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一45
一、设计题目:
二级直齿圆柱齿轮减速器
1.要求:
拟定传动关系:
由电动机、V带、减速器、联轴器、工作机构成。
2.工作条件:
双班工作,有轻微振动,小批量生产,单向传动,使用5年,运输带允许误差5%。
3.知条件:
运输带卷筒转速,
减速箱输出轴功率马力,
二、传动装置总体设计:
1.组成:
传动装置由电机、减速器、工作机组成。
2.特点:
齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀,要求轴有较大的刚度。
3.确定传动方案:
考虑到电机转速高,传动功率大,将V带设置在高速级。
其传动方案如下:
三、选择电机
1.计算电机所需功率:
查手册第3页表1-7:
-带传动效率:
0.96
-每对轴承传动效率:
0.99
-圆柱齿轮的传动效率:
0.96
-联轴器的传动效率:
0.993
—卷筒的传动效率:
0.96
说明:
-电机至工作机之间的传动装置的总效率:
2确定电机转速:
查指导书第7页表1:
取V带传动比i=24
二级圆柱齿轮减速器传动比i=840所以电动机转速的可选范围是:
符合这一范围的转速有:
750、1000、1500、3000
根据电动机所需功率和转速查手册第155页表12-1有4种适用的电动机型号,因此有4种传动比方案如下:
方案电动机型号额定功率同步转速
r/min额定转速
r/min重量总传动比
1Y112M-24KW3000289045Kg152.11
2Y112M-44KW1500144043Kg75.79
3Y132M1-64KW100096073Kg50.53
4Y160M1-84KW750720118Kg37.89
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比,可见第3种方案比较合适,因此选用电动机型号为Y132M1-6,其主要参数如下:
额定功率kW满载转速同步转速质量ADEFGHLAB
496010007321638801033132515280
四确定传动装置的总传动比和分配传动比:
总传动比:
分配传动比:
取则
取经计算
注:
为带轮传动比,为高速级传动比,为低速级传动比。
五计算传动装置的运动和动力参数:
将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴
--依次为电机与轴1,轴1与轴2,轴2与轴3,轴3与轴4之间的传动效率。
1.各轴转速:
2各轴输入功率:
3各轴输入转矩:
运动和动力参数结果如下表:
轴名功率PKW转矩TNm转速r/min
输入输出输入输出
电动机轴3.6736.5960
1轴3.523.48106.9105.8314.86
2轴3.213.18470.3465.668
3轴3.053.021591.51559.619.1
4轴32.971575.61512.619.1
六设计V带和带轮:
1.设计V带
①确定V带型号
查课本表13-6得:
则
根据=4.4,=960r/min,由课本图13-5,选择A型V带,取。
查课本第206页表13-7取。
为带传动的滑动率。
②验算带速:
带速在范围内,合适。
③取V带基准长度和中心距a:
初步选取中心距a:
,取。
由课本第195页式(13-2)得:
查课本第202页表13-2取。
由课本第206页式13-6计算实际中心距:
。
④验算小带轮包角:
由课本第195页式13-1得:
。
⑤求V带根数Z:
由课本第204页式13-15得:
查课本第203页表13-3由内插值法得。
EF=0.1
=1.37+0.1=1.38
EF=0.08
查课本第202页表13-2得。
查课本第204页表13-5由内插值法得。
=163.0EF=0.009
=0.95+0.009=0.959
则
取根。
⑥求作用在带轮轴上的压力:
查课本201页表13-1得q=0.10kg/m,故由课本第197页式13-7得单根V带的初拉力:
作用在轴上压力:
。
七齿轮的设计:
1高速级大小齿轮的设计:
①材料:
高速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为250HBS。
高速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为220HBS。
②查课本第166页表11-7得:
。
查课本第165页表11-4得:
。
故。
查课本第168页表11-10C图得:
。
故。
③按齿面接触强度设计:
9级精度制造,查课本第164页表11-3得:
载荷系数,取齿宽系数计算中心距:
由课本第165页式11-5得:
考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取
则取
实际传动比:
传动比误差:
。
齿宽:
取
高速级大齿轮:
高速级小齿轮:
④验算轮齿弯曲强度:
查课本第167页表11-9得:
按最小齿宽计算:
所以安全。
⑤齿轮的圆周速度:
查课本第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。
2低速级大小齿轮的设计:
①材料:
低速级小齿轮选用钢调质,齿面硬度为250HBS。
低速级大齿轮选用钢正火,齿面硬度为220HBS。
②查课本第166页表11-7得:
。
查课本第165页表11-4得:
。
故。
查课本第168页表11-10C图得:
。
故。
③按齿面接触强度设计:
9级精度制造,查课本第164页表11-3得:
载荷系数,取齿宽系数
计算中心距:
由课本第165页式11-5得:
取则取
计算传动比误差:
合适
齿宽:
则取
低速级大齿轮:
低速级小齿轮:
④验算轮齿弯曲强度:
查课本第167页表11-9得:
按最小齿宽计算:
安全。
⑤齿轮的圆周速度:
查课本第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。
八减速器机体结构尺寸如下:
名称符号计算公式结果
箱座厚度
10
箱盖厚度
9
箱盖凸缘厚度
12
箱座凸缘厚度
15
箱座底凸缘厚度
25
地脚螺钉直径
M24
地脚螺钉数目
查手册6
轴承旁联结螺栓直径
M12
盖与座联结螺栓直径
=(0.50.6)
M10
轴承端盖螺钉直径
=(0.40.5)
10
视孔盖螺钉直径
=(0.30.4)
8
定位销直径
=(0.70.8)
8
,,至外箱壁的距离
查手册表11—234
22
18
,至凸缘边缘距离
查手册表11—228
16
外箱壁至轴承端面距离
=++(510)
50
大齿轮顶圆与内箱壁距离
>1.2
15
齿轮端面与内箱壁距离
>
10
箱盖,箱座肋厚
9
8.5
轴承端盖外径
+(55.5)
120(1轴)
125(2轴)
150(3轴)
轴承旁联结螺栓距离
120(1轴)
125(2轴)
150(3轴)
九轴的设计:
1高速轴设计:
①材料:
选用45号钢调质处理。
查课本第230页表14-2取C=100。
②各轴段直径的确定:
根据课本第230页式14-2得:
又因为装小带轮的电动机轴径,又因为高速轴第一段轴径装配大带轮,且所以查手册第9页表1-16取。
L1=1.75d1-3=60。
因为大带轮要靠轴肩定位,且还要配合密封圈,所以查手册85页表7-12取,L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。
段装配轴承且,所以查手册62页表6-1取。
选用6009轴承。
L3=B++2=16+10+2=28。
段主要是定位轴承,取。
L4根据箱体内壁线确定后在确定。
装配齿轮段直径:
判断是不是作成齿轮轴:
查手册51页表4-1得:
得:
e=5.9<6.25。
段装配轴承所以L6=L3=28。
2校核该轴和轴承:
L1=73L2=211L3=96
作用在齿轮上的圆周力为:
径向力为
作用在轴1带轮上的外力:
求垂直面的支反力:
求垂直弯矩,并绘制垂直弯矩图:
求水平面的支承力:
由得
N
N
求并绘制水平面弯矩图:
求F在支点产生的反力:
求并绘制F力产生的弯矩图:
F在a处产生的弯矩:
求合成弯矩图:
考虑最不利的情况,把与直接相加。
求危险截面当量弯矩:
从图可见,m-m处截面最危险,其当量弯矩为:
(取折合系数)
计算危险截面处轴的直径:
因为材料选择调质,查课本225页表14-1得,查课本231页表14-3得许用弯曲应力,则:
因为,所以该轴是安全的。
3轴承寿命校核:
轴承寿命可由式进行校核,由于轴承主要承受径向载荷的作用,所以,查课本259页表16-9,10取取
按最不利考虑,则有:
则因此所该轴承符合要求。
4弯矩及轴的受力分析图如下:
5键的设计与校核:
根据,确定V带轮选铸铁HT200,参考教材表10-9,由于在范围内,故轴段上采用键:
采用A型普通键:
键校核.为L1=1.75d1-3=60综合考虑取=50得查课本155页表10-10所选键为:
中间轴的设计:
①材料:
选用45号钢调质处理。
查课本第230页表14-2取C=100。
②根据课本第230页式14-2得:
段要装配轴承,所以查手册第9页表1-16取,查手册62页表6-1选用6208轴承,L1=B+++=18+10+10+2=40。
装配低速级小齿轮,且取,L2=128,因为要比齿轮孔长度少。
段主要是定位高速级大齿轮,所以取,L3==10。
装配高速级大齿轮,取L4=84-2=82。
段要装配轴承,所以查手册第9页表1-16取,查手册62页表6-1选用6208轴承,L1=B+++3+=18+10+10+2=43。
