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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 aq/Y}s? Y6?mY! 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 ^-*Tn Mqf}Aiqk; 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) zRE8299%z p<fgUVR 目 录 FK >8kC )u/
^aK53^ 一 课程设计书 2 R6Z}/ m L{%a4Ip 二 设计要求 2 T1!Gr!= 7oLf5V1~ 三 设计步骤 2 f%[ukMj& n9fA!Wic 1. 传动装置总体设计方案 3 %R*vSRG/U 2. 电动机的选择 4 't?7.#,6O 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 Il`k]X M 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 J}_Dpb [L 5. 设计V带和带轮 6 g74z]Uj.B 6. 齿轮的设计 8 -hFyqIJW 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 Cm<j*Cnl 8. 键联接设计 26 bKMR7&e.Ep 9. 箱体结构的设计 27 C
3XZD4.2 10.润滑密封设计 30 {$1$]p~3o 11.联轴器设计 30 H?(SSL dtnet_j 四 设计小结 31 `CEj 4 五 参考资料 32 =<zSF\Zr_ P(gVF|J? 一. 课程设计书 ytV)!xe 设计课题: SP?U@w%} 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 e=jT]i *cU 表一: QT= ,En 题号 3)c
K*8# 46P6Bwobh 参数 1 i|]Va44 运输带工作拉力(kN) 1.5 ~z
_](HKoS 运输带工作速度(m/s) 1.1 O][Nl^dl 卷筒直径(mm) 200 3AQ>>) T~ V>j hGf 二. 设计要求 8u'O`j 1.减速器装配图一张(A1)。 6^IqSNn- 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 X})Imk7&E 3.设计说明书一份。 MjXE|3& waWKpk1Wo 三. 设计步骤 ,Lun-aMd 1. 传动装置总体设计方案 6;[/9 2. 电动机的选择 y-\A@jJC5 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 1^f.5@tV 4. 计算传动装置的运动和动力参数 71.\`' 5. “V”带轮的材料和结构 it\DZGsg 6. 齿轮的设计 ]dbSa1? 7. 滚动轴承和传动轴的设计 5%Oyvt]}2 8、校核轴的疲劳强度 yB4H3Q ) 9. 键联接设计 8lWH=kA\ 10. 箱体结构设计 >'}=.3\ 11. 润滑密封设计 Vl 19Md 12. 联轴器设计 6snOMa GRu {s8U7rmML 1.传动装置总体设计方案: S2
"=B&,} EwD3d0udL 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 WfDX"rA 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, mo;)0Vq2l 要求轴有较大的刚度。 46K&$6eN 3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 y5/'!L)g 其传动方案如下: Zv| p>q`R2 2\nN4WL
5. 图一:(传动装置总体设计图) IObx^N_K MZ5Y\-nq\ 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 J}(6>iuQY? 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 {+"g':>< 传动装置的总效率 sp=OT-Pfp η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; AUxM)H 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, )>y
k- η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, N~):c2Kp<9 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 iIsEQh JYwyR++uo 2.电动机的选择 ms}f>f= @q&|MMLt 电动机所需工作功率为: P=P/η=2300×1.1/0.835=3.03kW, 执行机构的曲柄转速为n==105r/min, =9pw uH 经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, l@N;sI<O- 则总传动比合理范围为i=6~24,电动机转速的可选范围为n=i×n=(6~24)×105=630~2520r/min。 l801`~*gO JAlU%n?R 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比, \T`["< -!J2x8Ri 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 ,\o<y|+`S T~%H%O(F 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 /Fv/oY F&QTL-pQW )RwBg8 方案 电动机型号 额定功率 <t{?7_ 8 P 2yln7[a kw 电动机转速 %M{k.FE( 电动机重量 ~n[b^b
N 参考价格 ,Z>wbMJig 元 传动装置的传动比 2yN%~C?$ 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 U_}7d"<| ? 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 .3VK;au\\ `,wcQ 中心高 #(%t*"IY; 外型尺寸 ~{L.f94N 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 yjEI/9_ 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 V43nws"4 [N)#/6j 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 GS\%mPZ 1GtOA3,~;- (1) 总传动比 `gBD_0<T7 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 ;rd6ko (2) 分配传动装置传动比 24| =× M
h`CP 式中分别为带传动和减速器的传动比。 +}Xr1fr{jw 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 XQ]`&w( 4.计算传动装置的运动和动力参数 >']+OrQH (1) 各轴转速 q0&Wk"X%rr ==1440/2.3=626.09r/min Lf
