| 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 y-Z*qR? 设计任务书……………………………………………………1 X7n~Ws&s@ 传动方案的拟定及说明………………………………………4 hwC3[' 电动机的选择…………………………………………………4 P@*whjPmo 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 ){ wE)NN 传动件的设计计算……………………………………………5 &}P62& 轴的设计计算…………………………………………………8
gZvl
D 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 ,:;_j<g`e 键联接的选择及校核计算……………………………………16 X1" `0r3 连轴器的选择…………………………………………………16 4~1_%wb 减速器附件的选择……………………………………………17 Ymn0?$,D1= 润滑与密封……………………………………………………18 7v=Nh 设计小结………………………………………………………18 nQ/El&{ 参考资料目录…………………………………………………18 .e]!i(5I 机械设计课程设计任务书 'zpj_QM 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 LrK6*y,z 一. 总体布置简图 `Th!bk 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 ';$2j~ 二. 工作情况: SM@1<OCc 载荷平稳、单向旋转 %Rg84tz 三. 原始数据 .}z&$:U9[ 鼓轮的扭矩T(N•m):850 3RGVH, 鼓轮的直径D(mm):350 M6g!bK2l 运输带速度V(m/s):0.7 2TIZltFS0e 带速允许偏差(%):5 O'j;"l~H| 使用年限(年):5 o[8Y %3 工作制度(班/日):2 tq1h1 四. 设计内容 1UmV& 1. 电动机的选择与运动参数计算; 1?mQ
fW@G 2. 斜齿轮传动设计计算 c%v%U & 3. 轴的设计 C96|T>bk 4. 滚动轴承的选择 !d"J,. ) 5. 键和连轴器的选择与校核; s%p(_pB 6. 装配图、零件图的绘制 uTn(fs)D 7. 设计计算说明书的编写 LQR9S/?Ld 五. 设计任务 O </< 1. 减速器总装配图一张
69CH W & 2. 齿轮、轴零件图各一张 44b'40 3. 设计说明书一份 C}W/9_I6Uo 六. 设计进度 x{IOn;>R 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 m]&d TZV 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 6Zkus20 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 *4WOmsj 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 P 7gS
M 传动方案的拟定及说明 (R Ttz 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。 y37n~~% 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。 ~|fd=E% 电动机的选择 |-2,k#| 1.电动机类型和结构的选择 jh}[7M 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。 kOJs;k 2.电动机容量的选择 +
PGfQN 1) 工作机所需功率Pw I~#'76L[ Pw=3.4kW o6oZk0 2) 电动机的输出功率 aS62S9nwX Pd=Pw/η ']4sx_)S η= =0.904 |'1[\<MM3 Pd=3.76kW &OWiA;e?f 3.电动机转速的选择 8 =J6{{E nd=(i1’•i2’…in’)nw op[OB= 初选为同步转速为1000r/min的电动机 8n1Sy7K!; 4.电动机型号的确定 H|Q)Tp Lk 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 Rs5G5W@"A 计算传动装置的运动和动力参数 |67<h5Q1 传动装置的总传动比及其分配 R.+QK6B& 1.计算总传动比 eK4\v:oG1 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: I
gA0RY1 i=nm/nw U%j=)VD]) nw=38.4 :`oYD i=25.14 uFG]8pj2V1 2.合理分配各级传动比 PNc^)|4^Q 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 G#n27y nh 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 >qCUs3}C{* 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 h6la+l?x 各轴转速、输入功率、输入转矩 t\u0\l> 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 wrw~J 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 }B}?q V 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 P\N$TYeH 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 +7d%)t 传动比 1 1 5 5 1 VA.:'yQtJ 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 R:Z{,R+
