同轴二级圆柱齿轮减速器的设计(硬齿面).doc
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1、二级同轴圆柱斜齿轮减速器设计要求:1.运输带工作压力 F=6KN; 2.运输带工作速度v=1.3m/s;(允许运输带速度误差为5%) 3.滚筒的直径D=400mm; 4.滚筒效率j=0.96(包括滚筒与轴承的效率损失); 5.工作情况 两班制,连续单向运作,载荷焦平稳; 6使用折旧期 8y; 7.工作环境 室内,灰尘较大,环境最高温度35; 8.动力来源 电力,三相交流点,电压380/220V; 9.检修间隔 四年一大修,两年一次中修,半年一次小修; 10.制造条件及生产批量 一般机械厂制造,小批量生产11.齿面为硬式齿面设计进度要求:第一周:熟悉题目,收集资料,理解题目,借取一些工具书。第二
2、周:完成减速器的设计及整理计算的数据,为下步图形的绘制做准备。第三周:完成了减速器的设计及整理计算的数据。第四周:按照上一阶段所计算的数据,完成零部件的CAD的绘制。第五周:根据设计和图形绘制过程中的心得体会撰写论文,完成了论文的撰写。第六周:修改、打印论文,完成。36摘 要齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是: 瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠,可传递空间任意两轴之间的运动和动力; 适用的功率和速度范围广; 传动效率高,=0.92-0.98; 工作可靠、使用寿命长; 外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,
3、起匹配转速和传递转矩的作用。齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便,因而应用极为广泛。齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为单级、二级、三级和多级减速器几种;按轴在空间的相互配置方式可分为立式和卧式减速器两种;按运动简图的特点可分为展开式、同轴式和分流式减速器等。单级圆柱齿轮减速器的最大传动比一般为810,作此限制主要为避免外廓尺寸过大。若要求i10时,就应采用二级圆柱齿轮减速器。二级圆柱齿轮减速器应用于i:850及高、低速级的中心距总和为250400mmm的情况下。 本设计讲述了带式运输机的传动装置二级圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述,选择齿轮减速器作为传动装置,然后进行减速
4、器的设计计算(包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容)。运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计,完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制。关键词:齿轮啮合 轴传动 传动比 传动效率目 录摘要31.1传动简图51.2 选择电动机61.4 确定传动装置的总传动比及其分配71.5计算传动装置的运动及动力参数82 设计计算传动零件92.1 高速齿轮组的设计与强度校核92.3 低速齿轮组的设计与强度校核133 设计计算轴173.1 低速轴的设计与计算173.3 高速轴的设计与计算254.0箱体
5、的设计3041齿轮的润滑3242滚动轴承的润滑3243润滑油的选择3244密封方法的选取33结 论33致 谢34参考文献351.1传动简图 绘制传动简图如下: 从带的拉力、带的速度、卷筒直径、齿轮的工作寿命等多方面因素考虑,选择并确定传动简图。1-1 传动简图一、电机的选择:(1)、选择电动机类型: 按已知条工作要求和条件,选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。(2)、选择电动机功率: 工作机所需的电机输出功率为: 所以:由电动机至工作机之间的总效率为: 式中分别为联轴器、齿轮、轴承、滚筒的机械效率取则总效率为:所以:(3)、确定电动机的转速:卷筒轴的转速为:由于二级圆柱齿轮减速器传动比i=840
6、,所以电动机的可选范围为:符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min由查表知(三相异步电动机JB3074-82摘录)。方案电动机型号额定功率电动机转速(r/min)堵转转矩同步转速满载转速额定转矩1Y117507302.02Y1110009702.0311150014602.2综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量,比较三个方案可知:方案1电动机转速低,外廓尺寸及重量较大,价格较高,虽然传动比不大,但因电动机转速低,导致传动装置尺寸较大。方案3电动机转速较高,但总传动比大传动装置尺寸大。方案2比较合适。因此选定电动机型号为Y,所选电机的额定功率为=11KW,
7、满载转速为=970r/min总传动比适中,传动装置结构紧凑。所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表所示:中心高(H)安装尺寸轴伸尺寸平键尺寸外形尺寸160ABDxEFxGDLHDAC/2AD地脚螺丝25425442x11012x8645385162.525515(4)、计算总传动比和分配传动比由选定电动机的满载转速和工作机主动轴的转速,可得传动装置的总传动比为:,所以: 同轴式双级圆柱齿轮传动比为: 从而推出:传动装置的实际传动比要由选定的齿轮齿数或齿轮基准直径准确计算,因而很可能与设定的传动比之间有误差,一般允许工作机实际转速与设定转速之间的相对误差为。(5)计算传动装置的运动和动力参数为
8、进行传动件的设计计算应首先推算出各轴的转速、功率和转矩。一般按由电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。(1)、各轴的转速: I轴转速: 轴转速:轴转速: 卷筒轴: n卷= n=60.6r/min(2)、各轴的输入功率 I轴: II轴: III轴: 卷筒轴:(3)、各轴的输入转矩 电机轴: I轴: II轴: III轴: 卷筒轴:运动和动力参数的计算结果如下:参数电动机轴I轴II轴III轴卷筒轴转速(r/min)970970242.560.660.6输入功率(KW)9.49.38.98.377.87输入转矩(Nm)92.591.5634613191240二、传动零件的设计计算
9、斜齿传动齿轮计算 (1)、选择齿轮材料及精度等级大、小齿轮选用40Cr钢调质,硬度为4855HRC;选7级精度.据安装设计要求,选择左旋斜齿传动,初选螺旋角=。(2)、按齿面接触疲劳强度设计 1)、载荷系数K 查载荷系数表知:取K=1.4 2)、小齿轮转矩 3)、齿数和齿宽系数考虑到此设计为同轴式减速器,故选小齿轮的齿数仍为=25;则大齿轮齿数为;由【齿宽系数表】查得齿宽度系数为=0.9查表【弹性系数】知:=189.84)、许用接触应力查【试验齿轮的接触疲劳极限】图知:, 查【安全系数】表知:。 应力循环次数为: 查【接触疲劳寿命系数】图知:;。 5)、计算齿面接触疲劳许用应力【】 6)、计算
