机械设计课程设计-单级锥齿轮减速器.doc
《机械设计课程设计-单级锥齿轮减速器.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械设计课程设计-单级锥齿轮减速器.doc(35页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
机械课程设计
说明书
设计题目:
单级锥齿轮减速器
专业班级:
机械0702
学生姓名:
学生学号:
指导教师:
2010-7-7
西南科技大学
制造科学与工程学院
(1)引言……………………………………………………………………………………
(2)设计题目………………………………………………………………………………
(3)电动机的选择…………………………………………………………………………
(4)传动零件的设计和计算……………………………………………………………
(5)减速箱结构的设计…………………………………………………………………
(6)轴的计算与校核………………………………………………………………………
(7)键连接的选择和计算………………………………………………………………
(8)联轴器的选择………………………………………………………………………
(9)设计小结……………………………………………………………………………
(10)参考文献……………………………………………………………………………
一、引言
课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的主要环节。
本次是设计一个锥齿
轮减速器,减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。
课程设计
内容包括:
设计题目,电机选择,运动学动力学计算,传动零件的设计及计算,
减速器结构设计,轴的设计计算与校核。
锥齿轮减速器的计算机辅助机械设计,计算机辅助设计及计算机辅助制造
(CAM/CAD)技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术,通过本课题的
研究,将进一步深入的对这一技术进行深入的了解和学习。
减速器的设计基本上符合生产设计的要求,限于作者水平有限,错误之处在所难
免,望老师予以批评改正。
二、设计题目:
带式运输机传动装置的设计
1.传动方案
锥齿轮减速器——开式齿轮
2.带式运输机的工作原理
如图20-1
3.工作情况
1)工作条件:
两班制,连续单向运转,载荷较平稳,室内工作,有粉尘,环境最高温度35度;
2)使用折旧期:
8年;
3)检修间隔期:
四年一次大修,两年一次中修,半年一次小修;
4)动力来源:
电力,三相流,电压380、220V;
5)运输带速度允许误差:
5%;
6)制造条件及生产批量:
一般机械厂制造,小批量生产。
4.设计数据
运输带工作拉力F/N2800
运输带工作速度V/(m/s)1.4
卷筒直径D/mm350
5设计内容
1)按照给定的原始数据和传动方案设计减速器装置;
2)完成减速器装配图1张;
3)零件工作图1-3张;
4)编写设计计算说明书一份。
三、电动机的选择:
(一)、电动机的选择
1、选择电动机的类型:
按工作要求和条件,选用三机笼型电动机,封闭式结构,电压380V,Y型。
2、选择电动机容量:
电动机所需的功率为:
(其中:
为电动机功率,为负载功率,为总效率。
)
而KW,所以KW
传动效率分别为:
联轴器效率
滚动轴承的效率
圆锥齿轮传动效率
开式齿轮传动效率
卷筒传动效率
传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,即:
所以KW
3、确定电动机转速
卷筒轴工作转速为
查表可得:
一级圆锥齿轮减速器传动比,一级开式齿轮传动比,则总传动比合理范围为,故电动机转速的可选范围为
符合这一范围的同步转速有750,1000和1500
根据这个查表可以选择的电动机有以下几种:
表1
方案
电动机型号
额定功率P
KW
电动机转速
r/min
电动机重量
Kg
参考价格
元
传动装置的传动比
同步转速
满载转速
总传动比
齿轮传动
减速器
1
Y132S–4
5.5
1500
1440
68
2
Y132M2–6
5.5
1000
960
84
3
Y160M2–8
5.5
750
710
119
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比可见第2个方案比较合适因此选定电动机型号为Y132M2–6,其主要性能如下表2:
表2
型号
额定功率KW
满载时
转速r/min
电流
A
效率
%
功率因数
Y132SM2–6
5.5
960
2.0
2.0
电动机主要外形和安装尺寸列于下表:
中心高H
外形尺寸
脚底安装尺寸
地脚螺栓孔直径K
轴伸尺寸
安装部位尺寸
132
12
(二)、确定传动装置的总传动比和分配传动比
1、总传动比
由选定的的电动机满载转速和工作机主动轴转速n,可得传动装置的总传动比为
=
(1)
电动机型号为Y132SM2-6,满载转速=960r/m,且工作机主动轴转速n=76.43r/min,则由上面公式
(1)可得:
2、分配传动比
总传动比为各级传动比的乘积,即
(2)
设、分别为圆锥齿轮的传动比和圆柱齿轮的传动比,在圆锥齿轮减速器的传动比范围内=3
则由公式
(2)可得
=12.56
得=4.19
根据圆柱齿轮减速器的传动比范围可取4,则。
3、计算传动装置的运动和动力参数
(1)、各轴转速
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
(2)、各轴输入功率
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
(3)、各轴输入转矩
电机轴输出转矩
所以各轴输出转矩为:
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
轴名
效率P
KW
转矩T
N*M
转速n
r/m
传动比
效率
输入
输出
输入
输出
电动机轴
5.0
49.74
960
1
0.97
I轴
4.85
4.66
48.26
46.33
960
3
0.94
II轴
4.56
4.51
136.21
134.85
305.73
1
0.97
III轴
4.43
4.21
132.15
125.54
305.73
4.19
0.93
IV轴
4.12
3.91
515.50
489.43
76.43
四、传动零件的设计计算
(一)、选择圆锥齿轮传动的设计计算
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
(1)运输机为一般工作机器,速度不高,故选用8级精度,齿形角,齿顶高系数,顶隙系数。
(2)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。
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,节点区域系数。
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)查表得到:
.
