机械课程设计的报告汇本说明书行星齿轮减速器传动装置设计单级.doc
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1、.wd目录一、设计选题11.1应用背景11.2题设条件1二、传动装置的方案设计22.1选取行星齿轮传动机构22.2总体传动机构的设计3三、传动装置的总体设计33.1选择电动机33.2传动系统的传动比53.3 传动系统各轴转速/功率/转矩5四、减速器传动零件的设计64.1 齿轮的设计计算与校核64.1.1 确定各齿轮的齿数64.1.2 初算中心距和模数74.1.3齿轮几何尺寸计算94.1.4 齿轮强度校核受力分析/接触弯曲强度校核114.2轴/轴承/联轴器/键的设计计算与校核164.2.1行星轴设计轴/轴承164.2.2 行星架构造设计194.2.3 输入轴的设计轴/轴承/联轴器/键选用及校核2
2、04.2.4输出轴的设计轴/轴承/联轴器/键选用及校核284.3箱体的设计及润滑密封的选择354.3.1箱体的设计354.3.2润滑密封的选择37五、课程设计总结37六、主要参考文献38一、设计选题1.1应用背景近些年,随着国际工业水平的不断提高以及国家对工业技术的支持助力,越来越多的工业机器取代了人力,各行各业从中获利;同时由于市场工艺方面的需求,涌现了一批体积小,效率高的新型机械产品。它们一般都是以小巧紧凑,平稳高效,方便快捷而深获各行各业的青睐。这些机器其中就有一些是以行星轮作为其减速器的主要构造。现在市场上常用的减速器大多是普通齿轮减速器,一般都比拟笨重粗糙,不太符合一些新兴行业的紧凑
3、高效快捷的理念。而行星齿轮传动的主要特点就是体积、质量小,构造紧凑,承载能力、传动效率高,传动比拟大且运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。所以,设计出一款满足市场常用机器的行星轮减速器是很有市场前景的。故本次机械创新设计为一套基于行星轮减速器的传动装置设计。1.2题设条件现取一款市场上常用的运输带工作机,其工作拉力F=10000N,运输带速度v=1.30m/s,卷筒直径D=205mm;根据这款运输机的工作要求,设计出一套基于行星轮减速器的传动装置。另要求该减速器能够连续工作10年;承受中等冲击。二、传动装置的方案设计2.1选取行星齿轮传动机构最常见的行星齿轮传动机构是NGW型行星传动机构。行星齿
4、轮传动的型式可按两种方式划分:按齿轮啮合方式不同有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等类型N内啮合,W外啮合,G内外啮合公用行星轮。其中最常用为NGW型。NGW型按 根本构造的组成情况不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等类型。其中2Z-X型以其构造简单,制造方便,在机械传动中应用最广。2Z-X型为单级传动,效率高达0.970.99,故本次设计选用2Z-X型行星轮传动机构。图12Z-X(A)行星齿轮传动机构简化图如上图所示,a为太阳轮,b为内齿轮,c为行星轮,x为转臂,II轴III轴可为输入输出轴。当II轴为输入轴时,机构整体为减速;当III轴为输入轴时,机构整体为加速。2.2总体传动
5、机构的设计图2带式运输机传动装置如图2所示,运输机总体传动装置由电动机、行星轮减速器、卷筒组成。电动机通过联轴器将转矩传递给行星齿轮减速器,行星齿轮减速器再将转矩经联轴器传递至工作机卷筒,使之带动运输带工作,完成传动方案。三、传动装置的总体设计3.1选择电动机按工作要求和工作条件选用Y系列鼠笼三相异步电动机。其构造为全封闭自扇冷式构造,电压为380V。工作机有效功率,根据条件所给数据F=10000N,。那么工作机有效功率有:从电动机到工作机输送带之间的总效率为式中:,分别为弹性联轴器效率,滚动轴承效率,行星轮传动机构效率,卷筒效率所以电动机输出功率为:按资料查找2Z-X型的行星轮传动比工作机卷
