[工学]机械设计A课程设计说明书.doc
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1、 设 计 计 算 及 说 明机械设计A课程设计设计题目 双级:铸钢车间型砂传送带传动装置设计 内装:1. 机械设计A课程设计任务书 2. 草图1张 3. 展开式两级圆柱齿轮减速器装配图1张 4. 低速轴零件图1张 5. 低速轴大齿轮零件图1张 6. 机械设计A课程设计说明书1份 汽车 工程学院 0614091 设 计 者 施敏 指导教师 张超 完成日期 2012年7月3日成 绩 上 海 工 程 技 术 大 学目录设计说明3传动方案简述4高速级齿轮传动设计10低速级齿轮传动设计16轴与轮毂连接22轴的强度校核26减速器的润滑与密封47减速器箱体及其附件47二级直齿轮减速器设计一 设计说明书1.1
2、 题目:基于SolidWorks减速器参数化设计及运动仿真1.2 任务:(1)减速器装配图(0号) 1张(2)低速轴零件图(2号) 1张(3)低速级大齿轮零件图(2号) 1张(4)设计计算说明书 1份1.3 传动方案:图(1)传动方案示意图1电动机 2V带传动 3展开式双级齿轮减速器4连轴器 5底座 6传送带鼓轮 7传送带各轴代号见第六页1.4 设计参数: (1)传送速度 V=0.63m/s (2)鼓轮直径 D=300mm (3)鼓轮轴所需扭矩 T=700Nm1.5 其它条件:工作环境通风不良、单向运转、双班制工作、试用期限为15年、小批量生产、底座(为传动装置的独立底座)用型钢焊接。二传动方
3、案简述2.1 传动方案说明(简述)2.1.1 将带传动布置于高速级将传动能力较小的带传动布置在高速级,有利于整个传动系统结构紧凑,匀称。另外,将带传动布置在高速级有利于发挥其传动平稳,缓冲吸振,减少噪声的特点。2.1.2 选用闭式斜齿圆柱齿轮闭式齿轮传动的润滑及防护条件最好。而在相同的工况下,斜齿轮传动可获得较小的几何尺寸和较大的承载能力。采用传动较平稳,动载荷较小的斜齿轮传动,使结构简单、紧凑。而且加工只比直齿轮多转过一个角度,工艺不复杂。2.1.3将传动齿轮布置在距离扭矩输入端较远的地方由于齿轮相对轴承为不对称布置,使其沿齿宽方向载荷分布不均。本方案将齿轮布置在距扭矩输入端较远的地方,有利
4、于减少因扭矩引起的载荷分布不均的现象。综上所述,本方案从任务书所给定的条件设计的方案具有合理性,可行性。2.2 电动机的选择2.2.1电动机类型和结构型式根据直流电动机需直流电源,结构复杂,成本高且一般车间都接有三相交流电,所以选用三相交流电动机。又由于Y系列笼型三相异步交流电动机其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、起动性能较好、价格低等优点均能满足工作条件和使用条件。根据需要运送型砂,为防止型砂等杂物掉入电动机,故选用封闭式电动机。根据本装置的安装需要和防护要求,采用卧式封闭型电动机。Y(IP44)笼型封闭自扇冷式电动机,具有防止灰尘或其他杂物侵入之特点。故优先选用卧式封闭型Y系列三相交
5、流异步电动机。2.2.2 选择电动机容量(1)工作机所需功率Pw工作机所需功率及所需的转速 kw由2 P7式(2-3) r/min=40.107r/min=2.940kw式中: V -传送速度; D -鼓轮直径; T-鼓轮轴所需的功率(2) 由电动机至工作机的总效率 带传动V带的效率=0.940.97 取= 0.95一对滚动轴承的效率=0.980.995 取= 0.98一对齿轮传动的效率=0.960.98 取= 0.97联轴器的效率=0.990.995 取= 0.99 (3) 电动机所需的输出功率=pw/=3.531KW(4) 确定电动机的额定功率Ped 又Ped Pd 取 P ed= 4kw
6、2.2.3 电动机额定转速的选择 直接选择转速为1500r/min的电动机 则其满载时的转速为1440r/min2.2.4 确定电动机的型号 初选方案: 电动机型号额定功率kw同步转速r/min最大转矩额定转矩满载转速r/min质量kgY112M-441500 2.31440 43 2.3 总传动比的确定及各级传动比的分配2.3.1 理论总传动比 式中:nm 电动机满载转速2.3.2 各级传动比的分配(1)V带传动的理论传动比初取 3,则 35.9039/3=11.9679 (2)两级齿轮传动的传动比取高速齿轮的 则低速齿轮的传动比 (3)齿轮传动中,高低速级理论传动比的分配取,可使两极大齿轮