7BdvJ" 传动件设计计算 uiM*!ge 1. 选精度等级、材料及齿数 4k<4=E 1) 材料及热处理; UPUO8W)<Z6 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 4AzS~5S 2) 精度等级选用7级精度; A2$:p$[ 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; Y <Ta2H 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° p\1[cz)B 2.按齿面接触强度设计 Y0aO/6 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 Z!7#"wO9+V 按式(10—21)试算,即 |jF)~k6 dt≥ ^|-x mUC 1) 确定公式内的各计算数值 cYmMO[4YG' (1) 试选Kt=1.6 :Y~fPke (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 lLyMm8E%pZ (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 vgo-[^FiP$ (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 h+}`mi (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa w\8grEj (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; 7AHEzJh" (7) 由式10-13计算应力循环次数 nlw(U3@7 N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 ,/ly|Dv N2=N1/5=6.64×107 ko$bCG% (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 a~DR$^m (9) 计算接触疲劳许用应力 HE7JQP!q 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 a[[u>oHyd [σH]1==0.95×600MPa=570MPa srO{Ci0 [σH]2==0.98×550MPa=539MPa F+v? 2|03 [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa 2<
w/GX. 2) 计算 !7P 1%/ (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t 03iO4yOu d1t≥ = =67.85 Z"]
ben (2) 计算圆周速度 Iy6"2$%a v= = =0.68m/s 3[pA:Z+xx (3) 计算齿宽b及模数mnt 8L9xP'[^ b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm DNq=|?qn] mnt= = =3.39 2.Th29] h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm wVP{R3 b/h=67.85/7.63=8.89 Fpzps!(;= (4) 计算纵向重合度εβ _t'Kj\ εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 VfAIx]Fa (5) 计算载荷系数K AhiZ0W" 已知载荷平稳,所以取KA=1 Jou~>0,/j 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, -r_z,h| 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 ,3!l'|0jJ 由表10—13查得KFβ=1.36 v%VCFJ 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 GG/~)^VMe K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 A d=NJhzl (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 4?jXbC k~x d1= = mm=73.6mm ijw'7d|, (7) 计算模数mn 'dDd9 mn = mm=3.74 xbxU`2/ 3.按齿根弯曲强度设计 *.8@hPy 由式(10—17 mn≥ 66,?f<b 1) 确定计算参数 9@nX 6\, (1) 计算载荷系数 [Z`q7ddd^ K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 APsd^J (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 EXK~Zf|&Z dUk^DI,:l (3) 计算当量齿数 &|LZ%W0Fb z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 G sm5L<rx z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 W1w)SS (4) 查取齿型系数 Ps4spy0Fp 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 #5-0R7\d7 (5) 查取应力校正系数 wv #1s3 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 N0,.cd]y` (6) 计算[σF] xwW[6Ah σF1=500Mpa Q4JwX=ZVj σF2=380MPa Ia*eb%HG KFN1=0.95 ,ic.b
@u1 KFN2=0.98 N5Eb.a9S [σF1]=339.29Mpa sF:3|Yy0 [σF2]=266MPa '
^^]Or (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 l}&egq
DC = =0.0126 \h~;n)FI = =0.01468 N1jj\.nB 大齿轮的数值大。 -5l74f!i 2) 设计计算 Mf^ ;('~ mn≥ =2.4 X<9jBj/t mn=2.5 3(Kj|u 4.几何尺寸计算 I
$!Y 1) 计算中心距 [R iCa z1 =32.9,取z1=33 '=EaZ>= z2=165 (y7U}Sb' a =255.07mm U-6b>< a圆整后取255mm ]7}2"?J4v 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 J GnL[9P_ β=arcos =13 55’50” }Y~o =3- 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 M$d DExd~ d1 =85.00mm 6 :K~w<mMJ d2 =425mm 'KMyaEh.u 4) 计算齿轮宽度 ):E4qlB b=φdd1 rLGh>bw#`3 b=85mm x3xBl_t B1=90mm,B2=85mm y+\nj3v6 5) 结构设计 '9>z4G*Td 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。 m;)[gF 轴的设计计算 C s?kZ
