| 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 oR>o/$z$)g 设计任务书……………………………………………………1 |Ui1Mm 传动方案的拟定及说明………………………………………4 sZ #Ck"n 电动机的选择…………………………………………………4 JX,&im*BG 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 gNJ,Bj Pd 传动件的设计计算……………………………………………5 :SilQm*Pl 轴的设计计算…………………………………………………8 L
DD^X@q 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 7q*L-Xe]k 键联接的选择及校核计算……………………………………16 O;c;>x_dA 连轴器的选择…………………………………………………16 0UeDM* 减速器附件的选择……………………………………………17 (.a:jL$ 润滑与密封……………………………………………………18 0lR/6CB 设计小结………………………………………………………18 l$D]*_ jc, 参考资料目录…………………………………………………18 .8hB <G 机械设计课程设计任务书 3+_? /}< 题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 2'_xg~ 一. 总体布置简图 !4cR&@[ 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 *[jG^w0z8~ 二. 工作情况: L@Fw;G|%' 载荷平稳、单向旋转 L6yRN>5aE 三. 原始数据 rD)yEuYX 鼓轮的扭矩T(N•m):850 YXxaD@ 鼓轮的直径D(mm):350 ;u!qu$O 运输带速度V(m/s):0.7 pOQ'k>! 带速允许偏差(%):5 GGk.-Ew@ 使用年限(年):5 B
Jp\a7`; 工作制度(班/日):2 Jr
m<ut 四. 设计内容 u9rlNmf$ 1. 电动机的选择与运动参数计算; PVvNu5k 2. 斜齿轮传动设计计算 %E Jv!u*- 3. 轴的设计 J<Di2b+ 4. 滚动轴承的选择 h')@NnFP1 5. 键和连轴器的选择与校核; $6w[h7 6. 装配图、零件图的绘制 iErY2~? 7. 设计计算说明书的编写 ss'#sPX 五. 设计任务 hXdc5 ?i? 1. 减速器总装配图一张 @.ebQR-:H 2. 齿轮、轴零件图各一张 @'`!2[2'? 3. 设计说明书一份 v
0mc1g+9 六. 设计进度 P.mz$M 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 ,-^Grmr4M 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 $A\fm` 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 ]kA0C~4 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 ^c3~CD5H
3 传动方案的拟定及说明 :iJ+ImBpK 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 @s RRcP~ 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 K5gh7 电动机的选择 @ SaU2 1.电动机类型和结构的选择 ?#"rI6 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 4hdxqI!y2 2.电动机容量的选择 {h/[!I` 1) 工作机所需功率Pw lR[[]Yn Pw=3.4kW q15t7-Z6 2) 电动机的输出功率 8 hx4N Pd=Pw/η s*{l}~fPkW η= =0.904 i-[ic!RnKj Pd=3.76kW '"&M4.J{ 3.电动机转速的选择 x? 3U3\W nd=(i1’•i2’…in’)nw . (G9mZFV 初选为同步转速为1000r/min的电动机 ,.[T]37 4.电动机型号的确定 p`:hY`P 由表20-1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW,满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求 {]1o($.u 计算传动装置的运动和动力参数 ^6j: lL 传动装置的总传动比及其分配 U_ n1QU 1.计算总传动比 N"SFVc_2 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: RGFanP i=nm/nw KDr?<"2L nw=38.4 |PR8P!' i=25.14 .lnyn|MVb 2.合理分配各级传动比 u;p.:{' 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 pEgQ)
9\
因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 5v6 x 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 (os}s8cIh 各轴转速、输入功率、输入转矩 Bfe#, 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 ~t7?5b?*\ 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 Zp@j*P 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 R:c$f(aKv% 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 3V~871:-~ 传动比 1 1 5 5 1 e;L++D 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 A;ip