7、直径相近,浸油深度接近,有利于浸油润滑。同时还可以使传动装置外廓尺寸紧凑,减小减速器的轮廓尺寸。但过大,有可能会使高速极大齿轮与低速级轴发生干涉碰撞。所以必须合理分配传动比,一般可在中取,演算有符合。2.4 各轴转速,转矩与输入功率2.4.1 各轴理论转速设定:电动机轴为0轴,高速轴为轴,中间轴为轴,低速轴为轴,联轴器为IV轴 (1)电动机 r/min(2)轴 r/min(3)轴r/min(4)轴r/min2.4.2 各轴的输入功率(1)电动机kw(2)轴kw(3)轴kw(4)轴 kw2.4.3 各轴的理论转矩(1)电动机 (2)轴(3)轴(4)轴2.4.4各轴运动和动力参数汇总表(理论值)
8、轴号理论转速(r/min)输入功率(kw)输入转矩(Nmm)传动比电动轴14403.53123.417/第I轴4803.875.60423第II轴120.33093.61228286.68673.989第III轴40.11033.4338817.565332.5 v带传动的设计计算一、确定计算功率查表可得工作情况系数故Pca=KAP=1.14=4.4kw二、选择V带的带型根据,由图可得选用A型带。三、确定带轮的基准直径并验算带速1、初选小带轮的基准直径。查表8-6和8-8可得选取小带轮的基准直径2、验算带速按计算式验算带的速度因为,故此带速合适。3、计算大带轮的基准直径按式(8-15a)计算大
9、带轮的基准直径根据教材表8-8,圆整得=280mm4、确定V带的中心距和基准直径(1)按计算式初定中心距mm (2)按计算式计算所需的基准长度=1599.2446mm查表可选带的基准长度(3)按计算式计算实际中心距中心距的变化范围为。5、验算小带轮上的包角6、计算带的根数(1)计算单根V带的额定功率由查表可得根据n=1440r/min , i=3和A型带,查表可得、。故(2)计算V带的根数Z 故取V带根数为4根7、计算单根V带的初拉力的最小值查表可得A型带的单位长度质量应使带的实际初拉力。8、计算压轴力压轴力的最小值为=1087.085N3.1 高速级齿轮传动设计3.1.1原始数据输入转矩=
10、=Nmm小齿轮转速= 480r/min齿数比=3.8由电动机驱动单向运转、双班制工作、工作寿命为15年、工作机为带式运输机、载荷较平稳。(设每年工作日为300天)3.1.2设计计算一 选精度等级、材料及齿数1为提高传动平稳性及强度,选用斜齿圆柱齿轮2 为简化齿轮加工工艺,选用闭式软齿面传动。小齿轮材料:40cr调质 HBS1=280接触疲劳强度极限MPa 弯曲疲劳强度极限 Mpa 大齿轮材料:45号钢调质 HBS2=240接触疲劳强度极限 MPa (由1P206图10-21c) 弯曲疲劳强度极限 Mpa (由1P204图10-20b)3精度等级选用7级精度4初选小齿轮齿数大齿轮齿数Z2 = Z
11、1= 173.989=685初选螺旋角二 按齿面接触强度设计 计算公式: mm 1 确定公式内的各计算参数数值初选载荷系数小齿轮传递的转矩=Nmm齿宽系数 材料的弹性影响系数 区域系数 , 应力循环次数 接触疲劳寿命系数 接触疲劳许用应力取安全系数 2 计算(1)试算小齿轮分度圆直径=61.483mm(2)计算圆周速度(3)计算齿宽b及模数mnt4计算纵向重合度 =(5) 计算载荷系数 使用系数 动载系数 根据 v=1.541 m/s 7级精度 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数 根据小齿轮相对支承为非对称布置、7级精度、=1 、b=61.483mm,得 KH=1.422 按齿根弯曲强度计