5)查得接触批量寿命系数
6)计算接触疲劳许用应力
7)可以选取,,,;
所以
8)
9)
10)
(2)计算
1)试算小齿轮的分度圆直径,带入许用应力中的较小值
得:
=89.42mm
2)计算圆周速度v
3)齿数,由公式得大齿轮齿数
,c=18
所以=70.94
取,则,
取。
则齿数比,
与设计要求传动比的误差为1.33%,可用。
4)模数
大端模数
取标准模数m=4mm。
5)大端分度圆直径
小齿轮大端分度圆直径大于强度计算要求的89.43mm。
6)节锥顶距
7)节圆锥角(未变位时,与分度圆锥角相等)
18.°=18°39′54″
71.°=71°20′6″
8)大端齿顶圆直径
小齿轮
大齿轮
9)齿宽
取
10)进行强度校核计算
402.37MPa<444.6MPa
所以强度符合。
3、按齿根弯曲疲劳强度设计公式:
(1)确定公式内的各计算值
1)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)查得弯曲疲劳寿命系数
3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳系数S=1.6则
4)查取齿形系数,
5)应力校正系数,
6)计算大小齿轮的,并加以比较:
大齿轮大所以取0.01836
(2)、带入以上数据可以求得
=2.65
(3)进行强度校核计算带入公式
206.74MPa<213.75MPa所以符合。
7)、数据整理
名称
符号
公式
直齿圆锥小齿轮
直齿圆锥大齿轮
齿数
24
71
模数
m
m
4
传动比
i
i
2.96
分度圆锥度
,
分度圆直径
96
284
齿顶高
4
4
齿根高
4.8
4.8
齿全高
h
8.8
8.8
齿顶圆直径
,
101.61(大端)
285.89(大端)
齿根圆直径
,
90.39
283.11
齿距
p
12.56
12.56
齿厚
s
6.28
6.28
齿槽宽
e
6.28
6.28
顶隙
c
0.8
0.8
锥距
R
149.89
149.89
齿顶角
,
齿根角
齿顶圆锥角
,
齿根圆锥角
,
当量齿数
25.33
221.88
齿宽
45
45
(二)、开式圆柱齿轮的设计计算
1、选定齿轮类型和精度等级。
因为为开式齿轮所以选择硬齿面,工作较为平稳选用8级精度,选择材料是铸钢,硬度为250HBS。
小齿轮齿面强度为400HBS,大齿轮齿面强度为360HBS,两者材料硬度相差为40HBS。
选取小齿轮齿数,则。
2、按齿根弯曲疲劳强度计算:
(1)、确定公式中的各计算值:
1)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
2)计算应力循环系数:
3)从而查到寿命系数
4)选取疲劳安全系数S=2,,
得到:
3)材料弹性系数
4)选取齿宽系数
5)计算载荷系数K
选取,,,
所以
6)初选,则相应的,;
,
所以
选取较大值
又选取
7)计算工作转矩
(2)、带入计算得:
所以选取m=3.75
(3)中心距
(4)分度圆直径
(5)齿轮宽度
所以取大齿轮宽度为38mm齿轮宽度为43mm
7)数据整理
名称
符号
公式
直齿圆柱小齿轮
直齿圆柱大齿轮
齿数
20
80
模数
m
m
3.75
传动比
i
i
3.75
分度圆直径
75
300
齿顶高
3.75
3.75
齿根高
4.5
4.5
齿全高
h
8.25
8.25
齿顶圆直径
82.5
307.5
齿根圆直径
67.5
292.5
基圆直径
70.48
281.9
中心距
187.5
齿距
p
11.78
齿厚
s
5.89
齿槽宽
e
6.28
顶隙
c
1.00
齿宽
58
53
五、减速器的结构设计
名称
符号
减速器型式及尺寸关系/mm
箱座壁厚
8
箱盖壁厚
8
箱盖凸缘厚度
12
箱座凸缘厚度
12
箱座底凸缘厚度
20
地脚螺钉直径
12
地脚螺钉数目
4
轴承旁联接螺栓直径
9
机盖与座联接螺栓直径
7
联接螺栓的间距
180
轴承端盖螺栓直径
5
视孔盖螺钉直径
4
定位销直径
5
、、到外箱壁距离
18、16、13
、至凸缘边缘距离
16、14、11
轴承旁凸台半径
凸台高度
外箱壁至轴承座端面距离
30
大齿轮顶圆与内箱壁距离
12
齿轮端面与内箱壁距离
10
箱盖、箱座肋厚
、
;
轴承端盖外径
轴承端盖凸缘厚度
9
轴承旁联接螺栓距离
六、轴的计算
一、减速器高速轴I的设计
(一)、选择轴的材料
初选轴的材料为45刚,调质处理,其机械性能查表可得:
。
(二)、轴的尺寸计算
1、求输出轴上的功率,转速和转矩
