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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 d
U}kimz !_i;6UVG 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 Gf<f#.5y
, Y%zYO 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) &m5FYm\ P >>VBh? 目 录 ;N(9nX}%) q+ZN$4 m 一 课程设计书 2 B'}pZOa[Wb x?6
\C-i 二 设计要求 2 S4O'N x :P/0 " 三 设计步骤 2 ]yAOKmS R!z32 <5k
1. 传动装置总体设计方案 3 pP|LSrY! 2. 电动机的选择 4 (8Inf_59 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 @h
E7F} 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 \c(Z?`p]R1 5. 设计V带和带轮 6 -\I".8"YE 6. 齿轮的设计 8 8M6wc394 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 Sv>bU4LHf 8. 键联接设计 26 #E;a;$p 9. 箱体结构的设计 27 'UFPQ 10.润滑密封设计 30 cOoF +hz0O 11.联轴器设计 30 Ox%.We5 +@mgb4_ 四 设计小结 31 ]!'}{[1} 五 参考资料 32 qe_qag9 HceZT e@ 一. 课程设计书 o |"iW" + 设计课题: )YY8`\F>1 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 ~{00moN"m 表一: ., =\/ C< 题号 AAc*\K [,TK"
参数 1 aB ^`3J 运输带工作拉力(kN) 1.5 P
~rT uj 运输带工作速度(m/s) 1.1 :=oIvSnh 卷筒直径(mm) 200 a0)] W%F 78h!D[6 二. 设计要求 E oh{+>:6 1.减速器装配图一张(A1)。 UZ-[vD1n 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 #q9cjEd_7 3.设计说明书一份。 #-7m@EU;O J/>9w 三. 设计步骤 5J2tR6u-( 1. 传动装置总体设计方案 :TRhk. 2. 电动机的选择 i~ITRi@ 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 As+^6 4. 计算传动装置的运动和动力参数 e3=-7FU 5. “V”带轮的材料和结构 <d~IdK'\x 6. 齿轮的设计 (_n U}<y_i 7. 滚动轴承和传动轴的设计 ^X|Bzz) 8、校核轴的疲劳强度 Y*-dUJK-` 9. 键联接设计 jn._4TQ*} 10. 箱体结构设计 i:n1Di1~E 11. 润滑密封设计 V2o1~R~ 12. 联轴器设计 c+N\uG4 Q=?YY-*$ 1.传动装置总体设计方案: Gq =i-I ftRzgW); 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 |wkUnn4UB8 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, 60X))MyN 要求轴有较大的刚度。 vC%Hc/&.} 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。 9/dI 6 P7 其传动方案如下: tE"IE$$1 4O'%$6KR( 图一:(传动装置总体设计图) rOTxD/ PNRZUZ4Z| 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 (dHil#l 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 HImQ.y!B 传动装置的总效率 .2x`Fj;o1 η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; !~-@p?kW/ 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, AkA2/7<[ η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, UhbGU G 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 wvPS0] 1+9}Xnxb 2.电动机的选择 8^5@J)R8 UO}Yr8Z; 电动机所需工作功率为: P=P/η=2300×1.1/0.835=3.03kW, 执行机构的曲柄转速为n==105r/min, %3es+A@ 经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, u$
a7 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。 <]'1Y DA O>/&-Wk= 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, Ybp';8V VL8yL`~zc. 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 li M&5De{LS} 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 2T3b6 Fh~
pB>t C~c|};&% 方案 电动机型号 额定功率 Qt"i P VY j
pl kw 电动机转速 PGJkQsp0 电动机重量 f!13Ob<8r N 参考价格 9e0t 元 传动装置的传动比 !d{Ijs'T 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 ^wMZG'/ 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 de,4Ms!% N&]_U%#Q 中心高 *5q_fO 外型尺寸 @0fiui_ 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 _)-y& 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 Tw@:sWC g%%j"Cz1 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 jI45X22j MBO>.M$B (1) 总传动比 ?.6fVSa 由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 p$}1V2h; (2) 分配传动装置传动比 *s (L!+ =× %]fi;Z 式中分别为带传动和减速器的传动比。 e)2w&2i`(F 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 j[Oh>yG 4.计算传动装置的运动和动力参数 u8b^DB#+W (1) 各轴转速 D:fLQ8a ==1440/2.3=626.09r/min K%3{a=1 ==626.09/5.96=105.05r/min CNrK]+> (2) 各轴输入功率 ]C5/-J,F =×=3.05×0.96=2.93kW {]3Rk =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW :i/uRR 则各轴的输出功率: vl:V?-sY =×0.98=2.989kW +|6 u
0&R^ =×0.98=2.929kW TA>28/U# 各轴输入转矩 Ue!~|: =×× N·m 2F|06E' 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· zz1]6B*eX 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m DH'0# =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m '<% ;Nv 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m 7cly{U" =×0.98=242.86N·m $-"V
2 运动和动力参数结果如下表 S%2q X"8 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min _>(qQ-Px 输入 输出 输入 输出 S|/Za".Gr 电动机轴 3.03 20.23 1440 oh.8WlI 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 V^qkHm e 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 H*vd N)o/}@]6 5、“V”带轮的材料和结构 sX|bp)Nw 确定V带的截型 &v.Nj9{zi 工况系数 由表6-4 KA=1.2 mH5[(? 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 T5? eb" V带截型 由图6-13 B型 kqt.?iJw ]hjA,p@Q 确定V带轮的直径 Y(Q!OeC 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm +WB';D 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s P=
