机械设计课程设计二级斜齿圆柱齿轮减速器.doc
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1、机械设计(论文)说明书 题 目:二级斜齿圆柱齿轮减速器 系 别: XXX系 专 业: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 职 称:二零一二年五月一日目 录第一部分 课程设计任务书-3第二部分 传动装置总体设计方案-3第三部分 电动机的选择-4第四部分 计算传动装置的运动和动力参数-7第五部分 齿轮的设计-8第六部分 传动轴承和传动轴及联轴器的设计-17第七部分 键连接的选择及校核计算-20第八部分 减速器及其附件的设计-22第九部分 润滑与密封-24设计小结-25参考文献-25第一部分 课程设计任务书一、设计课题: 设计一用于带式运输机上的两级展开式圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不
2、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11年(300天/年),2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。二. 设计要求:1.减速器装配图一张(A1或A0)。2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3或A2)。3.设计说明书一份。三. 设计步骤:1. 传动装置总体设计方案2. 电动机的选择3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数5. 设计V带和带轮6. 齿轮的设计7. 滚动轴承和传动轴的设计8. 键联接设计9. 箱体结构设计10. 润滑密封设计11. 联轴器设计第二部分 传动装置总体
3、设计方案1.组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。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,要求轴有较大的刚度。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。其传动方案如下:图一: 传动装置总体设计图初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。选择V带传动和二级圆柱斜齿轮减速器(展开式)。计算传动装置的总效率ha:ha=h1h23h32h4h5=0.960.9830.9720.990.96=0.81h1为V带的效率,h2为轴承的效率,h3为齿轮啮合传动的效率,h4为联轴器的效率,h5为滚筒的效率(包括滚筒和对应轴承的效率)。第三部分 电动机的
4、选择1 电动机的选择皮带速度v:v=0.65m/s工作机的功率pw:pw= 2.43 KW电动机所需工作功率为:pd= 3 KW执行机构的曲柄转速为:n = 33.6 r/min 经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i1=24,二级圆柱斜齿轮减速器传动比i2=840,则总传动比合理范围为ia=16160,电动机转速的可选范围为nd = ian = (16160)33.6 = 537.65376r/min。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,选定型号为Y132S-6的三相异步电动机,额定功率为3KW,满载转速nm=960r/min,同步转速1000r/m
5、in。2 确定传动装置的总传动比和分配传动比(1)总传动比: 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:ia=nm/n=960/33.6=28.6(2)分配传动装置传动比:ia=i0i 式中i0,i1分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取i0=2,则减速器传动比为:i=ia/i0=28.6/2=14.3取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为:i12 = 则低速级的传动比为:i23 = 3.2第四部分 计算传动装置的运动和动力参数(1)各轴转速:nI = nm/i0 = 960/2 = 480 r/minnII = nI/i12 = 480
6、/4.47 = 107.4 r/minnIII = nII/i23 = 107.4/3.2 = 33.6 r/minnIV = nIII = 33.6 r/min(2)各轴输入功率:PI = Pdh1 = 30.96 = 2.88 KWPII = PIh2h3 = 2.880.980.97 = 2.74 KWPIII = PIIh2h3 = 2.740.980.97 = 2.6 KWPIV = PIIIh2h4 = 2.60.980.99 = 2.52 KW 则各轴的输出功率:PI = PI0.98 = 2.82 KWPII = PII0.98 = 2.69 KWPIII = PIII0.98
