二級(jí)同軸式圓柱齒輪減速器課程設(shè)計(jì)說明書

1、目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 (1傳動(dòng)方案的擬定及說明 (4電動(dòng)機(jī)的選擇 (4計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) (5傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 (5軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 (8滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 (14鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 (16連軸器的選擇 (16減速器附件的選擇 (17潤滑與密封 (18設(shè)計(jì)小結(jié) (18參考資料目錄 (18機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目:設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器一.總體布置簡圖 1電動(dòng)機(jī);2聯(lián)軸器;3齒輪減速器;4帶式運(yùn)輸機(jī);5鼓輪;6聯(lián)軸器二.工作情況:載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)三.原始數(shù)據(jù)鼓輪的扭矩T(N·m:850鼓輪的直徑D(mm:350運(yùn)輸帶速度V(m/s:0.7帶速

2、允許偏差(%:5使用年限(年:5工作制度(班/日:2四.設(shè)計(jì)內(nèi)容1.電動(dòng)機(jī)的選擇與運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算;2.斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.軸的設(shè)計(jì)4.滾動(dòng)軸承的選擇5.鍵和連軸器的選擇與校核;6.裝配圖、零件圖的繪制7.設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的編寫五.設(shè)計(jì)任務(wù)1.減速器總裝配圖一張2.齒輪、軸零件圖各一張3.設(shè)計(jì)說明書一份六.設(shè)計(jì)進(jìn)度1、第一階段:總體計(jì)算和傳動(dòng)件參數(shù)計(jì)算2、第二階段:軸與軸系零件的設(shè)計(jì)3、第三階段:軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制4、第四階段:裝配圖、零件圖的繪制及計(jì)算說明書的編寫傳動(dòng)方案的擬定及說明由題目所知傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型為:同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器。故只要對(duì)本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析論證。本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的

3、特點(diǎn)是:減速器橫向尺寸較小,兩大齒輪浸油深度可以大致相同。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,軸向尺寸大,中間軸較長、剛度差,中間軸承潤滑較困難。電動(dòng)機(jī)的選擇1.電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是:載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式Y(jié) (IP44系列的電動(dòng)機(jī)。2.電動(dòng)機(jī)容量的選擇1 工作機(jī)所需功率P wP w =3.4kW2 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 Pd =Pw/=軸承聯(lián)齒軸承聯(lián)23=0.904Pd =3.76kW3.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇nd =(i1·i2innw初選為同步轉(zhuǎn)速為1000r/min 的電動(dòng)機(jī)4.電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定由表20-1查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M1-6,其額定功率為4kW ,滿載轉(zhuǎn)

4、速960r/min ?；痉项}目所需的要求。計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配1.計(jì)算總傳動(dòng)比由電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速nm 和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速nw 可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比為: i =nm/nw nw =38.4i =25.142.合理分配各級(jí)傳動(dòng)比由于減速箱是同軸式布置,所以 因?yàn)閕 =25.14,取i =25,i1=i2=5速度偏差為0.5%<5%,所以可i1=i2。行。各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩項(xiàng) 目 電動(dòng)機(jī)軸 高速軸I 中間軸II 低速軸III 鼓 輪 轉(zhuǎn)速(r/min 960 960 192 38.4 38.4 功率(kW 4 3.96 3.84 3.72

5、 3.57 轉(zhuǎn)矩(N ·m 39.8 39.4 191 925.2 888.4 傳動(dòng)比 1 1 5 5 1 效率 10.990.970.970.97傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算1.選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1 材料及熱處理;選擇小齒輪材料為40Cr (調(diào)質(zhì),硬度為280HBS ,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì),硬度為240HBS ,二者材料硬度差為40HBS 。 2 精度等級(jí)選用7級(jí)精度;3 試選小齒輪齒數(shù)z1=20,大齒輪齒數(shù)z2=100的; 4 選取螺旋角。初選螺旋角=14°2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷,所以通過低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 按式(1021試算,即dt 321

6、·2+H EH d t Z Z u u T K 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1 試選Kt =1.6 (2 由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)ZH =2.433 (3 由表10-7選取尺寬系數(shù)d =1 (4 由圖10-26查得1=0.75,2=0.87,則=1+2=1.62 (5 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE =189.8Mpa (6 由圖10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1=600MPa ;大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550MPa ; (7 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh =60×192×1×(2

