| 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 uQ:ut( 设计任务书……………………………………………………1 /'&.aGW4% 传动方案的拟定及说明………………………………………4 eW%L$I 电动机的选择…………………………………………………4 _&; ZmNNhc 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 r~Y>+ln. 传动件的设计计算……………………………………………5
8qFUYZtY 轴的设计计算…………………………………………………8 ER~T'-YMS 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 wUZQB1$F 键联接的选择及校核计算……………………………………16 DC$7B`#D 连轴器的选择…………………………………………………16 &5kZ{,-eM 减速器附件的选择……………………………………………17 u;+%Qh 润滑与密封……………………………………………………18 !sg%6H?} 设计小结………………………………………………………18 ur/Oc24i1n 参考资料目录…………………………………………………18 K,x$c % 机械设计课程设计任务书 \3t,|%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 @DfkGm[% 一. 总体布置简图 7XUhJN3n 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 4r_!>['`" 二. 工作情况: \3%W_vU_ 载荷平稳、单向旋转 ?-pxte8 三. 原始数据 9"WRI Ht'c 鼓轮的扭矩T(N•m):850 ?@Z7O.u 鼓轮的直径D(mm):350 :0M'=~[ 运输带速度V(m/s):0.7 9M1a*frxZ 带速允许偏差(%):5 *TJBPM, 使用年限(年):5 &q4ox7 1 工作制度(班/日):2 DapQ}2'_ 四. 设计内容 ky'|Wk6 1. 电动机的选择与运动参数计算; W.yV/fu 2. 斜齿轮传动设计计算 pGY [f@_x- 3. 轴的设计 r@|R-Binz 4. 滚动轴承的选择 r> Fec 5. 键和连轴器的选择与校核; E/:+@'(k 6. 装配图、零件图的绘制 !?BW_vY 7. 设计计算说明书的编写 kjx> 五. 设计任务 @kwLBAK}@ 1. 减速器总装配图一张 lP}o[Rd 2. 齿轮、轴零件图各一张 hX0RET 3. 设计说明书一份 OfD@\;L 六. 设计进度 Vn)%C_-]A 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 V)2"l"Kt 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 x
HY+q; 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 nped 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 `ifb<T 传动方案的拟定及说明 h^['rmd 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。 nA>*IU[ 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。 :L]-'\y 电动机的选择 M_tj7Q3
W 1.电动机类型和结构的选择 (})]H:W7 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。 1T!cc%ah 2.电动机容量的选择 ''_,S,.a20 1) 工作机所需功率Pw USE [N Pw=3.4kW 5_v5 2) 电动机的输出功率 ]9fS@SHdx Pd=Pw/η D._{E*vg η= =0.904 +<gg Pd=3.76kW -_s%8l^ 3.电动机转速的选择 (2:
N; nd=(i1’•i2’…in’)nw et@">D%;] 初选为同步转速为1000r/min的电动机 s;s0}Td_1 4.电动机型号的确定 YQN.Ohtv*F 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 }bZ
8-v 计算传动装置的运动和动力参数 |drf"lX<{ 传动装置的总传动比及其分配 7`Qde!+C 1.计算总传动比 6e*%\2UA 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: %=y;L:S\p i=nm/nw (viWY nw=38.4 eUYZxe :6 i=25.14 dFzYOG1 2.合理分配各级传动比 !zU/Hq{wcK 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 O97VdNT8 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 Dq|GQdZ>o 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 B@d1xjp)'] 各轴转速、输入功率、输入转矩 E\ tL 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 64SW 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 ^#2xQ5h 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 '[%jjUU 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 |0lLl^zp 传动比 1 1 5 5 1 nQ|GqU\oA 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 1y7y0V K6-6{vt 传动件设计计算 'gYg~= 1. 选精度等级、材料及齿数 (/-lV&eR 1) 材料及热处理; 5~QhX22 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。 V5~fMsse
2) 精度等级选用7级精度; TM)u?t+[ 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; ]}.0el{ 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° WXLK89ev\ 2.按齿面接触强度设计 00"CC 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 :Pc(DfkS 按式(10—21)试算,即 36nyu_h:R dt≥ 3\1#eK'TK. 1) 确定公式内的各计算数值 5lGQ#r (1) 试选Kt=1.6 p:Oz<P (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 u
