一级圆锥齿轮课程设计计算说明书.docx
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一级圆锥齿轮课程设计计算说明书
河南农业大学机电工程学院
机械设计课程设计说明书
设计题目
专业
班级
学号
设计者
指导教师姓名
设计开始时间年月日
一、设计任务书…………….……………………………….1
二、电动机的选择……………………………………….…….2
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………………………….…….4
五、传动零件的设计计算………………………………….….7
六、轴的设计计算………………………………………….....12
七.箱体结构设计…………………………………………….21
八、键联接的选择及计算………..……………………………23
九、滚动轴承的选择及计算………………………………….24
十、密封和润滑的选择………………………………………..24
十一.联轴器的选择…………………………………………..25
十二、课程设计小结…………………………………………..26
十三、参考文献……………………………………………….27
课程设计任务书
一、设计任务:
设计胶带输送机的传动装置(见下图)
工作条件如下表
工作工作工作年
平稳载荷性质生产批量
380/220电力,三相交流电,电压动力来源
四年一次大修,两年一次中修检修间隔
二、原始数据:
0.96700()m/sF(N)滚筒圆周力带速V380
mmmm滚筒直径D())滚筒长度(三、主要设计内容
1.选择电动机;
设计链传动和直齿轮传动;2.
设计轴并校核;3.设计滚动轴承并校核;4.
选择联轴器;5.
选择并验算键;6.
设计减速器箱体及附件;7.8.确定润滑方式。
计算过程及计算说明
结果
二、电动机选择
1.电动机类型和结构的选择:
选择
此系列电动机属于一般用途的全Y系列三相异步电动机,
封闭自扇冷电动机,其结构简单,工作可靠,价格低廉,维护方便,
具有适用于不易燃,不易爆,无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。
电动机容量选择:
2.
电动机所需工作功率为:
a(kw)/由Pd=PWη(KW)PW=FV/1000
)(KW)
得Pd=FV/(1000ηa传动装置的总效率为:
3ηηηηη=ηa42315式中:
η=0.997联轴器效率;η2=0.98圆锥滚子轴承效率1η=0.98齿轮传动效率(齿轮精度8级)3η=0.915链传动效率η=0.96卷筒传动效率543ηηη则:
η=ηηa4321530.96=0.807780.915××0.98×=0.997×0.98所以:
电机所需的工作功率:
Pw=FV/1000η总=(6700×0.9)/(1000×0.80778)
=7.465kw
确定电动机转速3.
卷筒轴工作转速:
n=60×1000v/πD
=60×1000×0.9/π×380
=45.2335r/min
,=2~3再取1推荐的传动比,取圆锥齿轮传动比i根据[1]P7表1''=4~18
i=2~6链传动比i,则总传动比合理的范围为a2故电动机转速的可选范为
''.n
=inad=(4~18)×45.2335r/min
=180.934~814.203r/min
则符合这一范围的同步转有750和1000r/min两种电机,
额定功率大于7.465Kw的有:
Y160L-8
其主要性能见下表:
电动机型号额定功率满载转速堵转转矩最大转矩质量
/kg
(Kw)r/min)/(额定转矩额定转矩
842.0
Y160L-8.
7.5
720
2.0
电动机主要外形和安装尺寸列于下表
三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比:
nn由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速m1.可得传动装置总传动比为:
nm720/45.2335=15.917
/i=n=a
为卷筒轴工作转速)nm为电动机满载转速,n(
分配传动装置传动比
i=i×i(式中i、i分别为减速器和链传动的传动比)a2211
2.分配各级传动装置传动比:
取链传动传动比i=4.974
2
=15.917/4.974=3.2/ii=i则:
21
四、计算传动动装置的运动和动力参数:
将传动装置各轴由高速至低速依次定为Ⅰ轴,Ⅱ轴,将卷筒轴
定位Ⅲ轴,以及定
i0,i1,......为相邻两轴间的传动比.;
ηη......为相邻两轴间的传动效率;1201,
nⅠ,nⅡ,......为各轴的输入转速(r/min);
PⅠ,PⅡ,......为各轴的输入功率(KW);
,,;(KW)ⅡⅠ,P......为各轴的输出功率P
TⅠ,TⅡ,.....为各轴的输入转矩(N·m);
,‘。
·(Nm).....TⅠT,Ⅱ为各轴的输出转矩
可按电动机轴至工作运动传递路线推算,得到各轴的运动n=720r/min
Ⅰ和动力参数
n=225r/min
Ⅱ.
