| 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 'N|2vbi< 设计任务书……………………………………………………1 \CDAFu# 传动方案的拟定及说明………………………………………4 rr>IKyI' 电动机的选择…………………………………………………4 NC;T( @ 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 x@Sra@ 传动件的设计计算……………………………………………5 W=F3XYS 轴的设计计算…………………………………………………8 qb9}&'@: 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 4t*<+H% 键联接的选择及校核计算……………………………………16 g\qX7nIH? 连轴器的选择…………………………………………………16 69-$Wn43< 减速器附件的选择……………………………………………17 }il%AAI9}r 润滑与密封……………………………………………………18 EO"=\C, 设计小结………………………………………………………18 2-P I JO 参考资料目录…………………………………………………18 Lq%[A*`^ 机械设计课程设计任务书 M$#+W?m& 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 KZi+j#7O 一. 总体布置简图 ;+r0
O0;9 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 5#P: "U 二. 工作情况: ZIDFF 载荷平稳、单向旋转 }@3$)L%n_u 三. 原始数据 [;Vi~$p|Eo 鼓轮的扭矩T(N•m):850 +<H !3sW 鼓轮的直径D(mm):350 z=u~]:.1O 运输带速度V(m/s):0.7 = SA
4\/ 带速允许偏差(%):5 ?Z5$0-g'hU 使用年限(年):5 DCz\TwzU 工作制度(班/日):2 sek6+#|= 四. 设计内容 LxIuxt=X|p 1. 电动机的选择与运动参数计算; Xx=K?Z?3. 2. 斜齿轮传动设计计算 0H;"5 3. 轴的设计 byp.V_a}/ 4. 滚动轴承的选择 O^y$8OKEi, 5. 键和连轴器的选择与校核; {E3;r7 6. 装配图、零件图的绘制 HE9.
k.sS 7. 设计计算说明书的编写 -v;iMEZ) 五. 设计任务 -=@K%\\~5 1. 减速器总装配图一张 "sC$%D<oc 2. 齿轮、轴零件图各一张 Lqg7D\7j 3. 设计说明书一份 x/pC%25 六. 设计进度 VOD1xWrb 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 9Y;}JVS 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 Uy:@,DW 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 mI2|0RWI)l 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写
GE{8I<7c 传动方案的拟定及说明 g8C+1G8 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。 ~4l6unCI 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。 ;]|m((15G 电动机的选择 u!sSgx= 1.电动机类型和结构的选择 D86K$IT 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 y[TaM9< 2.电动机容量的选择 A)= X?x 1) 工作机所需功率Pw <t% Ao," Pw=3.4kW ag|9$ 2) 电动机的输出功率 *9\oD~2Y Pd=Pw/η 0;.e#(`- η= =0.904 aMe%#cLI Pd=3.76kW 8f5%xY$ 3.电动机转速的选择 z1z=P%WK nd=(i1’•i2’…in’)nw 6,sRavs 初选为同步转速为1000r/min的电动机 Q&\ZC?y4 4.电动机型号的确定 TiwHLb9 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 Ly@U\%. 计算传动装置的运动和动力参数 \z(>h& 传动装置的总传动比及其分配 k
i~Raa/e 1.计算总传动比 "i;*\+x 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: QSlf=VK*y i=nm/nw g;|
n8] nw=38.4 T#ecLD# i=25.14 vq@#Be?@
2.合理分配各级传动比 BN bb&] 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 1KfJl S+ 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 }[YcilU_ 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 LWp?U!N 各轴转速、输入功率、输入转矩 ^v()iF
! 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 aC
$h_ 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 6EW"8RG` 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 r-Xjy*T 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 6PVlZ 传动比 1 1 5 5 1 F<XD^sO 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 /0'fcjOaQ 5cv,
>{~5 传动件设计计算 YQlpk@X`2 1. 选精度等级、材料及齿数 :{e`$kz 1) 材料及热处理; ~}FLn9@* 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。 ^+YGSg7 2) 精度等级选用7级精度; >xk:pL*o` 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; JJ= ~o@|c 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° #dXZA>b9 2.按齿面接触强度设计 c{r6a=C 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 {ILQ
