机械设计课程设计带式运输机的展开式两级圆柱齿轮减速器设计.doc
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1、机械设计计算说明书 机械设计课程设计计算说明书 设计题目:带式运输机的展开式两级圆柱齿轮减速器设计301专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 完 成 日 期 2016.11.20 目录一、传动方式的选择4二、选择电动机41电动机类型的选择42电动机功率的选择43电动机转速的选择54电动机型号的确定5三、传动装置的运动学和动力学参数计算51总传动比及其分配52传动装置中各轴的转速计算63传动装置中各轴的功率计算64传动装置中各轴的输入转矩计算6四、带传动设计71确定带传动的额定功率72选取带传动的类型73确定带轮基准直径74确定v带的基准长度和带传动的中
2、心距85验算主动轮上的包角86计算带的根数87计算带传动的预紧力99、带轮结构设计9五、高速级齿轮传动的设计101选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数102按齿面接触疲劳强度设计103计算齿轮传动的几何尺寸124校核齿根弯曲疲劳强度125齿轮结构设计13六、低速级齿轮传动的设计151选定低速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数152按齿面接触疲劳强度设计153计算齿轮传动的几何尺寸174校核齿根弯曲疲劳强度175. 齿轮结构设计18七、轴的初步设计计算201. 轴的材料选择202. 轴的最小半径估算203高速轴的结构设计204中间轴的结构设计215低速轴的结构设计22七、键的选择23八、滚
3、动轴承的选择23九、联轴器的选择24十、箱体及其附件设计24十一、润滑、密封设计241齿轮和轴承润滑242密封的设计25十二、设计小结251课程设计的体会252设计的减速器的优缺点及改进建议25十三、参考文献25一、 传动方式的选择根据题目所给传动方式进行设计二、选择电动机1电动机类型的选择根据动力源和工作条件,选用Y系列三相异步电动机。2电动机功率的选择已知运输机工作轴转矩为T=800Nm,输送带卷筒的直径D=360mm。则工作机的拉力F=2D=280036010-3=4444.4N。工作机所需要的有效功率Pw为 其中,为工作机的传动效率。传动装置总效率为其中,各传动机构的效率,根据表2-4
4、可查出: 为带传动的效率; 为一级圆柱齿轮传动的效率; 为一对滚动轴承传动效率; 为弹性联轴器的效率。电动机所需功率为由表16-3可选取电动机的额定功率为7.5KW。3电动机转速的选择电动机通常采用的同步转速有1000r/min和1500r/min两种,现对两种转速作对比。由表16-3可知,同步转速是1000r/min的电动机,其满载转速是1440r/min。工作机的转速为 总传动比i=,其中为电动机的满载转速。现将两种电动机的有关数据列于表1-1作比较。表1-1 两种电动机的数据比较方案电动机型号额定功率/kw同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比iY160M-67.510
5、0096015.072Y132M-47.51500144022.608由表1-1可知,两种方案的总传动比相差不大,为了满足工作要求,选择方案。 4电动机型号的确定根据电动机功率和同步转速,选定电动机的型号为Y132M-4,查表16-3、16-4知电动机的有关参数如下:电动机的额定功率P=7.5KW电动机满载转速nm=1440r/min电动机外伸轴直径D=38mm电动机外伸轴长度E=80mm三、传动装置的运动学和动力学参数计算1总传动比及其分配总传动比;根据表2-2,选v带传动的传动比;减速器的传动比;考虑两级齿轮润滑问题,两级大齿轮应有相近的浸油深度。根据式2-8,两级齿轮减速器高速级传动比与
6、低速级传动比的比值取1.3,即,则2传动装置中各轴的转速计算根据传动装置中各轴的安装顺序,对轴依次编号为:0轴、轴、轴、轴、轴。3传动装置中各轴的功率计算4传动装置中各轴的输入转矩计算 将传动装置中各轴的功率、转速、转矩列表,如表1-2所示:表1-2 各轴的运动和动力参数参数轴名0轴 轴轴轴轴转速n/(rmin-1)1440450148.46663.69263.692功率P/KW6.6636.3966.0805.7805.608转矩T(N.M)44.189137.737391.093866.655840.865传动比i3.23.0312.3311四、带传动设计 1确定带传动的额定功率已知;,。
