益达机械设计课程设计展开式二级圆柱齿轮减速器的设计.doc
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1、机械设计课程设计计算说明书设计题目 展开式二级圆柱齿轮减速器的设计 机电工程学院(系) XXXXXX班 设计者 XXX 学号 XXXXXX 指导老师 XXXXX 2013年7月11日五邑大学目 录一、 机械装置总体设计3.二、传动系统的运动参数的设计及计算6三、 装配草图设计阶段 21四、 装配图和零件图 24五、 总结24六、参考文献25一、 机械装置总体设计 1.1.设计任务书1 设计题目:展开式二级圆柱齿轮减速器的设计 用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简图如右图所示。(1)带式运输机数据见数据表格。(2)工作条件单班制工作,空载启动,单向、连续运转,工作中有轻微振动。运
2、输带速度允许速度误差为5%。(3)使用期限 工作期限为十年,检修期间隔为三年。(4)生产批量及加工条件 小批量生产。2.设计任务1)选择电动机型号;2)确定带传动的主要参数及尺寸;3)设计减速器;4)选择联轴器。3.具体作业1)减速器装配图一张;2)零件工作图二张(大齿轮,输出轴);3)设计说明书一份。4.数据表运输机工作轴转矩T/(Nm)800850900950800850900800850900运输带工作速度v/(m/s)1.21.251.31.351.41.451.21.31.551.4运输带滚筒直径D/mm360370380390400410360370380390 1.2、传动方案的
3、拟定及说明传动方案定为带轮减速和二级圆柱齿轮传动减速,说明如下:为了估计传动装置的总传动比范围,以便选择合适的传动机构和拟定传动方案,可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速,即=60x103x1.3/(3.14x370)=67.10 r/min一般常选用同步转速为1500r/min或者1000r/min的电动机作为原动机,因此传动装置总传动比约为15-23。根据总传动比数值,可采用传动方案就是以V带传动加二级斜齿圆柱齿轮传动。1.3、电动机选择2-1电动机类型和结构型式按工作要求和工作条件,选用Y系列封闭式的三相异步电动机。2-2求电动机容量1) 卷筒轴的输出功率w=5.62kw;2) 电动机输出
4、功率d 传动装置的总效率 式中,为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由参考书机械原理表5-1中查得:V带传动 =0.96;滚子轴承(3对齿轮轴轴承和1对卷筒轴);圆柱齿轮传动(8级稀油润滑时齿轮副效率);弹性联轴器;卷筒传动效率(平带传动);则。故 = 7.17kW;查参考书5中表19-1或者参考书6中表13-1;选取电动机额定功率7.5kW;2-3电动机的转速为了便于选择电动机转速,先推算电动机转速的可选范围。由二级圆柱齿轮减速装置传动比范围i=8-40,,带轮为2-4,则总的传动比范围为16-160电动机转速可选范围为67.10x (16-160) r/min=1073.6-1
5、0736 r/min可见同步转速为1500r/min和 3000r/min的电动机均符合。主要性能如下表:方案电机型号额定功率满载转速起运转矩最大转矩1Y132S2-27.5KW2900 r/min2.02.22Y132M-47.5KW1440 r/min2.22.2考虑前面的传动比范围,选定电动机的型号为Y132M-4。1.4、计算传动装置的总传动比并分配传动比1)、总传动比=1440/67.10=21.462)、分配传动比 假设V带传动分配的传动比,则二级展开式圆柱齿轮减速器总传动比=21.46/2=10.73二级减速器中:高速级齿轮传动比=3.88; 低速级齿轮传动比=10.73/3.8
6、8=2.77。1.5、传动装置运动和动力参数计算1)各轴输入功率按电动机所需功率计算各轴输入功率,即电动机的所需功率=7.17kW第一根轴功率 =7.17kW x0.96=6.88 kW ;第二根轴的功率 =6.88 kW x0.98x0.97=6.54 kW ;第三根轴的功率 =6.54 kW x0.98x0.97=6.22 kW ;滚筒的功率 =6.22 kW x 0.99x0.98=6.04kW ;2)各轴的转速电动机的输出转速 =1440r/min;第一根轴转速: = 1440 /2 r/min=720 r/min;第二根轴的转速 =720/3.88r/min=186 r/min;第三
