单级直齿圆柱齿轮减速器设计书.docx
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单级直齿圆柱齿轮减速器设计书
一·确定传动方案
二·选择电动机
(1)选择电动机
(2)计算传动装置的总传动比并分配各级传动比
(3)计算传动装置的运动参数和动力参数
三·传动零件的设计计算
(1)普通V带传动
(2)圆柱齿轮设计
四·低速轴的结构设计
(1)轴的结构设计
(2)确定各轴段的尺寸
(3)确定联轴器的型号
(4)按扭转和弯曲组合进行强度校核
五·高速轴的结构设计
六·键的选择及强度校核
七·选择轴承及计算轴承寿命
八·选择轴承润滑和密封方式
九·箱体及附件的设计
(1)箱体的选择
(2)选择轴承端盖
(3)确定检查孔和孔盖
(4)通气器
(5)油标装置
(6)螺栓
(7)定位销
(8)起吊装置
十·设计小结
十一·参考书目
设计项目
计算及说明
主要结果
一·确定传动方案
机械传动装置一般由原动机·传动装置·工作机·和机架四部分组成。
单级圆柱齿轮减速器由带传动和齿轮传动组成,根据各种传动的特点,带传动安排在高速级,齿轮传动放在低速级。
传动装置如图A-1所示
1)选择电动机类型和结构形式
根据工作要求和条件,选用一般用的Y系列三相异步电动机,结构形式为卧式封闭结构
2)确定电动机功率
工作机所需的功率Pw(kw)按下式计算
式中,Fw=N,uw=m/s,带式输送机的效率
代入上式得
电动机所需功率P0(KW)按下式计算
式中,为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率,根据传动特点,由表2-4查得:
V带传动一对齿轮传动,一对滚动轴承弹性联轴器因此总效率
即
确定电动机额定功率Pm=
查表2-1取
3)确定电动机转速
工作机卷筒轴的转速为
根据表2-3推荐的各类传动比的取值范围,取V带传动比,一级齿轮减速器,传动装置的总传动比,故电动机的转速可取范围为
符号此转速的同步转速有两种,考虑综合因素,查表2-1,选择同步转速为的Y系列电动机,其满载功率转速为
电动机的参数见下表
型号
额定功率
满载转速
额定转矩
最大转矩
1)传动装置的总传动比
2)分配各级传动比
为了符号各种传动形式的工作特点和结构紧凑,必须使各级传动比都在各自的合理范围内,且使各自传动件尺寸协调合理匀称,传动装置总体尺寸紧凑,重量最小,齿轮浸油深度合理
本传动装置由带传动和齿轮传动组成,因
为使减速器部分设计方便,取齿轮传动比则带传动的传动比
1)各轴功率
2)各轴功率
3)各轴转矩
根据以上计算列出本传动装置的运动参数和动力参数数据表见下图
参数
轴号
电动机轴
I轴
II轴
滚筒轴
转速
功率
转矩
传动比
效率
本题目高速级采用普通V带传动,应根据已知的减速器参数确定带的型号根数和长度,确定带传动的中心距,初拉力及张紧装置,确定大小带轮的直径·材料·结构等内容
带传动的计算参数见表A-3
项目
P0
参数
根据工作条件,查表5-6取K=1.1
由查教材图9-10,因处于A·B的中间区域,可同时选择A·B两种带型来计算,最后根据计算结果分析选择
查教材可取:
B型带取,取滑动率
取
B型带
B带型
因没有给定中心距的尺寸范围,按公式
计算中心距
取
B带型
计算V带基准长度
查教材表取标准值
计算实际中心距
考虑安装、调整和补偿张紧力的需要,中心距应有一定的调节范围,调节范围为
B型带
B型带
查教材表,单根V带的额定功率
代入公式计算的
计算结果见表
Z/根
B
查普通V带单位长度质量表,B型带Q=
已知齿轮传动的参数,见表
齿轮相对于轴承为对称布置,单向运转、输送机的工作状态应为中等冲击
项目
参数
由于该减速器无特殊要求,为制造方便,选用价格便宜、货源充足的优质碳素钢,采用软齿面
查教材图得
小齿轮
大齿轮
接触疲劳极限应力
小齿轮
大齿轮
弯曲疲劳极限应力
小齿轮
大齿轮
安全系数
许用接触应力
小齿轮
大齿轮
许用弯曲应力
小齿轮
大齿轮
查教材表得K=
传动比外啮合时设计公式中的“”号;
代入设计公式
①确定齿数
对于软齿面闭式传动,取
在范围内合适
②确定模数
③确定中心距
