机械基础课程设计.doc
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机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器
机械基础课程设计
说明书
设计题目:
一级直齿圆柱齿轮减速器
班级学号:
数控技术1002班
学生姓名:
指导老师:
秦建明
完成日期:
2011年12月20日
设计任务书
1、题目
设计用于带式输送机的机械传动装置——一级直齿圆柱齿轮减速器。
2、参考方案
(1)V带传动和一级闭式齿轮传动
(2)一级闭式齿轮传动和链传动
(3)两级齿轮传动
3、原始数据
4、其他原始条件
输送带工作拉力F/N
输送带工作速度v/m·s-1
卷筒直径D/mm
1600
1.1
180
(1)工作情况:
一班制,输送机连续单向运转,载荷有轻微震动,室内工作,少粉尘。
(2)使用期限:
10年,大修期三年,每年工作300天。
(3)生产批量:
100台(属小批生产)。
(4)工厂能力:
中等规模机械厂,可加工7~8级精度齿轮。
(5)动力来源:
三相交流(220V/380V)电源。
(6)允许误差:
允许输送带速度误差。
5、设计任务
(1)设计图。
一级直齿(或斜齿)圆柱齿轮减速器装配图一张,要求有主、俯、侧三个视图,图幅A1,比例1:
1(当齿轮副的啮合中心距时)或1:
1.5(当齿轮副的啮合中心距时)。
(2)设计计算说明书一份(16开论文纸,约20页,8000字)。
目录
一传动装置的总体设计
1、传动方案的确定……………………………………………………1
2、电动机的选择………………………………………………………1
3、传动装置的总传动比的计算和分配………………………………3
4、传动装置的运动和动力参数的确定………………………………3
二传动零件的设计
1、V带设计……………………………………………………………5
2、齿轮传动设计………………………………………………………7
3、轴的设计……………………………………………………………11
4、滚动轴承的选择与校核计算………………………………………18
5、键联接的选择及其校核计算………………………………………19
6、联轴器的扭矩校核…………………………………………………20
7、减速器基本结构的设计与选择……………………………………21
三箱体尺寸及附件的设计
1、箱体的尺寸设计……………………………………………………23
2、附件的设计…………………………………………………………25
四设计心得…………………………………………………………27
五参考文献…………………………………………………………29
六主要设计一览表…………………………………………………30
七附图………………………………………………………………31
设计内容:
一、传动装置的总体设计
1、确定传动方案
本次设计选用的带式输送机的机械传动装置方案为V带传动和一级闭式齿轮传动,其传动装置见下图。
2、选择电动机
(1)选择电动机的类型
按工作要求及工作条件选用三相异步电动机,封闭自扇冷式结构,电压380V,Y系列。
(2)选择电动机的额定功率
①带式输送机的性能参数选用表1的第6组数据,即:
输送带工作拉力F/N
输送带工作速度v/m·s-1
卷筒直径D/mm
1600
1.1
180
表一
工作机所需功率为:
②从电动机到工作机的传动总效率为:
其中、、、、分别为V带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率,查取《机械基础》P459的附录3选取=0.95、=0.97(8级精度)、=0.99(球轴承)、=0.995、=0.96
故
③电动机所需功率为
又因为电动机的额定功率
查《机械基础》P499的附录50,选取电动机的额定功率为2.2kW,满足电动机的额定功率。
(3)确定电动机的转速
传动滚筒轴工作转速:
查《机械基础》P459附录3,V带常用传动比为i1=2~4,圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为i2=3~5(8级精度)。
根据传动装置的总传动比i与各级传动比i1、i2、…in之间的关系是i=i1i2…in,可知总传动比合理范围为i=6~20。
又因为,
故电动机的转速可选择范围相应为
