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(一)题目名称:
设计两级圆柱齿轮减速器
(二)说明:
此减速器用于热处理车间零件清洗传送带的减速。
此设备两班制工作,工作期限十年,用户使用。
(三)技术参数:
鼓轮直径(mm)
传送带运行速度(m/s)
传送带从动轮所需扭矩(N.m)
380
0.8
1050
(四)本任务规定的设计计算包括下列各项:
1、传动装置总体设计计算;
2、各传动零件的设计计算;
3、一根主要轴的设计计算;
4、一对主要轴承的设计就算;
5、各标准零件的选择。
(五)要求
1、主要部件的总装配图一张(A1)
2、典型零件工作图2张(《A3)
3、20页左右的说明书一份
二、设计方案分析
1、组成:
传动装置由电机、减速器、工作机组成。
2、特点:
齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀,要求轴有较大的刚度。
3、确定传动方案:
考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级能吸收震动且起过载保护作用。
传送简图如下:
三、电动机的选择
1、鼓轮的转速:
===40.2r/min
2、鼓轮工作所需要的功率:
=
3、传动装置的总效率:
...=0.950.99=0.8
(为V带的效率,轴承的效率,为每对齿轮啮合传动的效率,为联轴器的传动效率)
4、电动机所需的功率:
===5.5kw
5、电动机的选择
根据动力源和工作条件,电动机的类型选用Y系列三相异步电动机。
电动机的转速选择常用的两种同步转速:
1500r/min和1000r/min,以便比较。
根据电动机所需功率和同步转速,查设计手册表8-53确定电动机的型号为Y132S-4和Y132M2-6。
传动系统的总传动比:
==1440/40.2=35.8==960/40.2=23.88
根据电动机型号查表8-54确定电动机的各参数,将计算数据和查表数据填入表1,便于比较。
表1电动机的数据及总传动比
方案
电动机型号
额的功率/KW
同步转速/(r/min)
满载转速/(r/min)
总传动比
外伸轴径/mm
外伸轴长度/mm
中心高/mm
1
Y132S-4
5.5
1500
1440
35.8
42
80
132
2
Y132M2-6
1000
960
23.88
38
根据表1可知,方案1转速高,电动机价格低,总传动比虽然大些,但完全可以通过带传动和两级齿轮传动实现,所以选用方案1。
四、运动和动力参数的计算
1、传动比分配
1440/40.2=35.82
带的传动比取为,则减速器总传动比为
=35.82/3=11.94
则双级斜齿圆柱齿轮减速器高速级的传动比为
=3.94
低速级的传动比
/=3.03
2、各轴的转速计算
=1440/3r/min=480r/min
=480/3.94r/min=121.83r/min
==40.2r/min
3、各轴输入功率计算
.=5.5x0.95kw=5.225kw
..=5.225x0.97x0.98kw=4.97kw
=..=4.97x0.97x0.98kw=4.72kw
4、各轴输入扭矩计算
=9550/=104N.m
=9550/=390N.m
=9550/=1121N.m
将上述结果列入表2,以供查用
表2
轴号
转速n/(r/min)
功率p/kw
扭矩T/(N.m)
480
5.225
104
121.83
4.97
390
40.3
4.72
1121
五、V带传动的设计计算
1、求计算功率
查课本表13-8得=1.2,故
==1.2x5.5kw=6.6kw
2、选V带型号
可用普通V带或窄V带,现选普通V带
根据=6.6kw,=1440r/min,由课本图13-15查出此坐标点位于A型处,所以V带选A型普通V带。
3、求大小带轮直径、
由课本表13-9,应取不小于75mm,现取90mm,则
=/.(1-)=1440/480X90X(1-0.02)=264.6mm
由课本表13-9,取=265mm
4、验算带速V
V==m/s=6.78m/s
带速在5-25m/s范围内,合适
5、求V带基准长度和中心距a
初步选中心距=1.5(1.5x(90+265)mm=532.5mm
取=540mm,符合0.7(<
2(
则=2+=1651mm
查课本表13-2,对A型带选=1800mm,则
a=/2=614.5mm
6、验算小带轮包角=-()/2=>
合适。
7、求V带的根数Z
Z=
令=1440r/min,,查课本表13-3,得
由i=(1-)=3
查课本表13-5,得
