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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 Irc(5rD7 {vhP'!a6W 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 t@;r~Sb
NT0im% 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) *y0=sG1+D KLBX2H2^0 目 录 NQmdEsK T2dv!}7p 一 课程设计书 2 @2`$ XWD (a9>gLI0 二 设计要求 2 2.2G79U, n/6qc3\5i 三 设计步骤 2 r$cq2pkX @}<b42 1. 传动装置总体设计方案 3 ?'IY0^ 2. 电动机的选择 4 Q
H57[Yg 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 fEB&)mM 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 Ncr*F^J4 5. 设计V带和带轮 6 ,+>JQ82 6. 齿轮的设计 8 p.|M:C\xL 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 ?/1Eu47 8. 键联接设计 26 v,d
bto0 9. 箱体结构的设计 27
UOa
n 10.润滑密封设计 30 rizWaw5E!8 11.联轴器设计 30 'JRYf;9c o()No_.8H 四 设计小结 31 V sQ~Y,7 五 参考资料 32 ,<t)aZL,A; >3?p 23|; 一. 课程设计书 UGP,/[XI 设计课题: J|aU}Z8m 设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V l2ARM3" 表一: d` X1cG 题号 ?0x=ascP F nc MIzp 参数 1 k@[{_@>4^ 运输带工作拉力(kN) 1.5 ]99@Lf[^f 运输带工作速度(m/s) 1.1 [J8;V|v 卷筒直径(mm) 200 61W[ >e^^YR^ 二. 设计要求 F#)@ c 1.减速器装配图一张(A1)。 IKVFbTX:y 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 a797'{j#PI 3.设计说明书一份。 eXAJ%^iD
vLs*}+f 三. 设计步骤 n09P!],Xa 1. 传动装置总体设计方案 O?$]/d 2. 电动机的选择 85_Qb2<'r 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 dT7!+)s5- 4. 计算传动装置的运动和动力参数 [.'9Sw 5. “V”带轮的材料和结构 dCA!
R"HD 6. 齿轮的设计 M.9w_bW]#D 7. 滚动轴承和传动轴的设计 tF:AqR:(~ 8、校核轴的疲劳强度 dwqR,| 9. 键联接设计 %+iAL<S 10. 箱体结构设计 E1D0un 11. 润滑密封设计 1<;VD0XX 12. 联轴器设计 oV'G67 W b ;>?m 1.传动装置总体设计方案: 9/h[(qvT 97 k}{tG 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 zG)vmysJf 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, q.bxnta" 要求轴有较大的刚度。 tz9"#=}0 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"D'QqtH 其传动方案如下: ?|Ey WAL )lU9\"?o 图一:(传动装置总体设计图)
no(or5UJ oFKTBH:I 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 gKP=@v%- 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 "j8`)XXa( 传动装置的总效率 SQJ+C% η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; ?4#UW7I 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, l:~/%= η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, PlR$s 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 `R*SHy!
