一级传动齿轮减速器.docx
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一级传动齿轮减速器
目录
一、传动方案拟定…………….……………………………….2
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………………………….…….5
五、传动零件的设计计算………………………………….….6
六、轴的设计计算………………………………………….....12
七、滚动轴承的选择及校核计算………………………….…18
八、键联接的选择及计算………..……………………………22
九、设计小结…………………………………………………..23
十、参考资料目录……………………………………………..23
一、传动方案拟定
题目:
设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动
(1)工作条件:
长期连续单向运转,使用年限8年,每天工作12小时,载荷平稳,环境要求清洁。
(2)原始数据:
输送带拉力F=1500N;带速V=2.0m/s;滚筒直径D=500mm。
二、电动机选择
1、电动机类型的选择:
Y系列三相异步电动机(工作要求:
连续工作机器)
2、电动机功率选择:
(1)传动装置的总功率:
(查指导书附表2.2)
η总=η带×η2齿轮轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒轴承×η滚筒
=0.96×0.992×0.97×0.99×0.98×0.96=0.850
(2)电机所需的工作功率:
Pd=FV/1000η总=1500×2.0/1000×0.850=3.53KW
3、确定电动机转速:
计算滚筒工作转速:
n筒=60×1000V/πD=60×1000×2.0/π×500=76.39r/min
按指导书P7表2.1推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ia=3~6。
取V带传动比I1=2~4,则总传动比理时范围为I’a=6~24。
故电动机转速的可选范围为nd=I’a×n筒=(6~24)×76.39=458.34~1833.36r/min,符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、和1500r/min。
根据容量和转速,由指导书附表10查出有三种适用的电动机型号,其技术参数及传动比的比较情况见下表:
表2.1传动比方案
传动比方案
电动机型号
额定功率(KW)
电动机转速(r/min)
传动装置的传动比
同步
转速
满载
转速
总传
动比
V带
传动
减速器
1
Y160M1-8
4
750
720
9.42
2.36
4
2
Y132M1-6
4
1000
960
12.57
2.51
5
3
Y112M-4
4
1500
1440
18.85
3.77
5
4、确定电动机型号
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比,可知方案3比较合适(在满足传动比范围的条件下,有利于提高齿轮转速,便于箱体润滑设计)。
因此选定电动机型号为Y112M-4,额定功率为Ped=4KW,满载转速n电动=1440r/min。
三、计算总传动比及分配各级的传动比
1、总传动比:
i总=n电动/n筒=1440/76.39=18.85
2、分配各级传动比
(1) 据指导书P7表2.1,取齿轮i齿轮=5(单级减速器i=3~6之间取3.15、3.55、4、4.5、5、5.6合理,为减少系统误差,取整数为宜)
(2) ∵i总=i齿轮×i带
∴i带=i总/i齿轮=18.85/5=3.77
四、运动参数及动力参数计算
1、计算各轴转速(r/min)
nI=n电动/i带=1440/3.77=381.96r/min
nII=nI/i齿轮=381.96/5=76.39r/min
nIII=nII=76.39r/min
2、 计算各轴的功率(KW)
PI=Pd×η带=3.53×0.96=3.39KW
PII=PI×η齿轮轴承×η齿轮=3.39×0.99×0.97=3.26KW
PIII=PII×η齿轮轴承×η联轴器=3.26×0.99×0.99=3.19KW
3计算各轴扭矩(N·mm)
Td=9550×Pd/n电动=9550×3.53/1440=23.41N·mm
TI=9550×PI/nI=9550×3.39/381.96=84.76N·mm
TII=9550×PII/nII=9550×3.26/76.39=407.55N·mm
TIII=9550×PIII/nIII=9550×3.19/76.39=398.80N·mm
