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 DQH _@-q 设计任务书……………………………………………………1 n4(w?,w} 传动方案的拟定及说明………………………………………4 G:A~nv9 电动机的选择…………………………………………………4 qmOGsj`# 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 2P@>H_JFF 传动件的设计计算……………………………………………5 bHWy9 - 轴的设计计算…………………………………………………8 / D#vs9S 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 cV)fe`Gg 键联接的选择及校核计算……………………………………16 oQWS$\Rr. 连轴器的选择…………………………………………………16 QH~/UnV 减速器附件的选择……………………………………………17 !z58,hv 润滑与密封……………………………………………………18 7:{4'Wr@6| 设计小结………………………………………………………18 } +i
ZY\t 参考资料目录…………………………………………………18 "`C|;\w 机械设计课程设计任务书 H,KU!1p 题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 VH,k EbJ 一. 总体布置简图 f+%J=Am 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 6<sB 二. 工作情况: hH )jX`Ta 载荷平稳、单向旋转 f![x7D$ 三. 原始数据 0MrtJNF]_O 鼓轮的扭矩T(N•m):850 ?VS {,"X 鼓轮的直径D(mm):350 JR'Q Th:z 运输带速度V(m/s):0.7 _6^ vxlF 带速允许偏差(%):5 dGP*bMCT 使用年限(年):5 =u${2= 工作制度(班/日):2 \qV5mD]"M 四. 设计内容 2frJSV ? 1. 电动机的选择与运动参数计算; %jKR\f G 2. 斜齿轮传动设计计算 mL18FR N 3. 轴的设计 .eK1xwhJ 4. 滚动轴承的选择 #x)G2T'? 5. 键和连轴器的选择与校核; `Ft`8=( 6. 装配图、零件图的绘制 L>xcgV7 7. 设计计算说明书的编写 \C/`?"4w 五. 设计任务 f==o
1. 减速器总装配图一张 A}OV>y M 2. 齿轮、轴零件图各一张 J U}XSb 3. 设计说明书一份 `lN1u'(: 六. 设计进度 >`'#4!}G5j 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 iDp]lu 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 X[h=UlF 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 ruB&&C6)v 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 5(u7b 传动方案的拟定及说明 QbxjfW"/+ 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 XOJ/$y 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。 ItC*[ 电动机的选择 H,:Cg:E/^ 1.电动机类型和结构的选择 s-k~_C>Fw 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。 XRJ<1w: 2.电动机容量的选择 R4E0avt 1) 工作机所需功率Pw W(~G^Xu Pw=3.4kW vb{&T< 2) 电动机的输出功率 $J=9$.4" Pd=Pw/η 3`SLMPI η= =0.904 [q9TTJ@2 Pd=3.76kW 1PjSa4 3.电动机转速的选择 rAn''X6H nd=(i1’•i2’…in’)nw P,_GTs3/G 初选为同步转速为1000r/min的电动机 W\N-~9UA 4.电动机型号的确定 8kH'ai 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'JhZ 计算传动装置的运动和动力参数 T7Lk4cU 传动装置的总传动比及其分配 .fUqsq 1.计算总传动比 j
7a;g7. 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: y 9/27yWB i=nm/nw F!c%&Z nw=38.4 xO"5bj i=25.14 kx]f`b 2.合理分配各级传动比 oopTo51,a 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 Fm*n>^P@Y 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 lOI(+74 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 xfos>|0N 各轴转速、输入功率、输入转矩 O0WzDD 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 67/hhO 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 ,yAvLY5P 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 L
a0H 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 /<zBcpVNV 传动比 1 1 5 5 1 vRn^n 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 WTY{sq\'
o Ocx=)WKdW 传动件设计计算 7 82NiVed 1. 选精度等级、材料及齿数 9.#\GI ; 1) 材料及热处理; ToDNBt.u{+ 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。 Z&JW}''n|F 2) 精度等级选用7级精度; Zhz.8W 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; 'n)M0e 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° YUM%3 2.按齿面接触强度设计 L7q%u.nB1 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 } Yjic4? 按式(10—21)试算,即
c.KpXY dt≥ N''9Bt+: 1) 确定公式内的各计算数值 {B\ar+ 9> (1) 试选Kt=1.6 :Oa|&.0l? (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 S7E:&E& (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 {hZ_f3o (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 QmT]~4PqS (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa *1Nz
VV (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; }"Hf/{E$_" (7) 由式10-13计算应力循环次数 c<pr1g N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 *oZBv4Vh N2=N1/5=6.64×107 oxH S7b (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 X/2Xr(z"k (9) 计算接触疲劳许用应力 4SY]Q[ 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 vxk1RL*Xu [σH]1==0.95×600MPa=570MPa uJF,:}qA [σH]2==0.98×550MPa=539MPa J3S@1"
[σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa B07(15y] 2) 计算 "eZNci (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t BT`D|< d1t≥ = =67.85 nd'zO#"m? (2) 计算圆周速度 ~Q>97% v= = =0.68m/s qD7#q] (3) 计算齿宽b及模数mnt pRPz1J$58 b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm \96?OCdr mnt= = =3.39 ~O
65=8 h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm :&&Ps4\Sq b/h=67.85/7.63=8.89 wrac\. (4) 计算纵向重合度εβ ?9OiF-:n εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 0rsdDME[ (5) 计算载荷系数K -P(q<T2MV' 已知载荷平稳,所以取KA=1 )O#>ONm^ 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, ! Hdg
$, 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 HGh`O\f8 由表10—13查得KFβ=1.36 j:O=9 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 Z+(V'e; K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 -9.S?N'T>; (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 q 1Rk'k4+ d1= = mm=73.6mm $*9h\W-)`Q (7) 计算模数mn lRZt))3 mn = mm=3.74 P7 H-Dw 3.按齿根弯曲强度设计 .FXq4who 由式(10—17 mn≥ )+u|qT3% 1) 确定计算参数 ]Tx8ImD#)A (1) 计算载荷系数 HZkC3$ K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 =5[}&W (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 )l\BZndf l`[*b_
Xt (3) 计算当量齿数 ~{=+dQ z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 5m=3{lBi z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 UyEyk$6SU (4) 查取齿型系数 n;xtUw6\ 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 TStu)6%` (5) 查取应力校正系数 }f; Zx)! 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 O5{
>k (6) 计算[σF] b U-Cd σF1=500Mpa zX{[Z σF2=380MPa %h4pIA KFN1=0.95 O<)"kj 7 KFN2=0.98 x5c
pv [σF1]=339.29Mpa rgRh ySud [σF2]=266MPa 4 "@BbVYR (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 :@`Ll;G = =0.0126 v,KH2 (N = =0.01468 T,TKt% 大齿轮的数值大。 \T/~"
w 2) 设计计算 D""d-oI[ mn≥ =2.4 ,}=x8Xxr mn=2.5 _E{SGbCCi 4.几何尺寸计算 B+`m 1) 计算中心距 4[ "$}O5 z1 =32.9,取z1=33 f]h99T z2=165 I8Y[d$z a =255.07mm {I@@i8)] a圆整后取255mm s4@AK48 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 :cnH@: β=arcos =13 55’50” eg3zpgZ 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 WW:@% cQ@ d1 =85.00mm QukLsl]U d2 =425mm v< xe(dC 4) 计算齿轮宽度 :y"Zc1_E b=φdd1 ^;Nu\c b=85mm #6 e B1=90mm,B2=85mm Ja4O*C< 5) 结构设计 '%. lY9D 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 %A,4vLe~6 轴的设计计算 vnw83a%3 拟定输入轴齿轮为右旋 G)?VC^Q II轴: KA0Ui,q3 1.初步确定轴的最小直径 LR@rn2Z d≥ = =34.2mm 2ZNTj u7h 2.求作用在齿轮上的受力 _SJ#k|vcq Ft1= =899N ?}D@{%O3T Fr1=Ft =337N ' &^:@V Fa1=Fttanβ=223N; /(bPc12 Ft2=4494N _bHmcK Fr2=1685N 5)wz `OS Fa2=1115N W~$YKBW 3.轴的结构设计 x\]%TTps 1) 拟定轴上零件的装配方案 ^cz#PNB i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 ]S[M]-I ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 WtN o@e' iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 u.ffZ]\7l iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 V2W)%c' v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 u}W R1u[ vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 2ro4{^(_ 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 X2 c<. 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 :rnn`/L 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。 QeuIAs* _ 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 ^w5`YI4< 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 h\Ck""& 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 02g}}{be8 6. VI-VIII长度为44mm。 c:.k2u 4. 求轴上的载荷 G1K5J`"* 66 207.5 63.5 %a{$M{s Fr1=1418.5N #eD@sEn Fr2=603.5N +!\$SOaR{ 查得轴承30307的Y值为1.6 IP~*_R"bM Fd1=443N ^vS+xq|4" Fd2=189N _5uzu6:y 因为两个齿轮旋向都是左旋。 \Bg;}\8X 故:Fa1=638N =B@owx Fa2=189N v@_b"w_TY 5.精确校核轴的疲劳强度
UIc )]k% 1) 判断危险截面 ak 94"<p 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 `rzgC \ 2) 截面IV右侧的 LE%3..
