机械设计展开式二级圆柱齿轮减速器.docx
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机械设计展开式二级圆柱齿轮减速器
课程设计题目:
展开式二级圆柱齿轮减速器
1、任务书1
2、选择电动机3
3、确定传动装置的总传动比和分配传动比4
4、计算传动装置的运动和动力参数4
5、减速器的结构设计5
6、传动零件的设计计算7
7、轴的计算16
8键的选择和校核25
9、轴承的的选择与寿命校核27
10、联轴器的选择28
11、润滑方法、润滑油牌号28
12、设计小结28
13、参考资料30
1、韶关学院课程设计任务书
学生姓名
专业班级
2010级机械设计制造及
其自动化1班
学号
指导教师姓名及职称
(靳伍银教授
副教授)
黄晨华
设计地点
信工楼5楼
设计题目某车间零件传送设备的传动装置设计
已知条件:
某车间零件传送设备的传动装置,采用展开式二级圆柱齿轮减速装置。
连续单向运转,载荷平稳每日两班,工作5年,允许运输带速度误差为土5%车间有三相交流电源。
本课程设计课题任务的内容和要求:
1)能从机器功能要求出发,拟定机械系统方案,进行机构运动和动力分析。
2)合理地选择电动机,能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷,合理地选择零件材料、热处理,正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。
3)能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维修、经济和安全等问题,对机械零部件进行结构设计。
4)图面符合制图标准,尺寸公差、形位公差及表面粗糙度标注正确,技术要求完整合理。
5)基本参数:
运输带主轴扭矩=950Nm输送带工作速度u=0.85m/s滚筒直径D=380mm
对本课程设计工作任务及工作量的要求:
1)减速器装配图1张(A0或A1图纸);
2)零件工作图2张(轴、齿轮);
3)设计计算说明书一份,内容包括:
拟定机械系统方案,进行机构运动和动力分析,选择电动机,进行传动装置运动动力学参数计算,传动零件设计,轴承寿命计算、低速轴(许用应力法和安全系数法)、键的强度校核,联轴器的选择、设计总结、参考文献等内容。
进度安排4•装配图设计(4天)
进度安排5.零件工作图设计(2天)
1.设计准备(1天)6•编写设计说明书(3天)
7•总结答辩(1天)
2.传动装置的总体设计(1天)
3•传动件的设计计算(3天)
主要参考文献
[1]龚桂义•机械设计课程设计指导书[M].第二版北京:
高等教育出版社,2001
[2]龚桂义.机械设计课程设计图册[M].第三版北京:
高等教育出版社,1989
[3]濮良贵.机械设计[M].第七版北京:
高等教育出版社,2001
[4]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M].第二版北京:
高等教育出版社1996
[5]王文斌.机械设计手册[M].第三版,一、二、三册北京:
机械工业出版社,2005
院系(或教研室)审核意见:
审核人签名及系公章:
2012年12月29日
任务下达人
(签字)
2012年12月29日
任务接受人
(签字)
2012年12月29日
备注:
1、本任务书由指导教师填写相关栏目,经系审核同意后,交学生根据要求完成设计任务。
2、本任务书须与学生的课程设计说明书(或论文)一并装订存档
计算及说明
2、选择电动机
2.1选择电动机的类型
按工作要求和条件,选用三相笼式式异步电动机,封闭式结构,电压380V,Y型。
2.2选择电动机的容量
1.带式输送机所需的功率巳
由[1]中公式(2-3)得:
Pw=2TV/d=2*950*0.85/380=4.25kW
2.计算电动机的输出功率P
部分效率如下:
弹性联轴器:
^0.99(一个)
滚动轴承(每对):
2=0.98(四对)
圆柱齿轮传动:
3=0.97(精度8级)
传动滚筒效率:
4=0.96
V带传动效率:
5=0.96
传动系数总效率:
「=0.96*0.98*0.98*0.98*0.98*0.98*0.97*0.97*0.99*0.9^0.79
电动机的输出功率:
Pd二Pw二4.25..「0.79kW=5.38kW
3确定电动机的转速
根据动力源和工作条件,电动机的类型选用丫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,以便选择。
1.计算滚筒的转速nw
由公式门⑷=60100CV.C-D)计算输送带滚筒的转速:
nw=601000V(二D)=6010000.85(:
380)rmin=42.72rmin
2.确定电动机的转速nd
由参考文献可知两级圆柱齿轮减速器推荐传动比范围为i=8~60,由参考文献[1]V带传动比范围为i=2〜4,所以总传动比合理范围为i总=16~240,故电动机转
速的可选范围是:
nd=(16~240)42.72r/min=683.52~10252.8r/min
符合这一范围的同步转速有1000r/min、1500r/min、3000r/min
由参考文献[1]中表8-53查得:
万案
电动机型号
额定功率
(kW
电动机转速
n/(r/min)
同步转速
满载转速
1
Y132S-4
7.5
1500
1440
2
Y132M-6
7.5
1000
960
表8-53中,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,所以选择方案1。
其主要参数如下:
表2-1电动机相关参数
型号
额定功率
满载转速
外伸轴径
外伸轴长度
中心高
/kW
/(r/min)
/mm
/mm
/mm
Y132S-4
7.5
1440
38
80
132
3、确定传动装置的总传动比和分配传动比
1计算总传动比
由电动机的满载转速nm=1440r/min和工作机主动轴的转速入=42.72r/min
可得总传动比i二nm/nw二144042.72二33.70
2.合理分配各级传动比
取带传动传动比2.5,则两级减速器传动比i减j=iL,=33.70/2.5=13.48
则双级直齿圆柱齿轮减速器高速级传动比为i2二,1.4i:
二4.34,
低速级传动比为i3=ij.i2=13.48/4.34=3.10
4、计算传动装置的运动和动力参数
1各轴的转速计算
n=nm/i带r=576r/min
n=n/i2=132.72r/min
niv=n=nn/i^42.81r/min
2各轴输入功率计算
p
=Pd
-5带
=5.16KW
Pi
二p
■2-
3=4.91KW
Pii
=Ri
2
3=4.67KW
Pv
=Rii
1
2-4.53KW
3各轴输入扭矩计算
T=9550P/m=85.55N*m
Th=9550Ph..nii=353.30N*m
Tin=9550PIII/n^=1041.78N
TIV=9550PivnIV=950.08N*m
各项指标误差均介于+5%--5%之间。
各轴运动和动力参数见表4:
表2-4各轴运动和动力参数
轴号
功率P(kw)
转矩T(N)
转速n(r/min)
I轴
5.16
85.55
576
n轴
4.91
353.30
132.72
iii轴
4.67
1041.78
42.81
滚筒轴(IV轴)
4.53
950.08
42.81
5、减速器的结构设计
采用HT200铸造箱体,水平剖分式箱体采用外肋式结构。
箱内壁形状简单,润滑油流动阻力小,铸造工艺性好,但外形较复杂。
箱体主要结构尺寸如下:
名称
符号
尺寸关系
箱座壁厚
d
d=8mm
箱盖壁厚
6=8mm
箱座凸缘厚度
b
0=1.56=12mm
箱盖凸缘厚度
d
d=1.5色=12mm
箱底座凸缘厚度
b2
b2=2.5§=20mm
箱座箱盖肋厚
m、m,
1
箱座m=0.85^=6.8mm
箱盖m=0.856=6.8mm
地脚螺钉直径
df
20
地脚螺钉数目
n
6
轴承旁联接螺栓直径
d1
0.75df=15取M16
箱盖、箱座联接螺栓直径
d2
(0.5~0.6)df取M10
轴承盖螺钉直径和数目
d3、n
d3=16n=8
观察孔盖螺钉直径
d4
d4=(0.3〜0.4)df取M10
df、di、d2至箱壁外距离
C1
统一取30mm
df、di、d2至凸缘边缘的
距离
C2
统一取25mm
外箱壁至轴承座端面的距离
I1
h=G+C2+(5〜8)=60mm
齿轮顶圆至箱体内壁的距离
也1
>1.2S心10mm
齿轮端面至箱体内壁的距离
也2
>512mm
轴承端面至箱体内壁的距离
亠
轴承用脂润滑取15mm
6、传动零件的设计计算
1V带传动设计计算
1、确定计算功率
由[2]中表8-7查得工作情况系数KA=1.1
由[2]中公式8-21:
Pea=KAFd-1.15.38=5.918kW
2、选择V带的带型
根据Pea=5.918kW及nm=1440r/min,由[2]中图8-11选用A型
3、确定带轮的基准直径dd并验算带速v
1初选小带轮的基准直径dd1
由[2]中表8-6和表8-8,取小带轮的基准直径dd1=125mm
2验算带速v按[2]中公式8-13验算带的速度
vdd1n9.43m/s因为5m/s:
:
:
v:
:
:
25m/s,故带速合适。
601000
3计算大带轮的基准直径。
根据[2]中公式8-15a计算大带轮的基准直径
dd2二idd1=3125=375mm
由[2]中表8-8取dd2=400mm
4、确定V带的中心距a0和基准长度Ld
1根据[2]中公式8-20,0.7dd1dd2_a0_2dd1dd2,得:
543_a0_1050
初定中心距a0=500mm
2由[2]中公式8-22计算所需的基准长度
Ld0=2a°■:
2dd1dd2出
4a0
兀,k(400—125f
=25001254001862.5mm
24汉500
由[2]中表8-2选带的基准长度Ld-1800mm
3