CvP* 按式(10—21)试算,即 6Wcn(h8%* dt≥ J@&$U7t 1) 确定公式内的各计算数值 8DmX4* (1) 试选Kt=1.6 #&HarBxx (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 `s]zk {x (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 wZ#~+ }T (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 TO8\4p*tE (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa k/6Gj}l'o (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; SK~;<>:37 (7) 由式10-13计算应力循环次数 s;=J'x)~% N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 9=sMKc%!- N2=N1/5=6.64×107 NC#kI3 { (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 ^U|CNB%. (9) 计算接触疲劳许用应力 m78MWz]Yo 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 |R|U z` [σH]1==0.95×600MPa=570MPa
Y=#mx3. [σH]2==0.98×550MPa=539MPa ~vvQz" [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa cUX]tiC0 2) 计算 {yl/T:Bh& (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t :+X2>Lu$FA d1t≥ = =67.85 ocuNrkZ (2) 计算圆周速度 >H]|A<9u( v= = =0.68m/s ~P.-3 (3) 计算齿宽b及模数mnt pR^Y|NG! b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm Hr64M0V3B mnt= = =3.39 }][|]/s?42 h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm ?F_;~ b/h=67.85/7.63=8.89 k}owEBsn} (4) 计算纵向重合度εβ H;"N|pBy εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 _yXeX (5) 计算载荷系数K rSFXchD/ 已知载荷平稳,所以取KA=1 ^?l-YnQqm? 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, ;Bc<u[G 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 sfBjA 由表10—13查得KFβ=1.36 w1/T>o 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 2ucsTh@ K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 ]idD&5gd (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 z]R!l%` d1= = mm=73.6mm Z[A|SyZp (7) 计算模数mn 'V*M_o(\ mn = mm=3.74 Jb-QP'$@ 3.按齿根弯曲强度设计 %2FCpre; 由式(10—17 mn≥ YnL?t-$Gg 1) 确定计算参数 q2o$s9}B (1) 计算载荷系数 5In8VE
!P K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 `EW_pwZPA (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 !B38!
L -X[8 soz (3) 计算当量齿数 pkMON}"mj z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 b"3T(#2<* z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 u:>3j,Cs (4) 查取齿型系数 =D:R'0YH 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 as47eZ0\ (5) 查取应力校正系数 B*~Bm. 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 _WkcJe` (6) 计算[σF] ^T
J σF1=500Mpa V5^b6$R@ σF2=380MPa &_x/Dzu!z KFN1=0.95 D0_x|a KFN2=0.98 vrEaNT$J- [σF1]=339.29Mpa +53zI|I [σF2]=266MPa /8-VC" (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 A2FU}Ym0= = =0.0126 lM]),}
= =0.01468 `: 大齿轮的数值大。 ZN]c>w[
)I 2) 设计计算 9Q5P7}%p mn≥ =2.4 pD.@&J~ mn=2.5 "+JwS 4.几何尺寸计算 1&L){ hg 1) 计算中心距 Y{:/vOj z1 =32.9,取z1=33 m6ws#%|[ z2=165 WHk/mAI-s a =255.07mm F!cAaL1 a圆整后取255mm KO;6 1y: 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 CO+jB β=arcos =13 55’50” |MR?8A^" 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 aC6b})^ d1 =85.00mm 8 =Lv7G% d2 =425mm sN) .Jo 4) 计算齿轮宽度 U@AfRUF& b=φdd1 #\;w:: b=85mm ]|BSX-V.%i B1=90mm,B2=85mm ( #"s!!b 5) 结构设计 YD.^\E4o 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 wef^o"aP 轴的设计计算 /'_ RI 拟定输入轴齿轮为右旋 tLXw&hFk`g II轴: 'i-O 1.初步确定轴的最小直径 G&H"8REm d≥ = =34.2mm EQhV}9 2.求作用在齿轮上的受力 Qg.:w Ft1= =899N PGhZ`nl Fr1=Ft =337N e[dRHl Fa1=Fttanβ=223N; */e5lRO\ Ft2=4494N ?YykCJJ ~@ Fr2=1685N 0qUap*fvC Fa2=1115N ABDUp: 3.轴的结构设计 bbkI}d%(Ng 1) 拟定轴上零件的装配方案 =eLb"7C#0 i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 Y-{BY5E. ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 JB_`lefW,' iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。