初算中心距
取a=
④计算主要几何尺寸
齿顶圆尺寸
齿宽
取大齿轮齿宽小齿轮齿宽
查教材图得复合齿系数代入公式
值分别小于各自的许用接触应力值,故安全
注:
在设计减速器俯视图的过程中,还要用到齿轮的很多尺寸,包括齿轮的结构设计,这里就不在给出具体结构设计和尺寸,可以在减速器零件设计中专门设计齿轮结构,也可以在设计过程中来完善,补充这些尺寸
课程设计一般是先设计低速轴,把低速轴设计出来后根据低速轴的长度尺寸就可确定箱体的宽度等尺寸,估先设计低速轴
低速轴的参数见表
项目
参数
1)轴上零件的布置
对于单级减速器,低速轴上安装一个齿轮,一个联轴器,齿轮安装在箱体的中间位置;两个轴承安装在你箱体的轴承座孔内,相对于齿轮对称布置;联轴器安装在箱体的外面一侧。
为保证齿轮的轴向位置,还应在齿轮和轴承之间加一个套筒
2)零件的装拆顺序
轴上的主要零件是齿轮,齿轮的安装可以从左侧装拆,也可以从右侧装拆。
本题目从方便加工的角度选轴上的零件从轴的右端装拆,齿轮、套筒、轴承、轴承盖、联轴器依次从轴的具体设计如下
轴段①安装联轴器,用键周向固定
轴段②高于轴段①形成轴肩,用来定位联轴器
轴段③高于轴段②,方便安装轴承
轴段④高于轴段③,方便安装齿轮;齿轮在轴段④上用键周向固定
轴段⑤高于轴段④行成轴环,用来定位齿轮
轴段⑦直径应和轴段③直径相同,以使左右两端轴承型号一致。
轴段⑥高于轴段⑦形成轴肩,用来定位轴承,轴段⑥高于⑦的部分取决于轴承标准轴段⑤和轴段⑥的高低没有什么直接的影响,只是一般的轴身连接低速轴的结构如图所示
1)各轴段的直径
因本减速器为一般常规减速器,轴的材料无特殊要求,故选用45钢
查教材表
代入设计公式
考虑该轴段上有一个键槽,故应将轴径增大即
轴段①的直径确定为
轴段②的直径应在的基础上加上两倍的定位轴肩高度。
这里取定位轴肩高度
考虑该轴段安装密封圈,故直径还应符号密封圈的标准,取
轴段③的直径应在的基础上增加两倍的非定位轴肩高度,但因该轴段要安装滚动轴承,故其直径要和滚动轴承内径相符号。
这里取
同一根轴上的两个轴承,在一般情况下应取同一型号,故安装滚动轴承处的直径应相同,即
轴段④上安装齿轮,为安装齿轮方便,取
轴段⑤的直径是定位轴环的高度,取
即
轴段⑥的直径应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得,预选该轴段用轴承(深沟球轴承,轴承数据见附录B)查得
2)各轴段的长度
注:
课程设计时,在确定出各轴段的直径后,就应该进入画图阶段,要边技术边画图,边画图边计算。
一般从图5-2开始画起,确定轴的长度时要先确定箱体的结构。
例如,轴段②,轴段③的长度只有在确定各自的长度。
轴段⑥的长度要确定箱体的润滑方式才能确定,轴段①的长度由所选的联轴器来确定。
这个阶段也就是非标准图设计阶段
为后面进行轴的强度校核方便,本例按常规给出各轴段的长度,确定方法如图所示,具体确定工程。
课程设计时一定要先画图,先确定有关箱体结构。
润滑方式等。
参考例3-1中确定长度的方法确定轴的长度尺寸,并在说明书中详细写出确定依据和不
为了补偿由于制造、安装等的误差及两轴线的偏移,优先考虑弹性套柱销联轴器,根据安装联轴器轴段的直径,查附录F选联轴器型号为TL7,联轴器安装长度
因本例转速低,最后确定轴承润滑方式为脂润滑,故此处按脂润滑方式确定轴的长度。
取轴承距箱体内壁的距离为。
课程设计时应根据实际情况确定
根据轴的结构需要,各轴段的长度确定如下:
断轴⑥⑦之间的砂轮越程槽包含在段轴⑦的长度之内
低速轴轴承的支点之间的距离为
1)绘制轴的计算简读
为计算轴的强度,应将载荷简化处理,直齿圆柱齿轮,其受力可分解为圆周力径向力、两端轴承可简化为一段活动铰链,一段固定铰链,如图所示。
为计算方便,选择两个危险截面
危险截面选择安装齿轮的轴段中心位置,位于两个支点的中间,距B支座的距离为危险截面选择在锻轴④和轴段③的截面处,距B支座的距离为
2)计算轴上的作用力
从动轮的转矩
齿轮分度圆直径
齿轮的径向力
3)计算支反力及弯矩
①计算垂直平面内支反力及弯矩
a求支反力:
对称布置,只受一个力,故
b求垂直平面的弯矩
②计算水平平面的支反力及弯矩
