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2009-01-12 21:46 |
单级斜齿轮减速箱设计说明书
机械设计基础课程设计任务书 '^!#*O kVe4#LT 课程设计题目: 单级斜齿圆柱齿轮减速器设计 {16]8-pe A~)# 专 业:机械设计制造及自动化(模具方向) J5Ovj,[EZ {3`cSm6c 目 录 \`U=pZJ e%_J
O7 一 课程设计书 2 'B\7P*L"p Q&]f9j_ 二 设计要求 2 z; Jz^m- {|{;:_.> 三 设计步骤 2 7z;X@+O}s w&[&ZDsK 1. 传动装置总体设计方案 3 nghpWODq 2. 电动机的选择 4 q5xF~SQGw2 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 9T#${NK 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 q>rDxmP< 5. 设计V带和带轮 6 8}K^o>J&K 6. 齿轮的设计 8 :Xi&H.k)p 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 Y?v{V>;*A 8. 键联接设计 26 \"pp-str 9. 箱体结构的设计 27 ?>s[B7wMp 10.润滑密封设计 30 U!i1~)s 11.联轴器设计 30 363KU@` _J"fgxW 四 设计小结 31 IqAML|C 五 参考资料 32 .+(R,SvN%< p|+TgOYOc 一. 课程设计书 0,whTnH| 设计课题: \,S4-~(:! 设计一用于带式运输机上的单级斜齿轮圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V 6,cJ3~!48 表一: #w@V!o 题号 < Dt/JA(p ZM16 ~k 参数 1 ?DGg.2f 运输带工作拉力(kN) 1.5 H<9_BA? 运输带工作速度(m/s) 1.1 4;*jE ( 卷筒直径(mm) 200 4<V}Aj8l J9-n3o 二. 设计要求 _9C,N2a{C 1.减速器装配图一张(A1)。 v\o
m 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。 Y'<wE2ZL) 3.设计说明书一份。 AO238RC!: yV*jc`1
三. 设计步骤 I(H9-!& 1. 传动装置总体设计方案 5.$/]2VK 2. 电动机的选择 xLSf
/8e 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 K7R!E,oPg 4. 计算传动装置的运动和动力参数 Ae\:{[c_D 5. “V”带轮的材料和结构 U"RA*| 6. 齿轮的设计 Z!-V&H. 7. 滚动轴承和传动轴的设计 [,3E#+y 8、校核轴的疲劳强度 #mYe@[p@ 9. 键联接设计 KM"BHaSkF 10. 箱体结构设计 ,_TE@]!$ 11. 润滑密封设计 D-FT3Culw 12. 联轴器设计 >n3ig~0d $zM \Jd 1.传动装置总体设计方案: 8<Pi}RH Rl&nR$# 1. 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。 NL,6<ZOon, 2. 特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀, A4g,) 要求轴有较大的刚度。 .W\JvPTC 3. 确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。 =h xyR; 其传动方案如下: orOq5?3 aLl=L_ 图一:(传动装置总体设计图) `A9fanh h$mGawvZ~ 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 ;d<O/y,:4 选择V带传动和单级圆柱斜齿轮减速器。 W[R`],x` 传动装置的总效率 G5%k.IRz η=η1η2η3η24η25η6=0.96×××0.97×0.96=0.759; BiDyr 为V带的效率,η2为圆柱齿轮的效率, #&ei η3为联轴器的效率,为球轴承的效率, 4
