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 7nPcm;Er 设计任务书……………………………………………………1 #%2 d;V 传动方案的拟定及说明………………………………………4 l^d' 8n 电动机的选择…………………………………………………4 0>8w On 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 y|)VNnWM 传动件的设计计算……………………………………………5 Aj|->Y 轴的设计计算…………………………………………………8 k qL.ZR 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 f@$W5*j 键联接的选择及校核计算……………………………………16 BM/o7%]n 连轴器的选择…………………………………………………16 - om9 Z0e 减速器附件的选择……………………………………………17 "a=Hr4C*r 润滑与密封……………………………………………………18 8>t,n,k 设计小结………………………………………………………18 /OWwC%tM/ 参考资料目录…………………………………………………18 Q#G xo 机械设计课程设计任务书 8}m J)9<7 题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 lOp.cU 一. 总体布置简图 I8YUq 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 SAdE9L =d 二. 工作情况: I`_I^C3 载荷平稳、单向旋转 1C8xJ 6F 三. 原始数据 Ku%tM7 ad 鼓轮的扭矩T(N•m):850 *V%"q|L8 鼓轮的直径D(mm):350 w;gk=<_ 运输带速度V(m/s):0.7 p<=Lh47 = 带速允许偏差(%):5 gu!!}pwV9 使用年限(年):5 2
4+ 工作制度(班/日):2 W~0rSVD$<z 四. 设计内容 M2 |!,2 1. 电动机的选择与运动参数计算; B=r DU$z 2. 斜齿轮传动设计计算 aTTkj\4 3. 轴的设计 9zb1t1[W 4. 滚动轴承的选择 w8w0:@0( 5. 键和连轴器的选择与校核; (0H=f6N 6. 装配图、零件图的绘制 mpug#i6q 7. 设计计算说明书的编写 gDVsi 五. 设计任务 [9${4=Kq 1. 减速器总装配图一张 Ig t*8px 2. 齿轮、轴零件图各一张 gns}%\, 3. 设计说明书一份 \0x>#ygX 六. 设计进度 Jgv Mx 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 A{
~D_q 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 dazNwn 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 $C;i}q# 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 e{@RBYX@+c 传动方案的拟定及说明 <7VLUk} 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 m2\\!C]f 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 7h}gIm7e" 电动机的选择 AQUAQZc 1.电动机类型和结构的选择 <rj'xv 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 }bv+^# 2.电动机容量的选择 SjB"#E) 1) 工作机所需功率Pw oI{.{] Pw=3.4kW c$!?4z_. 2) 电动机的输出功率 q4[}b-fF Pd=Pw/η Kf:!tRE η= =0.904
C '(
Y Pd=3.76kW 9?H$0xZV 3.电动机转速的选择 a#=d{/ab nd=(i1’•i2’…in’)nw C P}fxDW 初选为同步转速为1000r/min的电动机 'vd&r@N 4.电动机型号的确定 qU!dg 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 G0UaE1n 计算传动装置的运动和动力参数 6}TunR 传动装置的总传动比及其分配 *'-4%7C`1 1.计算总传动比 dn#I,xa` 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: uaF-3 i=nm/nw ,Q-,#C" nw=38.4 iAk:CJ{ i=25.14 hn8xs5vN 2.合理分配各级传动比 ChTq !W 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 "Xv} l@ 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 .jCGtR )% 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 @KTuG ?. 各轴转速、输入功率、输入转矩 tTy !o= 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 T]De{nH u 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 zWC| Qe 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 o}v<~v( 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 $Q/@5f'T`9 传动比 1 1 5 5 1 eP @#I^_ 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 jw:z2:0~
