| wuyanjun |
2008-12-30 18:39 |
一些齿圆柱齿轮减速器的设计员说明书
机械设计课程--带式运输机传动装置中的同轴式1级圆柱齿轮减速器 目 录 dAM]ZR< 设计任务书……………………………………………………1 uy<b5.!- 传动方案的拟定及说明………………………………………4 Y^8'P /A 电动机的选择…………………………………………………4 t/3qD7L 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 G)o:R iq 传动件的设计计算……………………………………………5 W!+=`[Ff 轴的设计计算…………………………………………………8 ,*m|Lt%;R 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 N!-P2) @ 键联接的选择及校核计算……………………………………16 ={o)82LV 连轴器的选择…………………………………………………16 %8YUK/(|n 减速器附件的选择……………………………………………17 ^E+fmY2a 润滑与密封……………………………………………………18 "\5 T
6 设计小结………………………………………………………18 z('t#J!b 参考资料目录…………………………………………………18 ~JS@$ # 机械设计课程设计任务书 S{{wcH$n'i 题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 -"#jRP]# 一. 总体布置简图 1/?K/gL 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 2j]uB0 二. 工作情况: kcMg`pJ4< 载荷平稳、单向旋转 nm%7 e!{m 三. 原始数据 Z4gn7
'V 鼓轮的扭矩T(N•m):850 8-@HzS% 鼓轮的直径D(mm):350 ;(K"w* 运输带速度V(m/s):0.7 y!q`o$nK 带速允许偏差(%):5 wZKmU 使用年限(年):5 >CHb;*U 工作制度(班/日):2 "/3YV%to-# 四. 设计内容 _|;{{8*? 1. 电动机的选择与运动参数计算; # 00?]6`z 2. 斜齿轮传动设计计算 nmyDGuzk 3. 轴的设计 ,,7hVw 4. 滚动轴承的选择 4jjo%N 5. 键和连轴器的选择与校核; Eb5BJ-XeS^ 6. 装配图、零件图的绘制 ?t/\ ID 7. 设计计算说明书的编写 PM&NY8|Zy 五. 设计任务 -q&,7'V 1. 减速器总装配图一张 J90
)v7 2. 齿轮、轴零件图各一张 82 o|(pw 3. 设计说明书一份 nu2m5RYx 六. 设计进度 E#!.;AQ 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 vw-y:,5`t8 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 ? YluX 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 ,zZ@QW5 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 k(@W
z>aCv 传动方案的拟定及说明 "}oo`+]Cq 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。 kN 0N18E 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。 OAgZeK$ 电动机的选择 -av=5hm 1.电动机类型和结构的选择 >T{TE"XyO| 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。 O.-A)S@ 2.电动机容量的选择 J2Qt! - 1) 工作机所需功率Pw I<Mb/!TQ Pw=3.4kW 5Y@Hb!5D 2) 电动机的输出功率 _c(h{dn Pd=Pw/η wT-Kg=-q η= =0.904 P5GV9SA Pd=3.76kW Zt9ld=T 3.电动机转速的选择 (aq-aum-I nd=(i1’•i2’…in’)nw :z%Zur+n c 初选为同步转速为1000r/min的电动机 u EERNo& 4.电动机型号的确定 2av=W 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 }U%T6~_wR 计算传动装置的运动和动力参数 Mh{;1$j# 传动装置的总传动比及其分配 #Kx @:I 1.计算总传动比 btbuE 由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为: _3#_6>=M i=nm/nw bik lja nw=38.4 [*5hx_4%B i=25.14 QB;TQZ 2.合理分配各级传动比 >X=V Ph8 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 *<}R=X. 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 xZ
SDA8kS 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 0w vAtK|Q 各轴转速、输入功率、输入转矩 tGSXTF}G 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 9S l5jn 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 !Fs<r)j 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 (CAkzgTfc 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 +6^hp-G7 传动比 1 1 5 5 1 ,kl``w|1M 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 'a:';hU3f ~ftR:F|9 传动件设计计算 Ag&K@ %|* 1. 选精度等级、材料及齿数 U r8JG&, 1) 材料及热处理; nHU}OGzW 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 R38
\&F 2) 精度等级选用7级精度; Jid_&\ 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; ?30pNF| 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° yQ&C]{>TS 2.按齿面接触强度设计 CioS}K 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 Zlygx 按式(10—21)试算,即 #/\Zo &V8 dt≥ BJ5^-| 1) 确定公式内的各计算数值 ;*d?Qe: (1) 试选Kt=1.6 Q!I><u (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 Vl'rO_?t (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 9%m^^OOf (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 -U\s.FI.AR (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa OM`Ws5W}f (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; NceK>::56 (7) 由式10-13计算应力循环次数 E