nu&$; 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm XWYLa8Ef q.Vcb!*$ 确定中心距及V带基准长度 lt{yo\ 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 UQ.DKUg 360<a<1030 vz}_^8O 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm XS`=8FQ [zc8f 初定V带基准长度 (#5TM1/A Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm !1fAW!8 CT#u+]T V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm $}z%}v 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm khS > 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 RZ GD5`n :%kJ9zW 确定V带的根数 ,'^^OLez 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw oV=~Q#v 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 8 rA'd 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 v&}^8j 带长修正系数 由表6-2 KL=1 1zlBkK iqTGh*k V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 m5\/7 VC H*V Z&{\7 取Z=2 #F25,:hY V带齿轮各设计参数附表 D<UX^hU
uZkh. 0yB 各传动比 Nx^r&pr GZk{tTv V带 齿轮 4}MZB*);0 2.3 5.96 0VwmV_6'<W VKb'!Ystl 2. 各轴转速n {j4J(dtO (r/min) (r/min) 0w<G)p~%n 626.09 105.05 SED_^ v*VId
l> 3. 各轴输入功率 P yjB.-o(' (kw) (kw) rWnZ It" 2.93 2.71 gRQV)8uh i\94e{uty[ 4. 各轴输入转矩 T #(f- cK (kN·m) (kN·m) 6gN>P%n 43.77 242.86 'Nn>W5#)) Kta7xtu 5. 带轮主要参数 <Q|(dFr`v 小轮直径(mm) 大轮直径(mm) N\Li/ 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 F` "bMS 带的根数z V1!;Hvm]+ 160 368 708 2232 B 2 aK4ZH}XHE" NAt; r 6.齿轮的设计 })^%>yLfc| <Z58"dg.5 (一)齿轮传动的设计计算 $S_G:}tna 2pn8PQfg) 齿轮材料,热处理及精度 Md(h-wYr 考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 cs6I
K6wo (1) 齿轮材料及热处理 G$_=rHt_% 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 pJ;4rrSK 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 |JRaskd ② 齿轮精度 ?)i`)mu' 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 t$yt8#Tk }!n90
9L 2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 :HTV 8;yc 按齿面接触强度设计 !
:XMP*g T3#KuiwU9 确定各参数的值: 6nP-IKL ①试选=1.6 ;0 No@G;z 选取区域系数 Z=2.433 qp)a`'Pq 6-vQQ-\ 则 !w #x@6yq ②计算应力值环数 iZbY@-3fc N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) >;M?f! =1.4425×10h BiI}JEp4o N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) >y7|@'V[v0 ③查得:K=0.93 K=0.96 r"aJ&~8::W ④齿轮的疲劳强度极限 Zwxu3R_ 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: l
S m7i []==0.93×550=511.5 |E=8 ZB@Bj>,bp []==0.96×450=432 u#s br8Y 许用接触应力 SB}0u=5 z=/xv}, ⑤查课本表3-5得: =189.8MP g (:%E =1 %\ef
Mhn T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 C^W9=OH =4.47×10N.m )|SmB YV 3.设计计算 etk@ j3# ①小齿轮的分度圆直径d pk5W!K tP;^;nw =46.42 XBF]|}% ②计算圆周速度 }'.k 1.52 ZlxJY%oeu ③计算齿宽b和模数 s)<^YASg 计算齿宽b @%}4R`S0 b==46.42mm cm!|A)~ 计算摸数m ,j|9Bs 初选螺旋角=14 %e,X7W`'2 = +o7Np|Ou ④计算齿宽与高之比 c5f8pa
* 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 FsdxLMwk1 =46.42/4.5 =10.32 = ^OXP+o ⑤计算纵向重合度 _Boe" =0.318=1.903
S_EN,2'e ⑥计算载荷系数K _T)G?iv:& 使用系数=1 _xVtB1@kLM 根据,7级精度, 查课本得 !J@!P?0. C 动载系数K=1.07, !f^'- 查课本K的计算公式: ` e~nn K= +0.23×10×b +>,4d =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 |&hu3-( 查课本得: K=1.35
{Hp*BE
查课本得: K==1.2 Q\ AM]
U 故载荷系数: d
l<7jM? K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 }VUrn2@-4 ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 w?LDaSz\t d=d=50.64 q=H
dGv ⑧计算模数 28N
v' = I8RPW:B;B 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 5u=(zg 由弯曲强度的设计公式 ]*M-8_D ≥ ?9)-?tZ^Q /y.+N`_ ⑴ 确定公式内各计算数值 cJ>
#jl& ① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m <,S5(pZ 确定齿数z l(CMP!mY 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 QlmZ4fT[r 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 t|ih{0 Δi=0.032%5%,允许 &1:_+ ② 计算当量齿数 H]XY z=z/cos=24/ cos14=26.27 :"pA0oB z=z/cos=144/ cos14=158 9ne13qVm+ ③ 初选齿宽系数 O
DLRzk( 按对称布置,由表查得=1 3~mi ④ 初选螺旋角 {xGM_vH1 初定螺旋角 =14
{"([p L ⑤ 载荷系数K FYs-vW { K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 PDEeb.(. ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y S3G9/ 查得: gq^j-!Q)Q< 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 /4}B}"`Sl= 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 N`JkEd7TT yi*2^??`
1 ⑦ 重合度系数Y dV( "g], 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 ky^p\dMh =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 _8f?
