广工 减速箱课程设计说明079011221.docx
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广工减速箱课程设计说明079011221
课程设计说明书
课程名称:
设计题目:
院系:
学生姓名:
杨磊平
学号:
专业班级:
指导教师:
完成日期:
年月日
目录
一、机械设计课程任务设计书…………………2
二、传动装置的总体设计…………………………3
1、传动方案的拟定及说明……………………………….3
2、电动机的选择………………………………………….3
3、计算传动装置的运动和动力参数…………………….4
4、计算结果汇总列表备用………………………………5
5、带传动的设计………………………………………..6
6、齿轮传动的设计…………………………………..8
三、轴的设计与计算…………………………..10
1、减速器的输入轴的结构设计……………………10
2、减速器的输出轴的结构设计及强度校核………16
四、滚动轴承的选择与校核计算…………18
五、润滑与密封的设计………………………19
六、设计小结收获……………………………..20
七、参考文献………………………………….20
设计计算与说明
结果
二、传动装置的总体设计与计算
1、传动方案的拟定及说明
为了估计传动装置的总传动比范围,以便选择合适的传动机构和拟定传动方案,可由已知条件计算其驱动卷筒的转轴的转速Nw,即
Nw=60X1000V/πD=60X1000X1.2/3.14X400=57.3r/min
一般常选用同步转速为1000r/min的电动机作为原动件,因此传动装置传动比约为10或13.
2、选择电动机(型号功率转速)
(1)电动机和结构形式
按工作条件和工作要求选用一般用途的Y系列三相异步电动机,它为卧式封闭结构。
(2)电动机的容量
1)卷筒轴的输出功率
RV=F×V/1000=6500×1.2/1000=7.8KW
2)电动机的输出功率Pd
Pd=Pw/η
传动装置的总效率η=η1.η22.η3.η4.η5
式中η1、η2、…为从电动机至卷轴之间的各传动机构
Nw=57.3
r/min
RV=7.8KW
设计计算与说明
结果
和轴承效率由《课程》表2-4得:
η1、η2、…依次等于0.97、0.96、0.96、0.99、0.99.
η=0.97X0.96X0.96X0.99X0.99=0.876
则Pd=Pw/η=7.8kw/0.876=8.9KW
3)电动机额定功率的选择
由《课程》表20-1选取电动机额定功率PW=11KW
4)电动机的转速选择
为了便于选择电动机的转速,先推算转速的可取范围,由《课程》表2-1查得V带的常用传动比范围i1=2-4单级圆柱齿轮传动比范围i2=3-6、则电动机转速范围为
Nd=NW·i1·i2=668.78~2675r/min
由《课程》表20-1查得并确定电动机型号Y160M4
满载转速nw=970r/min
3、总传动比的计算及分配
(1)传动装置总传动比
i=nm/nw=970/57.3=16.93
(2)分配各级传动比
取V带传动的传动比i1=3.386则单级圆柱齿轮减速器的传动比为i2=i/i1=5
所得传动比值符合圆柱齿轮传动和单级齿轮减速器传动
Pd=8.9KW
i=16.93
i2=5
设计计算与说明
结果
比的一般范围
4、计算传动装配的运动和动力
(1)、各轴转速
电动机轴为0轴,减速器高速I轴,低速轴为Ⅱ轴,各轴转速为
no=nm=970r/min
n1=no/i1=970/3.386=286.5r/min
nⅡ=n1/i2=57.3r/min
(2)各轴输入转速
按电动机额定功率计算各轴输入功率即、
Po=Ped=11KW
PⅠ=Po.·η1=10.454kw
PⅡ=10.454·0.99=10.349kw
各轴转矩:
To=9550*90/no=2.2N·M
T1=9550*PⅠ/n1=223.9N·M
T2=9550*PⅡ/nⅡ=886.649N·M
项目
电动机轴
高速轴
低速轴
转速r/min
970
445.87
111.468
功率kw
11
10.454
10.349
转矩N·M
2.2
223.9
886.649
传动比i
3.386
5
效率
0.9504
0.99
设计计算与说明
结果
1、带传动的设计
(1)确定计算功率Pc
由《机械》表8-7查得工作性况系数KA=1.2,故
PC=KA*P=1.2*11=13.2KW
(2)确定V带的型号
根据PC=13.2kw及no=970r/min,由《机械》表8-10选用SPZ型窄V带。
(3)确定带轮直径dd1dd2
1)确定小带轮的基准直径dd1
由《机械》表8-6和8-8,取小带轮的基准直径dd1=125
2)验算带速
V=πdd1no/(60*1000)=15.29m/s
