二级斜齿圆柱齿轮减速器讲解.docx
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二级斜齿圆柱齿轮减速器讲解.docx
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二级斜齿圆柱齿轮减速器讲解
编号:
机械设计课程设计说明书
题目:
二级斜齿圆柱齿轮减速器
院(系):
机电工程学院
专业:
机械设计制造及其自动化学生姓名:
学号:
1100110409指导教师单位:
桂林电子技大机电工程学院姓名:
唐亮宝
职称:
2014年7月10日
1.设计题目
1.1带式运输机的工作原理
主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合输送带组成。
带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒(传动滚筒);另一个仅在于改变输送带运动方向的滚筒称为改向滚筒。
驱动滚筒由电动机通过减速器驱动,输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。
驱动滚筒一般都装在卸料端,以增大牵引力,有利于拖动。
物料由喂料端喂入,落在转动的输送带上,依靠输送带摩擦带动运送到卸料端卸出。
可以用于水平运输或倾斜运输,使用非常方便,广泛应用于现代化的各种工业企业中,如:
矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中。
根据输送工艺要求,可以单台输送,也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统,以满足不同布置型式的作业线需要。
据所给题目:
设计一带式输送机的传动装置传动方案如下
1.2工作情况
2.总体传动方案的选择
2.1设计数据
卷筒效率η=0.96(包括轴承与卷筒的效率损失);钢绳速度允许速度误差±5%工作情况:
两班制,间歇工作,载荷变动较小;使用折旧期:
15年;工作环境:
室内,灰尘较大,环境最高温度35度;动力来源:
电力,三相交流,电压:
380/220
检修间隔期:
四年一次大修,一年一次小修;制造条件及生产批量:
专门机械厂制造,小批量生产。
数据内容:
运输带工作拉力F(KN)
5.35
运输带工作速度v(m/s)
1.2
滚筒直径D(mm)
430
2.2设计要求
1.减速器图纸1张(计算机绘图,图幅A0货A1,用A3图幅打印);
2.零件(大齿轮,输出轴)工作图2张(计算机绘图,用A3图幅打印)
3.打印设计说明书1份,约10000字,有减速器装配三维模型和零件三维模型截图;
4.减速器装配三维模型,减速器装配图纸,零件三维模型,零件工作图和设计说明书电子图版。
3电动机类型的选择
3.1电机的选择
按工作要求和工作条件选用Y系列鼠笼三相异步电动机。
其结构为全封闭自扇冷式结构,电压为380V。
3.2电动机功率的确定
工作机有效功率PW=F.v,根据任务书所给数据F=5.35KN,V=1.2ms。
则有:
W1000
Fv5350×1.2
PW==5350×1.2=6.42KW
W10001000
从电动机到工作机输送带之间的总效率为
=182234
式中1,2,3,4,分别为滚动轴承效率,齿轮传动效率,联轴器效率,卷筒效率。
据《机械设计手册》知1=0.99,2=0.97,3=0.99,4=0.96,则有:
82
=0.9980.9720.990.96
=0.825
所以电动机所需的工作功率为:
Pw6.42
Pd=w==7.78KW
d0.825
取Pd=7.78KW
3.3确定电动机的转速
按推荐的两级同轴式圆柱斜齿轮减速器传动比I齿=8~40
工作机卷筒的转速为
601000v6010001.2
nw==53.32r/min
D3.14430
所以电动机转速的可选范围为
nd=I齿nw=(8~40)53.32r/min
=(426.6~2132.8)r/min
符合这一范围的同步转速有750r/min,1000r/min和1500r/min三种,由于本次课程设计要求的电机同步转速是1000r/min。
查询机械设计手册(软件版)【常有电动机】-【三相异步电动机】-【三相异步电动机的选型】-【y系列三相异步电动机技术条件】-【电动机的机座号与转速对应关系】确定电机的型号为Y160M-6.
