机械设计课程设计展开式二级圆柱齿轮减速器教材Word文件下载.docx
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本课程设计的教学目的是:
1.综合运用《机械原理及设计》课程及其它有关先修课程的理论和生产实践知识进行实践,使理论知识和生产知识密切地有机结合起来,从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展。
2.在设计实践中学习和掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤,培养学生分析和解决机械设计问题的能力,为以后进行的设计工作打下初步基础
3.通过设计,使学生在计算、绘图、运用并熟悉设计资料(包括手册、标准和规范等)以及进行经验估算等工程师在机械设计方面必须具备的基本训练进行一次训练。
2.设计任务书及方案
带式运输机传动系统中的展开式二级圆柱齿轮减速器
1)系统简图
2)工作条件
单向运转,有轻微振动,经常满载,空载起动,单班制工作,使用期限5年,输送带速度容许误差为±
5%。
3)原始数据
输送带拉力F(N)
2.6×
103
输送带速度v(m/s)
1.0
滚筒直径D(mm)
300
4)设计工作量
(1)设计说明书
(2)减速器装配图(3)减速器零件图
计算及说明
结果
3.电机选择和传动装置的运动、动力参数计算
1)电动机的选择
(1)选择电动机的类型
按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机,全封闭自扇冷式结构,电压380V.
(2)选择电动机的容量
此带式运输机,其电动机所需功率为
式中:
—工作机的有效功率,即工作机的输出功率,单位为kW。
—从电动机到工作输送带间的总效率。
是组成传动装置和工作机的各部分运动副或传动副的效率乘积。
设、分别为联轴器、滚动轴承、齿轮传动及卷筒传动的效率,则
查《机械设计课程设计指导书》表9-1取=0.99,,
则
工作机的有效功率
所以电动机所需功率
(3)确定电动机的转速
二级圆柱齿轮减速器传动比工作机卷筒轴的转速为
所以电动机的转速可选范围为
综合考虑,决定选用1500的电动机。
根据电动机类型、容量和转速由机械手册选定电动机型号为Y112M-4,其主要性能如下:
电动机型号
额定功率∕kW
满载转速∕
Y112M-4
4
1440
2.2
主要安装尺寸及外形尺寸:
型号
H
A
B
C
D
E
F×
GD
G
K
Y112M
112
190
140
70
28
60
8×
7
24
12
245
2)传动装置的总传动比和分配传动比
(1)总传动比为其中为满载转速。
Ⅰ
(2)分配传动比
考虑润滑条件,为使两级大齿轮直径相近。
取
故
3)各轴的运动和动力参数
(1)各轴的转速
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
卷筒轴
(2)各轴的输入功率
(3)各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩为
Ⅱ轴
现将计算结果汇总如下:
轴名
功率P∕kW
转矩T∕(N·
mm)
转速n()
电机轴
3.18
2.109
Ⅰ轴
3.15
2.088
2.99
1.134
256.7
Ⅲ轴
2.84
4.244
64
卷筒轴
2.76
4.119
4.齿轮的设计计算
1)高速级齿轮的设计计算
(1)齿轮材料,热处理及精度
考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮
①材料:
高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮(197~286)HBS取小齿齿数=17
高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮(156~217)HBSZ=×
Z=5.61×
17=95.37取Z=95.
②齿轮精度
按GB/T10095-1998(《机械设计基础》以下简称教材p168),选择7级,齿根喷丸强化。
(2)设计计算
①设计准则
齿轮要正常工作必须满足一定的强度以免失效,因此要通过强度计算来设计齿轮的尺寸,先分别按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算出最小分度圆直径进而算出模数,比较两者的大小,然后按标准模数取值,再根据模数算出最后的分度圆直径等齿轮尺寸。
考虑到装配时两齿轮可能产生轴向误差,常取大齿轮齿宽b2=b,而小齿轮宽b1=b+(5~10)mm,以便于装配。
②按齿面接触疲劳强度设计
按教材p169取K=1.6
教材p171对于标准齿轮,区域系数
按教材表11-1小齿轮接触疲劳极限MPa,大齿轮,取失效效率
许用接触应力600MPa,
弹性系数
按教材p175非对称布置
转矩
于是有小齿轮的分度圆直径
=
③计算几何尺寸
齿宽
模数m=
④校核齿根弯曲疲劳强度
根据教材p173≥mm
转矩mm,.