5m/s 3)计算大带轮直径 dd2=i*dd1=3.386*125=423.25mm 根据《机械》表8-8,取得dd1=670mm 4)确定带长度Ld及中心距a 初取中心距a 0.7(dd1+dd2)≤ao≤2(dd1+dd2) PC=13.2 KW dd2=423.25 mm dd1=450 mm 设计计算与说明 结果 得402.5≤ao≤1150初选800mm 2)确定带长Ld 根据几何关系计算的带长 Ldo=2ao+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4ao =2535.75mm 由《机械》表8-2查得取Ld=2500mm 3)计算实际中心距 根据关系估算出所需的实际中心距,即 a==ao+(Ld-Ldo)/2=782.125mm (5)验算包角 根据几何关系得α1=180o-{(dd2-dd1)/a}*57.3o==156.2o>120o包角合适。 (6)确定V带的根数 1)计算单根V带的额定功率Pr. 由dd1=125mm和no=286.5r/min.查表8-4a得PO=2.36kw,根据no=286.5r/min,i=3.386和V型带,查<<机械>>表8-4b得△PO=0.1564kw,查表8-2得KL=1.068,查表8-5得Kd=0.9407,故 Pr=(PO+△PO)Kd.KL=1.068kw Ld=2500 mm 设计计算与说明 结果 2)计算V带的根数Z Z=Pc/Pr=4.786取5根 (7)确定初压力(FO)min (FO)min=500(2.5/Kd-1)Pr/ZV+qv2=318.9N (8)计算压轴力FP 压轴力的最小值为(FP)min=2Z(FO)minsinα1/2=3120.465N 2、齿轮传动的设计 (1)选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1)按设计要求的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动,选用7级精度(GB10095-88) 2)材料选择,由《机械》表10-1选择小齿轮材料为40Gr(调质),硬度为50HRC,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为48HRC,二者材料硬度相差2HRC。 3)选择小齿齿数Z1=18大齿轮齿数为Z2=90 a、确定公式dt≥2.32 1、选定载荷系数Kt=1.2 2、计算小齿轮传递的转矩 T1=95.5×105PI/n1=2.239x105N/m 3、有《机械》表10-7选取齿宽系数Φd=1 4、由《机械》表10-6查得材料的弹性影响系数 Z=5 设计计算与说明 结果 ZE=189.8Mpa1/2 5、由《机械》图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限δHlim1=1168.2Mpa,大齿轮δHlim2=1473.1Mp 6、计算应力循环次数 N1=60n1jlh=60x260x1x(2x8x260x8)=6.4896X107 N2=N1/4=1.6224×107 7、由《机械》图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.92;KHN2=0.95 8、计算疲劳许用应力(s=1) 【δH】1=KHN1.δHlim1/s=1473.1Mpa, 【δH】2=KHN2.δHlim2/s=1450.2Mpa, 2)计算 1、计算小齿轮分度圆直径dt,代入【δH】中较小值 得d1=72mm 2、计算圆周速度V V=π.dt.n1/60x1000=1.3729m/s 3、计算齿宽b b=∮a·a==0.4×216=86.4mm 计算齿宽与齿高之比b/h模数mt=dt/Z1=4 齿高h=4mt=6.19mmb/h=12.6 d1=72 mm 设计计算与说明 结果 5、计算载荷系数 根据V=1.58m/s七级精度由《机械》图10-8查得动载系数Kv=1.04 斜齿圆柱齿轮,KHα=KFα=1.2KA=1.1KHB=1.421KFβ=1.00 K=KA.Kv.KHα.KFβ=1.056 6、d1=72 7、计算模数m m=d1/Z1=3.38 查机械设计基础表5.2取mn=4 1)确定公式内的各计算值 1、由《机械》10-20c查得小齿轮弯曲疲劳局限δFE1=1450.2Mpa,大齿轮为945.6Mpa 由《机械》图10-28取弯曲疲劳寿命系数KFN1=1.0, KFN2=1.4 计算弯曲疲劳许用应力(S=1.4) δF1=KFN1.δFE1/S=1450.2Mpa δF2=KFN2.