7、由所引用的机械设计教材中的表8-8,查出带传动的工作情况系数,则。2选取带传动的类型根据、,由机械设计教材中的图8-11可知,选用A型窄v带。3确定带轮基准直径由机械设计教材中的表8-9、图8-11取主动轮(小带轮)基准直径,从动轮(大带轮)基准直径,由表8-9取。带传动的实际传动比,与总传动比分配的带传动的传动比基本 一致。按机械设计教材中的式8-13,验算v带的线速度为vv=dd1nm601000=3.14140144060000=10.55m/s25m/s所以v带的线速度合适。4确定v带的基准长度和带传动的中心距根据0.7(dd1+dd2)02(dd1+dd2),初步确定带传动的中心距,
8、取=850mm。,由机械设计教材中的表8-2选带的基准长度。计算带传动的实际中心距5验算主动轮上的包角所以,主动轮上的包角是合适的。6计算带的根数由,查机械设计教材中的表8-4,由线性关系得:;查表8-5得:;查表8-6得;查表8-2得 :则 取根。7计算带传动的预紧力查机械设计教材中表8-3得:单位长度质量q=0.105kg/m,则 8计算作用在带轮轴上的压轴力带的主要参数列于表1-3中表1-3 带传动的主要参数名称结果名称结果名称结果带型SPA传动比I1=3.214根数Z=3带轮基准直径基准长度 Ld=2700预紧力F0=185.38N中心距压轴力FP=1112.27N9带轮结构设计由表8
9、-11得:则带轮轮缘宽度:。大带轮的轮毂直径由后续高速轴设计来定,。带轮的轮毂宽度L:当时,取。带轮结构图见零件图。五、高速级齿轮传动的设计1选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数(1)齿轮传动的类型:按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。(2)精度等级:由于输送机为一般工作机械,速度不高,故选用8级精度齿轮传动。(3)齿轮材料:由机械设计中表10-1选择小齿轮材料为45钢,并进行调质处理,平均硬度为240HBS,大齿轮材料为45钢,并进行正火处理,平均硬度为190HBS。大、小齿轮的硬度差为50HBS。(4)选择小齿轮齿数:则大齿轮齿数,取。齿数比(5)选择齿宽系数:按软齿面齿轮,非对称安装,
10、查表10-7,取齿宽系数。(6)初选螺旋角:。2按齿面接触疲劳强度设计1)确定公式内各项参数值(1)由机械设计教材图10-20,选取区域系数。(2)大、小齿轮均采用45钢锻造,由机械设计教材表10-5,查得材料系数。(3)重合度系数,由机械设计教材计算得Z=0.54。(4)螺旋角系数(5)小齿轮传递的扭矩为(6)试选载荷系数。(7)根据齿面硬度,由机械设计教材图10-25查得小齿轮接触疲劳强度极限,大齿轮接触疲劳强度极限。(8)计算应力循环次数按,式中:为齿轮每转一圈时,同一齿面啮合的次数。在此取,为齿轮的工作寿命,单位为小时。所以(9)由教材图10-23查得接触疲劳寿命系数,。(10)计算许
11、用接触疲劳应力。取安全系数,失效率为。则2)设计计算(1)计算齿轮分度圆直径。(2)计算圆周速度。(3)计算载荷系数由教材表10-2查得:使用系数;根据、8级精度,由机械设计教材图10-8和表10-3查得动载荷系数;,。(4)校正分度圆直径。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,得mm(5)计算齿轮模数。取齿轮模数。3计算齿轮传动的几何尺寸(1)中心距。将中心距圆整为(2)按圆整后的中心距修正螺旋角。(3)计算大小齿轮的分度圆直径。(4)计算齿轮宽度。取。所以,大齿轮宽度,小齿轮宽度。4校核齿根弯曲疲劳强度1)确定公式内各项参数值(1)从教材图10-24,按齿面硬度查得:小齿轮的弯曲疲劳强度极
