一级圆锥齿轮减速器..pdf
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1、机械设计课程设计计算说明书 机械设计课程设计 说明书 题目:一级圆锥齿轮减速器 指导老师: 学生姓名: 学号: 所属院系: 机 械 工 程 学 院 专业:机械工程及自动化 班级:机械 10-2 完成日期: 2014 年 1 月 25 日 目录 第一章机械设计课程设计任务书 机械设计课程设计计算说明书 第 页1 1.1 设计题目 . 1 第二章电动机的选择2 2.1 选择电动机类型 . 2 2.2 确定电动机的转速 . 3 第三章各轴的运动及动力参数计算 3.1 传动比的确定. 4 3.2 各轴的动力参数计算. 4 第四章锥齿轮的设计计算 4.1 选精度等级、材料及齿数.5 4.2 按齿面接触强
2、度设计 5 第五章链传动的设计. 8 第六章轴的结构设计 6.1 轴 1(高速轴)的设计与校核9 6.2 轴 2(低速轴)的设计10 第七章对轴进行弯扭校核 7.1 输入轴的校核轴 12 7.2 输入轴的校核 13 第八章轴承的校核 8.1 输入轴的校核 14 8.2 输出轴的校核 15 第九章键的选择与校核 16 第十章减速箱体结构设计 10.1 箱体的尺寸计算. 18 10.2窥视孔及窥视孔 20 设计小结 23 参考文献 24 机械设计课程设计计算说明书 第 页2 第一章机械设计课程设计任务 1.1 设计题目 用于带式运输机的一级圆锥齿轮减速器。 传动装置简图如右图所示。 (1)带式运输
3、机数据 见数据表格。 (2)工作条件 两班制工作,空载启动,单向连续运转, 载荷平稳。运输带速度允许速度误差为 5% 。 (3) 使用期限 图 1 工作期限为十年,每年工作300天;检 修期间隔为三年。 (4) 生产批量 小批量生产。 2. 设计任务 1) 选择电动机型号; 2) 确定链传动的主要参数及尺寸; 3) 设计减速器; 4) 选择联轴器。 3. 具体作业 1) 减速器装配图一张; 2) 零件工作图二张(大齿轮,输出轴) ; 3) 设计说明书一份。 1电动机 2联轴器 3圆锥齿轮减速器 4链传动 5带式运输机 机械设计课程设计计算说明书 第 页3 第二章电动机的选择 2.1 选择电动机
4、类型 因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y系列全封闭 自冷式笼型三相异步电动机, 电压 380V。 1. 电动机容量的选择 1)工作机所需功率 pw FV=2800 1.8=5.04KW 电动机的输出功率Pd pw / 2)效率: 弹性连轴器工作效率 1=0.99 圆锥滚子轴承工作效率 2=0.99 锥齿轮(8 级) 工作效率 3=0.97 滚子连工作效率 4=0.96 传动滚筒工作效率 5=0.96 传动装置总效率 : 12 3 345 0.990.99 30.97 0.960.96=0.87 则所需电动机功率为 : Pd pw / =5.04/0.87=5.7
5、9KW 取 Pd=5.7KW 2.2 电动机转速的选择 滚筒轴工作转速 nw=601000v/ D=60 10001.8/ 320r/min=107r/min (5) 通常链传动的传动比范围为i1=2-5,一级圆锥传动范围为i2=2-4,则总的传动比范 围为 i=4-20, 故电动机转速的可选范围为n机= nwi=(420)107=428-2140 r/min (6) 符合这一范围的同步转速有750 r/min ,1000 r/min ,1500 r/min ,现以同步转速 750 r/min ,1000 r/min ,1500 r/min 三种方案比较,由第六章相关资料查的电动机 数据及计算
6、出的总传动比列于下表 方案电动机型号额定功率( KW )同步转速 / 满载转速 1 Y132S-4 5.5 1500 r/min/1440 r/min 2 Y132M2-6 5.5 1000 r/min/960 r/min 3 Y160M2-8 5.5 750 r/min/720r/min 机械设计课程设计计算说明书 第 页4 4电动机型号的确定 方案 1 电动机轻便,价格便宜,但总的传动比比较大,传动装置外轮廓尺寸大,制造成本高, 结构不紧凑,固不可取。而方案2 与方案 3 比较,综合考虑电动机和传动比,装置的尺寸, 重量价格,及总的传动比,可以看出为使传动装置紧凑,选用方案3 比较好。如果
7、考虑电动 机的重量和价格应选2,现拟选方案 2,选择电动机型号Y132M2-6 。 机械设计课程设计计算说明书 第 页5 第三章各轴的动力参数计算 3.1 传动比的确定 I总=nm /nw=960/107=8.97 取 i2=3,则减速器的传动比i2= 8.97/3 =2.99 3.2 各轴的动力参数计算 0 轴( 电动机轴 ): P0=Pd=5.5KW, n 0=nm=960 r/min, T0=9550 n P 0 0 =54.71N m 1 轴( 高速轴 ): P1=P01 =5.5 0.99=5.445KW n1=n0=960r/min, T1=9550 n P 1 1 =54.1Nm
