《机械设计》课程设计说明书-某一带式运输机用二级锥齿轮—斜齿圆柱齿轮减速器.doc
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1、仲恺农业技术学院机电工程学院仲恺农业技术学院机电工程学院 机械设计机械设计课程设计课程设计 说明书说明书 班级班级: :机械机械 072072 班班 学号学号: : 姓名姓名: : 指导老师指导老师: : 仲恺农业工程学院仲恺农业工程学院 20092009 年年 1 1 月月 1 1 日日 目录目录 机械设计机械设计课程设计课程设计 .1 说明书说明书 .1 设计任务书设计任务书 .2 设计步骤设计步骤 .3 电动机的选择电动机的选择 .5 传动件的设计计算传动件的设计计算 .7 圆锥直齿轮设计圆锥直齿轮设计.7 圆锥直齿轮计算圆锥直齿轮计算.8 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计.9 圆柱
2、斜齿轮设计圆柱斜齿轮设计 .11 轴的设计轴的设计 .15 轴的材料选择和最小直径的估算轴的材料选择和最小直径的估算.15 轴的结构设计轴的结构设计.16 轴的校核轴的校核.19 求轴上的载荷求轴上的载荷.20 按弯扭合成应力校核轴的强度按弯扭合成应力校核轴的强度.22 滚动轴承的选择和验算滚动轴承的选择和验算 .25 键的强度校核键的强度校核 .26 联轴器的选择和验算联轴器的选择和验算 .27 减速器的润滑减速器的润滑 .28 箱体结构的设计箱体结构的设计 .28 设计小结设计小结 .31 参考文献参考文献 .32 设计任务书设计任务书 题目:题目:610设计某一带式运输机用二级锥齿轮斜齿
3、圆柱齿轮减速器。运输机二 班制连续工作,单向运转,载荷平稳,室内工作,有粉尘。减速器小批量生产,使用 期限 10 年,运输带速度允差 5。 学号学号F(KN)V(m/s)D(mm) 082.31.5450 二. 设计要求 1.减速器装配图一张; 2.零件工作图若干张(传动零件、轴和箱体等,具体由教师指定); 3.设计计算说明书一份 4. 机械设计课程设计结束时进行课程设计总结和答辩。 设计步骤设计步骤 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. 齿轮的设计 6. 滚动轴承和传动轴的设计 7. 键联接设计 8
4、. 箱体结构设计 9. 润滑密封设计 10. 联轴器设计 传动装置总体设计方案传动装置总体设计方案: : 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: 原始数据:原始数据:输送带的拉力 F=2.3kN;输送带的线速度V=1.5m/s;驱动滚 筒直径 D=450mm;工作机传动效率取为 0.96。 工作条件:工作条件:运输机二班制连续工作,单向运转,载荷平稳,室内工作,有粉尘。减速 器小批量生产,使用期限 10 年
5、,运输带速度允差 5。 传动方案:传动方案:如图 a-1 所示。 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。 选择二级圆锥圆柱齿轮减速器和链轮传动。 传动装置的总效率 a =0.99*=0.8075 54 33 2 2 2 21 a 2 98 . 0 96 . 0 *95 . 0 *98 . 0 *97 . 0 *99 . 0 2 根据机械设计手册可查得各部件的效率如下: 为联轴器效率,取 0.99;为滚子轴承效率,取 0.98; 1 2 为球轴承效率,取 0.99;为圆锥齿轮效率,取 0.97; 2 3 为圆柱齿轮效率,取 0.98;为 v 带传动效率,取 0.95; 3 4 为滚
6、筒效率,取 0.96。(齿轮为 7 级精度,油脂润滑。V 带传动为闭式传动) 5 电动机的选择电动机的选择 电动机所需工作功率为: P P / 23001.5/10000.80754.27kW, 执行机构的曲柄转速为 n=63.69r/min, D 60v1000 经查表按推荐的传动比合理范围,V 带传动的传动比 i 24,二级圆柱斜齿 轮减速器传动比 i 615, 则总传动比合理范围为 i 1260,电动机转速的可选范围为 n i n(1260 )63.69764.283821.4r/min。 方案电动机型 号 额定功率 /KW 同步转速 /(r*min 1 ) 满载转速 /(r*min 1
7、 ) 总转动比 i 1Y132M2-65.5100096039.663 2Y132S-45.51500144059.494 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 Y132M2-6 的三相异步电动机,额定功率为 5.5KW 额定电流 12A,满载转速960r/min,同步转速 1000r/min。实际传动比为 m n i=960/63.69=15 分配传动比分配传动比 根据传动比分配原则: 1、V 带传动外廓尺寸不致过大所以其传动比不宜过大 2、圆锥-圆柱齿轮减速器,为了便于大齿轮加工,高速级锥齿轮传动比 =0.25 ,且使。 1 ii 1 i 根据课
8、程设计指导书 P17 图 12 可查得齿轮传动中,高速级传动比为 3, 1 i 低速级为5 2 i 传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数计算 各轴转速的计算 =n=960r/min n m =n=960r/min n n m =960/3r/min320r/min n 1 /inm 320/5r/min64r/min n 2 / in n =64r/min v (2) 各轴输入功率 0 P =4.27KW d =4.27kW P d p =24.270.990.98KW4.14kW P P 1 4.140.974.02kW P P 3 24.020.980.983.85kW P
