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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 n4Vwao/9x 6Ux[,]GK 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 RZ*<n$#6 dQ,Q+ON> 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) SBC~QD>L+ >A<Df 目 录 L,#^&9bHa# z23#G>I& 一 课程设计书 2 NJk)z&M ;r3}g"D@ 二 设计要求 2 ^s=*J=k
2_wvC 三 设计步骤 2 VXA[TIqp E!uJ6\ 1. 传动装置总体设计方案 3 /\d(c/, 4 2. 电动机的选择 4 3+e4e 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 ,'=hjIel 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 h
5Hr[E1 5. 设计V带和带轮 6 l(#1mY5!q8 6. 齿轮的设计 8 B4IBuS 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 iM"asEU 8. 键联接设计 26 .wP/ai>} 9. 箱体结构的设计 27 55^tfu 10.润滑密封设计 30 w~]T<^fW~ 11.联轴器设计 30 S.1(3j* C\OECVT 四 设计小结 31 wE?CvL 五 参考资料 32 ~JLYhA^'+< vmLpmxS 一. 课程设计书 a#$N% =j 设计课题: 7_KXD# 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
f\ 'T_ 表一: UoHd - 题号 EZ/^nG 7LfcF 参数 1 Z&-tMai; 运输带工作拉力(kN) 1.5 VtWT{y5Ec 运输带工作速度(m/s) 1.1 `UQEXoB) 卷筒直径(mm) 200 [3kl^TE "T7>)fbu 二. 设计要求 GB=bG%Tb 1.减速器装配图一张(A1)。 2$tQ @r 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 w:Ra7ExP 3.设计说明书一份。 $~G@ 9n"V\e_R 三. 设计步骤 D#ZPq,f 1. 传动装置总体设计方案 2QL?]Vo 2. 电动机的选择 ^&NN]? 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 F\-Si!~oOz 4. 计算传动装置的运动和动力参数 ^&MK42,\ 5. “V”带轮的材料和结构 NV6G.x 6. 齿轮的设计 6}#"qqnx 7. 滚动轴承和传动轴的设计 @D]lgq[ 8、校核轴的疲劳强度 AuXs B 9. 键联接设计 ('JKN"3 10. 箱体结构设计 +(&|u q^ 11. 润滑密封设计 l|q%%W0 12. 联轴器设计 p?kvW42/ `7\H41%\pp 1.传动装置总体设计方案: Z9VR]cf? 1x{kl01m% 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 :BD>yOlG 2. 特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀, q/x/N5HU 要求轴有较大的刚度。 bb1f/C% 3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 @Z q[e
其传动方案如下: 0m
A(:" +`Pmq}ey 图一:(传动装置总体设计图) l `R KqT+ "mA1H]r3 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 #ouE r-= 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 wDKELQ(yH 传动装置的总效率 kC`Rd:5 η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; 1qZG`Vz 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, |'$ l7 η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, P,ydt 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 V%51k{ 95LyYg 2.电动机的选择 vxVOcO9< RG1\=J$:E 电动机所需工作功率为: P=P/η=2300×1.1/0.835=3.03kW, 执行机构的曲柄转速为n==105r/min, o(fy d)t 经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, F>-}*o 则总传动比合理范围为i=6~24,电动机转速的可选范围为n=i×n=(6~24)×105=630~2520r/min。 ``4?a7!! !iJipe5 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比, ^{[[Z.&R? ~},W8\C> 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 Ww`&i hZU1O 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 M1{(OY(G y/tSGkMv 12OlrU 方案 电动机型号 额定功率 oKa>.e7. P U\bC0q kw 电动机转速 vaB!R 0 电动机重量 D/:3RZF N 参考价格 x<F$aXOS 元 传动装置的传动比 H,K`6HH 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 _ZyT3P& 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 "
"%#cDR -?fR|[\[U 中心高 `D2Mss$! 外型尺寸 y-a|Lu* 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 m\-PU z&C 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 /b%Q[
