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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 @{y[2M} %] (*\*7dIo 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 bB`p-1 fu6Ir, 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) n%Gk
{h5 {E+o+2L 目 录 2wki21oY ?#rejA: 一 课程设计书 2 3BWYSJ| D4fHNk)kZ 二 设计要求 2 .gK>O2hI uzpW0(_i3a 三 设计步骤 2 i[d@qp!H= nd)bRB 1. 传动装置总体设计方案 3 !uJDhC 2. 电动机的选择 4 %Vp'^,&S 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 g1TMyIUt[ 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 b/eJEL 5. 设计V带和带轮 6 5bKm)|4z6 6. 齿轮的设计 8 Y^~Dr|5% 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 cK(S{|F 8. 键联接设计 26 "<y0D!& 9. 箱体结构的设计 27 D[ -Gzqh 10.润滑密封设计 30 xmI!N0eta 11.联轴器设计 30 6+hx64 = FV->226o% 四 设计小结 31 i`}nv, 五 参考资料 32 WG0Ne;Ho lQSKY}h 一. 课程设计书 k;bdzcMkQ 设计课题: FnFJw;:,{ 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 ;Iu}Q-b* 表一: 1\'zq;I~ 题号 w`")^KXi ~Kr_[X:d5 参数 1 t kJw}W1@ 运输带工作拉力(kN) 1.5 nA#FGfZ{Ge 运输带工作速度(m/s) 1.1 wNX2* 卷筒直径(mm) 200 PfRe)JuB W"a% IO%' 二. 设计要求 "`jey)&H*M 1.减速器装配图一张(A1)。 np#RBy 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 "DniDA 3.设计说明书一份。 MvLmEmKb}\ Pl}> 三. 设计步骤 !\ckUMZ\ 1. 传动装置总体设计方案 Xj^Hy"HC^~ 2. 电动机的选择 9Rg|o CP_ 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 ?!4xtOA 4. 计算传动装置的运动和动力参数 0A}'@N@G) 5. “V”带轮的材料和结构 LR5X=&k 6. 齿轮的设计 - 9Ll'fbq 7. 滚动轴承和传动轴的设计 #:yh2y7a% 8、校核轴的疲劳强度 lLb"><8a 9. 键联接设计 G{ 9p.Q 10. 箱体结构设计 tTzPT< 11. 润滑密封设计 sKvz<7pag 12. 联轴器设计 #BK3CD(& 0"*!0s~
1.传动装置总体设计方案: SGuLL+|W#8 Sas&P:#r 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 ZT\=:X*e 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, aOj(=s 要求轴有较大的刚度。 dZ1/w0<M2 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。 [-*1M4D9 其传动方案如下: HX(Z(rcI _|!FhZ 图一:(传动装置总体设计图) }5 2] |N{?LKR
% 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 nsRZy0@$t 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 ac-R q.GQY 传动装置的总效率 H1alf_(_
\ η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; nbVlP 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, l Wa4X#~. η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, 23F<f+2S 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 P2q'P& [HV>4,,3" 2.电动机的选择 Od?M4Ed( &rcC7v K9 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, ?W#>9WQi 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, errT7&@,A 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。 -27uh "`aNNIG& 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, @213KmB. ~(BvIzzD 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 LV^V`m0# UJqDZIvC 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 9q##) M7\; Y @435K'! 方案 电动机型号 额定功率 &m>yY{be P Eagl7'x kw 电动机转速 Ux<2!vh 电动机重量 F|eKt/>e N 参考价格 ;oKN 8vI#7 元 传动装置的传动比 ?f\;z<e| 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 *@XJ7G[ 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 DP(JsZ} ^*
xhbM; 中心高 HF3W,eaqK 外型尺寸 [r,ZM 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 "kE$2Kg 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 w
$\p\}~, bVB_KE 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比
[a\U8
w rNdeD~\ (1) 总传动比 ( 5^bU< 由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 peA}/Jc (2) 分配传动装置传动比 P4M*vZq) =× 0 > 式中分别为带传动和减速器的传动比。 >O{U4_j@( 为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 x6, #Jp 4.计算传动装置的运动和动力参数 DNP%]{J (1) 各轴转速 D!K){E ==1440/2.3=626.09r/min i; 8""A ==626.09/5.96=105.05r/min y+ZRh?2 (2) 各轴输入功率 Ft7{P.g =×=3.05×0.96=2.93kW mSw$?