>4ArtF (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 D '<$ g (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62
"3wv:BL (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa Zd$JW=KR]l (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; vf[&7n (7) 由式10-13计算应力循环次数 zOL;"/R N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 Nfg{,/O N2=N1/5=6.64×107 JwB"\&'1ZS (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 &Bm&i.r (9) 计算接触疲劳许用应力 -;vT<G3 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 l~NEGb [σH]1==0.95×600MPa=570MPa *Z > [σH]2==0.98×550MPa=539MPa zz&vfO31J [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa se#@)LtZ 2) 计算 f9a$$nb3` (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t 0Q`&inwh d1t≥ = =67.85 VNO'="U (2) 计算圆周速度 <1K7@Tu v= = =0.68m/s <*_o0;h| (3) 计算齿宽b及模数mnt ^zgacn b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm cv]BV>=E mnt= = =3.39 7k'gt/#up h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm GB=bG%Tb b/h=67.85/7.63=8.89 2$tQ @r (4) 计算纵向重合度εβ w:Ra7ExP εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 $~G@ (5) 计算载荷系数K 0yaMe@&, 已知载荷平稳,所以取KA=1 kutJd{68 根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同, Y.NE^Vn0 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 z+
ZG1\ 由表10—13查得KFβ=1.36 T<6GcI>A 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 p31oL{D K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 n+rM"Gxz (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 !VRo*[yD@ d1= = mm=73.6mm uFo/s&6K (7) 计算模数mn "Vy WT mn = mm=3.74 s&VOwU 3.按齿根弯曲强度设计 e1UITjy 由式(10—17 mn≥ *{|$FQnR>( 1) 确定计算参数 :v)6gz(p (1) 计算载荷系数 v%nP*i9 K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 'g hys1H (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 #ua^{OrC/ XXm'6xD- (3) 计算当量齿数 -?z\5z z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 nmg{%P z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 |z*>ixK (4) 查取齿型系数 x[x(y{&~ 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 (:n|v% (5) 查取应力校正系数 E30Z`$cz: 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 5gshKmt_ (6) 计算[σF] Oyan9~ σF1=500Mpa ?-,6<K1 σF2=380MPa 'yr{^Pek KFN1=0.95 =)
}nLS3t KFN2=0.98 hl]S'yr [σF1]=339.29Mpa ve fU' [σF2]=266MPa NbkK&bz (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 (:7a&2/M = =0.0126 :j,}{)5= = =0.01468 y\,f6=%k 大齿轮的数值大。 O|e} 2) 设计计算 PIxjM> mn≥ =2.4 `HyF_m>\ mn=2.5 UP8{5fx' 4.几何尺寸计算 bLlH//ZRH 1) 计算中心距 Z0\Iyc G z1 =32.9,取z1=33 (f>M &.. z2=165 kceyuD$3G a =255.07mm s[X
B#)H4 a圆整后取255mm $r15gfne> 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 ShGp^xVj β=arcos =13 55’50” }#/lN 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 JDlBVZ! d1 =85.00mm Y0Rg Jn d2 =425mm f GarUV 4) 计算齿轮宽度 !8/gL b=φdd1 JC2*$qu J b=85mm +zp0" ,2B B1=90mm,B2=85mm +|&0fGv;d9 5) 结构设计 GTAf 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。 t!qwxX*$T 轴的设计计算 ArXl=s';s4 拟定输入轴齿轮为右旋 O{q&]~, II轴: 7 :U8 f: 1.初步确定轴的最小直径 vD26;S.y[a d≥ = =34.2mm T6HU*( 2.求作用在齿轮上的受力 m&/=&S Ft1= =899N bV6V02RF Fr1=Ft =337N bVK$.*, Fa1=Fttanβ=223N; 1`l;xw1W Ft2=4494N GFL-.?
