| 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 VZ?"yUZ Id 设计任务书……………………………………………………1 v$R+5_@[l 传动方案的拟定及说明………………………………………4 |sN>/89=/ 电动机的选择…………………………………………………4 z
z@;UbD" 计算传动装置的运动和动力参数……………………………5 m>C}T 传动件的设计计算……………………………………………5 H[ 6L! 轴的设计计算…………………………………………………8 ~c~$2Xo 滚动轴承的选择及计算………………………………………14 :"+/M{qz 键联接的选择及校核计算……………………………………16 M+<xX) 连轴器的选择…………………………………………………16 W+[XNIg5 减速器附件的选择……………………………………………17 (U"Ub;[7 润滑与密封……………………………………………………18 tZS-e6*S 设计小结………………………………………………………18 MB9tnGO-Q 参考资料目录…………………………………………………18 :` >|N|i 机械设计课程设计任务书 sd;J(<Ofh 题目:设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 2 %YtMkC5 一. 总体布置简图 ;b=3iT-2" 1—电动机;2—联轴器;3—齿轮减速器;4—带式运输机;5—鼓轮;6—联轴器 5"4O_JQ 二. 工作情况: d\Xi1&& 载荷平稳、单向旋转 fk%yi[ 三. 原始数据 hlPZTr=a 鼓轮的扭矩T(N•m):850 #}50oWE 鼓轮的直径D(mm):350 8r^~`rL 运输带速度V(m/s):0.7 \\80c65- 带速允许偏差(%):5 HZBU?{ 使用年限(年):5 2Y~6~*8*~ 工作制度(班/日):2 GE`:bC3 四. 设计内容 <qD/ #$ 1. 电动机的选择与运动参数计算; P q\m8iS,w 2. 斜齿轮传动设计计算 )3_I-Ia 3. 轴的设计 hLyD#XCFA 4. 滚动轴承的选择 HC0q_%j 5. 键和连轴器的选择与校核; ZCJOh8 6. 装配图、零件图的绘制 E DuLgg@ 7. 设计计算说明书的编写 #%CbZw@hJ9 五. 设计任务 }`g:)gJ 1. 减速器总装配图一张 c}iVBN6~.< 2. 齿轮、轴零件图各一张 ViV"+b#gu 3. 设计说明书一份 BJI}gm2y 六. 设计进度 t^HQ=*c 1、 第一阶段:总体计算和传动件参数计算 s hbPy 2、 第二阶段:轴与轴系零件的设计 i6R2R8 3、 第三阶段:轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 B4^+&B# 4、 第四阶段:装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 Txkmt$h 传动方案的拟定及说明 & 2MI(9v 由题目所知传动机构类型为:同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 bWzv7#dd= 本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂,轴向尺寸大,中间轴较长、刚度差,中间轴承润滑较困难。 *vn^
W 电动机的选择 z;:c_y!f 1.电动机类型和结构的选择 xaO9?{O 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y(IP44)系列的电动机。 1JIL6w_ 2.电动机容量的选择 )ndcBwQc" 1) 工作机所需功率Pw =5NrkCk#V Pw=3.4kW f, 9jK9/$ 2) 电动机的输出功率 #3@ Du(_n Pd=Pw/η H=E`4E#k η= =0.904 yjZ]_. Pd=3.76kW ?bc-?<Xk 3.电动机转速的选择 gakmg#ki nd=(i1’•i2’…in’)nw S pxkB! 初选为同步转速为1000r/min的电动机 av>c 4.电动机型号的确定 /0Q=}:d 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 YUo{e=m| 计算传动装置的运动和动力参数 "0o1M\6Z 传动装置的总传动比及其分配 _{CMWo"l 1.计算总传动比 ]]lgCac_U9 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: hzIP ?0^E i=nm/nw zx"'WM* nw=38.4 74YMFI i=25.14 1{N73]-M: 2.合理分配各级传动比 &V5[Zj|] 由于减速箱是同轴式布置,所以i1=i2。 ?!>B}e&, 因为i=25.14,取i=25,i1=i2=5 Zw+VcZz3 速度偏差为0.5%<5%,所以可行。 &6fNPD(| 各轴转速、输入功率、输入转矩 OE87&Cl"{t 项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮 M<Mr
L[*j 转速(r/min) 960 960 192 38.4 38.4 %2Q:+6) 功率(kW) 4 3.96 3.84 3.72 3.57 UpL1C~& 转矩(N•m) 39.8 39.4 191 925.2 888.4 Y 1a[HF^- 传动比 1 1 5 5 1 }:u" ?v=|j 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 E"!I[ B6)d2O9C 传动件设计计算 !mNXPqnN 1. 选精度等级、材料及齿数 V4cCu~(3;~ 1) 材料及热处理; {~.~ b+v 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。 } ).rD 2) 精度等级选用7级精度; )1Rn;(j9Re 3) 试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=100的; z@\C/wX 4) 选取螺旋角。初选螺旋角β=14° 5wM*(H^c[ 2.按齿面接触强度设计 ySP1,xq 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 Wyu$J 按式(10—21)试算,即 /]H6' dt≥ .kpL?_ 1) 确定公式内的各计算数值 ;J|sH>i (1) 试选Kt=1.6 tins.D (2) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433 /BB(riG (3) 由表10-7选取尺宽系数φd=1 E$5)]<p! < (4) 由图10-26查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62 N