12、限;大齿轮的弯曲疲劳强度极限。(2)由机械设计教材图10-15,按应力循环次数N1=7.884108 N2=2.6108查的弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.92, KFN2=0.94.(3)计算许可弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4,可得F1=KFN1lim1S=2400.921.4=157.7MPaF2=KFN2lim2S=1800.941.4=120.9MPa(4)计算当量齿数。zv1=z1cos3=31cos314.305=34.07zv2=z2cos3=94cos314.305=103.31(5)查取齿数系数及应力校正系数。由机械设计教材查得,YFa1=2.02,YFa2=1.9
13、5,YSa1=1.89。YSa1=1.81。(6)计算大小齿轮的YFaYSaF,并加以比较:YFa1YSa1F1=2.021.89157.7=0.02421YFa2YSa2F2=1.951.81120.9=0.02919所以,大齿轮的YFaYSaF数值大。(7)选取螺旋角系数Y=0.62。(8)重合度系数Y,由机械设计教材知Y=0.630.87,齿数多时取小值,取Y=0.65。2)校核计算F2=22.4791.37737105646421.951.810.620.65 =118.60MPaF2所以,齿根弯曲疲劳强度满足要求。5. 齿轮结构设计由于小齿轮1的直径较小,故采用齿轮轴结构。大齿轮2采
14、用孔板式结构,结构尺寸按本书的表5-11的经验公式来计算,大齿轮2的孔径根据后续设计的中间轴配合部分的直径来确定,设计结果列于表1-4。表1-4 大齿轮结构尺寸名称结构尺寸及经验计算公式结果/mm毂孔直径dh根据中间轴设计而定dh=d2470轮毂直径D1D1=1.6dh112轮毂宽度lL=(1.21.5) dh=729064腹板最大直径D2D2da-(1014)mn165板孔分布圆直径D0D0=0.5D1+D2138.5板孔直径d0d0=1525mm18腹板厚度CC=0.20.3b20大齿轮2的结构草图如下图所示,高数级齿轮传动的尺寸列于下表.大齿轮结构草图表1-5 高速级齿轮传动的尺寸名称计
15、算公式结果/mm法面模数mn2法面压力角n20螺旋角14.305齿数z1z23194传动比i23.032分度圆直径d1d264194.016齿顶圆直径da1=d1+2ha*mnda2=d2+2ha*mn68198.016齿根圆直径d11=d1-2(ha*+c*)mnd12=d2-2(ha*+c*)mn59189.016中心距=(z1+z2)mn2cos129齿宽b1=b+5b2=b6964六、低速级齿轮传动的设计1选定低速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数(1)齿轮传动的类型:按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。(2)精度等级:由于输送机为一般工作机械,速度不高,故选用7级精度齿轮传动。(3)齿轮
16、材料:由机械设计中表10-1选择小齿轮材料为45钢,并进行调质处理,平均硬度为220HBS,大齿轮材料为45钢,并进行正火处理,平均硬度为170HBS。大、小齿轮的硬度差为50HBS。(4)选择小齿轮齿数:则大齿轮齿数,取。齿数比(5)选择齿宽系数:按软齿面齿轮,非对称安装,查表10-7,取齿宽系数。(6)初选螺旋角:。2按齿面接触疲劳强度设计1)确定公式内各项参数值(1)由机械设计教材图10-20,选取区域系数。(2)大、小齿轮均采用45钢锻造,由机械设计教材表10-5,查得材料系数。(3)重合度系数,由机械设计教材计算得Z=0.8。(4)螺旋角系数(5)小齿轮传递的扭矩为(6)试选载荷系数
17、。(7)根据齿面硬度,由机械设计教材图10-25查得小齿轮接触疲劳强度极限,大齿轮接触疲劳强度极限。(8)计算应力循环次数按,式中:为齿轮每转一圈时,同一齿面啮合的次数。在此取,为齿轮的工作寿命,单位为小时。所以(9)由教材图10-23查得接触疲劳寿命系数,。(10)计算许用接触疲劳应力。取安全系数,失效率为。则2)设计计算(1)计算齿轮分度圆直径。(2)计算圆周速度。(3)计算载荷系数由教材表10-2查得:使用系数;根据、7级精度,由机械设计教材图10-8和表10-3查得动载荷系数;,。(4)校正分度圆直径。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,得mm(5)计算齿轮模数。取齿轮模数。3计算齿
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