`Eh>E, 传动件设计计算 4u:SE 1. 选精度等级、材料及齿数 4=^_VDlpd 1) 材料及热处理; T)\}V#iA* 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。 ]3O&8, 2) 精度等级选用7级精度; ?:\/-y)Sp 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; ty,oj33 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° _"1RidhH 2.按齿面接触强度设计 Fa%1]R 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 -Q n-w3~& 按式(10—21)试算,即 tP@NQCo dt≥ Kyh>O)"G^% 1) 确定公式内的各计算数值 ^cYB.oeu (1) 试选Kt=1.6 fkZHy|m (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 Zk=,`sBC (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 4aS}b3=n (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 $X#y9<bW (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa ;7P'>j1?U (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; spV7\Gs.@ (7) 由式10-13计算应力循环次数 |8k1Bap`z N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 l(Rn=? N2=N1/5=6.64×107 9lb?%UFe (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 L
BbST! (9) 计算接触疲劳许用应力 -!PJHCLd 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 RsZj [σH]1==0.95×600MPa=570MPa 3(WijtH [σH]2==0.98×550MPa=539MPa 3+ 6Ed;P [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa (Mk7"FC7 2) 计算 9hA`I tS (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t 1"H;Tr| d1t≥ = =67.85 =LaEEL (2) 计算圆周速度 pa!BJ]~ v= = =0.68m/s Mh)?A/e (3) 计算齿宽b及模数mnt WWunS|B! b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm jKq*@o~} mnt= = =3.39 e$~[\
w h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm )=5&Q b/h=67.85/7.63=8.89 'S_i6K (4) 计算纵向重合度εβ QF>T)1&J[7 εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 nJ;^Sz17Q (5) 计算载荷系数K <O1R*CaP 已知载荷平稳,所以取KA=1 $r!CQ2S 根据v=0.68m/s,7级精度,由图10—8查得动载系数KV=1.11;由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同, IbI0".o 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 '`2KLO>! 由表10—13查得KFβ=1.36 E#J})cPzw 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 fu5L)P^T K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 a:cci?cb (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 bT,_=7F d1= = mm=73.6mm pl]|yIZ (7) 计算模数mn yD3}USw mn = mm=3.74 ~XOmxz0 3.按齿根弯曲强度设计 1wR[nBg*| 由式(10—17 mn≥ yNvAT>H 1) 确定计算参数 ,Wlt[T(.; (1) 计算载荷系数 KwL_ae6fV K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 1&MCS%UTL (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 t /+;#- \|,| ) (3) 计算当量齿数 ;C@mT;hR z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 1=)M15 z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47
(Q8!5s (4) 查取齿型系数 ;%e)t[5 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 ?AyxRbk (5) 查取应力校正系数 1iF=~@Nz_ 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 '7?Y+R@|L (6) 计算[σF] DB|1Sqjsn σF1=500Mpa .!o]oM
U/ σF2=380MPa 8US#SI'x KFN1=0.95 njs: KFN2=0.98 ?EFRf~7JP [σF1]=339.29Mpa h.EI(Ev"GN [σF2]=266MPa qZd*'ki< (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 =z'(FP5!0 = =0.0126 k6bct@7 = =0.01468
|3]/CrR_ 大齿轮的数值大。 `DYhGk 2) 设计计算 jqaX|)8|$ mn≥ =2.4 Pe@#6N` mn=2.5 b?}mQ! 4.几何尺寸计算 $?56 i4 1) 计算中心距 e0P[,e*0 z1 =32.9,取z1=33 }t^wa\ z2=165 pCE
GZV,d@ a =255.07mm -.h)CM@L a圆整后取255mm d"FB+$ 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 6|eqQ+(A β=arcos =13 55’50” R/~!km 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 ^2kjO/ d1 =85.00mm #tV1?q d2 =425mm *Ypn@YpSp 4) 计算齿轮宽度 _KM?
