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 EQ2#/> 设计任务书……………………………………………………1 "rTQG6` 传动方案的拟定及说明………………………………………4 avjpA?Vz 电动机的选择…………………………………………………4 hZ[E7=NTQ^ 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 Yaj0;Lo[wt 传动件的设计计算……………………………………………5 Fd#?\r. 轴的设计计算…………………………………………………8 h"`ucC8X 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 Cv
}Qwy 键联接的选择及校核计算……………………………………16 yphS'AG 连轴器的选择…………………………………………………16 Xf0M:\w=M 减速器附件的选择……………………………………………17 - *F(7$ 润滑与密封……………………………………………………18 W8Q|$ZJ88F 设计小结………………………………………………………18 ,PlO8;5] 参考资料目录…………………………………………………18 yPM3a7-Bm 机械设计课程设计任务书 NxSu3e~PS 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 1D16 一. 总体布置简图 N03G>fZ 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 Z:ni$7<. 二. 工作情况: &-s'BT[PGq 载荷平稳、单向旋转 qNI,
62 三. 原始数据 KiRUvWqa 鼓轮的扭矩T(N•m):850
pnMEB,) 鼓轮的直径D(mm):350 |4
v0:ETb$ 运输带速度V(m/s):0.7 17D"cP 带速允许偏差(%):5 rX*H)3F 使用年限(年):5 TqNadHQ 工作制度(班/日):2 Mmj;'iYOwF 四. 设计内容 w0|gG+x jS 1. 电动机的选择与运动参数计算; jxiC
Kx,G 2. 斜齿轮传动设计计算 np%\&CVhN 3. 轴的设计 ~CtL9m3tO 4. 滚动轴承的选择 J%V-Q>L 5. 键和连轴器的选择与校核; $=5=NuX 6. 装配图、零件图的绘制 tS|9fBdCs 7. 设计计算说明书的编写 QF-LU
五. 设计任务 1?)Xp|O 1. 减速器总装配图一张 GQ*wc?f3 2. 齿轮、轴零件图各一张 [(o7$i29|% 3. 设计说明书一份 uqM yoIc 六. 设计进度 7uT:b!^f[ 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 Wqc)Fv70m 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 D6CS8
~" 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 7~9S 9 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 O_cbP59Y. 传动方案的拟定及说明 :`E8Z:-R 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。 bfA=3S"0 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。 DjI3?NN 电动机的选择 76V
6cI=+ 1.电动机类型和结构的选择 Vm5c+; 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。 <cZGxff01 2.电动机容量的选择 0E?jW7yr 1) 工作机所需功率Pw #
S}Z8 Pw=3.4kW |X,|QC*7? 2) 电动机的输出功率 ZeUvyIG Pd=Pw/η "8~:[G# η= =0.904 uA,>a>xYI Pd=3.76kW ;l&4V 3.电动机转速的选择 `Q+(LBP nd=(i1’•i2’…in’)nw I#m-g-J 初选为同步转速为1000r/min的电动机 MS>t_C( 4.电动机型号的确定 .~Fp)O:! 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 F.-R r 计算传动装置的运动和动力参数 pAb.c 传动装置的总传动比及其分配 !Gu%U $d 1.计算总传动比 S;~g3DCd 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: (T>nPbv) i=nm/nw @Ys!DScY, nw=38.4 Jg]'+>,J i=25.14 '\Jj8oJQj 2.合理分配各级传动比 {~h*2n 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 BBH0OiV= 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 UbEb&9} 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 1BAgtd$3 各轴转速、输入功率、输入转矩 ?+g`HTY u 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 9R;/*$ 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 r|PFw6 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 6'kS_Zu{< 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 56e r`=ms 传动比 1 1 5 5 1 ?."&MZ 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 D\@m6=L G2]4n T 传动件设计计算 tp6M=MC% 1. 选精度等级、材料及齿数 @HRC\OG 1) 材料及热处理; '"<6.,Ae 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。 V$"ujRp 2) 精度等级选用7级精度; VOc8q-hK 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; T[,/5J 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° ,*&G1|_6 2.按齿面接触强度设计 |,#t^'S! 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 [zL7Q^~ 按式(10—21)试算,即