]/N}b (5) 由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa lSv?!2 (6) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa; OiI[w8 (7) 由式10-13计算应力循环次数 DBDHe-1[+ N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8 _`yd"0Ux N2=N1/5=6.64×107 m~;fklX S (8) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98 \7W>3 (9) 计算接触疲劳许用应力 r[xj,eIb 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 +a$'<GvP [σH]1==0.95×600MPa=570MPa 5\RTy}w3x [σH]2==0.98×550MPa=539MPa $hexJzX [σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa N@D]Q&;+(T 2) 计算 Rh!B4oB4 (1) 试算小齿轮分度圆直径d1t DG&
({vy d1t≥ = =67.85 z%xWP&3%" (2) 计算圆周速度 {)j~5m.,/o v= = =0.68m/s hdky:2^3 (3) 计算齿宽b及模数mnt +<5q8{]Pk b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm yWI30hW mnt= = =3.39 [?rK9I& h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm ML6Y_|6
| b/h=67.85/7.63=8.89 I9S=VFhZ` (4) 计算纵向重合度εβ 8U,VpuQ: εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 HUF],[N (5) 计算载荷系数K u{#}Lo>B # 已知载荷平稳,所以取KA=1 %@/"BF;r 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, zrt \]h+ 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 2$=U#!OtU 由表10—13查得KFβ=1.36 Q]j[+e 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系数 L%G/%*7;c K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 YbaaX{7^ (6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得 r)Q/YzXx* d1= = mm=73.6mm 8K: RoR (7) 计算模数mn a1p Z{Od mn = mm=3.74 vW`Dy8`06 3.按齿根弯曲强度设计 a!UQ]prT 由式(10—17 mn≥ &PY~m<F 1) 确定计算参数 ~s.~X5 (1) 计算载荷系数 K9{3,!1 K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 ra87~kj< (2) 根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59,从图10-28查得螺旋角影响系数 Yβ=0。88 YU=Q`y[k Ul"9zTH (3) 计算当量齿数 ;U7o)A; z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 R]{zGFnx z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 &72
( < (4) 查取齿型系数 "Zk# bQ2j 由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172 !O;su~7
(5) 查取应力校正系数 Gn*cphb 由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 m|K"I3W$ (6) 计算[σF] xBba&A]= σF1=500Mpa L`sg60z σF2=380MPa Be~__pd KFN1=0.95 jA<(#lm; KFN2=0.98 A0mj!P 9 [σF1]=339.29Mpa @9,=|kxK [σF2]=266MPa m+66x {M2c (7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 UZcsMMKH = =0.0126 T@K=
*p = =0.01468 <x&0a$I 大齿轮的数值大。 0tA~Y26 2) 设计计算 z1dSZ0NoA mn≥ =2.4 36]pE< mn=2.5 !VLk|6mn 4.几何尺寸计算 fU/&e^,
's 1) 计算中心距 Y-Iu&H+\ z1 =32.9,取z1=33 ^?+qNbK z2=165 +0,'B5 (E a =255.07mm 0.pZlv a圆整后取255mm U-F\3a;& 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 u^6@!M β=arcos =13 55’50” %}.4c8 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 MP/@Mf\<E d1 =85.00mm 3H^0v$S d2 =425mm HgGwV;W 4) 计算齿轮宽度 ?<F=*eS b=φdd1 I{bDa'rX b=85mm W4OL{p-\/ B1=90mm,B2=85mm 3(2WO^zX { 5) 结构设计 n>t&l8g%g 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。 + 6noQYe 轴的设计计算 WD/\f$4 拟定输入轴齿轮为右旋 ppm=o4`s[ II轴: b]0]*<~y 1.初步确定轴的最小直径 )2z<5 ` d≥ = =34.2mm
