一级圆柱齿轮减速器课程设计.docx
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一级圆柱齿轮减速器课程设计.docx
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一级圆柱齿轮减速器课程设计
设计任务书2
传动方案的分析3
电动机的选择3
计算传动装置的运动和动力参数6
带传动计算8
齿轮传动计算:
10
轴的计算(低速轴)13
滚动轴承的设计与计算20
键连接的选择计算21
联轴器的选择23
箱体23
密封和润滑的设计26
小结28
29
参考资料
设计任务书
、课程设计题目:
一级圆柱齿轮减速器
二、课程设计时间:
三、
课程设计要求:
X
圆柱齿轮减速器
3.
XZ
T
1.D带传动2.电动机
4.联轴器5.输送带
6.
滚筒
参数
数值
输送带工作拉力F/N
1900
输送带工作速度V/(m/s)
1.6
滚筒直径D/mm
400
每日工作时数T/h
24
转动工作年限/a
5
注:
传动不逆转,载荷平稳,启动载荷为名义载荷的1.25倍。
输送带速度允许误差为土5%
四、课程设计工作量
1.设计说明书一份
2.减速器装配图一张
3.零件工作图1—3张
一、传动方案的分析
采用一级圆柱直齿轮闭式传动及带传动的布局,带传动平稳、能缓吸振、过载保护,但是承载能力低,故带传动易布局在高速级。
此传动装置具有结构紧凑、效率高、成本低、使用维护方便等优点。
相关计算公式均引自《课程设计指导书》
一级圆柱齿轮减速器的结构简图
传动比一般小于5,使用直齿,斜齿或人字齿齿轮,传递功率可达数千瓦,功率较高,工艺简单,精度易于保证,一般工厂均能制造,应用广泛,轴线可做水平布置、上下布置或铅垂布置。
二、电动机的选择
电动机已标准化、系列化,应按照工作的要求,根据选择的传动方案选择电动机的类型、容量和转速,并在产品目录中查处其型号尺寸。
(1)选择电动机的类型
按已知的工作要求和条件,选用Y系列全封闭笼
型之三相异步电动机。
(2)选择电动机功率为
Pd=Pw/nPw=Fv/1000n
所以Pd=Fv/(1000nwn
注:
Pd为电动机输出功率
Pw为工作机所需输入功率
n为电动机至工作机主要端之间的总效率
n为工作机的效率
F为工作机的作用阻力
v为工作卷筒的线速度
有电动机至工作机之间的总效率为:
2n*nw=ni•n•n•nrnrn
注:
、n、n、n、n、n、n为带传动、齿轮传动的轴承、齿轮
传动、联轴器、卷筒的轴承及卷筒的效率。
查表(2.3)得:
n=0.96n=0.99邛=0.97n=0.97n=0.98n=0.96
n-n=0.96迥.992>0.970.97迥.98&96=0.83
所以Pd=Fv/1000顶尸(1900>1.6)/(1000x0.83)=3.66kw
(3)确定电动机转速
卷筒轴的工作转速为:
nw=(60x1000v)/(D)
n=76.4r/min
=(60XI0000xi.6)/(3.1440®)r/min=76.4r/min
按推荐的合理传动比范围,取V带传动比ii‘=2~4,单级齿轮传动比i2'=3~5,则合理总传动比的范围为i/=6~20,故电动机转速的可选范围为
nd=i/nv=(6~20)76.4r/min
nd=458~1528r/min
符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500
r/min再根据计算出的容量。
由附表(8.1)查出有两种合适的电动机型号,其技术参数及传动比的比较情况如下表。
方
案
电动机
型号
额定功率
电动机转速
(r/min)
传动装置的传动比
Ped/kw
同步
转速
、卄
满载
转速
总传
动比
带
齿轮
1
Y160M1-8
4
750
720
9.42
3
3.14
2
Y132M1-6
4
1000
960
12.57
2.8
4.5
3
Y112M-4
4
1500
1400
18.85
3.5
5.385
