同轴式二级圆柱齿轮减速器课程设计.doc
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1、机械设计课程设计同轴式二级圆柱齿轮减速器目录一、设计任务书1二、电动机选型2三、总传动比和传动比分配3四、计算传动装置的运动和动力参数4五、传动件的设计计算51.滚子链传动设计计算52.低速级齿轮传动设计计算73.高速级齿轮传动设计计算7六、轴的设计计算171.高速轴的设计172.中速轴的设计223.低速轴的设计274. 精确校核轴的疲劳强度33七、滚动轴承的选择及计算361.高速轴的轴承362.中速轴的轴承 373.低速轴的轴承38九、键联接的选择及校核计算39十、联轴器的选择39十一、减速器附件的选择和箱体的设计40十二、润滑与密封40十三、设计小结41十四、参考资料42设计计算及说明结果
2、一、 设计任务书设计一用于带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器1. 总体布置简图1-输送链; 2-主动星轮; 3-链传动;4-减速器; 5-电动机2. 工作情况单向连续运输,轻度振动。3. 使用寿命8年,每年350天,每天16小时。4. 原始数据主动星轮圆周力(kN)主动星轮速度(m/s)主动星轮齿数主动星轮节距(mm)140.891005. 设计内容(1) 电动机选型(2) 链传动设计(3) 减速器设计(4) 联轴器选型设计(5) 绘制装配图、零件图(6) 编写设计计算说明书6. 设计任务(1) 减速器总装配图1张(0号或1号图纸)(2) 齿轮、轴零件图各一张(2号或3号图纸)(3) 设计计
3、算说明书一份设计计算及说明结果一、电动机的选择:1)主动星轮圆周力: KN2) 主动星轮速度: m/s3) 主动星轮齿数: 4) 主动星轮节距: 5) 传动装置总效率: 选取 弹性柱销联轴器效率: 圆柱齿轮传动效率: 滚动轴承效率: 链传动效率: 总效率: =0.85906) 电动机输出功率: Kw1) 确定电动机型号 电动机所需额定功率P和电动机输出功率关系为取K=1.3则 所以:选择电动机型号为:Y180M-4型三相异步电动机,额定功率Kw,满载转速 r/min。二、分配传动比:1. 估算传动装置的总传动比:电动机满载时转速为n,输送机星轮的转速为减速器为二级同轴式圆柱齿轮减速器2. 根据
4、公式:试分配传动比: 根据 第一级齿轮传动:第二级齿轮传动:第三级(开式)链轮传动:三、传动装置的运动和动力参数计算:1.计算各轴转速: r/min r/min r/min r/min2.计算各轴输入功率: Kw Kw Kw Kw1. 计算各轴输入转矩: Nm Nm Nm Nm将上述结果列于表中:轴号转 速功 率转 矩1 r/min Kw Nm2r/min Kw Nm3r/min Kw Nm4r/minKw Nm设计计算及说明结果传动件的设计计算:(1) 选择齿数设计计算及说明:小链轮齿数 由链速为0.63.0m/s估取,19大链轮齿数 取奇数为49(2) 确定计算功率查机械设计(滚子链传动设
5、计中如未作说明,公式、数据皆为此书中查得)表9-7得,查图9-13得,双排链,则(3) 选择链条型号和节距根据, 查图9-11选用24A-2双排链型。查表9-11,链条节距为。(4) 计算链节数和中心距初定中心距,取。相应的链长节数取链长节数节查表9-7得中心距计算系数,则链传动最大中心距为(5) 计算链速,确定润滑方式由链速和链号查图9-14按链速V=2m/s选用油池润滑或油盘飞溅润滑。(6) 计算压轴力有效圆周力:链轮水平布置压轴力系数,则压轴力为: (7) 链轮基本参数和主要尺寸小链轮名称计算公式结果基本尺寸齿数19节距滚子外径排距内链板高度38.1mm22.23mm68.8mm36.2
6、mm主要尺寸分度圆直径231.48mm齿顶圆直径256.87mm250.55mm齿根圆直径209.25mm轴凸缘直径取170mm齿高14.3mm7.94mm结果大链轮名称计算公式结果基本尺寸齿数49节距滚子外径排距内链板高度同小链轮38.1mm22.23mm68.8mm36.2mm主要尺寸分度圆直径594.66mm齿顶圆直径620mm612mm齿根圆直径572.43mm轴凸缘直径取320mm齿高12.88mm7.93mmz设计计算及说明结果1. 斜齿轮传动设计计算按低速级齿轮设计:小齿轮转矩,小齿轮转速,传动比。(1) 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用斜齿圆柱齿轮运输机为一般工作机器,速