符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min三种。
(4)确定电动机的型号
选上述不同转速的电动机进行比较,查《机械基础》P499附录50及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比,列于下表:
方案
电机型号
额定功率kW
电机转速r/min
电机质量kg
参考
价格(元)
总传动比
同步
转速
满载转速
1
Y100L1-4
2.2
1500
1420
38
760
12.166
2
Y90S-6
2.2
1000
910
63
1022
7.797
3
Y132S-8
2.2
750
710
79
800
6.083
表二
为降低电动机重量和价格,由表二选取同步转速为1500r/min的Y系列电动机,型号为Y100L1-4。
查《机械基础》P500附录51,得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm),见以下两表:
电动机的技术数据
电动机型号
额定功率
(kw)
同步转速
(r/min)
满载转速
(r/min)
Y100L1-4
2.2
1500
1420
2.2
2.2
表三
电动机的安装及有关尺寸(mm)
中心高
H(mm)
外形尺寸
底脚安装尺寸
A×B
地脚螺栓孔直径K
轴伸尺寸
D×E
键公称尺寸
F×H
100
160×140
12
8×100
表四
3、传动装置的总传动比的计算和分配
(1)总传动比12.166
(2)分配各级传动比
各级传动比与总传动比的关系为i=i1i2。
根据V带的传动比范围i1=2~4,初选i1=3.042,则单级圆柱齿轮减速器的传动比为4,符合圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i2=3~5(8级精度),且符合了在设计带传动和一级圆柱齿轮减速器组成的传动装置中,应使带传动比小于齿轮传动比,即i带
4、计算传动装置的运动和动力参数
(1)计算各轴输入功率
①0轴(电动机轴)的输出功率为:
②1轴(减速器高速轴)的输入功率:
从0轴到1轴,经过V带传动和一个联轴器,所以:
③2轴(减速器低速轴)的输入功率:
从1轴到2轴,经过一对轴承,一对齿轮传动,一对齿轮啮合传动,所以:
④3轴(滚筒轴)的输入功率:
从2轴到3轴,经过一对轴承,一个联轴器,所以:
(2)计算各轴转速
①0轴(电动机轴)的转速:
②1轴(减速器高速轴)的转速:
③2轴(减速器低速轴)的转速:
④3轴(滚筒轴)的转速:
(3)计算各轴转矩
①0轴(电动机轴)的转矩:
②1轴(减速器高速轴)的转矩:
③2轴(减速器低速轴)的转矩:
④3轴(滚筒轴)的转矩:
把上述计算结果列于下表:
参数
轴名
输入功率(kW)
转速(r/min)
输入转矩
(N.m)
传动比
传动效率
轴0(电动机轴)
2.2
1420
14.796
3.042
0.95
轴1(高速轴)
2.09
466.798
42.758
4
0.9603
轴2(低速轴)
2.007
116.700
164.240
1
0.98505
轴3(滚筒轴)
1.977
161.785
表五
二、传动零件的设计
1、箱外传动件设计(V带设计)
(1)计算设计功率Pd
根据V带的载荷有轻微振动,一班工作制(8小时),查《机械基础》P296表13-6,取KA=1.1。
即
(2)选择带型
普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按《机械基础》P297图13-11选取。
根据算出的Pd=2.42kW及小带轮转速n1=1420r/min,查图得:
dd=80~100可知应选取Z型V带。
(3)确定带轮的基准直径并验证带速
由《机械基础》P298表13-7查得,小带轮基准直径为50~90mm(ddmin=50mm),则取dd1=80mm>ddmin.(dd1根据P295表13-4查得)
由《机械基础》P295表13-4查“V带轮的基准直径”,得=250mm
①误差验算传动比:
(为弹性滑动率)
误差符合要求
②带速
