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(1)传动方案的分析和拟定;
(2)电动机的选择,传动装置的运动和动力参数的计算;
(3)传动零件的设计(带传动、单级齿轮传动);
(4)轴和轴承组合设计(轴的结构设计,轴承组合设计,低速轴弯、扭组合强度校核,低速轴上轴承寿命计算);
(5)键的选择及强度校核(低速轴上键的校核);
(6)联轴器的选择;
(7)减速器的润滑与密封;
(8)减速器装配草图俯视图设计(箱体、附件设计等);
附图:
第二章传动装置的总体设计
2.1传动方案的拟定及电动机的选择
1.传动方案的选择
采用V带传动及单级圆柱齿轮传动,如图所示。
2.电机选择
本装置选用Y系列三相异步电动机
卷筒功率功率:
传动装置总效率为:
因此所需电机理论功率:
应选电机额定功率:
卷筒轴的工作转速为:
按推荐的合理传动比范围取V带传动的传动比约为2~4,单级齿轮传动比约为3~5,则合理总传动比的范围为,因此电动机转速的可选范围为
符合这一范围的同步转速有750r/min,1000r/min,1500r/min。
查《机械设计课程设计》表8-184得,得此电机型号为Y132M2—6.
电动机型号:
Y132M2—6
额定功率:
5.5
满载转速:
960r/min
起动转矩:
2.0N.m
最大转矩:
2.2
电动机具体尺寸参数查表8-187,得
中心高:
外型尺寸:
底脚安装尺寸:
地脚螺孔直径:
12
轴外伸尺寸:
装键部位尺寸:
2.2传动装置的运动和动力参数计算
a.总传动比:
b.传动比分配:
取=3.14,则=
c.各轴的转速:
d.各轴的输入功率:
e.各轴的输入转矩:
将运动和动力参数的计算结果列于下表。
电动机轴
1轴
2轴
卷筒轴
转速n(r/min)
960
305.73
76.4
输入功率P(kw)
4.4
4.22
4.06
3.98
输入转矩T(Nm)
传动比i
3.14
4
1
效率η
0.96
0.98
第三章 传动零件的设计计算
3.1带传动设计
带传动设计的主要内容:
选择合理的传动参数;
确定带的型号、长度、根数、
传动中心距、安装要求、对轴的作用力及带的材料、结构和尺寸等。
设计依据:
传动的用途及工作情况;
对外廓尺寸及传动位置的要求;
原动机
种类和所需的传动功率;
主动轮和从动轮的转速等。
已知条件:
设计带式输送机传动系统中的普通V带传动。
原动机为Y132M2-6型电动机,电动机额定功率Ped=5.5KW,满载转速,小带轮安装在电机轴上,带的传动比i=3.14,一天工作时间t=24h,5年寿命。
1.确定计算载荷
查《机械设计》表8-7,得工作情况系数KA=1.4,得计算功率Pc=KA×
Ped=1.4×
5.5=7.7KW
2.选择V带型号
由小带轮转速n1及计算功率Pc查《机械设计》图8-11,选择V带型号为A型。
3.确定带轮直径
a.根据V带带型,查《机械设计》表8-6和表8-8得dd1=112mm,dd2=i×
dd1=355mm
b.验算带速:
带速
5m/s<
v<
25m/s,故v符合要求
4.初步确定中心距
0.7(dd1+dd2)<
a0<
2(dd1+dd2),则326.9mm<
934mm,取a0=600mm.
