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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 F"3LG" e?Pzhha 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 5hVp2w- .RI{\ i` 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) B74L/h Z!@<[Vo6 目 录 H5L~[\
5t @Axwj 一 课程设计书 2 Im
NTk *,/ADtL 二 设计要求 2 UDJ{iZ E]^wsS>= 三 设计步骤 2 a(+.rf; ZT
UaF4k j 1. 传动装置总体设计方案 3 ^)r^k8y' 2. 电动机的选择 4 (+@
Lnz\ 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 9#:b+Amzz 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 \#(3r1( 5. 设计V带和带轮 6 24ojjxz+ 6. 齿轮的设计 8 $=7'Cm? 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 `MMh"# xN 8. 键联接设计 26 Ca: jN0 9. 箱体结构的设计 27 NWuJ&+gcO5 10.润滑密封设计 30 .'zXO 11.联轴器设计 30 bB|UQaCl a?LrSk` 四 设计小结 31 =")}wl=s 五 参考资料 32 ZRDY`eK 'baew8Q# 一. 课程设计书 hJqLH?Ri 设计课题: @a AR99 M 设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V )!h(o R 表一: q Ee1OB 题号 [dm&I#m= jOJ$QT 参数 1 }b9"&io 运输带工作拉力(kN) 1.5 G_GPnKdd 运输带工作速度(m/s) 1.1 2$>"4
N 卷筒直径(mm) 200 ]0`*gKA %SKp<>;9 二. 设计要求 P\;L#2n 1.减速器装配图一张(A1)。 `
u# ' 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 jo75MSj 3.设计说明书一份。 QXXB>gOY5 {1RI!#[\ 三. 设计步骤 {K\l3_=5qb 1. 传动装置总体设计方案 TO&ohATp 2. 电动机的选择 8]@)0q {r 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 VO_! + 4. 计算传动装置的运动和动力参数 =x9SvIm/tH 5. “V”带轮的材料和结构 E kb9=/ 6. 齿轮的设计 =oZHN, 7. 滚动轴承和传动轴的设计 rToZN!q\S 8、校核轴的疲劳强度 GZxM44fP 9. 键联接设计 :%[=v(G[ 10. 箱体结构设计 'H"wu
/# 11. 润滑密封设计 en"]u,! 12. 联轴器设计 \8Mn[G9TL mR3)$! 1.传动装置总体设计方案: R+'$V$g\X %+\ PN 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 _lWC)bv` 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, d~i WV6Va 要求轴有较大的刚度。 sVk+E'q 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。 ^/nj2" 其传动方案如下: 81m3j`b UDjmXQ2, 图一:(传动装置总体设计图) }6;K+INT @J`o
pR 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 |Z]KF>S] 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 )e#KL$B)v 传动装置的总效率 #BB,6E
η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; "Di27Rq 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, j_`
[Z η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, []i/\0C^ 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 nz{
;]U1 s)Gnj; 2.电动机的选择 bW"bkA80 -s?f <f{ 电动机所需工作功率为: P=P/η=2300×1.1/0.835=3.03kW, 执行机构的曲柄转速为n==105r/min, B,Pbm|U1 经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, #xUX1( 则总传动比合理范围为i=6~24,电动机转速的可选范围为n=i×n=(6~24)×105=630~2520r/min。 d:Y!!LV-@L p>4tPI}bf 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比, baLO~C j@N z 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 -^1}J F52%og~N 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 W''%{A/' #?x!:i$- {e'P*j 方案 电动机型号 额定功率 i D6f/|g P '}4z=f`} kw 电动机转速 u|;?FQ$M 电动机重量 vbt0 G-%Z N 参考价格 <WXGDCj 元 传动装置的传动比 #7 )&` 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 \9HpbCHr 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 ~]sj.>P b 7XTOB_HO 中心高 %G'{G 外型尺寸 *~h@K Qm7 L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸D×E 装键部位尺寸F×GD