s@z}YH dt≥ is1' s[ 1) 确定公式内的各计算数值 f;&]:2.j (1) 试选Kt=1.6 !L;\cl (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 +2K :qvzZ (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 UOGuqV- (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 {/X4(;~0 (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa i
`s|,"0o (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; "S&@F/ (7) 由式10-13计算应力循环次数 ~6pr0uyO` N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 *[r! N2=N1/5=6.64×107 `+zWu55; (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 \k]x;S<a (9) 计算接触疲劳许用应力 &K43x&mFF 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 _bzqd"
31I [σH]1==0.95×600MPa=570MPa V7Z4T6j4 [σH]2==0.98×550MPa=539MPa S@}1t4Ls: [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa Iq# ZhAk 2) 计算 KjFK/Og. (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t P7 ]z d1t≥ = =67.85 oT{@_U{*J (2) 计算圆周速度 ~`GhS<D v= = =0.68m/s {ekCQeDo (3) 计算齿宽b及模数mnt ?_oF :*~\ b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm Dy]I8_ mnt= = =3.39 ~%/Wupf h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm |.F b/h=67.85/7.63=8.89 j
,)P9V (4) 计算纵向重合度εβ h'i{&mS_b εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 Ja]?&j (5) 计算载荷系数K osOVg0Gyj 已知载荷平稳,所以取KA=1 Io|X#\K 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, 6
4D]Ypx 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 BaO1/zk 由表10—13查得KFβ=1.36 u>Rb
?` 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 yJsH=5A K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 /Y&02L%\3s (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 $55U+)C< d1= = mm=73.6mm GyW.2 (7) 计算模数mn )jCo%P/ mn = mm=3.74 D?~8za`5 3.按齿根弯曲强度设计 )-Ej5'iHr 由式(10—17 mn≥ aYn8^ 1) 确定计算参数 WKrX,GF (1) 计算载荷系数 4g}FB+[u K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 WKpA| (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 yoRU_%xA ygSL (3) 计算当量齿数 FP#FB$eP
z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 ,;<RW]r-P z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 (>=7ng^ (4) 查取齿型系数 _1*7Z=| 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 Olfn (5) 查取应力校正系数 2 $ !D* < 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 Z?NEO>h7 (6) 计算[σF] _Cy:]2o σF1=500Mpa LhzMAW<L4 σF2=380MPa 8ZcU[8r KFN1=0.95 {kLGWbo|Q KFN2=0.98 Fl{WAg [σF1]=339.29Mpa D-IR!js ] [σF2]=266MPa mPPk)qy (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 IN7<@OS7 = =0.0126 _Mc>W0'5@ = =0.01468 y/? &pKH^ 大齿轮的数值大。 p<`+sf}A: 2) 设计计算 TFR(
4W mn≥ =2.4 6P`)%zj mn=2.5 zTo8OPr 4.几何尺寸计算 Aaw(Ed 1) 计算中心距 1%J.WH6eQ z1 =32.9,取z1=33 q
(+ZwaV@ z2=165 "R9Yb,tIN a =255.07mm /}5B&TZ=(3 a圆整后取255mm hzY[
G: 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 Nf9fb? β=arcos =13 55’50” K{cbn1\,H 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 /^#G0f*N d1 =85.00mm YCy2 2@C d2 =425mm MS<SAD>w 4) 计算齿轮宽度 )F pJ1 b=φdd1 R^MiP|?ZH b=85mm 99OD=pxQ B1=90mm,B2=85mm 0{^H]Y 5) 结构设计 ] c}91 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。 Uh|>Skic4 轴的设计计算 ?4z8)E9Ju 拟定输入轴齿轮为右旋 !q4x~G0d II轴: Bmo$5$ 1.初步确定轴的最小直径 |@j_2Q, d≥ = =34.2mm U3#dT2U 2.求作用在齿轮上的受力 nhdTTap&9 Ft1= =899N Psa@@'w Fr1=Ft =337N $_j1kx$ Fa1=Fttanβ=223N; Az,-