|bu= T 为圆锥滚子轴承的效率,η6为卷筒的传动效率。 B}nT>Ub P_5 G'[ 2.电动机的选择 l$[,V:N m%'T90mi 电动机所需工作功率为: P=P/η=2300×1.1/0.835=3.03kW, 执行机构的曲柄转速为n==105r/min, 0"Euf41 经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i=2~4,单级圆柱斜齿轮减速器传动比i=3~6, R;pIi/yDRe 则总传动比合理范围为i=6~24,电动机转速的可选范围为n=i×n=(6~24)×105=630~2520r/min。 `6RccEm V>`9ey!U 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比, ~k%XW$cV V CVKh 选定型号为Y112M—4的三相异步电动机,额定功率为4.0 \TYVAt]
? FY-eoq0O3 额定电流8.8A,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。 5{WvV% 8H1&=)M= E62_k
0q 方案 电动机型号 额定功率 M2;6Cz>,P P q6b&b^r+H kw 电动机转速 n1aOpz6` 电动机重量 gW^4@q N 参考价格 )?I*zc 元 传动装置的传动比 r&ys?@+G 同步转速 满载转速 总传动比 V带传动 减速器 /EJy?TON* 1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 16.15 2.3 7.02 unNN&m#@ JNT|h zV 中心高 z`eMb 外型尺寸 +z0s)HU>j L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺寸D×E 装键部位尺寸F×GD xB]^^NYE= 132 515× 345× 315 216 ×178 12 36× 80 10 ×41 ,B /b>i }346uF7C 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 4'tY1d Lxv6\3I+ (1) 总传动比 _k;HhLj` 由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为=n/n=1440/105=13.7 17`-eDd (2) 分配传动装置传动比 J qmL|S) =× ;JMmr-@ 式中分别为带传动和减速器的传动比。 1|AY&u%fiP 为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取=2.3,则减速器传动比为==13.7/2.3=5.96 :`lP+y?a1 4.计算传动装置的运动和动力参数 TA8 (1) 各轴转速 ;@:-T/= ==1440/2.3=626.09r/min rVRv*W ==626.09/5.96=105.05r/min rg=Ym. (2) 各轴输入功率 Ck>]+rl =×=3.05×0.96=2.93kW ;.rY`<| =×η2×=2.93×0.98×0.95×0.993=2.71kW )/Gi-:: 则各轴的输出功率: *=!r|UdB. =×0.98=2.989kW HIt9W]koO =×0.98=2.929kW 2[j`bYNe 各轴输入转矩 4@Z!?QzW =×× N·m gIIF17|Z 电动机轴的输出转矩=9550 =9550×3.05/1440=20.23 N· (9=E5n6o 所以: =×× =20.23×2.3×0.96=44.66N·m y&eU\>M =×××=44.66×5.96×0.98×0.95=247.82 N·m 6.$z!~8 输出转矩:=×0.98=43.77 N·m +JM@ kdE5b =×0.98=242.86N·m Ra6 }<o 运动和动力参数结果如下表 U_.}V 轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min yjq|8.L[
G 输入 输出 输入 输出 (uy\~Zb 电动机轴 3.03 20.23 1440 i2;,\FI@t% 1轴 2.93 2.989 44.66 43.77 626.09 pSEaE9AX% 2轴 2.71 2.929 247.82 242.86 105.05 sTep2W.9 'H4?V 5、“V”带轮的材料和结构 M;NIcM 确定V带的截型 \rg;xZa5 工况系数 由表6-4 KA=1.2 JoZzX{eu" 设计功率 Pd=KAP=1.2×4kw Pd=4.8 R=$}uDFmW V带截型 由图6-13 B型 TJ>1?W\Z Z c#Jb 确定V带轮的直径 *~*"p)`< 小带轮基准直径 由表6-13及6-3取 dd1=160mm U[OUIXUi 验算带速 V=960×160×3.14/60000=8.04m/s (<@`MPI\@ 大带轮基准直径 dd2=dd1i=160×2.3=368mm 由表6-3取dd2=355mm }n#$p{e$i ,U+>Q!$`\^ 确定中心距及V带基准长度 1'iQlnMO@ 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)知 (