运动参数及动力参数的计算1.
(1)计算各轴的转速:
=nm/i0
ⅠⅠ轴:
n=720/1=720r/min=nⅠ/i1Ⅱ轴:
nⅡ=720/3.2=225r/min=n=45.2335r/min卷筒轴:
nⅢ)计算各轴的输入功率:
(20.997=7.4425Kwη01=7.5×PⅠ轴:
Ⅰ=Pd×=0.99)η(η01=12×ηη3
ⅡⅡ轴:
P=PⅠ×η=PⅠ×12=7.4425×0.98×0.98=7.1478KWp=PⅠ×η=PⅠ×η×η4
223Ⅲ=7.1478×0.98×0.915=6.41kw
计算各轴的输入转矩:
电动机轴输出转矩为:
Td=9550·Pd/n=9550×7.5/720
mm
·=99.014N1
η·i0·Ⅰ轴:
TⅠ=Tdm×0.997=98.717N·1=99×3·η2η·i1TⅡ轴:
Ⅱ=TⅠ·m0.98××·0.98=303.384N3.2=98.7×η卷筒轴:
×ηi=TⅡ×T×342Ⅲ.
n=45.2r/minⅢ
P=7.4425KwⅠP=7.1478KwⅡp=6.41kwⅢ
m
Td=99.014N·T=98.717N·m
Ⅰm
·T=303.38NⅡ
T=1352.5N·mⅢ
0.98×0.915×=303.384×4.974=1352.556N·m计算各轴的输出功率:
,2=7.4425x0.98=7.294kw
ηⅠ=PⅠ·Ⅰ轴:
P,2=7.1478x0.98=7.005kw
η=PⅡ·:
PⅡⅡ轴,2
ηp·卷筒轴:
p=ⅢⅢ0.98=6.282kw
=6.41×计算各轴的输出转矩:
由于Ⅰ~Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率:
,=T×η则:
T2
ⅠⅠm·=98.717×0.98=96.743N2
ηT=T×ⅡⅡm·=303.384×0.98=297.316N'ηT=T×卷筒轴:
5
ⅢⅢm0.98=1325.505N·=1352.556×
,=7.294kwPⅠ,kw
P=7.005Ⅱ,=6.282kw
pⅢ,·=96.743NmTⅠ
,m·T=297.32NⅡ
'm=1325.505T·Ⅲ
综合以上数据,将运动和动力参数整理得下表:
轴名功率/kw转矩/N·m
转速nr/min输出输出输入输入电动机轴7.5720
96.74398.717225
Ⅰ轴7.2977.442545.235
Ⅱ轴7.1478
7.005
303.384
297.316
传动比效率
ηi0.997
10.95
3.20.934.97
初选五、传动零件的的设计计算z=211、减速器外传动链的设计1
(1)选择链齿数z=104
×=iz=4.974大小链轮齿数z=21,则链轮齿数z取21122·21=104.4579
P=8.546KWca=104;则取大链轮齿数z2
P=25.42)确定计算功率(
得主,由图9-13查得工况系数由【3】P178表9-6K=1.0A
P=1.0K动链轮齿数系数=1.22,单排链,则计算功率P=KKZZAca
7.005=8.546KW
1.22××
(3)选择链条型号和节距
据P=8.546kw及n=225r/min查【3】P176图9-11选16A,caⅡ
取链条节距;P167表9-13查【】
(4)计算链节数和中心距
