机械设计课程设计带式运输机圆柱齿轮减速器设计.doc
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1、机械课程设计计算说明书目录一、课程设计任书 3二、方案比较 5三、电动机的选择 6四、传动装置的运动和动力参数计算 7五、运动和动力参数的算 8六、减速器高速级齿轮设计 10七、减速器低速级齿轮设计 14八、轴的设计计算 (输入轴) 20轴的设计计算及强度校核 (中间轴) 轴的设计计算 (输出轴) 九、滚动轴承的选择及计算 25十、键连接的选择及校核计算 29十一、联轴器的选择 30十二、润滑与密封 31十三、拆装和调整说明 31 十四、减速器附件的选择 31十五、参考资料 32一 课题设计任务书一、 目的及要求:机械设计课题的设计主要是培养学生的机械设计的综合能力。通过自己动手,可以体会和巩
2、固先修课程的理论和实际知识,同时还能学习如何运用标准、规范、手册等有关国家标准及技术手册,更重要的是可以提高学生从机器功能的要求、尺寸、工艺、经济和安全等诸多方面综合考虑如何设计的能力,从而树立正确的设计思想。课程结束每个学生必须完成:1 一张减速器装配图(A0图纸绘制);2 齿轮和轴的零件图各一张;3 设计说明书一份(约60008000字)。二、 设计题目: 设计运送原料的带式运输机所用的圆柱齿轮减速器,具体内容是:1 设计方案论述。2 选择电动机。3 减速器外部传动零件设计。4 减速器设计。1) 设计减速器的传动零件;2) 对各轴进行结构设计,按弯扭合成强度条件验算个轴的强度;3) 按疲劳
3、强度条件计算输出轴上轴承的强度;4) 选择各对轴承,计算输出轴上轴承的寿命;5) 选择各键,验算输出轴上键连接的强度;6) 选择各配合尺寸处的公差与配合;7) 决定润滑方式,选择润滑剂;5. 绘制减速器的装配图和部分零件工作图;6. 编写设计说明书。三、 已知条件1. 展开式二级圆柱齿轮减速器产品。2. 动力来源 :电力,三相交流,电压380/220V。 运输机工作轴转矩T=450N*m 输送带的工作拉力 输送带工作速度=1.1m/s。3. 滚筒直径D=400mm。4. 滚筒效率=0.96(包括轴承与滚筒的效率损失)。5. 工作情况:两班制(每班8小时),连续单向运行,载荷较平稳。6. 使用折
4、旧期:10年(每年按300天计算)7. 检修间隔期:四年一次大修,二年一次中修,半年一次小修。8. 工作环境:室内,环境最高温度35,灰尘较大。9. 制造条件及生产批量:一般机械厂制造,小批量生产。四、分析减速器的结构1、传动系统的作用:作用:介于机械中原动机与工作机之间,主要将原动机的运动和动力传给工作机,在此起减速作用,并协调二者的转速和转矩。2、传动方案的特点:特点:结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列,导致横向尺寸较大,机器不紧凑。但齿轮的位置不对称,高速级齿轮布置在远离转矩输入端,可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形
5、部分地抵消,以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。3、电机和工作机的安装位置:电机安装在远离高速轴齿轮的一端;工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。4、画传动系统简图: 二. 方案比较1. 展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置,因而沿齿向载荷分布不均,要求轴有较大刚度。分流式齿轮相对于轴承对称分置,常对于较大功率、变载荷场合。同轴式减速器长度方向尺寸较大,中间轴较长,刚度较差。两级大齿轮直径接近,有利于浸油润滑。2. 同轴式减速器横向尺寸较小,两对齿轮浸入油中深度大致相同。单轴向尺寸大和重量较大,且中间轴较长,刚度差,沿齿轮宽载荷分布不均匀,高速轴的承载能力难于充分利用。3. 两级圆锥-圆柱齿轮减速器