7、×8×300×5=3.32×10e8N2=N1/5=6.64×107(8 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.95;KHN2=0.98 (9 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)S =1,由式(10-12得H 1=0.95×600MPa =570MPaH 2=0.98×550MPa =539MPaH=H 1+H 2/2=554.5MPa2 計(jì)算(1 試算小齒輪分度圓直徑d1td1t =67.85(2 計(jì)算圓周速度v=10006021n d t =10006085192.67=0.68m/s(3 計(jì)算齒寬

8、b 及模數(shù)mntb=dd1t=1×67.85mm=67.85mm mnt=11cos z d t =2014cos 85.67。=3.39 h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mmb/h=67.85/7.63=8.89(4 計(jì)算縱向重合度=tan 318.01z =0.318×1×tan14。=1.59 (5 計(jì)算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn),所以取K A =1根據(jù)v=0.68m/s,7級(jí)精度,由圖108查得動(dòng)載系數(shù)K V =1.03;由表104查的KH 的計(jì)算公式和直齒輪的相同,故 KH =1.12+0.18(1+0.6×121&#

9、215;12+0.23×103-67.85=1.42由表1013查得KF =1.36由表103查得KH =KH =1.4。故載荷系數(shù)K=KAKVKH KH =1×1.03×1.4×1.42=2.05(6 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑,由式(1010a 得(7 計(jì)算模數(shù)mnm n 11cos z d =20cos146.73。mm=3.74 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(1017m n 3212·cos 2F Sa Fa d Y Y z KTY 1 確定計(jì)算參數(shù)(1 計(jì)算載荷系數(shù)K=KAKVKF KF =1×1.03×1

10、.4×1.36=1.96(2 根據(jù)縱向重合度=0.318dz1tan =1.59,從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)Y =0。88(3 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)z1=z1/cos 3=20/cos 314。=21.89z2=z2/cos 3=100/cos 314。=109.47(4 查取齒型系數(shù)由表10-5查得YFa1=2.724;Yfa2=2.172(5 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798(6 計(jì)算FF1=500MpaF2=380MPaKFN1=0.95KFN2=0.98F1=339.29MpaF2=266MPa(7 計(jì)算大、小齒輪的F Sa Fa Y

11、Y 并加以比較 111F Sa Fa Y Y =292 設(shè)計(jì)計(jì)算m n 34.幾何尺寸計(jì)算1 計(jì)算中心距 z1nm d cos 1=32.9,取z1=33 z2=165a (cos 221nm z z +=255.07mma 圓整后取255mm2 按圓整后的中心距修正螺旋角=arcos(a m z z n 221+=13。5550”3 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 d1cos 1n m z =85.00mm d2cos 2n m z =425mm4 計(jì)算齒輪寬度b=dd1b=85mmB1=90mm ,B2=85mm5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以大齒輪為例。因齒輪齒頂圓直徑大于160mm ,而又小于500mm ,

12、故以選用腹板式為宜。其他有關(guān)尺寸參看大齒輪零件圖。軸的設(shè)計(jì)計(jì)算擬定輸入軸齒輪為右旋II 軸:1.初步確定軸的最小直徑d 30N P A =319284.3126=34.2mm 2.求作用在齒輪上的受力 Ft1=dT 2=899N Fr1=Ft cos tan n =337N Fa1=Fttan =223N ;Ft2=4494NFr2=1685NFa2=1115N3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 擬定軸上零件的裝配方案 i.I-II 段軸用于安裝軸承30307,故取直徑為35mm 。 ii.II-III 段軸肩用于固定軸承,查手冊(cè)得到直徑為44mm 。 iii.III-IV 段為小齒輪,外徑90mm 。 iv

13、.IV-V 段分隔兩齒輪,直徑為55mm 。 v.V-VI 段安裝大齒輪,直徑為40mm 。 vi.VI-VIII 段安裝套筒和軸承,直徑為35mm 。 2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1. I-II 段軸承寬度為22.75mm ,所以長度為22.75mm 。2. II-III 段軸肩考慮到齒輪和箱體的間隙12mm ,軸承和箱體的間隙4mm ,所以長度為16mm 。3. III-IV 段為小齒輪,長度就等于小齒輪寬度90mm 。4. IV-V 段用于隔開兩個(gè)齒輪,長度為120mm 。5. V-VI 段用于安裝大齒輪,長度略小于齒輪的寬度,為83mm 。6. VI-VIII 長度為4

