HBb 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。 "M7ry9dDH 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。 >G'
NI?$ 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。 PHfGl i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 mb0${n~fz j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 PfnhE>[>cf 2) 各段长度的确定 `!qWHm6I* 各段长度的确定从左到右分述如下: uz>s2I}B a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 O~{Zs\u9 b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 jA=uK6m c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 U~Ni2|}\C9 d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 &lBfW$PZjk 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。 W} Nd3 f) 该段由联轴器孔长决定为42mm
TnM}|~V 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 ?j8CkqX! W=62748N.mm BTjF^&` T=39400N.mm rcxV ,<[B 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 *Ei~2O} PwF}yxkI III轴 t=XiSj\n 1.作用在齿轮上的力 7X|&:V.s| FH1=FH2=4494/2=2247N %|SbZ)gcQ Fv1=Fv2=1685/2=842.5N b ";#qVv C 2.初步确定轴的最小直径 umrRlF4M; 3.轴的结构设计 m|24)%Vj;= 1) 轴上零件的装配方案 k]R O=/ ?M 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1(q!.lPc I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII e{=7,DRH< 直径 60 70 75 87 79 70 )KXLL;] 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 Pl1:d{"d hH"3Y}U@ 5.求轴上的载荷 HP]Xh~aP Mm=316767N.mm q n =6>wP T=925200N.mm 4yRT!k}o 6. 弯扭校合 r2""p 滚动轴承的选择及计算 zXcSE" I轴: V_+3@C 1.求两轴承受到的径向载荷 O;H/15j:sK 5、 轴承30206的校核 M_9|YjwS 1) 径向力 U?#6I- 2) 派生力 sB7DF<91 3) 轴向力 R0. `2= 由于 , @q^WD_k 所以轴向力为 , ZR..>= 4) 当量载荷 E8%O+x} 由于 , , K\?vTgc( 所以 , , , 。 ReSP)%oW 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 Cc!n`%qc 5) 轴承寿命的校核 Em4TEv II轴: )x( *T 6、 轴承30307的校核 X+&@$v1 1) 径向力 _;'}P2&Q 2) 派生力 -(:BkA , s)]|zu0"Ku 3) 轴向力 -MB,]m 由于 , CuuHRvU8 所以轴向力为 , %eD&2$q* 4) 当量载荷 \BJnJk!% 由于 , , A\4Gq 所以 , , , 。
>St 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 <#`<Ys3b*! 5) 轴承寿命的校核 0CTI=<; III轴: X-n'?= 7、 轴承32214的校核 X^aujK^@ 1) 径向力 }O
o 2) 派生力 It]CoAo+ 3) 轴向力 W>B:W 0A 由于 , 4=q\CK2 ^A 所以轴向力为 , =faV,o&{` 4) 当量载荷 P6IhpB59 由于 , , t`F%$q 所以 , , , 。 !3HMGzt 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为
3FNj~=N 5) 轴承寿命的校核 V]vk9M2q[l 键连接的选择及校核计算 [$] JvF m4 4aKqw) 代号 直径 {BKI8vy (mm) 工作长度 ->93.sge (mm) 工作高度 *a$z!Ma3h (mm) 转矩 ^[qmELW#7 (N•m) 极限应力 {a(YV\^y|H (MPa) *7-uQKp 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 {H0B"i 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 :T'"%_d5 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 1h)I&T"kZ 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 V$:v~*Y9 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 I.(/j 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。 1lMU('r% 连轴器的选择 n*_FC 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 6.K)uQgjmv 二、高速轴用联轴器的设计计算 Kq.)5%~> 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 , /u#uC(Uwl
计算转矩为 L0uN|?} 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) eb:u h! 其主要参数如下: #kV=;(lq 材料HT200 :r#FI".qx 公称转矩 L{\B9b2 轴孔直径 , eqjl$QWPJS 轴孔长 , [>6:xGSe9X 装配尺寸 8[zP2L!- 半联轴器厚 *K0CUir| ([1]P163表17-3)(GB4323-84 .;$/nz6vk 三、第二个联轴器的设计计算 wAy;ZNu 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 , \9D
'7/$I, 计算转矩为 se(_`a/4Q 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) *+Q,b ^N 其主要参数如下: *=r,V 材料HT200 SJ+.i
u/ 公称转矩 Zx`hutCv 轴孔直径 BBy/bc! 轴孔长 , V-I_SvWv\ 装配尺寸 "3}Bv
X 半联轴器厚 9~u1fk{ ([1]P163表17-3)(GB4323-84 2&5"m;< 减速器附件的选择 =DF7l<&km 通气器 8tPq5i 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 L!/USh:IP 油面指示器 Y+WOU._46I 选用游标尺M16 >F@7}Y( 起吊装置 l} h<2 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 RCgs3JIE+2 放油螺塞 WO_cT26Y 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 G~YV6?? 润滑与密封 i' N 一、齿轮的润滑 G?8,&jP~T 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。 cV)C:!W2
二、滚动轴承的润滑 OGh bH a 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 UyIjM;X 三、润滑油的选择 tS`fG; 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。 eK3J9;X 四、密封方法的选取 '<8ewU 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。 n_?<q{GW 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。 A^o
轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 "K~+T\^|k 设计小结 dkRJ^~ 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。
|
|