5mYFVK N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 A7T(p7pP N2=N1/5=6.64×107 mcs!A/]< (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 M<Y{Cs (9) 计算接触疲劳许用应力 ME.!l6lm\ 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 Wq?vAnLbk [σH]1==0.95×600MPa=570MPa kovJ9 [σH]2==0.98×550MPa=539MPa zy|h1.gd [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa Z!4B=?( 2) 计算 Nk1p)V SC (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t }C$D-fH8sW d1t≥ = =67.85 O:8Ne*L`D (2) 计算圆周速度 0W~1v v= = =0.68m/s G'wyH[ d/ (3) 计算齿宽b及模数mnt Dv4 H^ b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm /03?(n= 3 mnt= = =3.39 ~y/qm
[P h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm `trcYmR=k b/h=67.85/7.63=8.89 HHOqJb{8S (4) 计算纵向重合度εβ o
:j'd εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 w8#ji 1gX (5) 计算载荷系数K |EY1$qItid 已知载荷平稳,所以取KA=1 14(ct 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, <@y(ikp> 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 db>"2EE 由表10—13查得KFβ=1.36 |;"(C# B 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 Jn9{@?? K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 &gI*[5v
(6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 4.>y[_vu d1= = mm=73.6mm <X?xr f (7) 计算模数mn <)"2rxX&5 mn = mm=3.74 n-1 3.按齿根弯曲强度设计 }n
+MVJ;dG 由式(10—17 mn≥ ET%F+ 1) 确定计算参数 ?`75ah (1) 计算载荷系数 F3x*dq2 K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 =>O{hT^F (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 y`cL3
xr4R 'L^M"f^I (3) 计算当量齿数 pezfB{x? z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 w,X J8+B z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 }}Gkipp (4) 查取齿型系数 Vygh|UEo 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 (aB:P03 (5) 查取应力校正系数 Pu'lp
O 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 xFA`sAucr (6) 计算[σF] h|<;:o?yh σF1=500Mpa IU"8.(;o σF2=380MPa Z5`V\$ KFN1=0.95 \[/}Cy KFN2=0.98 {@PZlQg [σF1]=339.29Mpa ~h%H;wC& [σF2]=266MPa fr8';Jm (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 }Q-Tw,j = =0.0126 INR RA = =0.01468 _6L'}X$)N 大齿轮的数值大。 .73sY5hdTN 2) 设计计算 sBNqg~HwB? mn≥ =2.4 I,r0K] mn=2.5 8SCXA9} 4.几何尺寸计算 ghk"XJ| 1) 计算中心距 d~T@fa z1 =32.9,取z1=33 s,M]f,T z2=165 u5`b")a a =255.07mm WWLf'89It a圆整后取255mm GZmfE` 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 gmOP8.g β=arcos =13 55’50” G+m[W 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 q~{O^,4S d1 =85.00mm WISK-z d2 =425mm JYLAu4s6 4) 计算齿轮宽度 0Cyus b=φdd1 59V8cO+qH b=85mm .{(gku>g( B1=90mm,B2=85mm F#RtU :R 5) 结构设计 $4]4G=o 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 DH.CAV 轴的设计计算 j3[kG# 拟定输入轴齿轮为右旋 WGUd@lC~ II轴: V)ITk\ 1.初步确定轴的最小直径 ixqvX4vv,B d≥ = =34.2mm ,5x9o"N! 2.求作用在齿轮上的受力 \3x+Z! Ft1= =899N =$_kkVQ$ Fr1=Ft =337N HYNp vK Fa1=Fttanβ=223N; .AF\[IQ Ft2=4494N OSwum!hzN Fr2=1685N w=~X 6[+3 Fa2=1115N QO4eDSW 3.轴的结构设计 8w~X4A, 1) 拟定轴上零件的装配方案 ]hbrzvo i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 t;y@;?~ ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 3RI%OCGF iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 `mquGk|) iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 r6nWrO>y v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 %htwq ]rZd vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 jTqEV( 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 {k']nI.> 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 ?~oc4J*>( 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。 1.nYT* 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 j% '~l#nw 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 $-39O3 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 3+!G9T! 6. VI-VIII长度为44mm。 z%$M
IC 4. 求轴上的载荷 o3le[6C/8= 66 207.5 63.5 880T'5}S
: Fr1=1418.5N G6X5`eLQ Fr2=603.5N -I~\ 查得轴承30307的Y值为1.6 C0&ZQvvy1: Fd1=443N X$_z"t Fd2=189N _ujhD 因为两个齿轮旋向都是左旋。 IkQ,#Bsb[ 故:Fa1=638N WogCt, Fa2=189N t;t;+M|W 5.精确校核轴的疲劳强度 -hGLGF?? 1) 判断危险截面 |doG}C 由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面 :7s2M 2) 截面IV右侧的 gbFHH,@ M4t:)!dji? 截面上的转切应力为 '.7ER 由于轴选用40cr,调质处理,所以 ZD<e$PxxCd ([2]P355表15-1) RZ?abE8 a) 综合系数的计算 k%;oc$0G-3 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , t1!>EI` ([2]P38附表3-2经直线插入) -e_pw,5c ' 轴的材料敏感系数为 , , 1CS\1[E ([2]P37附图3-1) t*Z4&Sy^ 故有效应力集中系数为 2xv[cpVi 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , $/Llzpvny ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) n_6#Df* 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , f/sLQdK, ([2]P40附图3-4) ZUl-&P_X 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 a*nCvZ
