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圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、齿轮-蜗杆减速器,轴装式减速器、组装式减速器、联体式减速器。
在这次设计中进一步培养了工程设计的独立能力,树立正确的设计思想,掌握常用的机械零件,机械传动装置和简单机械设计的方法
,
和步骤,要求综合的考虑使用经济工艺性等方面的要求。
确定合理的设计方案。
:
一、电动机的设计…………………………………………6
1.选择电动机……………………………………………6
2.选择电动机容量………………………………………6
3.计算总传动比并分配各级传动比……………………7
4.计算传动装置的运动和动力参数……………………7
5.电动机草图……………………………………………8
二、带传动的设计…………………………………………9
1.确定计算功率…………………………………………9
2.确定V带型号…………………………………………9
3.确定带轮基准直径……………………………………10
4.验算带速………………………………………………10
5.确定带长及中心距……………………………………10
6.验算小带轮包角………………………………………10
7.确定带的根数…………………………………………11
8.计算单根V带的初拉力………………………………12
9.计算作用在轴上的力…………………………………12
10.轮的结构尺寸及草图…………………………………12
三、减速器齿轮设计………………………………………12
1.材料的选择及热处理…………………………………13
2.参数的选择和几何尺寸计算…………………………13
;
3.确定许用应力…………………………………………13
4.确定齿轮精度…………………………………………13
5.按齿轮强度条件设计…………………………………13
6.计算齿轮几何尺寸……………………………………14
7.校核齿面接触疲劳强度………………………………15
8.校核齿根弯曲疲劳强度………………………………16
四、轴的结构设计…………………………………………16
1.按扭矩估算轴最小直径………………………………17
2.轴的复合强度校核……………………………………17
五、轴承的选择及校核……………………………………21
【
1.从动轴轴承……………………………………………22
2.主动轴轴承……………………………………………23
六、键的选择及校核………………………………………23
1.从动轴键的选择及校核………………………………23
2.主动轴键的选择及校核………………………………24
七、联轴器的选用…………………………………………24
八、减速器附件的选择……………………………………24
九、箱体的设计……………………………………………25
十、润滑和密封的选择……………………………………26
主要参考文献………………………………………………27
'
另附:
减速器装配图1张
零件工作图2张
一、电动机的设计
1.电动机类型选择
按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭(自扇)冷笼型三相异步电动机。
2.选择电动机容量
(1)计算工作机所需功率Pw
Pw=
=4000×
1000×
Kw≈11Kw
其中,带式输送机的效率:
ηw=(查《机械设计、机械设计基础课程设计》P131附表10-1)。
/
(2)计算电动机输出功率P0
按《机械设计、机械设计基础课程设计》P131附表10-1查得V带传动效率ηb=,一对滚动球轴承效率ηr=,一对圆锥齿轮传动效率ηg=,联轴器效率ηc=。
(其中,η为电动机至滚筒主动轴传动装置的总效率,包括V带传动、一对圆锥齿轮传动、两对滚动球轴承及联轴器等的效率)。
传动装置总效率为:
η=ηbηr2ηgηc=×
×
=,
电动机所需功率为:
P0=
=Kw≈Kw。
根据P0选取电动机的额定功率Pm,使Pm=(1~P0=~Kw。
为降低电动机重量和成本,由《机械设计、机械设计基础课程设计》P212附表10-112查得电动机的额定功率为Pm=Kw。
(3)确定电动机的转速
工作机主轴的转速nw,即输送机滚筒的转速:
nw=
=60×
1000/×
400r/min
】
≈r/min
根据《机械设计、机械设计基础课程设计》P12表3-3确定传动比的范围,取V带传动比ib=2~4,单级圆锥齿轮的传动比ig=2~3,则传动比范围比i=(2×
2)~(4×
3)=4~12。
电动机的转速范围为:
n=inw=(4~12)×
r/min=230~688r/min,符合这一同步转速范围的有750r/min一种。
根据同步转速查《机械设计、机械设计基础课程设计》P212附表10-11确定电动机的型号为Y160M2—8,其满载转速nm=970r/min。
此外,电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查表得出。
3.计算总传动比并分配各级传动比
(1)总传动比
i=
=720/r/min=r/min
(2)分配各级传动比
为使带传动的尺寸不至过大,满足ib<
ig,可取ib=3,则齿轮的传动比:
ig=i/ib=3=
《
4.计算传动装置的运动和动力参数
(1)各轴的转速
nⅠ=nm/ib=720/3r/min=240r/min
nⅡ=nⅠ/ig=240/r/min=r/min
nw=nⅡ=r/min
(2)各轴的功率
PⅠ=Pmηb=×
Kw=Kw
PⅡ=PⅠηrηg=×
Kw=Kw
PW=PⅡηrηc=×
(3)各轴的转矩各轴的转矩
%
T0=9550
=9550×
720N·
m≈73N·
m
T1=9550
240N·
m≈N·
T2=
N·
m≈845N·
Tw=9550Pw/nw=9550×
m≈820N·
(4)将计算的结果填入下表
参数
轴名称
电动机轴
&
Ⅰ轴
Ⅱ轴
滚筒轴
转速n(r/min)
720
240
功率P(kw)
转矩T(N·
m)
73
845
820
传动比i
3
!