6、轮齿可做成直齿斜齿曲线齿,用于两轴垂相交的传动中,也可用于两轴垂直相错的传动中。由于圆锥齿轮在高速级,应使圆锥齿轮尺寸不致太大,否则加工困难。 三选择电动机类型按工作 要求:连续单向运转,载荷平稳;选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,电压380V。稳定运转下。工作机主轴转速为:工作机主轴上的转矩:由课程设计手册表1-7查得1(联轴器)=0.99,2(球轴承)=0.99,3(齿轮传动7级精度)=0.98,4(V带)=0.96。电动机至工件机主轴之间的总效率为: =工件机主轴所需功率: 所以电动机所需功率为 由课程设计手册表12-1查出符合设计要求并综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价
7、格等选定电动机型号为Y112M-2,则所选取电动机:额定功率为 型号为Y112M-4电动机转速,已知,故电动机转速的可选范围是,选为故选电动机型号为Y112M-4 其主要参数为:,四、总传动比确定及各级传动比分配 分配原则:各级传动尺寸协调,承载能力接近,两个大齿轮直径接近以便润滑。 , ,取其为,所以,所以,五、运动和动力参数的计算(各轴转速,各轴输入功率和输入转矩)名级效率: 第一级效率: 第二级效率: 第三级效率:1.各轴转速:2.各轴输入功率:3.各轴输入转距:运动和动力参数计算结果整理于下表:轴名功率转距转速传动比效率 输入输出输入输出电动机轴43.1220.7一轴571.433.6
8、9二轴177.2177.2154.862.95三轴2.76496.545052.49六、传动零件的设计计算1.带传动的选择计算工作情况为:运转方向不变,工作载荷稳定。由表8-7查得,故 小带轮转速为据计算功率和小带轮转速:由图8-10选择的带型为普通V带A型初选小带轮的基准直径:由表8-6和表8-8,取小带轮基准直径,故,根据表8-8,圆整为验算带的速度:,经验算符合要求525m/s确定中心距和带的基准长度:根据传动的结构需要初定中心距,取:,取。所需带的基准长度:由表8-2选带的基准长度。实际中心距,中心距离的变化范围为。验算主动轮上的包角:符合要求确定带的根数:由和查表8-4a得,由和 查
9、表8-4b得查表8-5和表8-2得,于是,则 确定预紧力:由表8-3查得B型带的单位长度质量,所以由于新带容易松弛,所以对非自动紧张的带传动,安装新带的预紧力应大于上述预紧力,所以计算带传动作用在轴上的力:为了设计安装带轮的轴和轴承,必须确定带传动作用在轴上的力。如果不考虑带的两边的拉力差,则: 9.查表8-10,带轮宽度B=(z-1)e+2f=(2-1)15+29=33mm10带轮结构设计 材料选用HT200,2.高速级齿轮设计u 选精度等级、材料及齿数选用斜齿圆柱齿轮传动如上图所示,有利于保障传动的平稳性;,运输机一般工作机器,速度不高,故选用7级精度。材料选择。由表10-1选择小齿轮材料
10、为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。(硬度差为30至50HBS或更多,为软齿面齿轮)选小齿轮齿数 ,大齿轮齿数 ,选取螺旋角。初选螺旋角 (8度至20度)u 按齿面接触疲劳强度进行计算设计计算公式是1)确定公式内各计算数值:载荷系数:由P217图10-30选取区域系数为:由图10-26查得:=0.73,=0.87,则=1.60。小齿轮传递的转矩: 由表10-7选取齿宽系数:由表10-6查得材料的弹性影响系数:由图10-21d查得齿轮的接触疲劳强度极限:应力循环次数:由表10-19查得接触疲劳寿命系数:,计算接触疲劳许
11、用应力,取安全系数所以需用接触应力为:2)代入数据进行计算计算小齿轮分度圆直径计算圆周速度: 计算齿宽及模数:计算齿宽与齿高之比:齿高 所以 计算纵向重合度:计算载荷系数:根据,7级精度,由图10-8查得动载系数由表10-3查得,由表10-2查得使用系数由表10-4查得7级精度,小齿轮1相对支承非对称布置时,由,查图10-13得故载荷系数按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径,由(10-10a)得:计算模数:u 按齿根弯曲强度设计设计计算公式是:1)确定公式的计算数值载荷系数: 根据纵向重合度,从图10-28中查得螺旋角影响系数.计算当量齿数:查取齿形系数:由表10-5查得, 查取应力校正系数:
