机械设计课程设计二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器设计说明书.doc
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1、机械设计课程设计计算说明书设计题目:二级圆锥圆柱齿轮减速器 机械设计制造及其自动化 专业 0904 班级设计者:伍广成(20094410419)指导教师:王剑彬南华大学 2012年5月31日目录一、设计数据及要求31.1传动方案示意图 31.2原始数据 31.3工作条件 3二、电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算42.1 电动机的选择 42.2传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配 52.3计算传动装置的运动和动力参数 5三、传动零件的设计计算73.1、直齿圆锥齿轮传动的设计计算 73.2、斜齿圆柱齿轮的传动的设计计算 11四、轴的计算164.1输入轴(I轴)的设计164.2中间轴(I
2、I轴)的设计204.3输出轴(轴)的设计24五、轴承的校核285.1输入轴滚动轴承计算 285.2中间轴滚动轴承计算 295.3输出轴滚动轴承计算 30六、键联接的选择及校核计算326.1输入轴键计算 326.2中间轴键计算 326.3输出轴键计算 33七、联轴器的选择34八、润滑与密封34九、减速器附件35十、设计小结38十一 、参考文献38一、设计数据及要求1.1传动方案示意图 图1.传动方案简图1.2原始数据表1:原始数据传送带拉力F(N)传送带速度V(m/s)滚筒直径D(mm)10002.64001.3工作条件两班制,使用年限为10年,连续单向运转,载荷较平稳,小批量生产,运输链速度允
3、许误差为链速度的5%。二、电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算2.1 电动机的选择 1、电动机类型选择:选择电动机的类型为三相异步电动机,额定电压交流380V。 2、电动机容量选择: (1)工作机所需功率=FV/1000=2.6Kw F-工作机阻力 v-工作机线速度 (2) 电动机输出功率 考虑传动装置的功率损耗,电动机的输出功率为 =/ 为电动机到工作机主动轴之间的总效率,即=0.841 -联轴器效率取0.99 -滚动轴承传动效率取0.99 -圆锥齿轮传动效率取0.95 -圆柱齿轮传动效率取0.97 -卷筒效率取0.96 =/= 3.092kw(3)确定电动机的额定功率因载荷平稳,电动
4、机额定功率略大于即可。所以可以暂定电动机的额定功率为4kw 3、确定电动机转速 卷筒工作转速 =601000V/D=124.14r/min 由于两级圆锥-圆柱齿轮减速器一般传动比为10-25,故电动机的转速的可选范围为=(10-25) =(1241.43103.52)r/min。F=1000NV=2.6m/s=2.6Kw=0.841=3.092kw=4kw=124.14r/min 可见同步转速为1500r/min ,3000r/min 的电动机都符合。综合考虑电动机和传动装置的尺寸,质量及价格等因素,为使传动装置结构紧凑,决定选用同步转速为1500r/min的电动机。 选定电动机型号为Y112
5、M-4其主要性能如下表:表2:电动机主要性能电动机型号额定功率/kW满载转速/(r/min)启动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y112M-4414402.22.32.2传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配 1、传动装置总传动比 =1140/124.14=11.60 2、分配各级传动比对于圆锥一圆柱齿轮减速器,为使大锥齿轮的尺寸不致过大,一般可取,最好使高速级锥齿轮的传动比 ,故取=3,=3.8662.3计算传动装置的运动和动力参数 1、各轴的转速(各轴的标号均已在图中标出) =1440 r/min =1440/3=480 r/min /=124.14 r/min =124.14 r/mi
6、n 2、各轴输入功率=3.061Kw=2.8789 Kw选型电动机 为Y112M-4=3 =3.866=1440 r/min=480 r/min=53r/min=3.061=2.8789=2.76463、各轴转矩 20505.97 N.mm=20505.970.99=20300.9 N.mm=57279.018 N.mm 212649.49 N.mm208417.77 N.mm将计算结果汇总列表如下表3 轴的运动及动力参数项目电动机轴高速级轴I中间轴II低速级轴III卷筒轴转速(r/min)14401440480124.14124.14功率(kw)3.0923.0612.87892.76462
7、.7096转矩(N.mm)20505.9720300.951279.018212649.49208417.77传动比133.8661效率0.990.940.960.98三、传动零件的设计计算3.1、直齿圆锥齿轮传动的设计计算已知输入功率=3.092kw(略大于小齿轮的实际功率),小齿轮的转速为:=1440r/min,大齿轮的转速为=480 r/min,传动比=3,由电动机驱动,工作寿命10年(设每年工作300天),两班制,连续单向运转,工作有轻振。1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1)按传动方案,选用直齿圆锥齿轮传动,齿形制,齿形角,齿顶高系数,顶隙系数5,螺旋角,不变位。(2)、运输机
8、为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度。(3)、材料选择,小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45刚(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度相差40HBS。(4)、选小齿轮齿数24,大齿轮齿数2.按齿面接触疲劳强度设计 公式:(1)、确定公式内的各计算值1)查得材料弹性影响系数。2)按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳极限3)计算应力循环次数小齿轮:大齿轮:4)查得接触疲劳寿命系数5) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式(10-12)得: (2) 计算试选,查得所以, 1)试算小齿轮的分度圆直径,带入中的较小值得6
9、3.45mm计算圆周速度v2) 计算载荷系数。根据v=,7级精度,由图10-8查得动载系数1.12;直齿轮,由表10-2查得使用系数 故载荷系数2.625按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径为3) 计算模数m。3.按齿根弯曲强度设计(1) 确定公式内的各计算数值1)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限;大齿轮的弯曲疲劳强度2) 由图10-8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=1.4,有10-22得4)计算载荷系数=2.6255)节圆锥角6)当量齿数 7)查取齿形系数。由表10-5查得 ;2.068)查取应力校正系数 由表10-5查得 ;1.979)计算