h.Y&_=Gc 2.求作用在齿轮上的受力 $ol]G`+ Ft1= =899N -JKl\ E Fr1=Ft =337N nrBpq Fa1=Fttanβ=223N; MQc<AfW3/ Ft2=4494N y ;/T.W9! Fr2=1685N f-.dL Fa2=1115N }4uHT.) 3.轴的结构设计 N>TmaUk 1) 拟定轴上零件的装配方案 hqXp>.W i. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。 Ie<H4G5Vh ii. II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。 V),wDyi iii. III-IV段为小齿轮,外径90mm。 ^4 MJ iv. IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。 TS_5R>R3 v. V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。 k!Ym<RD%N vi. VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。 |2Vhj<6 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 c>|1%}"? 1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 ]8n*f o2# 2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间隙4mm,所以长度为16mm。
P,Z
K 3. III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。 \DiAfx<Ub 4. IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。 H]P*!q`Ko 5. V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。 4Wd
H!z 6. VI-VIII长度为44mm。 t !8(I R 4. 求轴上的载荷 ; Sd== * 66 207.5 63.5 0&~JC>S Fr1=1418.5N ~xa yGk Fr2=603.5N l`bl^~xRo 查得轴承30307的Y值为1.6 &lCOhP# Fd1=443N >]L\B w Fd2=189N I[6ft_* 因为两个齿轮旋向都是左旋。 bJ"}-s+Dx 故:Fa1=638N +F?}<P_v Fa2=189N |EGC1x]j= 5.精确校核轴的疲劳强度 Zt"#'1 1) 判断危险截面 <e?1&5 6 由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面 KqL+R$??"( 2) 截面IV右侧的 1gA^Qv~? &At9@ 截面上的转切应力为 qyKI.X3n* 由于轴选用40cr,调质处理,所以 4C#r=Uw` ([2]P355表15-1) |2Y/l~ a) 综合系数的计算 0{OafL8&l 由 , 经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为 , , Q\nIU7:bZ ([2]P38附表3-2经直线插入) [Ot<8)Jm 轴的材料敏感系数为 , , ~eZ]LW]) ([2]P37附图3-1) H %Dcp#k 故有效应力集中系数为 b}3t8?wG& 查得尺寸系数为 ,扭转尺寸系数为 , dEI]|i
r ([2]P37附图3-2)([2]P39附图3-3) aI\:7 轴采用磨削加工,表面质量系数为 , -kP$S qR~ ([2]P40附图3-4) ]IclA6 轴表面未经强化处理,即 ,则综合系数值为 :anR/ b) 碳钢系数的确定 FvJkb!5*e_ 碳钢的特性系数取为 , +gyGA/5:d$ c) 安全系数的计算 h:AB`E1 轴的疲劳安全系数为
/ M@[ 8 故轴的选用安全。 *=}\cw\A I轴: dC/@OV)0# 1.作用在齿轮上的力 OJ1MV 7& FH1=FH2=337/2=168.5 RhWW61!" Fv1=Fv2=889/2=444.5 arc{:u.K 2.初步确定轴的最小直径 c :2 w(BVi Lng@'Yr 3.轴的结构设计 a0jzt!ci 1) 确定轴上零件的装配方案 Gn %"B6 2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 &u4;A[-R 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。 0iV~MQZ( 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。 >x1yFwX}-f 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。 ^&lkh@Y1q 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。 6IJH%qUx' 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。 gle<{
` i) 轴肩固定轴承,直径为42mm。 [7\x(W-:@> j) 该段轴要安装轴承,直径定为35mm。 \iA.{,VX 2) 各段长度的确定 [a!)w@I: 各段长度的确定从左到右分述如下: 3=("vR`! 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。 0}"'A[xE b) 该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。 #]h&GX 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。 A!v:W6yiz 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。 tZY6{,K%4 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。 ^x2@KMKXZ f) 该段由联轴器孔长决定为42mm oL7F^34; 4.按弯扭合成应力校核轴的强度 *mz-g7 W=62748N.mm 3*E]
