圆锥圆柱减速器(机械设计课程设计)(最终版)要点.pdf
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1、西安电子科技大学 课程设计报告 班级:041012 组员:王典 04101184 王东旭04101185 刘瑞明04101186 李志辉04101187 薛敏 04101188 田艳妮04101189 指导教师:陈永琴 材料目录 序号名称数量 1 课程设计任务书1 2 课程设计计算说明书1 3 零件图3 4 减速器装配图1 1 西 安 电 子 科 技 大 学 机械设计课程设计任务书 设计题目 :圆锥圆柱式减速器设计 院系:机电工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 学生姓名 : 指导教师 : 机械设计课程设计任务书 一、设计题目 (圆锥圆柱式) 设计一链板式输送机的传动机构,其传动简图如下:
2、2 1 电动机 2 联轴器 3 减速器 4 链传动 5 输送链 二、已知数据 输送机链条总拉力F= 6000 (N) 输送机链条速度V= 0.8 (sm) 输送机链轮节圆直径D= 300 (mm) 输送链链轮轴上效率96.0 w (包括链轮与轴承的功率损失) 工作年限5 年, 每日工作2 班 输送链速度允许误差为5 三、工作条件:连续单向运转,有轻微振动,灰尘较多,小批量生产。 四、设计工作量 1 零件工作图 13 张(各零部件三维模型) 2 减速器装配图一张(三维装配模型、运动仿真模拟) 3 设计计算说明书一份 设计计算说明书 目录 一、设计方案的布置 2 XX 1 2 3 4 5 Fv 3
3、 二、电动机的选择 3 三、计算总传动比及分配各级的传动比 4 四、运动参数及动力参数计算 5 五、传动零件的设计计算 7 1、圆锥齿轮传动设计计算 2、圆柱齿轮设计计算 六、轴的设计计算 15 1、输入轴的设计 2、中间轴的设计 3、输出轴的设计 4、轴的校核(以中间轴为例) 七、滚动轴承的选择及校核计算 26 八、箱体的设计 九、联轴器的选择 28 十、润滑与密封 28 十一、总结 十二、参考文献 29 十三、附录(零件及装配图) 4 设计计算说明书 一、设计方案的布置 设计一链板式输送机的传动机构,其传动简图如下: X X 1 2 3 4 5 Fv 1.电动机 2.联轴器 3.减速器 4
4、.链传动 5.输送链 二、电动机的选择 1. 电动机的类型: 按工作要求和工作条件,选用一般用途的Y 系列三相异步电动机。它为卧式 封闭结构。 2. 功率的确定 2.1 工作机所需功率 w P (kw): w P =Fv/(1000 w)=60000.8/(1000 0.96)= 5kw 2.2 电动机至工作机的总效率 : 通过查机械课程设计手册表1-7 确定各级传动的机械效率: 八级精度圆锥齿轮传动(油润滑) :0.95 八级精度圆柱齿轮传动(油润滑) :0.97 滚子链传动效率: 0.96 w P =5kw 5 弹性柱销联轴器: 0.993 圆柱滚子轴承: 0.98 = 1 3 2 345
5、 =0.9930.983 0.95 0.97 0.96=0.8268 ( 1为联轴器的效率,2为轴承的效率,3为圆锥齿轮传动的效率,4为圆 柱齿轮的传动效率, 5为链传动的效率) 2.3 所需电动机的功率 d P (kw): d P = w P / =5Kw/0.8268=6.0474kw 2.4 电动机额定功率 : dm PP 由表 16-1 选取电动机的额定功率为7.5kw. 3. 确定电动机的型号 工作机转速 w n =60v1000/( D)=51r/min 电动机转速的选择选用常用同步转速1000r/min,1500r/min两种作 对比。 总传动比 i= d n / w n , 其
6、中为 d n 电动机的满载转速。 现将两种电动机的有关数据列于如下表比较。 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 i I Y160M 6 7.5 1000 970 19.02 II Y132M 4 7.5 1500 1440 28.235 由上表可知方案I 总传动比过小,为了能合理的分配传动比,使传动装 置结构紧凑决定选用方案II 。 电动机型号的确定根据电动机功率和同步转速,选定电动机型号为 Y132M 4。查表 12-1 知电动机座中心高为132mm , ,中机座,4 为电动机的极 数。 电动机型号额