>YdD ==626.09/5.96=105.05r/min x6LjcRS| (2) 各轴输入功率 ||uZ bP@ =×=3.05×0.96=2.93kW o2DtCU-A =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW xE%O:a?S 则各轴的输出功率: z@zD . =×0.98=2.989kW
jm[}M =×0.98=2.929kW ?>sQF4 V" 各轴输入转矩 Bn\l'T =×× N·m tNU-2r 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· MDk*j,5V 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m Hk,lX r =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m /Zc#j^_ 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m |U#DUqw =×0.98=242.86N·m Y2<dM/b/ 运动和动力参数结果如下表 =f>HiF 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min )o{VmXe@@ 输入 输出 输入 输出 UxyY<H~Wx 电动机轴 3.03 20.23 1440 C` pp 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 N[pZIH5ho= 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 Gz?2b#7v
RU6KIg{H 5、“V”带轮的材料和结构 2B^~/T<\ 确定V带的截型 K"L_`.&Q 工况系数 由表6-4 KA=1.2 rJDnuR 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 c<?[d!vI V带截型 由图6-13 B型 ?w*yW;V` i3\~Qj;1 确定V带轮的直径 1] j^d 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm x=.tiM {# 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s 7,*%[#-HE 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm \m f*ge\ 40 2x<H 确定中心距及V带基准长度 j eq: 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 u,eZ6 360<a<1030 lV\lj@ 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm SG:bM7*1' Hd*}k6 初定V带基准长度 7:TO\0]2n Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm Lj8)'[K" hT'=VN V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm /PXioiGcs 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm ' sey D 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 MLV:U r,4lqar;E 确定V带的根数 1* ^'\W. 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw $o.Kn9\ 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 Cp^g'& 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 U'y,YtF@ 带长修正系数 由表6-2 KL=1 'a#mViPTQ) U]1(&MgV V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 JB^Q\;$ i.y=8GxY 取Z=2 G`F8!O( V带齿轮各设计参数附表 F~6#LT b}@(m$W 各传动比 WhFS2Jl0 ]GX \|1L V带 齿轮 H-I{-Fm 2.3 5.96 |CIC$2u 'eyJS`
2. 各轴转速n YTQps&mD. (r/min) (r/min) M4KWN' 626.09 105.05 /syVGmS'M Gf0,RH+ 3. 各轴输入功率 P lZWK2 (kw) (kw) __I/F6{ 9V 2.93 2.71 nNaXp*J HI`q1m. 4. 各轴输入转矩 T +@<KC (kN·m) (kN·m) j1q[c, 43.77 242.86 XV>&F{ !VP %v&jKm 5. 带轮主要参数 l?8)6z#Zl 小轮直径(mm) 大轮直径(mm) |cDszoT
/ 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 2r&R"B1`( 带的根数z ^$-Ye]< 160 368 708 2232 B 2 }$kQs!# aDL*W@1S 6.齿轮的设计 = 96P7#% p!zJ;rh) (一)齿轮传动的设计计算 j U[
O A6{b?aQ 齿轮材料,热处理及精度 g=l:cVr8y 考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 u6Je@e_! (1) 齿轮材料及热处理 W3rl^M=r ① 材料:高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24 .lN s4e 高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=i×Z=5.96×24=143.04 取Z=144 2p!"p`b~ ② 齿轮精度 wO.iKX; 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 qAY%nA>jO ?LaUed' 2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 VDGCWg6z 按齿面接触强度设计 zt=0o|k EQ<RDhC@b 确定各参数的值: 6!q#x[A ①试选=1.6 -#s [F S 选取区域系数 Z=2.433 M4m$\~zf 8VQ 24r
则 H'= (` ②计算应力值环数 wy,p&g)> N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) P"_$uO( 5x =1.4425×10h ;V5yXNQ N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=)
-\,zRIOK ③查得:K=0.93 K=0.96 p'94SXO_ ④齿轮的疲劳强度极限 Ysi
g T 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: )G1P^WV4 []==0.93×550=511.5 0?0Jz beXNrf=bG []==0.96×450=432 ]; Wx 许用接触应力 ?rYT4vi 1.U`D\7mb ⑤查课本表3-5得: =189.8MP fJAnKUF) =1 [I;^^#'P T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 P\nC?!Q%c =4.47×10N.m k1
