ZSY160 三级直齿减速器的设计Word格式.docx
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η3×
η4
=18.34×
0.97×
0.95=16.23KW
Ⅰ轴T1=9550Pr/n1=9550×
21.12/735=274.42N﹒m
Ⅱ轴T2=9550P2/n2=9550×
19.68/211.78=887.45N﹒m
Ⅲ轴T3=9550P3/n3=9550×
18.34/60.06=2916.20N﹒m
Ⅳ轴T4=9550P4/n4=9550×
16.23/19.11=8110.753N﹒m
滚动轴TW=T4=8110.753
电动机
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
滚动轴
速度r/min
735
211.78
60.06
19.11
功率KW
2
21.12
19.68
18.34
16.23
扭距
9550
274.42
887.45
2916.20
8110.753
传动比
3.47
3.53
3.14
1.00
效率
0.96
0.95
0.89
二、圆柱齿轮传动的设计计算
1)齿轮选用20CrMo,齿部渗碳淬火,齿面硬度为HRC54~58
,芯部HRC30~42。
2)齿轮轴选用20CrMo,齿部渗碳淬火,齿面硬度为HRC58~62
,芯部硬度为30~42。
该减速器为减速传动装置,据《机械设计基础》表6—2,初选8级精度。
由于是闭式硬表面的齿轮传动,齿轮承载能应由如下决定:
Mn≥
Z1=17,Z2=59,β=15o,Z3=19,Z4=67,Z5=66
当量齿数:
Zr1=Z/cos3β=17/cos315=18.86
Zr2=65.47
Zr3=20.30
Zr4=71.59
Zr5=22.44
Zr6=70.52
由《机械设计基础》表6-6选取4d=b/d=0.7
εβ1=0.318×
4d×
Z1tanβ=0.318×
0.7×
17tan15o=1.013>
1
螺旋角系数:
Yβ1=1-εβ(β/120O)=1-1.013×
(15O/120O)=0.874
εα1=[1.88-3.2×
(1/Z1+1/Z2)]cosβ=1.6
εβ2=0.318×
19×
tan150=1.13>
εβ3=0.318×
22×
tan150=1.31>
Yβ2=1-εβ2×
(15o/120o)=0.859
Yβ3=1-εβ3(β/120o)=0.836
εα2=[1.88-3.2×
(1/19+1/67)]cos15o=1.607
εα3=[1.88-3.2×
(1/21+1/66)]cos15o=1.625
tanαn=tanαtcosβtan20o=tanαtcos15o
αt=20.65o
tanβ2=tanβcosαt=tan15ocos20.65o
βb=14.08o
εαn1=εα1/cos2βb=1.6/cos214.08o=1.70
εαn2=εα2/cos2βb=1.607/cos214.08o=1.708
εαn3=εα3/cos2βb=1.625/cos214.08o=1.727
重合复系数:
Yε1=0.25+0.75/εαn=0.69
Yε2=0.25+0.75/1.708=0.69
Yε3=0.25+0.75/1.727=0.68
由《机械设计基础》书中表6-5得齿形系数:
YFα1=2.97
YFα2=2.28
YFα3=2.85
YFα4=2.24
YFα5=2.76
YFα6=2.26
应力修正系数:
Ysa1=1.52
Ysa2=1.73
Ysa3=1.55
Ysa4=1.75
Ysa5=1.56
Ysa6=1.74
载荷系数:
由《机械设计基础》书中表6-3取:
K=1.4
由式6-2,[σF]=(σFWnYNT/SF)MPa
由图6-9,查得σFWn=1500MPa均用应力循环次数
N1=60NijLn=60×
735×
1×
(3×
300)=3.175×
109
YNT=0.8
N2=60×
211.78×
72000=0.915×
109YNT==0.9
N3=60×
60.06×
72000=0.259×
109YNT=1
许用弯曲应力:
SF=1.25
[σF1]=σFWnYNT/SF=(1500×
0.8)/1.25=960MPa
[σF2]=σFWnYNT/SF=(1500×