五、传动零件的设计计算
1、皮带轮传动的设计计算
(1)选择普通V选带截型
由课本P104表8-4得:
kA=1.2
PC=KAP=1.2×4=4.8KW
由课本P104图8-11得:
选用A型V带
(2)确定带轮基准直径,并验算带速
由课本P104表8-5和表8-6得,取dd1=125mm>dmin=75
dd2=n1/n2·dd1=1440/381.96×125=471.25mm
由课本P104表8-6,取dd2=450mm
实际从动轮转速n2’=n1dd1/dd2=1440×125/450=400r/min
转速误差为:
n2-n2’/n2=381.96-400/381.96=-0.047<-0.05(允许)
带速V:
V=πdd1n1/60×1000=π×125×1440/60×1000=9.42m/s。
在5~25m/s范围内,带速合适。
(3)确定带长和中心矩
根据课本P105式(8-12)得
0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
0.7(125+450)≤a0≤2(125+450)
所以有:
402.5mm≤a0≤1150mm,取a0=600mm
由课本P105式(8-13)得:
L0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0
=2×600+1.57(125+450)+(450-125)2/4×600=2147mm
根据课本P100表8-2取Ld=2000mm
根据课本P105式(8-14)得:
a≈a0+Ld-L0/2=600+2000-2147/2=600-73.5=562mm
(4)验算小带轮包角
α1=1800-(dd2-dd1))/a×57.30=1800-33.10=146.90>1200(适用)
(5)确定带的根数
根据课本P1=1.91KW △P1=0.17KW Kα=0.91 KL=1.03得
Z=PC/(P1+△P1)KαKL=4.8/(1.91+0.17)×0.91×1.03=2.46取Z=3
(6)计算轴上压力
由课本表8-1 查得q=0.1kg/m,单根V带的初拉力:
F0=500PC/ZV(2.5/Kα-1)+qV2=[500×4.8/3×9.42×(2.5/0.91-1)+0.1×9.422]N
=157.24N
则作用在轴承的压力FQ,
FQ=2ZF0sinα1/2=2×3×157.24sin146.9/2
=904.35N
2、齿轮传动的设计计算
(1)选择齿轮材料及精度等级和齿数
考虑减速器传递功率不大,按课本P142表10-8及10-9选,以齿轮采用软齿面。
小齿轮选用40Cr调质,齿面硬度为250HBS。
大齿轮选用45钢,正火,齿面硬度225HBS;根据表选7级精度。
齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm。
取小齿轮齿数Z1=29。
则大齿轮齿数:
Z2=i齿Z1=5×29=145
(2)按齿面接触疲劳强度设计
由课本P147式(10-24)d1≥766ξE【kT1(u+1)/φdu[σHP]2】1/3
确定有关参数如下:
传动比i齿=u=5
由表10-12 取φd=0.9
转矩T1 T1=9550×P1/n1=9550×3.39/400=80.94N·m
载荷系数k由课本P144 取k=1.4
齿轮副材料对传动尺寸的影响系数ξE 查表10-11取ξE=1
许用接触应力σHP,由课本P150图10-33查得:
σHlim1=690Mpa σHlim2=580Mpa
[σHP1]=0.9σHlim1=621Mpa [σHP2]=0.9σHlim2=522Mpa
取[σHP]=522Mpa
故得:
d1≥766ξE【kT1(u+1)/φdu[σHP]2】1/3=766×1×[1.4×80.94×(5+1)/0.9×5×5222]1/3mm
=62.93mm
(3)确定齿轮传动主要参数及几何尺寸
模数:
m=d1/Z1=63.78/29=2.17mm
根据课本P130表10-2取标准模数:
m=2.5mm
分度圆直径d1=mZ1=2.5×29=72.5mm
d2=mZ2=2.5×145=362.5mm
传动中心距 a=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(29+145)=217.5mm
齿宽 b2=b=φd×d1=0.9×72.5=65mm
b1=b2+(5~10)mm=70mm
验算齿轮圆周速度 V齿=πd1n1/60×1000=3.14×72.5×400/60×1000=1.52m/s
由表10-7选齿轮传动精度等级7级合宜