z F_< 360<a<1030 k,; (`L 要求结构紧凑,可初取中心距 a0=700mm DRTT3;,N VVpJ + 初定V带基准长度 OECVExb@eH Ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+1/4a0(dd2-dd1)2=2232mm cS2]?zI Ul'H(eH.v V带基准长度 由表6-2取 Ld=2240mm -w8?Ur1x: 传动中心距 a=a0+(2240-2232)/2=708 a=708mm tA'5ufj*: 小带轮包角 a1=1800-57.30(335-160)/708=1640 Y=O-^fL 8Bh
micU 确定V带的根数 opu)9]`z 单根V带的基本额定功率 由表6-5 P1=2.72kw #`l&HV 额定功率增量 由表6-6 △P=0.3 s8qpK; O 包角修正系数 由表6-7 Ka=0.96 h0$ \JXk 带长修正系数 由表6-2 KL=1 iP:^nt? eb6y-TwY V 带根数 Z=Pd/(P1+△P2)KaKL=4.8/(3.86+0.3)0.98*1.05=1.6556 Uyeo0B" >IA1 \?( 取Z=2 V?`|Ha} V带齿轮各设计参数附表 \%%M >4c tK'9%yA\ 各传动比 :Z_abKt |z&7KoYK' V带 齿轮 5Z"N2D)." 2.3 5.96 PI,2b(`h_ ~ahu{A4Bw 2. 各轴转速n V`YmGo (r/min) (r/min) N pQOLX/<? 626.09 105.05 ] \!,yiVeU ,9ew75Jl 3. 各轴输入功率 P 0tPwhJ (kw) (kw) : t75iB= 2.93 2.71 ~x@V"rxGw O'.{6H;t 4. 各轴输入转矩 T H`Zg-j` (kN·m) (kN·m) >?G!>kw 43.77 242.86 JS<w43/j &_j<!3* 5. 带轮主要参数 A1z<2.R 小轮直径(mm) 大轮直径(mm) #SjCKQ~ 中心距a(mm) 基准长度(mm) V带型号 ed3wj3@ 带的根数z w
!<-e> 160 368 708 2232 B 2 ymnK `/J!Q A 2\3.3 6.齿轮的设计 Y`6<:8[? A_2lG!!
6 (一)齿轮传动的设计计算 +bb-uoZf hgwS_L 齿轮材料,热处理及精度 ?[WUix; 考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 fjuPGg~ (1) 齿轮材料及热处理 vkM_a}%< ① 材料:高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24 6{g&9~V 高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=i×Z=5.96×24=143.04 取Z=144 U^DR'X= ② 齿轮精度 i1]}Q$ 按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。 bX5/xf$q i3Xo6!Q 2.初步设计齿轮传动的主要尺寸 Gf9O\wrs 按齿面接触强度设计 #!_ViG )2^ qDfhR`1k 确定各参数的值: uaCI2I ①试选=1.6 @ Yo*h"s 选取区域系数 Z=2.433 ?nE9@G5Gc qNMYZ0, 则 ]~ S
zb ②计算应力值环数 1Vz3N/AP%? N=60nj =60×626.09×1×(2×8×300×8) :x^e T =1.4425×10h oL!C(\ERh N= =4.45×10h #(5.96为齿数比,即5.96=) gd]_OY7L ③查得:K=0.93 K=0.96 89P7iSV#* ④齿轮的疲劳强度极限 5a2;@}%V 取失效概率为1%,安全系数S=1,公式得: ygK,t*T20 []==0.93×550=511.5 `}a-prT<f &0d5".|s []==0.96×450=432 )]\-Uy$x 许用接触应力 tZ*>S]qD (#qQ;ch ⑤查课本表3-5得: =189.8MP vo~Qo;m =1 $`lGPi(Jc T=9.55×10×=9.55×10×2.93/626.09 e. E$Ej]w =4.47×10N.m @B ?'Mu* 3.设计计算 ]IDhE{ ①小齿轮的分度圆直径d :SZi4:4-J8 EYn9ln_]u =46.42 OL@$RTh ②计算圆周速度 9tmnx')_ 1.52 c s:E^ ③计算齿宽b和模数 wX!0KxR/Z 计算齿宽b e{^lD.E b==46.42mm (I{+% 计算摸数m R(f%*S4 初选螺旋角=14 ,WAJ&
