机械设计课程设计二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器全套图纸三维.docx
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1、燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目: 二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器 学 院: 年级专业: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 目录一、 项目设计目标与技术要求31 任务描述:32 技术要求:3二、 传动系统方案制定与分析3三、 传动方案的技术设计与分析61 电动机选择与确定6电动机类型和结构形式选择6电动机容量确定72 传动装置总传动比确定及分配83 各轴传动与动力装置运动学参数9各轴转速:9各轴输入功率:9各轴转矩:9四、 关键零部件的设计与计算101 设计原则制定10齿轮传动设计方案122 第一级齿轮传动设计计算13第一级齿轮传动参数设计13第一级齿轮传动强度校核173
2、 第二级齿轮传动设计计算19第二级齿轮传动参数设计19第二级齿轮传动强度校核234 轴的初算255 键的选择及键联接的强度计算25键联接方案选择25键联接的强度计算266 滚动轴承选择方案28五、 传动系统结构设计与总成281 装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范28装配图整体布局29轴系结构设计与方案分析31中间轴结构设计与方案分析322 主要零部件的校核与验算34轴系结构强度校核34滚动轴承的寿命计算40六、 主要附件与配件的选择431 联轴器43联轴器比较43输入输出匹配具体方案432 润滑与密封的选择44润滑方案对比及确定44密封方案对比及确定453 油标464 螺栓及吊环
3、螺钉475 油塞476 窥视孔及窥视孔盖477 定位销478 启盖螺钉479 调整垫片48七、 零部件精度与公差的制定481 精度设计制定原则48尺寸精度设计原则48形位公差的设计原则48粗糙度的设计原则492 减速器主要结构、配合要求493 减速器主要技术要求50装配与拆装技术要求50维修与保养技术要求50八、 项目经济性与安全性分析511 零部件材料、工艺、精度等选择经济性512 减速器总重量估算及加工成本初算513 经济性与安全性综合分析52九、 项目总结52十、 参考文献53一、 项目设计目标与技术要求减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用,减速机是一种相对精密
4、的机械,使用它的目的是降低转速,增加转矩。按照传动级数不同可分为单级和多级减速机;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥圆柱齿轮减速机;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件,常用作原动机与工作机之间的减速传动装置 。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。1 任务描述:任务书要求设计二级展开式圆柱齿轮减速器。圆柱齿轮减速机的齿轮采用渗碳、淬火、磨齿加工,承载能力高、噪声低;主要用于带式输送机及各种运输机械,也可用于其它通用机械的传动