7、定功率 (kw) 满载转速 (r/min) 起 动 转矩 / 额定转矩 最 大转矩 / 额定转矩 Y132M 4 7.5 1440 2.2 2.3 =0.8268 d P =6.0474kw w n =51r/min 电动机型号: Y132M 4 6 三、计算总传动比及分配各级的传动比 1. 总传动比: 总 i = m n / w n =1440/51=28.235 2. 分配传动比的基本原则: 在设计两级或多级减速器时, 合理地将传动比分配到各级非常重要。因它 直接影响减速器的尺寸、重量、润滑方式和维护等。 分配传动比的基本原则是: (1) 使各级传动的承载能力接近相等(一般指齿面接触强度)
8、 (2) 使各级传动的大齿轮浸入油中的深度大致相等,以使润滑简便。 (3) 使减速器获得最小的外形尺寸和重量。 对圆锥圆柱齿轮减速器的传动比进行分配时,要尽量避免圆锥齿轮尺寸过 大、制造困难,因而高速机圆锥齿轮的传动比 1 i不宜太大,通常取 1 i=0.25 2 i, 且 1 i3。 3. 初定链传动的传动比: 3 i = 链 i=3.137 减速器的传动比: 减 i=i/ 3 i =28.235/3.137=9 锥齿轮的传动比: 1 i= 减 i25.0=0.53=1.5 柱齿轮的传动比: 2 i=9/1.5=6 四、运动参数及动力参数计算 1. 各轴的转速 n(r/min) 高速轴的转速
9、: 1 n= d n =1440 r/min 中间轴的转速: 2 n= 1 n/ 1 i=1440/1.5=960 r/min 总 i=28.235 1 i=1.5 2 i=6 3 i =3.137 7 低速轴的转速: 3 n = 2 n/ 2 i=960/6=160 r/min 滚筒轴的转速: 4 n= 3 n / 3 i =160/3.137=51r/min 2. 各轴的输入功率P(kw) 高速轴的输入功率: P1 =Pd 1=6.0051kw 中间轴的输入功率: P2 =P1 23=5.591kw 低速轴的输入功率: P3=P2 42=5.315kw 滚筒轴的输入功率: P4=P3 52
10、=5kw 3. 各轴的输入转矩T(Nm) 高速轴的输入转矩: 111 /9550nPT39.825Nm 中间轴的输入转矩: 222 /9550nPT55.619Nm 低速轴的输入转矩: 333 /9550nPT317.239Nm 滚筒轴的输入转矩: 444 /9550nPT936.275Nm 4. 各轴的运动和动力参数 项目转速(r/min) 功率(kw) 扭矩(N*m) 传动比 高速轴 I 1440 6.0051 39.825 1 中间轴960 5.591 55.619 1.5 低速轴160 5.315 317.239 6 滚子链51 5 936.275 3.137 五、传动零件的设计计算
11、(一)圆锥齿轮传动的设计计算 已知数据:传动比u= 1 i=1.5,功率 P=6.0051kw 小齿轮 1 n =1440r/min ,扭矩1 T=39.825 N m 1 n=1440r/min 2 n=960r/min 3 n =160r/min 4 n=51r/min P1=6.0051kW 2 P=5.591kW 3 P =5.315kW 4 P=5kW 1 T=39.825Nm 2 T=55.619Nm 3 T =317.239N m 4 T=936.275Nm 8 大齿轮 2 n=960r/min ,扭矩 2 T=55.619 Nm 1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1.1
12、 选 用闭 式 直 齿圆 锥齿 轮 传 动 , 按 齿 形 制199012369/TGB齿 形角 20,顶隙系数 * 0.2c5,齿顶高系数 * 1 a h,螺旋角0 m ,轴 夹角90,不变位,齿高用顶隙收缩齿。 1.2 根据课本表 10-1, 材料选择,小齿轮材料为 40Cr (调质) , 硬度为 280HBS , 大齿轮材料为 45 钢(调质),硬度为 240HBS 。 1.3 根据课本表 10-8,选择 8 级精度。 2. 按齿面接触疲劳强度设计 公式: 1t d 2.92 3 2 1 2 5. 01u KTZ RR H E 2.1 参数确定 试选载荷系数 t K =1.3 计算小齿轮