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速
器的传动比,比较三个方案克制:
方案一电动机转速低,外
电动机型号选定为:
廓尺寸较大,价格较高,虽然总传动比不大,但因电动机转
速低导致传动装置尺寸较大。
方案三总的传动比大传动装置尺寸较大。
方案二比较合适。
所以电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表所示
中心高H
外形尺寸
L0AC/2+AD)
XHD
底脚安装尺寸
AXB
地脚螺栓孔直径D
轴伸尺寸
DXE
装键
部位尺寸
FXGD
132
515X345X315
216X78
12
38>80
10X41
三、计算传动装置的运动和动力参数
如图所示的传动装置:
1、v带传送2、电动机3、圆柱齿轮减速器
4、联轴器5、输送带6、滚筒
1、各轴转速
n=nm/i0=96O/2.8r/min=342.86r/min
nn=n1/i1=342.86/4.5r/min=76.19r/min
nw二m=76.19r/min
各轴转速为:
n1=342.86r/min
n口=76.19r/min
n皿=76.19r/min
由式(2.17)计算电动机轴的输出转矩Td
2、各轴的输入功率
四、带传动计算
1.确定计算功率
由《机械设计基础》Pi32表8.21可得Ka=1.3Ka=1.3
c=5.2Kw
n1=960r/min
Pc=KAP=1.3X4Kw=5.2KwP
2.选取普通V带型号:
根据Pc=5.2Kw,n1=960r/min,由《机械设计基础》
图8.13可选用A型普通V带.
3.确定带轮基准直径dd「dd2:
由《机械设计基础》图8.12和8.9选取.
则从动轮转速无误差率
4.验算带速V:
V=nd1xnj60x1000
V=5.024m/s
=nx100x96060x1000=5.024m/s
带速在5〜25m/s以内
5.确定带的基准长度Ld和实际中心距a①初定中心距a。
0.7(dd1+dd2) 266 按结构要求设计初定中心距a0=400mm ②初定基准带长度L0 L0=2a0+n2(dd1+dd2)+(dd1-dd2) =2X400+n2(100+280)+(100-280) 6.校验小带轮包角a1: a1=180°-(dd2-dd1)/aX57.3 =180°-(280-100)/391.58X57.3° a1=153.66 =153.66°>120 7.确定V带根数: Z>P/(P°+AP。 )KK1 1根据dd1=100mmn1=960r/min,查表8.9, 用内插法得: P0=0.83+(0.97-0.83)/(980-800)X(960-800)Kw 0==0.954Kw =0.954KwP 由式△P=kbni(1-1/ki) 由表8.18查得Kb=1.0275X103 2 △P=0.12Kw 'P=(1.0275X103X960)(1-1/1.1373)Kw=0.12Kw 3由表8.4查得带长度修正系数Kl=0.96,由8.1查得包角系数K=0.94,得普通V带根数: Z=P/(P°+AP。 )KK1 =5.2/(0.95+0.12)X0.94X0.96 =5.39 调整得: Z=5根Z=5 8.求初拉力F。 及带轮轴上压力Fq: 由表8.6查得A型普通V带的每米质q=0.1.0kg/m,根据式 F0=500Pc/Zv(2.5/R-1)+qv2 得: F0=(500X5.2)/(5X5.024)X(2.5/0.94-1) 0=174.34N +0.1X(5.024)2N=174.34NF 由式Fq=2F°Zsin2 q=1629.2N 得Fq=2X174.34X5Xsin153.662N =1629.2NF 9.设计结果: 选用5根厶-1800GB1145-89V带,中心距a=391.58mm带轮直径dd1=100mmdd2=280mm轴上压力Fq=1629.2N 五、齿轮传动计算: 1.