0.9)/1.25=1080MPa
[σF3]=σFWnYNT/SF=(1500×
1)/1.25=1200MPa
Mn≥
取Mn1=2mm
Mn2≥
取Mn2=2.50mm
Mn3≥
取Mn3=3.5mm
主要几何尺寸:
a1=mn(Z1+Z2)/2cosβ=2(17+59)/2cos15o=78.68mm取a1=79mm
a2=2.5(19+67)/2cos15o=113.88取a2=114mm
a3=3.5(21+66)/2cos15o=159.6取a3=160mm
β1=arccos[mn(Z1+Z2)/2a]=arccos[2(17+59)/(2×
79)]=15.84o
β2=arccos[2.5(19+67)/(2×
114)]=19.44o
β3=arccos[3.5(21+66)/2×
160]=17.9o
d1=mnZ1/cosβ=2×
17/cos15o=35.20
d2=mnZ2/cosβ=2×
59/cos15o=122.16
d3=mnZ3/cosβ=2.5×
19/cos15o=49.176
d4=mnZ4/cosβ=2.5×
67/cos15o=173.41
d5=mnZ5/cosβ=3.5×
21/cos15o=76.09
d6=mnZ6/cosβ=3.5×
66/cos15o=239.15
b1=34
b2=28
b3=45
b4=40
b5=65
b6=60
校核齿面接触疲劳强度:
由《机械设计基础》书中表6-4查得ZT2=189.8
图6-15查得ZH1=2.42ZH2=2.37ZH3=2.39
Zβ1=
Zβ2=
Zβ3=
(1/17+1/59)]cosβ=1.578
(1/19+1/67)]cos19.44o=1.57
(1/21+1/66)]cos17.9o=1.599
4dZ1tanβ=0.318×
17×
tan15.84o=1.07>
1取εβ1=1
tan19.44o=1.49>
1取εβ2=1
tan17.9o=1.58>
1取εβ3=1
Zε1=
Zε2=
Zε3=
许用接触应力:
由式6-1[σH]=(σHWnZNT/SH)MPa
σHmin=1500MPa
N1=3.175×
109N2=N1/i1=0.915×
N3=0.915×
109N4=N/3.53=0.259×
N5=0.259×
109N6=N/i=0.082×
ZNT1=1.3ZNT2=1.32ZNT3=1.32ZNT4=1.42
ZNT5=1.42ZNT6=1.45SH=1
[σH1]=σFWnZNT1/1=1950MPa
[σH2]=1980MPa=[σH3]
[σH4]=2130MPa=[σH5]
[σH6]=2175MPa
εh1=
所以,接触强度足够
齿轮的圆周速度v
V=πd2n1/60000=(π×
122.96×
735)/60000=4.7m/s
所以,精度合格
三轴的设计
选择轴的材料并确定许用应力:
齿轮轴选用20CrMo渗碳淬火
输出轴:
选用35CrMo调制处理
由表5-1查得极限σB=637MPa齿轮轴
轴的最小直径dmin≥
Ⅰ轴dmin=
Ⅱ轴dmin=
Ⅲ轴dmin=
Ⅳ轴dmin=
滚筒轴dmin=75㎜
计算齿轮啮合力:
圆:
Ft1=πT1/d1=π×
274420/35=24631.8N
径:
Fr1=Ft1tan20o/cosβ=24631.8tan20o/cos15.84o=9319.1N
轴:
Fa1=Ft1tanβ=24631.8tan15.84o=6988.45N
Ft2=πT2/d2=π×
887.45/49.176=56.6945N
Fr2=Ft2tanαn/cosβ=56.6945tan20o/cos19.44o=21882.61N
Fa2=Ft2tanβ=56694.45tan19.44o=20009.76N
Ft3=πT3/d3=π×
2912.20/76.09=120238.48N
Fr3=Ft3tanαn/cosβ=120238.84×
tan20oCos17.9o=45989.37N
Fa3=Ft3tanβ=120238.48×
tan17.9o=38835.97N
在Ⅰ轴上估取安装轴承d=25,安装皮带盘直径do=24,轴上其余尺寸由结构要求而定,在Ⅱ轴上安装轴承直径d=35,在Ⅲ轴上安装轴承直径55,在Ⅳ轴上安装轴承直径d=80,安装联轴器轴端直径d=75㎜,其余尺寸也均由结构要求而定.