1
效率η
5.电动机的草图
型号
额定功率
满载转速
|
Y160M2-8
KW
720r/min
二、带传动的设计
由设计任务书条件要求,此减速器工作场合对传动比要求不严格但又要求传动平稳,因此适用具有弹性的饶性带来传递运动和动力。
V带传动时当量摩擦系数大,能传递较大的功率且结构紧凑;
故此处选择V型槽带轮。
带轮材料常采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等,当带的速度v≤25m/s时,可采用HT150;
当带速v=25~30m/s时,可采用HT200;
当v≥35m/s时,则用铸钢或锻钢(或用钢板冲压后焊接而成),传递功率较小时,可用铸铝或工程塑料等材料。
带轮的设计准则是,在保证代传动不产生打滑的前提下,具有足够的疲劳强度,带轮的质量小,结构公益性好,无过大的铸造内应力,质量分布要均匀等。
1.确定计算功率
PC=KAP=×
=Kw
查《机械基础》P226页表9-7知:
KA=
2.确定V带型号
按照任务书要求,选择普通V带。
根据PC=Kw及n1=720r/min,查《机械基础》P227页图9-8确定选用B型普通V带。
3.确定带轮基准直径
…
(1)确定带轮基准直径
根据《机械基础》P228页表9-8取标准值确定:
dd1=140mm。
(2)计算大带轮直径
dd2=idd1(1-ε)=(720/240)×
140×
()mm=411.6mm
根据GB/T规定,选取dd2=410mm。
4.验算带速
v=
=×
720/60×
1000m/s=5.28m/s
由于5m/s<v<25m/s,带速合适。
5.确定带长及中心距
(1)初取中心距a0=500mm
根据
知:
385≤a0≤1100.
(2)确定带长Ld:
根据几何关系计算带长得
=1900.39mm
根据《机械基础》P226表9-6取相近的标准值Ld,Ld=2000mm
(3)确定中心距
=500+/2mm=549.81mm,
取a=550mm;
amin=a-=550-×
2000mm=520mm;
}
amax=a+=550+×
2000mm=610mm.
6.验算小带轮包角:
=°
>120°
,符合要求。
7.确定V带根数Z
根据dd1=140mm及n1=720r/min,查《机械基础》P224表9-3得:
P0=,
根据带型和i查《机械基础》P224表9-4得:
ΔP0=,
查《机械基础》P225表9-5得:
Kα=,
查《机械基础》P226表9-6得:
Kl=,
Z=Pc/[P0]≥
=,
)
取Z=4.
8.确定V带初拉力F0
查《机械基础》P219表9-1得:
q=㎏/m,则
F0=500
N=N
9.作用在轴上的力FQ
FQ=2ZF0sin
=2×
4×
2N=N
10.带轮的结构尺寸及草图
B型V带:
节宽bp/mm:
;
顶宽b/mm:
;
高度h/mm:
楔角θ:
40°
截面面积A/mm2:
138;
每米带长质量q/(kg·
m-1):
。
V带轮:
基准宽度bp/mm:
基准线至槽顶高度hamin:
槽顶宽b/mm:
基准线至槽底深度hfmin:
槽间距e/mm:
19±
第一槽对称线至端面距离f/mm:
最小轮缘厚度δ/mm:
轮缘宽度B/mm:
B=(Z-1)e+2f(Z为齿模数)=82mm。
~
三.减速器齿轮设计
设计任务书齿轮传动由主动轮、从动轮(或齿条)和机架组成,通过齿轮的啮合将主动轴的运动和转矩传递给从动轴,使其获得预期的转速和转矩。
锥齿轮的传动比恒定,结构紧凑且效率高,工作可靠且寿命长。
鉴于齿轮的以上优点因此选用齿轮传动,即圆锥齿轮是两相交轴传动。
所以齿轮传动在机械传动中应用广泛。
齿轮材料要求齿面硬,齿芯也要有韧性,具有足够的强度以及具有良好的加工工艺及热处理性,当齿轮的尺寸较大(da>400mm~600mm)或结构复杂不容易锻造以及一些低速运载的开式齿轮传动时,才有铸钢;
高速小功率、精度要求不高或需要低噪音的特殊齿轮传动中,也常采用非金属材料。
材料:
小齿轮40Cr调质后表面淬火处理齿面平均硬度HB1=48~55;
大齿轮45钢调质处理齿面平均硬度HB2=217~255。
1.材料选择及热处理
由于结构要求紧凑,故采用硬齿齿轮传动。
查《机械基础》P181表6-3,选择小齿轮材料为40cr,调质后淬火处理,齿面平均硬度HB=53HRC;
大齿轮选用45钢调质处理,齿面平均硬度HB=250HRC。
2.参数选择和几何尺寸计算