> =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW ?,_$;g 则各轴的输出功率: _TB,2 R =×0.98=2.989kW 1;; is =×0.98=2.929kW xKilTh_.6 各轴输入转矩 =F(fum;zH =×× N·m j89C~xP6 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· 6;LM1
_ 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m D{Zjo)&tF' =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m =~)J:x\F 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m (<= e? =×0.98=242.86N·m x*8lz\w 运动和动力参数结果如下表 l!U_7)s/ 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min $VWeo#b 输入 输出 输入 输出 SJYy,F],V" 电动机轴 3.03 20.23 1440 ZyJdz+L{@V 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 kRCuc}:SB 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05
>dnH jTo-xP{lC 5、“V”带轮的材料和结构 T-0[P; 确定V带的截型 g]'RwI 工况系数 由表6-4 KA=1.2 [D]9M"L,vQ 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 EcBJ-j6d V带截型 由图6-13 B型 C~16Jj:v t0[H_ 确定V带轮的直径 we6kV-L. 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm ]et4B+=i 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s 6x1!!X+)+ 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm sh $mOy J!
;g.q 确定中心距及V带基准长度 &3
QdQn, 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 6} DGEHc1 360<a<1030 h0YIPB 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm kC=e>v !"*!du28jo 初定V带基准长度 K~j&Q{yws@ Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm >^cP]gGY EhEUkZE3) V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm 0]x g E 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm ~m
,xG 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 6m#V=4e* k4|9'V&1*6 确定V带的根数 Yx- 2ux 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw RC_w 1:h 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 rJ
LlDKP-( 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 d(.e%[` 带长修正系数 由表6-2 KL=1 )7U^&I, Dg^n`[WO V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 -E6#G[JJ Y\7>>? 取Z=2 R3nCk-Dq V带齿轮各设计参数附表 XcOfQs tb^8jC 各传动比 %9,: oCE=!75 V带 齿轮 Ls8@@b,t2 2.3 5.96 /az}<r8 Z`5jX;Z! 2. 各轴转速n uFseO9F.2 (r/min) (r/min) Gp0H[-oF 626.09 105.05 `1|#Za~e ZLsfF
=/G 3. 各轴输入功率 P t')47k\ (kw) (kw) ?F{sym@i 2.93 2.71 z/IA
@ ao4"=My*G 4. 各轴输入转矩 T ~r<@`[-L (kN·m) (kN·m) bSOxM/N 43.77 242.86 %4F
Q~ Tr}z&efY 5. 带轮主要参数 =oN(1k^ 小轮直径(mm) 大轮直径(mm) v'R{lXE 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 Gm,vLs9H$T 带的根数z A1b</2 160 368 708 2232 B 2 W'aZw9 'r&az BO 6.齿轮的设计 \!!qzrq XJx$HM&0M (一)齿轮传动的设计计算 r57&F`{ PI
KQ}aq= 齿轮材料,热处理及精度 fkLI$Cl 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 ;[-OMGr]# (1) 齿轮材料及热处理 ?hqHTH:PU 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 kEQ1&9 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 l@;UwnI ② 齿轮精度 #w%d 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 KpHt(>NR `Aa}q(}k 2.初步设计齿轮传动的主要尺寸
HaJs)j 按齿面接触强度设计 [}xVz"8 V 4?+K:e #F 确定各参数的值: T1$fu(f ①试选=1.6 b3/@$x< 选取区域系数 Z=2.433 $w,?%i97 }ufzlHD 则 cyM9[X4rC ②计算应力值环数 U0%T<6*H N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) ,;3bPjey =1.4425×10h _?]0b7X N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) 0P{^aSxTP ③查得:K=0.93 K=0.96 1NHiW
v ④齿轮的疲劳强度极限 a
~s:f5S> 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: e"Y ( 7< []==0.93×550=511.5 YmrrZ&]q o,-p[1b []==0.96×450=432 xq6
eu