计算实际中心距a由[2]中公式8-23计算
5、验算小带轮上的包角根据[2]中公式8-25计算:
:
1T80一dd2一dd1
573573
468
^7^=180-400-125573146.3-90
6、计算带的根数z
①计算单根V带的额定功率pr
由dd1=90mm和nm=1440r/min,查[2]中表8-4a得P0=1.91KW根据nm=1440r/mini=3和A型带查[2]中表8-4b得R=0.17KW
查[2]中表8-5得K:
.=0.921,查[2]中表8-2得K^1.01,
于是由[2]中公式8-26:
Pm.:
p0K-.Kl=(1.910.17)0.9211.01KW-1.934KW
②计算V带的根数z
z二Pca=5.918=3.060取4根
Pr1.934
7、计算单根V带的初拉力的最小值F。
min
根据[2]中公式8-27:
其中q由[2]中表8-3得A型带q=0.1kg/m
应使带的实际初拉力F0-F0min。
8、计算压轴力
压轴力的最小值由[1]中公式8-28得:
/、/.°f1146.3s
Fpmin=2zF°minSin寸=24134.78sin1031.95N
9、带轮结构设计
查[2]中表8-10得大、小带轮总宽度:
B=31529=63mm
V型带传动相关数据见表3-0。
表3-0V型带传动相关数据
计算功率PCa
(kw)
传动比
i
带速
V(m/s)
带型
根数
单根初拉力
(N)
压轴力
(N)
5.918
2.5
9.42
A
4
134.78
1031.95
小带轮直径
(mm)
大带轮直
径(mm)
中心距
(mm)
基准长度
(mm)
带轮宽度(mm)
小带轮包角
90
125
468
1800
63
0
146.3
高速级齿轮设计
1.选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数
按照已经选定的传动方案,高速级齿轮选择如下:
1.齿轮类型选用直齿圆柱齿轮传动
2.齿轮精度等级带式输送机为一般机器速度不高,按照[2]中表10-8,选择8
级精度(GB10095-88
3.材料由[2]中表10-1选择:
两者材料硬度差为40HBS
小齿轮40Cr调质硬度280HBS
大齿轮45钢调质硬度240HBS
4.试选择小齿轮齿数24大齿轮齿数z2=i2・Zj=4.3424=104.2取105
2按齿面接触强度设计
1.确定公式内各计算数值
1试选载荷系数匕=1.3
P
2小齿轮转矩入=9.55106--8.555104Nmm
7由文献[2]中图10-19取接触疲劳寿命系数Khn1二0-90©N2=0.95
8计算接触疲劳许应力取失效概率为1%安全系数S=1
由文献[2]中式10-12
比]=Khnltai=0.90600=540MPa
1S
I--IKc
-H2二―也=0.95550=522.5MPa
2•计算由式d1t_2.32・3KT1.
KTiUi_1
1试算小齿轮分度圆直径d1t
心3巧札
U1
Ze
..2
189.8、
=2.32彗:
竺竺竺匚3—
4.375522.5
二60.834mm
二60.834576
③计算齿宽b
二ddit
=160.834=60.834mm
4
计算齿宽与齿高比
♦沁=10.67
h5.7
5
计算载荷系数
直齿轮Kh.jKf.厂1由文献[2]中表10-2查得使用系数Ka=1
由文献[2]中表10-4用插值法查得
8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时K^=1.457
K
由—=10.67Kh"1.457在文献[2]中查图10-13得K^-1.41h
故载荷系数K=KaKvKh:
.Kh2=11.4111.457=1.661
6按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由文献[2]中式10-10a得
d
j'Kt.1.3
7计算模数mm=①二2.75mm
乙
3按齿根弯曲强度计算
由文献【1】中式10-5弯曲强度设计公式m一32KT2YFaYsa
沁乙時
FE1
=500MPa
1.确定公式内各计算数值
1由文献[2]中图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限c大齿轮的弯曲疲劳强度极限“E2=380MPa
2由文献[2]中图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.86KFn2=0.9
3
计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4由[2]中式10-12
4计算载荷系数K=KaKvKf-.Kf严11.1411.41=1.607
5查取齿形系数由[2]中表10-5查得:
YFa1=2.65,YFa2=2.184
6
查取应力校正系数由[2]中表10-5查得:
YSa1=1.58,YSa2=1.794
大齿轮的数值大
2.
