目 录 BR v+.(S
\ A%eG&
设计任务书……………………………………………………1 ?
b[n|^wS
传动方案的拟定及说明………………………………………4 \dlph
电动机的选择…………………………………………………4 !Y<oN~<%)
计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 2/36dGFH
传动件的设计计算……………………………………………5 w-b' LP
轴的设计计算…………………………………………………8 g7CXlT0Q6
滚动轴承的选择及计算………………………………………14 n;8 '`s
键联接的选择及校核计算……………………………………16 x1gx$P
连轴器的选择…………………………………………………16 _TUt9}
减速器附件的选择……………………………………………17 "BKeot[""p
润滑与密封……………………………………………………18 >r)X:K+I
设计小结………………………………………………………18 <&pKc6+{
参考资料目录…………………………………………………18 `W `0Fwu9
]DvO:tM
机械设计课程设计任务书 =s}Xy_+:
题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 T;\^#1
一. 总体布置简图 S'U@X
V8-h%|$p3W
[4+q+
F?u^"}%Fc
1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 z *9FlV
S2C]?6cTq
二. 工作情况: Jqr)V2Y
载荷平稳、单向旋转 1%J.WH6eQ
q
(+ZwaV@
三. 原始数据 %8)W0WMe
鼓轮的扭矩T(N•m):850 I,ci >/+b
鼓轮的直径D(mm):350 [9mL $;M
W
运输带速度V(m/s):0.7 `C_'|d<HA
带速允许偏差(%):5 K{cbn1\,H
使用年限(年):5 DlyMJ#a
工作制度(班/日):2 ?Qqd "=k4
Gzt=u"FV
四. 设计内容 H]31l~@]
1. 电动机的选择与运动参数计算; ~2uh'e3
2. 斜齿轮传动设计计算 ] c}91
3. 轴的设计 Uh|>Skic4
4. 滚动轴承的选择 "DSPPE&[c
5. 键和连轴器的选择与校核; !q4x~G0d
6. 装配图、零件图的绘制 XidxNPz0^
7. 设计计算说明书的编写 o%y;(|4t >
LD (C\
五. 设计任务 Vf-5&S&9
1. 减速器总装配图一张 0O2n/`'
2. 齿轮、轴零件图各一张 znZ7*S >6\
3. 设计说明书一份 y/_wx(2
S{p}ux[}=
六. 设计进度 noNm^hFL
1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 `_ (~ Ud
2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 ivrXwZ7jT
3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 :WXf.+IA
4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 x:5dCI
FN
)d1q(~
I__ 4I{nI
_$/
+D:K
noA-)
_MYx%Z
_zC (J
@qK<T
传动方案的拟定及说明 LxJ6M/".
由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 &K:' #[3V
本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 tfiqr|z
rhY_|bi4P
<9@7,2
电动机的选择 M?o{STt
1.电动机类型和结构的选择 B}*V%}:)
因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 h8^i\j
K6pw8
2.电动机容量的选择 :%_q[}e
1) 工作机所需功率Pw s3lJu/Xe{
Pw=3.4kW aIvBY78o
2) 电动机的输出功率 _|n=cC4Qu
Pd=Pw/η v@T'7?s.
η= =0.904 ,5-Zb3\
Pd=3.76kW RR>G]#k
BpT"~4oV5
3.电动机转速的选择 rFXSO=P?Z
nd=(i1’•i2’…in’)nw n@B{vyy
初选为同步转速为1000r/min的电动机 rveVCTbC
Ao`_",E
4.电动机型号的确定 sQk|I x
由表20-1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW,满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求。 e)pTC97^L
Uu2N9.5
INLf# N
计算传动装置的运动和动力参数 kMe@+ysL
传动装置的总传动比及其分配 |Is'-g!
1.计算总传动比 H2\1gNL
由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为: t*z'c
i=nm/nw :{CFTc5:A
nw=38.4 J%r7<y\
i=25.14 xw%)rm<t
J'7 y
2.合理分配各级传动比 ec?1c&E
由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 )y\BY8
因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 5 LMj!)3
速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 A c:\c7M;
各轴转速、输入功率、输入转矩 sQ(1/"gb
项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 `!kL1oUYE
转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 3W j,}
功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 M'|)dM|
转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 S_T
传动比 1 1 5 5 1 `V~LV<v5
效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 n8FT<pUq
JTkCk~bX[z
传动件设计计算 ;E2kT
GT
1. 选精度等级、材料及齿数 }B*,mn2N
1) 材料及热处理; nL\ZId
选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 r03I*b
2) 精度等级选用7级精度; M5rwoyn
3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; v|y<_Ya
4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° {fElto
2.按齿面接触强度设计 0Q*-g}wXfS
因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 u
S(@?m$
按式(10—21)试算,即 P7Z<0Dt\}
dt≥ y"Ihr5S\
1) 确定公式内的各计算数值 hOSf'mi
(1) 试选Kt=1.6 bQ=s8'
(2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 ~"5C${~{
(3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 =u[rOU{X"W
(4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 ^OjvL6A/p
(5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa .='3bQ(UZ4
(6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; g(aNyn
(7) 由式10-13计算应力循环次数 6o9sR)c
?