其满载转速为970r/min,额定功率为7.5KW。
4.传动装置运动及动力参数计算
4.1传动装置总传动比和分配各级传动比
1)传动装置总传动比I=n97018.19nw53.32
2)分配到各级传动比
传动比I总=I56I34I12
因为卷筒齿轮齿数分别为Z522,Z633,所以卷筒传动比
I563/2,I123.8,I343.2
电动机轴:
转速:
n0=970r/min
输入功率:
P0=Pd=7.78KW
输出转矩:
T0=9.55106Pd=9.551067.78n0970
4=7.65104Nmm
Ⅰ轴(高速轴)
n0970
转速:
n1=r/min255r/min
I123.8
输入功率:
P1=P001P017.780.967.45KW输入转矩
T1=9.55106P19.55107.452.79105Nmm
1n1255
Ⅱ轴(中间轴)转速:
n2=n125567.1r/min
i123.8
输入功率:
P2P112P1237.450.970.997.15KW输入转矩:
P267.15
T2=9.551069.55101106Nmm
n267.1
Ⅲ轴(低速轴)转速:
n3=n67.121.6r/min
i343.1
输入功率:
P3P223P2237.150.990.976.86KW输入转矩:
T39.55106p39.551066.863.03106Nmm
n321.6
卷筒轴:
转速:
n卷=I56n314.4r/min
输入功率:
P卷=P34P324=6.860.990.99=6.72KW
输入转矩:
T卷9.55106p卷9.551066.121.8106Nmm
n卷32.4
各轴运动和动力参数表4.1
轴号
功率
(KW)
转矩(Nmm)
转速(rmin)
电机轴
7.78
6.75104
970
1轴
7.45
2.7910
255
2轴
7.15
1106
61.7
3轴
6.24
2.76106
21.6
卷同轴
6.86
6
3.03106
14.4
图4-1
5齿轮传动的设计及其参数计算
5.1传动参数
展开式减速器的高速级传动比I1和低速级传动比I2的分配方式I12(1.1~1.5)I34所以取I121.2I34分别为I123.8,I343.2,取小齿数1的齿数Z125,则大齿轮2的齿数Z225I12253.895;取小齿轮小齿轮3的齿数Z330则大齿轮Z4I34Z33.23096
5.2高速级、低速级齿轮传动材料
1.选定齿轮类型,精度等级,材料及模数
1)按要求的传动方案,选用圆柱直齿轮传动;2)运输机为一般工作机器,速度不高,故用8级精度;(GB10095—88)
3)材料的选择。
由[2]表10-1选择小齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,大齿轮的材料为45钢(正火)硬度为200HBS,两者硬度差为40HBS;
5.3高速级齿轮传动材料及强度计算
1.按齿面接触疲劳强度设计
按公式:
d1t2.323
3KtT1u1ZH2
3()du[H]
1)确定公式中各数值
1)试选Kt=1.3。
2)由[2]表10-7选取齿宽系数d=1。
3)计算小齿轮传递的转矩,由前面计算可知:
5
T1=2.79105Nmm。
1
4)由[2]表10-6查的材料的弹性影响系数ZE=189.8MP2
5)由[2]图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限
Hlim1=580MP;大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=560MP。
6)由[2]图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;
KHN2=1.05
7)计算接触疲劳许用应力。
取失效概率为100,安全系数S=1,有
KHN1Hlim1
[H]1=HN1Hlim1=0.95580=551MP
S
[H]2=KHN1Hlim1=1.05560=588MP
S
(2)计算确定小齿轮分度圆直径d1t,代入[H]中较小的值
1)计算小齿轮的分度圆直径d1t,由计算公式可得:
d1t2.323
1.32.791055.7(189.8)286.7mm
4.7551
2)计算圆周速度。
3)计算齿宽b
b=dd1t=186.7=86.7mm
4)计算模数与齿高
模数mtd1t86.73.47mmtz125
齿高h2.25mt2.253.477.8mm
5)计算齿宽与齿高之比6)计算载荷系数K。
已知使用系数KA=1,据v=1.12ms,8级精度。
由[2]图10-8得Kv=1.07,KH=1.35。
由[2]图10-13查得KF=1.40,由[2]图10-3查得KH=KH=1
故载荷系数:
K=KvKAKHKH
=11.0711.35=1.44
7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径:
d1d1t3K86.731.4489.7mm
Kt1.3
8)计算模数mn
mn=mnd189.73.58mm
Z125
3.按齿根弯曲疲劳强度设计
按公式:
10
mn32KT21YFaYSadZ12[F]
1)确定计算参数
1)计算载荷系数。
K=KAKVKFKF=11.0711.40
=2.35
2)查取齿形系数由[2]表10-5查得YFa1=2.65,YFa2=2.17
3)查取应力校正系数由[2]表10-5查得YSa1=1.58,YSa2=1.80
4)由[2]图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极FE1=330MP,大齿轮的弯曲疲劳强度极限FE2=310MP
