目 录 @ikUM+A {
89ZDOji?O
设计任务书……………………………………………………1 wo$|~
Hr
传动方案的拟定及说明………………………………………4 9PWm@
Nlf
电动机的选择…………………………………………………4 JJ)y2
计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 A>[hC{
传动件的设计计算……………………………………………5 +-'`Q Ae
轴的设计计算…………………………………………………8 ]+FX$+H/A0
滚动轴承的选择及计算………………………………………14 &~42T}GTWG
键联接的选择及校核计算……………………………………16 +6wx58.B&
连轴器的选择…………………………………………………16 TIKEg10I
减速器附件的选择……………………………………………17 u;QH8LK
润滑与密封……………………………………………………18 <)=3XEcb
设计小结………………………………………………………18 WNl&v]
参考资料目录…………………………………………………18 hw7~i
t.gq5Y.[
机械设计课程设计任务书 [`cdlx?Eh
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 K%k XS
一. 总体布置简图 (cu'
k q/t]%(
HIQ]"Hl
!4i,%Z&6
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 {c&qB`y<.
#IH<HL)t%e
二. 工作情况: ~r{\WZ.
载荷平稳、单向旋转 |C&%S"*+D
Ks9FnDm8
三. 原始数据 'nC3:U
鼓轮的扭矩T(N•m):850
#_?426Wfs
鼓轮的直径D(mm):350 dxk;@Tz
运输带速度V(m/s):0.7 hw EZj`9
带速允许偏差(%):5 -ryDsq
使用年限(年):5 ^ uKnP>*l
工作制度(班/日):2 wpAw/-/
`%KpTh
四. 设计内容 bS_y_9K
1. 电动机的选择与运动参数计算; HTR "mQ
2. 斜齿轮传动设计计算 ]J8KCjq@
3. 轴的设计 )Ix-5084
4. 滚动轴承的选择 d08`42Z69
5. 键和连轴器的选择与校核; a!TBk=P
6. 装配图、零件图的绘制 V[BY/<z)A
7. 设计计算说明书的编写 !C9ps]6
Ec7{BhH)
五. 设计任务 c+}!yH$
1. 减速器总装配图一张 u=_bM2;~Z
2. 齿轮、轴零件图各一张 2GHXn:V
3. 设计说明书一份 o|zrD~&$
7.w*+Z>z
六. 设计进度 _"R3N
1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 4*@G&v?n
2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 b#?ai3E
3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 L:|X/c9r[
4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 h(+m<J
R=#q"9qz
_QC?:mv6-
}1X11+/W
2)HxW}o
&KOG[tv
%J/fg<W1
JLFFh!J
传动方案的拟定及说明 j?d;xj
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。 knNhN=hG+
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。 97:t29N
X~IRpzC
w~cq%%
电动机的选择 b@{%qh,C
1.电动机类型和结构的选择 -z>Z0viA
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。 ^rxfNcU7
}"g21-T^
2.电动机容量的选择 1)P<cNj
1) 工作机所需功率Pw >q}
!>k$B
Pw=3.4kW !4qps$p{
2) 电动机的输出功率 N+C%Z[gt[
Pd=Pw/η Nf/hr%jL
η= =0.904 !_^{udB}
Pd=3.76kW *783xEF>f
rC1qGzg\a
3.电动机转速的选择 kB$,1J$q
nd=(i1’•i2’…in’)nw $~w@0Yl
初选为同步转速为1000r/min的电动机 A9fjMnw
p ?Ij-uo"o
4.电动机型号的确定 G>_42Rp
由表20-1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW,满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求。 "FLD%3l
]|((b/L3
@Le ^- v4
计算传动装置的运动和动力参数 vJ'yz#tl9
传动装置的总传动比及其分配 ;QvvU[eb
1.计算总传动比 ?C#F?N0
由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为: N$ qNe'b
i=nm/nw }K#&5E
nw=38.4 iaaH9X
%
i=25.14 eK=m0 2
Mi%1+
2.合理分配各级传动比 NXWIE4T>*^
由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 YQB]t=Ha
因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 w ufKb.4`
速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 Chb4VoE
各轴转速、输入功率、输入转矩 bz}AO))Hk
项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 ^%4(
%68
转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 n{qw ]/
功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 a?U%l 9F
转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 >r4Y\"/j
传动比 1 1 5 5 1 2os6c te
效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 2'O!~8U
gR_b~^
传动件设计计算 )@lo ';\
1. 选精度等级、材料及齿数 gqHH Hh
1) 材料及热处理; mn6p s6OB
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。 33v%e
2) 精度等级选用7级精度; <'4!G"_EP
3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; eqUn8<<s
4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° 8G[Y9A(bmP
2.按齿面接触强度设计 fAY2V%Rft
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 }HA2ce\
按式(10—21)试算,即 [r~rIb%Zj
dt≥ _uy5?auQ
1) 确定公式内的各计算数值 z}b U\3!