(1)齿数比
取小齿轮齿数Z1=20,则大齿轮齿数Z2=20×
=84,
实际齿数比μ=Z2/Z1=,与要求相差不大,可用。
(2)齿宽系数
两轮为硬齿面非对称布置,φR=b/R=。
一般取:
取φR=~,齿宽b≤R/3(查《机械基础》P195表7-2)。
(3)载荷系数
由于载荷较平稳,且采用硬齿面齿轮,应取最大值,故查《机械基础》P183表6-5,取K=。
3.确定许用应力
小齿轮查《机械基础》P181表6-3,取[σH1]=1080MPa,[σbb1]=510MPa,由于承受单向载荷,故[σbb1]=510MPa不变;
大齿轮查《机械基础》P181表6-3,用插值法得[σH2]=522MPa,[σbb2]=304MPa,因受单向载荷,故[σbb2]=304MPa不变。
4.选择精度
运输机为一般机械,速度不高,故选择9级精度。
5.根据齿轮强度条件设计
(1)按齿面接触疲劳强度设计
根据齿面接触疲劳强度,按《机械基础》P197公式(7-7)确定尺寸d:
d≥
[ZHZE/[σH]]·
[4KT1/φRφR)2μ]
=104.05mm
式中φR=,按《机械基础》P183表6-5选载荷系数K=,转矩T1=×
106P1/N1=×
106240N·
mm=×
105N·
mm。
查机械基础P181表6-3[σH1]=1080MPa,[σH2]=522MPa,钢制齿轮配合:
ZE=√
N/mm2。
*
计算圆周速度v:
v=
240/60×
1000=1.31m/s
(2)按齿根弯曲疲劳强度设计
根据齿根弯曲疲劳强度,按《机械基础》P197公式(7-9),确定模数m:
mn≥
=
式中φR=,μ=,k=,YFS为齿形系数,按当量齿数Zv=Z/cosδ,查《机械基础》P185表6-7,得:
YF1=YFS1=,YF2=YFS2=;
[σf1]=[σbb1]=510MPa,[σf2]=[σbb2]=304MPa,
因为
<
,故将
代入计算。
.
根据《机械基础》P185表7-1,锥齿大端标准模数m=3.75mm。
6.计算齿轮几何尺寸
(1)齿数比:
μ=Z2/Z1=84/20=
(2)分度圆锥角:
δ1=arctanZ1/Z2=20/84=13。
23’32”
δ2=arctanZ2/Z1=84/20=76。
36’27”
(3)分度圆直径:
d1=mZ1=×
20=75mm
d2=mZ2=×
84=315mm
(4)齿顶圆直径:
da1=d1+2hacosδ1=82.30mm
da2=d2+2hacosδ2=316.74mm
#
(齿顶高ha*=1,顶隙系数c*=,hf=(ha*+c*)m=1.2m=4.5mm,
ha=ha*m=3.75mm)
(5)齿顶圆直径:
df1=d1-2hacosδ1=66.25mm
df2=d2-2hacosδ2=312.92mm
(6)锥顶距:
R=m/2
(Z12+Z22)=161.90mm
(7)齿宽系数:
φR=b/R=
(8)平均模数:
mm=mφR)=3.22mm
(9)当量齿数:
Zv1=Z1/cosδ1=
Zv2=Z2/cosδ2=
(10)小锥齿齿轮传递的扭矩:
`
T1=9550P1/N1=N·
7.校核齿面接触疲劳强度
按《机械基础》P127公式(7-6)校核公式:
σH=ZHZE
4KT1/φRφR)2d13μ
=≤[σH]
式中,ZH=,ZE=√
N/mm2,φR=,μ=,
T1=×
mm
因电动机驱动,载荷平稳,查《机械基础》P183表6-5,取K=
8.校核齿根弯曲疲劳强度
、
按《机械基础》P197公式(7-8)校核公式:
σbb=4KT1YFS/φRφR)2m3z12
(1+μ2)
=<[σbb]
式中,φR=,k=,YFS=,m=,μ=,故符合要求。
结论:
经校核可知,这对直齿圆锥齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度和齿面疲劳强度足够。
四、轴的结构设计
轴扭转强度条件为:
てT=T/WT≈9550000
≤[て](部分参数见下表)
轴几种常用材料的[てT]及A0值:
(
轴的材料
Q235-A、20
Q257、35
45
40Cr、35SiMn
3Cr13
[てT]
15~25
20~35
25~45
¥
35~55
A0
149~126
135~112
126~103
112~97
应当指出,当轴截面上开有键槽时,应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。