5)由[2]图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.90,KFN2=0.95
6)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,则有:
[F]1KFN1FE10.90330=212Mp
S1.4
Y[Fa1FY]S1a12.652121.58=0.01975
YFa2YSa2=[F]2=
2.171.8
2.171.8=0.0186
210
经比较大齿轮的数值大。
2)设计计算
11
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法面模数,取m=3mm,已可满足弯曲疲劳强度。
于是有:
Z1d1=89.7=29.9m3
取Z1=30,则Z2i12Z13.830=108,几何尺寸计算
(1)计算分度圆直径
d1mz133090mm
d2mz23108324mm
(2)计算中心距
(Z1Z2)m(30108)3
a
22=207mm
3)计算齿轮宽度
b=dd119090mm
B1=95mm,B2=90mm
4)大小齿轮各参数见下表
表5-1高速级齿轮相关参数(单位mm)
名称
符号
计算公式及说明
模数
m
3
压力角
20o
12
齿顶高
ha
haham3
齿根高
hf
hf=(ha+c)m=3.75
全齿高
h
h=(2ha+c)m=6.75
分度圆直径
d1
d1=mZ1=90
d2
d2mz2324
齿顶圆直径
da1
da1=(z12ha)m=96
da2
da2=(z22ha)m=330
齿根圆直径
df1
(z12ha2c)m
=82.5
df2
(z22ha2c)m
=316.5
基圆直径
db1
d1cos84.57
db2
=d2cos304.46
中心距
a
(d1d2)
12207
2
5.4低速级齿轮设计
1.选定齿轮类型,精度等级,材料及模数
1)按要求的传动方案,选用圆柱直齿轮传动;
2)运输机为一般工作机器,速度不高,故用8级精度;(GB10095—88)
3)材料的选择。
由[2]表10-1选择小齿轮材料为45(调质)硬度为240HBS,大齿轮的材料为45钢(正火)硬度为200HBS,两者硬度差为40HBS;
4)选小齿轮齿数为Z325,大齿轮齿数Z2可由Z4=i34
13
Z3得Z2=80,取80;
2.按齿面接触疲劳强度设计
按公式:
d1t2.323
KtT3u1(ZH)2
du[H]
1)确定公式中各数值
1)试选Kt=1.3。
2)由[2]表10-7选取齿宽系数d=1。
3)计算小齿轮传递的转矩,由前面计算可知:
T2=1106Nmm。
1
4)由[2]表10-6查的材料的弹性影响系数ZE=189.8MP2
5)由[2]图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限
Hlim1=580MP;大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=560MP。
6)由[2]图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=1.07;
KHN2=1.13。
7)计算接触疲劳许用应力。
取失效概率为100,安全系数S=1,有
K
[H]1KHN1Hlim1=1.07580=620.6MP
(2)计算确定小齿轮分度圆直径d1t,代入[H]中较小的值
1)计算小齿轮的分度圆直径d1t,由计算公式可得:
d1t2.3231.31104.27(189.8)2=125.6mm
13.27620.6
14
2)计算圆周速度。
vd1tn13.14125.661.7=0.41m/s
601000601000
3)计算齿宽b
b=dd1t=1125.6=125.6mm
4)计算模数与齿高
模数mtd1t125.65.02mm
tz125
齿高h=2.25mt2.255.0211.3mm
5)计算齿宽与齿高之比
6)计算载荷系数K。
已知使用系数KA=1,据v=0.396ms,8级精度。
由[2]图10-8得Kv=1.03,KH=1.47。
由[2]图10-13查得KF=1.38,由[2]图10-3查得KH=KH=1
故载荷系数:
K=KvKAKHKH
=11.0311.47=1.51
7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径:
=130.03mm
8)计算模数mn
3.按齿根弯曲疲劳强度设计
按公式:
15
2KT1YFaYSamn321FaSa
dZ12[F]
1)确定计算参数
1)计算载荷系数。
K=KAKVKFKF=11.0311.38
=1.42
2)查取齿形系数
由[2]表10-5查得YFa1=2.65,YFa2=2.224
3)查取应力校正系数
由[2]表10-5查得YSa1=1.58,YSa2=1.766
4)由[2]图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极FE1=330MP,大齿轮的弯曲疲劳强度极限FE2=310MP
5)由[2]图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.95,KFN2=0.97
6)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,则有:
[F]1KFN1FE10.95330=223.9Mp
S1.4
YFa2YSa22.2241.7660.0182
[F]2214.80.0182
16
经比较大齿轮的数值大。
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法面模数,由于齿轮模数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,可取有弯曲强度计算得的模数
