机械设计课程设计同轴式二级圆柱齿轮减速器(得优).doc
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1、 机 械 设 计设计说明书带 式 运 输 机 传 动 系 统 设 计(7)目 录1 设计任务书22 传动方案的拟定33 原动机的选择44 确定总传动比及分配各级传动比65 传动装置运动和运动参数的计算76 传动件的设计及计算97 轴的设计及计算138 轴承的寿命计算及校核199 键联接强度的计算及校核2110 润滑方式、润滑剂以及密封方式的选择2311 减速器箱体及附件的设计2512 设计小结2913 参考文献3014 附图1 设计任务书1.1 课程设计的设计内容设计带式运输机的传动机构,其传动转动装置图如下图-1所示。图1.1带式运输机的传动装置 1.2 课程设计的原始数据已知条件:运输带的
2、工作拉力:F=6800N;运输带的工作速度:v=0.65m/s;卷筒直径:D=320mm;使用寿命:8年, 2班制,每班8小时。1.3 课程设计的工作条件设计要求:误差要求:运输带速度允许误差为带速度的5%;工作情况:连续工作、单向运转;空载起动,工作载荷有轻微冲击;制造情况:中批量生产。2 传动方案的拟定带式运输机的传动方案如下图所示图2-1带式输送机传动系统简图1-电动机;2-联轴器;3-二级圆柱齿轮减速器;4-联轴器;5-滚筒;6-输送带上图为闭式的两级圆柱齿轮减速器传动,其结构简单,尺寸较小,结构紧凑,传动较平稳。 3原动机的选择3.1 选择电动机的类型按照设计要求以及工作条件,选用一
3、般Y系列三相异步电动机,电压为380V。3.2选择电动机的容量3.2.1工作机所需的有效功率式中:工作机所需的有效功率(KW) 带的圆周力(N)3.2.2 电动机的输出功率 根据文献【2】中表3-3(按一般齿轮传动查得)传动装置总效率联轴器效率,一对滚动轴承效率, 闭式圆柱齿轮传动效率(设齿轮精度为8级), 输送机滚筒效率, 则传动系统的总效率为: 工作时电动机所需的功率为: 因工作载荷有轻微冲击,电动机的功率稍大于即可,根据文献【2】中表12-1所示Y系列三相异步电动机的技术参数,可选择电动机的额定功率=5.5(kw)3.3确定电动机的转速根据已知条件,可得输送机滚筒的工作转速为初选同步转速
4、为1500r/min和1000r/min的电动机,有文献【2】中表12-1可知,对应于额定功率为5.5kw的电动机型号分别为Y132S-4型和Y132M2-6型。现将Y132S-4型和Y132M2-6型的电动机有关技术数据及相应算得的总传动比列于表3-1中。表3-1 方案的比较方案号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i外伸轴径D/mm轴外伸长度E/mm1Y132S-45.51500144037.1238802Y132M2-65.5100096024.753880通过对上述两种方案比较可以看出:方案2总传动比为24.75满足圆柱齿轮传动闭式的推荐值,
5、所以选方案2较为合理。Y132M2-6型三相异步电动机的额定功率=5.5kw,满载转速=960r/min。由文献【2】中表12-2查的电动机中心高H=132mm,伸出部分用于装联轴器轴段的直径和长度分别为D=38mm和E=80mm。4 确定总传动比及分配各级传动比4.1传动装置的总传动比式中:总传动比 电动机的满载转速(r/min)4.2 分配传动比根据文献【2】中表3-4查得,闭式圆柱齿轮的传动比的适用范围。所以传动系统各级的传动比的分别如下:两级圆柱齿轮减速器的总传动比5 传动装置运动和动力参数的计算减速器传动装置中各轴由高速轴到低速轴依次编号为0轴、1轴、2轴、3轴、4轴。5.1 各轴的
6、转速5.2各轴输入功率5.3 各轴输入转矩将5.1、5.2、5.3节中的结果列成表格。如下表5-1所示:表5-1 传动系统的运动和动力参数轴号电动机二级圆柱齿轮减速器工作机0轴1轴2轴3轴4轴转速n(r/min)960960192.9638.7938.79功率P/kw5.205.1484.93594.73994.6456转矩T/(N.m)51.7351.21244.291166.961143.73传动比i14.9754.97516传动件的设计及计算6.1高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算6.1.1 材料的选择根据文献【1】中表7-1查得,小直齿圆柱齿轮1选用45Gr钢,7级精度,热处理为调质处理,H
7、BS1=260;大直齿圆柱齿轮2选用45钢,7级精度,热处理为调质处理,HBS2=230。因为此两圆柱齿轮的转速不高,且二者材料硬度差为30HBS,符合软齿面传动的设计要求,也可以有效地防止胶合破坏,另外两齿轮啮合应先保证接触疲劳强度,再校核弯曲强度。小齿轮齿数:初选大齿轮齿数:初选6.1.2确定材料许用接触应力根据文献【1】中图7-18(a)查MQ线, 。小齿轮循环次数小齿轮循环次数根据文献【1】中图7-19查的。根据文献【1】中图7-20查的。根据文献【1】中图7-8查的6.1.3确定小斜齿圆柱齿轮的分度圆直径初定螺旋角,试选载荷系数。小齿轮传递的转矩根据文献【1】中表7-6查的齿宽系数。
8、根据文献【1】中表7-5查的弹性影响系数。根据文献【1】中图7-14查的节点区域系数端面重合度 轴面重合度因,重合度系数螺旋角系数小齿轮直径6.1.4确定实际载荷系数K与修正所计算的分度圆直径按电动机驱动,工作载荷有轻微冲击,根据文献【1】中表7-2取圆周速度故前面取8级精度合理,由齿轮的速度与精度查文献【1】中图7-7得齿宽初定单位宽度载荷值为 根据文献【1】中表7-3取根据文献【1】中表7-4得载荷系数实际载荷系数修正所算的分度圆直径 模数6.1.5齿根弯曲疲劳强度计算根据文献【1】中图7-21取,。根据文献【1】中图7-22查的弯曲疲劳寿命系数。根据文献【1】中表7-8查的弯曲疲劳安全系