7、根轴的转速 =186/2.77r/min=67 r/min;滚筒的转速: =186/2.77r/min=67 r/min;3)各轴输入转矩T(Nm)电动机轴的转矩 =9550x P/n=9550x7.5/1440= 49.74 Nm;第一根轴的转矩: =9550xP1/n1 =9550x6.88/720= 91.26Nm第二根轴的转矩 =9550xP2/n2 =9550x6.54/186= 335.79 Nm第三根轴的转矩 =9550xP3/n3 =9550x6.22/67= 884.6 Nm;将机械传动系统运动和动力参数的计算数值列于下表备用:计算项目电动机高速轴中间轴低速轴卷筒轴N转速(r
8、/min)14407201866767P 功率(kW)7.176.886.546.226.04转矩T(Nm)49.74 91.26335.79 884.6800i传动比23.882.771效率0.960.950.950.97二、传动系统参数和传动件设计计算2.1、减速器外传动零件设计,带轮的设计(参考书2机械设计中P82-83) 设计带传动的主要参数。已知带传动的工作条件:单班制工作(共8 h),空载启动,单向、连续运转,工作中有轻微振动。所需传递的额定功率P=7.17kw小带轮转速=1440r/min; 大带轮转速= 720 r/min;,传动比。设计内容包括选择带的型号、确定基准长度、根数
9、、中心距、带的材料、基准直径以及结构尺寸、初拉力和压轴力等等(因为之前已经按选择了V带传动,所以带的设计按V带传动设计方法进行)1)、计算功率 =1.1x7.17kW=7.887kW2)、选择V带型 , 根据、由图6-8(教材机械设计)选择B型带(d1min=125-140mm;z 2-8);3)、确定带轮的基准直径初选小带轮的基准直径,由参考书2中附表6-7和表6-1,取小带轮基准直径=140mm;则大带轮基准直径=140x2=280mm,查附表6-7,取=280mm;4)验算带速v;(3.14x140x1440)/(60x1000)=10.56m/s 因为5m/s10.56m/s 120
10、故主动轮包角满足条件。7).计算V带的根数由附表6-5查得包角修正系数=0.95;附表6-2查得带长修正系数=0.96;根据=1440r/min 和=150mm 查附表6-3,求得=2.83kW;由已知B型v带,小带轮转速=1440r/min,传动比i=/=280/2=2,查附表6-4得=0.46 kW;单根V带所能传达的功率,=(2.83+0.46)X0.96 X0.95=3.0 kW; 计算v带的根数 Z=7.887/3.0=2.629; 故取3根.8)、计算V带的初拉力 ;由附表6-1查得q=0.17kg/m 。由式求得V带初拉力 500*+qv2 =500x(2.5-0.95)x7.8
11、87/(0.95x3x10.56)+0.17x10.562=222.05N9)计算带传动的压轴力;=2Zsin(/2)=2x3x222.05xsin165.8/2 =1322.1N10).带轮的设计结构;参照参考书2中P82;带轮的材料为:HT200;V带轮的结构形式为:大、小带轮100 N/mm;由附表8-3查得 =1.40;=1.23+0.18*(1+0.6x0.72)x0.72+0.61x10-3x0.7x53. 54=1.367所以载荷系数 K=1.25 x1.15 x1.4 x1.367=2.75(5)、按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式得 =59.54mm(6)、计算模数=
12、 Cos/Z1=2.77mm;所以取=3。4)、按齿轮弯曲强度设计由式(1)、当量齿数:(2)、由附图8-4,符合齿形系数: =4.26; = 3.95;(3)、应力循环次数 60x720x1x(1x8x250x10)=8.64x108; =(8.64x108)/3.88=2.27 x108;(4) 、查附图8-5,弯曲疲劳寿命系数 (5) 、查附图 8-8(e),由材料表面淬火MQ线和HRC=50查得;(6) 求许用应力 ;由表8-4,按一般可靠性取所以,所以小齿轮疲劳强度较弱。将(7) 、计算载荷系数K,B/H=6.68; =1.367 ;查附图找出 =1.30; =1.25x1.10x1