由前面的计算可得
2、初步确定轴的最小直径
查得
3、轴的结构设计
(1)下图为I轴的装配方案:
(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度,如下图:
4、选择联轴器:
根据条件选取
确定联轴器转矩
结合电动机型号,选用弹性套柱销联轴器,型号LT6联轴器
即该端选用的半轴连接器的孔径,故取轴径,半联轴器毂空的长度
故取
5、初步选择滚动轴承
轴承同时承载径向力和轴向力,但轴向力较小,故选用单列深沟球轴承。
参照工作要求,并根据尺寸,选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承
6208,其尺寸为。
从而可以知道:
,。
6、由经验公式算肩高度:
故取h=4mm,从而确定
由书上公式要求得:
取
7、根据轴承安装方便的要求,取,均比小1mm,则:
根据安装轴承旁螺栓的要求取。
根据齿轮与内壁的距离要求,取
所以
8、根据齿轮孔的轴径和长度,确定
至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。
9、轴上零件的周向定位
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。
按手册查得,半联轴器与轴的联接处的平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为50mm(标准键长见)。
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性,故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。
齿轮与轴的联接处的平键截面(),键槽用键槽铣刀加工,长为26mm准键长见)。
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。
滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。
10、确定轴上的圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为2×45°,各轴肩处的圆角半径见图
(三)、求轴上的载荷及其校核
根据轴的结构图,做出轴的计算简图:
(齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点,轴承在宽度中点为作用点)。
轴承1和轴承2之间的距离为88mm,轴承2和锥齿轮间的距离为51.5mm
1、计算作用在齿轮上的力
圆锥小齿轮
圆锥大齿轮
2、求作用在轴上的支反力
所以
所以
3、校核轴承寿命:
查手册得6207型深沟球轴承参数
查表8.6得
(1)计算轴承所承受的轴向载荷
因为轴承1固定,轴承2游离,结合受力分析图可知,轴承1被“压紧”,轴承2被“放松”。
由此可得轴承2不受轴向力,所以
(2)计算当量动负荷
轴承1:
,由表8.5,用线性插值法可求得:
由查表8.5,并用线性插值法求得:
,由此可得
轴承2:
由表8.5,用线性插值法可得:
由差表8.5,用线性插值法求得,由此可得
(3)轴承寿命计算
因为,所以按轴承2计算轴承的寿命
所选轴承6208深沟球轴承合格
(3)做弯矩图
根据上述的图,求出总的弯矩和做出弯矩图
(4)作扭矩图
扭矩图如图11.2(机械设计课本)所示,为了使扭矩图符合下述强度计算公式,图中已把T这算成的含义见前面,并且取
(5)作出计算弯矩图
根据以作的总弯矩图和扭矩图,求出计算弯矩图,的计算公式为
(6)、校核轴的强度
只需校核轴上最大弯矩截面的强度:
,故安全。
二、减速器低速轴II的计算
1.求输出轴上的功率,转速和转矩
由前面的计算可得
2.初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢,调质处理。
取于是得
同时选取联轴器型号,联轴器的计算转矩:
取K=1.3,
按照计算转矩,选用弹性注销联轴器,型号 GY5联轴器,即该端选用的半联轴器的孔径,故取轴径,半联轴器毂孔的长度L=60mm。
3.轴的结构设计
(1)、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度,如下图:
1)由联轴器尺寸确定
由联轴器的毂孔长度L和直径d及相关要求,可确定
2)初步选择滚动轴承。
轴承同时承载径向力和轴向力,但轴向力较小,故选用单列深沟球轴承。
