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H
A
B
C
D
E
F×
GD
G
Y132S
132
216
140
89
38
80
10×
8
33
2.4计算传动装置的总传动比i∑并分配传动比
2.4.1分配原则
1.各级传动的传动比不应该超过其传动比的最大值
2.使所设计的传动系统的各级传动机构具有最小的外部尺寸
3.使二级齿轮减速器中,各级大齿轮的浸油深度大致相等,以利于实现油池润滑
2.4.2总传动比i∑为:
i∑=nm/nw=960/76.5=12.549
2.4.3分配传动比:
i∑=i1i2
圆锥齿轮传动比一般不大于3,所以:
直齿轮圆锥齿轮传动比:
i1=3
直齿轮圆柱齿轮传动比:
i2=4.18
实际传动比:
i’∑=3×
4.18=12.54
因为△i=0.009<
0.05,故传动比满足要求
2.5计算传动装置各轴的运动和动力参数
2.5.1各轴的转速
Ⅰ轴nI=nm=960r/m
Ⅱ轴nⅡ=nI/i1=960/3=320r/m
Ⅲ轴nⅢ=nⅡ/i2=320/4.18=76.6r/m
Ⅳ轴nⅣ=nⅢ=76.6r/m
2.5.2各轴的输入功率
Ⅰ轴PI=Pdη1=2.69kw×
0.99=2.663kw
Ⅱ轴PⅡ=PIη5η4=2.663×
0.97=2.557kw
Ⅲ轴PⅢ=PⅡη6η3=2.557×
0.98=2.43kw
Ⅳ轴PⅣ=PⅡη1η3=2.43×
0.98=2.358kw
2.5.3各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩Td=9.55×
106×
2.69/960=2.68×
104N.mm
所以:
Ⅰ轴TI=Td×
η1=2.68×
104×
0.99=2.65×
Ⅱ轴TⅡ=TI×
η5η4×
i1=2.65×
3=7.63×
Ⅲ轴TⅢ=TⅡ×
η6η3×
i2=7.63×
0.98×
4.18=3.03×
105N.mm
Ⅳ轴TⅣ=TⅢ×
η1η3=3.03×
105×
0.98=2.94×
运动和动力参数计算结果整理如表2-3:
表2-3
轴名
功率P/kw
转矩T/(N.mm)
转速n/(r/m)
传动比i
效率η
电机轴
2.69
2.68×
104
1
0.99
Ⅰ轴
2.663
2.65×
13
0.98-0.99
Ⅱ轴
2.557
7.63×
320
3-4.18
0.98
Ⅲ轴
2.43
3.03×
105
76.6
4.18
0.97-0.98
Ⅳ轴
2.358
2.94×
1-4.18
0.97
3传动零件的设计计算
3.1闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算
a.选材
七级精度
小齿轮材料选用45号钢,调质处理,HB=217~286,
大齿轮材料选用45号钢,正火处理,HB=162~217,
按齿面接触疲劳强度设计:
σHmin1=0.87HBS+380
由公式得出:
小齿轮的齿面接触疲劳强度σHmin1=600Mpa;
大齿轮的齿面接触疲劳强度σHmin2=550Mpa
b.
(1)计算应力循环次数N:
N1=60njL=60×
960×
1×
8×
300=2.765×
109
N2=N1/i1=2.765×
109/3=9.216×
108
(2)查表得疲劳寿命系数:
KHN1=0.91,KHN2=0.93,取安全系数SHmin=1
∴[σ]H=σHmin×
KHN/SHmin
∴[σ]H1=600×
0.91/1=546Mpa
[σ]H2=550×
0.93/1=511.5Mpa
∵[σ]H1>
[σ]H2∴取511.5Mpa
(3)按齿面接触强度设计小齿轮大端模数(由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计):
取齿数Z1=24,则Z2=Z1×
i1=24×
3=72,
取Z2=72
∵实际传动比u=Z2/Z1=72/24=3,且u=tanδ2=cotδ1=3
∴δ1=18.435°
δ2=71.565°
则小圆锥齿轮的当量齿数
zm1=z1/cosδ1=24/cos18.435°
=25.3
zm2=z2/cosδ2=72/cos71.565°
=227.68
(4)查表有材料弹性影响系数ZE=189.8,取载荷系数Kt=2.0
有∵T1=2.65×
104T/(N.mm),u=3,ФR1=1/3.
