一级减速器的设计说明书终极版解读.docx
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一级减速器的设计说明书终极版解读
一级减速器的设计
姓名:
郭丹阳
班级:
12模具305
学号:
201210230541
指导老师:
曾珠老师
时间:
2013.12.20
一、设计任务书4..
二、选择电动机5.
三、V带的设计计算9.
四、齿轮的设计12
五、轴的设计及计算14
(一)从动轴设计1.4
六、轴承的设计与计算1.7
(一)从动轴上的轴承17
(二)主动轴上的轴承18
七、键连接的选择19
(一)根据轴径的尺寸,选择键19
八、箱体的设计19
(一)减速器附件的选择19
(二)箱体的主要尺寸20
九、润滑和密封的选择,润滑剂的选择及装油量计算21
(一)减速器的润滑21
(二)减速器的密封22
十、设计小结22
十^一、参考文献22
、八、亠
刖言
(一)设计目的:
通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用,培养结构设计,计算能力,熟悉一般的机械装置设计过程。
(二)传动方案的分析
机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。
传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要,是机器的重要组成部分。
传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。
合理的传动方案除满足工作装置的功能外,还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
本设计中原动机为电动机,工作机为皮带输送机。
传动方案采用了两级传动,第一级传动为带传动,第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速
带传动承载能力较低,在传递相同转矩时,结构尺寸较其他形式大,但有过载保护的优点,还可缓和冲击和振动,故布置在传动的高速级,以降低传递的转矩,减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高,适用的功率和速度范围广,使用寿命较长,是现代机器中应用最为广泛的机构之一。
本设计采用的是单级直齿轮传动。
减速器的箱体采用水平剖分式结构,用HT200灰铸铁铸造而成
、设计任务书1.原始数据
(1)已知条件
输送带工作拉力5kN输送带速度1.4m/s卷筒直径450mm
(2)工作条件
1)工作情况:
两班制工作(每班按8h计算),连续单项运转,载荷变化不大,空
载启动;输送带容许误差±5%;滚筒效率n=0.96。
2)工作环境:
室内,灰尘较大,环境温度30C左右
3)使用期限:
折旧期8年,4年一次大修。
4)制造条件及批量:
普通中、小制造厂,小批量
(3)设计工作
设计说明书一份。
减速器装配图一张。
减速器主要零件的工作图1〜3张。
设计带式运
(简图如
输机传动装置
下)
、选择电动机
设计项目
计算内容
计算结果
电动机类
型
按照工作要求和条件,选用丫系列一般用途的
全封闭自扇冷笼型三相异步电动机
工作所需的功率fw=5000WVw=1.4m/s
nW=0.96m/spw二Fw"Vw=7.29
1000w
电动机的输出功率:
Pw
Po=百
总效率口hjg叮化
电动机的
功率
查表1—15(P11)得:
传动效率\=0.96
一对齿轮传动功率*=0.97一对滚动轴承效
率“r=0.99滑块联轴器效率3=0.99
□=0.96X0.97X0.99x0.992=0.903
P0=Pw=8.1
所以选取电动机额定功率使Pm=(1~1.3)P0并
由本手册第一篇有关丫系列电动机技术数据的
Pm"1K
电动机的
转速
传动装置的总传动
表中取电动机的额定功率为Pm=11kW
滚动轴承的转速为:
3
60Vw60"0x1.4/.匚c/匚/•
nw==r/min二59.45r/min
450汉兀450兀
按[1]手册一篇推荐的各种传动机构传动比的
范围。
取V带传动比ib=2~4单级圆柱齿轮传动
比ig=3~5则总传动比范围为
i=(2X3)~(4X5)=6~20
n,=ig
=(6~20)x59.45r/min=356.7~1189r/min
电动机的冋步转速符合这范围的有750r/min
和1000r/min两种。
为降低电动机的重量和价格由第篇有关表选取冋步转速为1000r/min
的丫系列电动机Y160-6.其满满载转速为
nm=970r/min
1)传动装置的总传动比:
〔皿=9=13
nw5.4
2)分配各级传动比:
由式in."为使V带传
bg
动的外轮廓尺寸不至过大。
取传动比ib=3.5.则
nm=970r/min
7
95
i=16.32
