| 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 z{Z'2 ,# 设计任务书……………………………………………………1 q3TAWNzI0 传动方案的拟定及说明………………………………………4 03L+[F&"? 电动机的选择…………………………………………………4 nAG2!2_8 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 $(K[W} 传动件的设计计算……………………………………………5 *=mtt^yZ 轴的设计计算…………………………………………………8 <Qu]m.z[ 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 F\F_">5 键联接的选择及校核计算……………………………………16 ='a[(C&Y 连轴器的选择…………………………………………………16 yt}Ve6 m 减速器附件的选择……………………………………………17 2Kovvh y# 润滑与密封……………………………………………………18 QI'ul e 设计小结………………………………………………………18 wZ6LiYiHl 参考资料目录…………………………………………………18 4UT%z}[! 机械设计课程设计任务书 A}?n.MAX> 题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 ?%dsY\ 一. 总体布置简图 {Y6U%HG{{r 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 -61{ MMiA 二. 工作情况: XdjM/hB{fD 载荷平稳、单向旋转 !f[LFQD 三. 原始数据 3&:Us|} 鼓轮的扭矩T(N•m):850 fmrd 7*MW 鼓轮的直径D(mm):350 YAQ]2<H 运输带速度V(m/s):0.7 |N/Grk4 带速允许偏差(%):5 6^y*A!xY 使用年限(年):5 ]Qm$S5tU 工作制度(班/日):2 s9+Rq*Qd 四. 设计内容 AP5[}$TT 1. 电动机的选择与运动参数计算; 0F> ils 2. 斜齿轮传动设计计算 8Y?zxmwn] 3. 轴的设计 k#X~+}N^ 4. 滚动轴承的选择 }vzP\ 5. 键和连轴器的选择与校核; 1Kszpt(Ld 6. 装配图、零件图的绘制 4v9jGwnz t 7. 设计计算说明书的编写 /5 yjON{ 五. 设计任务 6U~AKq"+f 1. 减速器总装配图一张 o~<Xc 2. 齿轮、轴零件图各一张 "TEF 3. 设计说明书一份 'ol8l Ia.P 六. 设计进度 4Bg"b/kF 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 F3+
;2GG2 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 HO[W2b 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 `Cq&;-u 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 >L[n4x\ 传动方案的拟定及说明 =f0qih5.4 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 z,dh?%H>X 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 )tYu3*' 电动机的选择 -i93 1.电动机类型和结构的选择 Sv3O${B| 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。 G#yv$LY# 2.电动机容量的选择 q_iPWmf
p* 1) 工作机所需功率Pw Z
0&=Lw Pw=3.4kW ?1Os%9D* 2) 电动机的输出功率 8LuM eGs
Pd=Pw/η :jL>sGvBv η= =0.904 ?-M?{De Pd=3.76kW R
6JHRd 3.电动机转速的选择 'kBg3E$y nd=(i1’•i2’…in’)nw p1tqwV 初选为同步转速为1000r/min的电动机 rSu+zS7`X 4.电动机型号的确定 oVlh4"y#Lf 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 4^uQB(}Z 计算传动装置的运动和动力参数 -)N,HAM> 传动装置的总传动比及其分配 +/O3L=QyJ 1.计算总传动比 (|O9L s7N 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: ($QQuM= i=nm/nw |m{u]9 nw=38.4 fh%|6k?#M i=25.14 - t#YL 2.合理分配各级传动比 suKr//_ 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 [vv $"$z 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 H@,h$$ 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 YMSZcI 各轴转速、输入功率、输入转矩 qAI%6d 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 a+mrsyM 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 6LRvl6ik 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 &|9K~#LVS 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 KC+jHk 传动比 1 1 5 5 1 I9
(6 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 ?Vre"6U 4og/y0n,l" 传动件设计计算 ohU}ST:9 1. 选精度等级、材料及齿数 &&PXWR!%] 1) 材料及热处理; njxfBA: 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。 )kMF~S|H 2) 精度等级选用7级精度; 8
$qj&2 N 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; HPryq )z 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° &9Kni/ 2.按齿面接触强度设计 T
W#s)iDi 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 J7;8