13、传递的扭矩 1 T=39.825Nm 选取齿宽系数 R=1/3(锥齿轮R=0.250.35 ) 由课本表 10-6 查得材料弹性影响系数 1 2 189.8 E ZMPa 。 由图 10-21d 按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1=600MPa ,大齿轮的接触疲劳极限 Hlim2=550MPa 。 计算应力循环次数 9 11 10523.253658214406060N h jLn 9 22 10682.15365829606060 h jLnN 由图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 91. 0 1HN K94.0 2HN K 计算接触疲劳许用应力 Mpa S K HN H
14、 54660091. 0 1lim1 1 Mpa S KHN H 51755094.0 2lim2 2 9 2.2 试算小齿轮的分度圆直径 代入 H 中的较小值得 1t d 2.92 3 2 1 2 5.01u KTZ RR H E =79.39 mm 2.3 计算圆周速度 v mmdd tm 16.66 6 5 39.79) 3 1 5 .01( 11 )100060/()( 11n dv m =(3.1415966.161440)/ (601000)=5m/s 3. 修正分度圆直径 齿轮的使用系数载荷状态轻微冲击,查表10-2 得 A K=1。 由图 10-8 查得动载系数 V K =1.
15、27。 由表 10-3 查得齿间载荷分配系数 H K= F K=1。 依据大齿轮两端支承,小齿轮悬臂布置,查表10-9 得轴承系数 beH K=1.25 由公式 H K= F K=1.5 beH K=1.5 1.25=1.875接触强度载荷系数 K = A K V K H K=11.271.875=2.38 按实际的载荷系数修正所得的分度圆直径为: 3 11 / tt KKdd=79.39 3 3.138.2=97.12 mm 4. 选择齿轮及计算相关参数 选取 1 z=24, 2 z= 1 zi=241.5=36 实际传动比 :u=i= 2 z/ 1 z=36/24=1.5 模数 m= 1
16、d/ 1 z=97.12/24=4.047mm, 参考机械原理就近取模数m=4. 实际分度圆直径 1 d=m 1 z=424=96 mm 2 d=m 2 z=436=144 mm 分锥角69.33/1arctan 1 u 2=90 -1=56.31 锥顶距87 2 15.1 96 2 1 22 1 u dRmm 10 齿宽 b= RR= 3187=29 mm 名称代号小圆锥齿轮大圆锥齿轮 齿数z 24 36 模数m 4 分锥角33.69 56.31 分度圆直径d 96 144 齿顶高 a h4 齿根高 f h4.8 锥距R 87 齿宽b 29 5. 弯曲疲劳强度校核 5.1 校核弯曲强度公式如
17、下: F R SaFa F bm YYKT )5.01( 111 = FN SK/ lim 5.2 参数确定: 弯曲强度载荷系数 K= A K V K F K F K=2.38 1 T=39.825 Nm 齿形系数 Fa Y=1.62 应力校正系数 sa Y =2.53 齿宽 b=29 mm 模数 m=4 取 1N K=0.85 88.0 2n K 1lim =500Mpa Mpa380 2lim 疲劳强度安全系数S=1.251.5,取 S=1.4 5.3 计算: MpabmYYKT RSaFaF 724.83)5.01()( 1111 MpaSK FNF 57.3034.1/50085.0/