62
比并分配各级传动比
动装置的转速的运动参数和动力参数
齿轮传动的比为:
ig-i—16.32_4.7
gib3.5
1)各轴的转速
I轴:
n,=nm=97°=277.14r/min
ib3.5
II轴:
n口=ni=277.14=58£7r/m
ib4.7
滚筒轴nw=n川=58.97r/min
2)各轴功率n
I轴:
P[=Pm%b=11%0.96=10.56Kw
II轴:
□n
F=P广r汉g=10.56汉0.99汉0.97Kw=10.1
滚筒轴nn
Pw=r汇c=10.14汉0.99汉0.99Kw=9
3)各轴的转矩
电动机轴:
P11
T0=955』=955汉——N=10.3N*m
nm970
I轴:
P1056
T“=9550丄=9550汉N・m=363.89N*m
nI277.14
II轴:
P1014
T”一9550II—9550^'—1642.14N・m
n“58.97
ig=4.7
n】=277.14r/min
n口=58.97r/min
nw=58.97r/min
PL10.56Kw
屯=10.14Kw
巳=9.94Kw
T0=108.3N*m
「=363.89N・m
滚筒轴
P994
Tw=955w=955汉一N=16.75N
r)w58.97
T口=1642.14N•m
TW=1609.75N
参数
轴号
电动机轴
I轴
II轴
滚筒轴
转速n/
(r*min-1)
970
277.14
58.97
58.97
功率P/KW
11
10.56
10.14
9.94
转矩T/(N*m)
108.3
363.89
1642.14
1609.75
传动比i
3.5
4.7
1
效率?
0.96
0.96
0.98
三、V带的设计计算
设计项目
计算内容
计算结果
设计功率
选择带型
传动比
小带轮的
基准直径
大带轮的
基准直径
带速
初定轴间
巳=Ka・P=1.2"1KW=13.2KW
据匕=13.2KW和m=970r/min
由[1]陽图11-3选取
i=比=3.5
r)2
按[1]P459表11-13和表11-14选定
dd1=140mm
dd2=idd1(1-◎=3.5汇140(1-0.02)mm=480.2mm查表
11-13取标准值dd2=500
兀dd1rh3.14X40乂970「一,
v—一-7.11m/s
60勺00060000
因为5m/s"兰25m/s所以v符合要求
按要求取0.7(d1+d2)a。
兰2(d1+d2)
Ka=1.2
Fd=13.2Kw
B型
i=3.5
dd1=140mm
dd2=500mm
v=7.11m/s
a°=837
448_a°_1280a。
二837
L—0・上亠•也空
所需基准
长度
实际轴间
距
小带轮包
角
单根v带
传递的额
定功率
传动比
i=1的额
定功率增
24a°
L“2837mm3・14(14050°)mm
2
(500-140)
亠mm
4837
=1674mm1004.8mm38.71mm=2690.51mm
据巳43就近原则取Ld=2700mm
Ld-L。
丄2700-2690.51aa°=837mmmm
22
=842mm
amin=a-0.015Ld=(842-0.0152700mm
=801.5mm
amax=a0.03Ld=(8420.032700)mm
=923mm
务=180_(九-如)573
-180-
(500-140)57.3
842
=156。
-120
符合条件
据dd1和片查表11-11d得
R:
2.08KW
据带型、i查表11-11d得
也R=0.30KW
a二842mm
a1=156。
R=2.08KW
R1=0.30KW
加量
查表11-8:
Ka=0.95
查表11-10:
V带的根
Kl=1.04
数
負Pd
(R7R)KaKL
Z=6
-13・2-561
(2.08十0.30)域0.95".04
取整数Z=6
单根V带
的预紧力
查[1]表11-9q=0.17m/kgm」
F。
=500〈(2.5/Ka)-1)(Fd/Zv)+qv2
=対00姻.5/0.95)—1113.2/(6疋7.11”0.17汉7.112k
=260.6N
F。
=260.6N
作用在轴
F「=2F°Zsin(a1/2)=2^260.6x7sin(157/2)N
上的力
=145.23N
带轮的结
构尺寸
以小轮为例确定其结构尺寸:
由电动机型号知,其轴伸直径d=42mm,长度
E=110mm,故小带轮轴孔直径应取d°=42mm,
毂长应小于110mm
查表11-15,小轮为实心轮。
F「=145.23N
按比例绘制齿轮图(见附页一)
四、齿轮的设计
设计项目
计算内容
计算结果
1.选择齿轮材料和热处理工艺
2.按齿面接触疲劳强度设计
3.小齿轮许用接触应力
4.小齿轮转矩
5.齿宽因数
6.载荷因
小齿轮选用45钢调质处理,齿面平均硬度
220HBS大齿轮选用45钢正火,齿面平均硬度180HBS.