7、 = 2.55 KWPIV = PIV0.98 = 2.47 KW(3)各轴输入转矩:TI = Tdi0h1 电动机轴的输出转矩:Td = = 29.8 Nm 所以:TI = Tdi0h1 = 29.820.96 = 57.2 NmTII = TIi12h2h3 = 57.24.470.980.97 = 243.1 NmTIII = TIIi23h2h3 = 243.13.20.980.97 = 739.5 NmTIV = TIIIh2h4 = 739.50.980.99 = 717.5 Nm 输出转矩为:TI = TI0.98 = 56.1 NmTII = TII0.98 = 238.2 N
8、mTIII = TIII0.98 = 724.7 NmTIV = TIV0.98 = 703.1 Nm第五部分 V带的设计1 选择普通V带型号 计算功率Pc:Pc = KAPd = 1.13 = 3.3 KW 根据手册查得知其交点在A型交界线范围内,故选用A型V带。2 确定带轮的基准直径,并验算带速 取小带轮直径为d1 = 100 mm,则:d2 = n1d1(1-e)/n2 = i0d1(1-e) = 2100(1-0.02) = 196 mm 由手册选取d2 = 200 mm。 带速验算:V = nmd1/(601000)= 960100/(601000) = 5.02 m/s介于525m
9、/s范围内,故合适。3 确定带长和中心距a0.7(d1+d2)a02(d1+d2)0.7(100+200)a02(100+200)210a0600 初定中心距a0 = 405 mm,则带长为:L0 = 2a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/(4a0)= 2405+(100+200)/2+(200-100)2/(4405)=1287 mm 由表9-3选用Ld = 1250 mm,确定实际中心距为:a = a0+(Ld-L0)/2 = 405+(1250-1287)/2 = 386.5 mm4 验算小带轮上的包角a1:a1 = 1800-(d2-d1)57.30/a= 1800-(200-
10、100)57.30/386.5 = 165.2012005 确定带的根数:Z = Pc/(P0+DP0)KLKa)= 3.3/(0.78+0.12)0.930.96) = 4.11故要取Z = 5根A型V带。6 计算轴上的压力: 由初拉力公式有:F0 = 500Pc(2.5/Ka-1)/(ZV)+qV2= 5003.3(2.5/0.96-1)/(55.02)+0.105.022 = 108 N 作用在轴上的压力:FQ = 2ZF0sin(a1/2)= 25108sin(165.2/2) = 1070.9 N第六部分 齿轮的设计(一) 高速级齿轮传动的设计计算1 齿轮材料、热处理及精度: 考虑此
11、减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用软齿面渐开线斜齿轮。 1) 材料:高速级小齿轮选用40Cr钢调质,齿面硬度为小齿轮:274286HBW。高速级大齿轮选用45钢调质,齿面硬度为大齿轮:225255HBW。取小齿齿数:Z1 = 23,则:Z2 = i12Z1 = 4.4723 = 102.81 取:Z2 = 103 2) 初选螺旋角:b = 160。2 初步设计齿轮传动的主要尺寸,按齿面接触强度设计:确定各参数的值: 1) 试选Kt = 2.5 2) T1 = 57.2 Nm 3) 选取齿宽系数yd = 1 4) 由表8-5查得材料的弹性影响系数ZE = 189.8 5) 由图8-1
12、5查得节点区域系数ZH = 2.42 6) 由式8-3得:ea = 1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)cosb = 1.88-3.2(1/23+1/103)cos160 = 1.644 7) 由式8-4得:eb = 0.318ydZ1tanb = 0.318123tan160 = 2.1 8) 由式8-19得:Ze = = = = 0.78 9) 由式8-21得:Zb = = = 0.98 10) 查得小齿轮的接触疲劳强度极限:sHlim1 = 650 MPa,大齿轮的接触疲劳强度极限:sHlim2 = 530 MPa。 11) 计算应力循环次数:小齿轮应力循环次数:N1 = 60nkth