5.确定期带的长度
,取a=a0+(Ld-Ld0)/2=620
6.校核V带的包角
α1=180o-2arcsin(dd1-dd2)/(2a)=157.4o>
120o
7.确定带的根数z
查《机械设计》表8-4a单根V带传递功率P0=1.16KW
查《机械设计》表8-4b传递功率增量△P0=0.119KW
包角修正系数kα=0.93,
长度修正系数kl=1.03,
Z≥Pc/[(P0+△P0)kαkl]=6.3根,因此Z=7根
8.确定单根V带的拉力F0
9.对轴的压力FQ
10.张紧装置
此处的传动近似为水平传动,故可用调节中心距的方案张紧。
设张紧轮,位置在小带轮松边外侧,另外,将马达联动小带轮的中心轴设为可调,以调节传送带松紧。
11.带轮的结构设计
已知小带轮的直径为dd1=112mm,大带轮的直径为dd2=355mm。
小带轮,转速较高,宜采用铸钢材料,直径小,故用实心结构。
大带轮,转速不太高,可采用铸铁材料(HT150或HT200),直径大,故用腹板式腹板式结构。
计算结果是7根A—GB11544—89V带,中心距a为620mm,带轮的基准直径dd1=112mm,
dd2=355mm,对轴的压力FQ=2308N,带轮的宽度B=(Z-1)e+2f=108mm
3.2齿轮传动设计
已知条件:
传递的功率,电动机驱动,小齿轮转速n1=305.73r/min,传动比i=4,单向运转,载荷平稳,使用寿命5年,每天工作24小时。
1.选择齿轮类型,精度等级,材料及齿数
1)选用直齿圆柱齿轮传动,相对支承对称布置
2)运输机速度不高,故选用7级精度
3)材料选择。
小齿轮选用45(调质),硬度为280HBS,大齿轮选用45钢(调质),硬度为240HBS,要求齿面粗糙度Ra≤3.2—6.3um
4)选小齿轮齿数z1=27,则大齿轮齿数z2=27*4=108,Z1、Z2互质,取Z2=107。
2.按齿面接触疲劳强度设计
由设计公式进行试算
(1)确定公式内各计算数值
1)试选载荷系数
2)计算小齿轮传递的扭矩
3)由《机械设计》表10-7选取齿宽系数
4)由《机械设计》表10-6查得材料影响系数
5)由《机械设计》图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;
大齿轮的接触疲劳强度极限
6)计算应力循环次数
7)由《机械设计》图10-19取接触疲劳寿命系数,
8)计算接触许用应力
取失效概率为1%,安全系数S=1,则
(2)计算
1)试算小齿轮分度圆直径d1t,代入中较小的数值。
2)计算圆周速度v
3)计算齿宽b
4)计算齿宽与齿高之比
模数
齿高
故
5)计算载荷系数
根据v=1.02m/s,7级精度,由《机械设计》图10-8查得动载系数
直齿轮,
由《机械设计》表10-2查得使用系数
由《机械设计》表10-4查得齿向载荷系数
由,,查《机械设计》图10-13得
故载荷系数
6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
7)计算模数m
3.按齿根弯曲强度设计
弯曲强度设计公式为
(1)确定公式内各计算数值
1)由《机械设计》图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限;
大齿轮的弯曲强度极限
2)由《机械设计》图10-18取弯曲疲劳寿命系数,
3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.5则
4)计算载荷系数
5)查取齿形系数
由《机械设计》表10-5查得,
6)查取应力校正系数
7)计算大小齿轮的并加以比较
显然大齿轮的数值大
(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模数,由于模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可取由弯曲强度算得的模数2.04并就近圆整为标准值m=2.5mm,按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数
则大齿轮齿数
这样设计出来的齿轮传动,既满足齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。
4.几何尺寸计算
(1)计算分度圆直径
(2)计算中心距
(3)计算齿轮宽度
取,
齿轮传动设计汇总:
表(4)计算结果汇总
传动比
齿轮圆周速度m/s
输入力矩N·
m
小齿轮直径mm
大齿轮直径mm
模数mm
A齿数
B齿数
中心距mm
小齿轮宽度mm
大齿轮宽度mm
1.09
68
270
2.5
27
108
169
75
3.3轴的设计计算
(1)高速轴设计
传递的功率P1=4.22kw,转速n1=305.73r/min,直齿圆柱齿轮分度圆直径d1=68mm,传递的转矩T1=131.94Nm
1)选择轴的材料确定许用应力
减速器传递的功率属于中小功率,材料无特殊要求,故选用45钢调质处理,强度极限σB=650Mpa,许用弯曲应力[σ-1b]=60Mpa
2)初步确定轴的最小直径
根据《机械设计》表15-3得A0=103~126.