此齿轮为闭式软齿轮传动,按齿面接触疲劳强度设计
查⑵R32表4-21,BH】=485N/mm2
「—9550汉10.56—363.89N*m
277.14
屮d=0.8~1.2
小齿轮45钢调
质220HBS大
齿轮45钢正火
180HBS
kH】=485N/mm"
T=363.89N*m
取屮d=1
K=1.5
7.小齿轮
分度圆直
径
8.确定几
何尺寸
9.校核小齿根弯曲
疲劳强度
K=1.2~2
取6",•二-i=4.7
则小齿轮直径为:
di^CmA3m''-
=17663
\1X485
:
108
KTi
1.5363.894.71
'4.7
取Z^27,Z2JZ1=4.727=126.9
m,
Z1
1驚4模数取标准值,
m=4
分度圆直径d=mzd2二mz2=4127二508
中心距a=mZ1Z2=427127=308
22
齿宽b=dd1=1108=108,取b2=108mm、
S=b25~10mm=112mm
查[2]表4-21,
>~f1=400N/mm2>~fL=290N/mm2
复合齿形因素Yfs查图10-30,Yfs1=4.3,Yfs2=3.99
按式(10-30)计算齿根弯曲应力J
CF1二
CmAmK「YFS1
bd1m
=100.63N/mm2
d1二108mm
m=4
d1二108mm
d2=508mm
a=308mm
b^112mm
b2=108mm
]=400N/mm2
L,f2=290N/mm2
1312.631.5363.894.3
108"08汉4
N/mm
G’=100.63N/mm2弯;二2=93.38N/mm2
曲疲劳强度足
Yfsi4.3 五、轴的设计及计算 选轴的材料为45号钢,调质处理。 查[2]表14-3知 强度极限匚B=600MPa,屈服极限匚S二200MPa,弯曲疲劳极限匚/二55MPa, 2、按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接, 从结构要求考虑,输出端轴径应最小,最小直径为: d—C3p \n 按扭转强度初估轴的直径,查[2]表14-2得c=118〜107,取 c=112则: Lf 从动轴: dXC3i』mm=1123: 1004mm=63mm Fn1107 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准,取d=65mm 3、轴的结构设计 轴结构设计时,需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固 定方式,按比例绘制轴系结构草图 (见附页二) 1)、联轴器的选择 可采用弹性柱销联轴器,查[1]表7-5可得联轴器的型号为: GY7凸缘联轴器丫55112GB/T5843-2003 丫55灯12 主动端: 丫型轴孔、A型键槽、d^i=42mm、L=112mm; 从动端: 丫型轴孔、A型键槽、d1=65mm、L=112mm; 2)、确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,轴承对称布置 在齿轮两边。 轴外伸端安装联轴器,齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定,靠平键和过盈配合实现周向固定,两端轴 承靠套筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定,轴通 过两端轴承盖实现轴向定位,联轴器靠轴肩平键和过盈配合 分别实现轴向定位和周向定位。 