_ >P ~j@Lv 2.电动机的选择 $IqubC>O 0ev='v8? 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, S1#5oy2 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, P1^O0) 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。 3e9UD N2 8@/MrEOW# 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, TZhYgV O1!YHo 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 2U3e!V WWTRB +1> 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 gs&F
.n s Fx0 ZK h4:D 方案 电动机型号 额定功率 urg^>n4V] P bg5i+a,? kw 电动机转速 X\kWJQ: 电动机重量 %2\6.c=c N 参考价格 :j? MEeu 元 传动装置的传动比 ,H_d#Koa. 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 \,#;gS" 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 p6&<eMwFA ,/&|:PkS 中心高 DOOF--ua 外型尺寸 k2(k0HFR 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 mWUd-| Ul 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 sL,|+>7T^M tt|P-p- 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 97/ 4J >7r%k,` (1) 总传动比 [hV}$0#E[O 由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 }a;H2&bu (2) 分配传动装置传动比 i-?mghe8 =× hcM9Sx"! 式中分别为带传动和减速器的传动比。 E;,__ 为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 2Bi?^kQ# 4.计算传动装置的运动和动力参数 2O- 4x (1) 各轴转速 G'`^U}9V\ ==1440/2.3=626.09r/min 7yjun|Lt}X ==626.09/5.96=105.05r/min 4C )sjk?m (2) 各轴输入功率 8@b`a]lgrd =×=3.05×0.96=2.93kW m6'9Id-:L =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW CM7NdK?I 则各轴的输出功率: MS:,I? =×0.98=2.989kW @urZ =×0.98=2.929kW '<QFf 各轴输入转矩 6&QOC9JW+7 =×× N·m ' 6)Yf}I 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· my/KsB 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m i'.D=o =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m yo8mfH_, 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m AxeQv'e =×0.98=242.86N·m |bhv7(_ 运动和动力参数结果如下表 {|<yZ,,p 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min gW<4E=fl 输入 输出 输入 输出 !p76I=H% 电动机轴 3.03 20.23 1440 DWEDL[{ 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 olr-oi`4C 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 ysPm4am$ =k,?+h~ 5、“V”带轮的材料和结构 l`uMtv/Wp 确定V带的截型 ~2nt33" 工况系数 由表6-4 KA=1.2 zg'.f UZ 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 ZpMv16 V带截型 由图6-13 B型 ^IyYck'y+ w~:F? 确定V带轮的直径 }%AfZ2g;h 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm @.c[z D 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s lMG+,?<uK& 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm 1wH6 hN, ;<mcvm 确定中心距及V带基准长度 q[+h ~) 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 5%4yUd#b 360<a<1030 LwTdmR 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm cNN0-<#c Z9MR"!0 初定V带基准长度 ]Yf^O @<<> Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm !@wUARQ sCP|d`' V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm CU*TY1% 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm +>%51#2.Q 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 9HPmJ`b ~H:=p 确定V带的根数 j8
`7)^ 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw CrSBN~ 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 q`.=/O' 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 KeB??1S 带长修正系数 由表6-2 KL=1 _sZ&=-FR , s otZT V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 7&/1K%x9; ?m+];SJk 取Z=2 4 P=1)t?tX V带齿轮各设计参数附表 5`$!s17 mlLqQ< 各传动比 $CJf 0[| ZHUW1:qs V带 齿轮 J#FHR/zV 2.3 5.96 v=+3AW-|v /hmDePo} 2. 各轴转速n l'M/et{: (r/min) (r/min) $tI<MZ&Z 626.09 105.05 b:r8r}49 YJ-<t6 3. 各轴输入功率 P Nd_A8H,&B (kw) (kw) S:Jg#1rww- 2.93 2.71 SIKaDIZ Z!Z{Gm3 4. 各轴输入转矩 T aMxj{*v7 (kN·m) (kN·m) m/jyc#