?& b=φdd1 ]d1'5F][H b=85mm y RxrfAdS B1=90mm,B2=85mm DsMo_m/"1 5) 结构设计 aF
2vgE\ 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。 :BPgDLL, 轴的设计计算 D>5)',D8xi 拟定输入轴齿轮为右旋 4t[7lL`Z II轴: ?,pwYT0g 1.初步确定轴的最小直径 *p(_="J, d≥ = =34.2mm :H&Q!\a 2.求作用在齿轮上的受力 Fe!MA Ft1= =899N _WZx].|A= Fr1=Ft =337N rCw4a?YS Fa1=Fttanβ=223N; C!+D]7\j Ft2=4494N t<v.rb Fr2=1685N !/p|~K Fa2=1115N {?`rGJ{f 3.轴的结构设计 LQ~|VRRX< 1) 拟定轴上零件的装配方案 v[
iJ(C_ i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 Cu+p!hV ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 @6"MhF iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 tNY;wl:wp iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 =p;cJ%#2]' v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 |Y!^E %* vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 d ~M; 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ?g ,s<{ 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 F7<mm7BGZ 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。 #f#6u2nF\ 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 NMkP#s7.y 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 ql@2<V{ 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 LLgw1 @-D 6. VI-VIII长度为44mm。 >>{):r
Z 4. 求轴上的载荷 ^&<M""Z 66 207.5 63.5 g@'XmT="_ Fr1=1418.5N *O$|,EsY Fr2=603.5N &| (K#|^@ 查得轴承30307的Y值为1.6 nuq@m0t\# Fd1=443N :<aGZ\R5 Fd2=189N i*|HN"! 因为两个齿轮旋向都是左旋。 3P0z$jh"H 故:Fa1=638N I">"> Fa2=189N WXxnOLJr 5.精确校核轴的疲劳强度 r-T1^u 1) 判断危险截面 4 ?BQ&d 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 g"/n95k< 2) 截面IV右侧的 E{V?[HcWq z-
q.8~Z 截面上的转切应力为 3Ws (],Q 由于轴选用40cr,调质处理,所以 V=ll 9M ([2]P355表15-1) }Q`+hJ0 a) 综合系数的计算 o`CM15d*7o 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , (3N/DY1/ ([2]P38附表3-2经直线插入) Z RjM^
d; 轴的材料敏感系数为 , , CG%bZco(( ([2]P37附图3-1) "w"a0nv 故有效应力集中系数为 CNRSc4Le 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , q;9X8 _ ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) QDxs+<# 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , G+=Gc(J ([2]P40附图3-4) ;SXkPs3q 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 2(d b) 碳钢系数的确定 )L&y@dy) 碳钢的特性系数取为 , L!JC)p. c) 安全系数的计算 w~6/p 轴的疲劳安全系数为 76T7<.S 故轴的选用安全。 o135Xh$_>' I轴: P 'h39XoZ 1.作用在齿轮上的力 |4DN2P
FH1=FH2=337/2=168.5 B6F!" Fv1=Fv2=889/2=444.5 ?u2\*@C 2.初步确定轴的最小直径 \L>XF'o 6KGT?d 3.轴的结构设计 D<v<
: 1) 确定轴上零件的装配方案 3sV$#l P 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 W)1nc"WqY 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。 qD%88c)g 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&IYCYK_ 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。 0-PT%R 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。 KF&8l/f 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。 lfBCzxifC i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 [`tOhL j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 >yc),]1~ 2) 各段长度的确定 ?n<F?~ 各段长度的确定从左到右分述如下: 0VvY(j:hp 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。 P_b5`e0O b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 iAe"oXK| 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。 zji9\ 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。 Ip{hg,> 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。 Zs^zD;zU f) 该段由联轴器孔长决定为42mm t_ CMsp 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 T}\>8EEG W=62748N.mm =0&XdxX T=39400N.mm ecm+33C 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 T.De1Q| hcU^!mp III轴 -0a3eg)Z* 1.作用在齿轮上的力 ;PVE= z+y FH1=FH2=4494/2=2247N >#dLT~[\a Fv1=Fv2=1685/2=842.5N )[Rwc#PA; 2.初步确定轴的最小直径 I!F&8B+| 3.轴的结构设计 R;AcAJ; 1) 轴上零件的装配方案 C=;}7g 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 3K(/= I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII &T-:`( 直径 60 70 75 87 79 70 ;xq;c\N 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 0Runex[ MuO(%.H 5.求轴上的载荷 Qv,ORm