S 按式(10—21)试算,即 ,>p1:pga dt≥ )JrG`CvdU 1) 确定公式内的各计算数值 Z".Xroq~ (1) 试选Kt=1.6 Lv&9s (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 9Bao~(j/k (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 Y_zMj`HE (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 q0C%">>1# (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa rnyXMt.q (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; *^oL$_Y (7) 由式10-13计算应力循环次数 FG!2h&k N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 xyD2<?dGUb N2=N1/5=6.64×107 %?hvN (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 QHXA?nBX (9) 计算接触疲劳许用应力 bWgRGJqt 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 KAJR.YNm [σH]1==0.95×600MPa=570MPa w,i?e\5 [σH]2==0.98×550MPa=539MPa $\+x7"pI [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa s*Nb=v.e9 2) 计算 Y&<]:) (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t
NDUH10Y:[ d1t≥ = =67.85 ZsNZ3;d@u( (2) 计算圆周速度 eDsB.^|l v= = =0.68m/s ZkJLq[:cM (3) 计算齿宽b及模数mnt c)3.AgT b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm }K^v Ujl mnt= = =3.39 @O`T|7v h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm _\8jnpT: b/h=67.85/7.63=8.89 -7KoR}Ck! (4) 计算纵向重合度εβ jF@BWPtF= εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 ;}Ei #T,D (5) 计算载荷系数K zpD?5 已知载荷平稳,所以取KA=1 >0z`H|;
根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同, G@KDRv 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 8_VGB0~3i 由表10—13查得KFβ=1.36 I7wR[&L885 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 jddhX]>I K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 !w}b}+]GB (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 ?[uHRBR' d1= = mm=73.6mm +T&YYO8>5 (7) 计算模数mn riL|B3 mn = mm=3.74 5 JlgnxRq 3.按齿根弯曲强度设计 %JHv2[r^P 由式(10—17 mn≥ 9Fy'L#% 1) 确定计算参数 "=w:LRw (1) 计算载荷系数 'QQq0. K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 Y7zs)W8xTT (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 &~Y%0&F,& :c|Om{; (3) 计算当量齿数 HC=ZcK'W z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 :C>iV+B j z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 `Se2f0", (4) 查取齿型系数 Q}G2f4 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 otdRz<C (5) 查取应力校正系数 }SC&6B?G 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 YKz#, (6) 计算[σF] Ab]tLz|Z σF1=500Mpa suzK)rJ9i σF2=380MPa b*Q3j}c Z KFN1=0.95 z#Fel/L`O KFN2=0.98 Zf1
uK(6X [σF1]=339.29Mpa wAw1K 2d [σF2]=266MPa c:e3hJ (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 2WDe34 = =0.0126 (5@H<c^6 = =0.01468 ">G*hS 大齿轮的数值大。 4 ob?M:S 2) 设计计算 O\ _ro. mn≥ =2.4 /7])]vZ_ mn=2.5 7~FHn'xt 4.几何尺寸计算 z"T+J?V/ 1) 计算中心距 (6B; z1 =32.9,取z1=33 _
xym z2=165 5'NNwc\ a =255.07mm <{k`K[) a圆整后取255mm "AZ|u#0P 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 "{r8'qn β=arcos =13 55’50” z\oTuW*B 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 tewp-MKA d1 =85.00mm g5y`XFY d2 =425mm @I-,5F|r 4) 计算齿轮宽度 M 9-Q b=φdd1 'iF%mnJ b=85mm
+WAkBE/ B1=90mm,B2=85mm ;-8.~Sm 5) 结构设计 JH{/0x#+ 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 V]; i$ 轴的设计计算 ;&n iZKoe 拟定输入轴齿轮为右旋 =y-yHRC7 II轴: O-HS)g$2 1.初步确定轴的最小直径 faDS!E' + d≥ = =34.2mm T 5Zh2Q@ 2.求作用在齿轮上的受力 EYn?YiVFU Ft1= =899N h$kz3r;b," Fr1=Ft =337N 5\# F5s} Fa1=Fttanβ=223N; XrM+DQ; Ft2=4494N _\KFMe=PV Fr2=1685N {PX,_ Fa2=1115N #lrwKHZ+ 3.轴的结构设计 ?[d4HKs 1) 拟定轴上零件的装配方案 r) x i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 cN0
*< ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 )I[f(f%W7 iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 ~;3#MAG iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 BW7AjtxQ& v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 $/s"It vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 ;.Bz'Q 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 wYf\!]}' 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 _]OY[&R 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 g}v](Q 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 mA{?E9W 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 5aizWz 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 ?VNtT/ 6. VI-VIII长度为44mm。 n!4\w>h 4. 求轴上的载荷 }lIc{R@H 66 207.5 63.5 >lV,K1Z Fr1=1418.5N Q__CW5&'u Fr2=603.5N F*[E28ia& 查得轴承30307的Y值为1.6 v1 8<~ Fd1=443N ?4%H(k5A Fd2=189N 4`Ud\Jm[s 因为两个齿轮旋向都是左旋。 llP
V{ 故:Fa1=638N gLX<>|)* Fa2=189N VkFh(Br<{ 5.精确校核轴的疲劳强度 L]H'$~xx* 1) 判断危险截面 \1!Q.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 4j=3'Z| 2) 截面IV右侧的 YSeH;<' &^"Ru?MK 截面上的转切应力为 D_d>A+ 由于轴选用40cr,调质处理,所以 K khuPBd2 ([2]P355表15-1) Mwnr4$] a) 综合系数的计算 OM[MRZEh G 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , /eQAGFG ([2]P38附表3-2经直线插入) !^%3 轴的材料敏感系数为 , , +
f67y ([2]P37附图3-1) \Ip)Lm0 故有效应力集中系数为 )k=KLQ\b 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , btuG%D{a^ ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) L*Z.T^h 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , fB3Jp~$ ([2]P40附图3-4) P`lv_oV 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 |T6K?:U7 b) 碳钢系数的确定 { KWVPeh 碳钢的特性系数取为 , }qiZ%cT.G c) 安全系数的计算 J=^IS\m 轴的疲劳安全系数为 Q]K` p( 故轴的选用安全。 mLuNl^)3 I轴: aj`&ca8 1.作用在齿轮上的力 2|>\A.I|= FH1=FH2=337/2=168.5 >}V?GK36 Fv1=Fv2=889/2=444.5 !"F;wg$ 2.初步确定轴的最小直径 @PvO;]]% +]%S}<R 3.轴的结构设计 zL
yI|%KH 1) 确定轴上零件的装配方案 XYo,5- 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 TN0KS]^A3 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。 eB5>uKa 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。 N]+6< 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。 Mh7m2\fLbd 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。 m8fj\,X 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。 N_c44[z1 i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 R])Eg& j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 V\Cl""`XN 2) 各段长度的确定 (!nkv^] 各段长度的确定从左到右分述如下: cj[b ^Wv: 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。 &zJI~R b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 6YM X7G] 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。 )aIcA 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。 W"Ip]LJ 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。 @)U.Dbm f) 该段由联轴器孔长决定为42mm ?#K.D vGJ 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 LlX)xJ W=62748N.mm ZQfxlzj+X T=39400N.mm 4EqThvI{ 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 h0PDFMM< H3rA