L:u 43.77 242.86 k@s<*C u^B! 6Sj8 5. 带轮主要参数 gmn b 小轮直径(mm) 大轮直径(mm) 'Z=_zG/RX 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 HmkxE 带的根数z NFtA2EMLu[ 160 368 708 2232 B 2 <;'{Tj-" nd,\<}uP9 6.齿轮的设计 J]zhwM e=p_qhBt (一)齿轮传动的设计计算 u"%D; CB,2BTtRE 齿轮材料,热处理及精度 xLLTp7b( 考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 I Z*) (1) 齿轮材料及热处理 -!mtLaLw ① 材料:高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24 Y~Vc|zM^( 高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=i×Z=5.96×24=143.04 取Z=144 [u=yl0f ② 齿轮精度 0VNpd~G$ 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 !4gHv4v; s-(c-E09 2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 v _:KqdmO] 按齿面接触强度设计 |' JN<? F(Zf=$cx 确定各参数的值: g.blDOmlc ①试选=1.6 O"kb*// 选取区域系数 Z=2.433 =8TBkxG RRYcg{g 则 n%RaEL ②计算应力值环数 &OE-+z N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) _Gt;= =1.4425×10h ~`^kP.() N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) +4Wl ③查得:K=0.93 K=0.96
W/u(9 ④齿轮的疲劳强度极限 Y,yU460T8 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: 0H.bRk/P+ []==0.93×550=511.5 VAjl?\}6 6/Yo0D>M$ []==0.96×450=432 #O,w{S 许用接触应力 JY"J} py':36' ⑤查课本表3-5得: =189.8MP " W{rS4L =1 wS?K c^2O T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 bG* l_ =4.47×10N.m "X._:||8
3.设计计算 d2US~.;>l ①小齿轮的分度圆直径d J#4pA{01w TOgH~R= =46.42 ]TUoXU2<x ②计算圆周速度 3D5adI<aq" 1.52 s?; V!t ③计算齿宽b和模数 bF*Kb"!CF 计算齿宽b sh0x<_ b==46.42mm O'^AbO=, 计算摸数m _8-1wx 初选螺旋角=14 59:kL<;S- = oa5L5Zr,A ④计算齿宽与高之比 =w8 0y' 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 V4CA*FEA =46.42/4.5 =10.32 Mh3L(z]/E ⑤计算纵向重合度 BT;1"l< =0.318=1.903 53pfo:1' ⑥计算载荷系数K X}h}3+V 使用系数=1 "Wk K1u 根据,7级精度, 查课本得
mI:D 动载系数K=1.07, ygm6(+ 查课本K的计算公式: PR(KDwsT&l K= +0.23×10×b y,KZp2 j =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 f* h nzj 查课本得: K=1.35 l
ObY 查课本得: K==1.2 3BLHd< 故载荷系数: =z<sx2#* K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 GMLx$?=j ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 qX6zk0I a d=d=50.64 s2 aFme ⑧计算模数 x2l}$(7 = wa&:86~l? 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 [Q6$$z92Q 由弯曲强度的设计公式 Oq3t-omXS ≥ ;F71f#iY 6"rS?>W/mO ⑴ 确定公式内各计算数值 ov\%*z2= ① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m Sn.I{~ 确定齿数z QZO<'q`L 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 L+lye Ir' 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 K&=6DvfR Δi=0.032%5%,允许 M3GFKWQI,` ② 计算当量齿数 <3=k z=z/cos=24/ cos14=26.27 *>o@EUArN z=z/cos=144/ cos14=158 z|S4\Ae ③ 初选齿宽系数 chE}`I? 按对称布置,由表查得=1 91T[@p ④ 初选螺旋角 w#bdb; 初定螺旋角 =14 `@:k*d ⑤ 载荷系数K ms+gq K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 [f$pq5f=' ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y "68=dC 查得: 3zM>2)T- 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 !+Sd%2o 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 ?DNeL;6 IY(;:#l ⑦ 重合度系数Y tf9a- s 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 UC00zW<Z@" =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 x_4{MD^% =14.07609 %.{xo.`a[ 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 aprgThoD ⑧ 螺旋角系数Y 2qKAO/_O 轴向重合度 =1.675, n{c-3w.uD Y=1-=0.82 IF? C\cZ ⑨ 计算大小齿轮的 GMob&0l8_ 安全系数由表查得S=1.25 T=pKen/ 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 -N2m|%B 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 [{+ZQd 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 2QIo|$ 查课本得到弯曲疲劳强度极限 9v}vCg 小齿轮 大齿轮 H.2aoZ-w kAoh#8= 查课本得弯曲疲劳寿命系数: Psjk
