单级圆柱齿轮减速器附装配图.docx
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单级圆柱齿轮减速器附装配图
《机械设计基础》
课程设计说明书
题目:
带传动及单级圆柱齿轮减速器的设计
学院:
机械与电子学院
专业:
机械制造与自动化
班级:
机制19-1班
学号:
姓名:
李俊
指导教师:
周海
机械与电子学院
2019年11月-12月
一、课程设计任务要求····························3
二、电动机的选择·································4
三、传动比的计算设计·································5
四、各轴总传动比各级传动比·····························6
五、V带传动设计·······································8
六、齿轮传动设计·································11
七、轴的设计·······································19
八、轴和键的校核······························30
九、键的设计·····································32
十、减速器附件的设计·······························34
十一、润滑与密封·····································36
十二、设计小结··········································37
十三、参考资料·······································37
一、课程设计任务要求
1.用CAD设计一张减速器装配图(A0或A1)并打印出来。
2.轴、齿轮零件图各一张,共两张零件图。
3.一份课程设计说明书(电子版)并印出来
传动系统图如下:
传动简图
输送机传动装置中的一级直齿减速器。
运动简图工作条件冲击载荷,单向传动,室内工作。
三班制,使用5年,工作机速度误差±5%。
原始数据如下:
原始数值
数据来源S3-10
输出轴功率P/kw
4.5
输出轴转速n/min
55
二、电动机的选择
计算步骤
设计计算与内容
设计结果
1、选择电动机的类型。
2、电动机输出功率Pd
3、电动机的转速
4、选定电动机的型号
按照工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇式冷鼠笼型三相异步电动机。
电动机输出功率
η总=η1η2η2η3η4
=0.96*0.99*0.99*0.96*0.96=0.86
故电动机输出功率Pd
Pd=P/η总=4.5/0.86=5.23kw
电动机额定功率Ped
查表20-1,得Ped=5.5kw
由表2-1,得V带传动常用传动比范围i1=2~4
单级圆柱齿轮i2=3~6,nw=55r/min
nd =nw·i1·i2=330~1320r/min
在该范围内电动机的转速有:
750r/min、1000r/min,取电动机同步转速为1000r/min。
根据电动机所需的功率,并考虑电动机转速越高,总传动比越大,减速器的尺寸相应越大,所以选用Y132M2-6.额定功率5.5kw,满载转速960r/min,额定转矩2.0N/m,最大转矩2.2N/m。
电动机
Y132M2-6
输出功率
Pd=5.23kw
额定功率
Ped=5.5kw
η总=0.86
三、传动比的计算设计
计算步骤
设计计算与内容
1、计算总传动比
2、各级传动比分配
i总=n/nw=960/55=17.45
n为电动机满载转速,nw为输出轴转速
取V带传动的传动比i1=2,开式齿轮传动的传动比i3=3
则减速器的传动比i2=i/(i1*i2) =2.90
四、各轴总传动比各级传动比
计算步骤
设计计算与内容
设计结果
1、各轴转速
2、各轴输入功率
3、各轴的转矩
电动机轴为0轴,减速器高速轴为1轴,低速轴为2轴,输出轴为3轴。
n0=960r/min
n1=n0/i1=480r/min
n2=n1/i2=166r/min
n3=55r/min
P0=5.23KW
P1=P0*n1=5.23*0.96=5.02KW
P2=P1*n2*n3=5.02*0.99*0.96=4.77KW
P3=4.5KW
T0=9550*P0/n0=52.02N·m
T1=99.88N·m
T2=274.42N·m
T3=781.36N·m
n0=960r/min
n1=480r/min
n2=166r/min
n3=55r/min
P0=5.23KW
P1=5.02KW
P2=4.77KW
P3=4.5KW
T0=52.02N·m
T1=99.88N·m
T2=274.42N·m
T3=781.36N·m
计算结果汇总如下表,以供参考
相关参数
轴
电动轴0
1轴
2轴
w卷筒轴
功P(KW)
5.23
5.02
4.77
3.8
转速n(r/min)
960
480
166
55
转矩T(N.m)