:l_ T=39400N.mm 3$9V4v@2 45钢的强度极限为 ,又由于轴受的载荷为脉动的,所以 。 RBLOc$2 TSH'OW !b III轴 6lL^/$] 1.作用在齿轮上的力 \[d~O>k2 FH1=FH2=4494/2=2247N lf\^!E: Fv1=Fv2=1685/2=842.5N 0$_WIk 2.初步确定轴的最小直径 2;x+#D8 3.轴的结构设计 Nj.;mr< 1) 轴上零件的装配方案 eVzZfB-=4} 2) 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 /@1pm/>ZaN I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII 3a'#Z4Z- 直径 60 70 75 87 79 70 ? ph>:M 长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25 1/v#Z#3[ xKkXr-yb`f 5.求轴上的载荷 m:c0S8#: Mm=316767N.mm VHG}'r9KC% T=925200N.mm 7u:QT2=& 6. 弯扭校合 lHFk~Qp[ 滚动轴承的选择及计算 "|BSGV!8 I轴: uQ%3?bx)T 1.求两轴承受到的径向载荷 \x|8 5、 轴承30206的校核 ('2Z&5 1) 径向力 ;u=%Vn"2a 2) 派生力 BZ(DP_}&D 3) 轴向力 fVJWW): 由于 , !R![:T\, 所以轴向力为 , {$V2L4 4) 当量载荷 <`u_O!h 由于 , , RN$>!b/ 所以 , , , 。 Yq'D-$@ 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 Ph)>;jU 5) 轴承寿命的校核 g""Ep II轴: iz 0: 6、 轴承30307的校核 03.\!rZZ 1) 径向力 I]%Kd(' 2) 派生力 hrGX65> , TuC 3) 轴向力 tns4 e\ 由于 , czsnPmNEI 所以轴向力为 , P-DW@drxF 4) 当量载荷 bwa*|{R 由于 , , ">5$;{;2r 所以 , , , 。 5}b)W>3@` 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 xz~Y
%Y|Z 5) 轴承寿命的校核 =mSu^q(l III轴: \uO^wJ} 7、 轴承32214的校核 #N;&^El 1) 径向力 w&e3#p 2) 派生力 dkeMiLm 3) 轴向力 Cu_-QE 由于 , IG:2<G
所以轴向力为 , 5~d=,;yE 4) 当量载荷 Gzs$0Ki= 由于 , , Qkw?QV-`k 所以 , , , 。 /(?s\}O 由于为一般载荷,所以载荷系数为 ,故当量载荷为 'dqecmB 5) 轴承寿命的校核 nFWiS~(#sW 键连接的选择及校核计算 =MvB9gx@r qC5IV}9` 代号 直径 )Cat$)I#, (mm) 工作长度 C{+JrHV%h (mm) 工作高度 $R+rB;=a! (mm) 转矩 ?6HnN0A) (N•m) 极限应力 4$81ilBcL (MPa) $<"I*l@ 高速轴 8×7×60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 (g&@E(@]? 12×8×80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 Z:^ S-h 中间轴 12×8×70(单头) 40 58 4 191 41.2 ~SmFDg$/m 低速轴 20×12×80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 0{I-x^FI 18×11×110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 Xq<_r^ 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。 +~= j3U 连轴器的选择 R&$fWV;' 由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。 y.s\MWvv>u 二、高速轴用联轴器的设计计算 -wf>N: 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , m4yWhUi(o 计算转矩为 9Q*:II 所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4(GB4323-84),但由于联轴器一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5(GB4323-84) i52JY&N 其主要参数如下: Z>l<.T"t' 材料HT200 ZAn9A>5_ 公称转矩 .&`apQD} 轴孔直径 , "{trK?-8% 轴孔长 , u \<APn 装配尺寸 A8o)^T(vJ 半联轴器厚 eNO[ikm ([1]P163表17-3)(GB4323-84 uvw1 _j? 三、第二个联轴器的设计计算 4eF{Y^ 由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为 , -%Rbd0gVH\ 计算转矩为 fwlicbs ' 所以选用弹性柱销联轴器TL10(GB4323-84) '&2-{Y [! 其主要参数如下: }8s&~fH 材料HT200 (;H% r & 公称转矩 TKiYEh 轴孔直径 n&DBMU 轴孔长 , z`NJelcuz\ 装配尺寸 L)1\=[Ov 半联轴器厚 @1' Y/dCyD ([1]P163表17-3)(GB4323-84 9}L2$^#,NA 减速器附件的选择 ~|N,{GaL 通气器 Xbrc_V\_ 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5 NqveL<r` 油面指示器 $RunGaX!=N 选用游标尺M16 M%RH4%NZ0 起吊装置 Y\+LBbB8 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 G]{^.5 放油螺塞 >YsM'.EF D 选用外六角油塞及垫片M16×1.5 Pc7p2 润滑与密封 cYXL3)p*Q 一、齿轮的润滑 e,Y<$kPV 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。 nLC5FA7< 二、滚动轴承的润滑 JIHIKH-# 由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。 B|8|f(tsSa 三、润滑油的选择 ReL+V 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。 G
\Nnw==v 四、密封方法的选取 )heHERbJ 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。 qJ<l$Ig 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。 g#Ta03\ 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 FjLMN{eH/ 设计小结 k@h0 }% 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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