一级圆柱齿轮减速器课程设计DOC.docx
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一级圆柱齿轮减速器课程设计DOC
一、设计任务书
1.题目:
设计一用于螺旋输送机上的单级圆柱齿轮加速器,两班制工作,单向运转,工作时有轻度振动。
2.设计任务:
(1)完成减速器装配图一张。
(1号图纸)
(2)零件工作图一张;
(3)设计说明书一份。
3.原始数据:
输送机工作轴上的扭矩(N*m):
900
输送机工作轴转速(r/min):
95
使用期限(年):
5
4.传动方案简图:
计算及说明
结果
二.电动机的选择
1、电动机类型的选择:
选择Y系列三相异步电动机,此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机,其结构简单,工作可靠,价格低廉,维护方便,适用于不易燃,不易爆,无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。
2、电动机容量选择:
电动机所需工作功率为:
Pd=Tn/9550η总(Kw)
由电动机之输送机的传动总效率为:
η总=η1×η24×η3×η4×η5
注:
η1、η2、η3、η4、η5分别为联轴器1、滚动轴承(四对)、圆柱直齿轮传动、联轴器2和圆锥齿轮传动的传动效率。
取η1=0.99、η2=0.99、η3=0.97、η4=0.99、η5=0.93
则:
η总=0.99×0.994×0.97×0.99×0.93=0.85
所以:
电动机所需的工作功率为:
Pd=Tn/9550η总
=(900×95)/(9550×0.85)
=10.5(Kw)
电动机额定功率Ped:
根据《机械设计课程设计手册》P167查询得到:
Ped=11(Kw)
3、确定电动机转速
计算及说明
结果
根据《机械设计课程设计手册》P5推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I1≤4~6。
取开式圆锥齿轮传动传动比I2≤5。
则总传动比理论范围为:
Ia'=I1×I2≤20~30。
故电动机转速的可选范围:
Nd’=Ia'×Nw
≤(20~30)×95
=(1900~2850)r/min
则符合这一范围的同步转速有:
730、970、1460和2930r/min
根据容量和转速,由《课程设计手册》P167表12-1查出四种适合的电动机型号:
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和圆锥齿轮传动、减速器传动比,选择电动机型号为Y160M-4,其主要性能:
额定功率11KW,满载转速1460r/min,额定转矩2.2,质量123kg。
电机主要外形和安装尺寸:
中心高H
外形尺寸
L×(AC/2+AD)×HD
底角安装尺寸A×B
地脚螺栓孔直径K
轴伸尺寸
D×E
装键部尺寸F×GD
160
600×417.×385
254×210
15
42×110
12×45
计算及说明
结果
三、传动装置的运动和动力参数计算
1、确定传动装置的总传动比和分配级传动比:
由选定的电动机满载转速Nm和工作机主动轴转速Nw,可得传动装置总传动比为:
ia=Nm/Nw=1460/95≈15.37
总传动比等于各传动比的乘积
ia=i0×i(式中i0、i分别为开式圆锥齿轮传动和减速的传动比)
2、分配各级传动装置传动比:
根据《机械设计课程设计手册》P5表1-8,取i0=3(圆锥齿轮传动i≤5)
因为:
ia=i0×i
所以:
i=ia/i0=15.37/3≈5.12
3、传动装置的运动和动力设计:
将传动装置各轴由高速至低速一次定为Ⅰ轴,Ⅱ轴.......
i0,i1,......为相邻两轴间的传动比
η01,η12,......为相邻两轴的传动效率
PⅠ,PⅡ,......为各轴的输入功率(KW)
TⅠ,TⅡ,......为各轴的输入转矩(N.m)
nⅠ,nⅡ,......为各轴的转速(r/min)
可按电动机轴至工作运动传递路线推算,得到各轴的运动和动力参数。
计算及说明
说明
(1)运动参数及动力参数的计算
(1)计算各轴的转速:
Ⅰ轴:
nⅠ=nm=1460(r/min)
Ⅱ轴:
nⅡ=nⅠ/i=1460/5.12≈285.2(r/min)
Ⅲ轴:
nⅢ=nⅡ
螺旋输送机:
nⅣ=nⅢ/i0=285.2/3≈95(r/min)
(2)计算各轴的输入功率:
Ⅰ轴:
PⅠ=Ped×η01=Ped×η1
=11×0.99=10.89(KW)
Ⅱ轴:
PⅡ=PⅠ×η12=PⅠ×η2×η3
=10.89×0.99×0.97=10.46(kw)
Ⅲ轴:
PⅢ=PⅡ×η23=PⅡ×η2×η4
=10.46×0.99×0.99=10.25(kw)
螺旋输送机轴:
PⅣ=PⅢ×η2×η5
=10.25×0.99×0.93=9.44(kw)
(3)计算各轴的输入转矩:
电动机轴输入转矩为:
Td=9550×Ped/nm=9550×11/1460=80.0(N.m)
Ⅰ轴:
TⅠ=Td×η01=Td×η1
=80.0×0.99=71.2(N.m)
Ⅱ轴:
TⅡ=TⅠ×i×η12=TⅠ×i×η2×η3
=71.2×5.12×0.99×0.97=350.2(N.m)
Ⅲ轴:
TⅢ=TⅡ×η2×η4
=350.2×0.99×0.99=343.3(N.m)
螺旋输送机轴:
TⅣ=TⅢ×i0×η2×η5=343.3×3×0.99×0.93=948.1(N.m)
(4)计算各轴的输出功率:
由于Ⅰ~Ⅲ轴的输入功率分别为输入功率乘以轴承效率:
故:
P'Ⅰ=PⅠ×η轴承=10.89×0.99=10.8(Kw)
P'Ⅱ=PⅡ×η轴承=10.46×0.99=10.4(Kw)