52.02
99.88
274.42
781.36
传动比i
2
2.90
3
效率
0.96
0.96
0.96
五、传动设计
计算步骤
设计计算与内容
设计结果
1、确定设计功率PC
2、选择普通V带型号
3、确定带轮基准直径dd1、dd2。
4验证带速V
5、 确定带的基准长度Ld和实际中心距a0。
带长L0
6、 校核小带轮包角α1
7、 确定V带根数Z
8、求初拉力F0及带轮轴上的压力F0
由<<机械设计基础>>表10-7得KA=1.2
PC=KAP=1.2×5.5=6.6KW
根据PC=6.6KW,n0=960/min。
由表10-8应选B型V带。
由课本图10-88知,小带轮基准直径的推荐值为112~140mm。
由《机械设计基础》表10-8取dd1=125mm,
dd2=dd1*n1/n2=125*960/480=250mm
按表10-8取标准直径dd2=250mm,则实际传动比i、带速V分别为:
i1=dd2/dd1=250/125=2
V=πdd1n1/60×1000=(125×π×960)/(60×1000)m/s=6.28m/s
V值在5~25m/s范围内,带速合格。
0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
0.7(125+250)≤a0≤2(125+250)
262.5mm≤a0≤750mm
初取中心距a0=500mm
L0=2a0+(dd1+dd2)π/2+(dd2-dd1)2/4a0
=2×500+(125+250)π/2+(250-125)2/(4×500)
=2028.31mm
由表10-2选取基准长度Ld=2000mm
实际中心距a为
a≈a0+(La-L0)/2
=500+(2028.31-2000)/2mm=514mm
α1=180o-(dd1-dd2)/α×57.3o
=180o-57.3o×(4250-125)/514
=166o>120o(符合要求)
查表10-4,由线性插值法
P0=1.64+(1.93-1.64)/(1200-950)*(960-950)
=1.65kw
查表10-5,10-6,有线性插值法
△P0=0.294kw
Ka=0.968
查表10-2,得KL=0.98
V带轮的根数Z
Z=Pc/[(P0+△P0)*Ka*Ka]
=6.6/[(1.65+0.294)*0.968*0.98]
=3.6(根)
圆整得Z=4
由表10-1查得B型普通V带的每米长质量q=0.17kg/m,得单根V带的初拉力为
F0=500×(2.5/K-1)(Pc/zv)+qv2
=500〔2.5/0.968-1)x6.6/(5x6.28)+0.17×6.282〕
=214.6N
可得作用在轴上的压力Q为
Q=2×F0Zsin(a1/2)
=2×214.6×4×sin(1660/2)
=1700N
KA=1.2
Pc=6.6kw
dd1=125mm
dd2=250mm
i=2
V=6.28m/s
a0=500
Ld=2000mm
a≈514mm
α1=166o
P0=1.65kw
△P0=0.294kw
Ka=0.968
Z=4
F0 =214.6N6Y
Q=1700N
六、齿轮传动设计
根据数据:
传递功率P1=5.02KW电动机驱动,
小齿轮转速n1=480r/min,
大齿轮转速n2=166r/min,传递比i=2.90,单向运转,载荷变化不大,使用期限五年,三班制工作。
设计步骤
计算方法和内容
设计结果
1、选择齿轮材料
2、确定材料许用接触应力
3、按齿轮面接触疲劳强度设计
4、几何尺寸计算
5、校核齿根弯曲疲劳强度
6、齿轮其他尺寸计算
7、选择齿轮精度等级
开式齿轮
(1)选择齿轮材料和热处理
(2)确定材料许用接触应力
(3)按齿面接触疲劳强度进行设计
(4)几何尺寸计算
(5)校核齿根弯曲疲劳强度
3、 主要尺寸计算
(6)齿轮其他尺寸计算
(7)齿轮精度等级
小齿轮选用45钢,调质处理,硬度为250HBS;大齿轮选用45钢,调质处理,硬度为220HBS。
两齿轮齿面硬度差为30HBS,符合软齿面传动的设计要求。
查表12-6,两齿轮材料的接触疲劳极限应力分别为
Hlim1=480+0.93(HBS1-135)
=480+0.93*(250-135)=586.95MPa
Hlim2=559.05MPa
查表12-7,SHlim=1.0
[σH1]=Hlim1/SHlim=586.95/1=586.95MPa
[σH2]=559.05MPa
因两齿轮均为钢质齿轮,可求出d1值。
确定有关参数与系数:
转矩T1=99880N·mm
查表12-3,,取K=1.4
查表12-4,取弹性系数ZE=189.8
齿宽系数ψd=1
[σH]以较小值[σH2]=559.05MPa代入
d1=
=60.66mm
齿数Z1=30
则Z2=Z1*u=30*3=90
模数m=d1/Z1=60.66/30=2.02mm
查表5-1,圆整m=2mm
中心距a=m/2(Z1+Z2)=120mm
齿宽b2=d1*ψd=60.66mm
取整b2=61mm
b1=b2+(5~10)mm
取b1=70mm
查表12-5,两齿轮的齿形系数,应力校正系数分别为