8、 2 轴(低速轴): P2=P112=P123=5.4450.9 90.9 7=5.22KW n2=n1/i 12=960/3=320r/min T2=9550 n P 2 2 =156Nm 3 轴(滚筒轴): P3=P223=P234=5.220.970.96=4.86KW n3= i n 1 2 = 320/3.5 =91r/min T3=9550P3/n3=510N m 表 2 各轴转速、输入功率、输入转矩 项 目电动机轴高速轴低速轴滚筒轴 转速( r/min)960 960 320 91 功率( kW)5.5 5.445 5.22 4.86 转矩( Nm)54.71 54.1 156
9、510 传动比1 1 3 3.5 机械设计课程设计计算说明书 第 页6 效率0.99 0.96 0.93 0.88 第四章锥齿轮的设计计算 4.1 选精度等级、材料及齿数 1)材料及热处理; 选择小齿轮材料为40Cr(调质) ,硬度为 260HBW ,大齿轮材料为 45 钢(调质),硬度为 230HBW ,二者材料硬度差为30HBS 。 2)工作机一般为工作机器,速度要求不高,故选用7 级精度( GB 10095-88) 3)试选小齿轮齿数Z124则大齿轮齿数 Z2=Z1*i=24 2.5=60 4)分锥角 : 2=arctani=arctan(2.5)=71.57? ;1=90?-2=18.
10、43? 4.2 按齿面接触强度设计 因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算 按式( 1021)试算,即 d12.92 3 2 2 1u KT H Z E 5)确定公式中的各计算数值 (1) 由表 107 选取尺宽系数 R1/3 (2) 由表 106 查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa 由式 1013 计算应力循环次数 N1 60n1jLh6014401(103016)2.76510 9 N2N1/i 1.1 10 9 (3) 由图 1019查得接触疲劳寿命系数KHN10.95;KHN21.0 (4) 按齿面硬度查得 : ?Hmin1=600Mpa ?Hmin2=
11、600MPa (5) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1,安全系数 S1,由式( 1012)得 H1 S HNHN K 11 0.95600MPa 570MPa H2 S HNHN K 22 1600MPa 600MPa 大齿轮的计算值小 , 带入式中进行计算 . 2) 将以上述只带入设计公式进行计算: (1) d12.92 3 2 2 5.2 6 1 1 3 1 74.256.1 585 8.189 机械设计课程设计计算说明书 第 页7 57.17mm (2) 计算圆周速度 : v= 100060 21n d t = 100060 17.57 =2.87m/s (3) 计算载荷系数 :
12、k=kAkvkH kH 查表得 :kA=1.0, kH=kF=1.0,kH =kF=1.25, kV=1.15,k H be=1.251.5=1.875 k=1.01.15 1 1.875=2.156 (4) 修正 d1 d1=d1t(k/kt) 1/3 =557.17(2.156/1.6) 1/3 =63.15mm (5) 计算模数 m m=d1/z1=63.15/24=2.49 3. 按齿根弯曲强度设计 m (1) 计算公式中个参数的值 : k=kAkVkFkF=1.01.15 1.0 1.825=2.156 T=T1=25.74Nm R=1/3 Z1=24,Z2=60 当量齿数 Zv1=
13、 8.21 1 COS Z =25.8, Zv2= 2.68 2 COS Z =161.56 齿形系数 YFa1=2.61,YFa2=2.13 应力校核系数 Ysa1=1.6,Ysa2=1.84 许用弯曲应力 F= S KK FEFN 小齿轮 FE1=500Mpa, KFN1=0.9 大齿轮FE2=380Mpa,KFN2=0.88 取安全系数 S=1.4 则 F1= 4. 1 50085. 0 =303.6Mpa F2= 4.1 50087.0 =310.7Mpa 比较大小齿轮的 F SaFaY Y 值大小 机械设计课程设计计算说明书 第 页8 1 11 F SaFa YY =2.691.57