联轴器的选择:
减速器输出轴与滚筒轴采用弹性柱销,联轴器型号:
HL7d=75L=107
主动端d1=75㎜J型轴孔L=105㎜A型键槽
从动端d2=75㎜J型轴孔L=107㎜
轴承的选择:
Ⅰ轴:
在Ⅰ轴上作用看径向力Fr,又作用看轴向力Fa,故选圆周锥滚子轴承型号:
30305d=25D=62t=18.25B=17
Ⅱ轴:
型号:
30307d=35D=80T=21B=21
Ⅲ轴:
30311d=55D=120T=31.5B=29
Ⅳ轴:
30316d=80D=170T=42.5B=39
轴的结构设计:
在Ⅰ轴上,两端的轴承已初选为30305与轴承配合的轴径为Φ26㎜,以轴肩作轴向定向,轴肩高度(直径)必须不小于25,因小齿轮的直径为36.
在Ⅱ轴上.两端的轴承以初选30307为轴承相配合的轴径为Φ35,所以轴肩直径必须不小于Φ40
在Ⅲ轴上,分别选用30311,30316的轴承,所以轴肩分别不小于Φ60,Φ85
按轴上零件的装拆先后顺序,周向轴向固定方法及工艺性等要求,作出各个轴的结构设计,其中Ⅳ轴的结构设计和轴系部件结构如下图所示,图中d1=75公差取m6,d2=80(f8,m6),d3=100,d4=90,d5=80(m6)
L1=105㎜,L2=144.5㎜,L3=10㎜,L4=56㎜,L5=35.5㎜
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=165㎜
按弯扭合成强度校核轴的强度
1) 绘制轴受力简图,置直面弯距图
轴承支反力:
FRAV=[Fa(dH/2)-Fr(L/2)]/L=38835.97×
0.239/2-45989×
0.165/2=846.78N
FRBV=Fv+FRAV=45989+846.78=46835.78N
2)计算弯距:
截面C右侧弯距
Mcv=FRBVL/2=46835.78×
0.165/2=3863.15Nm
截面C左侧弯距
Mcv=FRAVL/2=846×
0.165/2=69.86Nm
3)绘制水平面弯距图
轴承支反力
FRAH=FRBH=Ft/2=12023.848/2=6011.924N
MCH=FRAHL/2=495.98Nm
4)绘制合成弯距图
Mc=
Mc'
=
5)绘转距图
6)α=0.3
Mec=
7)校核危险截面C的强度
由《机械设计基础》式(15-3)
σe=Mec/0.1d3=4400.04×
103/0.1×
803=68<
69MPa
强度足够,绘制轴的工作图如下:
Ⅱ轴的设计
按轴上零件的装拆先后顺序,周向轴向固定方法及工艺性等要求,作出各个轴的结构设计,其中Ⅱ轴的结构设计和轴系部件结构如装配图所示,由图各长度可算得轴支承跨距:
L=165㎜
1)绘制轴反力简图,垂直面弯距图
轴承支反力:
FRAV=(Fa2d/2-FrL/2)/L
=(20009.76×
0.04917/2-21882.6×
0.16/2)0.165
=-1315.3N
FRBN=FRAV+Fr=20567N
2)计算弯距
Mcr=FRBVL/1.65=20567×
0.165/1.65=2056.7Nm
Mcr=FRAVL/2.5=-1315.3×
0.165/2.5=86.81Nm
3)绘制水平弯距图
FRAH=Ft/2.5=56694.45/3.5=1619.84N
FRBH=Ft/1.65=34360N
MCH=FRAHL/2=1336.4Nm
MCH'
=FRBHL/2=2834.7Nm
4)绘制弯距图:
5)绘制扭具图
7)校核危险截面C的强度
σe=Mec/0.1d3=3512.3/0.1643=0.23<
强度足够绘制轴的工作图如下:
Ⅲ轴的设计:
按轴上零件的装拆先后顺序,周向轴向固定方法及工艺性等要求,作出各个轴的结构设计,其中Ⅲ轴结构设计轴承系部件结构如装配图所示,由图中各长度算得轴支承跨距:
1)绘制轴受力简图,垂直面弯距图
FRAV=(Fad/2-FrL/2)/L=38835.97×
0.083/2-45989.37×
0.165/2
=-2182.43
FRBV=Fr+FRAV=41624.5N
2)计算弯距:
截面C右侧弯距
Mcr=FRBVL/1.65=41624.5×
0.165/1.65=4162.4Nm
截面C左侧弯距
Mcr=FRAVL/2.5=-2182.43×
0.165/2.5=-14.4Nm
轴承支反力:
FRAH=Ft/2.5=120238.48/2.5=48095.4N
FRBH=Ft/1.65=72871.5N
Mch=FRAHL/2.5=3174.28Nm
=FRBHL/1.65=7287.15Nm
4)绘制合成弯距图:
5)绘扭距图
6)Α=0.3
校核危险截面C的强度
σe=Mec/0.1d3=8436/(0.1×
833)=0.15<
强度足够,绘制轴的工作图如下:
Ⅰ轴的设计:
按轴上零件的装拆先后顺序,周向轴向固定方法及工艺性等要求,作出各个轴的结构设计,其中Ⅰ轴的结构设计和轴系部件结构如装配图所示,由图中各长度可算得轴支承跨距L=165㎜
按弯距,扭距合成强度校核轴的强度
FRAV=(Fadn/2-FrL/2)/L=(24631.8×
0.0352/2-9319.1×
0.165/2)/0.165
=-2032.18N
FRBV=Fr+FRAV=9319.1-2032.18=7286.92N
Mcr=FRBVL/3.3=7286.92×
0.165/3.3=364.34Nm
Mcr=FRAVL/1.2=2032.18×
0.165/0.2=-279.42Nm
FRAH=Ft/3.3=24637.8/3.3=7464.18N
FRBH=Gt/1.2=20526.5N
MCH=FRAHL/2=615.79Nm
=FRBHL/2=1693.44Nm
MEC=
7)校核危险截面e的强度
σe=Mec/0.1d3=1734.03/(0.1×
393)=0.3<
强度足够,绘制轴及工作图如下:
四轴承寿命计算
轴承寿命计算
1)以Ⅳ轴轴承为例,Ⅳ轴已处选型号30316的一对圆锥滚子轴承正装,其有关数据如下:
额定动载荷C=198KN,e=0.412,x=1.4,载荷系数fp=1.,温度系数ft=1.0,轴承受力情况如图所示:
FR1H=82.5Ft/665=82.5×
120338.48/665=60169
FR2H2=Ft-FR1H=12033.48-60169=60169
FR1V=(82.5×
Fr+Fsd/2)/165
=(82.5×
45989.3+38835.9×
239.15/2)/165
=51120N
FR2V=Fr-FR1V=45989-51120=-5131N
FR1=
FR2=
2)求两轴承的轴向力FA1,FA2
由表19-4得
FS1=0.68FR1=0.68×
78952.92=53687.36N
FS2=0.68FR2=0.68×
60387.38=41063.42N
FS2+Fa=41063.42+38835.97=79898.92N
因为FS2+Fa>
FS1
所以轴承Ⅰ被压紧,轴承Ⅰ被放松,故:
FA1=FS2+Fa=41063.42+38835.97=79898.92N
FA2=FS2=41063.42N
3)求两轴轴的分量载荷P1,P2
由表得e=0.68
FA1/FR1=79898.92/7998.92=1>