设计计算
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,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积有关,可取由齿根弯曲疲劳强度计算的模数1.87并根据GB1357-87就近圆整为标准值
m=2,按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径66.021mm,
算出小齿轮的齿数
大齿轮的齿数z2=4.3434=148
4、高速级齿轮几何尺寸计算
1分度圆直径小厂召m=342=68mmd2二z2m=1482=296mm
2中心距a二68296=182mm
2
3齿轮宽度b二/di=68mm取Bi=73mmb=68mm
圆周力:
2T1
di
285.55
6810’
=2516.18N
径向力:
Fr1=Ft1tan20=2516.18tan20~915.81N
表3-1高速级齿轮设计几何尺寸及参数
齿轮
压力
角
模数
中心
距
齿数
比
齿数
分度圆
直径
齿宽
小齿轮
20°
2
182
4.34
34
68
73
大齿轮
148
296
68
低速级齿轮设计
1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数
⑴选用直齿圆柱齿轮传动
⑵传动速度不高,选择8级精度(GB10095-88)
⑶材料选择
小齿轮
40Cr
调质
硬度280HBS
大齿轮
45
调质
硬度240HBS
⑷
选择小齿轮齿数
%=24
大齿轮齿数Z4“3Z3=75
2按齿面接触强度设计
1.确定公式内各计算数值试选载荷系数kt=1.3小齿轮传递的扭矩T3=95.510P2=3.533105Nmm
1
由[2]中表10-6查得材料弹性影响系数Ze=189.8MPa2
由[2]中表10-7选取齿宽系数爲=1
由[2]中图10-21d按齿面硬度查得
6由[2]中式10-13计算应力循环次数
N3=60n2jLh=60132.721283655=2.33107
N36
N43=7.51610
U2
7由[2]中图10-19取接触疲劳寿命系数Khn3二0.97Khn4二0.98
8计算接触疲劳许应力取失效概率为1%安全系数S=1
由[2]中式10-12
匕H3=虫2怛=0.97600=582MPa
H3S
2.计算
1计算小齿轮分度圆直径d3t,
d3t-2.32・3
KT3u2_1
d
U2
心23「33.533105站1
3.1
2
189.8!
I
<539丿
=97.98mm
计算圆周速度
^2厂97・98132.72“.68m/s601000
601000
计算宽度b
b=dd3t=197.98=97.98mm
④计算齿宽与齿高比*
模数g=也二“98=4.08mm
Z324
齿高h=2.25mt=2.254.08=9.18mm―9798=10.67
h9.18
⑤计算载荷系数
据0.68m/s8级精度。
由[2]中图10-8查动载荷系数Kv=1.08;
直齿轮Kh「Kf〉=1。
由[2]中表10-2查得使用系数Ka=1
由[2]中表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时
故载荷系数K=KAKvKH一Khe=11.0811.362=1.471
⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由[2]中式10-10a得
⑦计算模数mm=色二4.25mm
Z3
3.3.3按齿根弯曲强度计算
'dZ12'-f1
由[2]中式10-5弯曲强度设计公式m_32KTYFaYSa
1.确定公式内各计算数值①由[2]中图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限6e3=500MPa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限6e2=380MPa
2由[2]中图10-18取弯曲疲劳寿命系数Kfn3=0.95,Kfn4=0.98
③计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由[2]中式10-12
1.4
I3-Kfn^fe3=°.95500=339.29MPaFS
~5
321.4043.53310”1x242根据[2]中表10—1就近圆整为标准值m=3mm计算小齿轮齿数Z3=色=35
m
计算大齿轮齿数Z4=1093.3.4、低速级齿轮几何尺寸计算
1分度圆直径d3=Z3・m=335=105mmd4=Z4・m=1093=327mm
2中心距a2二色3二216mm
2
3齿轮宽度b=dd3=1105=105mmB3=110mmB4=105mm
表3-2低速级齿轮设计几何尺寸及参数
齿轮
压力角
模数
中心
距
齿数比
齿数
分度圆
直径
齿根圆
直径
齿顶圆
直径
齿宽
小齿轮
20°
3
216
3.10
17
105
97.5
111
110
大齿轮
44
327
319.5
333
105
7、轴的计算
轴的设计—输入轴的设计3.4.1确定轴的材料及初步确定轴的最小直径
1、确定轴的材料输入轴材料选定为40Cr,锻件,调质
2、求作用在齿轮上的力根据输入轴运动和动力参数,计算作用在输入轴的齿
轮上的力:
P=5.16KWm=576r/minT[=85.55Nm
2Ti285.55
圆周力:
Fti32516.18N
d!
68"0
径向力:
Fri=Ftitan20=2516.18tan20=915.81N
3、初步确定轴的最小径,选取轴的材料为45号钢,调制处理,根据[2]中表15-3,取代=112dmin=代3;邑“代"]5!
6=23.26mm
'n-576
3.4.2初步设计输入轴的结构
根据轴向定位要求初步确定轴的各处直径和长度
1已知轴最小直径为dmin=23.26mm,由于是高速轴,显然最小直径处将装大带轮,故应取标准系列值小人=32mm,(L=(1.5~2)d)为了与外连接件以轴肩定位,故取B段直径为dB=35mm。
2初选滚动轴承。
因该传动方案没有轴向力,高速轴转速
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