对于直径d>100㎜的轴,有一个键槽时,轴径增大3%;
有两个键槽时,应增大7%。
对于直径d≤100㎜的轴,有一个键槽时,槽时,轴径增大5%~7%;
有两个键槽时,应增大10%~15%。
然后将轴径圆整为标准直径。
应当注意,这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径dmin。
综上所述,此轴材料选45号钢,调质处理表面硬度要求217~225HBS。
1.按扭矩估算最小直径
(1)选择轴的材料及热处理,确定许用应力
选用45钢并经调质处理,其σb=1080MPa,HB=217~225。
(2)按扭矩估算轴的最小直径
主动轴:
d1≥C
=33.1mm
式中C为考虑弯曲影响和材料确定的系数(查《机械基础》P268表12-5,取C=118
考虑轴上键槽的影响,轴径加大5%,得d1=×
=34.8mm。
查《机械基础》P267取标准值d1=40mm
从动轴:
d2≥C
=52.1mm
同理,考虑键槽的影响,并选取标准值d2=55mm
2.轴的复合强度校核
(1)确定轴各段直径和长度
轴的复合强度校核与轴的支承点间的跨距有关,由下表所示:
尺寸项目
主动轴
从动轴
说明
外伸端轴径Φ
40
55
应符合轴径标准系列
估取安装轴径Φ
60
应符合滚动轴承标准系列
安装齿轮的轴头直径Φ
46
66
预选轴承及其宽度B
30209
30212
按锥齿轮受力状态选取类型
21
24
左起第一段,由于安装联轴器,因开有键槽,轴径扩大7%并圆整,取轴径55mm,长度84mm,为了便于安装,轴端进行2×
45°
倒角。
左起第二段直径取58mm。
根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度,则取第二段的长度42mm。
左起第三段,该段装有滚动轴承,选用圆锥滚子轴承,取轴径60mm,长度为34mm。
左起第四段,对轴承起到轴肩定位作用,其直径大于第三段轴,取74mm。
根据整体布局,长度取158mm。
》
左起第五段安装大圆锥齿轮,根据齿轮的孔径,此段的直径取66mm,长度取45mm。
左起第六段,为轴承安装段,根据轴承的尺寸,取轴径60mm。
长度取36mm。
(2)确定轴上零件的定位和固定方式(如图)
(3)从动轴的强度校核
首先计算齿轮列和节点的作用力
圆周力:
Ft=2T1/dm1=2×
210100/=N=Ft2
轴向力:
Fa=Fttanαcosαsinδ1==Fa2
径向力:
Fr=Fttanα/cosδ1==Fr2
式中,dm1为小齿轮的平均分度圆直径,dm1=φR)d1=64.35mm。
危险断面的复合强度校核按下列步骤进行:
A.作从动轴的受力简图(图a)
B.做轴垂直面(Z)的受力简图,求支座反力,并作弯矩图(图b、c)
垂直面的支反力:
∑MB=0
FrL2–FAZ(L1+L2)–Fa(d2/2)=0FAZ=RV1=
∑MA=0
FBZ(L1+L2)–FrL1–Fa(d2/2)=0FBZ=RV2=
C点稍偏左处的弯矩为:
MC1=MCZ1=FAZL1=80N·
C点稍偏右处的弯矩为:
MC2=MCZ2=FBZL2=95N·
C.作轴水平面(Y)的受力简图,求支座反力,并作弯矩图(图d)
水平支座反力:
∑MB=0
FtL2–FAy(L1+L2)=0FAy=RH1=
FBy(L1+L2)–FtL1=0FBy=RH2=
C点稍偏左处的弯矩为
MCY1=FAYL1=235N·
C点稍偏右处的弯矩为
MCY2=FBYL1=235N·
D.作轴的合成弯矩(图e)
C点稍偏左处的合成弯矩为
M1=
2cy1=248N·
C点稍偏右处的合成弯矩为
M2=
2
2cy2=153N·
E.作轴的扭矩图(图f)
T1=
=845N·
F.作出轴的当量弯矩图(图g)
该轴单向旋转,扭矩按脉冲循环考虑
根据轴的材料,查《机械基础》P199表12-3,查得其
[σ-1]b=60MPa,[σ0]b=103MPa,则α=[σ-1]b/[σ0]b=
最大当量在C点处,当量弯矩:
Me=
2+(αT)2,可求出:
C截面左侧:
Mec1=
12+(αT)2=552N·
C截面右侧:
Mec2=
22+(αT)2=554N·
C截面,只有扭矩:
2+(αT)2=αT
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