10、小齿轮分度圆直径 7)、计算齿轮的圆周速度v 8)、计算齿宽B及模数 h=2.25m=2.25x2.32=6.22mm 9)、计算纵向重合度:10)、计算载荷系数:已知使用系数,V=0.23m/s,7级精度,查【动载系数】图知:kv=0.85;由表【齿间载荷分配系数】表知:所以载荷系数为:11)、按实际的载荷系数校正分度圆直径:12)、计算当量齿数:;查表【齿轮齿形系数】知:查表【齿轮应力修正系数】知: 查图【齿轮弯曲疲劳极限】得齿轮疲劳极限:查图【弯曲疲劳寿命系数】得齿轮寿命系数为:;根据纵向重合度=1.9,由图查得螺旋角影响系数Y=0.8813)、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S
11、=1.35 14)、计算大小齿轮的并加以比较:所以:小齿轮的值大15)、齿根弯曲强度计算结论:对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取=2.5mm,即可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d3=71.2应有的齿数。于是由,取,。 16)、几何尺寸计算 (a)计算中心距: 将中心距进行圆整为:180mm (b) 确定螺旋角: 此值与初选相差不大,故不必重新计算,小齿轮旋向左旋,大齿轮旋向右(c)计算小、大齿轮的分度圆直径 d3= mn Z3/cos=72.1mm d4= mn Z4/cos=288.6mm (d)
12、计算齿轮的宽度B 所以:取B3=65,B4=60 综合上述,齿轮的参数如下: 名称符号公式小齿轮大齿轮齿数Z28112法面模数2.5螺旋角14.07分度圆直径dd=mz=72.1mm288.6mm齿顶圆直径77.1mm293.6mm齿顶高ha2.52.5齿根高3.1253.125全齿高dada=2.255.6255.625齿根圆直径67.1mm282.3mm标准中心距a180mm三、轴的设计与计算3.1 低速轴的设计与计算3.1.1 轴的基本设计(1)列出轴上的功率、转速和转矩(2)求作用在齿轮上的力因已知的低速级大齿轮的分度圆直径为=288.6mm 而圆周力轴向力(3)初步确定轴的最小直径选
13、取轴的材料为45钢,调质处理。由文献5表15-3,取=112,则mm由于键槽的影响:输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。输出轴的最小直径显然是安装联轴器的直径处,如图上图所示。为了使所选轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。查表知,考虑到转矩变化较小,所以取=1.5,则:联轴器的计算转矩为 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查机械设计手册,选用GICL4型鼓型齿式联轴器,其公称转矩为 。半联轴器的孔径 ,故取,半联轴器长度,半联轴器与轴配合的毂孔长度.轴的结构设计(1).根据轴向定位的要求确定轴的各段直
14、径和长度 1).为了满足半联轴器的轴向定位要求,1段右端需制出一轴肩,故取-段的直径;左端用轴端挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故-段的长度应比略短一些,现取2).因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承。按照工作要求并根据,查机械设计手册表6-1选取轴承30216,其尺寸为,故;而。3).取安装齿轮处的轴端-的直径;齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的跨度为60mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴端应略短于轮毂宽度,故取。齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高度,故取,则轴环处的直径。轴环宽度,取。 4).
15、轴承端盖的总宽度为(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离,故。 5).取齿轮距箱体内壁的距离,考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离,取,已知滚动轴承宽度,大齿轮轮毂长度,则 至此,已初步确定了轴的各段和长度。 (2).轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由机械设计手册表4-1查得平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配额为;同样,半联轴器与轴的连接,选用平键为,半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴
16、的周向定位是由过度配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为。 3).确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计表1-27,取轴端圆角。.求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算处的截面C处的、及的值列于下表。载荷 水平面H 垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度。根据上表数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,轴的计算应力 前已选定轴的材料为45钢,调质处理,由机械设计表11.2查得因
17、此,故安全。.精确校核轴的疲劳强度 (1).判断危险截面截面A,,B只受扭矩作用,虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的,所以截面A,B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起的应力集中最严重;从受载的情况来看,截面C上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的相近,但截面不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核。截面C上最然应力最大,但应力集中不大(过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端),而且这里轴的直径最大,故截面C也不必校核。截面显然更不必校核。由机械设计第三章附录可知,键槽的应力集中系数
18、比过盈配合的小,因而该轴只需校核截面左右两侧即可。 (2).截面左侧 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩为 截面 上的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 平均应力 ,应力幅 ,轴的材料为45钢,调质处理,由机械设计表11.2得,。 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计附表1.6查取。因,经差值后可查得 , 又由机械设计图2.7可得轴的材料的敏性系数为 ,故有效应力集中系数为 由机械设计图2.9 的尺寸系数;由图2.9的扭转尺寸系数轴按磨削加工,由机械设计图2.12得表面质量系数为 轴未经表面强化处理,即,则综合系数为 查机械设计手册得碳钢的特性系数 ,取 ,取于
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