Cq Ft2=4494N UQd6/mD`e Fr2=1685N H5nS%D Fa2=1115N TSo:7&| 3.轴的结构设计 *]s&8/Gmb 1) 拟定轴上零件的装配方案 Mth6-^g5 i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 )u@c3?$6 ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 tSv0" L iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 S7n"3.k iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 SFjU0*B$ v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 Y?Vz(udD
vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 FUeq
\Wuo 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 3@5p"X 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 ilEi")b= 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。 Pg^h,2h 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 0H=9@ 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 J\W-dI 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 oEzDMImJ5 6. VI-VIII长度为44mm。 M?o{STt 4. 求轴上的载荷 Q!CO0w 66 207.5 63.5 #i@h{R01 Fr1=1418.5N 6Dm+'y]l Fr2=603.5N l+
T,2sd 查得轴承30307的Y值为1.6
Iao[Pyk Fd1=443N 3n(*E_n Fd2=189N [}""@? 因为两个齿轮旋向都是左旋。 VEh]p5D 故:Fa1=638N 85>S"%_ Fa2=189N ZTf_#eS$ 5.精确校核轴的疲劳强度 Uh6mGLz*& 1) 判断危险截面 c %<2z 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 rB]W,8~% 2) 截面IV右侧的 Fu0.~w 6S*zzJ.0K 截面上的转切应力为 =Nl5{qYz^& 由于轴选用40cr,调质处理,所以 %{ ~>n" ([2]P355表15-1)
*q"G } a) 综合系数的计算 `*9EKj 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , Oje|bxQ ([2]P38附表3-2经直线插入) #)i&DJ^Y 轴的材料敏感系数为 , , )|T`17- ([2]P37附图3-1) '\4fU% 故有效应力集中系数为 ATO
5 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , J'7 y
([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) ec?1c&E 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , D=w9cKa ([2]P40附图3-4) ?Y`zg` 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 0_V*B[V b) 碳钢系数的确定 7jezw'\=~ 碳钢的特性系数取为 , m'.T2e.u c) 安全系数的计算 nL;K|W 轴的疲劳安全系数为 ]IXAucI] 故轴的选用安全。 X\G)81Q.S I轴: U2&HSE|2J 1.作用在齿轮上的力 B007x{-L FH1=FH2=337/2=168.5 `V~LV<v5 Fv1=Fv2=889/2=444.5 R"Y?iZed3 2.初步确定轴的最小直径 JFJIls 1E^{B8cm 3.轴的结构设计 }wkaQQh 1) 确定轴上零件的装配方案 n` #+L~X 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 *K!7R2Rat 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。 rIp'vy S\p 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。 8DL hk 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。 ):}Fu 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。 6BPAux.] 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。 )6C`&Mj i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 KQW!\y?$" j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 b#}t:yy 2) 各段长度的确定 ^(m0M$Wk* 各段长度的确定从左到右分述如下: 8v$g a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 :>ZzP: QD b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 67ZYtA|t c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 \SzGzCJ d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 :D^Y? e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 johmJLC f) 该段由联轴器孔长决定为42mm |3"NwM> 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 1[[TB .xF W=62748N.mm 7n
[12: T=39400N.mm lSs^A@s 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 rkP4<E-M ]#M/$?!]g2 III轴 UJ9q-r 1.作用在齿轮上的力 Cl-S=q@>V FH1=FH2=4494/2=2247N &Ky3Jb<:Gt Fv1=Fv2=1685/2=842.5N AAdD\%JZ 2.初步确定轴的最小直径 +Gp!cGaAm 3.轴的结构设计 )MMhlcNC 1) 轴上零件的装配方案 lxCX-a`@p 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 A@\qoS[ I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII SkriX\p 直径 60 70 75 87 79 70 B5