4.4,并就近圆整为标准值m=4.5mm,已可满足弯曲疲劳强度。
于
是有:
Z1=dm1m
130.03
28.9
新的传动比
4.5
取Z1=29,则Z2i23Z13.229=92.8取z2=93,i23293.21
4.几何尺寸计算
1)计算分度圆直径
d1mz14.529130.5mmd2mz24.593418.5mm
2)计算中心距
a(Z1Z2)m(2993)4.5274.5mm
3)计算齿轮宽度
bdd11130.5=130.5mm
B1=135.5mm,B2=130.5mm
17
5.大小齿轮各参数见下表
表5-2低速级齿轮相关参数单位(mm)
名称
符号
计算公式及说明
模数
m
4.5
压力角
o
20o
齿顶高
ha
ha=ham4.5
齿根高
hf
hf=(ha+c)m=5.625
全齿高
h
h=(2ha+c)m=10.125
分度圆直径
d1
d1=mZ1=130.5
d2
d2=mz2418.5
18
齿顶圆直径
da1
da1=(z12ha)m=139.5
da2
da2=(z22ha)m=427.5
齿根圆直径
df1
=(z12ha2c)m
=119.25
df2
=(z22ha2c)m
=407.25
基圆直径
db1
d1cos122.6
db2
d2cos393.3
6.齿轮传动的润滑
减速器传动零件和轴承都需要良好的润滑,其目的是为了减少摩擦、提高效率防锈、冷却和散热。
传动零件的润滑绝大多数减速器传动零件都采用油润滑,其润滑方式多采用浸油润滑,对于高速传动则采用压力喷油润滑。
由于高速级齿轮圆周速
Vd1tn13.1483.59255=1.12m/s12ms所以采用浸油润滑
601000601000
图6-1
箱体内应有足够的润滑油,以保证润滑及散热的需要,为了避免大齿轮回时
19
将油池底部的沉积物搅起,大齿轮齿顶圆到油池底面的距离应大于为保证传动零件充分润滑且避免搅油损失过大,传动零件应有合适的浸油深度,二级圆柱齿轮减速器传动零件浸油深度推荐值如下:
高速级大齿轮,约为0.7个齿高,但不小于10mm。
低速级大齿轮,约为1个齿高~(1/6~1/3)个齿轮半径。
30~50mm。
7.轴类零件设计
7.1I轴的设计计算
1.求轴上的功率,转速和转矩
5
由前面算得P1=7.45KW,n1=255r/min,T1=2.79105Nmm
2.求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为d1=90mm而圆周力:
Ft12T12279000=6200N
d190
径向力:
Fr1Fttann6200tan202336Ncoscos15
轴向力:
Fa1Ft1tan6200tan151661N
3.初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为据[2]表15-3,取A0=110,于是得:
45钢,调质处理
dmin=A0
3nP11110372.245535.32mm
因为轴上应开1个键槽,所以轴径应增大3%故d=35.32mm,,所以取取dmin38mm,及下图中的A-B段直径为dAB38mm
min
(1)拟定轴上零件的装配方案通过分析比较,装配示意图7-1
20
图7-1轴Ⅰ装配示意图
(2)据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1)为满足半联轴器的轴向定位,A-B右端需制出一轴肩,左端用轴端挡圈定位取轴端挡圈直径D=45mm。
半联轴器与轴配合的毂孔长为60mm,为保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴上,故A-B段长度应比l1略短一些,现取lAB58mm.
2)B-C段是固定轴承的轴承端盖e=12mm。
据dBC40mm和方便拆装可取lBC66mm
3)初选轴承,因为用的是斜齿轮有较大的轴向力故选用圆锥滚子轴承,参照工作要求dCD45mm,由轴承目录里初选30209号其尺寸为dDB=45mm85mm24.75mm,右端的齿轮左侧用套筒定位取lCD66由于齿轮右边是轴肩定位,齿轮宽为95mm,因为右边与套筒之间有缝隙,所以轴比齿轮宽略短,所以取dDE50mm,lDE93mm,dEF60mm,lEF10mm,dFG54mm,lFG79mm。
最右端安装圆锥滚子轴承,用轴肩定位,轴肩高h=4.5mm,所以dGH45mm,GlH24。
.(m3)m轴上零件的周向定位齿轮,半联轴器与轴之间的定位均采用平键连接。
按dAB38mmP106表6-1查得平键截面bh108键槽用键槽铣刀加工长为45mm。
选择半联轴器与轴之间的配合为H7,同样齿轮与轴的连接用平键bh1610mm齿轮与轴之间的配合为k6H7轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的,此处选轴的直径尺n寸6公差为m6。
(3)确定轴上圆角和倒角尺寸
参考[2]表15-2取轴端倒角为245.个轴肩处圆角取R=1.6mm。
4.求轴上的载荷
21
先作出轴上的受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图7-6。
现将计算出各个截面处的MH,MV和M的值如下:
1(2336165166145)1595.5N
2652
1)计算作用于轴上的支反力
水平面内支反力:
FN1H16F5r12635361454.5N
N1H265r265
100100
FNH2Fr2336881
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