| 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 &Cpxo9- 设计任务书……………………………………………………1 tG^ ?fc 传动方案的拟定及说明………………………………………4 K\E]X\: 电动机的选择…………………………………………………4 H-
qP>: 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 |&RX>UW$W 传动件的设计计算……………………………………………5 @?cXa: tX 轴的设计计算…………………………………………………8 ~Ow23N 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 qH$rvD!] 键联接的选择及校核计算……………………………………16 -0IFPL8 连轴器的选择…………………………………………………16 W;g+R- 减速器附件的选择……………………………………………17 dVtLYx 润滑与密封……………………………………………………18 DHNii_w4v 设计小结………………………………………………………18 SU}oKii
/ 参考资料目录…………………………………………………18 ,lS-;. 机械设计课程设计任务书 ihY^~ 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 f5qHBQ 一. 总体布置简图 ,<j5i? 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 [tK:y[nk 二. 工作情况: MG5Sn*(C 载荷平稳、单向旋转 I)%jPH:ua 三. 原始数据 Q;,3W+( 鼓轮的扭矩T(N•m):850 P<JkRX 鼓轮的直径D(mm):350 CJtjn 运输带速度V(m/s):0.7 ^8*SCM_A 带速允许偏差(%):5 _3G)S+7# 使用年限(年):5 lLFBop 工作制度(班/日):2 QOy&!6 四. 设计内容 4N=Ie}_` 1. 电动机的选择与运动参数计算; Y^m=_*1g5 2. 斜齿轮传动设计计算 lJY=*KB(6 3. 轴的设计 =RE_Urt: 4. 滚动轴承的选择 R$&&kmJ 5. 键和连轴器的选择与校核; [qMO7enu# 6. 装配图、零件图的绘制 B5r_+?=2e 7. 设计计算说明书的编写 ?CZD^>6 五. 设计任务 ]S aH/$ 1. 减速器总装配图一张 ygY+2 2. 齿轮、轴零件图各一张 q]%bd[zkz 3. 设计说明书一份 4lf36K, 六. 设计进度 ]`H.qV 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 ^JVP2L>o* 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 :.<TWBo V 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 +9F#~{v`4a 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 +4nR&1z$ 传动方案的拟定及说明 A.x}%v,E 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。 ^? xJpr%) 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。 j/mp.'P1k 电动机的选择 +5|nCp6||j 1.电动机类型和结构的选择 LtWU"42 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。 ^o\p|f>f 2.电动机容量的选择 n}'.6 1) 工作机所需功率Pw ]3u'Qv}o Pw=3.4kW CF92AY 2) 电动机的输出功率 I>o;
%} Pd=Pw/η 2.2a2.I1 η= =0.904 Ngc+< Pd=3.76kW =/!S 3.电动机转速的选择 < LAD nd=(i1’•i2’…in’)nw #$B,8LFz,$ 初选为同步转速为1000r/min的电动机 A1}+j-D7!y 4.电动机型号的确定 4lUE(#kUM 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 E!l1a5qB 计算传动装置的运动和动力参数 KrG6z#)Uz 传动装置的总传动比及其分配 koY8=lh/ 1.计算总传动比 gO!h<1 ! 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: na:^7:I i=nm/nw +p6\R;_E nw=38.4 R+hS;F nh% i=25.14 lfeWtzOf 2.合理分配各级传动比 oySM?ZE 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 Z9~Wlt'? 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 c7!`d.{90 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 )qXe`3d5 各轴转速、输入功率、输入转矩 8 %f!