14、4mm 。4.求軸上的載荷66 207.5 63.5Fr1=1418.5NFr2=603.5N查得軸承30307的Y 值為1.6Fd1=443NFd2=189N因?yàn)閮蓚€(gè)齒輪旋向都是左旋。故:Fa1=638NFa2=189N5.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1 判斷危險(xiǎn)截面由于截面IV 處受的載荷較大,直徑較小,所以判斷為危險(xiǎn)截面2 截面IV 右側(cè)的M P a WM m b 5.17= 截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為MPa W T T T 64.72= MPa Tm b 99.7298.152= 由于軸選用40cr ,調(diào)質(zhì)處理,所以MPa B 735=,MPa 3861=-,MPa 2601=-。(2P355表15-

15、1a 綜合系數(shù)的計(jì)算 由045.0552=d r ,6.1=dD 經(jīng)直線插入,知道因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為23.2=,81.1=,(2P38附表3-2經(jīng)直線插入軸的材料敏感系數(shù)為85.0=q ,87.0=q ,(2P37附圖3-1故有效應(yīng)力集中系數(shù)為05.21(1=-+=q k 70.11(1=-+=q k查得尺寸系數(shù)為72.0=,扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為76.0=,(2P37附圖3-2(2P39附圖3-3軸采用磨削加工,表面質(zhì)量系數(shù)為92.0=,(2P40附圖3-4軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理,即1=q ,則綜合系數(shù)值為93.211=-+=k K11.211=-+=k Kb 碳鋼系數(shù)的確定碳鋼的特性系數(shù)取為

16、1.0=,05.0= c 安全系數(shù)的計(jì)算 軸的疲勞安全系數(shù)為92.61=+=-ma K S 66.241=+=-ma K S S S S S S S ca =>=+=5.166.622故軸的選用安全。I 軸:1.作用在齒輪上的力FH1=FH2=337/2=168.5 Fv1=Fv2=889/2=444.52.初步確定軸的最小直徑mm n P A d a 9.1731101=3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1確定軸上零件的裝配方案 2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度d 由于聯(lián)軸器一端連接電動(dòng)機(jī),另一端連接輸入軸,所以該段直徑尺寸受到電動(dòng)機(jī)外伸軸直徑尺寸的限制,選為25mm 。e 考慮到聯(lián)軸器的軸向

17、定位可靠,定位軸肩高度應(yīng)達(dá)2.5mm ,所以該段直徑選為30。f 該段軸要安裝軸承,考慮到軸肩要有2mm 的圓角,則軸承選用30207型,即該段直徑定為35mm 。g 該段軸要安裝齒輪,考慮到軸肩要有2mm 的圓角,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,定為40mm 。h 為了齒輪軸向定位可靠,定位軸肩高度應(yīng)達(dá)5mm ,所以該段直徑選為46mm 。i 軸肩固定軸承,直徑為42mm 。j 該段軸要安裝軸承,直徑定為35mm 。 1 各段長度的確定各段長度的確定從左到右分述如下:a 該段軸安裝軸承和擋油盤,軸承寬18.25mm ,該段長度定為18.25mm 。 b 該段為軸環(huán),寬度不小于7mm ,定為11mm 。c 該段安裝

18、齒輪,要求長度要比輪轂短2mm ,齒輪寬為90mm ,定為88mm 。d 該段綜合考慮齒輪與箱體內(nèi)壁的距離取13.5mm 、軸承與箱體內(nèi)壁距離取4mm (采用油潤滑,軸承寬18.25mm ,定為41.25mm 。e 該段綜合考慮箱體突緣厚度、調(diào)整墊片厚度、端蓋厚度及聯(lián)軸器安裝尺寸,定為57mm 。f 該段由聯(lián)軸器孔長決定為42mm4.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 W=62748N.mm T=39400N.mm45鋼的強(qiáng)度極限為MPa p 275=,又由于軸受的載荷為脈動(dòng)的,所以6.0=。43(232p m p MPa WT M <=+=III 軸1.作用在齒輪上的力FH1=FH2=4494

19、/2=2247N Fv1=Fv2=1685/2=842.5N2.初步確定軸的最小直徑mm n P A d a 4.5131101=3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 軸上零件的裝配方案 2 據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII 直徑 60 70 75 87 79 70 長度105113.758399.533.255.求軸上的載荷Mm=316767N.mm T=925200N.mm 6. 彎扭校合2.51(212p m p MPa WT M <=+=滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算I 軸:1.求兩軸承受到的徑向載荷5、 軸承30206的校核1