初选中心距a=(30~50)×25.4=762~1270r/min,取a=1000mm
pz2-z1z1+z22ao
=2=)+(L则链长节距=+Lpo2πpoao2p,
则取链长节数
L=145节,查【P
3】p180
表9-7得中心距
a=993mm
系数则链传动的最大中心距为:
f=0.236481
a=fp[2L-(z1P
-z)]=0.2364821
×25.4
×[2×145-(21+104)]=993mm
(5)计算链速v,确定润滑方式
V=
图9-14查得润滑方式为油池润滑或油盘飞溅润滑。
由【3】P181(6)计算压轴力Fp链水平布置时7.005/2=3500N,有效圆周力F=1000p/v=1000×e3500=4025N则压轴力F=1.15×压轴力系数K=1.15,pFp)几何尺寸计算(700/21)=170.4mm)(180/z=25.4/sin(180分度圆直径1)d=p/sin1100/104)=840mm)180=p/sin(=25.4/sin(180/zd22B=30mm
轮毂宽2)的设计)减速器内部传动零件(锥齿轮2、)(1选择齿轮材料、精度等级及齿数级精度;①传送带为一般工作机,速度不高,故可选用8可选大小齿轮表10-1②材料的选择:
根据要求查【3】P191HRC48~55(调质后表面淬火),硬度为的材料均为40Cr3.2=77z=20×=24③初选小齿轮齿数z,则大齿轮齿数21)(2按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式(10—9a)进行试算即:
确定公式内的各计算参数如下:
K=1.3)试选载荷系数1t计算齿轮传递的传矩2)
V=2m/sF=4025Npd=170mm1d=840mm2B=30mm
初选=24z1=77z2K=1.3
试选.
n=955000098.72T=9550000P/7.4425/720=×·mmN1。
10-7选取齿宽系数=0.33)由表ΦR1MPa查得材料的弹性影响系数=189.84)由10-6Z2E按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限5)由图10-21d?
?
=550Mpa;小齿轮接触疲劳强度极限=600MpaHlim12limH10-13计算应力循环次数6)由式查得接触疲劳的寿命系数:
由课本图10-197)=0.95
K=0.92K;HN2HN1)计算接触疲劳许用应力8,按一般可靠度要求选取安全系数S=1.0取失效概率为1%,由式10-12得:
?
?
中的较小者作为该齿轮副的解除疲劳许用取和1Hlim2Hlim应力,即:
3()计算)计算小齿轮分度圆直径1:
dt1
T=98.72N·mm,=0.30ΦR?
600MPa=1limH?
=550MPa2limH910×N=1.918
=10N×6.22
K=0.92HN1K=0.95HN2
【σ】1H=552Mpa【σ】2H=523Mpa
=523Mpa
σH
)调整小齿轮分度圆直径2计算实际载荷系数前的数据准备Av计算圆周速度。
①当量齿轮的齿宽系数②K。
3)计算实际载荷系数H查得动载系数-由图级精度=根据v2.6m/s,7,108
d=81.156mm;1t
v=2.6m/s
K=1.08V取齿间载荷分配系数直锥齿轮精度较低,=1K=KαβFH1?