(4)校核齿根弯曲疲劳强度
由课本P148式(10-26)得 σF=(2000kT1/bm2Z1)YFS≤[σFP]
确定有关参数和系数
许用弯曲应力[σFP]
由课本P150图10-34查得:
σFlim1=290Mpa σFlim2=230Mpa
[σFP1]=1.4σFlim1=406Mpa [σFP2]=1.4σFlim2=322Mpa
复合齿形系数YFS 由P149图10-32查得
YFS1=4.06 YFS2=3.95
计算两轮的许用弯曲应力
σF1=(2000kT1/bm2Z1)YFS1=(2000×1.4×84.28/70×2.52×29)×4.06Mpa=75.51Mpa
σF2=σF1YFS2/YFS1=75.51×3.95/4.06Mpa=73.47Mpa
六、轴的设计计算
1)输入轴的设计计算
1、选择轴的材料,确定许用应力
由于设计的是单级减速器的输入轴,属于一般轴的设计问题,选用45#正火钢,硬度170~217HBS,抗拉强度σb=590Mpa,弯曲疲劳强度σ-1=255Mpa。
[σ-1]=55Mpa
2、估算轴的基本直径
根据课本P225式13-1,并查表13-3,取A=110
d≥A(PI/n1)1/3=110(3.39/400)1/3mm=22.4mm
考虑有键槽,将直径增大5%,则d1=22.4×(1+5%)mm=23.5mm
∴由课本P214表13-4选d1=24mm
3、轴的结构设计
(1)轴上零件的定位,固定和装配
单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,齿轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴向固定,靠平键和过盈配合实现周向固定。
两轴承分别以轴肩和大筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定,轴通过两端轴承实现轴向定位。
大带轮轮毂靠轴肩、平键和螺栓分别实现轴向定位和周向固定。
(2)确定轴各段直径和长度
工段:
d1=24mm 长度取决于带轮轮毂结构和安装位置,暂定L1=70mm
∵h=(2~3)c 查指导书附表2.5取c=1.5mm
II段:
d2=d1+2h=24+2×(2~3)×1.5=30~33mm
∴d2=30mm
初选用6006型深沟球轴承,其内径为30mm,宽度为13mm。
(转入输入轴轴承选择计算)
考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面和箱体内壁应有一定距离。
取套筒长为20mm,通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度,并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定,为此,取该段长为55mm,安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长:
L2=(2+20+13+55)=90mm
III段直径d3=d2+2h=30+2×(2~3)×1.5=36~39mm取d3=36mm
L3=b1-2=70-2=68mm
Ⅳ段直径d4=d3=d2+2h=36+2×(2~3)×1.5=42~45mm 取d4=42mm
长度与右面的套筒相同,即L4=20mm
考虑此段滚动轴承左面的定位轴肩,应便于轴承的拆卸,应按标准查取由附表6.2得安装尺寸da=36mm,该段直径应取:
d5=36mm。
因此将Ⅳ段设计成阶梯形,右段直径为36mm。
Ⅵ段直径d6=30mm. 长度L6=13mm
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=13+20+70+20=123mm
(3)按弯矩复合进行强度计算
①求分度圆直径:
已知d1=72.5mm
②求转矩:
已知T1=80940N·mm
③求圆周力:
Ft
Ft=2T1/d1=2×80940/72.5=2232.83N
④求径向力Fr
Fr=Ft·tanα=2232.83×tan200=812.68N
⑤因为该轴两轴承对称,所以:
LA=LB=61.5mm
(1)绘制轴受力简图(如图a)
(2绘制水平面弯矩图(如图b)
轴承支反力:
RHA=RHB=Ft/2=1116.42N
由两边对称,知截面C的弯矩也对称。
截面C在水平面弯矩为
MHC=RHAL/2=1116.42×61.5=68659.52N·mm
(3)绘制垂直面弯矩图(如图c)
RVA=RVB=Fr/2=406.34N
由两边对称,知截面C的弯矩也对称。
截面C在水平面弯矩为
MVC=RVAL/2=406.34×61.5=24989.91N·mm