! Z&e_yl 截面上的转切应力为 ;i\m:8!; 由于轴选用40cr,调质处理,所以 "a
%5on ([2]P355表15-1) 5(R ./
a) 综合系数的计算 i1v0J-> 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , )EZ#BF<0| ([2]P38附表3-2经直线插入) u )cc 轴的材料敏感系数为 , , 0"]N9N;/ ([2]P37附图3-1)
3=@94i 故有效应力集中系数为 59A@~;.F 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , ^"WrE(3 ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) &sleV5V 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , xPoI+, ([2]P40附图3-4) ys`"-o[* 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 6K501!70g6 b) 碳钢系数的确定 ,)^4H>~V 碳钢的特性系数取为 , {XAm3's c) 安全系数的计算 4n_f7'GZg 轴的疲劳安全系数为 b2]1Dfw 故轴的选用安全。 Loo48 I轴: ^t,sehpR:l 1.作用在齿轮上的力 ?.Z4GWyXa FH1=FH2=337/2=168.5 <RH2G Fv1=Fv2=889/2=444.5 0IO#h{t 2.初步确定轴的最小直径 u
hW@
Y+ jI:5[. Y 3.轴的结构设计 VL4ErOoZ 1) 确定轴上零件的装配方案 >Z@^R7_W 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 I*8i=O@0T 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。 M|IR7OtLV 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。 X/Umfci 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。 y^pzqv 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。 |t](4 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。 g*t(%;_m i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 zSt6q j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 E{+V_.tlu 2) 各段长度的确定 cYHHCaCS 各段长度的确定从左到右分述如下: &cy@Be}|T 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。 5H8]N#Y& b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 y!JZWq%= 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。 KtH-QQDluj 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。 GR6BpV7 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。 $]O;D~ f) 该段由联轴器孔长决定为42mm 0G@sj7)] 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 AY3nQH
W=62748N.mm -:Up$6PR T=39400N.mm Ps=OL\i 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 1C)
l)pV U8Rko) III轴 i`#5dIb 1.作用在齿轮上的力 ]3UEju8$ FH1=FH2=4494/2=2247N ?}<4LK] Fv1=Fv2=1685/2=842.5N (<y~]ig y 2.初步确定轴的最小直径 cbsU!8 3.轴的结构设计 CF"u8yE 1) 轴上零件的装配方案 VsLlPw{ 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 DdO$&/`)YP I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII Y*oT( 直径 60 70 75 87 79 70 6%N.'wf 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 zl~`> (vL-Z[M! 5.求轴上的载荷 wCT. (d_ Mm=316767N.mm aH@GhI^@ T=925200N.mm Buazm3q8H 6. 弯扭校合 9a4Xf%!F>z 滚动轴承的选择及计算 ME'hN->c I轴: q0* e1QL 1.求两轴承受到的径向载荷 ~{-zj 5、 轴承30206的校核 }@VdtH 1) 径向力 )qxZHV 2) 派生力 %=C49(/K_ 3) 轴向力 DK-V3}`q} 由于 , #9=as Y 所以轴向力为 , ZV :cgv 4) 当量载荷 1$1s0yg 由于 , , df@r2 /Y 所以 , , , 。 c-1Hxd YD 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 3 *0/<1f1! 5) 轴承寿命的校核 >\J({/ #O II轴: WKjE^u 6、 轴承30307的校核 Yfro^}f 1) 径向力 CJ'pZ]\G 2) 派生力 o u%Xnk~ , tXZE@JyuC 3) 轴向力 ^o;f~6#17 由于 , A}./ ;[ 所以轴向力为 , AHa%?wb 4) 当量载荷 ~96fyk| 由于 , , ey icMy`7{ 所以 , , , 。 /HlLfW 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 ?<_yW#x6 5) 轴承寿命的校核 `TugtzRU III轴: {\HEUIa]w 7、 轴承32214的校核 2>bTcud> 1) 径向力 _tl 2) 派生力 Nd5G-eYI 3) 轴向力 /iz{NulOz* 由于 , v$H=~m 所以轴向力为 ,