e
FA2/FR2=41263.42/60387.38=0.68=e
x1=0.41x2=1y1=0.87y2=0
由表14-6取fp=1.5,故
P1=fp(x1FR1+y1FA1)=1.5×
(0.41×
78952.92+0.87×
79898.97)
=101881N
P2=1.5×
(x2FR2+y2FA2)=1.5×
(1×
60387)=90580.5N
4)验算轴承寿命
因为,P1>
P2,所以,只需要验算轴承
C=198f=1
Ln=(1667/18.23)×
198000/101881)3
=7537.98
由工作条件,该皮带运输机三班制工作,使用期10年,每年以300天工作日计,则轴承预算寿命为:
Ln'
=3×
300×
10=7200h
由于Ln>
所以轴承合格
五选用键并校核强度
以Ⅳ轴为例,轴是安装出齿轮处选用键的类型为A型键22×
63GB.TO96-2003b=22㎜h=14㎜L=50㎜t=7l=50-14=36㎜T2=8110.75㎜d=80
因为对于按标准选择的平键连接,具有足够的剪切强度故按挤压强度进行强度校核
σp=(4×
811750)/(80×
14×
36)=80.53MPa
同样,σp<
[σp]能够满足要求,安全
六箱座箱盖设计
箱座,箱盖的材料均用HT200铸造而成,其结构如下:
箱座壁厚δ=0.025a+1≥8
=0.025×
160=5取δ=8㎜
箱盖壁厚δ1=0.02a+1≥8㎜
δ1=0.02×
160+1=4.2取δ1=8㎜
箱座凸缘厚度b=1.5δ=12㎜
箱盖凸缘厚度b1=1.5δ1=12㎜
箱底座凸缘厚度b2=2.5δ2=20㎜
地脚螺锥直径df=0.03ba+12=0.036×
160+12=17.76㎜
取df=20㎜
轴承旁连接螺栓直径d1=0.75df=0.75×
20=15.075㎜取d1=16㎜
箱座箱盖连接螺栓直径d2=0.5df=0.5×
20=10㎜取d2=10㎜
轴承端盖螺钉直径d3=0.4df=0.4×
20=8㎜取d3=8㎜
缩视孔螺钉直径d4=0.3df=0.3×
20=6㎜取d4=6㎜
箱座加强助厚度m1=0.85δ=0.85×
8=6.8㎜取m1=6.8㎜m=0.85δ=6.8㎜取m=6.8㎜
其余尺寸可由具体结构参考图表而定
七齿轮与齿承的润滑
由于齿轮圆周速度v<
12m/s,因而采用浸油润滑,减速器用润滑牌号,H46机械润滑油,减速器传动所需用油量,对于多级传动按每传递1KW的功率时,高油量V=2.5L,V0=2.5×
4=10L,故实际用油量V=10L
八装配方案
该减速器有如下几种装配方案:
装配的外形尺寸如下:
箱底座总长A=600㎜,总宽B=290㎜
总中心具a=352㎜
箱盖总长a+e2+e3=352+107+188=547㎜
其装配技术要求:
1)轴承内圆必须紧贴轴角,或定具环,用0.05㎜尺检查不得通过;
2)用10℃苏打水或煤油清洗全部零件,机体内部表面和其他零件的未加工表面涂底漆,再涂红色耐油油漆,机体表面涂底漆,再涂面漆;
3)工厂标牌安装时与箱体有漆层隔开;
4)所有静结合面安装时,要均匀涂上密封胶;
5)装好的减速器不许渗漏油.
九绘制2SX160装配图
十绘制减速器零件图:
见图纸
十一参考文献
1.吴宗泽罗圣国《机械设计课程设计手册》北京高等教育出版社
2.宗敏《机械设计基础课程设计指导书》西安电子科技大学出版社
3.吕慧瑛《接写设计基础》成都科技
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- ZSY160 三级直齿减速器的设计 三级 减速器 设计