(1) 试选Kt=1.6 {7M4SC@p|
(2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 6_`eTL=G
(3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 m|?"
k38
(4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 CgT QGJ}-
(5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa |qudJucV
(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; aD2CDu
(7) 由式10-13计算应力循环次数 %.atWX`b
N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 A0N ;VYv
N2=N1/5=6.64×107 ^) b7m
U0|j^.)
(8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 y
4,T
(9) 计算接触疲劳许用应力 b09#+CH?
取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 <x%my4M
[σH]1==0.95×600MPa=570MPa EJ
&ZZg
[σH]2==0.98×550MPa=539MPa as!|8JE`
[σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa $Bwvw)(%
yn ?U7`V
2) 计算 ~E:/oV:4 >
(1) 试算小齿轮分度圆直径d1t ['N#aDh.?
d1t≥ .n|3A3:
= =67.85 Rp@}9qijb
YWBP'Mo
(2) 计算圆周速度 B=RKi\K6a
v= = =0.68m/s ?[>BssW
)*L?PT
(3) 计算齿宽b及模数mnt ~pBxFA
b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm ?$8 ,j+&I
mnt= = =3.39 {*]=qSz
h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm #.G>SeTn2}
b/h=67.85/7.63=8.89 B8#f^}8
DkMC!Q\
(4) 计算纵向重合度εβ o'}Z!@h
εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 UNH}*]u4`
(5) 计算载荷系数K
$;`2^L
已知载荷平稳,所以取KA=1 ()IgSj?,
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, $MVeMgPa
故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 Y<$"]@w
由表10—13查得KFβ=1.36 H&K)q5~
由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 &WWO13\qd
K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 6`$z*C2{
;7og
(6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 "e};?|y
d1= = mm=73.6mm c$Nl-?W
_q!ck0_
(7) 计算模数mn ojs/yjvx
mn = mm=3.74 d5W[A#}
3.按齿根弯曲强度设计 /)<7$
由式(10—17) +z/73s0~
mn≥ K]azUK7
1) 确定计算参数 Erymx$@P
(1) 计算载荷系数 WAXrA$:3J
K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 /SM#hwFxJ&
_"e(
^yiK
(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 %;XuA*e
n#AH@`&i
(3) 计算当量齿数 r3lr`s`
z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 |P?B AWYeQ
z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 #2t\>7]
(4) 查取齿型系数 B!C32~[
由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 p.7p,CyB
(5) 查取应力校正系数 oM7-1O
由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 OpX
y&|{x "
Yy:sZJ
(6) 计算[σF] 2F)OyE
σF1=500Mpa HDG"a&$
σF2=380MPa Y7I
KFN1=0.95 Yy;1N{dbT
KFN2=0.98 ,UJPLj^
[σF1]=339.29Mpa CZno2$8@e
[σF2]=266MPa hzVr3;3Zn
(7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 JZ0+VB-3U
= =0.0126 `)_FO]m}jS
= =0.01468 :<G+)hIK
大齿轮的数值大。 T{2//$T?
pNme jz:
2) 设计计算
jS)-COk
mn≥ =2.4 gM]/Y6*$b
mn=2.5 "tbBbEj?d
z>#$#:Z4
4.几何尺寸计算 NY
w(hAPv
1) 计算中心距 "@bk$o=
z1 =32.9,取z1=33 H zK=UcD
z2=165 m`6`a|Twp$
a =255.07mm )u:8Pv
a圆整后取255mm a'.=.eDQ
3Jit2W4
2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 wY)GX
β=arcos =13 55’50” m#(x D~V
BU .G~0
3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 o{,(`o.1O
d1 =85.00mm AYtcN4\/
d2 =425mm l1j
;L{y3CWT
4) 计算齿轮宽度 hRiGW_t
b=φdd1 ITOGD
b=85mm N^>g=Ub
B1=90mm,B2=85mm N1+]3kt ~
K1yM'6Zw
5) 结构设计 >@\-m
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。 ^E8Hv
Fsdn2{g8U
轴的设计计算 S!c@6&XJm?
拟定输入轴齿轮为右旋 dv>zK#!
