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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 [UR+G8X21m ~W%A8`9 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 %w/o#*j<; W4|1wd}.t 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) Ud`V"X <)?H98S 目 录 ?n\~&n'C ~k|~Q\ 一 课程设计书 2 aE1h0`OT &"Ua"H) 二 设计要求 2 ;9=9D{-4+ $C,f>^1 三 设计步骤 2 P,CJy|[L 4kxy7]W 1. 传动装置总体设计方案 3 (gl CTF9v 2. 电动机的选择 4 ,Xo9gn 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 qqS-0U2 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 ]$y"|xqR 5. 设计V带和带轮 6 Rk2ZdNc\ 6. 齿轮的设计 8 jEit^5^5| 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 gigDrf} 8. 键联接设计 26 W{1=O)w 9. 箱体结构的设计 27 ]rZ"5y 10.润滑密封设计 30 e>uV8!u 11.联轴器设计 30 &zb_8y,
AN$}%t" 四 设计小结 31 =Ky1v$< 五 参考资料 32
&,{cm^* x%vt$dy*8 一. 课程设计书 k-b_
<Tbo| 设计课题: _d
A-{ 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 tG^Oj: 表一: a!Z,~ V8 题号 $T1
D
?X ;vQ7[Pv.j 参数 1 8
x|NR? 运输带工作拉力(kN) 1.5 VskyRxfdW3 运输带工作速度(m/s) 1.1 &nZ=w#_ 卷筒直径(mm) 200 2ZNTg@o Ga N4In[d 二. 设计要求 NZi5rXN 1.减速器装配图一张(A1)。 n KDX=73 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 bveNd0hN 3.设计说明书一份。 1,,o_e\nn3 9);a 0}*5 三. 设计步骤 7{."Y@ 1. 传动装置总体设计方案 .;/@k%> 2. 电动机的选择 yY`<t 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 hh
<=D.u 4. 计算传动装置的运动和动力参数 lJ R",_ 5. “V”带轮的材料和结构 qJ5Y}/r 6. 齿轮的设计 vRRi"bo 7. 滚动轴承和传动轴的设计 ]Ol@^$8} 8、校核轴的疲劳强度 S"5</* 9. 键联接设计 <y-KWWE 10. 箱体结构设计 G80d!*7 11. 润滑密封设计 3$(1LN 12. 联轴器设计 }4A+J"M4y M!!W>A@T[g 1.传动装置总体设计方案: t+q:8HNh S-.!BQ@RMZ 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 5<,}^4wWZ 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, @xSS`&b 要求轴有较大的刚度。 C1)TEkc"C 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。 A;Xn#t ,(K 其传动方案如下: cXE42MM l4L&hY^ 图一:(传动装置总体设计图) A5!f# ,K3)f.ArYc 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 v)okVyv 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 3MNo&0M9 传动装置的总效率 3~a!h3.f η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759;
\AoM'+ 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, 9_5Fl,u
z η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, i7mT<w>? 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 Vyu 0OiGcR $@}6P,mg 2.电动机的选择 `[VoW2CLH+ g[q1P:I@W 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, D0lgKQ 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, xo7H^!_ 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。 FTtYzKX(bv ,]y)Dy 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, 1i$9x$4~E Q$iv27 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 T&w3IKb|} m`I6gnLj 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 BqCBH!^x ~ NKw}6 -9.S?N'T>; 方案 电动机型号 额定功率 q 1Rk'k4+ P \&Mipf7a kw 电动机转速 lRZt))3 电动机重量 B9>3xxp(by N 参考价格 =HQH;c" 元 传动装置的传动比 >|XQfavE 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 7t0\}e 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 7K
{/2k C.}Z5BwS 中心高 `~(KbH=] 外型尺寸 _udH(NC 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 a% Q.8 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 6^if%62l& VkRvmKYl 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 UF|v=|*{# eH(8T (1) 总传动比 )?K3nr 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
Ae<v (2) 分配传动装置传动比 (`<l" @:_* =× [NQ`S