V :) iJ n< 传动件设计计算 2"+8NfFl 1. 选精度等级、材料及齿数 4po zTe 1) 材料及热处理; EH{m~x[Ei 选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 AyHhq8Y 2) 精度等级选用7级精度; FOJ-?s( 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; zOJ4I^^ 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° dsck:e5agZ 2.按齿面接触强度设计 3cfJ(%'X 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 ]DVZeI03@ 按式(10—21)试算,即 M )4-eo dt≥ `{w.OK 1) 确定公式内的各计算数值 2;h4$^`dt (1) 试选Kt=1.6 FYPv:k (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 n;&08M5an} (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 .*\TG/x (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 9e|-sn (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa \Ps}1)wT (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; 4WCWu} (7) 由式10-13计算应力循环次数 8@;|x2=y N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 ,:6gp3 N2=N1/5=6.64×107 W^j;"qj (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 qw^kA? (9) 计算接触疲劳许用应力 We%HdTKT 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 zT$-% [σH]1==0.95×600MPa=570MPa 6ub-NtVu [σH]2==0.98×550MPa=539MPa s
Dq{h [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa ,U`:IP/L 2) 计算 '-9B`O,& (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t "^M/iv( d1t≥ = =67.85 SURbH;[ (2) 计算圆周速度 ~N
"rr.w v= = =0.68m/s O^|:q (3) 计算齿宽b及模数mnt a,eR'L<"*- b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm r?cDyQE mnt= = =3.39 =QdHji/sB h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm W5 l)mAv b/h=67.85/7.63=8.89 Iv,Ub_Ll9 (4) 计算纵向重合度εβ E2.@zY|: εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 [=3f:>ssm (5) 计算载荷系数K ~|y$^qy?U 已知载荷平稳,所以取KA=1 ,_SE!iL 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, X8(H#Ef[ 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 9gWR djK: 由表10—13查得KFβ=1.36 S
^5EG;[ 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 <HYK9{Q K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 Oe#*- (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 >.sdLA Si d1= = mm=73.6mm Z]L_{=* (7) 计算模数mn Z\1*g k mn = mm=3.74 o 8fB 3.按齿根弯曲强度设计 Cd Bsd 由式(10—17 mn≥ [Eq7!_3 1) 确定计算参数 I`e$U (1) 计算载荷系数 A(Tqf.,G K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 #.Q3}[M (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 ;dC>$_P? JXT%@w>I (3) 计算当量齿数 RC[mpR;2 z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 fRcs@yZnS z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 Kp]\r-5UD> (4) 查取齿型系数 >JSk/]" 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 &-5`Oln (5) 查取应力校正系数 ^4G%*- 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 8%+F.r (6) 计算[σF] eT!*_.' e σF1=500Mpa cA,`!dG2, σF2=380MPa ;FQ<4PR$ KFN1=0.95 kU75 KFN2=0.98 aLo^f=S [σF1]=339.29Mpa UrC>n [σF2]=266MPa Xl/SDm_p (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 0c-.h = =0.0126 [ClDKswq = =0.01468 lwVo%- 大齿轮的数值大。 XJ$mRh0`K 2) 设计计算 hXAgT!ZD mn≥ =2.4 MbT;]Bo mn=2.5 B,xohT 4.几何尺寸计算 >$/<~j] 1) 计算中心距 5YV3pFz$) z1 =32.9,取z1=33 AhyV z2=165 "e-RV
a =255.07mm og?>Q i Tr a圆整后取255mm l* ap$1' 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 tz^2?wO β=arcos =13 55’50” :cE6-Fv 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 Y^Y1re+} d1 =85.00mm z+5ZUS2~& d2 =425mm `GpOS_; 4) 计算齿轮宽度 n)<S5P? b=φdd1 }G/#Nb) b=85mm ZFxa2J~ ; B1=90mm,B2=85mm [X&VxTxr 5) 结构设计 o9XT_!Cwg 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 \@8.BCWK 轴的设计计算 W2`/z)[*> 拟定输入轴齿轮为右旋 wCitQ0? II轴: SDbR(oV 1.初步确定轴的最小直径 ]ZI ?U<0 d≥ = =34.2mm 0XzrzT"& 2.求作用在齿轮上的受力 qib4DT$v-6 Ft1= =899N dI%#cf1 Fr1=Ft =337N ~lQ<#*wl Fa1=Fttanβ=223N; ?= RC?K Ft2=4494N nYb{?