K查得使用系数由表10-2A由表10-4用插值法得7级精度,小齿轮悬臂时,得齿=1.345向载荷分布系数相轴承对称布置时,KβH由此,得到实际载荷系数10a-4)按实际的载荷系数校正所算分度圆直径,由式10得m及相应模数
Kv=1.08K=1.0A=1=KKαβFH=1.345KβH=1.612
KαFK=1.458
H
d=55mm1
m=3.5
1
六、轴的计设计Ⅰ、输入轴的设计、按扭转强度初步确定轴的直径1已知:
轴的输入功率为P=7.44Kw
Ⅰ转速为n=720r/min
Ⅰ1)选材:
45(调质),硬度217~255HBS2)查【3】P370(15-2)式,并查表15-3,取A=120,则03P1d≥A=0n1=1.3,则联轴器的计算转矩,由于轴的转矩变化小取KAmm98.717=128.332N·×Pca=K×T1=1.3A2、轴的结构设计)1轴上零件的定位,固定和装配单级减速器中可将输入轴的圆锥齿轮做成悬臂结构,安排在箱体一侧,有螺纹固定在输入轴的左起第六段;两轴承正装在齿轮的右侧,两轴承外圈分别以套杯和套筒定位,内圈以轴肩定位;齿轮、联轴器与轴周向用平键连接。
草图如下所示
d≥24.3975mm
Pca=128.332N·mm,
)确定轴各段直径和长度21○已知取已左起第一段,由于轴通过联轴器与电动机轴联接,联轴器轴孔HL3P89选用知电动机轴直径D=42mm,查【2】联轴器的直径,轴孔长度8242、40、、直径30、32、35、38D1=30mm,个,则第一段轴直径螺栓M10数量4D=160,L=168,0L1=80mm;长度2○根据轴承端盖端面距机座臂的左起第二段直径取D2=37mm及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度,则取第=28距离l3L2=60mm
二段的长度3选用圆锥滚子轴承左起第三段,该段装有圆锥滚动轴承,○×80T=40×型轴承,其安装尺寸尺寸为d×D×选用30208L3=16mm;
D3=40mm,长度为,那么该段的直径为19.754其直径应小左起第四段,为光轴段为滚动轴承定位的轴肩,○L4=81mm
D4=48mm,长度取于滚动轴承的内圈外径,取5○左起第五段为圆锥滚动轴承段,则此段的直径为D5=;,长度为L5=16mm40mm6○由于小齿轮齿左起第六段,为小齿轮接入段取D6=30mm,故做成齿轮轴,根据小齿轮x=3<1.6m=4.4根圆距键槽的距离L6=60mm。
轮毂宽度及套筒和挡油板的长度,选该段长度取轴上零件的定位3)P1063D1,D6齿轮、联轴器与轴周向用平键连接,按查【】
D1=30mmL1=80mm
D2=37mm
L2=60mm
D3=40mmL3=16mm
D4=48mmL4=81mm
D5=40mmL5=116mm
D6=30mm
L6=60mm
表6-1得平键截面b×h×l=10×8×40,b×h×l×8×=10666111为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,选择齿轮轮毂与70,H7H7轴的配合为,半联轴器与轴的配合为。
k6n64)确定轴上的圆角和倒角尺寸(见输入轴的结构设计图)、按弯曲合成强度条件计算31)做出轴的计算简图(即力学模型)①求齿轮上作用力的大小、方向,作用在齿轮上的转矩d1=84mm已知:
小齿轮分度圆直径:
m
N·为:
T1=98.7Ft1=
圆周力:
0=816N
tan20=2350tanα×=FtF求径向力r1·轴向力Fa1=②轴承支反力的计算以及轴承和齿轮在轴上的B、根据轴承支反力的作用点A)(a)(D安装位置,建立力学模型如下图所示。
Ft1=2350N
Fr1=816N
Fa1=255N
水平面内的支反力:
=
FF=NH2NH1垂直面的支反力:
N
N;F==则可得FNV2NV1③画弯矩图可知:
由图(b)(c)mm
N·=水平面的弯矩:
MHmmN·垂直面的弯矩:
M=V1mmN·M=V2合成弯矩:
mm·M=N1N·mm=M2④画转矩图:
T=Ft×d1/2=84.59N·m=84590N·mm⑤判断危险截面并验算强度坐起起第五段剖面处承受最大弯矩和扭矩,所以该剖面为危险截面C。
由于轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,得轴15-5式P373】3,再根据以上计算的数据由【3·=0α取.
NF=NH1N=FNH2F=N;NV1
NF=NV2M=N·mmHM=N·mmV1M=N·mmV2mm
N·=M1mm·NM=2
的计算应力?
=ca
由【3】P363表15-1查得45钢的[σ-1]=60Mpa,因此[σ-1],故确定轴的尺寸是是安全的。
?