~_: 式中分别为带传动和减速器的传动比。 * G.6\ 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 z"Gk K T 4.计算传动装置的运动和动力参数 BN|+2D+S (1) 各轴转速 D?)"Z$ ==1440/2.3=626.09r/min fY}e.lD ==626.09/5.96=105.05r/min D ( <_1 (2) 各轴输入功率 u/hFf3 =×=3.05×0.96=2.93kW L/"u,~[ =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW n^UrHHOL 则各轴的输出功率: D""d-oI[ =×0.98=2.989kW cr27q6_ =×0.98=2.929kW Y6?d
y\ 各轴输入转矩 1YTnOiYS1 =×× N·m (9*=d_= 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· "qu%$L 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m HZ>Xm6DnC5 =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m K9mL1 [B 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m {I@@i8)] =×0.98=242.86N·m s4@AK48 运动和动力参数结果如下表 7 1z$a 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min Y 'Yoc 输入 输出 输入 输出 so9h6K{qcp 电动机轴 3.03 20.23 1440 S"!nM]2L 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 ([qw#!;w; 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 B;SYO>.W Ja4O*C< 5、“V”带轮的材料和结构 JrQd7 确定V带的截型 %A,4vLe~6 工况系数 由表6-4 KA=1.2 zRx-xWo 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 $Dxz21|P7 V带截型 由图6-13 B型 ]>b.oI/ JY(_}AAu 确定V带轮的直径 PB.@G,) 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm ^+Ie 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s G[)Ll= 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm +`r;3kH .. K=;z&E=<c 确定中心距及V带基准长度 GO.mT/rB 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 ~]*P/'-{# 360<a<1030 ?dl7!I@<E< 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm 1[
ME/r +?),BRCce 初定V带基准长度 ULIbVy7Y Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm y[UTuFv~Q jqPQ=X V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm puV(eG 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm ZxlQyr`~a( 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 *[]7l]XK. T$U,rOB" 确定V带的根数 :EJ+# 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw R*`A',]:9 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 th}Q`vg0 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 U;<07
aMj 带长修正系数 由表6-2 KL=1 g""1f%U_p P3jDx{F V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 X-|Lg.s oyZ}JTl(Q 取Z=2 Ob$|IH8. V带齿轮各设计参数附表 3R1v0 4eMNKIsvY$ 各传动比 dE=4tqv-r d/vF^v*o0X V带 齿轮 +Em+W#i%? 2.3 5.96 nsQx\Tnhx eGwrSF#a) 2. 各轴转速n R=yn4>I (r/min) (r/min) L=nyloz,0 626.09 105.05 MDGD*Qn~ &k*sxW' 3. 各轴输入功率 P %e.tAl"!$ (kw) (kw) W-ErzX 2.93 2.71 ;N6Euiz vY&[=2= 4. 各轴输入转矩 T 2fM*6CaS (kN·m) (kN·m) E96FwA5 43.77 242.86 <)ozbv Xk [1K\
_ 5. 带轮主要参数 Lgw!S~0 小轮直径(mm) 大轮直径(mm) H,bYzWsrPo 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 r)UtS4 7 带的根数z dY'/\dJ 160 368 708 2232 B 2 P~/Glak 2{:bv~*I0F 6.齿轮的设计 #!(OTe L +L
D\~dcV+ (一)齿轮传动的设计计算 ;L (dmx? BO)K=gl;8 齿轮材料,热处理及精度 ejP273*ah 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 9aky+ (1) 齿轮材料及热处理 qOAK`{b 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 VX0q!Q 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 .G8+D%%. ② 齿轮精度 ?.Z4GWyXa 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 N=R|s$,Oy9 0IO#h{t 2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 u
hW@
Y+ 按齿面接触强度设计 jI:5[. Y VL4ErOoZ 确定各参数的值: ]w ^9qS ①试选=1.6 I*8i=O@0T 选取区域系数 Z=2.433 M|IR7OtLV X/Umfci 则 y^pzqv ②计算应力值环数
naE;f) N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) !jZXh1g% =1.4425×10h F}