{_ca8 Fr2=1685N bd;?oYV~ Fa2=1115N 3;'RF#VL 3.轴的结构设计 lh]Q\ 1) 拟定轴上零件的装配方案 v;ZIqn" i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 n7p,{KSQ ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 Uaz$<K6 iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 U3tA"X.K iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 AdL>?SG% v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 U{Xx)l/o vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 @s%!R 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 T*"*##c 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 KmX?W/%R 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。 3$n O@rOS 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 50R&;+b 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 0K:3?Ik 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 +#RqQ8\ 6. VI-VIII长度为44mm。 T\OpPSYbl 4. 求轴上的载荷 +d289" 66 207.5 63.5 }{S pV Fr1=1418.5N 40m>~I^q} Fr2=603.5N ]b&O#D9 查得轴承30307的Y值为1.6 B(ZK\] Fd1=443N XNaiMpp' Fd2=189N :YUQKy 因为两个齿轮旋向都是左旋。 :(TOtrK@ 故:Fa1=638N B4RP~^ Fa2=189N zy\R>4i'#Q 5.精确校核轴的疲劳强度 x*a^msY% 1) 判断危险截面
) k6O 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 * R_mvJlT 2) 截面IV右侧的 ~ \3j{pr m[$pj~<\ 截面上的转切应力为 j1i<.,0g 由于轴选用40cr,调质处理,所以 1MYA/l$ ([2]P355表15-1) |HfN<4NL a) 综合系数的计算 I%'6IpR"d 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , \eoJ6IRE\T ([2]P38附表3-2经直线插入) 4<<T#oW.:G 轴的材料敏感系数为 , , v[!ZRwk4w3 ([2]P37附图3-1) A[8vD</}_ 故有效应力集中系数为 BW{&A&j 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , Kn`-5{1B| ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) 3v,Bg4[i 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , YJqbA?i ([2]P40附图3-4) )o N#%%SB< 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 /=+Bc=<lZ b) 碳钢系数的确定 X{-901J1 碳钢的特性系数取为 , +WfO2V. c) 安全系数的计算 =2R0 g2n 轴的疲劳安全系数为 x2$Y"b?vz 故轴的选用安全。 f@aFs]xV I轴: @3WI7q4 1.作用在齿轮上的力 DEN (pA\ FH1=FH2=337/2=168.5 ~(Xzm Fv1=Fv2=889/2=444.5 Wo,"$Z6B 2.初步确定轴的最小直径 h%+6y WP ~]pduT 3.轴的结构设计 tXW7G@ 1) 确定轴上零件的装配方案 TBu[3X% 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 P{[@t_ 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。 ?a{es! 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。 x2.YEuSMC 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。
y8/+kn + 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。 SE0&CV4 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。 %?i~`0-:n% i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 :Lh`Q"a j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 -;W`0k^ 2) 各段长度的确定 ]Z=O+7(r 各段长度的确定从左到右分述如下: p8|u 0/;k 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。 =P7!6V\f b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 1azj%WY 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。 !6pE0(V^+4 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。 <NlL, 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。 O0=}:HM f) 该段由联轴器孔长决定为42mm TV[@!E a 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 Lf0Wc'9{ W=62748N.mm U "kD)\
T=39400N.mm \