5、机构中。它具有承载能力高、寿命长、体积小、效率高、重量轻等优点,用于输入轴与输出轴呈垂直方向布置的传动装置中。原始数据要求: F=1474 N D=0.29 m V=0.75m/s2 技术要求: 使用地点:室外 生产批量:小批载荷性质:微振 使用年限:六年一班二、 传动系统方案制定与分析机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成,本次设计的带式输送机传动装置其原动机为电动机,传动装置为减速器,工作机为卷筒,各部件用联轴器联结并安装在机架上。各个传动基本单元件的优缺点如下:普通V带:优点 :缓冲减振;过载保护(过载打滑);结构简单;适合大中心矩传动等等。缺点:传动比不准确;压轴力大;不适于高温
6、油污等场合;承载能力低,传递力矩小等等。带传动多用于高速传动。直齿轮传动:优点:在啮合瞬间,是沿整个齿宽上同时受载的,接触线平行于轴线,在退出啮合时,也是沿着全齿宽同时脱离。缺点:相对于带传动、链传动来说成本高;制造精度低或者高速运转时,振动噪声大;不适合大的中心距传动当两轴间距较大时,采用齿轮传动脚笨重等等。直齿轮的这种接触方式对齿轮制造误差比较敏感,工作时容易产生振动和噪音。渐开线斜齿圆柱齿轮传动:优点:渐开线斜齿圆柱齿轮传递的速度和功率很大;效率高(一对齿轮可达98%到99.5%);对中心矩的敏感性小;装配和维修简便;重合度大,传动平稳。缺点:啮合时产生轴向分力,往往要用推力轴承或向心
7、轴承来加以承受,使得支撑结构复杂化。直尺圆锥齿轮传动:和圆柱齿轮相比,锥齿轮的特点:适用于交错轴传动;制造精度低,振动噪声大,圆周速度不宜过大;为了检测和确定轮廓尺寸方便,规定大端参数为标准值;强度计算转化为锥齿轮尺宽终点处的当量直尺圆柱齿轮进行。锥齿轮多用于高速级传动。蜗轮蜗杆传动:优点:结构紧凑,工作平稳,无噪声(蜗轮蜗杆连续啮合);能够得到很大的传动比。在传递动力时,传动比一般为8到100.在机床工作台中,传动比可达几百,甚至到1000。缺点:在制造精度和传动比相同的条件下,蜗杆传动的效率比齿轮传动低,同时蜗杆一般需要贵重的减磨材料(如青铜)制造。链传动:优点:无滑动,可以得到较准确的传
8、动比(平均传动比);传动效率高,可达到98%;不需要很大张紧力,作用在轴上的载荷小;可以在比较恶劣的环境(如高温、多尘、湿度大等)中使用;缺点:瞬时速度不均匀,传动平稳性较差,高速时冲击、振动、噪音大;只能用于平行轴。链传动多用于低速传动。 本次设计的带式输送机传动装置在煤场工作那么要求带式输送机的承载能力高,耐磨性好,传动效率高,可以大中心矩传动。由于工作年限为四年二班,每班8小时,需要寿命长。载荷为中等冲击要求传动装置具有一定的耐冲击性。方案一:二级圆柱齿轮减速器电动机通过联轴器与高速级斜齿轮相连,卷筒通过联轴器与低速级斜齿轮相连,二级圆柱齿轮减速器传动比一般为8到40,结构简单,应用广泛
9、展开式的高速级用斜齿,由于齿轮相对于轴承不对称布置,因而沿尺向载荷分布不均,要求轴有较大刚度,用于载荷比较平稳的场合。分流式结构复杂,齿轮相对于轴承对称布置,常用于变载荷的场合。同轴式横向尺寸较小,但轴向尺寸较大,中间轴较长,刚度较差,高速级齿轮的承载能力难于充分利用。缺点:啮合时产生轴向分力,往往要用推力轴承或向心轴承来加以承受,使得支撑结构复杂化。制造精度低。 方案一 方案二方案二 :齿轮蜗杆减速器电动机通过联轴器与高速级斜齿轮相连,卷筒通过联轴器与低速级蜗杆相连,齿轮蜗杆减速器传动比一般为15到60,最大到480,。齿轮传动在高速级结构比较紧凑,蜗杆传动在低速级使整个传动装置的效率较低
10、方案三:蜗杆齿轮减速器电动机通过联轴器与高速级蜗杆相连,卷筒通过联轴器与低速级斜齿轮相连结构简单,紧凑,但效率低,适用于载荷较小,间歇工作的场合。齿轮用于低速级,由于齿轮效率高,因此整体装置的效率较高。方案三 方案四方案四:二级圆锥圆柱齿轮减速器电动机通过联轴器与高速级锥齿轮相连,卷筒通过联轴器与低速级斜齿轮相连。锥齿轮尺寸小,结构紧凑,此传动方案效率高,适合恶劣环境下长期工作,但制造困难,成本高。总体分析:合理的传动方案应保证工作可靠,并且结构简单,尺寸紧凑,加工方便,成本低廉,传动效率高和维护便利等,但是一种方案同时满足以上条件往往比较困难,因此根据具体实际设计有侧重的进行选取。本次设计