满足5m/s (4)确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 由式 可得0.7(80+250)2(80+250) 即231660,选取=500mm 所以有: 由《机械基础》P293表13-2查得Ld=1600mm 实际中心距 符合要求。 3.042142080 (5)确定带的根数z 查机械设计手册,取P1=0.35KW,△P1=0.03KW 由《机械基础》P299表13-8查得,取Ka=0.95 由《机械基础》P293表13-2查得,KL=1.16 则带的根数 所以z取整数为6根 (6)确定带轮的结构和尺寸 根据V带轮结构的选择条件,Y100L1-4型电机的主轴直径为d=28mm; 由《机械基础》P293,“V带轮的结构”判断: 当3d<dd1(90mm)<300mm,可采用H型孔板式或者P型辐板式带轮,这次选择H型孔板式作为小带轮。 由于dd2>300mm,所以宜选用E型轮辐式带轮。 总之,小带轮选H型孔板式结构,大带轮选择E型轮辐式结构。 (7)确定带的张紧装置 选用结构简单,调整方便的定期调整中心距的张紧装置。 (8)计算压轴力 由《机械基础》P303表13-12查得,Z型带的初拉力F0=55N,上面已得到=161.74o,z=6,则 (9)带轮的材料 选用灰铸铁,HT200。 2、减速器内传动件的设计(齿轮传动设计) (1)选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 ①齿轮材料、热处理方法及齿面硬度 因为载荷中有轻微振动,传动速度不高,传动尺寸无特殊要求,属于一般的齿轮传动,故两齿轮均可用软齿面齿轮。 查《机械基础》P322表14-10,小齿轮选用45号钢,调质处理,硬度260HBS;大齿轮选用45号钢,调质处理,硬度为220HBS。 ②精度等级初选 减速器为一般齿轮传动,圆周速度不会太大,根据《机械设计学基础》P145表5-7,初选8级精度。 (2)按齿面接触疲劳强度设计齿轮 由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动,齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定,其设计公式为: ②确定载荷系数K 因为该齿轮传动是软齿面的齿轮,圆周速度也不大,精度也不高,而且齿轮相对轴承是对称布置,根据电动机和载荷的性质查《机械设计学基础》P147表5-8,得K的范围为1.4~1.6,取K=1.5。 ③小齿轮的转矩 ④接触疲劳许用应力 ⅰ)接触疲劳极限应力 由《机械设计学基础》P150图5-30中的MQ取值线,根据两齿轮的齿面硬度,查得45钢的调质处理后的极限应力为 =600MPa,=560MPa ⅱ)接触疲劳寿命系数ZN 应力循环次数公式为N=60njth 工作寿命每年按300天,每天工作8小时,故 th=(300×10×8)=24000h N1=60×466.798×1×24000=6.722×108 查《机械设计学基础》P151图5-31,且允许齿轮表面有一定的点蚀 ZN1=1.02ZN2=1.15 ⅲ)接触疲劳强度的最小安全系数SHmin 查《机械设计学基础》P151表5-10,得SHmin=1 ⅳ)计算接触疲劳许用应力。 将以上各数值代入许用接触应力计算公式得 ⅴ)齿数比 因为Z2=iZ1,所以 ⅶ)齿宽系数 由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置,且为软齿面传动,查《机械基础》P326表14-12,得到齿宽系数的范围为0.8~1.1。 取。 ⅵ)计算小齿轮直径d1 由于,故应将代入齿面接触疲劳设计公式,得 ④圆周速度v 查《机械设计学基础》P145表5-7,v1<2m/s,该齿轮传动选用9级精度。 (3)主要参数选择和几何尺寸计算 ①齿数 对于闭式软齿面齿轮传动,通常z1在20~40之间选取。 为了使重合度较大,取z1=20,则z2=iz1=80。 使两齿轮的齿数互为质数,最后确定z2=81。 ②模数m 标准模数应大于或等于上式计算出的模数,查《机械基础》P311表14-1,选取标准模数m=3mm。 ③分度圆直径d ④中心距a ⑤齿轮宽度b 大齿轮宽度 小齿轮宽度 ⑥其他几何尺寸的计算(,) 齿顶高由于正常齿轮, 所以 齿根高由于正常齿 所以 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 (4)齿根校核 齿根弯曲疲劳强度的校核公式为 ①齿形系数YF 根据Z1、Z2,查《机械设计学基础》P153表5-11,得YF1=2.81,YF2=2.24 ②弯曲疲劳许用应力计算公式 ⅰ)弯曲疲劳极限应力 根据大小齿轮的材料、热处理方式和硬度,由《机械设计学基础》P154图5-33的MQ取值线查得 , ⅱ)弯曲疲劳寿命系数YN 根据N1=6.722>和N2=>,查《机械设计学基础》P156图5-34得, YN1=1,YN2=1 ⅲ)弯曲疲劳强度的最小安全系数SFmin 本传动要求一般的可靠性,查《机械设计学基础》P151表5-10,取SFmin=1.2。 