δFE1/S=181.6Mpa 4、查取齿形系数 由《机械》表10-5查得YFs1=4.29865YFs2=2.236 6、查取应力校正系数 mn=4 设计计算与说明 结果 由《机械》表10-5查得YSa1=1.58YSa2=3.95880 7、计算并比较 YFa1.YSa1/【δF1】=0.015 YFa2.YSa2/【δF2】=0.013 大齿轮的数值大 2)设计计算 m≥2.256 就近圆整为标准值m=2.75则 小齿轮齿数Z1=18 大齿轮齿数Z2=5×18=90 (4)齿轮结构设计 1)分度圆直径 d1=Z1m/cosβ=20×2.75÷cos15=72mm d2=Z2m/cosβ=360mm 2)中心距a=(d1+d2)/2=216mm 3)齿轮宽度b=∮d.d1=86.4mm 取B2=85mmB1=90mm 对照《机械》表5.15选取8级合适 选8级 设计计算与说明 结果 名称 符号 计算公式及结果 分度圆直径 d1d2 d1=mZ1=72mm、d2=Z2m=360mm 齿顶高 Ha ha=m=4mm 齿根高 Hf hf=1.25m=5mm 全齿高 H H=ha+hf=9mm 齿顶圆直径 da1da2 da1=80mmda2=368mm 齿根圆直径 df1df2 df1=62mmdf2=350mm 中心距 a a=216mm 齿轮宽度 B1、B2 B1=85mmB2=90mm 三、轴的设计计算 1、减速器输入轴的结构设计 <1>输入轴的材料设计 由《机械》表10-1选择45号钢,调质处理,硬度217-255HBS <2>按扭矩强度初估轴的直径 由《机械》表15-3查得45号钢Ao=126∽103.取Ao=102 d≥AOd=34.35整取d=35mm 2、减速器的输出轴的结构设计和强度校核 设计计算与说明 结果 由《机械》表10-1选用45号钢,调质处理,硬度217—255HBS 由《机械》表15—3查得45钢的AO=126—103取104 d=AOd=35.1mm取整数d=36mm 结构设计如下图所示 输出轴的结构设计. <1>拟控轴上零件的装备方案 根据传动简图,减速器输出轴上装有联轴器,轴承端盖,轴承透盖,联轴器依次从轴的右端向左端安装,挡油环左轴承从左向右装入。 <2>根据轴上零件的轴向定位要求,确定各轴段的长度和直径: 本轴的运动和动力参数 P2=10.34T2=886.649N.mn2=57.3r/min a、轴段1 本轴段装有联轴器有可靠的定位要求及d1min=35mm. d=36mm 设计计算与说明 结果 由《机械》表14-1查得: KA=1.0Tca=KA.T2=1.0x888.65=888.65N.m 则转矩Tca=KA.T2=888.65N.m 按照计算转矩Tca应该小于联轴器的公称转矩的条件差《课程》表17-4,选用HL4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为1250N.m许用最大转速2800r/min,轴径在36~56之间,选用J型其轴孔长度L=142mm,联轴器的右端用轴段挡圈定位,为可靠定位,使挡圈压紧联轴器,则轴段长度的轴径和长度为: d1=42L1=60mm,联轴器的周向定位,采用A型普通平键,其尺寸根据d1L1,由《课程》表14-1选择bxh=10x12,L=56 键的标记为键C10×60GB1096-79 b轴段2 本轴段装有轴承透盖,轴段左端有定位轴肩,右端为非定位轴肩。 轴肩高度: a=(0.07~0.1)d1=(0.07~0.1)x36=2.52∽3.6取a=3mm 故d2=d1+2a=48mmL5的大小由透盖的宽度h1=32mm及拆装联轴器的空间h2=0.6d2=48mm,经结构设计确定L2=h1+h2=42mm 选用HL4型弹性柱销联轴器 设计计算与说明 结果 C、轴段3和6. 本轴段有脂润滑的滚动轴承及挡油环,因轴承只能受径向力,故选用可承受一定轴向载荷且价格便宜的深沟球轴承。 参照要求根据d2=48,次轴段左侧为非定位轴肩,由《课程》表15-3初选用滚动轴承6309GB276-89,其尺寸为; dxpxB=45mmx100mmx25mm 额定动载荷Cr=40.8KN,安装尺寸D2=90mm,故d3=d6=54mm L1的大小由轴承宽度和挡油环的宽度决定。 轴承宽度为25mm,挡油环的宽度: 左轴承的有断面离箱体内壁10mm。 箱体内壁距大齿轮的左断面10mm,大齿轮定位轴的宽度为14.5mm,所以挡油环的宽度L=7mm。 故: L6=32mmL3=44.5mm D、轴段4. 本轴段装有大齿轮,由前面设计的大齿轮的宽度B2=80mm齿轮左端用轴环定位,右端用挡油环定位,本轴段为非定位轴肩,d4=54+6=60,为使齿轮定位可靠,并与前面设计协调,取L4=B2-2=78mm 齿轮的周向定位,采用A型普通平键,其尺寸根据d3和L3 由《课程.》