6tx5{Xl-o 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 lu_kir~ OC?a[^hB^) 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 +9^V9]{Vo .uh>S!X, ] (1) 总传动比 GHs,,J; 由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 iXoEdt) (2) 分配传动装置传动比 /)%$xi =× C VXz>oM 式中分别为带传动和减速器的传动比。 (vR9vOpJ 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 CpE LLA< 4.计算传动装置的运动和动力参数 O{vVW9Q (1) 各轴转速 lfJvN ==1440/2.3=626.09r/min aru;yR ==626.09/5.96=105.05r/min &i(\g7%U (2) 各轴输入功率 _p^?_ =×=3.05×0.96=2.93kW #QUQC2P(~ =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW X-,mNvz 则各轴的输出功率: {yzo#"4Oy =×0.98=2.989kW
ff;9P5X =×0.98=2.929kW B*OEG*t 各轴输入转矩 T`zUgZ] =×× N·m Ad}Nc"O 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· ;L*Ku'6Mt 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m C
vOH*K' =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m >P9|?:c 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m /f*QxNZ,p =×0.98=242.86N·m }5Zmc6S{ 运动和动力参数结果如下表 ts:YJAu+F 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min ^)nIf)9}7 输入 输出 输入 输出 3(oB[9]s 电动机轴 3.03 20.23 1440 5i0vli/L 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 7&hhKEA 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 im-XP@< ykS-5E` 5、“V”带轮的材料和结构 h@2YQgw` 确定V带的截型 iW?z2%# 工况系数 由表6-4 KA=1.2 ^XgBkC~ 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 5y~Srb?2 V带截型 由图6-13 B型 &cpqn2Z
@$7'{* 确定V带轮的直径 !'z"V_x~ 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm V;LV),R? 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s ]as+gZ8 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm >ufL RGL> Q,LDn%+;B* 确定中心距及V带基准长度 oHPh2b0 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 )p`zN=t 360<a<1030 5M&<tj/[a0 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm YlC$L$%Zd. 'PvOOhm, 初定V带基准长度 z.T>=C Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm hnnVp_<] I_s* pT V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm
|W\U9n 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm M:*)l( 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 ;S?ei>Q 5v[2R.eT- 确定V带的根数 w }=LC#le 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw P,s>xM 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 S}3? 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 M^&^g 带长修正系数 由表6-2 KL=1 *5KDu$'(e Y`*h#{| V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 U?xa^QVhj ,Ma%"cWVC 取Z=2 zi_0*znw V带齿轮各设计参数附表 a|-ozBFR V4ybrUWK 各传动比 Y#zHw<<E f;%=S:3 V带 齿轮 \'6%Ld5km 2.3 5.96 pG^>y0 +F92_a4 2. 各轴转速n i<M
F8$ (r/min) (r/min) QKI g5I- 626.09 105.05 ckkm}|&m 5
)z'= 3. 各轴输入功率 P 6J<R;g23R] (kw) (kw) >{{0odBF 2.93 2.71 UE-1p wW,
n~W 4. 各轴输入转矩 T C.RXQ`-P} (kN·m) (kN·m) Z_4|L+i<{ 43.77 242.86 .|i/
a%J PQrc#dfc| 5. 带轮主要参数 k !V@Q!>, 小轮直径(mm) 大轮直径(mm)
^+wA,r. 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 1nR\m+{ 带的根数z 6lm<>#_ 160 368 708 2232 B 2 S|O#KE G4^6o[ x 6.齿轮的设计 r8>Qs RnU% fwi
- (一)齿轮传动的设计计算 |qf ef& ZKJhmk 齿轮材料,热处理及精度 o|APsQE 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 ~{ucr#]C (1) 齿轮材料及热处理 @!*I
mNMI 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 O jH"qi 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 !8|?0>3) ② 齿轮精度 _2WW0 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 ujr"_ofI Uka(Vr: 2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 t4UL|fI 按齿面接触强度设计 s)#TT9BbV :)F0~Q 确定各参数的值: F{E`MK~f_ ①试选=1.6 C8O<fwNM