ix&U 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 ^7,`6g ]^BgSC III轴 @; 0t+ 1.作用在齿轮上的力 YAJr@v+Ls FH1=FH2=4494/2=2247N o8!uvl}:9 Fv1=Fv2=1685/2=842.5N C)qy=lx% 2.初步确定轴的最小直径 q&d5V~q 3.轴的结构设计 -YJ4-]Z 1) 轴上零件的装配方案 )L/o|%r! 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ; wKsi_``@ I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII 2YhtD A 直径 60 70 75 87 79 70 N5jJ,iz 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 G*'1[Bu PsCr[\Ul 5.求轴上的载荷 U2HAIV8 Mm=316767N.mm -H9WwFk T=925200N.mm oa2v/P1` 6. 弯扭校合 *G(ZRj@33 滚动轴承的选择及计算 +_v#V9? I轴: s8|Fe_ 1.求两轴承受到的径向载荷 CA5q(ID_ 5、 轴承30206的校核 % h"%G=: 1) 径向力 +xn59V 2) 派生力 WR5W0!'Tf 3) 轴向力 _(0GAz%9 由于 , ,*j@Zb_r 所以轴向力为 , st-I7K\v 4) 当量载荷 M$MFUGS' 由于 , , SnFAv7_ 所以 , , , 。 q:-1ul 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 (U^f0wJg 5) 轴承寿命的校核 xn,I<dL39 II轴: 5~\GAjf 6、 轴承30307的校核 4">C0m;ks 1) 径向力 #5=!ew 2) 派生力 dO|n[/qL0 , BX-fV| 3) 轴向力 'q, L* 由于 , -cs$E2
- 所以轴向力为 , \oy8)o/Gb 4) 当量载荷 YW'l),Z 由于 , , Dio9'&DtC 所以 , , , 。 `z~L0h 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 N5|wBm>m 5) 轴承寿命的校核 ;b;Bl:%? III轴: ]Yx& 7、 轴承32214的校核 <)VNEy' 1) 径向力 :<i<\TH' 2) 派生力 se`^g
,]P 3) 轴向力 I6RF;m:Jw 由于 , )F65sV{ 所以轴向力为 , )A=&3Ui)ab 4) 当量载荷 DA9f\q 由于 , , |rwx;+ 所以 , , , 。 >o|.0aw< 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 JHCXUT-r{ 5) 轴承寿命的校核 9
gWqs' 键连接的选择及校核计算 6<{XwmM !X ={a{<,T 代号 直径 t2RL|$>F1 (mm) 工作长度 7Kn}KO!Y8 (mm) 工作高度 *TC#|5 (mm) 转矩 6![}Jvu> (N•m) 极限应力 E4qQ (MPa) e(Y5OTus 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 Uo=_=.GQ 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 ]y~"M 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 9Z
lfY1= 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 7 p[NuU*Gg 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 NEff`mwm5) 由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为 ,所以上述键皆安全。 d0}P 连轴器的选择 pv@w 8* 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 Zx
U?d 二、高速轴用联轴器的设计计算 !T
RU 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , OXD*ZKi8 计算转矩为 ]3I@5 }5% 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) W WN2 其主要参数如下: {\ ]KYI0 材料HT200 IA^*?,AZy 公称转矩 2g$;ZBHO|8 轴孔直径 , R7 ^f|/l 轴孔长 , Z:.*fs5 装配尺寸 y!/:1BHlm 半联轴器厚 P`OZoI$bV ([1]P163表17-3)(GB4323-84 <Xb$YB-c 三、第二个联轴器的设计计算 cd]def[d 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 , *Z2#U?_ 计算转矩为 :YM1p&|fS 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) y_{fc$_& 其主要参数如下: tqzr+ 材料HT200 v{oHC4 公称转矩 s(cC; 轴孔直径 k@^T<Ci 轴孔长 , 1!&m1 装配尺寸 F`M`c% 半联轴器厚 Dn@Sjsj> ([1]P163表17-3)(GB4323-84 |G(I,EPag 减速器附件的选择 a3C\?5 通气器 36\_Y?zx% 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 sDP8! 油面指示器 -~ H?R 选用游标尺M16 ~=gpn|@b 起吊装置 5q
_n69b 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 e|eWV{Dsz 放油螺塞 x bD]EC 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 l\HtP7] 润滑与密封 H&uh$y@ 一、齿轮的润滑 ]; *?`}# 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。 e,Sxu[2 二、滚动轴承的润滑 ,"?xy-6 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 HiSNEp$-4$ 三、润滑油的选择 lD6PKZ\RIj 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。 %:yVjb,Yf 四、密封方法的选取 `2,F!kCt 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。 x\5v^$ 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。 Pa-{bhllu) 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 S3gd'Bahq 设计小结 PE<(eIr 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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