ⅳ)弯曲疲劳许用应力 将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得 ⅴ)齿根弯曲疲劳强度校核 因此,齿轮齿根的抗弯强度是安全的。 3、轴的设计 (1)高速轴的设计 ①选择轴的材料和热处理 采用45钢,并经调质处理,查《机械基础》P369表16-1,得其许用弯曲应力,。 ②初步计算轴的直径 由前计算可知: P1=2.09KW,n1=466.798r/min 其中,A取112。 考虑到有一个键槽,将该轴径加大5%,则 查《机械基础》P458附录1,取d=25mm ③轴的结构设计 高速轴初步确定采用齿轮轴,即将齿轮与轴制为一体。 根据轴上零件的安装和固定要求,初步确定轴的结构。 设有7个轴段。 1段: 该段是小齿轮的左轴端与带轮连接,该轴段直径为25mm,查《机械基础》P475附录23,取该轴伸L1=60mm。 2段: 参考《机械基础》P373,取轴肩高度h为1.5mm,则d2=d1+2h=28mm。 此轴段一部分用于装轴承盖,一部分伸出箱体外。 3段: 此段装轴承,取轴肩高度h为1mm,则d3=d2+2h=30mm。 选用深沟球轴承。 查《机械基础》P476附录24,此处选用的轴承代号为6306,其内径为30mm,宽度为19mm。 为了起固定作用,此段的宽度比轴承宽度小1~2mm。 取此段长L3=17mm。 4段与6段: 为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便,齿轮与轴承之间要有一定距离,取轴肩高度为2mm,则d4=d6=d3+2h=33mm,长度取5mm,则L4=L6=5mm。 5段: : 此段为齿轮轴段。 由小齿轮分度圆直径d=60mm可知,d6=60mm。 因为小齿轮的宽度为70mm,则L5=70mm。 7段: 此段装轴承,选用的轴承与右边的轴承一致,即d7=30mm,L7=17mm。 由上可算出,两轴承的跨度L=mm ④高速轴的轴段示意图如下: ⑤按弯矩复合强度计算 A、圆周力: B、径向力: ⅰ)绘制轴受力简图 ⅱ)绘制垂直面弯矩图 轴承支反力: 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 如图 ⅲ)绘制水平面弯矩图 ⅳ)绘制合弯矩图 ⅴ)绘制扭转图 转矩产生的扭剪力按脉动循环变化,取α=0.6, ⅵ)绘制当量弯矩图 截面C处的当量弯矩: ⅶ)校核危险截面C的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处,W=0.1d43 所以轴强度足够。 (2)低速轴的设计 ①选择轴的材料和热处理 采用45钢,并经调质处理,查《机械基础》P369表16-1,得其许用弯曲应力,。 ②初步计算轴的直径 由前计算可知: P2=2.007KW,n2=116.700r/min 计算轴径公式: 即: 其中,A取106。 考虑到有一个键槽,将该轴径加大5%,则 查《机械基础》P458附录1,取d=30mm ③轴的结构设计 根据轴上零件得安装和固定要求,并考虑配合高速轴的结构,初步确定低速轴的结构。 设有6个轴段。 1段: 此段装联轴器。 装联轴器处选用最小直径d1=32mm,根据《机械基础》P482附录32,选用弹性套柱销联轴器,其轴孔直径为32mm,轴孔长度为60mm。 根据联轴器的轴孔长度,又由《机械基础》P475附录23,取轴伸段(即Ⅰ段)长度L1=58mm。 2段: 查《机械基础》P373,取轴肩高度h为1.5mm,则d2=d1+2h=mm 此轴段一部分长度用于装轴承盖,一部分伸出箱体外。 3段: 取轴肩高度h为2.5mm,则d3=d2+2h=35+2mm。 此段装轴承与套筒。 选用深沟球轴承。 查机械基础P476附录24,此处选用的轴承代号为6208,其内径为40mm,宽度为18mm。 为了起固定作用,此段的宽度比轴承宽度小1~2mm。 取套筒长度为10mm,则此段长L3=(18-2)+10+2=28mm。 4段: 此段装齿轮,取轴肩高度h为2.5mm,则d4=d3+2h=mm。 