X51 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 -\C6j 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 gc)3 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 ;]x5;b9` 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 b/Q"j3 传动比 1 1 5 5 1 /O9EI'40) 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 &7u
Ra1/R bXL a~r4\ 传动件设计计算 Q.$h![`6 1. 选精度等级、材料及齿数 OBQ!0NM_b 1) 材料及热处理; ,)G+h#Y[* 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 K#< Wt5 2) 精度等级选用7级精度; (kOv 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; <yO9j 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° =Fl4tY#X 2.按齿面接触强度设计 M=_CqK* 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 XQ;dew+ 按式(10—21)试算,即 K):sq{ dt≥ =JH,RQ
* 1) 确定公式内的各计算数值 )!-'S H (1) 试选Kt=1.6
`.WKU"To (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 ^BTNx2VHf (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 Mg/2w (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 1V?)zp (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa --)[>6)I (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; Y2&6xTh (7) 由式10-13计算应力循环次数 V@-GQP1 N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 L-gF$it\*b N2=N1/5=6.64×107 )!72^rl (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 Xrn~]P7 (9) 计算接触疲劳许用应力 h1)\.F4G 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 b"bj|qF~E [σH]1==0.95×600MPa=570MPa XX6)( [σH]2==0.98×550MPa=539MPa f+AIxSw [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa H`@7o8oj1 2) 计算 $,42h (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t _lqAxWH d1t≥ = =67.85 J<@]7)|U (2) 计算圆周速度 }C#d;JC v= = =0.68m/s ohk =7d.' (3) 计算齿宽b及模数mnt &>+Z$ZD b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm O v6=|]cW mnt= = =3.39 8;3FTF h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm xGL"N1 b/h=67.85/7.63=8.89 D40VJ3TUc (4) 计算纵向重合度εβ tjt#VFq? εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 *n5g";k| (5) 计算载荷系数K &pl;U\dc*a 已知载荷平稳,所以取KA=1 c[q3O** 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, wE2?/wb 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 6j#5Ag: 由表10—13查得KFβ=1.36 5w3'yA<vE 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 Mla,"~4D5 K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 / KM+PeO (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 :+$_(*Z d1= = mm=73.6mm b\mN^P~>A (7) 计算模数mn YN[D^;} mn = mm=3.74 9,+LNZ'k 3.按齿根弯曲强度设计 #*@Yil=1 由式(10—17 mn≥ `0N/
/Q 1) 确定计算参数 VF.S)='>Eu (1) 计算载荷系数 0nAS4Az K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 >TgO|mq (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 UqbE 4e sf&-gG (3) 计算当量齿数 d[de5Xra z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 qm@hD>W+ z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 up6LO7drW/ (4) 查取齿型系数 s!Vtwp9 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 |kD?^Nx (5) 查取应力校正系数 (?(ahtT4T 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 ;H.r6 (6) 计算[σF] de[_T%A σF1=500Mpa ^m\n[<x^ σF2=380MPa WObfHAp. KFN1=0.95 >n/QKFvV5 KFN2=0.98 Lm/^ 8V+ [σF1]=339.29Mpa 4" @yGXUb [σF2]=266MPa GS@ wG (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 ;Lx5r=<Hx = =0.0126 ]up:pddIh = =0.01468 8dfx _kY`/ 大齿轮的数值大。 Bvwk6NBN 2) 设计计算 O;r8l+ mn≥ =2.4 (RF6K6~ mn=2.5 =`")\?z} 4.几何尺寸计算 aqlYB7 1) 计算中心距 KT}}=st% z1 =32.9,取z1=33 .u)YZN0\ z2=165 O<5bsKw'r a =255.07mm ZtiOf}@i\ a圆整后取255mm <W1!n$V ] 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 s_|wvOW)' β=arcos =13 55’50”