选择齿轮材料及精度等级 小齿轮选用45#钢调质,硬度为220〜250HB8 大齿轮选用45#钢正火,硬度为170〜210HB8 因为是普通减速器,由表10.2选8级精度 要求: 齿面粗糙度Ra<3.2〜6.3mm 2.按齿面接触疲劳强度设计 1、转距「 T1=9.55x106X3.66343N•mm 5 =1.02X10N-mmT 2、载荷系数K 取K=1.1 3、齿数Z和齿宽系数d 小齿轮齿数乙取28,则大齿轮齿数为乙取126因单级齿轮传动为对称布置,而齿面为软齿面, 由表10.20选取d=1 4、许用接触应力[H] 由图10.24查得Hlim1=560MPa Hlim2=530M巳 由图表10.10查得h=1 N1=60njLn=603431(552120) =6.42108N N2=N/i=6.42108/4.5=1.43108N 由图10.27得Zn「=1.03,Znt2=1.08 由式] ZnT|? hlim1 SH 可得, : H]1=1.03560Mpa=568Mpa 1 : H]2=1.08530Mpa=572Mpa 5 1=1.02x10N-mm 取K=1.1 Hlim1=560MPa Hlim2=530MR =1 1=6.42108 =1.43108 [H]i=568Mpa [H]2=572Mpa 故: di76.433KTiu1=57.9n2 M=dl=57.9=2.07Zi28 m=2.5 由表10.3取标准模数m=2.5 3.主要尺寸计算: d1=mZ1=2.528mm=70mm d2=mZ2=2.5126mm=315mm b=4d? d1=170mm=70mm 经圆整后取b2=70mmb1=b2+5mm=75mm b=70mm mZ1Z2 2.5 28126mm =192.5mm 1=70mm 2=315mm 2=70mm 1=75mm a=192.5mm 2KT1 2 bmZ1 4.按齿根弯曲疲劳度校核 由R=2KT1YfYs= bmd1 ⑴齿形系数Yf 由表10.13得Yf1=2.58 YF2=2.16 F1=2.58Yf2=2.16 ⑵应力修正系数Ys 查表10.14得YS1=1.61Y ⑶许用弯曲应力] 由图10.25查得 s2=1.84 S1=1.61Y s2=1.84 F 由表 lim1=200Mpa 10.10查得 Flim2=170Mpa F=1.3 由图 10.26查得 YNT1=Ynt2=0.9 由式 3Mpa=117.7Mpa 2K「/、/、/21.11.02105小lc,小… R1=bm2ZYfYs=602.52282.581.61Mpa R1=88.77Mpa =88.77Mpa fi? Yf2yS288.772.161.84 F2=Yfi? Ysi=2.581.61.Mpa F2=84.94Mpa =84.94Mpa<117.7Mpa 校验合格。 5. 验算齿轮圆周速度v 由表10.22可知,选8级精度合适 六、轴的计算(低速轴) 1.选择轴的材料确定许用应力由已知减速器传递的功率 属于中小功率,对材料无特殊要求,故选用45钢并经调 质处理,由表(14.4)查得强度极限B=650MPa,再由表 (14.2)得[-1b]=60MPa,对轴H的设计与校核 2.按轴扭径强度计算轴径 查表14.13得.C107〜118 由式14.2得.dC*%=107~1180.3537 =37.84mn〜41.73 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器会有键槽存在,将估算轴经加大3%〜5%,得38.98〜43.82,由设计手册取标准直径d1=40mm 3.设计轴的结构 ⑴确定轴上零件的位置和固定方式,参考圆确定齿轮从轴右端装入,齿轮左端用轴肩固定,右端用套筒固定,这样齿轮在轴上的轴向位置完全确定,齿轮的周 向固定采用平键连接,轴承对称安装在齿轮的两侧。 其轴向用轴肩固定,周向采用过盈配合。 ⑵确定各段轴的直径 轴段①直径最小,d1=40mm考虑到要对安装在轴段①上的连轴器进行定位,轴段②上应有轴肩,同时,为能顺利地在轴段②上安装轴承,②必须满足轴承的内 径标准,d2=45mm同样的方法确定d3=50mm,d=60mm,d5=65mm,d=50mm ⑶确定各段轴径 齿轮轮廓宽度为70mm为满足齿轮发、固定可靠,轴段③的长度应略短于齿轮轮廓宽度取为68mm为保证齿轮端面与箱体内壁应留有一定的间距,取该间距为15mm为保证轴承安装在箱体轴承座孔中,并考虑轴承的润滑,取轴承端面距箱体内壁为5mm所以④段取为20mm轴承支点距离L=120mm根据箱体结构及连轴器距轴承盖有一定距离,取L‘=85mm, L〃=80mm ⑷选定轴向结构细节,如圆角、倒角、退刀槽等尺寸 按设计结构画出轴的结构草图。 4.按弯扭合成强度校核轴径 1画出轴的受力图 2 作水平内的弯矩图,支点反力为: Ft2=2Tnd2=2422600315N=2683.17NF Fah=Fbh=Ft22=2683.17/2N=1341.59NF Fr2=Ft2tg20°=2683.17X0.36N=976.59N I-I截面处弯矩力为: Mhi=1341.591202N-mm=80495.4NmmM 3作垂直面内的弯矩图,支点反力为: FvA=Fr22-Fa2d/2L=-875.75N FVB二F—Fva=976.59+875.75=1852.34N I-I截面左侧弯矩力为: MVi左=Fval2=-875.751202N•mm =-52545N? mm I-I截面右侧弯矩力为: Mi右=FVBXl2=1852.341202N•m =111140.4N•mm n-u截面处弯矩为: MH=1341.59X34N-mm=45614.06Nmm MV=FvbX34=1852.34X34N•mm =62979.56N•mm 4合成弯矩图: M=MH2Mr2 I-I截面 M左二MH2Mr2=80495.42525452 =96127.45N-mm M右二MH2Mr2=137228.63N-mm n-n截面 M=vMV2MH2=62979.56245614062 =77762.89N•mm =77762.89N•mmM 5作转距图 T=9.551063.3為19N・m 5 X10N-m 5 =4.22X10N-mT==4.22 6求当量弯距 因减速器单向运转,故可认为转距为脉动循环变化, 故修正系数=0.6 I-I截面 Mi=\Mi右2T2 =J37228.6320.64.221052N•m =287996.42N•mM =264872.25N•m 7确定危险面及校核系数强度 由下图可看到,截面I-i,h-n所受转距相同,但弯距mlMe,轴上还有键槽,故截面I-I可能为危险截面,但由于轴径d4>d3,故也应对截面n-n进行校核。 I-1截面 eI=13.33Mpa e=21.19Mpa GeI=M%=287996'420.1603Mpa=13.33MpaG n-n截面 Ge=Me/W=264872%503Mpa=21.19MpaG 查表14.2得]b1=60Mpa满足e: b]的条件,故设计的轴有足够强度,并有一定余量 高速轴的设计与计算 1.高速轴的材料同低速轴的材料选45#钢 2. 根据表14.1得C=118-107,又由式(14.2)得 考虑到会有键槽存在,故将估算直径加大3%〜5%,得 23.93〜26.90mm 由设计手册取标准值d1=25m 3.设计轴结构并绘制结构草图 ⑴确定各轴直径d1=25mm,d2=30mm,d3=35mm,d4=40m为齿轮和轴的统一体为55m,d5=40m,d6=35m. ⑵确定各轴段长度为: L〃=65m丄/=70m.轴段③长 28m,轴段④长度为20m,轴段⑤长度为65m,轴段⑥长度为20m,轴段⑦长度为25m 4.选定轴的结构细节,为圆角、倒角、退刀槽等的尺寸, 按设计结构画出结构草图 5.