7、度不高,故选7级精度(GB10095-88)由机械设计(斜齿轮设计部分未作说明皆查此书)表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS;大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者硬度差为40HBS。选小齿轮齿数:大齿轮齿数初选取螺旋角(2) 按齿面接触强度设计按式(10-21)试算,即确定公式内各计算数值a) 试选载荷系数b) 由图10-30选取区域系数c) 由图10-26查得,d) 小齿轮传递的传矩e) 由表10-7选取齿宽系数f) 由表10-6查得材料弹性影响系数g) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限h) 由式10-
8、13计算应力循环次数:设计计算及说明结果i) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数j) 计算接触疲劳许用应力:取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得k) 许用接触应力计算a) 试算小齿轮分度圆直径,由计算公式得b) 计算圆周速度c) 齿宽b及模数mntd) 计算纵向重合度e) 计算载荷系数K由表10-2查得使用系数 根据,7级精度,由图10-8查得动载系数;由表10-4查得的值与直齿轮的相同,故;因表10-3查得;图10-13查得设计计算及说明结果故载荷系数: f) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式(10-10a)得g) 计算模数(3) 按齿根弯曲强度设计由式(10-
9、17)确定计算参数a) 计算载荷系数b) 根据纵向重合度,从图10-28查得螺旋角影响系数c) 计算当量齿数d) 查取齿形系数由表10-5查得e) 查取应力校正系数由表10-5查得f) 计算弯曲疲劳许用应力由图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极限设计计算及说明结果由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式(10-12)得g) 计算大、小齿轮的,并加以比较大齿轮的数值大设计计算对比计算的结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取,已可满足弯曲强度。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
10、径来计算应有的齿数。于是由取,则(4) 几何尺寸计算计算中心距将中心距圆整为181mm按圆整后的中心距修正螺旋角设计计算及说明结果因值改变不多,故参数等不必修正计算大、小齿轮的分度圆直径计算齿轮宽度圆整后取由于是同轴式二级齿轮减速器,因此两对齿轮取成完全一样,这样保证了中心距完全相等的要求,且根据低速级传动计算得出的齿轮接触疲劳强度以及弯曲疲劳强度一定能满足高速级齿轮传动的要求。为了使中间轴上大小齿轮的轴向力能够相互抵消一部分,故高速级小齿轮采用左旋,大齿轮采用右旋,低速级小齿轮右旋大齿轮左旋。高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮传动比3.3202模数(mm)3螺旋角14.16度中心距(mm)
11、181齿数27902790齿宽(mm)89848984直径(mm)分度圆83.53278.483.53278.4齿根圆76.03270.976.03270.9齿顶圆89.53284.489.53284.4旋向右旋左旋左旋右旋2.按齿面接触强度校核 由几何计算公式 (1)确定公式中的各计算数值 1) 计算载荷系数K。 计算公式 由表10-2,取使用系数=1; 根据,7级精度,由图10-8查得动载系数=1.15;用插值法由表10-4查得小齿轮相对轴承非对称布置时,齿向载荷分布系数=1.425;由表10-3查得齿间载荷分配系数=1.4。故载荷系数 : =11.151.4251.4=2.29 2)由图
12、10-30选取区域系数=2.433。 3)由图10-26查得。 4)由表10-7,软齿面、小齿轮非对称布置,选取齿宽系数=1,又=83.53mm,则183.5383.53mm。 5)由表10-6查得材料的弹性影响系数=189.8 6)求许用接触应力 其计算公式:; 式中 小齿轮:,大齿轮: 按齿面硬度查10-21d图,得接触疲劳极限 :小齿轮:大齿轮:根据应用循环次数N,查图10-19得接触强度寿命系数 : 60147018163503.95 3.95/3.321.19 查得;接触强度最小安全系数:,则0.896001=534MPa;0.945501=517MPa =(534+517)/2=5