3)确定各段轴的直径 将估算轴d=50mn作为外伸端直径d1与联轴器相配, 考虑联轴器用轴肩实现轴向定位,取第二段直径为d2=60mm 齿轮和右端轴承从右侧装入,考虑装拆方便以及零件固定的要求,装 轴承处d3应大于d2,取d3=65mm为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3,取d4=70mm齿轮右端用用套筒固定,左端用轴肩定位,轴肩直径d^80mm,满足齿轮定位的同时,还应满足左侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取 d6=65mm 4)选择轴承型号.由表16-2及表16-4初选深沟球轴承,代号为6213,查机械设计手册可得: 轴承宽度B=23,安装尺寸dam.=74mm,,选轴肩直径d5=80mm. 5)确定各段轴的长度 I段: di=50mm长度取Li=82mm II段: d2=60mm长度取L2=64mm III段直径d3=65mm此段安装轴承,轴承右端靠套筒定位,轴承左端靠轴承盖定位初选用6213深沟球轴承,其内径为65mm宽度为 23mm取轴肩挡圈长为10mm L3=5+10+11.5+11.5=38mm W段直径d4=70mm此段安装从动齿轮,由上面的设计从动齿轮齿宽 b=116mmL4116—5=111mm V段直径d5=78mm.长度L5=12mm W段直径d^65mm,长度Le=24mm 由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L二(11.5+12+45)x2=137mm 4、轴的强度校核 按弯矩复合强度计算 从动齿轮分度圆直径d^360mm,此段轴直径d=70mm 1)绘制轴受力简图(如图a) 齿轮所受转矩 作用在齿轮上的圆周力: Ft=2T/d=23.64105/360N=2022N 径向力: Fr=Ftan200=2022xtan200=4523N 该轴两轴承对称,所以La=Lb=L=68.5mm 2 2)求垂直面的支承反力 11 Fay=FbyFr4523=2261.5N 22 求水平面的支承反力 11 Faz=FbzFt2202N=1101N 22 3)由两边对称,知截面C的弯矩也对称。 截面C在垂直面弯矩为 M1二局L/2=2261.5X68.5X10"/2=77.5N•m 截面C在水平面上弯矩为: M2二氐L/2=1101X68.5Xp」/2=37.7N•m 221/2221/2 M=(Mc1+M2)=(77.5+37.7)=6081.65N•m Mec二[MC+(aT)2]1/2 二[60812+(0.6X363.89)2]1/2=567.4N•m 轴的材料选用45钢,调制处理,由表14-1查得二B=650MPa,由表 14-3查得匕门】=60MPa,则 Mec567.4『I 二e七3丁Pa=16.6MPa: : I-仆,60MPa 0.1d0.1汉70汉10 •••该轴强度足够。 六、轴承的设计与计算 (一)从动轴上的轴承 由初选的轴承的型号为: 6213,查表6-1(课程设计手册)可 知: d=65mm,外径D=120mm,宽度B=23mm基本额定动载荷 C「=57.2kN,基本额定静载荷Cor=40.0kN极限转速6300r/min 根据设计条件要求,轴承预计寿命为Lh=5X300X16=24000h 1/T 轴承基本额定动载荷为C=—^―Lh: ft<106丿 转速n=107r/min,ft=1,(表16-8)fp=1.5(表16-9) 对于球轴承;-3 1/3 缶M1.5^906‘60x107»ccc”“““八“ 所以C=6—x24000I=7286N=7.286kN 1<106丿 因为Cr=57.2kN,所以C: : : Cr,故所选轴承适用 (二)主动轴上的轴承 由初选的轴承的型号为: 6216,查表6-1(课程设计手册)可知: d=80mm, 外径D=140mm宽度B=26mm基本额定动载荷C^31.5kN,基本额定静载荷c°r=20.5kN极限转速9000r/min 根据设计条件要求,轴承预计寿命为Lh=5X300X16=24000h 轴承基本额定动载荷为C=fP罟LhJ 