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2009-01-12 21:46 |
单级斜齿轮减速箱设计说明书
机械设计基础课程设计任务书 \9
,a"g 73Zx`00 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 5;WESk V{jQ=<)@e 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) Dj?84y %y96]e1 目 录 s#Os?Q? 8jBrD1 一 课程设计书 2 ^/6LVB * _3Kow{y\ 二 设计要求 2 :.DZ~I _HMQx_e0YM 三 设计步骤 2 %C[#:>'+ GZefeBi 1. 传动装置总体设计方案 3 V^* ];`^ 2. 电动机的选择 4 ^LI\W'K 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 7)RDu,fx 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 (YV]T!q 5. 设计V带和带轮 6 :@rq+wvP 6. 齿轮的设计 8 ;AH8/M B9 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 Y0z)5),[U: 8. 键联接设计 26 *XUJv&ZN 9. 箱体结构的设计 27 *A&A V||q 10.润滑密封设计 30 p>ba6BDJT 11.联轴器设计 30 ?^3Y+)} 3<XP/c"; 四 设计小结 31 dI(1L~ 五 参考资料 32 r+Pfq[z& (G6lr%d 一. 课程设计书 iv!; gMco 设计课题:
l;;,[xhq 设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V 5)c B\N1u 表一: ?]%ZJd 题号 ~XeWN^l(Ov 49o /S2b4z 参数 1 d53Eu`QW? 运输带工作拉力(kN) 1.5 C6JwJYa 运输带工作速度(m/s) 1.1 6:Hd ` 卷筒直径(mm) 200 $RA+StF!] n-he|u 二. 设计要求 !#Pr'm/,mu 1.减速器装配图一张(A1)。 SgWLs%B 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 6ys|'<? 3.设计说明书一份。 +Pc2`,pw| %j o,Gv 三. 设计步骤 J4]tT pu"K 1. 传动装置总体设计方案 79z/(T+ 2. 电动机的选择 FrsXLUY 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 eemC;JV % 4. 计算传动装置的运动和动力参数 !ra,HkU' 5. “V”带轮的材料和结构 r0Zj'F_e 6. 齿轮的设计 03n+kh 7. 滚动轴承和传动轴的设计 OwN~-).%- 8、校核轴的疲劳强度 \IhHbcF`d 9. 键联接设计 bXz*g`=; 10. 箱体结构设计 oe*fgk/o9 11. 润滑密封设计 Yc:>Yzj(z 12. 联轴器设计 +ovT?CMo j.yh>"de 1.传动装置总体设计方案: j;<s!A#
>l b9 j> 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 N^{}Qvrr 2. 特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀, )GfL?'Z 要求轴有较大的刚度。 D4T42L 3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 V)fF|E~0 其传动方案如下: rA|&G' @x^/X8c(p 图一:(传动装置总体设计图) 7sU+:a ^U6VJ(58P 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 {Ia1Wd 8n 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 t=\
ffpA 传动装置的总效率 kpRk.Q* η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; ~J0r%P 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, o]eG+i6g] η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, [1l OGck[ 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 k*rG^imX dbg%n 0h 2.电动机的选择 Jim5Ul t9.| i H 电动机所需工作功率为: P=P/η=2300×1.1/0.835=3.03kW, 执行机构的曲柄转速为n==105r/min, EeQ2\'t 经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, Uuktq)NU 则总传动比合理范围为i=6~24,电动机转速的可选范围为n=i×n=(6~24)×105=630~2520r/min。 :7*9W|e
Ekn3ODz, 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比, sD9OV6^{?K sVH
w\_F$ 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 6H!l>@a7v ~uG/F?= Q: 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 g'9~T8i& ^ qN^]`M[ BY QJ%N80 方案 电动机型号 额定功率 <r)5jf P w}YcAnuB{% kw 电动机转速 /A-VT 电动机重量 ;3iWV"&_A N 参考价格 L/)eNZ 元 传动装置的传动比 E;YD5^B 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 dpT?*qLM 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 ex.^V sf_ " eS-i@ 中心高 hbSKlb0d 外型尺寸 +1a2Un L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸D×E 装键部位尺寸F×GD @W=:r/ 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 -,ojZFyRi v
<m=g! 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 /Ri-iC > 59(kk; (1) 总传动比 zhh6;>P 由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 _y:aPn (2) 分配传动装置传动比 3x=NSe|f =× t1p[!53( 式中分别为带传动和减速器的传动比。 2gW+&5;4 为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 Bw.?Me)mf| 4.计算传动装置的运动和动力参数 @>F`;'_*z (1) 各轴转速 KDr)'gl& ==1440/2.3=626.09r/min JHuA}f{2& ==626.09/5.96=105.05r/min pIPjTQ?cq (2) 各轴输入功率 XvZ5Q =×=3.05×0.96=2.93kW @2eH;?uO =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW ?{~. }Vn 则各轴的输出功率: -h 21 =×0.98=2.989kW X=VaBy4# =×0.98=2.929kW %htbEKWR 各轴输入转矩 "uBr]N: =×× N·m U8eU[|-8O/ 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· 7'7o^>