按弯距合成强度校核轴. ⑴画出轴的受力图 ⑵作水平内的弯距图. f t1=2794.3N f tH=1397.1N M hi=83828.6N•m M H=41913N-m 70/2 120 Ft1=2Tld=29780070N=2794.3N Fha=Fhb=f“2=279432=1397.1N I-I截面出处弯距为: ML=1397.11202N-m=83828.6N・m n-u截面处弯距为: MH=1397.130N-m=41913Nm ⑶作垂直面内的弯距图,支点反力为: Fva=Fr12-Fa1d/2L=(1017.0/2-2973.63 =-358.79N Fvb=Fp1-Fva=1017.04-(-358.790)=1375.83N I-I截面处左侧弯矩为: MV左=FVA-L/2=(-358.79)120/2=-21527.4N•mm I-I截面处右侧弯矩为: MV右=FVB-L/2=1375.83120/2=82549.8N•mm in •: : : y・ in 1 • 1 •: r IE, 70 工 coco Qcn u qn 2! MAH FBH MBH FBr MV=Fvb30=1375.8330N•m =41274.9N v=41274.9N-mm ⑷合成弯距图 I-I截面 M左=21527.4283828.62=86548.62N- M右二82549.8283828.62=117650.77N- mm I右=86548.62N-mm mm H-H截面 M=iMv2 Mh2=41274.92419132 =58824.46Nmm =58824.46N-mm ⑸作转距图 T=9.55106貉乐103N-mm I-I截面 M.I=.MI右2T2 22 117650.770.697727.41 =131453.17N-mm eI=131453.17N-mm T2 Me=83057.51Nmm =\588244620.697727.412N-m=83057.51N-mm ⑺确定危险截面及校核强度 由图可看出,截面I-I,H-H所受转距相同,但弯距也相同,且轴上还有键槽,由于轴径d4>d3,故也应对截面HH进行校核。 1-1截面 Mel/3 Gel=w=131453.17/0.1d5=7.90Mpa n-u截面 ==19.37Mpa Ge=M\4=83057.5>0.1d33=19.37MpaG 查表14.2得】b]=60Mpa,满足e: b]的条件,故设计的轴有足够强度,并有一定余度. 6.修改轴的结构. 图所设计的轴的强度欲度不大,此轴不必再作修改 七、滚动轴承的设计与计算 输出轴轴承相关参数 (1)求当量动载荷P 根据式(15.1)的P=fp(XFr+YFa) 由教材15.12取得fp=1.1,教材表15.15取得[Lh]=50000 式中径向载荷系数X和轴向载荷系数Y要根据Fa/Cor =0.056则e=0.26 Fa/Fr=1039.27/976.58=1.064>0.26,查表15.13得 X=0.56Y=1.71 P=1.1X(0.56X976.58+1.71X1039.27)=2556.44 (2)计算所需的径向额定动载荷值 由式(15.6)可得 C=P/ft(60n[Lh]/106)1/£ =2556.44/1(60X76.19X5000/106)1/3 =15619.85 (3)选择轴承型号 查有关轴承的手册,根据d=50选得6010轴承,其 Cr=22000N>15619.85N,G=16200N.6010轴承的Fa/C°r=1039.27/16200=0.064,与初定值相近,所以选用深沟 球轴承6010合适。 由教材15.12取得fp=1.1,教材表15.15取得 [Lh]=50000 式中径向载荷系数X和轴向载荷系数Y要根据 Fa/Cor=0.11 则e=0.30 Fa/Fr=2973.63/1017.04=2.92>0.30,查表15.13得 X=0.56 Y=1.45,P=1.1X(0.56X1017.04+1.45X2973.63)=5369.44 (2)计算所需的径向额定动载荷值由式(15.6)可得 61 C=P/ft(60n[Lh]/106)/£ =5369.44/1(60X343X5000/106)"3 =54208.5 (3)选择轴承型号查有关轴承的手册,
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