Z1=30时YF1=2.52YS1=1.625
Z2=90时YF2=2.20YS2=1.78
查表12-6,两试验齿轮材料的弯曲疲劳极限应力分别为
σFlim1=190+0.2(HBS1-135)
=190+0.2*(250-135)=213MPa
σFlim2=207MPa
查表12-7, SHlim=1.0
[σF1]=Flim1/SHlim=213/1=213MPa
[σF2]=207MPa
两齿轮的齿根弯曲疲劳应力为
σF1=2kT1/(bd1m)*YF1*YS1
=2*1.4*99880/(61*60.66*2)*2.52*1.625
=154.75MPa<[σF1]
σF2=147.98MPa<[σF2]
所以两齿轮齿根弯曲疲劳强度均足够。
分度圆直径
d1=mZ1=2*30=60mm
d2=180mm
齿顶圆直径
da1=d1+2ha=60+2*2=64mm
da2=184mm
齿根圆直径
df1=d1+2hf=60-2*2.5=55mm
df2=175mm
中心距
a=120mm
齿宽
b2=61mmb1=70mm
V1=
=1.51m/s
查表12-2,选齿轮精度第II公差等级为9级
小齿轮选用45钢,调质处理,硬度为230HBS;大齿轮选用45钢,调质处理,硬度为230HBS。
两齿轮齿面硬度差相等,符合开式齿轮齿面传动的设计要求。
Hlim1=Hlim2=480+0.93(HBS-135)
=480+0.93(230-135)=568.4MPa
查表12-7,取SHlim=1.0
[σH1]=[σH2]=Hlim/SHlim=568.4MPa
T2=274420N·mm
查表12-3,K=1.4
查表12-4,ZE=189.8
ψd=0.5
u=4
[σH]=568.4MPa
d1=
=104.32mm
齿数Z1=20
Z2=Z1*u=80
模数m=d1/Z1=5.22mm
查表5-1,取整m=6mm
中心距a=m(Z2+Z1)/2=300mm
齿宽b2=55mmb1=60mm
查表12-5,两齿轮的齿形系数,应力校正系数分别为
Z1=20时YF1=2.80YS1=1.55
Z2=80时YF2=2.22YS2=1.77
查表12-6,两试验齿轮材料的弯曲疲劳极限应力分别为
σFlim1=σFlim2=190+0.2(HBS-135)
=190+0.2*(230-135)=209MPa
两试验齿轮材料的弯曲疲劳极限应力分别为
[σF1]=[σF2]=209MPa
两齿轮的齿根弯曲疲劳应力为
σF1=2kT1/(bd1m)*YF1*YS1
=2*1.4*274420/(55*109.34*6)*2.8*1.55
=96.87MPa<[σF1]
σF2=87.70MPa<[σF2]
所以,两齿轮齿根弯曲疲劳强度均足够。
分度圆直径
d1=mZ1=6*20=120mm
d2=480mm
齿顶圆直径
da1=d1+2ha=132mm
da2=492mm
齿根圆直径
df1=d1+2hf=105mm
df2=465mm
中心距a=300mm
齿宽b2=55mmb1=60mm
V1=0.90m/s,查表12-2,选齿轮精度第II公差等级为10级。
Hlim1=586.95MPa
Hlim2=559.05MPa
[σH1]=586.95MPa
[σH2]=559.05MPa
u=3
T1=99880N·mm
K=1.4
ZE=189.8
ψd=1
d1=60.66mm
Z1=30
Z2=90
m=2mm
a=120mm
b2=61mm
b1=70mm
YF1=2.52YS1=1.625
YF2=2.20YS2=1.78
σFlim1=213MPa
σFlim2=207MPa
[σF1]=213MPa
[σF2]=207MPa
σF1=154.75MPa
σF2=147.98MPa
Hlim1=Hlim2=568.4MPa
[σH1]=[σH2]=568.4MPa
T2=274420N·mm
K=1.4
ZE=189.8
ψd=0.5
u=4
[σH]=568.4MPa
d1=104.32mm
Z1=20
Z2=80
m=6mm
a=300mm
b2=55mmb1=60mm
σFlim1=σFlim2=209MPa
七、轴的设计
主动抽1轴传动功率P2=4.77KW,
转速n2=166r/min,工作单向转动轴采用深沟球轴承支撑。
设计步骤
计算方法和内容
设计结果
1、 选择轴的材料,确定许用应力。
2、 按钮转强度估算轴径。
3、 设计轴的结构并绘制结构草图
(1)、确定轴上零件的位置和固定方式
(2)、确定各轴段的直径和直径
(3)齿轮上的作用力大小
(4)校核轴的强度
4、
从动轴设计
(1)选取轴的材料和热处理,确定许用应力
(2)估算最小直径
(3)确定轴上零件的布置和固定
(4)确定各轴段的直径和直径
(5)齿轮上的作用力
(6)校核轴的强度
(7)计算当量弯矩
由已知条件知减速器传递的功率属于中小功率,对材料五特殊要求,故选用45钢并经正火处理。
查表16-1得强度极限σb=600MPa,在查表16-5得许用弯曲应力[σb]-1=55MPa。
根据表16-2得A=107~118.得:
d≥A×
.