7\ K=0.86 K=0.93 M:K4o% o-]8)G>~M 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 8RVeKnpXTV []= 93Qx+oK] []= *eUxarI 3HX-lg`0 n(Ry~Xu_ 大齿轮的数值大.选用. byj7c( Ymg,NkiP0 ⑵ 设计计算 v,c:cKj 计算模数 #w)D ml Otm7j>w sRGIHT# 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: Vdf~rV [\ppK C z==24.57 取z=25 I%ZSh]On x[YW 3nF 那么z=5.96×25=149 Dt+uf5o( fu`|@S ② 几何尺寸计算 \MmKz^tO 计算中心距 a===147.2 6
Zv~c(
将中心距圆整为110 YoRD9M~iG~ "NO*(<C.R 按圆整后的中心距修正螺旋角 f1/if:~6 f<2<8xS =arccos Csx??T_>r n0'"/zyc 因值改变不多,故参数,,等不必修正. 1|#j/ 1`EkN0iZ 计算大.小齿轮的分度圆直径 vtf`+q [S T7CrwC
d==42.4 --|L?-2k, @?<1~/sfL d==252.5 >]l7AZ:,
4B=@<(H 计算齿轮宽度 :.NCS`z_ q8fnUK?i B= l#%G~c8x EN2/3~syO- 圆整的 ~px)Jd r*4@S~; 大齿轮如上图: Je;HAhL ?O#,|\v?] C2Af$7c E@^mlUf 7.传动轴承和传动轴的设计 a6.0$' '9q:gFO 1. 传动轴承的设计 yM*<BV R//S(eU68\ ⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 ^Dw18gqr=@ P1=2.93KW n1=626.9r/min 7W\aX*] T1=43.77kn.m 5Lm<3:7Q+ ⑵. 求作用在齿轮上的力 0@PI=JZ% 已知小齿轮的分度圆直径为 }{m.\O d1=42.4 t_ZWd#x+; 而 F= p3z%Y$!Tm F= F 5 iP{) 5Gsjt+
o F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N ~l>2NY $79-)4;z4 /2e,,)4g ?;)F_aHp ⑶. 初步确定轴的最小直径 }=JuC+#~n 先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 B#;0{ d<B=p&~ G .k\N(l XP!7@: 从动轴的设计 DFFB:< 0}y-DCuQ 求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, Hg;; > P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M /A~+32B ⑵. 求作用在齿轮上的力 S k&l8" 已知大齿轮的分度圆直径为 ?3+>% bO d2=252.5 %G>V .d 而 F= `di/nv) F= F *Me{G y X mX
.)h'Y F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N C1KO]e > h9 &V
JqmKD4p i@XFnt ⑶. 初步确定轴的最小直径 t.E3Fh!o 先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 "sU ~| K~JXP5`( 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径d,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号
@s@67\ 查表,选取 @ag*zl 2DbM48\E 因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 xg2
& 选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径 '+{dr\nJ <<[hZ$. ⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 <"XDIvpc%L 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 。 /i)1BaF YKsc[~
h 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. Rr>h8Ni < #XlE_XD D B 轴承代号 v/B:n
45 85 19 58.8 73.2 7209AC oPA
[vY 45 85 19 60.5 70.2 7209B X@n\~[.B 50 80 16 59.2 70.9 7010C qW6}^aa 50 80 16 59.2 70.9 7010AC dECH/vJ^ XUyoZl? Ew kZzVuX W=k%aB?p I^z$0 对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 ^BFD -p 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, 5{&<X.jv 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. wzRIvm{ Qb;5:U/x 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. br9`77J8 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, =
5E:C P 高速齿轮轮毂长L=50,则 $ (gR^L ~t~5ctJ@ L=16+16+16+8+8=64 PNbs7f 至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. T?Dq2UW ~?c}=XL- 5. 求轴上的载荷 #`0iN+qh 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, r2*'5jk_ 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. 3[jk}2R';p :tA|g $Di2BA4Di !r8Jo{(pb S0ct;CS ^8V cm* `f2m5qTP% {mp;^/O`er fV;&)7d& X&< | |