b) 碳钢系数的确定 3O|2Z~>3 碳钢的特性系数取为 , <4-g2.\ c) 安全系数的计算 )vGxF}I3 轴的疲劳安全系数为 lXutZ<S[ 故轴的选用安全。 h~ehZJys I轴: eo&G@zwN 1.作用在齿轮上的力 +*wo iSD FH1=FH2=337/2=168.5 RH;A|[7T& Fv1=Fv2=889/2=444.5 z#6(PZC} 2.初步确定轴的最小直径 ?',GR aD )~ ^`[` 3.轴的结构设计 e[db?f2! 1) 确定轴上零件的装配方案 K#R|GEwr 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 Fh}GJE d) 由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制,选为25mm。 jEL"Q?# e) 考虑到联轴器的轴向定位可靠,定位轴肩高度应达2.5mm,所以该段直径选为30。 HcGbe37Xq f) 该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选用30207型,即该段直径定为35mm。 j/1f|x g) 该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经标准化,定为40mm。 )hD77(c h) 为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段直径选为46mm。 (XV+aQ \A i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 !HF<fn j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 %kuUQ%W1 2) 各段长度的确定 AH^ud*3F 各段长度的确定从左到右分述如下: `6v24?z a) 该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为18.25mm。 K}p0$Lc b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 VwT&A9&{8 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。 ^$y`Q@-9 d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距离取4mm(采用油润滑),轴承宽18.25mm,定为41.25mm。 _:KeSskuO e) 该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸,定为57mm。 9 6%N f) 该段由联轴器孔长决定为42mm 5m?9O7Pg 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 )gk
tI! W=62748N.mm HE+D]7^ T=39400N.mm N({-&A.N 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 Nh^q&[? A$l III轴 Rpxg
5 1.作用在齿轮上的力 Mz;KXP FH1=FH2=4494/2=2247N 72= 4#
Fv1=Fv2=1685/2=842.5N [=>[ 2Ty 2.初步确定轴的最小直径 soA] f 3.轴的结构设计 07>D G# 1) 轴上零件的装配方案 "j=E8Dd} 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 CT(HTu I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII 'K|F{K 直径 60 70 75 87 79 70 5IbCE.>iU 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 ^j2z\yo u`pw'3hY 5.求轴上的载荷
va!fJ Mm=316767N.mm v3cLU7bi?2 T=925200N.mm +;
=XiB5R 6. 弯扭校合 1{G@'#( 滚动轴承的选择及计算 &H2j3De I轴: f2k~(@!h 1.求两轴承受到的径向载荷 ,t39~w 5、 轴承30206的校核 J!yK/*sO, 1) 径向力 2nSK}q 2) 派生力 x)f<lZ^L&H 3) 轴向力 AH^'E 由于 , _OB^ywHn. 所以轴向力为 , a,e;(/#\7 4) 当量载荷 n`p/;D=? 由于 , , 7/dp_I}cO 所以 , , , 。 }+F@A`Bm& 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 vX$|/74 5) 轴承寿命的校核 . Fm| $x II轴: aUKa+"`S 6、 轴承30307的校核 'r}y{`3M 1) 径向力 0&c<1; 2) 派生力 T^Hq 5Oy , 0kaMYV? 3) 轴向力 3vEwui-5 由于 , \4uj!LgTb 所以轴向力为 , hO(A_Bw 4) 当量载荷 QG09=GQ 由于 , , @`HW0Y_: 所以 , , , 。 _SQ]\Z 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 gKRlXVS 5) 轴承寿命的校核 S0;s
7X#c III轴: 5E2T*EXSh 7、 轴承32214的校核 ;p:CrFv 1) 径向力 :* J! 2) 派生力 i$H9~tPs 3) 轴向力 TZarI-A 由于 , \_/dfmlIZ 所以轴向力为 , L"(
{6H 4) 当量载荷 v5*JBW+c* 由于 , , ![m6$G{y 所以 , , , 。 :v^Od W 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 I %CrsEo 5) 轴承寿命的校核 8aW<lu 键连接的选择及校核计算 i \@a&tw qrcir-+ 代号 直径 D`)K3;h (mm) 工作长度 P@U2Q%\ (mm) 工作高度 1c4:'0 (mm) 转矩 BKu<p< (N•m) 极限应力 Pe`jNiI (MPa) E+Dcw 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 u3IhB8' 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 {Bb:\N8X 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 |^gnT`+ 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 Oki{)Ssy 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 1/c+ug!y 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 VhU,("&pm 连轴器的选择 _BG7JvI 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 seZb;0 二、高速轴用联轴器的设计计算
g hW 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , )-\qo#0l 计算转矩为 :13u{5:th 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) o>HGfr,N 其主要参数如下: E|_}?>{R 材料HT200 z]!w@: 公称转矩 rg I Z 轴孔直径 , '>t'U?7w< 轴孔长 , ^O&&QR | |