13、 = 6048011130028 = 1.52109大齿轮应力循环次数:N2 = 60nkth = N1/u = 1.52109/4.47 = 3.4108 12) 由图8-19查得接触疲劳寿命系数:KHN1 = 0.88,KHN2 = 0.9 13) 计算接触疲劳许用应力,取失效概率为1%,安全系数S=1,得:sH1 = = 0.88650 = 572 MPasH2 = = 0.9530 = 477 MPa许用接触应力:sH = (sH1+sH2)/2 = (572+477)/2 = 524.5 MPa3 设计计算:小齿轮的分度圆直径:d1t:= = 54.7 mm4 修正计算结果: 1)
14、确定模数:mn = = = 2.29 mm取为标准值:2.5 mm。 2) 中心距:a = = = 163.8 mm 3) 螺旋角:b = arccos = arccos = 160 4) 计算齿轮参数:d1 = = = 60 mmd2 = = = 268 mmb = dd1 = 60 mmb圆整为整数为:b = 60 mm。 5) 计算圆周速度v:v = = = 1.51 m/s由表8-8选取齿轮精度等级为9级。 6) 同前,ZE = 189.8。由图8-15查得节点区域系数为:ZH = 2.42。 7) 由式8-3得:ea = 1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)cosb = 1.88-
15、3.2(1/23+1/103)cos160 = 1.644 8) 由式8-4得:eb = 0.318ydZ1tanb = 0.318123tan160 = 2.1 9) eg = ea+eb = 3.744 10) 同前,取:eb = 1Ze = = = = 0.78 11) 由式8-21得:Zb = = = 0.98 12) 由表8-2查得系数:KA = 1,由图8-6查得系数:KV = 1.1。 13) Ft = = = 1906.7 N = = 31.8 54.9所以齿面接触疲劳强度足够。5 校核齿根弯曲疲劳强度:(1) 确定公式内各计算数值: 1) 当量齿数:ZV1 = Z1/cos3
16、b = 23/cos3160 = 25.9ZV2 = Z2/cos3b = 103/cos3160 = 115.9 2) eaV = 1.88-3.2(1/ZV1+1/ZV2)cosb= 1.88-3.2(1/25.9+1/115.9)cos160 = 1.662 3) 由式8-25得重合度系数:Ye = 0.25+0.75cos2bb/eaV = 0.67 4) 由图8-26和eb = 2.1查得螺旋角系数Yb = 0.86 5) = = 3.4前已求得:KHa = 1.753.4,故取:KFa = 1.75 6) = = = 10.67且前已求得:KHb = 1.37,由图8-12查得:K
17、Fb = 1.34 7) K = KAKVKFaKFb = 11.11.751.34 = 2.58 8) 由图8-17、8-18查得齿形系数和应力修正系数:齿形系数:YFa1 = 2.61 YFa2 = 2.17应力校正系数:YSa1 = 1.61 YSa2 = 1.83 9) 由图8-22c按齿面硬度查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限为:sFlim1 = 500 MPa sFlim2 = 380 MPa 10) 同例8-2:小齿轮应力循环次数:N1 = 1.52109大齿轮应力循环次数:N2 = 3.4108 11) 由图8-20查得弯曲疲劳寿命系数为:KFN1 = 0.84 KFN2 = 0.
18、86 12) 计算弯曲疲劳许用应力,取S=1.3,由式8-15得:sF1 = = = 323.1sF2 = = = 251.4 = = 0.01301 = = 0.0158大齿轮数值大选用。(2) 按式8-23校核齿根弯曲疲劳强度:mn = = 1.62 mm1.622.5所以强度足够。(3) 各齿轮参数如下:大小齿轮分度圆直径:d1 = 60 mmd2 = 268 mmb = ydd1 = 60 mmb圆整为整数为:b = 60 mm圆整的大小齿轮宽度为:b1 = 65 mm b2 = 60 mm中心距:a = 164 mm,模数:m = 2.5 mm(二) 低速级齿轮传动的设计计算1 齿轮
19、材料、热处理及精度: 考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用软齿面渐开线斜齿轮。 1) 材料:高速级小齿轮选用40Cr钢调质,齿面硬度为小齿轮:274286HBW。高速级大齿轮选用45钢调质,齿面硬度为大齿轮:225255HBW。取小齿齿数:Z3 = 25,则:Z4 = i23Z3 = 3.225 = 80 取:Z4 = 80 2) 初选螺旋角:b = 150。2 初步设计齿轮传动的主要尺寸,按齿面接触强度设计:确定各参数的值: 1) 试选Kt = 2.5 2) T2 = 243.1 Nm 3) 选取齿宽系数yd = 1 4) 由表8-5查得材料的弹性影响系数ZE = 189.8
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