11、的带式输送机应满足具有较长的使用寿命,尺寸紧凑,成本低廉,加工制造方便,传动效率高,因此,综合考虑以上因素,方案一较为合理,所以选择方案一进行设计。三、 传动方案的技术设计与分析1 电动机选择与确定电动机类型和结构形式选择根据电动机的使用条件选择异步电动机,一般异步电动机有三个系列Y系列(IP23)三相异步电动机:该系列为三相防护式笼型异步电动机,其防护结构型式不同于Y系列IP44的封闭式结构,但却比一般防滴式结构要优越。它能防止手指触及机壳内带电导体或转动部分;防止直径大于12毫米的小形固体异物进入;并防止沿垂直线成60度角或小于60度角的淋水滴入电动机。因此,Y系列(IP23)三相异步电动
12、机的外壳防护等级较J2老系列有明显的提高,从而使其的运行更安全更可靠。该系列三相异步电动机的额定电压为380伏,额定频率为50赫兹,功率范围则以5.5千瓦132千瓦,共有14个功率等级、6个机座号和45个规格。全系列电动机的功率等级、安装尺寸均符合IEC国际标准,绕组采用B级绝缘材料,电动机均为A形接法,其冷却方式为IC01。该系列电动机具有效率高、起动性能好、噪声低、体积小、重量轻等特点。用于一般无特殊要求的机械设备,如风机、水泵、机床、搅拌机等。Y系列(IP44)三相异步电动机:该系列电动机为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机,效率高、节能、堵转转矩高、噪声低、振动小,运动安全可靠。能防止灰
13、尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部;具有与Y系列(IP23)相同的用途外,还能适用于灰尘多、水土飞溅的场所,如球磨机、碾米机、磨粉机、脱谷机及其他农业机械、食品机械、矿山机械等。其额定电压为380伏,额定频率为50赫兹功率范围为0.55160千瓦,共有22个功率等级。电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转/分,其冷却方式为IC0141。在Y系列基本系列的基础上,适当变更部分电磁结构设计或加工工艺,即可派生出许多不同类型的派生系列和专用系列。YEJ系列电磁制动三相异步电动机:该系列电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型带有直流圆盘式电磁制动器的三相异步电动机。是Y系列(IP44)电机
14、的派生产品。它适用于要求快速停止准确定位的传动机构或装置上,如主轴传动或辅助传动。具有制动块,定位准确的有点。本次设计为带式输送机传动装置,驱动无特殊要求,室内工作。综合考虑选择Y系列(IP44)三相异步电动机。电动机容量确定根据室外的使用条件选用Y系列(IP44)三相异步电动机,即封闭自扇冷氏鼠笼型三相异步电动机,能防止灰尘,铁屑,或其他杂物的进入。1)输送机所需工作功率: 2)传动效率的计算:根据机械设计课程设计指导手册表12-10有:弹性联轴器( 2对 )传动效率: 角接触球轴承(4对)传动效率:圆柱齿轮(8级精度)传动效率: 运 输 滚 筒 的 传 动 效 率 : 总传动效率: 3)电
15、动机输出有效功率: 根据输出的有效功率选用Y100L-6的电机,其主要性能参数如下:表2-1 Y100L-6型电机性能参数电动机型号额定功率(Kw)同步转速(r/min)满载转速(r/min) Y100L-61.510009402.02.22 传动装置总传动比确定及分配1)运输机的转速: 2)对于两级展开式圆柱齿轮减速器,当两级齿轮的材料和热处理条件相同、齿宽系数相等时,为使高、低速级大齿轮浸油深度大致相近,且低速级大齿轮直径忽略,传动比可按下式分配: i1=1.31.4i式中,i1为高速级传动比;i为减速器总传动比。总 传 动 比: (为电动机满载转速)取一级齿轮传动比:,取二级齿轮传动比:
16、3 各轴传动与动力装置运动学参数各轴转速:电机轴: 输入轴: 中间轴: 输出轴: 卷筒轴: 各轴输入功率:电机轴: 输入轴: 中间轴: 输出轴: 卷筒轴: 各轴转矩:电机轴:输入轴:中间轴:输出轴: 卷筒轴:表3-1 动力和运动参数轴转速n(r/min)输入功率P/Kw输入转矩T/ 传动比电机轴9401.3115.24/输入轴9401.3013.214.97中间轴189.11.2462.623.83输出轴49.41.18228.12/卷筒轴49.41.11214.59四、 关键零部件的设计与计算1 设计原则制定不同类件的安全系数确定:1)所有通用机械零件在初略计算时的安全系数应不小于6。此安全
17、系数的定义为所用材料的极限应力与最大工作应力之比。计算最大工作应力时应考虑最大静负荷及动负荷(紧急制动、碰撞等)产生的应力。2) 主升降台用配重钢丝绳的安全系数应不小于7。其它用于起吊或悬挂重物的钢丝绳的安全系数应不小于8。此安全系数定义为钢丝绳的破断拉力与最大的工作载荷之比。计算最大工作载荷时除了考虑作用于钢丝绳上的工作载荷外,还应考虑加速时产生的动载荷以及因设备运转、钢绳转向等产生的附加载荷。3) 所有用于传动的滚子链、无声链和刚性链,其动载荷安全系数均应不小于10;用于起吊或悬挂重物的链,其安全系数应不小于10。各种链的安全系数定义与钢丝绳相同。4)所有用于悬吊装置的附件,如钢丝绳接头(
18、楔形接头、压制接头、合金浇注接头等)、连接扣环等应与钢丝绳的规格相匹配,其安全系数应不小于10。关键件或主要件加工工艺制定:(一) 关键件或主要件加工工艺制定: 箱体:由于箱体的体积和质量较大,所以选择铸造的方式,然 后在机加工车间进行粗铣、镗、钻,最后在精密车间进 行精铣、镗。 端盖:先进行模锻,然后进行精车。 齿轮:齿轮:锻造制坯正火车削加工滚,插齿剃齿热处理磨削 轴:先在车间进行锻造,中批量生产,选择模锻。然后进行机 加工。最后进行磨削加工。 键:采用冷拉生产出来,然后进行热加工。 滚动轴承:分别进行内圈、外圈、滚动体和保持架的加工,最 后进行装配。(二) 材料选择与工艺选择 箱体主要起
19、到承载支撑的作用,没有应力集中,对强度和刚度没有太多的要求,所以选择的材料用价格低、工艺性好的灰口铸铁如HT200、HT300等,不需要进行热处理。 端盖主要作用为密封和防止灰尘进入,没有应力集中,对强度和刚度没有太多的要求,选择的材料用价格低、工艺性好的灰口铸铁如HT200、HT300等,不需要进行热处理。 小齿轮和大齿轮的材料应该具有一定的冲击韧性(保证变载荷的作用下,弯曲疲劳强度较高),有一定的硬度(保证抗齿面失效的能力),工艺性好、成本低。所以经常选用锻钢如45钢,由于小齿轮轮齿接触次数比大齿轮多,小齿轮齿根薄,为使大小齿轮寿命相近,并且减小胶合危险性,应使小齿轮齿面硬度高出大齿轮30
20、50HBS,大、小齿轮的软齿面进行调质或正火处理,大、小齿轮硬齿面进行淬火处理。 轴的一般材料为碳钢,其中普通碳素钢一般用于不重要或受力较小的轴,而45、50号优质碳素钢则是一般情况下更为常见的轴的选用材料,一般进行正火处理,45号钢制造容易成本低。用于支撑轴上的回转零件,对轴的强度要求较高,正火处理后屈服极限 可达360MPa,抗拉强度 可达650 MPa。 由于滚动轴承和键是标准件,已经标准化,所以一般只需正确选用轴承和键的类型和尺寸,并处理好其与周围零件的关系查阅相关资料进行选取即可。齿轮传动设计方案软齿面方案选择:软齿面指的是HB350的齿轮材料 ,对于有重要应用的场合一般选择硬齿面。
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