d>pK9fn N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) !@j5 yYf ③查得:K=0.93 K=0.96 N6yPuH ④齿轮的疲劳强度极限 7J?`gl&C 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: t:|knZq []==0.93×550=511.5 67<Ym0+ = IjJO; []==0.96×450=432 -;rr! cQ? 许用接触应力 *UM=EQaYk V}de|= ⑤查课本表3-5得: =189.8MP o ;nw;]oR =1 X@`kuWIUw T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 kaybi 0 =4.47×10N.m (`%$Aa9J 3.设计计算 5k /Y7+*?E ①小齿轮的分度圆直径d ]7 W! mFoE2?Y =46.42 ~:8}Bz2!5 ②计算圆周速度 24;F~y8H 1.52 h,QC#Ak o ③计算齿宽b和模数 nSUQ Eho< 计算齿宽b F/1B>2$` b==46.42mm PU|
X+V> 计算摸数m cO}`PD$i 初选螺旋角=14 G+Gd;`4 = zW[fHa$m ④计算齿宽与高之比 ca~nfo 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 doeYc =46.42/4.5 =10.32 GZt+(q ⑤计算纵向重合度 MA9Oi(L)K =0.318=1.903 B5FRe'UC ⑥计算载荷系数K )<Cf,R 使用系数=1 eRV4XB : 根据,7级精度, 查课本得 yCk9Xc 动载系数K=1.07, 0|mF
/ 查课本K的计算公式: >SS
YYy K= +0.23×10×b lN@SfM4\ =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 ZcT%H*Ib]9 查课本得: K=1.35 7Q_AZR4 查课本得: K==1.2 vd0;33$L 故载荷系数: zB,Vi-)vH K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 ?;{d ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 sw:o3cC] d=d=50.64 kl(id8r ⑧计算模数 $_bhZnYp7 = Na6z1&wS 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 j^ y9+W_b 由弯曲强度的设计公式 7r,s+u. ≥ h%2;B;p] 8Jnl!4 ⑴ 确定公式内各计算数值 g>g]qQ ① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m Atdr|2 确定齿数z 0f"9wPC 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 k5 s8s@ 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 R<"fcsU Δi=0.032%5%,允许 q#}#A@Rg ② 计算当量齿数 tXlo27J z=z/cos=24/ cos14=26.27 J`uO~W" z=z/cos=144/ cos14=158 dS+/G9X^ ③ 初选齿宽系数 ;;A8*\*$ 按对称布置,由表查得=1 12W`7 ④ 初选螺旋角 "t[9EbFL 初定螺旋角 =14 B;k3YOg ⑤ 载荷系数K d<x7* OW) K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 >a6{y ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y ^T^l3B[ 查得: C 2$_Ad=s 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 !|\$|m<n 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 BYhF? Nn`l+WA3 ⑦ 重合度系数Y w+,Kpb<x[0 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 i .O670D =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 @/(\YzQvp] =14.07609 B~\mr{|u 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 CxvL!ew ⑧ 螺旋角系数Y nU^ -D1s{ 轴向重合度 =1.675, 4Z'/dI` Y=1-=0.82 FabDK : >
T$M0&< ⑨ 计算大小齿轮的 wW.V>$q 安全系数由表查得S=1.25 j@7%% 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 QQ*`tmy 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 Z%rMX} 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 "L?h@8sa 查课本得到弯曲疲劳强度极限 c8@zpkMj/ 小齿轮 大齿轮 ]RBT9@-:U 0.MD_s0)> 查课本得弯曲疲劳寿命系数: O)2==_f\ K=0.86 K=0.93 D7X8yv1 s *8)|N 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 "UNWbsn6Qr []= HITw{RPrW []= QsXy(w#F -l:4I6-hi *6C ]CS 大齿轮的数值大.选用. Fj_6jsDb 3Ygt! ⑵ 设计计算 y}\d]*5 计算模数 -2D/RE7| }|KNw*h$ %z9lCTmy 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: <~d3L4h*< /i[1$/* z==24.57 取z=25 E]aQK.
5 R* 那么z=5.96×25=149 B.Szp_$ 006qj. ② 几何尺寸计算 Xur{nk~? 计算中心距 a===147.2 6d# 7 将中心距圆整为110 c[E" cZb5h 9 按圆整后的中心距修正螺旋角 dcn/|"jr f4mQDRlD =arccos 7o99@K, oe4r_EkYwW 因值改变不多,故参数,,等不必修正. B$\,l.hE ?q*,,+'0 计算大.小齿轮的分度圆直径 ><HHO
(74X h1_9Xp~N d==42.4 ?D\6@G:,#@ \>G :mMk/ d==252.5 j%q,]HCANh Gg,&~
jHib 计算齿轮宽度 J#/L}h;qH .Fl5b}C( B= Vm"{m/K0 =O.%)| 圆整的 ]di^H>,xU o-}q|tD$< 大齿轮如上图: ; *ZiH%q, [YTOrN )q8!:Z o4U[;.?c 7.传动轴承和传动轴的设计 yGs:3KI {0~xv@ U 1. 传动轴承的设计 K^yZfpa8 V,?BVt ⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 Py!
F P1=2.93KW n1=626.9r/min "J=A(w5 T1=43.77kn.m Kqn{q4L ⑵. 求作用在齿轮上的力 3
{OZdl| 已知小齿轮的分度圆直径为 qt.Y6s:r_ d1=42.4 {[[j .) 而 F= &UextG | |