20、徑向力5.1682121=+=V H r F F F2 派生力N Y F F rA dA 7.522=,N YFF rB dB 7.522= 3 軸向力e F F rA aA >=32.1,e F FrBaB <=31.0, 所以4.0=A X ,6.1=A Y ,1=B X ,0=B Y 。由于為一般載荷,所以載荷系數(shù)為2.1=p f ,故當(dāng)量載荷為N F Y F X f P aA A rA A p A 04.509(=+=22.202(=+=aB B rB B p B F Y F X f P5 軸承壽命的校核h h P Cr n L Ah 240001098.3(6010716

21、>=II 軸:6、 軸承30307的校核1 徑向力N F F F V H rA 5.14182121=+= N F F F V H rb 5.6032222=+=2 派生力N Y F F rA dA 4432=,N YFF rB dB 1892= 3 軸向力e F F rA aA >=45.0,e F FrBaB <=31.0, 所以4.0=A X ,6.1=A Y ,1=B X ,0=B Y 。由于為一般載荷,所以載荷系數(shù)為2.1=p f ,故當(dāng)量載荷為N F Y F X f P aA A rA A p A 84.1905(=+=N F Y F X f P aB B rB

22、B p B 2.724(=+=5 軸承壽命的校核h h P Cr n L Ah 240001050.1(6010716>=III 軸:7、 軸承32214的校核1 徑向力N F F F V H rA 5.8422121=+= N F F F V H rb 5.8422222=+=2 派生力N Y F F rA dA 6.2942=,N YFF rB dB 6.2942=3） 軸向力 由于 Fa1 + FdB = 294 .6 + 1115 = 1409 .6 N > FdA ， 所以軸向力為 FaA = 1115 N ， FaB = 294 .6 N 4） 當(dāng)量載荷 由于 FaA

23、F = 1.32 > e ， aB = 0.34 < e ， FrA FrB 所以 X A = 0.4 ， Y A = 1.5 ， X B = 1 ， YB = 0 。 由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為 f p = 1.2 ，故當(dāng)量載荷為 PA = f p ( X A FrA + YA FaA = 2317 .87 N PB = f p ( X B FrB + YB FaB = 1011 N 5） 軸承壽命的校核 Lh = 10 6 Cr e ( = 56.1 ´ 10 7 h > 24000 h 60 n1 PA 鍵連接的選擇及校核計(jì)算 代號(hào) 高 速 軸 中 間 軸

24、 低 速 軸 8×7×60（單頭） 12×8×80（單頭） 12×8×70（單頭） 直徑 （mm） 25 40 40 工作長度 （mm） 35 68 58 工作高度 （mm） 3.5 4 4 轉(zhuǎn)矩 （N·m） 39.8 39.8 191 極限應(yīng)力 （MPa） 26.0 7.32 41.2 20×12×80（單頭） 18×11×110（單頭） 75 60 60 107 6 5.5 925.2 925.2 68.5 52.4 由于鍵采用靜聯(lián)接，沖擊輕微，所以許用擠壓應(yīng)力為 s p = 11

25、0 MPa ，所以上述鍵皆安全。 連軸器的選擇 由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。 一、高速軸用聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于裝置用于運(yùn)輸機(jī)，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，所以工作情況系數(shù)為 K A = 1.5 ， 計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 Tca = K AT1 = 1.5 ´ 39.8 = 59.7 N × m 所以考慮選用彈性柱銷聯(lián)軸器 TL4（GB4323-84） ，但由于聯(lián)軸器一端與電動(dòng)機(jī)相連， 其孔徑受電動(dòng)機(jī)外伸軸徑限制，所以選用 TL5（GB4323-84） 其主要參數(shù)如下： 材料 HT200 公稱轉(zhuǎn)矩 Tn = 125 N × m 軸孔直徑 d1 = 38mm ， d 2 =

26、 25mm 軸孔長 L = 82 mm ， L1 = 60 mm 裝配尺寸 A = 45mm 半聯(lián)軸器厚 b = 38mm （1P163 表 17-3） （GB4323-84） 二、第二個(gè)聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于裝置用于運(yùn)輸機(jī)，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，所以工作情況系數(shù)為 K A = 1.5 ， 計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 Tca = K AT3 = 1.5 ´ 925 .2 = 1387 .8 N × m 所以選用彈性柱銷聯(lián)軸器 TL10（GB4323-84） 其主要參數(shù)如下： 材料 HT200 公稱轉(zhuǎn)矩 Tn = 2000 N × m 軸孔直徑 d1 = d 2 = 63mm 軸孔長 L = 142 mm ， L1