18、 lim1 1 z=24 2 z=36 m = 4 mm 1 d=96 mm 2 d=144mm 11 MPaSK FNF 86.2384.1/38088.0/ lim2 所以,符合 FF 满足弯曲强度要求,所选参数合适,设计合理。 (二)圆柱齿轮传动的设计计算 已知数据:传动比i=6 功率 P=5.591kw 小齿轮 1 n=960 r/min ,扭矩 1 T= 55.619Nm 大齿轮 2 n=160r/min ,扭矩 =317.239Nm 1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1.1 选用闭式直齿圆柱齿轮传动。 1.2 根据课本表 10-1,选择小齿轮材料40Cr 钢,调质处理,硬度
19、280HBS ; 大齿轮材料 45 钢,调质处理,硬度240HBS 。 1.3 根据课本表10-8,运输机为一般工作机器,速度不高,故选用8 级精 度。 1.4 试选小齿轮齿数 1 z=20 则 2 z=u 1 z= 2 i 1 z=620=120 2.按齿面接触疲劳强度设计 公式: 3 2 1 1 2 H HE d t t ZZ u u TK d 2.1 确定参数: 试选载荷系数 t K =1.3 计算小齿轮传递的转矩 1 T=55.619Nm 由表 10-7 选取齿宽系数 d=1 由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 E Z=189.8 2 1 MPa 由图 10-30取出 H Z=2.
20、5 由图 10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 1limH =600Mpa, 大齿轮的接触疲劳强度极限 2limH=550Mpa。 1 z=20 2 z=120 12 计算应力循环次数 h jLnN 21 60=609601(283655)=1.68210 9 2 N= 1 N/u=1.682 10 9 /6=2.81 10 8 由图 10-19 取接触疲劳寿命系数94. 0 1HN K,05. 1 2HN K。 计算接触疲劳许用应力取安全系数 S=1 S K HHN H 1lim1 1 =0.94600/1=564 MPa S K HHN H 2lim2 2 =1.05550/
21、1=577.5Mpa 2.2 计算 试算试算小齿轮的分度圆直径,带入 H 中的较小值得 3 2 1 1 2 H HE d t t ZZ u u TK d= 3 2 564 8.1895.2 6 16 1 556193.1 mm =49.227mm 计算圆周速度 100060 21 nd v t = 100060 960227.4914.3 m/s=2.474m/s 计算齿宽 td db 1 =149.227=49.227 2.3 修正法面分度圆直径 根据 v=2.474m/s,由图 10-8 查得动载荷系数 V K =1.15; 直齿轮, H K= F K=1 由表 10-2 查得使用系数 A
22、 K=1 由表 10-4 用插值法查得 8 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时, H K=1.453。 由 h b =8.89, H K=1.453 查图 10-13 得 F K=1.35; 故载荷系数 K = A K V K H K F K=11.15 11.35=1.67 13 按实际的载荷系数修正所得的分度圆直径: 3 11 t t K K dd= 3 3 .1 67. 1 49.227=53.526mm 3. 几何尺寸计算 3.1 计算模数 m : 1 1 z d m=53.526/20=2.6763 选取标准模数:法面模数m=2.5 3.2 计算分度圆直径 1 d= 1 zm=20
23、2.5mm =50mm 2 d= 2 zm=120 2.5mm =300mm 3.3 计算中心距 a=( 1 d+ 2 d)/2=(50+300)/2=175mm 3.4 计算齿轮宽度 b= d1 d=150mm=50mm 3.5 低速级齿轮传动的尺寸 名称代号圆柱小齿轮圆柱大齿轮 齿数z 20 120 法面模数m 2.5 法面压力角a 20 传动比i 6 分度圆直径d 50 300 齿顶圆直径 a d55 305 齿根圆直径 f d43.75 293.75 中心距a 175 齿宽b 55 50 m =2.5 1 z=20 2 z=120 1 d=50mm 2 d=300mm 14 4. 按齿
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