4N0nU iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 wdV?&W+ v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 <\EfG:e vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 (:x"p{ 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 Y6PA\7Y\ 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 sZDJ+ 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 W
A}@n 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 k|C8sSH 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 ,LO-!\L 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 D.!7jA# 6. VI-VIII长度为44mm。 Z!eq / 4. 求轴上的载荷 r,KK%B 66 207.5 63.5 X5<.%@Z Fr1=1418.5N A\.*+k/B Fr2=603.5N T$;XJx 查得轴承30307的Y值为1.6 ='>UKy[= Fd1=443N ,O!aRvzap Fd2=189N fMaNv6( 因为两个齿轮旋向都是左旋。 mhuaXbr 故:Fa1=638N PtOnj)Q Fa2=189N R
|% 5.精确校核轴的疲劳强度 {jf~?/< 1) 判断危险截面 jsQ$.)nO 由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面 VAt9JE;# 2) 截面IV右侧的 y*(j{0yd 1U7HS2 截面上的转切应力为 x&vD,|V! 由于轴选用40cr,调质处理,所以 `aycYoD ([2]P355表15-1) j #YFwX4. a) 综合系数的计算 kc[["w& 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , b{Ss+F ([2]P38附表3-2经直线插入) ]l%.X7M9 轴的材料敏感系数为 , , oy: MM ([2]P37附图3-1) Uk6!Sb 故有效应力集中系数为 1?\ Y,+ 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , p]eD@3Wz ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) %/zZ~WIf 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , 3wl>a#f ([2]P40附图3-4) v2sU$M 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 `1]9(xwhQ0 b) 碳钢系数的确定 V}-o):dI| 碳钢的特性系数取为 , NkI: c) 安全系数的计算 I9>*Yy5RNS 轴的疲劳安全系数为 T_T{c+,Zd$ 故轴的选用安全。 0g-ESf``{n I轴: J3;KQ}F.I 1.作用在齿轮上的力 e`F|sz]k"H FH1=FH2=337/2=168.5 J}CK|} Fv1=Fv2=889/2=444.5 W<o0Z OO 2.初步确定轴的最小直径 YYW70k: *rT(dp!Y 3.轴的结构设计 E2D8s=r 1) 确定轴上零件的装配方案 +~O{
UGB= 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 F\bI6gj 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。 xS1|Z|& 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。 s#ZH.z@J 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。 \S@6@UGv 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。 9zd/5|W 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。 O]eJQ4XN< i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 'qE j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 mM>|fHGA 2) 各段长度的确定 or`stBx 各段长度的确定从左到右分述如下: 12dW:#[ 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。 ku8c) b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 "~
stZ. 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。 ~7'.{VrU 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。 TVwYFX 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。 7:'>~>' f) 该段由联轴器孔长决定为42mm V.:A'!$# 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 dC#\ut%l W=62748N.mm bz]O(` T=39400N.mm %;$Y|RbmqE 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 %QLYNuG [zEP| III轴 zAJUL 1.作用在齿轮上的力 @8yFM% FH1=FH2=4494/2=2247N y: [] + Fv1=Fv2=1685/2=842.5N >nEnX 2.初步确定轴的最小直径 %tQ{Hf~ 3.轴的结构设计 ^?