则,安装带轮需键联接直径扩大5%,取。
3)轴的结构设计
a.拟定轴上零件的装配方案
齿轮布置在箱体内部中央,将轴承对称安装在齿轮两侧,轴的外伸端安装带轮。
齿轮从左端装入,右端轴环定位,左端用套筒定位。
b.确定各轴段直径
轴段12(外伸端)直径最小,若选用6208,则
d12=32,d23=35,d34=40,d56=45,d67=40
c.确定各段长度
1.带轮的轮毂宽为108,则L12=106
2.轴承6208,其尺寸d×
D×
B=40×
80×
18,则L67=18
3.L56=21
4.齿轮距箱体内壁的距离a=16,确定轴承时,应距离箱体内壁s=8,轴承宽度B=18,则
5.根据轴承端盖的装卸及便于对轴承添加润滑油的要求,故取L23=70
d.轴上零件的周向固定
齿轮及带轮的周向固定采用平键连接;
为了保证齿轮以及带轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮及带轮轮毂与轴的配合为
e.确定轴上圆角以及倒角尺寸
参考《机械设计》表15-2,取轴端倒角为,各轴肩处圆角R2
4)求轴上的载荷
根据轴的结构画出轴的受力简图。
由于是滚动轴承,所以受力在中点。
a.在水平面内
在截面C处的弯矩为
在截面D(就是轴上的4)处的弯矩为
b.在垂直面内
在截面C处的弯矩为
在截面D处的弯矩为
c.C截面受弯矩情况
d.D截面受弯矩情况
e.两截面受扭矩情况
f.强度校核
1)C截面
2)D截面
故此轴安全。
(2)低速轴设计
传递的功率P2=4.06kw,转速n2=76.4r/min,直齿圆柱齿轮分度圆直径d2=270mm,传递的转矩T2=506.81Nm
则,安装带轮需键联接直径扩大5%,取
齿轮布置在箱体内部中央,将轴承对称安装在齿轮两侧,轴的外伸端安装半联轴器。
齿轮从右端装入,左端轴环定位,右端用套筒定位。
轴段78(外伸端)直径最小,若选,轴承选用6212则
d12=60,d23=65,d34=70,d45=65,d56=60,d67=55,d78=50
1.半联轴器的轮毂宽为84,则L78=82
2.齿轮的轮毂宽68,则L45=65
3.轴承6212,其尺寸d×
B=60×
110×
22,则L12=22
4.轴环高度h>
0.07d=4.55,取h=5,则轴环宽度b≥1.4h=7,取b=12,则L34=12
5.齿轮距箱体内壁的距离a=16,确定轴承时,应距离箱体内壁s=8,轴承宽度B=22,则;
6.根据轴承端盖的装卸及便于对轴承添加润滑油的要求,故取L67=50
为了保证齿轮以及带轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮及半联轴器轮毂与轴的配合为
g.在水平面内
在截面D(就是轴上的5)处的弯矩为
h.在垂直面内
i.C截面受弯矩情况
j.D截面受弯矩情况
k.两截面受扭矩情况
l.强度校核
3)C截面
4)D截面
3.4键连接的校核计算
(1)带轮与输入轴键连接设计
轴径,轮毂长度为,转矩T=131.94Nm
查《机械设计》表6-1,选用A型平键,其尺寸为.
现校核其强度:
查《机械设计》表6-2得,因为,故满足要求。
(2)大齿轮与输出轴键连接设计
轴径,轮毂长度为,转矩T=506.81Nm
(3)半联轴器与输出轴键连接设计
3.5滚动轴承的寿命计算
(1)高速轴上滚动轴承寿命计算
所选轴承代号6208
根据《机械设计课程设计》表8-155得C=29.5kN
(2)低速轴上滚动轴承寿命计算
所选轴承代号6212
根据《机械设计课程设计》表8-155得C=47.8kN
3.6联轴器的校核
所选联轴器代号为
校核计算:
第四章箱体的结构设计
1.箱体
(1)箱体采用灰铸铁铸造而成,采用剖分式结构,由机座和机盖两部分组成,取轴的中心线所在平面为剖分面。
箱体的强度、刚度保证,在轴承座孔处设置加强肋,做在箱体外部。
外轮廓为长方形。
(2)箱体结构良好的工艺性
机座壁厚为10mm,机盖厚度8mm,圆角半径为R=5。
机体外型简单,拔模方便.