tx f. 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 ^$ 8Vh=D `6n!$Cxo 5.求轴上的载荷 SAQs{M Mm=316767N.mm hq]xmM?& T=925200N.mm T&mbXMN 6. 弯扭校合 p5D5%B/ 滚动轴承的选择及计算 rSzQUn< I轴: CF,8f$:2 1.求两轴承受到的径向载荷 QId"Cl)3 5、 轴承30206的校核 zL6
\p)y 1) 径向力 ./';P<) 2) 派生力 /kAwe *) 3) 轴向力 DXt]b, 由于 , )#)nBM2\ 所以轴向力为 , <8g *O2 4) 当量载荷 3^j~~"2,w 由于 , , e!.7no 所以 , , , 。 -MQZiq7H4 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 xcAF
5) 轴承寿命的校核 d.LOyO II轴: +p8qsT#7 6、 轴承30307的校核 d*]Dv,#X 1) 径向力 YG-Z.{d5Z 2) 派生力 JTSq{NN , FLi(#9 3) 轴向力 `WraOsoY 由于 , XKpL4]{&q4 所以轴向力为 , HKq2Js 4) 当量载荷 *4r
s 由于 , , v@F|O8t:s 所以 , , , 。 Fl8w7LcF7 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 }R7sj 5) 轴承寿命的校核 +3NlkN# III轴: aW52.X z%8 7、 轴承32214的校核 h9tB''ePE 1) 径向力
"$`wk 2) 派生力 D{Hh#x8Y 3) 轴向力 ?ZSXoy-kr 由于 , [K"U_b}w 所以轴向力为 , bd@*vu}?} 4) 当量载荷 Xtu: 由于 , , HA$^ *qn 所以 , , , 。 V%X:1 8j 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 xn%l 5) 轴承寿命的校核 o(B<!ji~' 键连接的选择及校核计算 OqEg{o5 a& oG4w8+N 代号 直径 B2ek&<I7N (mm) 工作长度 &:!ZT= (mm) 工作高度 Oz4,Y+[# (mm) 转矩 %igFHh? (N•m) 极限应力 N/`TrWVF (MPa) Q0
uP8I}n 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 hqhu^.}] 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 H<rnJ 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 lpM>}0v 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 1YF+(fk 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 el2*\(XT 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。 _IQU<Za 连轴器的选择 4yJ*85e] 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 Sleu#]- 二、高速轴用联轴器的设计计算 Dz"u8 f 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 , FR@PhMUS 计算转矩为 @2GhN&= 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) d- Z+fz 其主要参数如下: t%]^5<+X58 材料HT200 cJ7{4YK_#/ 公称转矩 #{)r*"% 轴孔直径 , J1gEjd 轴孔长 , E3FW*UNg[y 装配尺寸 1_33;gP 半联轴器厚 c&| '3i+ ([1]P163表17-3)(GB4323-84 xN{"%>Mx 三、第二个联轴器的设计计算 Tc'{i#%9j 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 , YJ$Vn>6Z 计算转矩为 ex@,F,u>o 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) .pB8=_e: 其主要参数如下: 8osS OOzM 材料HT200 U- *8%>Qp 公称转矩 |dB1R% 轴孔直径 )JY_eG&2Dx 轴孔长 , ZuFVtW@ 装配尺寸 &.+n
L
半联轴器厚 cKi^C ([1]P163表17-3)(GB4323-84 QKUBh-QFK 减速器附件的选择 LEn=dU 通气器 P*0nT 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 HX /GLnY/X 油面指示器 0]h8)EW 选用游标尺M16 OUIUgej 起吊装置 M3jv aI 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 P- `~]] 放油螺塞 ; mo\ yW1 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 xZ S\#{ 润滑与密封 @qO8Jg"Q 一、齿轮的润滑 [U3D`V$xD 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。 @sgT[P*ut 二、滚动轴承的润滑 iX>!ju'V 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 :cmI"Bo 三、润滑油的选择 qUDz(bFk/ 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。 8}pcanPg 四、密封方法的选取 mNnw G);$ 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。 guU r1Ij 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。 JXSqtk= 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 MWn L#! 设计小结 8[`^(O#\E 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。
|
|