由=,查表13-7得=0.95,查表13-2得=1.01
由此可得
Z=,取Z=5根
8、求作用在带轮轴上的压力
查课本表13-1得,q=0.1,得单根V带的初拉力
=137N
作用在轴上的压力=2Z=1356N
六、齿轮传动的设计计算
(一)高速级齿轮传动的设计计算
1、选择齿轮材料、热处理、计算接触应力、许用弯曲应力,考虑此减速器长期工作,载荷有中等冲击及减速器的功率和工作环境,故大小齿轮都用硬齿面渐开线斜齿轮。
(1)齿轮材料、热处理及确定许用应力
小齿轮用45号钢表面淬火,齿面硬度为40~50HRC,=1500Mpa,=690Mpa,
大齿轮用20Cr渗碳淬火,齿面硬度为56~62HRC,,=850Mpa(查课本表11-1)
取,=1(查课本表11-5得)
取,=188.8(查课本表11-4得)
则,[]=[]==387Mpa
[]=[]==1150Mpa
2、初步设计齿轮传动的主要尺寸
(1)按齿轮弯曲强度计算
齿轮按8级精度制造。
取载荷系数K=1.3(查课本表11-3得)
齿轮系数=0.5(课本表11-6)
小齿轮的转矩=9.55=1.04N.mm
初选螺旋角(一般取8~)
齿数取=19,则==,取=
则实际传动比i==3.95
齿形系数==21.08,==83.21
查课本表11-8得=2.88,=2.25
由课本表11-9得=1.57,=1.78
3、小齿轮弯曲强度计算
法向模数=2.37mm
由课本表4-1取
中心距a==121.65mm
取a=120mm
确定螺旋角arc=
小齿轮分度圆直径/=48.5mm
小齿轮齿顶圆直径=mm
齿根圆直径=
齿宽b=
取=45mm
大齿轮分度圆直径/=191.5mm
大齿轮齿顶圆直径=
4、验算齿面接触强度、小齿轮齿面弯曲强度
=890.8Mpa<
[]=1150Mpa,安全
=560Mpa<
=690Mpa,安全
5、齿轮的圆周速度V=V==1.2m/S
6、计算齿轮的圆周力、径向力、轴向力
圆周力:
==4290N
径向力:
==1595N
轴向力:
==890N
(二)低速级齿轮传动的设计计算
(1)按齿轮的弯曲强度设计计算
齿轮按8级精度制造,取载荷系数K=1.3(课本表11-3)
齿宽系数=0.6(课本表11-6)
小齿轮的转矩=9.55=3.9xN.m
齿数取=23则==,取=
则实际传动比i==3.05
齿形系数==23.8,==72
查课本表11-8得=2.87,=2.3
由课本表11-9得=1.57,=1.75
法向模数=2.89mm
中心距a==144.4mm
取a=145mm
小齿轮分度圆直径/=72mm
小齿轮齿顶圆直径=
大齿轮分度圆直径/=218mm
七、轴的结构设计及强度计算
(一)选择轴的材料和热处理
三根轴均选取45号钢作为轴的材料,调制处理
(二)输入轴的结构设计及强度计算
1、计算作用在齿轮上的力
2、初步估算轴的直径
根据d=c,轴的材料为45号钢,通常取C=107~118,这里取112,则
d==24.8mm
考虑到键槽的影响,d增大5%,则d=1.05x24.8=26mm
3、轴的结构设计
(1)确定轴的结构方案
该轴的轴承分别从两端装入,由档油盘定位。
轴段1-2主要用于安装联轴器,其直径应与联轴器的孔径相配合,因此要先选择联轴器。
联轴器的计算转矩为,根据工作情况,选取(课本表17-1),则1.04
根据工作要求选用弹性柱销联轴器,型号为L(课程设计书表8-36),公称转矩为560N.m。
与输入轴连接的半联轴器孔径d=28mm,因此选取轴1-2的直径为28mm,半联轴器轮毂总长度L=62mm,与轴配合的轮毂孔长为=42mm。
输入轴的结构如图:
(2)确定其它各轴段的直径和长度
半联轴器右端用套筒轴向定位,其长度为扳手的有效活动距离和输入轴轴承盖长度之和,此处取45mm,为保证安装要求,轴段1-2的长度应比半联轴器配合段轮毂孔长略短2~3mm。
所以轴段=85mm
轴段2-3为支撑轴颈,用来安装轴承,预选型号为30206的圆锥滚子轴承。
其宽度B=16mm,所以轴段2-3直径应为轴承内圆直径,即,为保证轴承的轴向定位用档油盘定位,长度为29mm,所以轴段2-3的长度为=45mm;
轴段3-4,此轴为连接的轴身,为保证定位轴肩有一定的高度和低速轴齿轮有一定的空间位置,确定其直径和长度为,
轴段4-5为齿轮的轮齿部分,其分度圆直径,齿顶圆直径=mm,齿宽,所以
轴段5-6是支撑轴颈,用来安装轴承,预选型号为30207的圆锥滚子轴承。
其宽度B=17mm,所以轴段5-6直径应
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