0 Fr2=1685N #pA[k- Fa2=1115N ;?~
9hN! 3.轴的结构设计 7I
>J$" 1) 拟定轴上零件的装配方案 8xTix1u0 i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 0( //D;j ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 U^ ?=
0+ iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 jQ$BPEG&X iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 Oy$<QXj/ v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 D=&K&6rr vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 GOVAb' 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 n9]
~
1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 (h,Ws-O 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 DsQ/aG9c% 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 BX3lPv 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 ~L'nzquF 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 6Xa.0(h 6. VI-VIII长度为44mm。 +)gB9DoK 4. 求轴上的载荷 T4GW1NP 66 207.5 63.5 ],&\%jd< Fr1=1418.5N v3-?CQb( Fr2=603.5N !G+u j( 查得轴承30307的Y值为1.6 KyLp?!|> Fd1=443N uvv.WbZ Fd2=189N 1VLLo~L% 因为两个齿轮旋向都是左旋。 Kz[BB@[ 故:Fa1=638N - 9-fX(I Fa2=189N jdlG#j-\ 5.精确校核轴的疲劳强度 rBfg*r`) 1) 判断危险截面 %g w{[
/[A 由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面 TSQhX~RN 2) 截面IV右侧的 t?3BCm$Mi HcO5?{2 截面上的转切应力为 :Tb7r6 由于轴选用40cr,调质处理,所以 w1i?#!| ([2]P355表15-1) m[8
@Unt a) 综合系数的计算 xa#gWIP* 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , woau'7}XOu ([2]P38附表3-2经直线插入) * nCx[ 轴的材料敏感系数为 , , , N
344y ([2]P37附图3-1) q[c Etp28h 故有效应力集中系数为 4_Y!el H) 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , v<&v]!nF ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) e/94y6*> 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , P(;Mb{ ([2]P40附图3-4) `bqzg 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 #LWg" i b) 碳钢系数的确定 38wq ( 碳钢的特性系数取为 , H,|YLKg-| c) 安全系数的计算 2AK}D%jfc 轴的疲劳安全系数为 Q52bh'cuU 故轴的选用安全。 !Uy>eji} I轴: S@A<6 1.作用在齿轮上的力 /qXzOd FH1=FH2=337/2=168.5 f_'"KF[% Fv1=Fv2=889/2=444.5 kM`7EPk 2.初步确定轴的最小直径 ke6n/ h5` (8x
gn 3.轴的结构设计 gjZx8oIoP 1) 确定轴上零件的装配方案 dz,+tR~ 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 qTy v.#{y 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。 vgAFuQi( 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。 <kbnu7?a* 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。 e=J*Esc@k 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。 o9+Q{|r 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。 v,0<9!'v i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 j@t{@Ke j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 1eiw3WU; 2) 各段长度的确定 PbN3;c3 各段长度的确定从左到右分述如下: 4(|yD; 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。 vJThU$s- b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 7@a\* |K6 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。 \(bj(any 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。 {u4i*udG`) 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。 3'^S3W% f) 该段由联轴器孔长决定为42mm mu>] 9ZW 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 A:)sg!Lt W=62748N.mm zq=&4afOE T=39400N.mm e5L1er;6 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 8!4[#y< T 9MzUV& III轴 .hne)K%={y 1.作用在齿轮上的力 -(