! 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m k~]\kv= =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m nIl<2H]F` 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m kZQ$Iv+^( =×0.98=242.86N·m rUmnv%qTS 运动和动力参数结果如下表 ):V)Hrq?x 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min 787}s`,} 输入 输出 输入 输出 $oIGlKc:L 电动机轴 3.03 20.23 1440 CYNpbv 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 ^3nB2G.ax 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 !^3j9<|@' }S9uh-j6l 5、“V”带轮的材料和结构 'D?sRbJ= 确定V带的截型 h)T-7b 工况系数 由表6-4 KA=1.2 !<^`Sx/+ 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 CM+wkU ?, V带截型 由图6-13 B型 yjucR
Fl 'x=y:0A 确定V带轮的直径 Ot3+<{ 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm :LB< z#M 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s WhL1OG 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm mh~n#bah u_S>`I 确定中心距及V带基准长度 NAfu$7 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 _1?Fyu&<5 360<a<1030 <$`udP@ 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm !B&1{ }q~xr3# 初定V带基准长度 [oS.B\Vc Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm yGPi9j{QXq XXZ$^W& V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm G$
Ii 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm kN$L8U8f 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 Uf-`g> I\ y>I?X 确定V带的根数 @0rwvyE=+3 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw 2n5{H fpY 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 <txzKpM 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 bq`0$c%hN 带长修正系数 由表6-2 KL=1 ctL,Mqr\Z z/7"! V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 ?ik6kWI |h%fi-a: 取Z=2 s)|l-I V带齿轮各设计参数附表 pi?U|&.1z pmi`Er 各传动比 >a1ovKF ic|>JX$G V带 齿轮 Ic&Jhw;]z 2.3 5.96 [+v}V ,jb 9S[Tan| 2. 各轴转速n K-*q3oh
G (r/min) (r/min) 6~v|pA jY 626.09 105.05 B%Spmx8 S}cm.,/w 3. 各轴输入功率 P i&?do{YQ) (kw) (kw) .J3Dk=/ 2.93 2.71 5zH?1Z~* x?| 4. 各轴输入转矩 T L3-tD67oa (kN·m) (kN·m) $?u ^hMU= 43.77 242.86 r-a/vx# 1JoRP~mMxa 5. 带轮主要参数 fX2PteA0qX 小轮直径(mm) 大轮直径(mm) Zj8aD-1]U^ 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 ! G+/8Q^ 带的根数z ii@O&g 160 368 708 2232 B 2 DHV#PLbN$ <ctn_"p Z 6.齿轮的设计 glppb$oB\ xFY;aK (一)齿轮传动的设计计算 j@b4)t ctL@&~*nY 齿轮材料,热处理及精度 ryq95<lF 考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 fH7o,U| (1) 齿轮材料及热处理 3J{`]v5` ① 材料:高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24 XK>/i}y 高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=i×Z=5.96×24=143.04 取Z=144 Oj*3'?<7= ② 齿轮精度 rE
bC_< 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 0VB~4NNR pU*dE
2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 [EJ[Gg0m 按齿面接触强度设计 }I'g@Pw9[ MD,}-m 确定各参数的值: GiN\nu<! ①试选=1.6 DT@6Q. 选取区域系数 Z=2.433 G8lR_gD"! T}X#I'Z 则 #<bt}Tht ②计算应力值环数 451r!U1Z N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) j#b?P=|l =1.4425×10h \dbjh{ N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) 5xi f0h-` ③查得:K=0.93 K=0.96 Fr)G
h> ④齿轮的疲劳强度极限 0*"auGuX 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得:
5eO`u8M []==0.93×550=511.5 O=#FpPHrdw _n(NPFV []==0.96×450=432 Qc z7IA 许用接触应力 ~3.1.