(3)附件设计
a.视孔盖及窥视孔
在机盖顶部开有窥视孔,能看到传动零件啮合区的位置,并有足够的空间,以便于能伸入进行操作,窥视孔有盖板,机体上开窥视孔与凸缘一块,便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封,盖板用铸铁制成,用M8螺钉紧固。
b.油螺塞
放油孔位于油池最底处,并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧,以便放油,放油孔用螺塞堵住,因此油孔处的机体外壁应凸起一块,由机械加工成螺塞头部的支承面,并加封油圈加以密封。
c.油标
油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处;
油尺安置的部位不能太低,以防油进入油尺座孔而溢出。
d.通气孔
减速器运转时,机体内温度升高,气压增大,为便于排气,在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器,以便达到体内为压力平衡.
e.定位销
为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度,在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销,以提高定位精度.
f.吊环
在机盖上直接铸出吊钩和吊环,用以起吊或搬运较重的物体。
减速箱铸铁箱体主要结构尺寸关系
名称
符号
尺寸
机座厚度
δ
10
机盖厚度
δ1
8
机座凸缘的厚度
B
15
机盖凸缘的厚度
B1
12
机座底凸缘的厚度
b2
25
地脚螺栓的直径
df
20
轴承旁联接螺栓的直径
d1
16
上下机体结合处联接螺栓直径
d2
轴承端盖的螺钉直径
d3
窥视孔盖的螺钉直径
d4
6
螺栓Mdf至凸缘边缘的距离
C2f
24
螺栓Mdf至外机壁的距离
C1f
26
螺栓Md2至凸缘边缘的距离
C22
21
螺栓Md2至外机壁的距离
C12
22
螺栓Md1至外机壁的距离
C11
轴承旁凸台半径
R1
凸台高度
H
50
外机壁至轴承座端面的距离
L1
大齿轮齿顶圆与内机壁距离
△1
齿轮端面与内机壁距离
△2
机盖肋厚度
M1
机体肋厚度
M
小轴承端盖外直径
D2
130
大轴承端盖外直径
160
轴承旁联接螺栓距离
S
138及179(见装配图)
2.轴承端盖
轴承端盖是用来固定轴承的位置、调整轴承间隙并承受轴向力的,轴承端盖的结
构形式有凸缘式和嵌入式两种。
凸缘式轴承端盖的密封性能好,调整轴承间隙方便,因此,采用凸缘式,这种端盖
大多采用铸铁件。
第五章润滑密封的选择
(1)机体内零件润滑和密封
低速轴上齿轮的圆周速度为:
则采用浸油润滑,浸油深度不应超过一个齿高。
高速轴上的小齿轮采用溅油轮来润滑,利用溅油轮将油溅入齿轮啮合处进行润滑。
(2)滚动轴承润滑
对于滚动轴承6208,,故采用脂润滑;
对于滚动轴承6212,,故采用脂润滑;
(3)伸出端密封
轴伸端密封方式有接触式和非接触式两种。
毡圈密封是接触式密封,结构简单,价格低廉,适用于脂润滑轴承中。
第六章设计小结
经过此次减速箱的设计,我真正体会到一个完整机械的设计方法,虽然我选择的是单级圆柱直齿齿轮减速箱的设计,但是我还是从中学到了很多。
1.锻炼了自己运用课本知识的能力。
本次设计涉及了机械设计,机械原理,材料力学,理论力学,工程图学等多门课程的知识,通过本次设计,不但使我对课本知识在一定程度上进行了复习,而且锻炼了我运用知识的水平,提高了我对课程知识的综合运用能力。
2.通过本次实践,初步掌握了一般机械的设计流程,培养了我独立设计的能力。
在本次设计中,需要我们去翻阅很多书籍,自主查阅各种设计手册,初步培养我们的自主设计能力,这是课堂上难以学到的宝贵财富。
第七章参考资料
1.《机械设计》濮良贵,纪名刚主编高等教育出版社
2.《机械设计课程设计》陈秀宁,施高义主编浙江大学出版社
3.《材料力学》刘鸿文主编高等教育出版社
4.机械工业部洛阳轴承研究所.GB/T276-1994,滚动轴承深沟球轴承外形尺寸.机械中国标准出版社,1994.
5.廖念钊,古莹庵,莫雨松,互换性与技术测量[M].北京:
中国计量出版社,2001.
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