Kh.h FH1=FH2=4494/2=2247N nX 8B;*p6b Fv1=Fv2=1685/2=842.5N r0u J$/! 2.初步确定轴的最小直径 2Pz 5f 3.轴的结构设计 +C5#$5]; 1) 轴上零件的装配方案 D 2$^" 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 _.-#E$6s#q I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII WG\Q5k4Ba 直径 60 70 75 87 79 70 vX 1W@s 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 //tT8HX y9ip[Xn-$: 5.求轴上的载荷 h[y*CzG Mm=316767N.mm /N%zwj/* T=925200N.mm )@,N7Y1h 6. 弯扭校合 +Lhe, 滚动轴承的选择及计算 f-&ATTx`J I轴: J@gm@ jLc 1.求两轴承受到的径向载荷 1q`k}KMy 5、 轴承30206的校核 F {/>u(@3 1) 径向力 ,z oB0([ 2) 派生力 BjB&[5?z 3) 轴向力 Lz?*B$h 由于 , 1wlVz#f. 所以轴向力为 , H7}g!n? 4) 当量载荷 GI?PGAT 由于 , , FvAbh]/4 所以 , , , 。 '(T mV#3 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 BPh".R J 5) 轴承寿命的校核 @o60c II轴: R)Q/Ff@o0 6、 轴承30307的校核 U Q)!|@& 1) 径向力 73VQ@Jn 2) 派生力 %fBP:5%K , r(]98a]o~ 3) 轴向力 m|lM.]2_ 由于 , nPcxknl(pd 所以轴向力为 , blUY.{NN3 4) 当量载荷 aj?2jU~Pq 由于 , , 7MoR9,( 所以 , , , 。 5
>'66gZ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 gU+ss 5) 轴承寿命的校核 .(JE-upJ" III轴: x
~wNO/ 7、 轴承32214的校核 u |'8a1 1) 径向力 3Fgz)*Gu] 2) 派生力 o>.AdZby 3) 轴向力 )=y.^@UT@ 由于 , vUqe.?5 所以轴向力为 , `t%|.=R 4) 当量载荷 lQh~Q<[ge 由于 , , &yB%QX{3 所以 , , , 。 <>VIDE 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 gU~
L@R_D 5) 轴承寿命的校核 (x}A_i 键连接的选择及校核计算 xC'mPcU8 k]t,q$Vd 代号 直径 8~;{xYN ) (mm) 工作长度 ijE<spG (mm) 工作高度 J_|7$
l/ (mm) 转矩 F|6
nwvgq (N•m) 极限应力 J`4Z<b53 (MPa) DQ%`v= 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 ix:2Z- 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 dr.**fGYde 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 Rq"VB.ef&{ 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 d8rBu jT 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 JIVo=5c} 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。 y:~eU 连轴器的选择 L^6"'# 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 NS
h%t+XU] 二、高速轴用联轴器的设计计算 =sxkr ih 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 , UP}feN 计算转矩为 BO[+E'2 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) TFNUv<>X 其主要参数如下: xT:qe 材料HT200 4tbw*H5!5 公称转矩 ;9}w|!/ 轴孔直径 , cZ6?P`X 轴孔长 , K/!/M%GB6 装配尺寸 G}182"#4 半联轴器厚 n; Lo ([1]P163表17-3)(GB4323-84 lQ+Ru8I 三、第二个联轴器的设计计算 eH ;Wfs2f 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 , AU3auBol
^ 计算转矩为 Vp|2w lFE- 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) 0Ulxp 其主要参数如下: Cq-hPa}2 材料HT200 ~&t!$ 公称转矩 ^!q 08`0 轴孔直径 8w03{H
0 轴孔长 , E7V38Z 装配尺寸 ,jAx%]@,I 半联轴器厚 VEL:JsY ([1]P163表17-3)(GB4323-84 1R5Yn( 减速器附件的选择 ,.~
W 通气器 r3n=<l!Jr 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 xylpiSJ 油面指示器 OD{5m(JwL 选用游标尺M16 3yeK@>C 起吊装置 !y.ei1diw 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 _Ngx$ 放油螺塞 += X).X0K 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 OG0r4^6Ly 润滑与密封 2 9&sydu 一、齿轮的润滑 K#_~
!C4L 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。 b{Z^)u2X 二、滚动轴承的润滑 1_N~1Ik 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 :({-0&&_ 三、润滑油的选择 Q&oC]u(="& 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。 l0qdk#v 四、密封方法的选取 6Hc H'nmeN 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。 MDMtOfe| 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。 |^YzFrc 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 5LDQ^n 设计小结 *54>iO-
c 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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