H#& =14.07609 :=iP_*# 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 W8$ky[2R ⑧ 螺旋角系数Y ]hPu 轴向重合度 =1.675, Pr%Y!| Y=1-=0.82 TBGN',, LL}|#%4d ⑨ 计算大小齿轮的 $@[`v0y* 安全系数由表查得S=1.25 _shoh 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 S{q c1qj 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 }KBz8M5 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 zree}VqD;5 查课本得到弯曲疲劳强度极限 M$9?{8m 小齿轮 大齿轮 f[AN=M"B"s L>&o_bzp 查课本得弯曲疲劳寿命系数: ;_HG
5}i K=0.86 K=0.93 /:YM{,] <yw6Om:n< 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 4DYa~ =w []= OVo3. []= xnfMx$fD mip2=7M|C su/!<y 大齿轮的数值大.选用. vSOO[.= 5-3.7CO$ ⑵ 设计计算 bI_6';hq! 计算模数 zXop@"(e
(SEE(G35 ?nLlZpZ2v 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: _:B/XZ /Vg=+FEO z==24.57 取z=25 |B<;4ISaRI <K(qv^C 那么z=5.96×25=149 .d JX,^ lhx"<kR4 ② 几何尺寸计算 kXfTNMb 计算中心距 a===147.2 JZa^GW:YQh 将中心距圆整为110 Hd/|f; b.LMJ'1 按圆整后的中心距修正螺旋角 &!xePKvO6k pdz_qj!Z =arccos klwC.=?(j" 9?jD90@
} 因值改变不多,故参数,,等不必修正. :"vW;$1
} 4dEfXrMf 计算大.小齿轮的分度圆直径 0bR)]"K nE2w? d==42.4 H8'q Y 7z_EX8^ d==252.5 8l?mNapy EO_:C9=d{ 计算齿轮宽度 z!M8lpIM A>?_\<Gp B= 7CK3t/3D F&Bh\C)] 圆整的 Qb.Ve7c .+@;gVZx1 大齿轮如上图: 0Z m^6T !R 2;]d* @PaOQ@ V1P]mUs{1 7.传动轴承和传动轴的设计 pZ@)9c c\J?J>xz 1. 传动轴承的设计 iF_#cmSy$ xy^t_];X ⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 +.EP_2f9 P1=2.93KW n1=626.9r/min '{[n,xeR T1=43.77kn.m V,*<E &+ ⑵. 求作用在齿轮上的力 __3s3YG 已知小齿轮的分度圆直径为 ]52.nxs~ d1=42.4 2`[iTBZ=^ 而 F= M MQ^&!H F= F g5YDRL!Wh Qf>$'C(7!a F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N @U 6jd4?) YLx4qE o4zX
41W v7h!'U[/ ⑶. 初步确定轴的最小直径 -](NMRqfN 先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,取 PXx:JZsju B%.vEk)* +=V[7^K; mRNA ,* 从动轴的设计 x}tg/`.=z +D@+j 求输出轴上的功率P2,转速n2, T2, FJ/c(K P2=2.71kw,n2=105.05, T2=242.86kn.M a(eKb2 CX ⑵. 求作用在齿轮上的力 '#oNOU 已知大齿轮的分度圆直径为 ;!C~_{/t d2=252.5 gfW_S&&q 而 F= OxC8xB;` F= F fHLt{ !O AW R F= Ftan=1923.6×0.246734=474.6N C3]"y7 ;h-W&i7 S#:yl>2 t|5T,YFG ⑶. 初步确定轴的最小直径 :kU-ol$ 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 'bb*$T0= V?zCON 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径d,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号 ?=dp]E{ 查表,选取 O6[4=4L '|7'dlW 因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 u^ 3,~:E 选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径 8k0f&Cak= D^30R*gV ⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 &Rp/y%9 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,轴段右端需要制出一轴肩,故取直径;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径半联轴器与 。 dc+U#]tS l(<=JUO; 初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列角接触球轴承7010C型. r-s9]0"7~ kR
!O-@GJ] D B 轴承代号 v\3
\n3[u 45 85 19 58.8 73.2 7209AC <Rb[0E$ 45 85 19 60.5 70.2 7209B #GbfFoE 50 80 16 59.2 70.9 7010C SqosJ}K 50 80 16 59.2 70.9 7010AC JnY.]: DmA~Vj!a^y (rE.ft5$9 \+T U{vr {2v,J]v_[ 对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 tYk!Y/O} 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, /n3Qcht 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. itn< | |