aG!!z> 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 ;a|A1DmZ d1 =85.00mm ;J<kG@ d2 =425mm ax$0J|}7 4) 计算齿轮宽度 iJAW| dw} b=φdd1 U i;o/Z3 b=85mm DvGtO)5._ B1=90mm,B2=85mm {=kA8U 5) 结构设计 =+u$ZZ0+]o 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。 8K$:9+OY 轴的设计计算 +]
uY 拟定输入轴齿轮为右旋 ,}[,]-nVx II轴: [}Nfs3IlBw 1.初步确定轴的最小直径 zOcMc{w0 d≥ = =34.2mm 6Rso}hF}} 2.求作用在齿轮上的受力 WWY9U Ft1= =899N i/->g:47P Fr1=Ft =337N nWh?zf#{ Fa1=Fttanβ=223N; hFKYRZtP.8 Ft2=4494N TE/2}XG) Fr2=1685N h0!j ;fn Fa2=1115N OLv( 3.轴的结构设计 E~24b0<7 1) 拟定轴上零件的装配方案 St?vd+(> i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 9yQ[ *
ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 xv
/w % iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 P5Fm<f8\ iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 7oUYRqd v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 PR Y)hb;1 vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 c=7L)w:I 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 7eY*Y"GX 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 ^<<
Wqmx 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 ";Lpf]< 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 Qv8Z64# 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 <K)^MLgN 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 9nB:=`T9 6. VI-VIII长度为44mm。 >kd2GZe^_J 4. 求轴上的载荷 4Vt YR 66 207.5 63.5
B1Xn<Wv Fr1=1418.5N >XA#/K Fr2=603.5N >Z/,DIn,I 查得轴承30307的Y值为1.6 M6?* \9E Fd1=443N _m@QeO'yh Fd2=189N nU/v(lN 因为两个齿轮旋向都是左旋。 k;"=y)@o 故:Fa1=638N Iu%S><'+ Fa2=189N (CEJg|, 5.精确校核轴的疲劳强度 nF05p2Mh 1) 判断危险截面 <pz;G} 由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面 ?QZ\KY 2) 截面IV右侧的 ~v2_vEu}JX b d9]' 截面上的转切应力为 a(bgPkPP 由于轴选用40cr,调质处理,所以 NoV2<m$ ([2]P355表15-1) Wh"oL;O a) 综合系数的计算 WPLAh_fe 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , C:W}hA! ([2]P38附表3-2经直线插入) #;H+Kb5O 轴的材料敏感系数为 , , ;/$zBr`' ([2]P37附图3-1) P#6y 故有效应力集中系数为 TR]~r2z 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , eEXer>Rm
([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) S.BM/M 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , \DpXs[1 ([2]P40附图3-4) ']>@vo4kK{ 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 (@mvNlc: b) 碳钢系数的确定 F.K7w 碳钢的特性系数取为 , Lylw('zZ c) 安全系数的计算 kpcIU7|e 轴的疲劳安全系数为 5|";L&` 故轴的选用安全。 2?#IwT' I轴: crUt8L-B4 1.作用在齿轮上的力 e!Y:UB2
7u FH1=FH2=337/2=168.5 }_Jr[iaB Fv1=Fv2=889/2=444.5 byoDGUv 2.初步确定轴的最小直径 <Jv %}r ggfL
d r 3.轴的结构设计 B<x)^[ <v 1) 确定轴上零件的装配方案 L+bU~N,+A 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 pl%3RVpoc d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 nxw]B"Eg e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 )EcE{!H6+ f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 )k{zRq:d g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 I HgYgn h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 Q
>] v?4 i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 "8>*O;xk j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 9=89)TrY 2) 各段长度的确定 XTyJ*`> 各段长度的确定从左到右分述如下: YD 1u a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 v=$v*W b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 ?>LsIPa 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。 \E5%.KR 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。 L]I)E`s 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。 QG$LbuZ` f) 该段由联轴器孔长决定为42mm s8Xort& 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 .A//Q|ot! W=62748N.mm I6ffp!^}Y T=39400N.mm ayTEQS 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 T}jryN;J5 615, P/ III轴 icOh/G=N; 1.作用在齿轮上的力 VnAJOR7lrx FH1=FH2=4494/2=2247N