'A 9(Vq@.;Z`j ⑤查课本表3-5得: =189.8MP u|7d_3 :: =1 6v0^'} T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 F+_4Q =4.47×10N.m tH<v1LEZN 3.设计计算 h@T}WZv ①小齿轮的分度圆直径d A}sb2P AyKaazm]9 =46.42 Zg|z\VR ②计算圆周速度 @M?N[LG 1.52 SU9#Y|I ③计算齿宽b和模数 -L6 rXQV@j 计算齿宽b :Q sGwhB b==46.42mm T"'"T]^
X 计算摸数m I -i)D 初选螺旋角=14 SG8H~]CO) = _`L,}=um' ④计算齿宽与高之比 f8)D| 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 ]?xF'3# =46.42/4.5 =10.32 SHPaSq'&N ⑤计算纵向重合度 'z2}qJJ) =0.318=1.903 _tL*sA>[~) ⑥计算载荷系数K )]!Ps` ,u 使用系数=1 _n2PoE:5@P 根据,7级精度, 查课本得
= Ow}MX 动载系数K=1.07, 3Qe:d_ 查课本K的计算公式: VY@uQ#&A K= +0.23×10×b j_\sdH*r =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 f
5_n2 查课本得: K=1.35 8UoMOeI3 查课本得: K==1.2 4-=> >#
P 故载荷系数: AL}c-#GG K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 &TSt/b/+W ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 dx[<@f2c d=d=50.64 ;k/y[ x} ⑧计算模数 WKqNJN C = GdR>S(' 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 $# @G! 由弯曲强度的设计公式 Vy{=Y(cpF2 ≥ U
n2xZ[4
n
w @cAv ⑴ 确定公式内各计算数值 X\hD4r"
① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m #18H
Z4N 确定齿数z *4r
1g+0 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 $.cNY+ k 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 ^M
PU?k Δi=0.032%5%,允许 >ALU}o/ ② 计算当量齿数 B>t$Z5Q^X z=z/cos=24/ cos14=26.27 IO`.]iG z=z/cos=144/ cos14=158 Q<d\K(<3?: ③ 初选齿宽系数 ]~87v 按对称布置,由表查得=1 6t
TLyI$+ ④ 初选螺旋角 HLAWx/c,j" 初定螺旋角 =14 CY0|.x ⑤ 载荷系数K C!B2.:ja K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 <m`HK.|~ ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y A(W%G|+ 查得: e1S |&W8 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 IQoz8!guh: 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 X7{ueP#L
6~0S%Hz ⑦ 重合度系数Y yVUA7IY 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 7NMQUN7k' =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 II)\rVP5 =14.07609 N/TUcG|m\ 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 S$+vRX7 ⑧ 螺旋角系数Y CwTx7
^qa 轴向重合度 =1.675, B+iVK(j'[v Y=1-=0.82 +e`f|OQ Y;p _ff ⑨ 计算大小齿轮的 c\-5vw||b 安全系数由表查得S=1.25 nyi}~sB 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 4g b2$" ! 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 J i :2P* 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 x
%L2eXL 查课本得到弯曲疲劳强度极限 rC14X} X6 小齿轮 大齿轮 7UejK r M3o dyO( 查课本得弯曲疲劳寿命系数: yaMNt}y-q K=0.86 K=0.93 Ha1E /b]K
F.HD;C-;( 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 _~&6Kb^* []= <h4"^9hL []= X,IjM&o"Y cNtGjLpx; T(MS,AyD] 大齿轮的数值大.选用. Ds9pXgU(Z d=o|)kV ⑵ 设计计算 Q g"hN 计算模数 NKvBNf|D o%i^t4J$e ah1d0eP 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: %%`Nq&' k*(c8/<.d z==24.57 取z=25 _7'9omq@ ;n%SjQ'% 那么z=5.96×25=149 nT..+J) :tp2@*]9Z ② 几何尺寸计算 NeAkJG=< 计算中心距 a===147.2 iZ<^p1i 将中心距圆整为110 a|SgGtBtT4 QG*=N {%5 按圆整后的中心距修正螺旋角 ?:vp3f# BAG)
- =arccos /vll*}} eqU2>bIf 因值改变不多,故参数,,等不必修正. k__i Jsk (9%