P'Ⅲ=PⅢ×η轴承=10.25×0.99=10.1(Kw)
螺旋输送机轴:
P’Ⅳ=PⅣ×η轴承=9.44×0.99=9.3(Kw)
(5)计算各轴的输出转矩:
电动机轴输入转矩为:
Td=9550×Ped/nm=9550×11/1460=80.0(N.m)
T'Ⅰ=TⅠ×η轴承=71.2×0.99=70.5(N.m)
T'Ⅱ=TⅡ×η轴承=350.2×0.99=346.7(N.m)
T'Ⅲ=TⅢ×η轴承=343.3×0.99=339.9(N.m)
螺旋输送机轴:
T’Ⅳ=TⅣ×η轴承=948.1×0.99=938.6(N.m)
轴名
功效率P(Kw)
转矩T(N.m)
转速n
r/min
传动比i
输入
输出
输入
输出
电动机轴
11
80.0
1460
1
Ⅰ轴
10.89
10.8
71.2
70.5
1460
5.12
Ⅱ轴
10.46
10.4
350.2
346.7
285.2
Ⅲ轴
10.25
10.1
343.3
339.9
285.2
3
输送机轴
9.44
9.3
948.1
938.6
95
计算及说明
结果
四、传动零件的设计计算
减速器齿轮传动的设计计算
(1)选择齿轮材料及精度等级
根据《机械设计基础》P194~196G可知,考虑减速器传递功率不大,所以齿轮采用软齿面。
小齿轮选用40Cr调质,齿面硬度为280HBS。
大齿轮选用45钢,调质,齿面硬度220HBS;根据资料查的应该选择7级精度。
齿面粗糙度Ra≤1.6~3.2µm
(2)按齿轮面接触疲劳强度设计
由式:
d1≥
确定有关参数如下:
传动比i齿=5.12
取小齿轮轮数Z1=28.则大齿轮齿数:
Z2=i齿Z1=5.12×28=143.4≈143
实际传动比i0=143/28=5.11
传动比误差:
(i齿-i0)/i齿=(5.12-5.11)/5.12=0.19%<3%
可用齿数比:
u=i0=5.11
有资料取齿宽系数φd=1;材料弹性影响系数ZE=189.8
;对于标准齿轮区域系数ZH=2.5
(3)转矩T1
T1=9.55×106×PⅠ/n1=9.55×106×10.89/1460
=71233(N.mm)
(4)载荷系数k
查资料取k=1.3
(5)许用接触应力[бH]
[бH]=бHlim/SH由《机械设计基础》P200图10—7按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限:
бHlim1=620Mpa大齿轮的接触疲劳强度极限:
бHlim2=570Mpa
按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0
[бH]1=бHlim1/SH=620/1.0=620Mpa
[бH]2=бHlim2/SH=570/1.0=570Mpa
故得:
d1≥
=53.54mm
模数:
m=d1/Z1=53.54/28=1.9mm
根据《机械设计基础》P62可取标准模数:
m=2mm
(6)校核齿根弯曲疲劳强度
根据资料得公式:
бF=(2kT1/bm2Z1)YFaYSa≦[бH]
确定有关参数和系数
分度圆直径:
d1=mZ1=2×28=56mm
d2=mZ2=2×143=286mm
齿宽:
b=φdd1=1×56=56mm
取b1=56mmb2=60mm
(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa
根据齿数Z1=28,Z2=143由资料查的:
YFa1=2.64YSa1=1.57
YFa2=2.17YSa2=1.76
(8)许用弯曲应力[бF]
根据资料查得:
[бF]=бFE/SF
查资料知:
бFE1=590MpaбFE2=445Mpa
按一般可靠度选取安全系数SF=1.25
计算两轮的许用弯曲应力
[бF]1=бFE1/SF=590/1.25=472Mpa
[бF]2=бFE2/SF=445/1.25=356Mpa
将求得的各参数代入式
бF1=2kT1YFa1YSa1/(bm2Z1)
=2×1.2×97135×2.87×1.57/(70×2.52×28)Mpa
бF2=бF1YFa2YSa2/(YFa1YSa1)
=85.74×2.25×1.76/(2.87×1.57)Mpa
=75.14Mpa<[бF]2
故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够
(9)计算齿轮传动的中心距a
a=m×(Z1+Z2)/2=2×(28+143)/2=171mm
(10)计算的圆周速度V
V=πd1n1/(60×1000)=3.14×53.54×1460/(60×1000)
=4.09m/s
从《机械设计基础》查表10—2可知,齿轮精度选择8级是合适的。
(11)齿轮结构尺寸计算
根据公式:
分度圆直径:
d=mz
齿顶圆直径:
da=m(z+2)
齿根圆直径:
df=m(z-2.5)
得:
d1=56mmd2=286mm
da1=60mmda2=290mm
df1=51mmdf2=281mm
计算及说明
结果
五、轴的计算
1、减速器输入轴的设计计算
(1)确定轴上零件的定位和固定方式选用
单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,齿轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴向固定,联接以平键作过渡配合固定,两轴承分别以轴肩和大筒定位,则采用过渡配合固定。
(2)按扭转强度估计轴的直径
选用45#调质,硬度217~2
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