∴试计算小齿轮的分度圆直径为:
d1t≥2.92
=63.96mm
c.齿轮参数计算
(1)计算圆周速度
v=π*d1t*nI/60000=3.14*63.96*960/60000=3.21335m/s
(2)计算齿轮的动载系数K
根据v=3.21335m/s,查表得:
Kv=1.18,又查表得出使用系数KA=1.00
取动载系数K
=1.0
取轴承系数K
=1.5*1.25=1.875
齿轮的载荷系数K=Kv*KA*K
*K
=2.215
(3)按齿轮的实际载荷系数所得的分度圆直径由公式:
d1=d1t×
=63.96×
=66.15mm
m=66.15/24=2.75
d.按齿根弯曲疲劳强度设计:
σFmin1=0.7HBS+275
由公式查得:
(1)小齿轮的弯曲疲劳强度σFE1=500Mpa;
大齿轮的弯曲疲劳强度σFE2=380Mpa
m≥
(2)查得弯曲疲劳强度寿命系数KFN1=0.86,KFN2=0.88.
计算弯曲疲劳强度的许用应力,安全系数取S=1.4
由[σF]=σFmin×
KFN/SFmin得
[σF]1=σFE1*KFN1/S=500*0.86/1.4=308.929Mpa
[σF]2=σFE2*KFN2/S=380*0.88/1.4=240.214Mpa
计算载荷系数
K=Kv*KA*K
1.查取齿形数:
YFa1=2.65,YFa2=2.236
2.应力校正系数
Ysa1=1.58,Ysa2=1.754
3.计算小齿轮的YFa*Ysa/[σF]并加以比较
∵YFa1*Ysa1/[σF]1=2.65*1.58/308.928=0.01355
YFa2*Ysa2/[σF]2=2.236*1.754/240.214=0.01632
∴YFa1*Ysa1/[σF]1<
YFa2*Ysa2/[σF]2
所以选择YFa2*Ysa2/[σF]2=0.01632
=
=2.087
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,由因为齿轮模数m的大小主要由弯曲强度决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮的直径有关,所以将取标准模数的值,即m=2.5。
按接触疲劳强度计算的分度园直径d1=66.15得,Z1=d1/m=66.15/2.5≈28,则Z2=Z1*m=28*3=84
f.计算大小锥齿轮的基本几何尺寸
模数:
m=2.5
分度圆直径:
d1=m*Z1=2.5*28=70mm;
d2=m*Z2=2.5*82=210mm
齿顶圆直径:
da1=d1+2m*cosδ1=70+2*2.5*cos18.435°
=74.74mm
da2=d2+2m*cosδ2=210+2*2.5*cos71.565°
=211.58mm
齿根圆直径:
df1=d1-2.4m*cosδ1=70-2*2.5*cos18.435°
=64.31mm
df2=d2-2.4m*cosδ2=210-2*2.5*cos71.565°
=208.11mm
齿轮锥距:
R=0.5m
=
=110mm
将其圆整取R=112mm
大端圆周速度:
齿宽:
b=R*
=112/3=38mm
所以去b1=b2=38mm
分度园平均直径:
dm1=d1*(1-0.5)
=70*5/6=58mm
dm2=d2*(1-0.5)
=210*5/6=175mm
3.2闭式直齿圆柱齿轮传动的设计计算
320×
300=9.216×
108
N2=N1/i1=91216×
108/4.18=2.204×
KHN1=0.96,KHN2=0.98,取安全系数SHmin=1
0.96/1=576Mpa
0.98/1=539Mpa
[σ]H2∴取539Mpa
4.18=100,
取Z2=100
∵实际传动比u=Z2/Z1=100/24=4.167,
(4)查表有材料弹性影响系数ZE=189.8,取载荷系数Kt=1.5
有∵T1=7.63×
齿宽系数:
=1
d1t≥2.32
*
=60.34mm
v=π*d1t*nI/60000=3.14*60.34*320/60000=1.0104m/s
齿宽b=
*d1t=1*60.34=60.34
计算齿宽与齿高之比:
b/h
模数mt=d1t/Z1=60.34/24=2.514
h=2.25mt=5.6565
b/h=60.34/5.6565=10.667
根据v=1.0104m/s,查表得:
Kv=1.05,又查表得出使用系数KA=1.00
=1.1
=1.1*1.25=1.42
=1.6401
=60.34×
=62.16mm
m=62.16/24=2.59
(2)查得弯曲疲劳强度寿命系数KFN1=0.885,KFN2=0.905.