10、大小齿轮的 ,并加以比较 大齿轮的数值大。(2) 设计计算: 代入公式计算得:综合分析:按弯曲强度得:,按接触强度算得:算出小齿轮齿数: 大齿轮齿数: 故齿数比 这样设计出来的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。4.计算几何尺寸1) 计算分度圆直径 2) 计算中心距 3) 计算节圆锥角 4) 计算锥距 5) 计算齿轮宽度 圆整取3.2、斜齿圆柱齿轮的传动的设计计算 已知输入功率为=2.8789kw、小齿轮转速为=480r/min、齿数比为3.866,转矩为由电动机驱动,工作寿命10年(设每年工作300天),两班制,连续单向运转,工作有轻振。1、选定齿轮类型、精度等级、
11、材料及齿数(1)运输机为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度。(GB10095-88) (2)材料选择 由机械设计(第八版)表10-1小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度相差40HBS。(3)齿数,则大齿轮齿数 初选螺旋角。2、按齿面接触疲劳强度计算按下式设计计算 (1)确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数=1.62) 查教材图表(图10-30)选取区域系数=2.4333) 查教材表10-6选取弹性影响系数=189.8 4) 查教材图表(图10-26)得 =0.765 =0.84 =1.6055) 由教材公式10-
12、13计算应力循环次数:N=60nj =604801(2830010)=1382400000 N=5.7310/4.692=6) 查教材10-19图得:K1.04,K=1.137) 查取齿轮的接触疲劳强度极限650Mpa 550Mpa 8) 由教材表10-7查得齿宽系数=19) 小齿轮传递的转矩=10) 齿轮的接触疲劳强度极限:取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式(10-12)得:=1.04650=676=1.13550= 621.5 许用接触应力为 (2) 设计计算1) 按式计算小齿轮分度圆直径 =2) 计算圆周速度3) 计算齿宽b及模数 b=42.571mm =4) 计算齿宽与高之比
13、齿高h= =2.251.8775=4.2245 = =10.0775) 计算纵向重合度 =0.318tan=0.318122tan=1.7446) 计算载荷系数K 系数=1.25,根据V=1.0699m/s,7级精度查图表(图10-8)得动载系数=1.07 查教材图表(表10-3)得齿间载荷分布系数=1.4 由教材图表(表10-4)查得=1.424 查教材图表(图10-13)得=1.35 所以载荷系数 =2.66257) 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 =8) 计算模数 =3、按齿根弯曲疲劳强度设计 由弯曲强度的设计公式设计(1) 确定公式内各计算数值1) 计算载荷系数 =2.5752)
14、 根据纵向重合度=1.744 查教材图表(图10-28)查得螺旋影响系数=0.883) 计算当量齿数4) 查取齿形系数 查教材图表(表10-5)=2.6476 ,=2.1915) 查取应力校正系数 查教材图表(表10-5)=1.5808 ,=1.774146) 查教材图表(图10-20c)查得小齿轮弯曲疲劳强度极限=500MPa ,大齿轮弯曲疲劳强度极限=380MPa 。7) 查教材图表(图10-18)取弯曲疲劳寿命系数K=0.87 K=0.918) 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式得 = =9) 计算大、小齿轮的,并加以比较 大齿轮的数值大.(2) 设计计算1) 计
15、算模数 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所承载的能力。而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅取决于齿轮直径。按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=48.801来计算应有的齿数.2) 计算齿数 z= 取z=24 那么z=3.86624=92.784 取=934、几何尺寸计算(1) 计算中心距 a=120.58 (2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 =arccos 因值改变不多,故参数,等不必修正.(3) 计算大.小齿轮的分度圆
16、直径 d= d=(4) 计算齿轮宽度 = 四、 轴的设计计算4.1输入轴(I轴)的设计 1、求输入轴上的功率、转速和转矩 =3.061 kw =1440r/min =20301N.mm2、求作用在齿轮上的力 已知高速级小圆锥齿轮的平均分度圆直径为 则 圆周力、径向力及轴向力的方向如图2 图2、弯矩与扭矩图3、初步确定轴的最小直径 先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢(调质),根据机械设计(第八版)表15-3,取,得 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径,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。联轴器的计算转矩,查机械设计(第八版)表14-1,由于转矩变化小,故取,
17、则 查机械设计课程设计表14-1,选Lx2型弹性柱销联轴器其工称转矩为560N.m,而电动机轴的直径为28mm,所以联轴器的孔径不能太小.故取=20mm,半联轴器长度L=112mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度为62mm。4、轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案(见图2) 图3输入轴轴上零件的装配(2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1) 为了满足半联轴器的轴向定位,12段轴右端需制出一轴肩,故取23段的直径。左端用轴端挡圈定位,12段长度应适当小于L所以取=60mm2) 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力,故选用单列查得圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据,由机械设计课程
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