ki$=}+ 计算大.小齿轮的分度圆直径 ye:pGa w $m,gQV~4 d==42.4 3('=+d[}Vw Ni#!C:q d==252.5 GL[#XB>n u~[HC)4(0 计算齿轮宽度 9] fhH usH9dys, B= ,A`d!{]5 JQ=i{ 9iJ 圆整的 3I&=1o T]Z|Wq`bot 大齿轮如上图: 0B fqEAl >/mi#Y6 0D/u`- BZejqDr* 7.传动轴承和传动轴的设计 Oo|*q+{ Hy^Em 1. 传动轴承的设计 NAjY,)>'K (DJLq ⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 ?j;e/r. P1=2.93KW n1=626.9r/min d~F`q7F'?] T1=43.77kn.m tvXoF;Yq ⑵. 求作用在齿轮上的力 nwswy]e8/ 已知小齿轮的分度圆直径为 Ls{z5*<FM d1=42.4 1+6:K._C(m 而 F= E9z^# @s F= F .] mYpz A<P3X/i F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N nfpkWyI u{ xxkUu6x# #[0:5$-[ ddvSi6 ⑶. 初步确定轴的最小直径 bHVAa# 先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 RapHE; < IN=pki|. {6{y"8 d]1%/$v^ 从动轴的设计 ?#;
oqH< <i{O\K]9 求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, b ~DtaGh P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M 3 i<,#FaL ⑵. 求作用在齿轮上的力 "<o[X ?u 已知大齿轮的分度圆直径为 ?_mcg8A@@* d2=252.5 2VmQ%y6e" 而 F= uD4=1g6[s F= F
aEUC s2f95<B F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N /2}o:vLj O@JgVdgf nk.Y#+1) Y[%1?CREP ⑶. 初步确定轴的最小直径 BiGB<Jr 先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 [A$5~/Q{U1 dWHl<BUm 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径d,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号 / hUuQDJ 查表,选取 F) w.q .d<
+-w2Mu 因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 >!+.M9 选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径 Bvzu{B% '[#a-8-JY_ ⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 #Mo`l/Cwp 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,轴段右端需要制出一轴肩,故取直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径半联轴器与 。 y*2R#jTA .DSn
H6O 初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列角接触球轴承7010C型. /lAB <hi@$.u_Q^ D B 轴承代号 =4GJYhj 45 85 19 58.8 73.2 7209AC )6|7L)Dk 45 85 19 60.5 70.2 7209B %M8Egr2|0 50 80 16 59.2 70.9 7010C W-wy<<~f 50 80 16 59.2 70.9 7010AC i^P@? :LRR\v0HM -1Y9-nn[m ps0wN%tA _3$@s{k-TI 对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 I(BG%CO9 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.查得7010C型轴承定位轴肩高度mm, dDH+`;$. ③ 取安装齿轮处的轴段d=58mm;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮的宽度为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取L=72. 齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高3.5,d=65.轴环宽度,取b=8mm. E_&Hje|J_[ :PtpIVAosg ④ 轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 ,故取l=50. 5zJkPki ⑤ 取齿轮距箱体内壁之距离a=16,两圆柱齿轮间的距离c=20.考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离 s,取s=8,已知滚动轴承宽度T=16, ~`2w
ul 高速齿轮轮毂长L=50,则 $mm =$. pM~Xh ]/ L=16+16+16+8+8=64 PpMZ-f@ 至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. N_<sCRd]9 /2^cty.BXw 5. 求轴上的载荷 ;ak3@Uee 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时, b~06-dk1 查表对于7010C型的角接触球轴承,a=16.7mm,因此,做为简支梁的轴的支承跨距. 6QdNGpN XuJwZN!( >_M}l@1 :NU-C!eT Bp\io$(% ;a!o$y qx
3.oU BEvSX|M>x V5rnI\:7 $n `Zvl2 &n<jpMB 传动轴总体设计结构图: [e)81yZG> G_5sF|(mq DjOFfD\MF GG"0n{>0 (主动轴) w|WZEu:0| Te'^O,C)y$ ;TSnIC)c 从动轴的载荷分析图: w GZ(bKyO &_4A6 6. 校核轴的强度 zq!2);, 根据 z+" :,# == `m<="No 前已选轴材料为45钢,调质处理。 PkDL\Nqe 查表15-1得[]=60MP `H$s-PX 〈 [] 此轴合理安全 dMGu9k~u i`& | |