[σF]1=σFE1*KFN1/S=500*0.885/1.4=316.07Mpa
[σF]2=σFE2*KFN2/S=380*0.905/1.4=245.64Mpa
由b/h=10.667,
=1.42查得KF
=1.45
*KF
=1*1.05*1.1*1.35=1.559
YFa1=2.65,YFa2=2.28
Ysa1=1.58,Ysa2=1.79
∵YFa1*Ysa1/[σF]1=2.65*1.58/316.07=0.01324
YFa2*Ysa2/[σF]2=2.28*1.79/245.64=0.01661
所以选择YFa2*Ysa2/[σF]2=0.01661
=1.98
按接触疲劳强度计算的分度园直径d1=62.16得,Z1=d1/m=62.16/2.5≈26,则Z2=Z1*m=26*4.167=108
d1=m*Z1=2.5*26=65mm;
d2=m*Z2=2.5*108=270mm
da1=d1+2ha=65+2*2.5=70mm
da2=d2+2ha=210+2*2.5=275mm
df1=d1-2hf=65-2*2.5*(1+0.25)=58.75mm(ha=h*m)
df2=d2-2hf=210-2*2.5*(1+0.25)=263.75mm(hf=(1.+0.25)m)
齿轮中心距:
R=(d1+d2)/2=(65+270)/2=167.5,mm
b=d1*
=65*1=65mm
所以去小直齿轮b1=65mm,大直齿轮b2=60mm
3.3轴的设计计算
3.3.1减速器高速轴Ⅰ的设计
(1)选择材料:
由于传递中功率小,转速不太高,故选用45号钢,调质处理
查表得,
,
(2)根据P1=2.663kW
T1=2.65×
n1=960r/m3
初步确定轴的最小直径
取c=118mm
dmin≥c
=118×
≈16.58mm
由于该轴有一个键槽,故轴的直径应该加大5%-7%,
故dmin=16.58×
1.05=17.409mm
(3)考虑I轴与电动机轴用联轴器连接,因为电动机的轴伸直径为d=38mm,查表选取联轴器的规格YL7
联轴器的校核:
计算转矩为:
Tc=KT
K为工作情况系数,工作机为带式运输机时,K=1.25-1.5。
根据需要去K=1.5T为联轴器所传递的转矩,即:
T=9550×
P/n=9550×
2.663/960=26.19N
Tc=KT=1.5×
26.19=39.3N.m
联轴器的需用转矩Tn=1250>
39.3
许用转速[n]=4750r/min>
n=960r/m
所以联轴器符合使用要求
(4)作用在小锥齿轮上的力:
dm1=[1-0.5×
b/R]×
d1=[1-0.5/112]×
70=50.125mm
①圆周力:
Ft1=2T1/dm1=2×
104/58.125=911.82N
②径向力:
Fr1=Ft1*tan20°
*cosδ1=911.82N×
tan20°
×
cos18.435°
=314.83N
③轴向力:
Fa1=Ft1*tan20°
*sin18.435°
=104.97N
(5)轴的结构设计如图3-1:
图3-1
(1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度,为了满足半联轴器的轴向定位要求,I-Ⅱ轴端右端需要制出一轴肩dI-Ⅱ=30mm,故取dⅡ-Ⅲ=35mm,为了保证轴吨挡圈只压在半联轴器上面不压在轴的断面上,故I-Ⅱ轴段取LI-Ⅱ=62mm。
初步选定滚动轴承,因为轴承同时有径向力和轴向力的作用,故选单列圆锥滚子轴承。
参照工作要求根据dⅡ-Ⅲ=35mm,根据机械设计手册标准,单列圆锥滚子承选用型号为30208,其主要参数为d=40mm,D=80mm,T=19.75,B=18,C=16,所以dⅢ-Ⅳ=40mm,dⅣ-Ⅴ=50mm,dⅤ-Ⅵ=40mm,LⅢ-Ⅳ=17mm
取安装齿轮处的轴端Ⅵ-Ⅶ的直径dⅥ-Ⅶ=32mm,齿轮的左端通过轴套定位,右端通过轴套和螺钉定位。
轴段的长度取LⅥ-Ⅶ=58mm。
由轴承盖宽度和套筒宽宽的确定LⅡ-Ⅲ=44mm。
dI-Ⅱ=30mmLI-Ⅱ=62mm
dⅡ-Ⅲ=35mmLⅡ-Ⅲ=44mm
dⅢ-Ⅳ=40mmLⅢ-Ⅳ=17mm
dⅣ-Ⅴ=50mmLⅣ-Ⅴ=56mm