﹤ca输出轴的设计Ⅱ、1、按扭转强度初步确定轴的直径已知:
轴的输入功率为P=5.445Kw
Ⅰmn转速为=384r/min,输入转矩T=127.17N·2Ⅰ)选材:
1,则=12015-3P3702)查【3】(15-2)式,并查表,取A03P1≥dA=0n1、轴的结构设计2轴上零件的定位,固定和装配)1单级减速器中可将输出轴的圆锥齿轮安排在小锥齿轮一侧,由套筒和轴肩定位;两轴承正装在齿轮的两侧,两轴承外圈以套杯定位,内圈以轴肩和套筒定位;齿轮、小链轮与轴周向用平键连接。
草图如下所示
?
=ca
材料:
45钢(调质),硬度217~255HBSmm,d≥
D1=40mm
L1=61mm
2)确定轴各段直径和长度1○左起第一段,由于轴通过联轴器与小链轮联接,要开键槽将D2=50mm
长度D1=30mm,40,则第一段轴直径直径增大5%并圆整为L2=82mm
;L1=45mm
3○左起第二段,该段装有圆锥滚动轴承,选用圆锥滚子轴承
×型轴承,其安装尺寸尺寸为d×D×T=50×90选用30210
D3=40mmL2=82mm;21.75,那么该段的直径为D2=50mm,长度为L3=18mm
4○,其直径应小于左起第四段为光轴段为滚动轴承定位的轴肩
D4=48mm,根据小齿轮的齿顶圆直滚动轴承的内圈外径,取D4=71mmL4=78mm
初选光轴长度16,=60.12mm,径d及齿顶圆距内机臂的距离为a1
D5=42mmL4=104mm
L5=36mm5,为安装大齿轮段,则此段的直径为D5=55mm○左起第五段,
由于大齿轮轮毂宽度为90,取长度为;L5=60mmD6=40mm
L6=30mm6○左起第六段,为轴承接入段并安装套筒,已知大齿轮端面
,则取该段直径T=21.75,轴承=15mm与内机臂的距离Δ2L6=36mm长度为D6=50mm,轴上零件的定位3)表】P1063齿轮、链轮与轴周向用平键连接,按D1,D5查【35,×8×h×××=16×h×得平键截面6-1bl1050,bl×=12666111.
选择齿轮轮毂与轴的为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,H7H7。
配合为半联轴器与轴的配合为k6n6
4)确定轴上的圆角和倒角尺寸(见输入轴的结构设计图)
3、按弯曲合成强度条件计算1)做出轴的计算简图(即力学模型)①求齿轮上作用力的大小、方向已知:
大齿轮分度圆直径:
d1=269mm,作用在齿轮上的转m
·N矩为:
T1=303Ft2=圆周力:
=Fr2求径向力轴向力Fa=Fr1=782N2②轴承支反力的计算以及轴承和齿轮在轴上的BA、根据轴承支反力的作用点)。
D,建立力学模型(如下图所示安装位置
Ft=
NFr=
水平面内的支反力:
=
F=FNH2NH1)可得;垂直面的支反力:
根据图(c
带入数据解得:
F=F=
NV2NV1③画弯矩图如图(b)(c)所示,由图可知:
M=水平面的弯矩:
H=垂直面的弯矩:
MV1=MV2合成弯矩:
=
M1
=
M2④画转矩图:
T=⑤判断危险截面并验算强度所以该剖面为坐起起第五段剖面处承受最大弯矩和扭矩,扭转切应力为脉动循环变应力,。
C由于轴单向旋转,危险截面得轴15-5式P373】3,再根据以上计算的数据由【3·=0α取.
的计算应力
因此]=60Mpa,[15-1查得45钢的σ-13由【】P363表?
﹤ca,故确定轴的尺寸是是安全的。
][σ-1
NF=NH1F=N
NH2NF=NV1F=NNV2
mmN·M=HmmN·=MV1mm·NM=V2mmN·M=1mm·N=M2
mmN·T=
七.箱体结构设计窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处
(1)
要开窥视孔,以便检查齿面接触斑点和赤
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- 一级 圆锥 齿轮 课程设计 计算 说明书