9 许用接触应力 \,UpFuU\ cTC -cgp ⑤查课本表3-5得: =189.8MP ;(&$Iw9X =1 BiFU3FlTf T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 KT5amct =4.47×10N.m 0+-"9pED>E 3.设计计算 y4\(ynk ①小齿轮的分度圆直径d pZE}<EX *5|;eN =46.42 a+HGlj 2> ②计算圆周速度 Y ~TR`y
1.52 {yo{@pdX> ③计算齿宽b和模数 0W_olnZ 计算齿宽b PO*;V<^ b==46.42mm C F,-l
B 计算摸数m .O yzM 初选螺旋角=14 'hoEdJ]t5 = H{)DI(,Y^P ④计算齿宽与高之比 ^Z
|WD!>` 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 CXQ +h =46.42/4.5 =10.32 Ci-CY/]s ⑤计算纵向重合度 c-`'`L^J =0.318=1.903 mNII-XG ⑥计算载荷系数K 1Yk!R9. 使用系数=1 Ub,5~I+` 根据,7级精度, 查课本得 lXT+OJF 动载系数K=1.07, HXeX! 查课本K的计算公式: &GfDo4$ K= +0.23×10×b (]@yDb4 =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 )%+7"7. 查课本得: K=1.35 =(==aP 查课本得: K==1.2 whW%c8 故载荷系数: gAudL)X K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 A"3"f8P8a ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 ^ g'P
H{68 d=d=50.64 kC_Kb&Q0 ⑧计算模数 H2jF=U"= = `o4%UkBpM 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 rq#\x{l 由弯曲强度的设计公式 !MyCxM6 ≥ JBI> D1`" c{"qrwLA ⑴ 确定公式内各计算数值 Leu93f2 ① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m ^KF%Z2:$ 确定齿数z mgd)wZNV 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 <WiyM[ep 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 S'_2o?fs Δi=0.032%5%,允许 !hugn6 ② 计算当量齿数 Z~3 z=z/cos=24/ cos14=26.27 s~NJy'Y z=z/cos=144/ cos14=158 gWIb"l ③ 初选齿宽系数 |e_'%d& 按对称布置,由表查得=1 'QdDXw5o ④ 初选螺旋角 1YtbV3 初定螺旋角 =14 ,$+ P
⑤ 载荷系数K LOEiV K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 [BTOs4f ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y 8b[<:{[YB 查得: adn2&7H 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 gQYs, 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 ="('
#o @@z5v bs'{ ⑦ 重合度系数Y zq'KX/o 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 vnx+1T =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 WB.w3w[f =14.07609 I]-"Tw 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 c$8M}q:X ⑧ 螺旋角系数Y W_L;^5Y;m 轴向重合度 =1.675, 7o7*g 7 Y=1-=0.82 cz41<SFL E#~J"9k98 ⑨ 计算大小齿轮的 Ez+8B|0P 安全系数由表查得S=1.25 #G]g 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 ?&JKq^9\I 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 cB6LJ}R 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 Gm[XnUR7V 查课本得到弯曲疲劳强度极限 Q%QIr 小齿轮 大齿轮 $}JWJ\-] aeE~[m 查课本得弯曲疲劳寿命系数: WS.lDMYE7 K=0.86 K=0.93 cKB1o0JsYJ ?/fC"MJq? 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 gs(ZJO1 /L []= &S=xSs:q. []= S@@#L qm6 X5T Y^QG\6q 大齿轮的数值大.选用. 9*S9~ ODxCD%L ⑵ 设计计算 e3k58 计算模数 &<EixDi4q 1oI2 hO2W!68 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: )C$pjjo/` @2~;)* z==24.57 取z=25 D$Ao-6QE
W !
Q8y]9O 那么z=5.96×25=149 LaYd7Oyf] AEd9H
+I ② 几何尺寸计算 0|| 5r# 计算中心距 a===147.2 ~?Zm3zOCc2 将中心距圆整为110 fLZ99?J 9vBW CCf 按圆整后的中心距修正螺旋角 dN@C)5pm5` tu^C<MV =arccos \;1nEjIA @CS%=tE}U 因值改变不多,故参数,,等不必修正. j/F:j5O* h\4enu9[RL 计算大.小齿轮的分度圆直径 T%yGSk _q}^#- d==42.4 JvF0s}#4 w&*oWI$i d==252.5 zFr#j~L" \F14]`i 计算齿轮宽度 HfEl
TC:3f ]]T,;|B B= rQ(u@u; M63t4; 0A 圆整的 U2
Cmf A]MX^eY 大齿轮如上图: Fr#QM0--B A$rCo~Ek G_#MXFWt W$J@|i 7.传动轴承和传动轴的设计 '26
,.1 bZ}T;!U?I 1. 传动轴承的设计 >$7{H] kR<\iT0j ⑴. 求输出轴上的功率P1,转速n1,转矩T1 zd=N. P1=2.93KW n1=626.9r/min mOJ-M@ME T1=43.77kn.m K@?K4o
⑵. 求作用在齿轮上的力 ,L; y>::1 已知小齿轮的分度圆直径为 7 iQa)8, d1=42.4 S<g~VK!Tt 而 F= Y?%=6S F= F bp'\nso/ nq\~`vH|Gd F= Ftan=20646×0.246734=5094.1N oGL2uQXX 9O\yIL |<#yXSi +A1xqOB ⑶. 初步确定轴的最小直径 #e[igxwi 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 [j?<& | |