dⅤ-Ⅵ=40mmLⅤ-Ⅵ=17mm
dⅥ-Ⅶ=32mmLⅥ-Ⅶ=58mm
至此,已经初步确定了轴的各段直径和长度。
(6)求轴上的载荷如图3-2
计算轴上的载荷:
图3-2
①求垂直面内的支撑反力:
该轴受力计算简图如下图,齿轮受力
∵LⅣ-Ⅴ=56mm轴承的T=19.75mma=17.6
∴L2=LⅣ-Ⅴ+2(T-a)=56+2×
(19.75-17.6)=60.3mm
根据实际情况取L2=60mm,估取L3=40mm
∵
=0,∴Rcy=Ft1(L2+L3)/L2=911.82×
(60+40)/60=1519.7N
,∴Rby=Ft1-Rcy=911.82-1519.7=-607.88N
Mcy=1519.7×
60=91182N.mm
②求水平面内的支撑力:
=0,∴RCz=[Fr1(L2+L3)-Fal*dm1/2]/L2=[314.83×
(60+40)-104.97×
50.125/2]/L2=480.86N
=0,∴RBz=Fr1-RCz=314.83-480.48=-165.65N.m
∵水平面内C点弯矩,Mz=480.86×
60=28851.6N.m
③合成弯矩:
M=
=95637.71N.m
④作轴的扭矩图如图3-3
图3-3
计算扭矩:
T=T1=2.65×
104N.m
⑤校验高速轴Ⅰ:
根据第三强度理论进行校核:
∵MD<
M1D,∴取M=M1D=3117.814N.m
又∵抗弯截面系数:
W=0.1d3=0.1×
323=3276.8mm3
∴σ=
/W=
/3276.8=29.58Pa
所以满足强度要求
3.3.2减速器的低速轴Ⅱ的设计
(1)选取材料:
由于传递中功率小,转速不太高,故选用45号钢,调质处理,
(2)根据P=2.557
T1=7.63×
104N
n1=320r/m
(3)初步确定轴的最小直径
≈23.59mm
由于该轴有一个键槽,故轴的直径应该加大5%-7%,
故dmin=23.59×
1.05=24.77mm,取d=25mm
dm1=(1-0.5×
b/R)×
d=174.375mm
(4)大锥齿轮圆周力:
104/174.375=875.125N
径向力:
*cosδ2=875.125×
cos18.44°
=302.105N
轴向力:
*sinδ2=875.125×
sin18.44°
=100.75N
(5)作用在小齿轮上力:
圆周力:
Ft3=2T2/d1=2×
104/60=2543.33N
Fr3=Ft3×
=243.33×
=925.7N
(6)轴的结构设计
根据轴的各定位的要求确定轴的各段直径和长度
参照工作要求根据dmin=25mm取dI-Ⅱ=30mm,根据机械设计手册标准,单列圆锥滚子承选用型号为30206,其主要参数为d=30mm,D=62mm,T=17.25,
B=16,C=14,所以dⅤ-Ⅵ=30mm。
如图3-4
图3-4
取安装大圆锥齿轮处的轴端Ⅱ-Ⅲ的直径dⅡ-Ⅲ=50mm,齿轮的左端通过轴套定位,右端通过轴套和螺钉定位。
轴段的长度取LⅤ-Ⅵ=58.5mm。
由轴承盖宽度和套筒宽宽的确定LⅡ-Ⅲ=59.8mm。
安装小齿轮为齿轮轴,其齿宽为65mm,直径为55mm,所以dⅢ-Ⅳ=55mm,LⅢ-Ⅳ=64mm轴Ⅳ-Ⅴ段根据挡油环河套筒得出dⅣ-Ⅴ=40mm,LⅣ-Ⅴ=38mm。
dI-Ⅱ=30mmLI-Ⅱ=38mm
dⅡ-Ⅲ=50mmLⅡ-Ⅲ=49mm
dⅢ-Ⅳ=55mmLⅢ-Ⅳ=64mm
dⅣ-Ⅴ=40mmLⅣ-Ⅴ=38mm
dⅤ-Ⅵ=30mmLⅤ-Ⅵ=17mm
至此已经初步确定了轴的各段直径和长度
3.3.3减速器低速轴Ⅲ的设计计算
(1)选择材料:
由于传递中功率不大,转速不太高,故选用45号钢,调质处理,
(2)由轴上扭矩初算轴的最小直径:
机用的减速器低速轴通过联轴器与滚筒的轴相连接,其传递功率P=2.43kw。
转速n=76.6r/m,转矩T=3.03×
105
由机械设计查得c=118,所以:
≈33.24mm
故dmin=33.24×
1.05=34.9mm,取d=35mm
(3)考虑Ⅲ轴与卷筒伸轴与联轴器连接。
查表选用
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