深沟球轴承只考虑径向载荷,则当量动载荷P=F^940.5N 转速n=429r/min,ft=1,(表16-8)fp=1.5表16-9) 对于球轴承;二3 所以C=15940■&色笄24000=12015N=12.015kN 1V106丿 因为Cr=57.2kN,所以C: : Cr,故所选轴承适用 七、键连接的选择 (一)根据轴径的尺寸,选择键 键1,主动轴与V带轮连接的键为: GB/T1096键10X8X63 键2,主动轴与小齿轮连接的键为: GB/T1096键14X9X70 键3,从动轴与大齿轮连接的键为: GB/T1096键20X12X70 键4,从动轴与联轴器连接的键为: GB/T1096键16X10X80 查[1](表6-2) 八、箱体的设计 (一)减速器附件的选择 通气器: 由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M12X 1.5 油面指示器: 选用游标尺M12 起吊装置: 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 放油螺塞: 选用外六角油塞及垫片M12<1.5 根据[1]选择适当型号: 起盖螺钉型号: GB/T5782-2000M12X45,材料5.8 高速轴轴承盖上的螺钉: GB5783-86M8X25,材料5.8 低速轴轴承盖上的螺钉: GB5782-2000MX25,材料5.8 螺栓: GB5782-2000M16X120,材料5.8 mm (二)箱体的主要尺寸 (1)箱座壁厚: 、=0.025a+1=0.025X308+仁8、7 取=10mms (2)箱盖壁厚: 、「=0.85、=8.5mm 取4=10mm ⑶箱盖凸缘厚度: 6=1.5」=1.5X10=15mm ⑷箱座凸缘厚度: b=1.5=1.5X10=15mm (5)箱座底凸缘厚度: b2=2.5=2.5X10=25mm (6)地脚螺钉直径: df=0.047a+8=0.047X308+8=22.4mm 取df=24mm ⑺地脚螺钉数目: n=4 (8)轴承旁连接螺栓直径: d1=0.75df=0.75X24=18mm 取d1=20mm (9)盖与座连接螺栓直径: d2=(0.5-0.6)df=12〜14.4mm 取d2=12mm (10)连接螺栓d2的间距: L=150〜200mm (11)轴承端盖螺钉直径: d3=(0.4-0.5)df=9.6〜12mn取d3=10mm (12)检查孔盖螺钉直径: d4=6mm (13)定位销直径: d=(0.7-0.8)d2=7〜8mm取d=8mm (14)df、d1、d2至外箱壁距离G=24mm (15)df、d2至外箱壁距离C=22mm (16)轴承旁凸台半径R=G=22mm (17)凸台高度: 根据低速级轴承座外径确定,以便于扳手操作为准(18)外箱壁至轴承座端面的距离: Li=G+G+(5〜8)=52mm(19)铸造过度尺寸x=3mm,y=15mm,R=5mm (20)大齿轮顶圆与内箱壁间的距离: .12: 取M=14mm (21)齿轮端面与内箱壁间的距离厶2…取®"2mm 22)箱盖、箱座肋厚: m°85小亦取29mm ms: 0.856=8.5mm,取m=9mm (23)轴承端盖外径为: D2=D^(5〜5.5)da,D-轴承外径 小轴承端盖D2=180mm大轴承端盖D2=200mm (24)轴承旁连接螺栓距离S: 取S=200mm. 九、润滑和密封的选择,润滑剂的选择及装油量计算 (一)减速器的润滑 1.齿轮的润滑 采用浸油润滑,由于为单级圆柱齿轮减速器,速度v<12m/s,当m<20时,浸油深度h约为1个齿高,但不小于10mm所以浸油高度约为36mm 2.滚动轴承的润滑 由于轴承周向速
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