'^ = /NuO>kQa ④计算齿宽与高之比 5)->.* G* 齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50 ?-<>he =46.42/4.5 =10.32 [3x*47o "z ⑤计算纵向重合度 <" 0b8 Z =0.318=1.903 #;;A~d:V ⑥计算载荷系数K "wxyY^" 使用系数=1 'HL.W]( 根据,7级精度, 查课本得 S&Hgr_/}c 动载系数K=1.07, ITz+O=I4R] 查课本K的计算公式: Lg-!,Y
K= +0.23×10×b n9Vr*RKM) =1.12+0.18(1+0.61) ×1+0.23×10×46.42=1.33 3aJYl3:0B 查课本得: K=1.35 O6">Io5 查课本得: K==1.2 8LY^>. 故载荷系数: :*t5? K=K K K K =1×1.07×1.2×1.33=1.71 crgVedx~} ⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 8RS@YO d=d=50.64 \J-D@b; ⑧计算模数 B& 5Md.h = MaF4lFmS 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 :8]y*j 由弯曲强度的设计公式 '<6DLtZl ≥ QM7BFS; &WS'Me ⑴ 确定公式内各计算数值 vu:] [2"0 ① 小齿轮传递的转矩=47.58kN·m L} K8cB 确定齿数z o76{;Bl\O 因为是硬齿面,故取z=24,z=i z=5.96×24=143.04 6yC4rX!a 传动比误差 i=u=z/ z=143.04/24=5.96 ROO@EQ#`Z Δi=0.032%5%,允许 VWk{?*Dp ② 计算当量齿数 EQ>@K-R z=z/cos=24/ cos14=26.27 {??bJRT z=z/cos=144/ cos14=158 q-/t?m0 ③ 初选齿宽系数 h"f_T
[ 按对称布置,由表查得=1 lx> ."rW ④ 初选螺旋角 8KsPAK_ 初定螺旋角 =14 N%)q.'M ⑤ 载荷系数K )kYDN_W K=K K K K=1×1.07×1.2×1.35=1.73 v]}\Ns/ ⑥ 查取齿形系数Y和应力校正系数Y FJn.V1 查得: 8/lgM'Eux 齿形系数Y=2.592 Y=2.211 b&9~F6aM 应力校正系数Y=1.596 Y=1.774 3KtJT&RuL 1I40N[PE) ⑦ 重合度系数Y cNye@}$lu 端面重合度近似为=[1.88-3.2×()]=[1.88-3.2×(1/24+1/144)]×cos14=1.7 {TDZDH =arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos14)=20.64690 !x") uYf =14.07609 WYIv&h<h" 因为=/cos,则重合度系数为Y=0.25+0.75 cos/=0.673 K{ntl-D&y ⑧ 螺旋角系数Y Q^X}7Z|T 轴向重合度 =1.675, FB
%-$ Y=1-=0.82 F?qg?1vB| beNy5~M$ ⑨ 计算大小齿轮的 {vQ:4O!: 安全系数由表查得S=1.25 Y+5aT(6O 工作寿命两班制,8年,每年工作300天 o.s(=iG 小齿轮应力循环次数N1=60nkt=60×271.47×1×8×300×2×8=6.255×10 _ER. AKY 大齿轮应力循环次数N2=N1/u=6.255×10/5.96=1.05×10 bV+2U 查课本得到弯曲疲劳强度极限 &q#.
> 小齿轮 大齿轮 sD|}?7 }i^$
li@ 查课本得弯曲疲劳寿命系数: $oPc,zS-gL K=0.86 K=0.93 RYdI$&] 2UxmKp[ 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 P(a}OlG []= A r<!F/ []= yD@1H(yM
{BgJ=0g? 8\jsGN.$JZ 大齿轮的数值大.选用. k *>"@ g{f7} gTG ⑵ 设计计算 45OAJ?N 计算模数 ? 51i0~O= ,5AEtoF )KGz -!1c 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=50.64来计算应有的齿数.于是由: `Jh<8~1 )JJF}m= z==24.57 取z=25 <(H<*Xf9 <~S]jtL.j: 那么z=5.96×25=149 hE<Sm*HU u'T-}95 V ② 几何尺寸计算 }Kn
l 计算中心距 a===147.2 U*,\UF 将中心距圆整为110 '8(UiB5d X#zp,7j? 按圆整后的中心距修正螺旋角 S)/548=` G& | |