③校核该轴和轴承:
L1=74L2=117L3=94
作用在2、3齿轮上的圆周力:
N
径向力:
求垂直面的支反力
计算垂直弯矩:
求水平面的支承力:
计算、绘制水平面弯矩图:
求合成弯矩图,按最不利情况考虑:
求危险截面当量弯矩:
从图可见,m-m,n-n处截面最危险,其当量弯矩为:
(取折合系数)
计算危险截面处轴的直径:
n-n截面:
m-m截面:
由于,所以该轴是安全的。
轴承寿命校核:
轴承寿命可由式进行校核,由于轴承主要承受径向载荷的作用,所以,查课本259页表16-9,10取取
则,轴承使用寿命在年范围内,因此所该轴承符合要求。
④弯矩及轴的受力分析图如下:
⑤键的设计与校核:
已知参考教材表10-11,由于所以取
因为齿轮材料为45钢。
查课本155页表10-10得
L=128-18=110取键长为110.L=82-12=70取键长为70
根据挤压强度条件,键的校核为:
所以所选键为:
从动轴的设计:
⑴确定各轴段直径
①计算最小轴段直径。
因为轴主要承受转矩作用,所以按扭转强度计算,由式14-2得:
考虑到该轴段上开有键槽,因此取
查手册9页表1-16圆整成标准值,取
②为使联轴器轴向定位,在外伸端设置轴肩,则第二段轴径。
查手册85页表7-2,此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值,因此取。
③设计轴段,为使轴承装拆方便,查手册62页,表6-1,取,采用挡油环给轴承定位。
选轴承6215:
。
④设计轴段,考虑到挡油环轴向定位,故取
⑤设计另一端轴颈,取,轴承由挡油环定位,挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。
⑥轮装拆方便,设计轴头,取,查手册9页表1-16取。
⑦设计轴环及宽度b
使齿轮轴向定位,故取取
⑵确定各轴段长度。
有联轴器的尺寸决定(后面将会讲到).
因为,所以
轴头长度因为此段要比此轮孔的长度短
其它各轴段长度由结构决定。
(4).校核该轴和轴承:
L1=97.5L2=204.5L3=116
求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩。
作用在齿轮上的圆周力:
径向力:
求垂直面的支反力:
计算垂直弯矩:
.m
求水平面的支承力。
计算、绘制水平面弯矩图。
求F在支点产生的反力
求F力产生的弯矩图。
F在a处产生的弯矩:
求合成弯矩图。
考虑最不利的情况,把与直接相加。
求危险截面当量弯矩。
从图可见,m-m处截面最危险,其当量弯矩为:
(取折合系数)
计算危险截面处轴的直径。
因为材料选择调质,查课本225页表14-1得,查课本231页表14-3得许用弯曲应力,则:
考虑到键槽的影响,取
因为,所以该轴是安全的。
(5).轴承寿命校核。
轴承寿命可由式进行校核,由于轴承主要承受径向载荷的作用,所以,查课本259页表16-9,10取取
按最不利考虑,则有:
则,
该轴承寿命为64.8年,所以轴上的轴承是适合要求的。
(6)弯矩及轴的受力分析图如下:
(7)键的设计与校核:
因为d1=63装联轴器查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L1=107初选键长为100,校核所以所选键为:
装齿轮查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L6=122初选键长为100,校核
所以所选键为:
.
十高速轴大齿轮的设计
因采用腹板式结构
代号结构尺寸和计算公式结果
轮毂处直径
72
轮毂轴向长度
84
倒角尺寸
1
齿根圆处的厚度
10
腹板最大直径
321.25
板孔直径
62.5
腹板厚度
25.2
电动机带轮的设计
代号结构尺寸和计算公式结果
手册157页38mm
68.4mm
取60mm
81mm
74.7mm
10mm
15mm
5mm
十一.联轴器的选择:
计算联轴器所需的转矩:
查课本269表17-1取查手册94页表8-7选用型号为HL6的弹性柱销联轴器。
十二润滑方式的确定:
因为传动装置属于轻型的,且传速较低,所以其速度远远小于,所以采用脂润滑,箱体内选用SH0357-92中的50号润滑,装至规定高度。
十三.其他有关数据见装配图的明细表和手册中的有关数据。
十四.参考资料:
《机械设计课程设计手册》(第二版)--清华大学吴宗泽,北京科技大学罗圣国主编。
《机械设计课程设计指导书》(第二版)--罗圣国,李平林等主编。
《机械课程设计》(重庆大学出版社)--周元康等主编。
《机械设计基础》(第四版)课本--杨可桢程光蕴主编。
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