[<!VBI 1) 轴上零件的装配方案 l}c2l' 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 VTfaZ/e. I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII Q}]kw}b 直径 60 70 75 87 79 70 i]%"s_l 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 t'x:fO?cp aZ`agsofk 5.求轴上的载荷 @A'1D@f# Mm=316767N.mm w8I&:"^7< T=925200N.mm 5V8C+k) 6. 弯扭校合 5>Yd\(`K 滚动轴承的选择及计算 FH`&C*/F0Y I轴: B?Sfcq- 1.求两轴承受到的径向载荷 Cbs4`D, 5、 轴承30206的校核 HW Os@!cL 1) 径向力 tN> B$sv 2) 派生力 + Z2<spqG 3) 轴向力 %v:h]TA 由于 , ^ZWFj?`\UV 所以轴向力为 , ;o459L>sW 4) 当量载荷 IF}c*uGj} 由于 , , wNhR(M7 所以 , , , 。
D#}Yx]Q1 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 /C2f;h(1 5) 轴承寿命的校核 ,GP4I3D II轴: yUwgRj 6、 轴承30307的校核 Ltd?#HP 1) 径向力 y@\Q@
9 2) 派生力 utJVuJw:t , u;qMo `- 3) 轴向力 \+Ln~\Sv 由于 , ptni'W3 所以轴向力为 , 2BA9T nxC
4) 当量载荷 ^6y4!='ci 由于 , , M8j(1&(: 所以 , , , 。 <`UG#6z8 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 @Qjl`SL%O^ 5) 轴承寿命的校核 )\\V
s>9 III轴: ,T*_mDVY 7、 轴承32214的校核 TM}'XZ& 1) 径向力 yXo0z_ G 2) 派生力 mCNf]Yz 3) 轴向力 |aAWWd5 由于 , i)PV{3v$J 所以轴向力为 , jNG?2/P6& 4) 当量载荷 VN-#R=D 由于 , , m?% H<4X 所以 , , , 。 q&dRh 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 D6)Cjc>a 5) 轴承寿命的校核 jl-Aos"/ 键连接的选择及校核计算 L[Yp\[#-q @))}\: 代号 直径 ])j|<W/ (mm) 工作长度 ^!p<zZ (mm) 工作高度 ~73i^3yf (mm) 转矩 I<(.i!-x (N•m) 极限应力 hN:F8r+DG (MPa) jw(>@SXz 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 ={E!8" 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 ~{,vg4L 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 y(3c{y@~X 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 .4C[D{4 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 Lr?4Y 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。 ncJFB,4 连轴器的选择 J6(
RlHS; 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 3ES[ N.V# 二、高速轴用联轴器的设计计算 7l#2,d4 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 , g
y e(/N+I 计算转矩为 Op/79]$ 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) f{^M.G@ 其主要参数如下: x\J;ZiWwW 材料HT200
M o"JV 公称转矩 W93JY0Ls9| 轴孔直径 , {~p7*j^0 轴孔长 , Ng'ZAG;O 装配尺寸 lKV\1(` 半联轴器厚 i+X2M-[Ls ([1]P163表17-3)(GB4323-84 &J^4Y!gt 三、第二个联轴器的设计计算 Q%n{*py 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 , Y=:KM~2hv 计算转矩为 TI[UX16Tz1 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) #NN"(I 其主要参数如下: xjK_zO*dLq 材料HT200 2l)9Lz=;L 公称转矩 ;N$ 0)2w 轴孔直径 1]
%W\RHxo 轴孔长 , ?bt`fzX{l 装配尺寸 qF{DArc 半联轴器厚 oGJ*Rn)Z ([1]P163表17-3)(GB4323-84 2B9i R 减速器附件的选择 RrO0uadmn 通气器 iF [?uF 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 LmXF`Y$ 油面指示器 KM/U?`6>: 选用游标尺M16 &}nBenYp 起吊装置 (aJP: ^ 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 Tf#2"(! 放油螺塞 .|-l+ 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 c/<Sa|' 润滑与密封 bB:r]*_
s] 一、齿轮的润滑 -Wlp=#9 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。 crJ7pe9 二、滚动轴承的润滑 e8AjO$49 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 Xq,UV 三、润滑油的选择 M[YTk=IM# 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利,考虑到该装置用于小型设备,选用L-AN15润滑油。 kqKj7L 四、密封方法的选取 `dv}a-Q)c 选用凸缘式端盖易于调整,采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。 (# 6<k 密封圈型号按所装配轴的直径确定为(F)B25-42-7-ACM,(F)B70-90-10-ACM。 af<NMgT2s~ 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 @K$VV^wp 设计小结 4d^
\l! 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。
|
|