13、25.5MPa (2)计算 接触强度满足要求。 3.按齿根弯曲疲劳强度计算 由式(10-16) (1)确定计算参数1)计算载荷系数K。 由齿高h=2.25=2.2536.75mm,即b/h=83.53/6.75=12.37,查图10-13得 ,其他系数与接触强度系数数值相同。 则计算公式=11.151.41.372.2052)根据纵向纵向重合度,从图10-28查得螺旋角影响系数=0.87。 3)根据当量齿数,查取齿形系数。 由表10-5查得=2.498,=2.178 4)根据当量齿数,查取应力校正系数。 由表10-5查得=1.632,=1.798 5)计算大、小齿轮的许用弯曲应力。 a.小齿轮
14、:,大齿轮: 按齿面硬度查10-21d图,得弯曲疲劳极限:小齿轮:大齿轮:b.根据应用循环次数N,查图10-18得弯曲强度寿命系数 : 查得; c.取弯曲强度安全系数S=1.4:,则由a中式有: 0.825001.4=292.86MPa;0.843801.4=228MPa(2)计算结果 弯曲强度也符合要求,设计合理。结果二、 轴的设计计算1. 高速轴的设计(1) 高速轴上的功率、转速和转矩转速()高速轴功率()转矩T()147012.77883.01(2) 作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为=83.53 ,根据机械设计(轴的设计计算部分如未作说明,公式、数据皆查此书)式(10-14),
15、则(3) 初步确定轴的最小直径先按机械设计书中式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理。根据表15-3,取,于是得查表取A=112则:(4) 轴的结构设计 1)拟订轴上零件的装配方案(如图)该轴(输入轴)的轴承分别从两端装入,由挡油环定位。 从左至右依次为1,2.3,4,5轴段主要用于安装联轴器,其直径应于联轴器的孔径相配合,因此要先选择联轴器。联轴器的计算转矩为,根据工作情况选取,则:根据工作要求选用弹性柱销联轴器,型号为HL2,许用转矩 Nm。(GB5014-85)与输入轴联接的半联轴器孔径mm,因此选取轴段的直径为mm。半联轴器轮毂总长度mm,(J型轴孔),与轴
16、配合的轮毂孔长度为mm。(2)确定各轴段的直径和长度:轴段1-2:为配合轴颈,按半联轴器孔径,选取轴段直径为mm。为保证定位要求,轴段的长度应比半联轴器配合段轮毂孔长度(mm)略短mm;半联轴器右端用轴肩轴向定位。所以,轴段总长为=58mm轴段2-3:为使半联轴器定位,轴肩高h=c+(23)mm,c取3mm,d2=d1+2h=36mm。取端盖宽度20mm,端盖外端于半联轴器右端面距离20mm,则L2=40mm。轴段3-4:为便于拆装轴承,d3d2,故选6208型深沟球轴承,d3=40mm,B=18mm,D=80mm。齿轮与箱体内壁间隙取10mm,轴承距离内壁8mm。则L3=18+8+10=36
17、,套筒轴向为18mm,径向48mm,厚4mm。轴段4-5:此轴段为齿轮轴的齿轮部分,齿轮齿根圆直径为76.03mm。其分度圆的直径为d=83.53mm,因此为保证连接可靠,采用齿轮轴,其尺寸:mm,轴段为支撑轴颈,用来安装轴承。为保证轴承的轴向定位用套筒定位,于一轴相同。为此取mm,套筒轴向为16mm,径向48mm,厚4mm3)轴上零件的轴向定位联轴器与轴的周向定位选用普通平键A型108404)确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2,取轴端倒角,各圆角半径见零件图设计计算及说明结果(5) 求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时,从机械设计课程上机与设计中查取a值。对
18、于深沟球轴承,在和可看做集中在其中点,故有,轴的支撑跨距为 L1=58+40+9=107mm L2=9+8+10+89/2=71.5mm L3=89/2+16+9=69.5mm根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。先计算出截面C处的MH、MV及M的值列于下表。在水平面上在垂直面上 总支承反力) 画弯矩图 故 设计计算及说明结果(6) 按弯扭合成应力校核轴的强度5)按弯扭合成应力校核轴的强度通常只校核轴上承受最大弯矩和最大扭矩的截面(即截面c),有以上数据,以及轴单向扭转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,则轴的计算应力前已选定材料为45
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