③求各截面的合成弯矩
④计算转矩
⑤确定危险截面及校核其强度
按弯矩组合计算时,转矩按脉动循环变化考虑,取a=。
按两个危险截面校核
查教材及表得故轴的强度满足要求
高速轴的设计主要是设计各轴段的直径,为设计俯视图作准备。
有些轴段的长度可以根据轴上的零件来确定:
有些轴段的长度在确定低速轴处的箱体后,取箱体内壁为一直线就可确定
经设计,高速轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。
为使零件定位和固定,高速轴也和低速轴一样设计为七段,各轴直径尺寸为
1)选择键的尺寸
低速轴上在段轴和段轴两处各安装一个键,按一般使用情况选择采用A型普通平键连接,查教材表选键的参数,见下表
标记为
键1
键2
2)校核键的强度
轴段上安装联轴器,联轴器的材料为铸铁,载荷性质为轻微冲击,查教材
轴段④上安装齿轮,齿轮的材料为钢,载荷性质为轻微冲击
静联接校核挤压强度
轴段计算应力大于许用力,因相差不大,可以用已确定的尺寸,不必修改
段轴
所选键连接强度满足要求
1)轴承型号的选择
高速轴选轴承类型为深沟球轴承,型号
低速轴选轴承类型为深沟球轴承,型号
2)轴承寿命计算
高速轴:
高速轴的外端安装有带轮,中间安装有齿轮,要计算轴承的寿命,就要先求出轴承支座的支反力,进一步求出轴承的当量动载荷,然后计算轴承的寿命
画不告诉轴的受力图并确定支点之间的距离见图带轮安装的轴上的轮毂宽L为安装带轮处的轴径,即高速轴的第一段轴径取第一段轴的长度为。
第2段轴的长度取和低速轴的滴2段轴的长一样的对应关系,但考虑该轴段上的轴承宽度故去该轴段的长为,带轮中心到轴承A支点的距离
高速轴两轴承之间的支点距离为低速轴的支点的距离减去两轴承宽度之差,应为因对称布置,故
高速轴上齿轮的受力和低速轴的力大小相等,方向相反,即,
注:
高速轴上安装有带轮,带对轴的压力作用在高速轴上,对轴的支反力计算有影响,安装不同,该力对轴的支反力影响不同。
在这里又3种情况和该压力引起的支反力相加来确定轴承最后的受力
因齿轮相对于轴承对称布置,A,B支座的支反力数值一样,估计计算一边即可。
求轴承A处支反力:
水平面
垂直平面
求合力
考虑带的压力对轴承支反力的影响,因方向不定,以最不利因素考虑
轴承受到的最大力为
正常使用情况,查教材表和的查附录B
轴承的基本额定动载荷C=
2假设带对轴的压力作用如图所示,和Fr作用在同一平面,求轴承A处支反力:
水平平面
垂直平面
求轴承B处支反力
水平平面
垂直平面
比较轴承A处和轴承B处的受力情况,可以看出轴承A处的受力较大,轴承寿命以A处计算即可,抽出的当量动载荷
正常使用情况查附录B轴承的基本额定动载荷代入公式
3假设带对丑的压力和Ft作用在同一平面,求轴承A处支反力
水平平面
垂直平面
低速轴:
正常使用情况,查教材表和的查附录B
轴承的基本额定动载荷因齿轮相对于轴称对对称布置,轴承的受力一样,可只算一处,计算A处,当量动载荷
代入公式
从计算结果看,高速轴轴承使用时间较短。
按最短时间算,如按每天两班制工作,按每年天计算,约使用年,这世上理论计算,时间情况比较复杂,应根据使用情况,注意检查,发现损坏及时跟换。
低速轴因转速太低,使用时间太长,时间使用中会有多种因素影响,要注意观察,发现损坏及时更换
轴承的润滑方式取决于浸油齿轮圆周速度,即大齿轮的圆周速度,大齿轮圆周速度
因轴的转速不高,高速轴轴颈的圆周速度为
故高速轴处选用接触式毡圈密封
低速轴轴轴颈的圆周速度为
低速轴处选用接触式毡圈密封
一般使用情况下,为制造和加工方便,采用铸造箱体,材料为铸铁。
箱体结构采用剖分式,剖分面选择在轴线所在的水面上
箱体中心高度
取中心高度H
取箱体厚度
选用凸缘式轴承盖,根据轴承型号设计轴承盖的尺寸
高速轴
低速轴
根据减速器中心距
检查孔尺寸
检查孔盖尺寸
材料厚度取
选用表中通气器选
选用表中
选用表中
定位销洗选用圆锥,查表可得:
销钉公称d
按中心距查表得,箱体毛重选用吊环螺钉为
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- 单级直齿 圆柱齿轮 减速器 设计