因为大齿轮的宽度为60mm,则L4=60-2=58mm 5段: 取轴肩高度h为2.5mm,则d5=d4+2h=50mm,长度与右面的套筒相同,即L5=10mm。 6段: 此段装轴承,选用的轴承与右边的轴承一致,即d6=40mm,L6=17mm。 由上可算出,两轴承的跨度L=。 ④低速轴的轴段示意图如下: ⑤按弯矩复合强度计算 A、圆周力: B、径向力: ⅰ)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ ⅱ)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 受力图: ⅲ)截面C在水平面上弯矩为: ⅳ)合成弯矩为: ⅴ)转矩产生的扭剪力按脉动循环变化,取α=0.6,截面C处的当量弯矩: ⅵ)校核危险截面C的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处,W=0.1d43 所以轴强度足够。 (3)确定滚动轴承的润滑和密封 由于轴承周向速度为1m/s<2m/s,宜用轴承内充填油脂来润滑。 滚动轴承外侧的密封采用凸缘式轴承盖和毡圈来密封。 (4)回油沟 由于轴承采用脂润滑,因此在箱座凸缘的上表面开设回油沟,以提高箱体剖分面处的密封性能。 (5)确定滚动轴承在箱体座孔中的安装位置 因为轴承采用脂润滑,那么可取轴承内侧端面到箱体的距离为10mm,并设置封油盘,以免润滑脂被齿轮啮合时挤出的或飞溅出来的热油冲刷而流失。 (6)确定轴承座孔的宽度L ,为箱座壁厚,,为箱座、箱盖连接螺栓所需的扳手空间,查机械基础表19-1得,取=8mm,C1=18mm,C2=16mm,L=8+18+16+8=50mm。 (7)确定轴伸出箱体外的位置 采用凸缘式轴承盖,LH3型弹性柱销联轴器,高速轴轴承盖所用螺栓采用规格为GB/T5782M630,低速轴采用螺栓采用规格为GB/T5782GB/T5782M835为了方便在不拆卸外接零件的情况下,能方便拆下轴承盖, 查《机械基础》附录33,得出A、B的长度,则: 高速轴: L1>(A-B)=35-23=12mm;低速轴: L2>(A-B)=45-38=7mm 由前设定高速轴的L=60mm,低速轴的可知,满足要求。 (8)确定轴的轴向尺寸 高速轴(单位: mm): 各轴段直径 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 25 28 30 33 60 33 25 各轴段长度 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 60 60 17 5 70 5 17 低速轴(单位: mm): 各轴段直径 D1 D2 D3 D4 D5 D6 32 35 40 45 50 40 各轴段长度 L1 L2 L3 L4 L5 L6 58 60 28 58 10 17 4、滚动轴承的选择与校核计算 根据《机械基础》P437推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同,取10年,一年按300天计算,Th=(300×10×8)=24000h (1)高速轴承的校核 选用的轴承是6306深沟型球轴承。 轴承的当量动负荷为 由《机械基础》P407表18-6查得,fd=1.2~1.8,取fd=1.2。 因为Fa1=0N,Fr1=518.8N,则 查《机械基础》P407表18-5得,X=1,Y=0。 查《机械基础》p406表18-3得: ft=1, 查《机械基础》p405得: 深沟球轴承的寿命指数为=3, Cr=20.8KN; 则 所以预期寿命足够,轴承符合要求。 (2)低速轴承的校核 选用6208型深沟型球轴承。 轴承的当量动负荷为 由《机械基础》P407表18-6查得,fd=1.2~1.8,取fd=1.2。 因为Fa2=0N,Fr2=492N,则 查《机械基础》P407表18-5得,X=1,Y=0。 查《机械基础》p406表18-3得: ft=1, 查《机械基础》p405得: 深沟球轴承的寿命指数为=3,Cr=22.8KN; 则 所以预期寿命足够,轴承符合要求。 5、键联接的选择及其校核计算 (1)选择键的类型和规格 轴上零件的周向固定选用A形普通平键,联轴器选用B形普通平键。 ①高速
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- 机械 基础 课程设计