12、由表10-5查得,计算大小齿轮的并加以比较:由图10-20C查小齿轮弯曲疲劳强度极限,大齿轮由图10-18取弯曲疲劳寿命系数,所以取弯曲疲劳系数为,由式10-12得小:大:故:小:大: 2)设计计算:对比计算结果,齿面接触疲劳强度计算法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取,已经可以满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算相应的齿数。于是由取,则,取u 几何尺寸计算计算中心距:按圆整后的中心距修正螺旋角因为值变化很小,故参数、等参数不必修正计算大小齿轮的分度圆直径齿根圆直径为 51.532*(1+0.25)*2=46.53mm190.82mm齿顶
13、圆直径为 51.53+2*1*2=55.53mm 199.82mm计算齿轮宽度圆整取, 3.低速级齿轮设计u 选定齿轮类型、精度等级、材料及热处理工艺。 根据传动特点:选用直齿圆柱齿轮传动;速度不高,所以与一级一样选用7级精度;材料选择:选择小齿轮材料为40 Cr,硬度为280HBS;大齿轮材料为45钢,硬度为240HBS;热处理工艺:大小齿轮都用调质处理。初选小齿轮齿数为,数大齿轮齿数为, u 按齿面接触疲劳强度进行计算设计计算公式为:1)确定公式内各计算数值: 载荷系数:小齿轮传递的转矩: 由表10-7选取齿宽系数:由表10-6查的材料的弹性系数:由图10-21d按齿面硬度查的小齿轮1的接
14、触疲劳强度极限,大齿轮2的接触疲劳强度极限计算应力循环次:由图10-19取接触疲劳寿命系数:, 计算接触疲劳许用应力:取失效概率为1%,安全系数,由式(10-12)得所以2)计算:求小齿轮分度圆直径,带入公式计算:计算圆周速度:计算齿宽:计算齿宽与齿高之比:模数: 齿高:所以计算载荷系数:根据,七级精度,由图10-8查得动载荷系数 由表10-3查得,直齿轮 由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时由,查图10-13,得;故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径计算模数u 按齿根弯曲强度设计设计计算公式为:1)确定公式中的各计算值:计算载荷系数
15、:由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限,大齿轮的弯曲疲劳极限由图10-18取弯曲疲劳寿命系数, 所以取弯曲疲劳安全系数,由式(10-12)计算弯曲疲劳许用应力:小:大:查取齿形系数:由表10-5查得;查取应力校正系数:由表10-5查得;计算大,小齿轮的并加以比较:所以大齿轮的数值大。2)设计计算: 由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(既模数与齿数的乘积)有关,可取弯曲强度所算得的模数并就圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮的齿数。,这样设计的齿轮传动
16、,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。u 几何尺寸计算计算分度圆直径:齿顶圆直径 齿根圆直径 或方法二:齿根圆直径为 75.62*(1+0.25)*2.7=68.85mm220.05mm 齿顶圆直径为 75.6+2*1*2.7=81mm 232.2mm并绘制大齿轮零件图(见零件图)。计算中心距:计算齿轮宽度:取,5.结构设计 小齿轮齿顶圆直径16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e16Omm,而又小于5OOmm,故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图荐用的结构尺寸设计 八、轴的设计计算第二根轴的设计已知:轴上的功率,转速,转矩1)初步计算直径:轴的材
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