II轴: g7ROA8xu
1.初步确定轴的最小直径 :\cJvm
d≥ = =34.2mm \%*y+I0>
2.求作用在齿轮上的受力 e6/} M3B
Ft1= =899N qTex\qP
Fr1=Ft =337N b?^<';,5
Fa1=Fttanβ=223N; 4df1)<}U-
Ft2=4494N ?^0Z(<Arz
Fr2=1685N
HuClO
Fa2=1115N A) .AAr
w/@%xy
3.轴的结构设计 cZ,_O~
1) 拟定轴上零件的装配方案 auv\fR :
6ns_4,
e
i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 sRG3`>1
ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 mI18A#[ 3
iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 a+Nd%hoe
iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 my0->W%L
v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。
YDL)F<Y
vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 IVKE dwA
y->iv%
2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 7u(i4O&
k
1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 j_g9RmZT
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。 @
vudeaup
3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 G
0 yt%qHE
4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 sa?;D
5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 mLqm83
6. VI-VIII长度为44mm。 &0TheY;srf
u?i1n=Ne
4]R3*F
:-8u*5QK]`
4. 求轴上的载荷 vUA,`
66 207.5 63.5 W_EN4p~J
XDQ1gg`
2;tp>,G9d
2:yv:7t/
:'=C/AL
0]HIc
gsH_pG-jU
^~od*:
l@
K<p
TjdY Ck]'
Gz:a1-x
j|9 2
g
o\#e7 Hqbh
G Kr
L
9|,AhyhO
`pr,lL
J)_42Z
Fr1=1418.5N NgKNT}JDv
Fr2=603.5N .#}R$}e+
查得轴承30307的Y值为1.6 'UKB
pm/
Fd1=443N a6C~!{'nW
Fd2=189N xOH@V4z:
因为两个齿轮旋向都是左旋。 4P5wEqU.<
故:Fa1=638N jC=_>\<|X*
Fa2=189N R<U<Y'Y
Qpc>5p![3
5.精确校核轴的疲劳强度 $I%]jAh6
1) 判断危险截面 xe'*%3-v)
由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面 %!RQ:?=
fQdQ[
2) 截面IV右侧的 |{(ynZ]R
f32nO
截面上的转切应力为 n&^Rs)%v
L`BLkDm
由于轴选用40cr,调质处理,所以 O B:G5B`
, , 。 Wk?XlCj
([2]P355表15-1) U.\kAEJ
a) 综合系数的计算 <\u%ZB
由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , AiuF3`Xa
([2]P38附表3-2经直线插入) W-MQMHQ
轴的材料敏感系数为 , , Fa8>+
([2]P37附图3-1) 9ZwhCsO
故有效应力集中系数为 q :gH`5N
,fbO}
YGB|6p(
查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , />$kDe
([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) H)Yv_gT
轴采用磨削加工,表面质量系数为 , d{Z
([2]P40附图3-4) H3JWf
MlW
轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 TX;|g1K
lxbZM9A2
}0I ! n@
b) 碳钢系数的确定 z
'j%.Dd8
碳钢的特性系数取为 , Rh39x-`Z
c) 安全系数的计算 0>vm&W<?)
轴的疲劳安全系数为 B; ~T|ex u
)57OZ
-<.>jX
1K!7FiqY
故轴的选用安全。 =d9%ce
|e!Sm{#!
I轴: K:y>wyzl
1.作用在齿轮上的力 j&F&wRD%r
FH1=FH2=337/2=168.5 nG2RBeJV
Fv1=Fv2=889/2=444.5 K/altyj`
|b|p0Z%7{
2.初步确定轴的最小直径 ]>!]X*\9
k5^'b#v
xZ .:H&0G
3.轴的结构设计 P;h/)-q8
1) 确定轴上零件的装配方案 ZC05^
rkVZP!7!
tUzuel*
2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 r]TeR$NJ
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。 =fm/l-P@
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。 w$1.h'2
f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 zZkwfF
g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 kj>XKZL10
h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 P
)`-cfg
i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 FJ/kumq
j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 dz?:)5>I
2) 各段长度的确定 7p|Pv;wp|
各段长度的确定从左到右分述如下: nfd^'}$]
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。 o +&/ N-t
b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 B<i1UJ5
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。 GZ9XG">
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。 o)w'w34FCT
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。 =*t)@bn
f) 该段由联轴器孔长决定为42mm g=b'T-
VF;%Z
ee6Zm+.B
4.按弯扭合成应力校核轴的强度 nlh%O@,
W=62748N.mm Bp9
u6R
T=39400N.mm R6!t2gdKe@
45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 LFtnSB8
(Ys0|I3
[(]uin+9Q
III轴 w<>B4m\
1.作用在齿轮上的力 `g3H;E
FH1=FH2=4494/2=2247N pX"f "
Fv1=Fv2=1685/2=842.5N 21W>}I"0?
"H6DiPh.E
2.初步确定轴的最小直径 '(=krM9;
5s8k^n"A
wTqgH@rGtR
3.轴的结构设计 F@[l&`7
1) 轴上零件的装配方案 64Q{YuI
ONg_3vD{
Ak&eGd$d
2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 k]w;(<
I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII ^k/@y@%
直径 60 70 75 87 79 70 1InG%=jLo
长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 PU[]
Nw
] vQn*T"^
0rooL<~fa
A(ql}cr
"p0e6Z=
5.求轴上的载荷 \K55|3~R
Mm=316767N.mm :(E.sT"R
T=925200N.mm s@V4ny9x
6. 弯扭校合 5@6F8:x}V
c#Y/?F2p
#,lJ>mTe4
V& _
;X*I,g.+H
滚动轴承的选择及计算 qJj"WU5
I轴: ?31#:Mg6g+
1.求两轴承受到的径向载荷 ch!/k
5、 轴承30206的校核 f
}P6P>0T
1) 径向力 .7_<0&kW