Ck_ $[z<oN_Q 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 YgimJsm wOg,SMiq (1) 总传动比 i}lRIXjdV 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 [h-norB(( (2) 分配传动装置传动比 _#pnjo =× yU_9a[$V 式中分别为带传动和减速器的传动比。 T*+A.G@L" 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 D^?_"wjW 4.计算传动装置的运动和动力参数 (0C&z/ (1) 各轴转速 fp;a5||5 ==1440/2.3=626.09r/min !y*oF{RZ ==626.09/5.96=105.05r/min S^j,f'2 (2) 各轴输入功率 4ZI_pf =×=3.05×0.96=2.93kW nk/vGa4 =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW Uw <{i 则各轴的输出功率: w}`3 d@ =×0.98=2.989kW 2w4MJ,Uw =×0.98=2.929kW &t3Jv{ 各轴输入转矩 sfI N)jh =×× N·m [:B*6FXMN~ 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· hQ';{5IKvC 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m L|\Diap =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m E{>`MNj 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m }N,>A-P =×0.98=242.86N·m xZ+]QDKC 运动和动力参数结果如下表 P']Y(
!L 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min =DMbz`t 输入 输出 输入 输出 &t_h'JX& 电动机轴 3.03 20.23 1440 7>,rvW:] 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 TB#Nk5 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 D^$OCj\ w~N-W8xNR 5、“V”带轮的材料和结构 _]o5R7[MQ 确定V带的截型 /s`;9)G]9 工况系数 由表6-4 KA=1.2 @]?R2bI 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 #U@| J}a V带截型 由图6-13 B型 j@ v-| D9o*8h2$ 确定V带轮的直径 n(R_#,Hs 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm o](.368+4 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s tIGs>, a= 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm JIV8q HC fSI %c3 确定中心距及V带基准长度 Le&;g4% 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 K)5;2lN,
360<a<1030 x+^Vg3 q 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm Yi Zx{5 E}$V2ha0zu 初定V带基准长度 5~l2!PY Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm b n-=fb( 40.AM1Z0f V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm }n[Bq# 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm TzrW 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 HNMBXXf,B DL4iXULNY 确定V带的根数 #r}uin*jD 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw %wW'!p-< 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 ^PQM;" 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 \EI#az=I 带长修正系数 由表6-2 KL=1 ^Y 7U1I \ V?I+Gc V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 iZC`z
} 6b#~; 取Z=2 @p]UvqtB@ V带齿轮各设计参数附表 =|V"#3$f VDn:SGj5 各传动比 JqEb;NiP)5 a_%>CD${t V带 齿轮 D|TR! 2.3 5.96 F*\4l;NJ Z =
ik{/ 2. 各轴转速n ,`)OEI|1d (r/min) (r/min) VIg\]%qse 626.09 105.05 {AgBwBCE Zs73
ad 3. 各轴输入功率 P 5!h<b3u>] (kw) (kw) {(0Id ! 2.93 2.71 ?(Bl~?zD +{*)}[w{x 4. 各轴输入转矩 T Pz1G<eh#{g (kN·m) (kN·m) FfSI n3 43.77 242.86 acae=c|X ;@4sd%L8V 5. 带轮主要参数 ;qb Dbg 小轮直径(mm) 大轮直径(mm) 8]]@S"ZM,\ 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 =mLeMk/7 w 带的根数z Xi+n`T'i 160 368 708 2232 B 2 nl9kYE
[ W0?JVtq0Z 6.齿轮的设计 AysL-sqR dk:xnX% (一)齿轮传动的设计计算 Q@Dkl
F |Eu*P 齿轮材料,热处理及精度 b"3uD` 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 eA&t% (1) 齿轮材料及热处理 i'iO H|s 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 6VFirLd 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 9C=~1>S
② 齿轮精度 B
G5X_s0/ 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 ]_\AHnJ Hh\