OHEl.p]| 4) 当量载荷 x:Mh&dq? 由于 , , 1=R6||8ws 所以 , , , 。 8xAxn+; 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 6oh\#v3zV 5) 轴承寿命的校核 (Nzup3j 键连接的选择及校核计算 |@Cx%aEKU Wc6Jgpl 代号 直径 %Y0,ww2 (mm) 工作长度 k/U1
: 9 (mm) 工作高度 y;'yob (mm) 转矩 .?<M$38fv (N•m) 极限应力 >v
sy P (MPa) j<BW/ 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 >h!>Ll 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 ef
!@|2 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 REEs}88);' 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 blUnAu
o~ 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 NVt612/'7y 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 5uo?KSX% 连轴器的选择 !06
!`LT 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 &oU) ,H 二、高速轴用联轴器的设计计算 RB,`I#z1f 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , %3Ba9Nmid 计算转矩为 @ )bCh(u 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) lKtA.{( 其主要参数如下: t> ~a/K" 材料HT200 5mtsN# 公称转矩 :NHP," 轴孔直径 , 2rzOh},RS 轴孔长 , YI877T9> 装配尺寸 Ci?BJ, 半联轴器厚 ){D6E9 ([1]P163表17-3)(GB4323-84 jV}tjwq 三、第二个联轴器的设计计算 t\GoUeH] 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , RWX?B 计算转矩为 \sSt _|+ 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) x/<eY<Vgm? 其主要参数如下: [Yi;k,F: 材料HT200 u0o}rA 公称转矩 ls;!Og9 轴孔直径 5{PT 轴孔长 , )o=ipm[ 装配尺寸 KxA^?,t[ 半联轴器厚 ?3duW$` ([1]P163表17-3)(GB4323-84 \f!j9O9S 减速器附件的选择 .!oYIF*0zC 通气器 8LPvb#9= 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 ep ,"@,, 油面指示器 e>6NO 选用游标尺M16 )R+26wZ|n* 起吊装置 GR%h3HO2& 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 +o ;}* 放油螺塞 ],W/IDv 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 8:9/RL\"x 润滑与密封 2HX#:y{\l 一、齿轮的润滑 *XCgl*% * 采用浸油润滑,由于低速级周向速度为,所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径,取为35mm。 ji&%'h 二、滚动轴承的润滑 u/ Gk>F 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 MsD@pa 三、润滑油的选择 *WQl#JAr 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利,考虑到该装置用于小型设备,选用L-AN15润滑油。 gP13n!7 四、密封方法的选取 rL KwuZ 选用凸缘式端盖易于调整,采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。 a,/wqX 密封圈型号按所装配轴的直径确定为(F)B25-42-7-ACM,(F)B70-90-10-ACM。 jYxmU8 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 H\PY\O&cP 设计小结 4WAs_~ 由于时间紧迫,所以这次的设计存在许多缺点,比如说箱体结构庞大,重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷,我相信,通过这次的实践,能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作,有能力设计出结构更紧凑,传动更稳定精确的设备。
|
|