9、 P 3 P 21=3.850.980.993.74kW V P (3)各轴输入转矩 = Nm 1 T d T 0 i 1 电动机轴的输出转矩=9550 =95504.27/960 Nm=42.5Nm d T m d n P 所以: =42.5Nm T d T =42.50.980.99=41.2Nm T T 1 2 =41.230.98=121.1Nm T T 1 i 3 =121.10.980.995=581.6 Nm T T 2 i 3 2 T =21=581.60.980.99=564.3 V T 项目轴 1轴 2轴 3轴 4轴 5 转速 (r/min)9609603206464 功率
10、 (kw)4.274.144.023.853.74 转矩 (N*m)42.541.5121.1581.6564.3 传动比 113.05.01 效率 10.9760.970.9580.971 传动件的设计计算传动件的设计计算 圆锥直齿轮设计圆锥直齿轮设计 已知输入功率 P =4.27KW,小齿轮转速 960r/min,齿数比 u=3.,由电动机驱动,工作寿 2 命 10 年(设每年工作 300 天) ,二班制,单向运转,载荷平稳,室内工作,有粉尘。减速 器小批量生产。选定齿轮精度等级、材料及齿数 1) 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器,速度不高,故选用 7 级精度(GB10095-88) 2)
11、材料选择 由机械设计(第八版) 表 10-1 选择小齿轮材料为(调质),硬度为 40rC 280HBS,大齿轮材料为 45 钢(调质) ,硬度为 240HBS。 3) 选小齿轮齿数,大齿轮齿数 z =3*25=75 125z 2 1、 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算,即 1 132.92 ()2 (1 0.5)2 E t RRH ZKT d u (1)确定公式内的各计算数值 1) 试选载荷系数 1.8tK 2) 计算小齿轮的转矩 T=95.510 =95.510 4.14/960 5 12/n P 5 =4.1210 N.m 4 选齿宽系数 0.33R 4)由机械设计(第八版) 图
12、 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ,大齿轮的接触疲劳强度极限 lim1600HMPalim 2550HMPa 5)由机械设计(第八版) 表 10-6 查得材料的弹性影响系数 189.80.5EZMPa 6) 计算应力循环次数 由计算应力值环数 N =60n j =609601(2830010) 12h L =2.7610 h 9 N = =2.7610 /3=0.9210 h #(3 为齿数比,即 3=) 2 99 1 2 Z Z 7) 由机械设计(第八版) 图 10-19 取接触疲劳寿命系数K=0.93 K=0.96 12 8) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%
13、,安全系数 S=1,应用公式 10-12 得: 202 P =0.93600=558 H 1 S K HHN1lim1 MPa =0.96550=528 H 2 S K HHN2lim2 MPa 圆锥直齿轮计算圆锥直齿轮计算 1) 试算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值 1td H 1 132.92 ()2 (1 0.5)2 E t RRH ZKT d u =2.92=67.7mm 3 2 2 3*33 . 0 *5 . 0133 . 0 41200*8 . 1 558 8 . 189 )( )( 2) 计算圆周速度 v sm sm nd t /40 . 3 / 100060 96067.7 1
14、00060 11 3) 计算载荷系数 根据 v=3.40m/s,7 级精度,由机械设计(第八版) 图 10-8 查得动载系数 1.12vK 直齿轮由3表 10-3 查得锥齿轮齿间载荷分配系数,2 . 1 FH KK 由机械设计(第八版) 表 10-2 查得使用系数 1.25AK 根据大齿轮两端支撑,小齿轮作悬臂布置,查机械设计(第八版) 表得轴承系数 ,则接触强度载荷系数 1.25HbeK1.51.5 1.251.875HFHbeKKK 15 . 3 875 . 1 2 . 112 . 1 25 . 1 HHVA KKKKK 4) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,得 mmmm K K
15、dd t t 24.81 8 . 1 3.15 67.733 11 5) 计算模数 m mmmm z d m3.25 52 81.25 1 1 取标准值 m=4mm 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计 1.按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计 由3式(10-24)得弯曲强度的设计公式为 3 2 1 1 ) ( 1221 4 F SF RR YY uz KT m )( 1.确定齿轮 弯曲疲劳强 度 由3图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ;大齿轮的弯曲强度极限MPa FE 500 1 ;MPa FE 420 2 MPa FE 500 1 MPa FE 420 2 2.弯曲疲劳 寿命