14、5/321.43=0.0132 2 22 F SaFa YY =.88380/104=0.01655 大齿轮的计算值大 (2) 将以上各数值带入设计公式得: m =2.21 比较计算结果, 有齿面接触强度计算的模数大于有弯曲强度计算的模数,由于齿轮模数大 小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触强度所决定的承载能力仅与齿轮直 径(模数于齿数的乘积)有关,因而可去标准模数m=2.5,按接触强度算得分度圆直径 d=63.15, 小齿轮齿数 z1= m d1 = 5 .2 15.63 =26,大齿轮齿数 z2=uz=2.526=65。 机械设计课程设计计算说明书 第 页9 第五章链传动的设计
15、 1 选择链轮齿数 z1,z 2 假设链速 v 在 0.6-3 之间,取 z1=21,z2=iz1=71,取 z2=71 2 计算功率 Pca 查手册得工作系数kA=1.0 故 Pca=kaP2=3.69KW 3 确定链节数 Lp 初定中心距 a0=(3050)p=(3050) 15.875=477794mm , 取 a0 =600mm 则链节数为 Lp=2a0/p+(z1+z2)/2+p(z2-z1)/2 2 =131.6节取 Lp=132节 4 确定链节数 由教材中图 9-13 按小齿轮转速估计链工作在功率曲线顶点左侧时可能出现链板疲劳破坏, 由表 9-10 查得链轮齿数系数Kz=(z1/
16、19) 1.08 =1,kL=(Lp/100) 0.26 =1.075 选取单排链,由标9-11 查得多排链系数 kp=1.0 所需传递功率为 P0=Pca/kzkLkp=3.629/(1*1.075*1.0)=3.69KW 根据小链轮链速及功率, 由图 9-13 选链号为 10A-1 的单排链,同时也证实原估计链工作在 额定功率曲线顶点左侧是正确的,再由表9-1 查得联结距 p=15.875mm 5 确定链长 L 及中心距 a L=LpP/1000=132*15.875/1000m=2.095m a= 2 12 2 2121 2 8 224 ZZZZ L ZZ L PP p = =616mm
17、 中心减量 a=(0.0020.004)a=(0.0020.004)616=1.22.4mm 实际中心距 a=aa=616(1.22.4)=613.6614.8mm 取 a=614mm 6 验算链速 机械设计课程设计计算说明书 第 页10 v= 100060 11 p zn = 100060 875.1521384 m/s=2.134 m/s 由 V=2.134m/s 和链号 10A-1,查表 9-14 可知应采用油池润滑或油盘飞溅润滑。 7 作用在轴上的压轴力Fp=KFpFe 有效圆周力 Fe=1000P/v=10003.37/2.41N=1406N 按水平布置,取压轴力系数KFp=1.15
18、,Fp=1.151406N=1616 第六章轴的结构设计 6.1 轴 1(高速轴)的设计与校核 1 求该轴上的功率 P1转速 n1和转矩 T1 由前面的计算知: P1=5.445KW,n1=960r/min,T1=54.1N.m 2 求作用在齿轮上的力 小锥齿轮的分度圆直径d1=65mm 平均分度圆直径 dm1=d1(1 0.5 R)=65(10.5 3 1 )=54.16mm 压力角 =20,分锥角 1=21.8 切向力 Ft1= d T m1 1 2 = 16.54 74.252 10 3 N=950.5N 径向力 Fr1=Ft1tan cos1=909.76tan20 cos21.8 N
19、=330N 轴向力 Fa1=Ft1tan sin 1=950.5tan20sin21.8 N=130N 3 初步确定轴 1 的最小直径 按照式 15-2 初步估计轴的最小直径,选取轴的材料为45 钢,调质处理。取A0=112得 d min= 3 1 1 0 n P A = 3 1140 93.3 112=15.54mm 轴的最小端直径是安装的联轴器的直径,应先选取联轴器的类型。 联轴器的计算转矩Tca= TK A1 ,查手册取 KA=1.3, 则 Tca=1.525.6Nm=33.5Nm 按照计算转矩应小于联轴器的公称直径Tca的条件,并考虑电机Y112M-4伸出轴直径为 D=20mm,查标准
20、 GB/T4243-1984 选用 TL4 型弹性柱销联轴器,其公称转矩为63Nm ,半联 轴器的孔径 d=20mm ,故取轴 d=20mm, 半联轴器长度 L=52mm, 定位轴肩 H=(0.070.1)d 4 轴的结构设计 机械设计课程设计计算说明书 第 页11 L1L2 图 5.1 齿轮轴结构示意图 由于小锥齿轮做成齿轮轴, 并采用悬臂布置, 查手册支点跨距 L1与悬臂零件间的距离 L2应满足 L1L2,取 L1=100mm,L 2=50mm 。 i.为了满足半联轴器的轴向定位要求,I-II段需要伸出一轴肩, 故取 II-III段直径 为 28mm ,左端用轴端挡圈固定,按轴端挡圈直径取
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