表14-1查得bxh=14mmx9mm,L=70mm 键的标记为: 键C14x70GB1096-79 L6=32mm L3=44.5 mm 设计计算与说明 结果 E、轴段5. 本轴段起作用的定位轴环,根据d4=60,轴肩高度a=(0.07~0.1)d4=3.5-5取a=5mm则d2=60+2x5=70mm轴段宽度L2=14.2mm。 取L2=14.5mm 输出轴的强度校核: 1)求作用在齿轮上的力 已知T1=223.9N.mn1=445.87r/mina=20o. 大小齿轮分度圆直径d2=360mm,d1=72mm Ft1=2T1/d1=2*223.9/60*10-3N=7463N Fr1=Ft1tana=7463*tan20oN=2716.3N Ft2=2T2/d2=2*886.65/234*10-3N=7578.2N Fr2=Ft2*tana=7578.2*tan20oN=2758.64N 2)求支撑反力的作用位置 由轴的结构设计知: 两支撑间夸距: D=136mm 左支撑点与右支撑点离齿轮宽度中心的距离相等,故D1=D2=D/2=68mm 设计计算与说明 结果 a,弯矩图如下 886.65NM b,对轴受力分析: Fr=FN1+FN2① FN1*D1=FN2*D2② 由①②得: FN1=FN2=Fr/2=2758.64/2N=1379.24N Mmax=FN1*D1=1379.24*58*10-3NM=80NM 在齿轮宽度中点处的扭矩T=T2=886.65NM c,计算轴截面的当量弯矩(a=0.6) Mc=[M2max=(aT)2]1/2=[3.82+(0.6*886.65)2]1/2=354.12NM 设计计算与说明 结果 d,校核危险截面强度 由于齿轮宽度中点的右端处的当量弯矩最大,是危险截面,固此只需校核此处的弯扭强度。 齿轮宽度中点处的轴的抗弯截面系数为: W=0.1d33=0.1*563=17561.6mm3 因为是转轴,材料是45号钢(GB=600Mpa),调制处理,由《课程》查得轴的许用应力取: [σ-1]=55Mpa 所以计算应力: σc=Mc/W=354.12/(17561.6*10-9) <[σ-1] 强度足够,所以安全。 四、滚动轴承的选择及校核计算 1、轴承型号的选择 由于轴承主要受径向载荷,故选用球型轴承,输入轴选36309GB276-89 输出轴选36311GB276-89型深沟球轴承。 2、校核轴承寿命 (1)轴承基本额定寿命Ln为: Ln=106(c/p)ε/60n其中: n=111.47r/min 设计计算与说明 结果 P=fp*Fr,查《机械》表7.8,fp=1.1 故p=1.1*2.75864=3.0345KN 预期寿命: Lh′=2*8*360*8=46080h 额定载荷: c=p(60nLh′/106)1/ε (对于球轴承ε=3) 故c=3.0345(60*111.468*46080/106)=9.35KN (2)计算基本额定寿命Ln: Ln=106/(60*111.46)*(9.35/1.4157)3=47530 寿命合格。 五、润滑和密封设计 (一)润滑方式 本方案中齿轮的润滑选择油润滑。 (二)润滑剂的选择 选用X1220号齿轮润滑油。 (三)密封形式的选择 密封形式的选择应根据密封处的圆周速度,润滑剂种类,工作温度,环境等选择合适的密封形式。 综合考虑,采用挡油环(内密封)。 X1220号 设计计算与说明 结果 六、设计小结与设计心得 本设计选用Y160L-6型电动机,单级圆柱齿轮减速器的传动比i=5.0,传动装置结构尺寸较小,平稳,安全系数较大,采用一对深沟球轴承组成两端固定支撑,嵌入式端盖,适用于转速较高,载荷较小的场合,特别是嵌入式端盖符合现在减速器的发展趋势。 设计心得: 通过这几星期的课程设计教程,我体会到工程设计中所需具备的素质,不仅仅局限于简单的画图描图,而是需有钻研、创新、敢于尝试,谦虚谨慎,思维清晰等素质。 同样也学会了很多设计中的技能。 我想学校安排这样相当长时间的课程设计,的寓意在此! 当然倘若亲自完成设计的所有过程,必定离不开繁琐的计算与数据查询,相信大家都和我对此均有同感。 我认为设计的精髓是在培养我们克服困难,“不放弃不抛弃”的素质。 希望有更多一点像这样的通过自己自觉独立完成的学习任务。 七参考文献 1、《课程设计(机械设计机械设计基础)》王昆主编高等教育出版社200706 设计计算与说明 结果 2、《机械设计制图手册》<日>大西科学出版社200612 3、《机械设计基础实例教程》封立耀主编 北京航空大学出版社200708 4、《机械设计手册2008新编软件版》数字化手册编委会 2008-12-24
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