16、系数 由3图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 88 . 0 ,82 . 0 21 FNFN KK 82. 0 1 FN K 88. 0 2 FN K 3.计算弯曲 疲劳许用应 力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.3,由3式(10-12)得 MPa MPa S K FEFN F 385.315 3 . 1 50082 . 0 11 1 MPa MPa S K FEFN F 308.284 3 . 1 42088 . 0 22 2 MPa F 385.315 1 MPa F 308.284 2 4.计算载荷 系数 K 15 . 3 5 . 125 . 1 12 . 1 25 . 1 FFVA KKKK
17、K 485 . 1 K 5.查取齿形 系数 由3表 10-5 查得;62 . 2 1 F Y222 2 F Y62 . 2 1 F Y 19 . 2 2 F Y 6.查取应力 校正系数 由3表 10-5 查得;59 . 1 1 S Y77 . 1 2 S Y59 . 1 1 S Y 785 . 1 2 S Y 7.计算大小 齿轮的 并加 F SF YY 以比较 01321 . 0 385.315 59 . 1 62 . 2 1 11 F SF YY 0138 . 0 308.284 77 . 1 22 . 2 2 22 F SF YY 大齿轮的数值大 01321 . 0 1 11 F SF Y
18、Y 01375. 0 2 22 F SF YY 大齿轮的数值大 8.设计计算 1).确定模 数 2).计算齿 数 1). mm mmm 90 . 2 01375 . 0 12325231131 10 5 . 4115 . 3 4 3 2 3 )( 对比计算结果,由齿面接触强度计算的模数 m 大 于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,按 m=2.90 接 近标准模数 m=3,故取模数为 m=4,按接触强度算得 的分度圆直径mmd81.24 1 2),取 3 . 20 4 24.81 1 1 m d z21 1 z 大齿轮齿数,63213 2 z 1).mmm11 . 2 2).24 1 z 90 2
19、z 9.几何尺寸 计算 1).计算分 度圆直径 2)平均分 度圆直径 3)计算齿 轮宽度 4)计算分 锥角 5)计算当 量齿数 1). mmmzd64421 11 mmmzd252463 22 mmdd Rm 4 .53)315 . 01 (64)5 . 01 ( 11 mm dd Rm 210)315 . 01 (252)5 . 01 ( 22 2)mmmmb 7 . 3313264/231R R 取mmBmmB40,35 12 56.71)tan(a 2 urc 44.1890 21 14.22 44.18cos 21 cos Z Z 1 1 1 33.349 07.75cos 90 co
20、s Z Z 2 2 2 圆柱斜齿轮设计圆柱斜齿轮设计 设计某一带式运输机用二级锥齿轮圆柱齿轮减速器。运输机二班制连续工作,单向运转, 载荷平稳,室内工作,有粉尘。减速器小批量生产,使用期限 8 年,运输带速度允差 5。 齿轮传动的设计计算齿轮传动的设计计算 材料:低速级小齿轮选用钢,齿面硬度为小齿轮 250HBS 取小齿45 齿数=20 1 Z 速级大齿轮选用钢,齿面硬度为大齿轮 220HBS z =520=100 圆整45 2 取 z =100 2 齿轮精度 按 GB/T100951998,选择 7 级,齿根喷丸强化。 按齿面接触强度设计 1. 确定公式内的各计算数值 试选 K =1.6 t
21、 查课本由图 10-30 选取区域系数 Z=2.45 215 P H 试选,查课本由图 10-26 查得 o 12 214 P =0.76 =0.92 =0.76+0.92=1.68 1 2 应力循环次数 N =60n jL =603201(2830010) 12n =7.3710 8 N =1.4710 2 5 1037 . 7 8 1 i N 8 由课本图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 K=0.95 K= 0.98 1HN2HN 查课本由图 10-21d 209 P 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,MPa H 600 1lim 大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 570 1li
22、m 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,则接触疲劳许用应力 1 2 lim1 1 lim 2 2 0.95 600570 0.98 570558.6 HNH H HNH H K MPa S K MPa S 12570558.6 564.3 22 HH HMPa 查课本由表 10-6 查材料的弹性影响系数 Z =189.8MP 198 P Ea 选取齿宽系数 1 d T=95.510 =95.510 4.02/320 5 22/n P 5 =12.010 N.m 4 3 2 4 21 3 1 ) 3 . 564 8 . 18945 . 2 ( 5 6 68 . 1 1 10 0 . 126 .
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