6、筒的转速为所以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三种,比拟三种电机,选1000r/min的电机时,总传动较小,传动装置构造尺寸小,在根据额定功率大小选择电机型号,故确定电机的型号为Y180L-6.其满载转速为970r/min,额定功率为15KW。电动机型号:Y180L-6 额定功率:15KW同步转速:1000r/min 满载转速:970r/min3.2传动系统的传动比总传动比=电机满载转速/工作机转速 即3.3传动系统各轴转速/功率/转矩如图12Z-X(A)行星齿轮传动机构简化图所标注:电动机轴为轴, 减速器高速级轴为轴,低速
7、级轴为轴,卷筒轴为轴,那么各轴的转速各轴的输入功率各轴的输入转矩四、减速器传动零件的设计行星齿轮减速器构造特点:行星轮轴承安装在行星轮内,行星轴固定在行星架的行星轮轴孔中;输出轴和行星架通过键联接其支承轴承在减速器壳体内,太阳轮通过联轴器与高速轴联接,以实现传动。传动零件的设计计算,大致包括:齿轮的设计计算与校核(齿数/模数/中心距/齿轮材料/弯曲接触强度校核)轴的设计计算与校核(三个轴:行星轴/输入轴/输出轴 轴尺寸及强度校核)轴承的选型与寿命计算键的选择与强度计算箱体的设计润滑与密封的选择4.1齿轮的设计计算与校核4.1.1 确定各齿轮的齿数据2Z-X(A)型行星传动的传动比值和按其配齿计
8、算见?行星齿轮传动设计?公式3-27公式3-33可求得内齿轮b和行星轮c的齿数和。现考虑到行星齿轮传动的外廓尺寸较小,应选择中心轮a的齿数=17和行星轮=3.根据内齿轮对内齿轮齿数进展圆整,同时考虑到安装条件,取,此时实际的p值与给定的p值稍有变化,但是必须控制在其传动比误差的范围内。实际传动比为其传动比误差由于外啮合采用角度变位的传动,行星轮c的齿数应按如下公式计算,即再考虑到安装条件为整数故行星轮各齿数为 4.1.2初算中心距和模数1齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定太阳轮材料为40Cr,调质处理,强度极限,屈服极限,齿面硬度为280HBS。由?行星齿轮传动设计?P166图6-13查得齿
9、轮的接触疲劳极限图6-26查得齿轮的弯曲疲劳极限行星轮材料为40Cr,调质处理,强度极限,屈服极限,齿面硬度为240HBS。行星轮齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿,精度为6级。内齿圈材料为30CrMnSi,调质处理,强度极限1100MPa,屈服极限900MPa,外表硬度为320HBS。齿形终加工为插齿,精度7级。2减速器的名义输出转速由得 3载荷不均衡系数查?行星齿轮传动设计?,取4齿轮模数和中心距am=2.5,首先计算太阳轮分度圆直径:mm式中:正号为外啮合,负号为内啮合;算式系数为768直齿传动;齿数比为使用系数为1.25;综合系数为2;太阳轮单个齿传递的转矩。其中 高速级行星齿轮传动效率
10、,取=0.99行星轮的数量齿宽系数暂取=0.5=1450Mpa代入下式得:模数 取模数m=2.5那么取中心距由于装置状况是小齿轮作悬臂布置 故取计算齿轮齿宽 考虑不可防止的安装误差,为了保证设计齿宽b和节省材料,一般将小齿轮略为加宽510mm;一般会取小齿轮齿宽等于,大齿轮齿宽这里由于内齿轮、太阳轮内外啮合公用行星轮。为了保证三者之间的稳定性,选择取行星轮齿宽35mm,太阳轮、内齿轮齿宽30mm。4.1.3齿轮几何尺寸计算图3行星轮构造各齿轮副对于单级的2Z-X(A)型的行星齿轮传动按公式进展几何尺寸的计算,各齿轮副的计算结果如下表:各齿轮副的几何尺寸的计算结果 单位:mm工程计算公式a-c齿
11、轮副外啮合b-c齿轮副内啮合分度圆直径基圆直径齿顶圆直径外啮合内啮合齿根圆直径外啮合内啮合注:齿顶高系数:太阳轮、内齿轮、行星轮,顶隙系数:内齿轮、行星轮;模数m=2.5齿轮装配需满足4个条件:传动比条件/邻接条件/同心条件/安装条件本文前面齿轮尺寸选取已经满足传动比条件/同心条件/安装条件现验算其邻接条件:行星轮c的齿顶圆的直径,和代入上式,那么得满足邻接条件4.1.4齿轮强度校核受力分析/接触弯曲强度校核1行星轮构造受力分析首先进展行星齿轮传动的受力分析,行星齿轮传动的主要受力构件有中心轮、行星轮、转臂、内齿轮和行星齿轮轴及轴承等。进展受力分析时,假设行星齿轮转动为等速旋转,多个行星轮受载