N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 8 +L7E-
N2=N1/5=6.64×107 J{^n=X9M0J
N7+#9S 5fv
(8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 G#g{3}dcK
(9) 计算接触疲劳许用应力 S^)WYF5
取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 %,Q;<axzi
[σH]1==0.95×600MPa=570MPa D;J|eC>^
[σH]2==0.98×550MPa=539MPa j`+0.Zlq
[σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa :MdEr//w
#
s,Y%
Bce
2) 计算 +Gp!cGaAm
(1) 试算小齿轮分度圆直径d1t )MMhlcNC
d1t≥ S--/<a2
= =67.85 JYl\<Z' {
u&
AQl.u
(2) 计算圆周速度 j&
<tdORT
v= = =0.68m/s rt,0j/o.1
widI
s[
)
(3) 计算齿宽b及模数mnt T:dX4=z
b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm 0K`ZX&K?W
mnt= = =3.39 hq]xmM?&
h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm T&mbXMN
b/h=67.85/7.63=8.89 \kfcv
4*YOFU}l
(4) 计算纵向重合度εβ h<Jc;ht
εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 #%:`p9p.S
(5) 计算载荷系数K li1v 4
已知载荷平稳,所以取KA=1 QR|XV%$
根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同, (v|ixa
故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 BQ5_s,VM
由表10—13查得KFβ=1.36 LAizx^F
由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 ;K>{_kf
K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 \}U[}5Pk&
3"f)*w7d
(6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 9$:QLE+t
d1= = mm=73.6mm [..,(
/0Rt +`
(7) 计算模数mn C,9)V5!tP2
mn = mm=3.74 :~WPY9i`
3.按齿根弯曲强度设计 D$Kz9GVZq
由式(10—17) e~tr^$/ (
mn≥ RI#lI~&)
1) 确定计算参数 `4$4bXrP'
(1) 计算载荷系数 U)SM),bE[
K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 oqm
T_(qN;_
(2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 }C_G0'"F
Qx9>,e6+
(3) 计算当量齿数 ._8xY$l$
z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 BUcaj.S
z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 R>/QARX
(4) 查取齿型系数 M"k3zK,
由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 fF8a 1XV
(5) 查取应力校正系数 \f8P`oET~
由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 Dq0-Kf,^
J-@o@!o
ckH$E%j
(6) 计算[σF] +Q@/F~1@6@
σF1=500Mpa D[?k ,*
σF2=380MPa |V5 $'/Y
KFN1=0.95 ]+^;vc 1r
KFN2=0.98 OqEg{o5 a&
[σF1]=339.29Mpa m_{%tU;N
[σF2]=266MPa NB|RZf9M
(7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 ~rVKQ-+4&
= =0.0126 */0vJz%<.M
= =0.01468 v>x {jZkFL
大齿轮的数值大。 GInZ53cQ
G\'u~B/w
2) 设计计算 5Z4(J?n
mn≥ =2.4 f:x9Y{Y
mn=2.5 x>1iIpBv^
.}L-c>o"o
4.几何尺寸计算 2b6? 9FX*
1) 计算中心距 hQd@bN8
z1 =32.9,取z1=33 QN{}R;s
z2=165 aTL8l.c2
a =255.07mm h"RP>fZt
a圆整后取255mm .IW_DM-
BR&Qw'O%
2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 IGh !d?D
β=arcos =13 55’50” mkj;PYa
*zw
R=
3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 (<d&BV- "
d1 =85.00mm 4~m.#6MT
d2 =425mm 7/p J6>
Z1)jRE2dl
4) 计算齿轮宽度 QK``tWLIg7
b=φdd1 SIaUrC
b=85mm XEvGhy#
B1=90mm,B2=85mm ei+9G,
Xh7~MU~X
5) 结构设计 o+"0. B
以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 tdw\Di#m
8xD<A|
轴的设计计算 8osS OOzM
拟定输入轴齿轮为右旋 U- *8%>Qp
II轴: xzMeKC`
1.初步确定轴的最小直径 ]2aYi9)
d≥ = =34.2mm oPBg+Bh*
2.求作用在齿轮上的受力 dIBKE0`
Ft1= =899N azR;*j8Q'
Fr1=Ft =337N DJD ]aI
Fa1=Fttanβ=223N; 4BduUH
Ft2=4494N _v~D{H&}
Fr2=1685N `\RX~ $^
Fa2=1115N iSZctsqE
St~SiTJU
3.轴的结构设计 qmue!Fv#g
1) 拟定轴上零件的装配方案 'Tru?y\
r:WgjjA%
i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 #^4>U&?
ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 gvTOCF
iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 tz0Ttu=xH
iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 dm/\uE'l
v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 |$SvD2^
vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 }`<>$2b
+GYI2
2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 LrM.wr zI/
1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 (IWix){
2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 }!Diai*C
3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 8[`^(O#\E
4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 Ip7FD9
^
5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 q563,s
6. VI-VIII长度为44mm。 aaf_3UH.B
,SJK
g+KzlS[6
yf#%)-7(
4. 求轴上的载荷 0r$hPmvv8
66 207.5 63.5 @7HOL-i
CtC`:!Q
G2yUuyAZ
picP_1L
*a4b`HRT
(/x@W`
+U_-Lq )
Hdq/E>u
@R OY}CZ{/
'j"N2NJ
b~haP.Cl:
uVuToMCp
|jaY[_.@
H-cBXp5z
_E&vE5<-$
?_Dnfa_
]6VUqFO)
Fr1=1418.5N J!
6z
Fr2=603.5N z$BnEd.y=:
查得轴承30307的Y值为1.6 3@cJ=
Fd1=443N R&=GB\`:a
Fd2=189N 4Jk}/_
因为两个齿轮旋向都是左旋。 :{xN33@6\X
故:Fa1=638N Y"/UYxCm|&
Fa2=189N im?XXsH'
HsgTHe
5.精确校核轴的疲劳强度 F;X q:e8
1) 判断危险截面 ;&^"q{m
由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面 _6-/S!7Y\
:D+SY
2) 截面IV右侧的 qnfRN'
^Lfn3.M
截面上的转切应力为 2E;%=e
7SY->-H8
由于轴选用40cr,调质处理,所以 k+R?JWC:
, , 。 t`1]U4s&I
([2]P355表15-1) +#JhhW
Zj(
a) 综合系数的计算 vK.4JOlRF
由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , ~Ro:mH:w
([2]P38附表3-2经直线插入) 6% y)
轴的材料敏感系数为 , , "0 PN
([2]P37附图3-1) 13&>w{S}
故有效应力集中系数为 ; ?lM|kK
sV'.Bomq
/GSI.tO
查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , i+x6aQ24
([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) cKYvRe
轴采用磨削加工,表面质量系数为 , 0l1]QD+Gc5
([2]P40附图3-4) }.$B1%2
轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 8m[L]6F(-z
oplA'Jgnv
rU^ghF
b) 碳钢系数的确定 W>|b98NPu
碳钢的特性系数取为 , iM/0Yp-v'>
c) 安全系数的计算 Isgk
轴的疲劳安全系数为 x[>_I1TJ
8(f0|@x^
K
y4y
p;t!"I:`?
故轴的选用安全。 dDn4nwH
U?^|>cMr
I轴: 8'xnhV
1.作用在齿轮上的力 4qz{D"M
FH1=FH2=337/2=168.5 OK J%M]<
Fv1=Fv2=889/2=444.5 %y7wF'_Y
f$W}d0(F;
2.初步确定轴的最小直径 %+!9
I2lZ>3X{
P"~T*Qq-R
3.轴的结构设计 8oH54bFp
1) 确定轴上零件的装配方案 3L]^x9Cu)
nJ#@W b@
c_q y)N
2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ,$qs9b~
d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 (l_de)N7
e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 8=o(nFJw
f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 U`p<lxRgQ
g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 >~>[}d;glw
h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 2b,TkG8K
i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 d lLk4a+
j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 >,Bu^] C
2) 各段长度的确定 KJC9^BAr
各段长度的确定从左到右分述如下: &2]D+aL|h
a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 e CUcE(
b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 [=1?CD
c) 该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,定为88mm。 q<uLBaL_]r
d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 7CMgvH)O
e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 1sLfjH hv
f) 该段由联轴器孔长决定为42mm t8N9/DZ}Q
p2vUt
(a!,)
4.按弯扭合成应力校核轴的强度 mT~>4xi0
W=62748N.mm #=#$b _6*
T=39400N.mm E
d/O\v@
45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 ;1k0o.3
_rJSkZO
:{uUc
III轴 ?8}jJw2H
1.作用在齿轮上的力 SW'KYzn
FH1=FH2=4494/2=2247N 3i}B\
{
Fv1=Fv2=1685/2=842.5N :Qp/3(g e
oP75|p
2.初步确定轴的最小直径 T2; 9
<sB45sNbU`
&.4_4"l(
3.轴的结构设计 Zs|sPatV<
1) 轴上零件的装配方案 eSBf;lr=
, tj7'c$0
XJ?z{gXJ
2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 GZX!iT
I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII @BhAFv,7
直径 60 70 75 87 79 70 +r P<m
长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 .Awq(
Z[bC@y[Wb
oXkhj,{y5
EC#10.
.Q)"F /
5.求轴上的载荷 @il}0
Mm=316767N.mm <!>}t a
T=925200N.mm 'B6H/d>
6. 弯扭校合 2wsZ&y%
x,_Ucc.
1&"1pH
l'\b(3JF
NmF2E+'
滚动轴承的选择及计算 Sxu
v}y\
I轴: ;rL$z;}8
1.求两轴承受到的径向载荷 )ix E
5、 轴承30206的校核 q~_jF$9SX
1) 径向力 FQ)Ekss~C
oU? X"B9
}TvAjLIS6
2) 派生力 E/;YhFb[
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