h5 Mm=316767N.mm 1V5N)ty T=925200N.mm ^Zpz@T>m 6. 弯扭校合 E5gt_,j> 滚动轴承的选择及计算 B$c'^
) I轴: Bph(\=
W 1.求两轴承受到的径向载荷 )cgNf]oy 5、 轴承30206的校核 (xfy?N 1) 径向力 \B
8 j9 2) 派生力 `?&C5*P 3) 轴向力 "@ZwDg` 由于 , v3~`1MM 所以轴向力为 , ;U0w<>4L 4) 当量载荷 [)X( Qtk 由于 , , cl23y}J_? 所以 , , , 。 0(5qVJ12 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 G{pF! q 5) 轴承寿命的校核 z xgDaT II轴: e}gGl<((g 6、 轴承30307的校核 U0|wC,7" 1) 径向力 Cjt].XR@ 2) 派生力 Gf7r!Ur;g , FBi&MZ` 3) 轴向力 </9c=GoJ 由于 , $XyDw|z[ 所以轴向力为 , Yh,,(V6 4) 当量载荷 &6GW9pl[ 由于 , , m{*_%tjN0 所以 , , , 。 iMYJVB= 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 QeQwmI 5) 轴承寿命的校核 Ayw {I#" III轴: WYvcN8F 7、 轴承32214的校核 (=%0x"' 1) 径向力 &4t=Y`]SL 2) 派生力 ) WkN34Q 3) 轴向力 *wdNZ 由于 , ?YFSK 所以轴向力为 , aE]RVyG@L 4) 当量载荷 RXO}mu]Iu 由于 , , m2% 所以 , , , 。 ZV/g_i# 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 9$sx+=( 5) 轴承寿命的校核 NmNj0& 键连接的选择及校核计算 ,=u!hg uMFV^&ZF 代号 直径 V#&S&dn (mm) 工作长度 *6(/5V (mm) 工作高度 #3C]" (mm) 转矩 27JZwlzZ (N•m) 极限应力 ZB$,\|^6 (MPa) \ 0F
ey9c 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 0d,&) 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 p?s[I)e 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 %Bn n\{Az 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 + VhD]! 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 aH$DEs 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。 pr\OjpvD 连轴器的选择 G7#<Jo<8 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 meD?<g4n~" 二、高速轴用联轴器的设计计算 n~yhX%=_Du 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 , k
_Bz@^J 计算转矩为 .P!pC 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) \S#![NC 其主要参数如下: J.,7d , 材料HT200 L# .vbf 公称转矩 d-UQc2r 轴孔直径 , V?Ca[ 轴孔长 , ^hwTnW9Z1: 装配尺寸 om0g'Qa 半联轴器厚 /:w.Zf>B9 ([1]P163表17-3)(GB4323-84 sc# q03 三、第二个联轴器的设计计算 Kb#Z(C9 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 , {@67'jL 计算转矩为
DUs0L\ 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) ESY\!X:| 其主要参数如下: RZ9chTX/ 材料HT200 <`=(Ui$fD 公称转矩 oe1$;K>.7 轴孔直径 N9AM% H$7 轴孔长 , m@c\<-P 装配尺寸 Cbr>\;sc2Z 半联轴器厚 ,6T3:qkkvF ([1]P163表17-3)(GB4323-84 c ^+{YH;k 减速器附件的选择 \yo)oIi[p 通气器 $-BM`Zt0; 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 I#:4H2H6 油面指示器 }woNI 选用游标尺M16 II}3w#r4 起吊装置 iy,jq5uw 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 g5hMZPOmP 放油螺塞 2u^/yl 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 0bI}
s`sr 润滑与密封 b~EA&dc 一、齿轮的润滑 4wx_@8 采用浸油润滑,由于低速级周向速度为,所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径,取为35mm。 d7!, 二、滚动轴承的润滑 D"GQlR 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 i{nFk',xX 三、润滑油的选择 v^Pjvv = 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利,考虑到该装置用于小型设备,选用L-AN15润滑油。 uY$BZEuAZ 四、密封方法的选取 [f@[gE 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。 -x0u}I 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。 5>"X?U}He 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 Hyz:i)2 设计小结 {);<2]o| 6 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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