9、数。根据文献【1】中图7-23查的尺寸系数。许用弯曲应力初步确定齿高根据文献【1】中图7-11查得载荷当量齿数根据文献【1】中图7-16查得,根据文献【1】中图7-17查得,大齿轮数值大。端面压力角基圆螺旋角的余弦值当量齿轮端面重合度根据文献【1】中图7-25查得螺旋角影响系数则 由于齿轮的模数的大小主要取决于弯曲强度,所以将计算出来的1.70mm按国标圆整为。并根据接触强度计算出的分度圆直径,协调相关参数与尺寸为6.1.6齿轮几何尺寸计算中心距把中心距圆整成167mm。修正螺旋角螺旋角变化不大,所以相关参数不必修正。分度圆直径齿宽取,。表6.1斜齿圆柱齿轮的结构设计尺寸名称符号小齿轮大齿轮螺
10、旋角传动比i4.975齿数z27134基圆螺旋角法面模数2mm端面模数2.07mm法面压力角端面压力角法面齿距6.28mm端面齿距6.50mm法面基圆齿距5.90mm法面齿顶高系数1法面顶隙系数0.25分度圆直径d56.01mm277.99mm基圆直径52.40mm260.07mm齿顶高2mm齿根高2.5mm齿顶圆直径58.01mm279.99mm齿根圆直径51.01mm272.99mm标准中心距a167mm齿宽b50mm45mm6.2低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算由于减速器是同轴式双级圆柱齿轮减速器,所以低速级的齿轮参数须跟高速级一致,考虑到低速载荷较大,材料选用20CrMnTi硬齿面齿轮。具
11、体参数见6.1。7 低速轴的设计及计算7.1 轴的受力分析由上述6.1中低速级齿轮设计可求得大斜齿轮的啮合力:大斜齿轮的圆周力:大斜齿轮的径向力:大斜齿轮的轴向力:7.2轴的材料的选择由于低速轴转速不高,但受力较大,故选取轴的材料为45优质碳素结构钢,调质处理。7.3轴的最小直径根据文献【1】中表12-3按45钢查得根据文献【1】中表11-1按转矩变化小查得按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,根据文献【2】中表16-4查得,选用HL5型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2000000。半联轴器的孔径mm,故取,半联轴器长度mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度mm。7.4 轴的结构设计7.4.1 拟定
12、轴上零件的装配方案 低速轴的装配方案如下图7.4所示,7.4.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 满足半联轴器的轴向定位要求,2-3轴段的左端需要一个定位轴肩,取直径;联轴器左端用轴端挡圈固定,为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,所以应取1-2段的长度比联轴器毂孔长mm稍短一些,取。初步选择滚动轴承。因滚动轴承同时受径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据,根据文献【2】中表15-3中初步选用圆锥滚子轴承30313,其尺寸为,故;而。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。根据文献【2】中表15-3查的30313型轴承的定位轴肩高度h=6mm,因此,取
13、。取安装齿轮处的轴段4-5的直径;齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为45mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应稍短于齿轮轮毂宽度,故取;齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高度h0.07d,故取h=6mm,则轴环处的直径。轴环宽度b1.4h,取。 轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装卸及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离,故取。取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm,考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时。应距箱体内壁一段距离s,取s=8mm,已知滚动轴承宽度T=36mm,则至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。7.4.3 轴上零件的
14、周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。根据文献【2】中表14-10按查得齿轮轮毂与轴连接的平键截面,键槽长为32mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6;同样,联轴器与轴连接的平键截面,半联轴器与轴配合为H7/k6;滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。7.4.4 确定轴上圆角和倒角尺寸根据文献【1】中表12-2查得,取轴端倒角为,各轴肩处的圆角半径见图7.4。图7.4轴的结构与装配7.5 求轴上的载荷首先根据轴的结构图(图7.4)做出轴的设计简图(7.1图)。在确定轴承的支点位置时,应从圆锥滚子轴承值
15、入手。对于30313型圆锥滚子轴承根据文献【2】中表15-3查的,因此,作为简支梁的轴的支承跨距。根据轴的设计简图做出轴的弯矩图和扭矩图如下图7.5所示。图7.5轴的载荷分析图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。现将计算出的截面处的、以及的值如表7-5。表7-5 截面C处的及的值载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T7.6 按弯扭合成应力校核轴的疲劳强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度。因为单向旋转,扭转切应力为脉动循环应力,取,轴的计算应力为 前已选定轴的材料为45钢,调质处理,根据文献【1】中表12-1查得。因此,故安全
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