12、均匀,且不考虑摩擦力及构件自重的影响。即在输入转矩的作用下各构件处于平衡状态。图4行星轮构造受力分析输入件所传递的转矩T传递给太阳轮上,故可得太阳轮小齿轮的转矩,式中np为行星轮个数。对于直齿圆柱齿轮传动,切向力径向力应力循环次数式中:,为太阳轮相对于行星架的转速。该减速器要求连续工作10年,每年按330天计算,每天按20小时计算,即。2齿轮强度校核在行星齿轮传动中,外啮合的中心轮,如2Z-X(A)型传动中的齿轮a太阳轮,由于它处于输入轴上,且同时与几个行星轮相啮合,应力循环次数最多,承受载荷较大,工作条件较差,通常是行星传动中的薄弱环节。故本节仅列出相啮合的小齿轮(中心轮)的强度计算过程,大
13、齿轮(行星轮)的计算方法一样,故略。齿面接触强度校核:a-c传动强度校核齿面接触应力: 式中:齿根弯曲应力齿根弯曲应力:式中:确定强度计算公式中的各种系数:1使用系数由前面计算太阳轮分度圆直径时查知=1.252动载荷系数由小齿轮中心轮相对于转臂行星架的节点线速度确定,由?行星齿轮传动设计?公式6-57可求得查图6-6,得=1.023齿向载荷分布系数、接触强度计算:弯曲强度计算:由?行星齿轮传动设计?P158查知,如果2Z-X(A)型和2Z-X(B)型行星齿轮传动的内齿轮宽度与行星轮分度圆直径的比值小与或等于1时,那么取齿向载荷分布系数。4齿间载荷分布系数、因,精度6级,硬齿面直齿轮,查?行星齿
14、轮传动设计?表6-9,得,由该书公式6-63得重合度系数5节点区域系数按下式计算式中:直齿轮,端面节圆啮合角,端面压力角6弹性系数查?行星齿轮传动设计?表6-10,得 (钢-钢)7载荷作用齿顶时的齿形系数根据和,查?行星齿轮传动设计?图6-22得8载荷作用齿顶时的应力修正系数查?行星齿轮传动设计?图6-24得9螺旋角系数、因直齿轮,10齿数比齿面接触应力:齿根弯曲应力:确定许用接触应力的各种系数:1寿命系数因,查?行星齿轮传动设计?图6-16,得2润滑系数取,(40时润滑油的名义运动粘度)?机械设计?P234并由?行星齿轮传动设计?图6-17,得=1.123速度系数因,查?行星齿轮传动设计?P
15、170图6-18,得4粗糙度系数取齿面,并由查?行星齿轮传动设计?图6-19,得5工作硬化系数因齿轮为硬齿面,且齿面由?行星齿轮传动设计?图6-20,得6尺寸系数查?行星齿轮传动设计?表6-15,得接触强度安全系数查?行星齿轮传动设计?表6-11,知可靠性高,符合设计要求。确定许用弯曲应力的各种系数1寿命系数因,查?行星齿轮传动设计?图6-31,得2尺寸系数查?行星齿轮传动设计?表6-17,得3相对齿根圆角敏感系数近似取4齿根外表状况系数查?行星齿轮传动设计?表6-18,得齿根计算许用弯曲应力弯曲强度安全系数查?行星齿轮传动设计?表6-11,知可靠性高,符合设计要求。故行星齿轮构造强度校核符合
16、要求。4.2轴/轴承/联轴器/键的设计计算与校核(三个轴:行星轴/输入轴/输出轴)4.2.1行星轴设计轴/轴承1初算轴的最小直径在相对运动中,每个行星轮轴承受稳定载荷,当行星轮相对于行星架对称布置时,载荷那么作用在轴跨距的中间。取行星轮与行星架之间的间隙,齿宽b2=35,那么跨距长度。当行星轮轴在转臂中的配合选为H7/h6时,就可以把它看成是具有跨距为的双支点梁。当轴较短时,两个轴承几乎紧紧地靠着,因此,可以认为轴是沿着整个跨度承受均布载荷以以下列图。图4行星轮轴的载荷简图危险截面在跨度中间内的弯矩 ?材料力学?行星轮轴采用40Cr钢,调质,考虑到可能的冲击振动,取安全系数;那么许用弯曲应力,
17、由材料力学中,弯曲应力的强度条件:|对于截面是直径为d的圆形,那么:故行星轮轴直径取其实际尺寸将在选择轴承时最后确定。2选择行星轮轴轴承及寿命计算在行星轮内安装两个轴承,每个轴承上的径向载荷在相对运动中,轴承外圈的转速考虑到行星轮轴的直径,以及安装在行星轮体内的轴承,其外廓尺寸将受到限制,故初步选用深沟球轴承6404型,其参数为 根本额定动载荷: 根本额定定载荷油浴;取载荷系数;中等冲击1.2-1.8行星轴上所受径向力当量动载荷轴承的寿命计算根据设计要求,该减速器要求连续工作10年,每年按330天计算,每天按20小时计算,即。所以设计决定选用6404型轴承,并把行星轮轴直径增大到。校核行星轮轮
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