由教材表11-1取小齿轮弯曲疲劳极限
取,则
查教材的图得
于是有
大齿轮的数值较大,选用。
于是有≥mm=
=1.57mm
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,按教材p57GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=42.5来计算应有的齿数.于是取
⑤计算几何尺寸
中心距a=
大小齿轮分度圆直径
齿轮宽度b=
由《机械设计课程设计指导书》以下简称指导书,取
齿顶圆直径
齿根圆直径
2)低速级齿轮传动的设计计算
(1)齿轮材料、精度、齿数
材料:
低速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为小齿轮(197~286)HBS取小齿齿数=24
低速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为大齿轮(156~217)BSZ=圆整取Z=96
齿轮精度:
按教材p168GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化
取K=1.6,标准齿轮,
失效概率取,,
同高速齿轮一样
则有=
模数
④按齿根弯曲疲劳强度设计
≥mm
其中,.
计算模数
≥=
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=3mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=75.7来计算应有的齿数.
取,=4.01×
25=100
中心距a=圆整为188mm
5.轴的设计计算
1)高速轴的结构设计
⑴高速轴
作用在齿轮上的力:
小齿轮分度圆直径
切向力
径向力
为标准压力角
⑵初步确定轴的最小直径
先按教材p241初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理.根据p245取C=112,
高速轴的最小直径是安装联轴器处的轴颈,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号。
参考教材p291选择
因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以
查指导书综合电动机的轴颈选取LT4型弹性套柱销联轴器其公称转矩为63Nm,半联轴器的孔径d=20mm,=20mm,半联轴器长度L=62mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度
⑶根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
①为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,Ⅰ-Ⅱ轴段右端需要制出一轴肩,根据>0.07d,取h=1.5,故取Ⅱ-Ⅲ的直径;
左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上,故Ⅰ-Ⅱ的长度应比略短一些,现取.
②初步选择滚动轴承.因轴承主要受径向力,故选取深沟球轴承.参照工作要求并根据,由指导书p119初步选取0基本游隙组标准精度级的6205深沟球轴承。
对于选取的深沟球轴承其尺寸为,故.
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.高度
③取安装齿轮处的轴段;
齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮毂的宽度为45mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取.齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高2.5,取.轴环宽度,取b=5mm.
④轴承端盖的总宽度为10mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定).根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,考虑轴承座的宽度,故取.
⑤取齿轮距箱体内壁之距离a=12,两圆柱齿轮间的距离c=16.考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离s,取s=8,已知滚动轴承宽度B=15,
低速齿轮轮毂长L=40,则
至此,已初步确定了轴的各端直径和长度.
⑷高速轴周向固定
根据《机械设计》p200齿轮和半联轴器的轴向H定位均采用平键连接。
根据Ⅵ-Ⅶ段轴颈dⅥ-Ⅶ由指导书p116查得截面尺寸b×
h=8×
7。
键槽用铣刀加工,取长为32mm,为了保证齿轮与轴有良好的对中性,选择齿轮轮毂与轴的配合为。
半联轴器与轴的连接选用平键b×
h×
L=6×
6×
32,半联轴器与轴配合为。
滚动轴承与轴的周向定位靠过渡配合,dⅢ-ⅣdⅦ-Ⅷ的尺寸公差为m6。
⑸倒角与圆角
由指导书p85轴上的圆角Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅶ处R=1.0,Ⅴ、Ⅵ处R=1.6.左轴端倒角1.2,右轴端倒角。
⑹高速轴结构图如下
2)中间轴结构
先计算轴的最小直径,取C等于110,mm
最小直径取25mm,最小直径为轴承处的直径,于是也选用深沟球轴承6205,其尺寸为。
轴的结构图如下
3)输出轴结构
最小直径,选联轴器取1.5,
计算转矩应小于联轴器的公称转矩,于是选择LT8,公称转矩710,孔径选取45mm,L=112mm,
根据指导书p120选择深沟球轴承6211,键选用和输出轴的结构如下
4)高速轴受力分析
⑴受力分析图如下
⑵垂直面支撑反力
⑶水平面支撑反力
⑷垂直面弯矩
⑸水平面弯矩
⑹总弯矩
5)按弯曲扭转合成应力校核高速轴的强度
根据教材p246,单向运转,取
==MPa
查p246表14-3得[]=60MP
,此轴合理安全。
6)轴的安全系数校核
⑴判断危险截面
截面A,Ⅱ,Ⅲ,B只受扭矩作用
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