?F#+* III轴 ;R*-cm 1.作用在齿轮上的力 <VxA&bb7c FH1=FH2=4494/2=2247N ^~H}N$W"-q Fv1=Fv2=1685/2=842.5N KOy{? 2.初步确定轴的最小直径 cZh0\DyU 3.轴的结构设计 p1KhI;^ 1) 轴上零件的装配方案 Ljy797{f 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 G WIsT\J I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII fB$a)~ 直径 60 70 75 87 79 70 4eHSAN"$ 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 yzS^8, [bh?p+V 5.求轴上的载荷 ?J:w,,4m Mm=316767N.mm M|DMoi8x T=925200N.mm MRLiiIrq,5 6. 弯扭校合 cI2Ps3~"Q 滚动轴承的选择及计算 U<j5s\Y, I轴: G8M~}I/) 1.求两轴承受到的径向载荷 dtR"5TL<~} 5、 轴承30206的校核 kd'b_D[$H 1) 径向力 W;OGdAa_ 2) 派生力 b9j}QK 3) 轴向力 ]Fy'M 由于 , xvTtA61Vp 所以轴向力为 , mo| D 4) 当量载荷 T~]~'+<Pi 由于 , , 6F(z6_< 所以 , , , 。 t=P+m 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 <j'K7We/tP 5) 轴承寿命的校核 *?m)VvR>| II轴: #kW=|8X 6、 轴承30307的校核 ^)dsi 1) 径向力 .Pm5nS 2) 派生力 ZG=]b% , %L.S~dN6 3) 轴向力 ,j%\3g` 由于 , `PUqz& 所以轴向力为 , xv]z>4@z, 4) 当量载荷 NljpkeX' 由于 , , Dmh$@Uu#F 所以 , , , 。 E'WXi!>7p 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 [5P-K{Ko 5) 轴承寿命的校核 gNZwD6GMe? III轴: nd'D0<% 7、 轴承32214的校核 E^-c,4'F 1) 径向力 !BoGSI 2) 派生力 !4p{b f 3) 轴向力 ;?Pz0,{h 由于 , 9
/H~hEVK 所以轴向力为 , $>/d)o 4) 当量载荷 Gld~GyB\k 由于 , , Q,NnB{R 所以 , , , 。 \n_7+[=E 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 %j&vV>2 5) 轴承寿命的校核 *ra)u- 键连接的选择及校核计算 !RKuEg4hQ }U7IMONU 代号 直径 #*A&jo'E (mm) 工作长度 WM+8<|)n (mm) 工作高度 ,l&?%H9q (mm) 转矩 /O[6PG (N•m) 极限应力 &kb~N- (MPa) q{9vY:`[ 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 R2)@Q 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 goR_\b
SU 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2
9tpyrGv 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 :j]6vp6 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 +C`!4v\n 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 \6
\bD< 连轴器的选择 Szzj9K 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 ["nWIs[h 二、高速轴用联轴器的设计计算
f,O10`4s 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , Xq1#rK( 计算转矩为 VESvCei 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) 8>x5| 其主要参数如下: G!FdTvx$ 材料HT200 Oem1=QpaC 公称转矩 g+o$&'\ 轴孔直径 , !/}4_s`, 轴孔长 , x)?V{YAL 装配尺寸 e, sS. 半联轴器厚 JlSqTfA ([1]P163表17-3)(GB4323-84 F.TIdkvp 三、第二个联轴器的设计计算 gxhp7c182 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , qBk[Afjgz 计算转矩为 pqg2#@F. 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) cEHpa%_5 其主要参数如下: GIlaJ!/ 材料HT200 OG#^d5( 公称转矩 7b1
yF,N 轴孔直径 w(HVC 轴孔长 , N)(m^M(~0 装配尺寸 f?Ex$gnI 半联轴器厚 VY/r2o# ([1]P163表17-3)(GB4323-84 ,q*|R
O 减速器附件的选择 vT5GUO{5 通气器 moM'RO,M 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 ]Z[3 \~? 油面指示器 M0m%S:2 选用游标尺M16 6%EpF;T`
起吊装置 R.|h<bur 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 )-+tN>Bb 放油螺塞 '0f!o&?g 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 -~.+3rcZ] 润滑与密封 gB#!g@ 一、齿轮的润滑
G,A?yM'Vw 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。 jYU0zGpj 二、滚动轴承的润滑 J*g<]P&p0 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 a/E(GQ,, 三、润滑油的选择 oi Q3E 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。 h(2{+Y+ 四、密封方法的选取 <!dZ=9^^1 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。 5@.8O VPz 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。 MeD/)T{ G~ 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 [GyPwb- 设计小结 >o"s1*
{ 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。
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