12、算时的齿向载荷分布系数 , , 齿向载荷分配系数、 (6) 按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径 (7) 计算模数 三 按齿根弯曲强度设计 1 确定计算参数(1)计算载荷系数K (2)螺旋角影响系数 根据纵向重合系数,得0.88(3)弯曲疲劳系数KFN 得 ,(4)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.40 得 (5)计算当量齿数ZV取19取75(6)查取齿型系数YF 应力校正系数YS 得 (7)计算大小齿轮的 并加以比较比较所以大齿轮的数值大,故取0.016789。2 计算=2.0731四 分析对比计算结果对比计算结果,取=2.5已可满足齿根弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,
13、需按接触疲劳强度算得的d1=66.116来计算应有的 取Z1=26Z2=104五 几何尺寸计算1 计算中心距阿a将a圆整为168mm2 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d1、d2 4 计算齿轮宽度b =67.199mm 圆整后 70mm 75mm3.3 低速级齿轮传动设计3.3.1原始数据输入转矩= 2.8669Nm小齿轮转速=120.33091 r/min初选小齿轮齿数大齿轮齿数Z2 = Z1= 233取72初选螺旋角由电动机驱动单向运转、双班制工作、工作寿命为15年工作机为带式运输机、载荷较平稳。(设每年工作日为300天)3.3.2设计计算二 按齿面接触强度设计计算
14、公式: mm (由1P216式10-21) 1确定公式内的各计算参数数值初选载荷系数齿宽系数 (由1P201表10-7) 材料的弹性影响系数 Mpa1/2 (由1P198表10-6)区域系数 (由1P215图10-30), (由1P214图10-26)应力循环次数 r接触疲劳寿命系数 (由1P203图10-19)接触疲劳许用应力取安全系数 取 MPa2 计算(1)试算小齿轮分度圆直径=82.9766mm(2)计算圆周速度0.522795m/s(3)计算齿宽b及模数mnt mmmmb/h=10.9932(4)计算纵向重合度(5) 计算载荷系数 使用系数 根据电动机驱动得 动载系数 根据v=0.5
15、47m/s、 7级精度 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数 根据小齿轮相对支承为非对称布置、7级精度,得 1.426 按齿根弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数 根据b/h=10.54、 齿向载荷分配系数、 假设,根据7级精度,软齿面传动,得 =11.021.41.426=1.9278(6) 按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径 mmD3=95mm(7) 计算模数mm三 按齿根弯曲强度设计 1 确定计算参数(1)计算载荷系数K (2)螺旋角影响系数 根据纵向重合系数,得0.88(3)弯曲疲劳系数KFN 得 (4)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 得(5)计算当量齿数ZV 取
16、27 取79(6)查取齿型系数YF 应力校正系数YS 得 (7)计算大小齿轮的 并加以比较比较所以大齿轮的数值大,故取0.01645。2 计算=2.5188 mm四 分析对比计算结果对比计算结果,取=3可满足齿根弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的=95 mm来计算应有的 取30取Z4=90需满足、互质五 几何尺寸计算1 计算中心距阿a将a圆整为179mm2 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 mmmm4 计算齿轮宽度b mm 圆整后 95 mm 100mm四.轴及轮毂连接4.1 高速轴的结构设计4.1.1高速轴上的功率P、转速n、转矩TP=3.8k
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