选取区域系数 Z=2.433 p2hPLq 3F$N@K~s 则 _adW>-wQ!d ②计算应力值环数 +o]J0Gu N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) P} w0= =1.4425×10h oK3PA N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) )O8w'4P5 ③查得:K=0.93 K=0.96 ,M Ugww!. ④齿轮的疲劳强度极限 hX:yn:P~ 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: C3KAQU []==0.93×550=511.5 7w}]9wCN? L-Mf{z []==0.96×450=432 drJUfsxV 许用接触应力 ;pqS|ayl jxZ_-1 ⑤查课本表3-5得: =189.8MP LC qWL1 =1 4veXg/l T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 G[]h1f! =4.47×10N.m ~<"{u-q#K 3.设计计算 !?z"d ①小齿轮的分度圆直径d s0'6r$xj ^@<Ia-x =46.42 SmV}Wf ②计算圆周速度 (8(P12l 1.52 'M
fVZho{ ③计算齿宽b和模数 vBV_aB1{ 计算齿宽b 'OU`$K7n b==46.42mm dB8 e 计算摸数m F#z1 sl' 初选螺旋角=14 NYeL1h)l = HMw}pp: ④计算齿宽与高之比 ]) #?rRw 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 =(Y+u =46.42/4.5 =10.32 "Mh}n-oju ⑤计算纵向重合度 1cV0TUrz =0.318=1.903 Zbf~E { ⑥计算载荷系数K M&KJZ 使用系数=1 W(EN01d \ 根据,7级精度, 查课本得 o4,9jk$ 动载系数K=1.07, >fp_$bjd 查课本K的计算公式: ;".]W;I*O K= +0.23×10×b A`V:r2hnb =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 &H%z1Lp 查课本得: K=1.35 4+Y9":< 查课本得: K==1.2 #KDN 故载荷系数: ^ R3g7 DG K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 G*g*+D[HM ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 1~S''[ d=d=50.64 1_>w|6;e ⑧计算模数 [ub)`-6 u = ?+L7Bd(EF% 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 1%7zCM0s 由弯曲强度的设计公式 +<)H2 ≥ [@0Hmd7 eY_BECJ+OO ⑴ 确定公式内各计算数值 6>[J^k%~w) ① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m yJ!,>OQ%' 确定齿数z e'~<uN> 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 %V92q0XW 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 } A}Vd:# Δi=0.032%5%,允许 Fyc":{Jd ② 计算当量齿数 +XAM2uN5_. z=z/cos=24/ cos14=26.27 x";4)u= z=z/cos=144/ cos14=158 7lAn GP.; ③ 初选齿宽系数 v"dl6%D" 按对称布置,由表查得=1 h4c4!S ④ 初选螺旋角 $SU<KNMZ 初定螺旋角 =14 9w-;d=(Q ⑤ 载荷系数K tY60~@YO& K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 wdRk+ ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y P?zL`czWd 查得: J74kK#uF= 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 3#idXc 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 .19_EQ>+ T8Ye+eP} ⑦ 重合度系数Y :~~\{fm 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 :Y4G^i =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 Obc wmL =14.07609 Z
)X( 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 J:\O .F#Fi ⑧ 螺旋角系数Y "gt*k# 轴向重合度 =1.675, )Hqn Y=1-=0.82 _
Uv3glK <\L=F8[ ⑨ 计算大小齿轮的 VKy3tW/_& 安全系数由表查得S=1.25 Yz>8 Nn '_ 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 7+m.:~H3} 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 Zrq\:KxX 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 xsg55` 查课本得到弯曲疲劳强度极限 ]u%Y8kBe 小齿轮 大齿轮 E\VKlu4 JgB"N/Oz 查课本得弯曲疲劳寿命系数: h[gKyxZ/t K=0.86 K=0.93
<^adt
*m d4LH`@SUZ- 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 B &)wJG []= OmaG|2u []= mnM$#%q;% da$ErN'{ }SGb`l 大齿轮的数值大.选用. /+f3jy:d 1P/4,D@ ⑵ 设计计算 78E<_UgcB 计算模数 J_&G\b.9/ 0;" >. K}Lu1:~ 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: :BUr8%l ~.Cu,>fV z==24.57 取z=25 !3Q^oR %kiPE<<x 那么z=5.96×25=149 y{QF#&lW *YWk. ② 几何尺寸计算 ksQw|>K 计算中心距 a===147.2 e;&f | |