13、.4x1.30=2.50模数 按疲劳强度算出来模数 =2.77;所以取高速级齿轮的模数 =3.0;5) 、几何尺寸计算 (1)、法向模数 =3.0;(2)、齿数(3) 、中心距为取中心距为155mm;(4) 、修正的为 (5) 分度圆直径 ;(6) 、齿宽b,圆整后,取b1=50mm;b2=45mm;(7) 、圆周速度; ;据附表8-12可知V同时少于6m/s和9m/s取齿轮的精度为8级,取高了一级;6) 、校核齿面接触疲劳强度; (1)、查附表8-5,由锻钢 (2)、查附表8-3,(3)、按上面所求 所以;(4) 、接触疲劳强度的许用应力961N/mm2 ;2.2.2、低速轴的齿轮计算1)、
14、选择材料热处理方式(与前一对齿轮相同)(48-55HRC),闭式硬齿面传动,8级精度,查附表8-1得大、小齿轮 40Cr 调质处理 48-55HRC2)、取小齿轮=21,则=58.17; 取=59,初步选定12;3)、按齿面接触强度计算:确定公式中的各计算数值a.因为齿轮分布非对称,载荷有轻微冲击,试选载荷系数Kt=2.0b.计算小齿轮的转矩:T2=335.79N.M。C.齿宽系数,由表8-4选取=0.7;d.由式计算应力循环次数60x186x1x(1x8x250x10)=2.23x108; =(2.23x108)/2.77=9.83x107;e.由查附图8-6取接触疲劳寿命系数=0.94 =
15、0.98 由硬度为HRC48-55查附图8-7(i),根据MQ线延长而知, N/mm2 ;许用应力由表8-4,取安全系数 =/=1029MPa = /=1183 MPa ;=1029Mpa ; 3)、修正计算(1)计算圆周速度: V=n1/(60x1000)=0.789m/s ;(2)计算出齿轮圆周力=(2x335.79)/(x10-3)=3409N;(3)、计算载荷系数参考附表8-12,附表8-2,附表8-3,附表8-4以及附图8-1分别查得:=1.25;=1.15;由于 =182.47N/mm 100 N/mm;由附表8-3查得 =1.40;=1.23+0.18*(1+0.6x0.72)x
16、0.72+0.61x10-3x0.7x53. 54=1.369所以载荷系数 K=1.25 x1.15 x1.4 x1.369=2.78 ;(4)、按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式得 =90.5mm ;(5)、计算模数= Cos/Z1=4.22mm;所以取=4.5 。4)、按齿轮弯曲强度设计由式(1)、当量齿数:;(2)、由附图8-4,符合齿形系数: =4.26; = 3.97;(3)、应力循环次数 60x186x1x(1x8x250x10)=2.23x108; =(8.64x108)/3.88=9.83 x107;(4)、查附图8-5,弯曲疲劳寿命系数 (5)、查附图 8-8(e),
17、由材料表面淬火MQ线和HRC=50查得;(6)、求许用应力 ;由表8-4,按一般可靠性取所以,所以小齿轮疲劳强度较弱。将(7)、计算载荷系数K,B/H=6.68; =1.379 ;查附图找出 =1.30; =1.25x1.15x1.4x1.30=2.61;模数 按疲劳强度算出来模数 =4.22;所以取高速级齿轮的模数 =4.5mm;5)、几何尺寸计算 (1)、法向模数 =4.5;(2)、齿数(8) 、中心距为取中心距为185mm;(9) 、修正的为 (10) 分度圆直径 ;(11) 、齿宽b,圆整后,取b3=70mm;b4=65mm;(12) 、圆周速度; ;据附表8-12可知V同时少于6m/
18、s和9m/s取齿轮的精度为8级,取高了一级;6)、校核齿面接触疲劳强度; (1)、查附表8-5,由锻钢 (2)、查附表8-3,(3)、所以;(5) 、接触疲劳强度的许用应力1029N/mm2 ;所以,满足强度条件。7)、齿轮结构设计,配合后面轴的设计而定,具体结构参照参考书5上的第41页来设计。2.3、轴的设计以及校核为了对轴进行校核,先求作用在轴上的齿轮的啮合力。第一对和第二对啮合齿轮上的作用力分别为2.3.1高速轴设计1)轴较少,轴的材料取与高速级小齿轮材料相同,40Cr,调质处理,HRC48-55;由附表14-1查得对称循环弯曲许用应力 ;2)初算轴的最小直径,查表14-1,取(由载荷和
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