4MNl 2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 Iu%^*K% 按齿面接触强度设计 q#m!/wod 4UVW#Rw{ 确定各参数的值: jm+blB^%K ①试选=1.6 T+(M8qb 选取区域系数 Z=2.433 G g(NGT 9BO|1{ 则 r;'i<t{P ②计算应力值环数 1wlVz#f. N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) y:C)%cv}* =1.4425×10h GI?PGAT N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) IqXBz.p ③查得:K=0.93 K=0.96 '(T mV#3 ④齿轮的疲劳强度极限 BPh".R J 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: 9u?Eb~#$ []==0.93×550=511.5 |+u+)C T:6K?$y? []==0.96×450=432 /Bh> 许用接触应力 M$F{N Enu!u~1]F ⑤查课本表3-5得: =189.8MP [.ey_}X8 =1 pbPz$Y T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 FN>L7
*,0 =4.47×10N.m 7oD
y7nV4 3.设计计算 *|^,DGfQ6 ①小齿轮的分度圆直径d ;*nh=w 3hH>U%`- =46.42 D(!;V
KH ②计算圆周速度 X:U=MWc> 1.52 p1kl LX ③计算齿宽b和模数 z+ uL "PG[ 计算齿宽b eVrnVPkM b==46.42mm +;YE)~R? 计算摸数m Jb7iBQ2% 初选螺旋角=14 zUJx&5/ = nT#37v ④计算齿宽与高之比 |^?`Q.|c$ 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 lx`q *&E =46.42/4.5 =10.32 }M^_Z#|, ⑤计算纵向重合度 1E8$% 6VV =0.318=1.903 q)vK`\Y ⑥计算载荷系数K |y klT 使用系数=1 AjG)1 根据,7级精度, 查课本得 v: giZxR 动载系数K=1.07, JaA&eT| 查课本K的计算公式: tc"T}huypU K= +0.23×10×b 9U&~(; =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 mZ]P[lQ'5 查课本得: K=1.35 jiqi!* 查课本得: K==1.2 l+|1G 故载荷系数: 7qpzk7X?pR K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 mlD%d!. ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 HJc<Gwm d=d=50.64 [+y&HNf ⑧计算模数 ,|6Y\L = 1X[73 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 3T"2S[gT 由弯曲强度的设计公式 J0&zb'1 ≥ 3(MoXA* @8QFP3\1 ⑴ 确定公式内各计算数值 d:A\<F ① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m dUI3erO 确定齿数z Um/CR! 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 _c[|@D 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 p 7
,f6kG Δi=0.032%5%,允许 )gr}<}X)B ② 计算当量齿数 KrJ 5"1= z=z/cos=24/ cos14=26.27 |Uc<;> l z=z/cos=144/ cos14=158 sq6>DuBZz ③ 初选齿宽系数 t-'I`I 按对称布置,由表查得=1 ]^Sd9ba ④ 初选螺旋角 , - QR 初定螺旋角 =14 d#E(~t(^ ⑤ 载荷系数K 65'`uuPx K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 =s`XZkh ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y F(J\ctha 查得: u
wH)$Pl 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 c$@`P 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 iU.!oeR? SCgyp( ⑦ 重合度系数Y KX0<j 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 >_rzT9gX& =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 sGXp}{E9 =14.07609
fn4= 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 -0{T ⑧ 螺旋角系数Y P]|J?$1K 轴向重合度 =1.675, x*NqA(r Y=1-=0.82 t8L<x Mr$# e ⑨ 计算大小齿轮的 <ED8"~_ 安全系数由表查得S=1.25 jVLY!7Z4 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 `Af{H/qiI 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 qXXYF>Z- 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 83mlZ1jQz 查课本得到弯曲疲劳强度极限 *!._Ais,\ 小齿轮 大齿轮 Q&oC]u(="& l0qdk#v 查课本得弯曲疲劳寿命系数: 6Hc H'nmeN K=0.86 K=0.93 KC&H* k)?,xY\AV 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 5LDQ^n []= 9zXu6<|qrL []= F% F
c+? ~5lKL5w SZCF3m&pz 大齿轮的数值大.选用.
EJWOXxU yd7lcb
[ ⑵ 设计计算 aK8bKlZe 计算模数 jlYD~) *ge].E UN
cYu9[ 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: `,F&y{A Q%M'[L?[ z==24.57 取z=25 1{SrHdD= <;2P._oZ 那么z=5.96×25=149 5*s1qA0^ 4M;sD;3 ② 几何尺寸计算 hgTM5*fD} 计算中心距 a===147.2 h
Jfa_ 将中心距圆整为110 jxRF" GD Wl^prs7}c 按圆整后的中心距修正螺旋角 & | |