% 拟定输入轴齿轮为右旋 @5K/z<p% II轴: 3N|,c]| 1.初步确定轴的最小直径 !run3ip`Z d≥ = =34.2mm m7Nm!Z7 2.求作用在齿轮上的受力 ' :lADUt Ft1= =899N $rD&rsx6 Fr1=Ft =337N QXqBb$AXi, Fa1=Fttanβ=223N; % zHsh Ft2=4494N ?u{y[pI6 Fr2=1685N lPFT)>(+@ Fa2=1115N by,"Orpwq; 3.轴的结构设计 f8'D{OP"G 1) 拟定轴上零件的装配方案 wyeiz7 i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 )"s <hR, ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 U@x5cw: iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 y((I2g1rv iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 dp\pkx7 v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 A6YkoYgC vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 Q"n|<!DN 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ;0( |06= 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 _@wXh-nc 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。 IFYGl 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 uA dgR 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 QL%&b\K 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 3Z;`n,g 6. VI-VIII长度为44mm。 _PZGns,u 4. 求轴上的载荷 yPL1(i; 66 207.5 63.5 ZG+8kt!w Fr1=1418.5N $e1==@
R Fr2=603.5N (9$z+Zmm? 查得轴承30307的Y值为1.6 GY%lPp Fd1=443N 2'UWPZgE Fd2=189N ^3C8GzOsO 因为两个齿轮旋向都是左旋。 t$m~O?I 故:Fa1=638N U<QO@5 Fa2=189N `3m7b!0k 5.精确校核轴的疲劳强度 'M+iw:R__ 1) 判断危险截面 musZCg$ 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 *o <S{ 2) 截面IV右侧的 w}nc^6qH ~{lSc/SP| 截面上的转切应力为 IIcG+zwx 由于轴选用40cr,调质处理,所以 <XG&f ([2]P355表15-1) ZT;$aNy a) 综合系数的计算 +Z99x# 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , #InuN8sI ([2]P38附表3-2经直线插入) g.$a]pZz 轴的材料敏感系数为 , , 6wK>SW)#&j ([2]P37附图3-1) L,6v!9@ 故有效应力集中系数为 +Q pgG4h 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , AlF"1X02 ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) %"kF i 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , ~~,] b ([2]P40附图3-4) [xW;5j<87 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 foO/Yc b) 碳钢系数的确定 ObJgJr 碳钢的特性系数取为 , &f48MtE c) 安全系数的计算 u*LMpTnn 轴的疲劳安全系数为 eU/o I} A 故轴的选用安全。 _M[@a6? I轴: l12Pj02 w 1.作用在齿轮上的力 5Us$.p FH1=FH2=337/2=168.5 RN2^=$'. Fv1=Fv2=889/2=444.5 >G`Uc&= 2.初步确定轴的最小直径 5qZebD2a jD]Ci#|W 3.轴的结构设计 I|&<!{Rq 1) 确定轴上零件的装配方案 aTXmF1_n 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 &d}1)? 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。 |qe[`x;
% 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。 39Nz>Nu: 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。 i" 0]L5=P 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。 $aIq>vJO9 h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 [\|`C4@3a i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 s}3g+T\l1w j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 vZhC_G+tGd 2) 各段长度的确定 l;F\s&^ 各段长度的确定从左到右分述如下: i{T mn a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 %0-fn' b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 l=+hs c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 N>a. dYXr d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 {nQ?+o3 e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 (^),G-] f) 该段由联轴器孔长决定为42mm X8m@xFW} 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 P_7QZ0k/ W=62748N.mm U1oZ\Mh T=39400N.mm GhlbYa 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 jg)+]r/hS \B\G=Y III轴 *yX5g,52-| 1.作用在齿轮上的力 ,oin<K FH1=FH2=4494/2=2247N ,#/%Fn%T Fv1=Fv2=1685/2=842.5N Ufw_GYxan 2.初步确定轴的最小直径 2lb HUK 3.轴的结构设计 &7-ENg9 [ 1) 轴上零件的装配方案 nr*nX 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 G+5_I"`W I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII ;,WI_iP(w 直径 60 70 75 87 79 70 HGiO}|q: 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 ~-J!WC==U g]$e-X@k 5.求轴上的载荷 3P,