-~ 3.设计计算 qe$^q ①小齿轮的分度圆直径d (C;I*cv 1|r,dE2k9 =46.42 LiQgR
6j ②计算圆周速度 xiblPF_n3 1.52 I=DxRgt ③计算齿宽b和模数 t.Nb?/ 计算齿宽b &>g'$a<[ b==46.42mm dt}_D={Be 计算摸数m E:`v+S_h 初选螺旋角=14 O$u"/cwe* = "Z=5gj ④计算齿宽与高之比 U_G gCI) 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 >slm$~rv =46.42/4.5 =10.32 q`NXJf=sc ⑤计算纵向重合度
D L'iS =0.318=1.903 e4>"92hX ⑥计算载荷系数K UBv@+\Y8m 使用系数=1 ?:{sH#ua 根据,7级精度, 查课本得 @=jWHS 动载系数K=1.07, kX`[Y@nUN 查课本K的计算公式: <S75($ K= +0.23×10×b !k3e\v| =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 VZ&
A%UFC 查课本得: K=1.35 \b=Pj!^gwb 查课本得: K==1.2 :#k &\f-Y 故载荷系数: _5
^I.5Z3 K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 }Ew hj>w ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 NEt1[2X% d=d=50.64 Fs_]RfG ⑧计算模数 zq+o+o>xo = uDw.|B2ui 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 l5xCz=dw 由弯曲强度的设计公式 $$APgj"|< ≥ %p^.|Me7 dovZ#D@Q ⑴ 确定公式内各计算数值 sg'pO*_& ① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m ;V^pL((5J 确定齿数z 2*"Fu:a"`I 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 !-`Cp3gqHr 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 zZcnijWb Δi=0.032%5%,允许 tE6!+c<7 ② 计算当量齿数 D8&`R z=z/cos=24/ cos14=26.27 #U8rO;$ z=z/cos=144/ cos14=158 xx{!3 F ③ 初选齿宽系数 J^R=dT! 按对称布置,由表查得=1 oi}i\:
hI ④ 初选螺旋角 y Rp"jcD 初定螺旋角 =14 wo_,Y0vfB ⑤ 载荷系数K BH]Yn u&o K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 ^7zu<lX ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y 8k
q5ud 查得: _@S`5;4x 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 m]i @ +C 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 !EUan ARcB'z\r ⑦ 重合度系数Y .ERO|$fv 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 .920{G?l5 =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 `Al;vVMRO =14.07609 4_Dp+^JF 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 [Nn`l, ⑧ 螺旋角系数Y g&/T*L 轴向重合度 =1.675, gbVdOm Y=1-=0.82 __mF?m ODZ|bN0> ⑨ 计算大小齿轮的 4pw6bK,s2\ 安全系数由表查得S=1.25 87hq{tTs] 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 =zQN[ 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 KYzv$oK 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 y;/VB,4V 查课本得到弯曲疲劳强度极限 YPHS1E? 小齿轮 大齿轮 Eke5Nb n:MdYA5,m 查课本得弯曲疲劳寿命系数: vpmj||\- K=0.86 K=0.93 A}eOFu`
95el'K[R 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 I? ,>DHUX []= Lemui) []= M4as )1X#*mCxk &b:1I7Cp* 大齿轮的数值大.选用. 8OgLn?"P '],J$ge ⑵ 设计计算 SdD6 ~LS 计算模数 ]+X@
7 0_ 88V m *JaXa 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: yPq'( PV GSH>7!.# z==24.57 取z=25 F$)[kP,wtO
O({2ivX 那么z=5.96×25=149 1I:+MBGin ~3<>
3p ② 几何尺寸计算 EFz&N\2 计算中心距 a===147.2 Mo^ od< 将中心距圆整为110 ;+ "+3 yqPdl1{Qr= 按圆整后的中心距修正螺旋角 M3.do^ss YPxM<Gfa8 =arccos WlU0:(d 7
qS""f7 因值改变不多,故参数,,等不必修正. dkz=CY3p%X >7 ="8 计算大.小齿轮的分度圆直径 &v@a5 L X(NLtO
w d==42.4 u A<n Hl,W=2N d==252.5 W)bLSL]`E ?32&]iM
oW 计算齿轮宽度 7<*yS310 ^~etm B= j:v@pzTD NCDvobYJ 圆整的 `x*Pof!Io Fe4(4 大齿轮如上图: 5?x>9Ca M!o##* *` -Fe?R*-g Vh4X%b$TV 7.传动轴承和传动轴的设计 ~nay" g: 'd9INz. 1. 传动轴承的设计 8A})V8 t7aefV&_, ⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 tVN P1=2.93KW n1=626.9r/min EFM5,gB.m T1=43.77kn.m eceP0x ⑵. 求作用在齿轮上的力 %WjXg:R 已知小齿轮的分度圆直径为 A
PEE~ d1=42.4 JkbQyn 而 F= Wi)_H$KII F= F ~x1$h#Cx' ;@oN s- F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N `r9!zffyS W:pIPDx1=! #cI{Fe0h ,s"^kFl ⑶. 初步确定轴的最小直径 p$]3'jw 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 H& | |