3XjM@D Fv1=Fv2=1685/2=842.5N h/W@R_Y 2.初步确定轴的最小直径 `D6Bw=7 3.轴的结构设计 X!Xl 1) 轴上零件的装配方案 UEbRg =6 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
T.]+T[}! I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII VQI 直径 60 70 75 87 79 70 <nOK#;O) 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 ~&8ag` 6&5p3G{%0 5.求轴上的载荷 TL lR"L5 Mm=316767N.mm n.Iu|,?q T=925200N.mm c&vY0/ [ 6. 弯扭校合 why;1z>V 滚动轴承的选择及计算 ),1MR= I轴: c4E=qgP 1.求两轴承受到的径向载荷 j?K]0j; 5、 轴承30206的校核 }%Dsy2:y 1) 径向力 q{?Po;\D 2) 派生力 jr29+> 3) 轴向力 ;& ny< gQ 由于 , 3C{3"bP 所以轴向力为 , wyvrNru<l4 4) 当量载荷 H48`z'o 由于 , , LT']3w 所以 , , , 。 [R:\ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 t=J WD2 5) 轴承寿命的校核 KAH9?zI)M II轴: hY XH9: 6、 轴承30307的校核 ~Q}JC3f> 1) 径向力 pVbgjJI 2) 派生力 L8sHG$[ , aUUr&yf_L 3) 轴向力 ?$T!=e" 由于 , 6fV%[.RR 所以轴向力为 , 7) aitDD 4) 当量载荷 'S]7:/CI 由于 , , 6Tjj++b(* 所以 , , , 。 uSh!A 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 <J" 7ufHSQ 5) 轴承寿命的校核 w],+l N; III轴: DdJ>1504 7、 轴承32214的校核 X=$WsfN.h 1) 径向力 2~[f<N 2) 派生力 /cM< 3) 轴向力 G
Xx7/ X 由于 , @=4K%SCw 所以轴向力为 , IO3`/R- 4) 当量载荷 FaS}$-0 由于 , , ClZ:#uMbN 所以 , , , 。 gw[\7 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 )*<=: 5) 轴承寿命的校核 k/[*Wz$W 键连接的选择及校核计算 baJ(Iy$XT aBv3vSq>Q 代号 直径 1haNca_6, (mm) 工作长度 mqxgrb7 (mm) 工作高度 ZuF"GNUC (mm) 转矩 bV|(V> (N•m) 极限应力 =[{YI2S (MPa) /Xa_Xg7 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 $qOV#,@ 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 '@OqWdaR 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 7u8HcHl 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 "o.V`Bj 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 uFxhr2
<z 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。 X]up5tk~ 连轴器的选择 [4Tiukk( 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 UykOQ-2-n 二、高速轴用联轴器的设计计算 fT)u`voE, 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 , pe(31%(h 计算转矩为 ,=o)R,[ 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) s%Ez/or(T 其主要参数如下: *6uZ"4rb. 材料HT200 Oa7x(wS 公称转矩 8w,U[aJm 轴孔直径 , `U:W (\L 轴孔长 , v,6 装配尺寸 d:KUJ
Y. 半联轴器厚 1e=<df ([1]P163表17-3)(GB4323-84 wkSIQL 三、第二个联轴器的设计计算 0sxZa+G0o 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
)H>Uu5@ 计算转矩为 :0K[fBa 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) gT 8^ 其主要参数如下: jY^wqQls 材料HT200 oq00)I1 公称转矩 7PE3>cD 轴孔直径 q:Lw!'Zh 轴孔长 , d)V"tSC, 装配尺寸 'EF\=o)^Y 半联轴器厚 s"1:#.u ([1]P163表17-3)(GB4323-84 `LD#fg* 减速器附件的选择 C'~K am S 通气器 BI9~%dm 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 l!Bc0 油面指示器 96W!~w2xx 选用游标尺M16 w7n6@"q 起吊装置 j9)WInYc: 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 Be?b|
G!M 放油螺塞 &S\q*H=}i 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 b-sbR R 润滑与密封 v9Kx`{1L 一、齿轮的润滑 Z+jgFl
4 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。 ^a9v5hu 二、滚动轴承的润滑 'EsN{.l? 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 %<^B\|d'? 三、润滑油的选择 UsT+o 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。 H)XHlO^ 四、密封方法的选取 \etuIFQ#U 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。 "T>74bj_|Q 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。 ^T}6oUd 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 Q)"L 8v
v 设计小结 `o7m)T') 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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