ul*e Mm=316767N.mm :ebu8H9f% T=925200N.mm !4Oj^yy% 6. 弯扭校合 r(qwzUI 滚动轴承的选择及计算 Qq7%{`<} I轴: ;#)vw;XR 1.求两轴承受到的径向载荷 ":I@>t{H* 5、 轴承30206的校核 Z=KHsMnB 1) 径向力 59R%g .2Y 2) 派生力 gRsV-qS 3) 轴向力 r$Tu``z \ 由于 , +sY8<y@% 所以轴向力为 , +<})`(8 4) 当量载荷 |XrGf2P9u 由于 , , )i^+=TZ q 所以 , , , 。 {9c_T!c 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 ##QKXSD 5) 轴承寿命的校核 f,(@K% II轴: E*"-U!?)l2 6、 轴承30307的校核 .Ce0yAl~ 1) 径向力 SuJa?VU1w 2) 派生力 y 1I(^<qO= , lj US-6 3) 轴向力 yDORL|
E' 由于 , Ny" "lcy 所以轴向力为 , w3>.d(Q 4) 当量载荷 I9ZJ"29 由于 , , l0&U7gr 所以 , , , 。 AMSn^75 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 77/j}Pxh 5) 轴承寿命的校核 (>,}C/-UG III轴: 4#Rq}/h 7、 轴承32214的校核 c#L.I 1) 径向力 K&IHt?vh! 2) 派生力 V9\y*6#Y, 3) 轴向力 C"cBlru8B 由于 , na`8ulN_ 所以轴向力为 , e_h`x+\: 4) 当量载荷 JTS<n4<a 由于 , , y**>l{!! 所以 , , , 。 b8O }XB 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 @|;XDO`k; 5) 轴承寿命的校核 5M=
S7B3= 键连接的选择及校核计算 8eDKN9kq =vD}O@tN 代号 直径 =rzhaU'A' (mm) 工作长度 +rOfQ'lQ (mm) 工作高度 z#Cgd-^7.# (mm) 转矩 xN>+!&3%w (N•m) 极限应力 rhH !-`m (MPa) #+SdX[N 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 hNL_e3 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 eCy]ugsi% 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 IWNIk9T,u 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 a-Ne!M[ 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 gMB/ ~g5b0 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 p}MH LM 连轴器的选择 #(dERET* 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 <xaB$}R 二、高速轴用联轴器的设计计算 [h@MA| 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 , x67,3CLy? 计算转矩为 IEQ6J}L 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) qy,X#y'FuE 其主要参数如下: kT,2eel 材料HT200 D]zpG 公称转矩 nOdAp4{:q% 轴孔直径 , l
EsE]f 轴孔长 , 3=Va0}#& 装配尺寸 qp`G5bw 半联轴器厚 -) \!@n0 ([1]P163表17-3)(GB4323-84 ,}HnS)+ 三、第二个联轴器的设计计算 zE_t(B(Q 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 , Xb5$ijH 计算转矩为 SX6P>:` 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) }c;h:CE# 其主要参数如下: ba"a!#wA 材料HT200 [.*o<
KP 公称转矩 +Heen3 轴孔直径 Rss=ihlM 轴孔长 , SPY4l*kX 装配尺寸 Tx0l^(n 半联轴器厚 %{K6 ([1]P163表17-3)(GB4323-84 WgC*bp{ 减速器附件的选择 <B=!ZC=n 通气器 -Drm4sTpDb 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 (??|\
&DTi 油面指示器 `Ef&h V 选用游标尺M16 Gj(UA1~1 起吊装置 ||vQW\g 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 `<kV)d%xEF 放油螺塞 dL!K''24{ 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 Or[uq,Dm16 润滑与密封 8L}N,6gC4_ 一、齿轮的润滑 z0m[25FQG 采用浸油润滑,由于低速级周向速度为,所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径,取为35mm。 9,;+B8-A 二、滚动轴承的润滑 M"$TXXe 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 gHzjI[WI 三、润滑油的选择 M[ZuXH} 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。 `L<)9* 四、密封方法的选取 gDJ@s
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。 v__;oqN0 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。 G$HLta 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 JI}p{yI 设计小结 C'$}!p70 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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