=(107~118)×
=23.54mm
考虑到轴的最小直径出要安装V带轮,会有键槽存在,故将估算直径加大3%~5%,。
查书表12-4得d1=25mm。
(1)、确定轴上零件的布置方案和定位方式,如16-1图所示将齿轮布置在中间,对称于两端轴承。
齿轮用轴肩与轴套作轴向定位,用平键和配合H7/K6作周向定位。
轴的轴向定位是用轴端盖凸缘单向固定外圈来实现的。
轴外伸段半联轴器用轴肩和轴端挡圈作轴向定位的,用平键和配合H7/K6作周定位。
(2)、确定轴的各段直径
①、由上述可知轴段1直径最小d1=25mm
查表得L1=50mm
②、轴段2考虑到要对安装在轴段1上的V带轮,进行定位,轴段2上应有轴肩,同时为能很顺利地在轴段2上安装轴承,轴段2必须满足轴承内径的标准,至少应满足:
d2=d1+(1-5)mm=26-30mm
取轴径d2=28mm
L2=70mm
③、轴段3不考虑对安装在轴2上的零进行定位,只要求有一定圆角即可,至少应满足:
d3
d2
取d3=30mm
L3=33mm(套筒15mm)
。
④、轴段4一般要比轴段3的直径大1-5mm,所以有
d4=35.5mm
L4=68mm
⑤、轴环直径d5=30mm
L5=7mm
⑥、为了便于拆卸左轴承,d6=d4+2a,取d6=35.5mm
L6=8mm
(7)、轴段7与轴段3安装相同型号的轴承,所以该轴径为:
d7=30mm
L7=16mm
分度圆直径d=60mm
转矩T=99880N·mm
圆周力Ft=2T/d
=99880*2/60=3329N
径向力Fr=Fttan200=1211N
轴向力Fa=0
水平支座反力
FRAX=FRBX=Ft/2=1665N
水平面弯矩
MCH=70FRAX=116550N·mm
垂直面支座反力
FRAZ=FRBZ=Fr/2=605.5N
垂直面弯矩
MCV=70FRAZ=42385N·mm
合成弯矩
Mc=
=124018N·mm
最大当量弯矩
查表得a=0.6
Medmax=
=1941189N·mm
进行ab面校核
Mea=aT=59928N·mm
da=
=22.17mm
由于考虑键槽,
da=22.17*1.05=23.28mm
da<d1(安全)
db=
=70.67mm
由于考虑键槽,
db=27.65*1.05=74.20
db<d4(安全)
选用45钢,正火处理
查表16-1得强度极限σb=600MPa,在查表16-5得许用弯曲应力[σb]-1=55MPa。
根据表16-2得A=107~118.得:
d≥A×
.
=(107~118)×
=33.17mm
由于考虑键槽,直径增大5%,d=35.07mm
确定轴上零件的布置方案和定位方式,如16-1图所示将齿轮布置在中间,对称于两端轴承。
齿轮用轴肩与轴套作轴向定位,用平键和配合H7/K6作周向定位。
轴的轴向定位是用轴端盖凸缘单向固定外圈来实现的。
轴外伸段半联轴器用轴肩和轴端挡圈作轴向定位的,用平键和配合H7/K6作周定位。
1 右起第一段,开式齿轮左边由轴肩,右边用轴端挡圈固定
d7=40mm,L7=60mm
2 右起第二段,d6=45mm
L6=70mm
3 右起第三段,轴承安装段,d5=50mm,L5=37mm
4 右起第四段,齿轮轴段,d4=56mm,L4=59mm
5 右起第五段,d3=60mm,L3=7mm
6 右起第六段,d2=50mm,L2=8mm
7 右起第七段,L1=20mm,d1=50mm
分度圆直径d=180mm
转矩T=274420N·mm
圆周力Ft=2T/d
=274420*2/180=3049N
径向力Fr=Fttan200=1110N
轴向力Fa=0
水平支座反力
FRAX=FRBX=Ft/2=1525N
水平面弯矩
MCH=70FRAX=106750N·mm
垂直面支座反力
FRAZ=FRBZ=Fr/2=555N
垂直面弯矩
MCV=70FRAZ=38850N·mm
合成弯矩
Mc=
=113600N·mm
查表得a=0.6
Meb=
=2288977N·mm
进行ab面校核
Mea=aT=164652N·mm
da=
=31.05mm
由于考虑键槽,
da=30.771.05=32.32mm
da<d1(安全)
db=
=32.84mm
由于考虑键槽,
db=32.84*1.05=34.48mm
db<d4(安全)
d=23.54mm
d1=25mm
d1=25mm
L1=50mm
d2=28mm
L2=70mm
d3=30mm
L3=33mm
d4=35.5mm
L4=68mm
d5=30mm
L5=7mm
d6=35.5mm
L6=8mm
d
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- 圆柱齿轮 减速器 装配