(4)绘制合成弯矩图(如图d)
MC=(MHC2+MVC2)1/2=(68659.522+24989.912)1/2=73065.89N·mm
(5)绘制扭矩图(如图e)
转矩:
T=9.55×(P1/n1)×106=80940N·mm
(6)按弯扭合成进行强度计算
由课本P219式13-3按脉动循环:
α=0.6
d≥[10(Mc2+(αT)2)1/2/[σ-1]]1/3=[10(73065.892+(0.680940)2)1/2/55]1/3=25.17mm
∵d3=36mm≥d
∴该轴强度足够。
(7)进行疲劳强度安全系数校核
齿轮轴中间截面由键槽引起应力集中,所受载荷较大,应对其进行疲劳强度安全系数校核。
截面有关系数:
ψτ=0.1(属中碳钢) κσ=1(键槽中段处) κτ=1.523(由表13-13,用插值法求得)
β=1.069(由表13-15,用插值法求得)εσ=0.88 ετ=0.81(由表13-14查得)
Kσ=2.906 Kτ=2.145(由表13-10,按配合H7/r6查得)
W=πd3/32=4580.44mm3 WT=2W=9160.88mm3 [S]=1.8(由表13-9查得)
S=σ-1/[(KσM/W)2+0.75[(Kτ+ψτ)T/WT]2]1/2
=255/[(2.906×73065.89/4580.44)2+0.75[(2.145+0.1)80940/9160.88]2]1/2=5.2
S>[S],轴的强度满足要求。
2)输出轴的设计计算
1、选择轴的材料,确定许用应力
由于设计的是单级减速器的输入轴,属于一般轴的设计问题,选用45#正火钢,硬度170~217HBS,抗拉强度σb=590Mpa,弯曲疲劳强度σ-1=255Mpa。
[σ-1]=55Mpa
2、估算轴的基本直径
根据课本P225式13-1,并查表13-3,取A=105
d≥A(PⅡ/nⅡ)1/3=105(3.26/80)1/3mm=36.13mm
考虑有键槽,将直径增大5%,则d1=22.4×(1+5%)mm=37.9mm
∴由课本P214表13-4选d1=38mm
3、轴的结构设计
(1)轴上零件的定位,固定和装配
单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,齿轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴向固定,靠平键和过盈配合实现周向固定。
两轴承分别以轴肩和大筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定,轴通过两端轴承实现轴向定位。
大带轮轮毂靠轴肩、平键和螺栓分别实现轴向定位和周向固定。
(2)确定轴各段直径和长度
工段:
d1=38mm 长度取决于联轴器结构和安装位置,根据联轴器计算选择,选取YL7型Y型凸缘联轴器L1=82mm。
∵h=(2~3)c 查指导书附表2.5取c=1.5mm
II段:
d2=d1+2h=38+2×(2~3)×1.5=44~47mm
∴d2=45mm
初选用6009型深沟球轴承,其内径为45mm,宽度为16mm。
(转入输出轴轴承选择计算)
考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面和箱体内壁应有一定距离。
而且两对轴承箱体内壁距离一致,(L轴1=L轴2)取套筒长为21mm,通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度,并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定,为此,取该段长为55mm,安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长:
L2=(2+21+16+55)=94mm
III段直径d3=d2+2h=45+2×(2~3)×1.5=51~54mm取d3=53mm
L3=b2-2=65-2=63mm
Ⅳ段直径d4=d3=d2+2h=53+2×(2~3)×1.5=59~62mm 取d4=60mm
长度与右面的套筒相同,即L4=21mm
考虑此段滚动轴承右面的定位轴肩,应便于轴承的拆卸,应按标准查取由附表6.2得安装尺寸da=51mm,该段直径应取:
d5=51mm。
因此将Ⅳ段设计成阶梯形,左段直径为51mm。
Ⅵ段直径d6=45mm. 长度L6=16mm
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=16+21+65+21=123mm
(3)按弯矩复合进行强度计算
①求分度圆直径:
已知d2=362.5mm
②求转矩:
已知T2=9550×PⅡ/nⅡ=389.16N·m=389162.5N·mm
③求圆周力:
Ft
Ft=2T2/d2=2×389162.5/362.5=2147.10N
④求径向力Fr
Fr=Ft·tanα=2147.10×tan200=781.48N
⑤因为该轴两轴承对称,所以:
LA=LB=61.5mm
(1)绘制轴受力简图(如图a)
(2绘制水平面弯矩图(如图b)
轴承支反力:
RHA=RHB=Ft/2=1073.55N
由两边对称,知截面C的弯矩也对称。
截面C在水平面弯矩为
MHC=RHAL/2=1073.55×61.5=66023.33N·mm
(3)绘制垂直面弯矩图(如图c)
RVA=RVB=Fr/2=390.74N
由两边对称,知截面C的弯矩也对称。
截面C在水平面弯矩为
MVC=RVAL/2=390.74×61.5=24030.51N·mm
(4)绘制合成弯矩图(如图d)
MC=(MHC2+MVC2)1/2=(66023.332+24030.512)1/2=70260.55N·mm
(5)绘制扭矩图(如图e)
转矩:
T=9.55×(PⅡ/nⅡ)×106=389162.5N·mm
(6)按弯扭合成进行强度计算
由课本P219式13-3按脉动循环:
α=0.6
d≥[10(Mc2+(αT)2)1/2/[σ-1]]1/3=[10(70260.552+(0.6×389162.5)2)1/2/55]1/3=35.39mm
∵d3=53mm≥d
∴该轴强度足够。
(7)进行疲劳强度安全系数校核
齿轮轴中间截面由键槽引起应力集中,所受载荷较大,应对其进行疲劳强度安全系数校核。
截面有关系数:
ψτ=0.1(属中碳钢) κσ=1(键槽中段处) κτ=1.523(由表13-13,用插值法求得)
β=1.069(由表13-15,用插值法求得)εσ=0.81 ετ=0.76(由表13-14查得)
Kσ=3.343 Kτ=2.409(由表13-10,按配合H7/r6查得)
W=πd3/32=14615.96mm3 WT=2W=29231.93mm3 [S]=1.8(由表13-9查得)
S=σ-1/[(KσM/W)2+0.75[(Kτ+ψτ)T/WT]2]1/2
=255/[(3.343×70260.55/14615.96)2+0.75[(2.409+0.1)389162.5/29231.93]2]1/2=7.7
S>[S],轴的强度满足要求。
七、滚动轴承的选择及校核计算
根据根据条件,轴承预计寿命
Lh=8×365×12=35040小时
1、计算输入轴承
1.求轴承的当量动载荷P1、P2
由题目工作条件查课本P253表15-5和15-6选择载荷系数fP=1.2,温度系数ft=1。
已知轴颈d2=30mm,转速n1=400r/min,假设轴承仅受径向载荷R1和R2,由直齿齿轮受力分析公式P144式10-17和10-18可得:
Ft=2000T1/d1=2000×80.94/72.5=2232.83N
Fr=Fttg20=812.68N
因轴承对称齿轮分布,故R1=R2=Fr/2=406.34N
P1=fPR1=1.2×406.34=487.61N
P2=ftXR2=1×0.56×406.34=227.55N
2.试选轴承型号
根据计算轴颈d2=30mm,初选6006型,查指导书P135附表6.2得该型号轴承的基本额定动载荷Cr=10200N,基本额定静载荷Cor=6880N。
3.由预期寿命求所需C
P1>P2,即按轴承1计算
C=P1/ft(60nLh/1000000)1/3=4602.54
因C<Cr=10200N,故选轴承型号为6006型。
2、计算输出轴承
1.求轴承的当量动载荷P1、P2
由题目工作条件查课本P253表15-5和15-6选择载荷系数fP=1.2,温度系数ft=1。
已知轴颈d2=45mm,转速n1=80r/min,假设轴承仅受径向载荷R1和R2,由直齿齿轮受力分析公式P144式10-17和10-18可得:
Ft=2000T2/d2=2000×389.16/362.5=2147.10N
Fr=Fttg20=781.48N
因轴承对称齿轮分布,故R1=R2=Fr/2=390.74N
P1=fPR1=1.2×390.74=468.89N
P2=ftXR2=1×0.56×390.74=218.81N
2.试选轴承型号
根据计算轴颈d2=45mm,初选6009型,查指导书P135附表6.2得该型号轴承的基本额定动载荷Cr=16200N,基本额定静载荷Cor=11800N。
3.由预期寿命求所需C
P1>P2,即按轴承1计算
C=P1/ft(60nLh/1000000)1/3=25
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