参照工作要求,并根据尺寸,选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6007,其尺寸为。
套筒的长取8mm,为了利于固定,一般取比(b+8)小1mm(如图3所示),故可确定。
3)由经验公式算轴肩高度:
取轴肩高为3mm,确定
取
4)由经验公式取,则
取。
5)取
取
至此,已初步确定了轴的各段直径和长度
(3)、轴上的零件的周向定位
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。
按手册查得,半联轴器与轴的联接处的平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为32mm(标准键长见)。
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性,故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。
齿轮与轴的联接处的平键截面(),键槽用键槽铣刀加工,长为63mm(标准键长见)。
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。
滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。
(4)、确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为,除下图标注外,各轴肩处的圆角半径,均为R1,如图:
4.求轴上的载荷
根据轴的结构图(图3)作出轴的计算简图
(齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点,轴承在宽度中点为作用点)。
轴承1和轴承2之间的距离为179mm,轴承2和锥齿轮间的距离为33.5mm
大锥齿轮:
所以
所以
5.校核轴承寿命:
查手册得6007型深沟球轴承参数
查表8.6得
(11)计算轴承所承受的轴向载荷
结合受力分析图可知,轴承1被“放松”,轴承2被“压紧”。
由此可得轴承1不受轴向力,所以
(12)计算当量动负荷
轴承2:
,由表8.5,用线性插值法可求得:
0.25
由查表8.5,并用线性插值法求得:
,由此可得
轴承1:
由表8.5,用线性插值法可得:
由差表8.5,用线性插值法求得,由此可得
(3)轴承寿命计算
因为,所以按轴承2计算轴承的寿命
所选轴承6007深沟球轴承合格。
6.做弯矩图:
根据上述见图,求出总的弯矩并作弯矩图。
7作扭矩图
扭矩图如图11.2(机械设计课本)所示,为了使扭矩图符合下述强度计算公式,图中已把T这算成的含义见前面,并且取
8.作出计算弯矩图
根据以作的总弯矩图和扭矩图,求出计算弯矩图,的计算公式为
9.校核轴的强度
已知轴的计算弯矩后,即可针对某些危险截面(即计算弯矩大而直径可能不足的截面)做强度校核计算,通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面(即危险截面C)的强度。
因为轴的材料为45钢,经调质处理不起机械性能由表11.1和表11.4查得,
所以故安全。
七键连接的选择和计算
根据轴的各个阶梯的直径和长度尺寸选取键的尺寸,查有关资料如下:
本减速器的工作条件为有轻度冲击载荷,选择键如下:
键名 国标
1轴I(联轴器)键10X8GB1096-2003A型
2轴I(齿轮处)键10X8GB1096-2003A型
3轴II(联轴器) 键8X7GB1096-2003A型
4轴II(齿轮处) 键10X8GB1096-2003A型
查表的钢的静联接在时的许用应力[]=125~150MPa
校核键1=17.23MPa〈[]d=35mmL=48mm
校核键2=19.24MPa〈[]d=33mmL=46mm
校核键3=63.28MPa〈[]d=30mmL=48mm
校核键4=37.5MPa〈[]d=30mmL=50mm
所以所有键均符合设计要求,可用。
八、联轴器的选择
考虑到电动机转轴直径、轴的最小直径、传动转矩选取联轴器
联轴器1为凸缘联轴器:
型号如下
GY5联轴器(GB/T5843-2003)
公称转矩T=400N/m额定转速n=8000r/min
质量5.43KgD=120㎜
联轴器2为凸缘联轴器:
型号如下
LT6联轴器(GB/T4323-2003)
公称转矩T=250N/m许用转速n=3800r/min
质量9.57KgD=160㎜
九、设计小节
通过这次设计一级减速器,让我更为系统地认识了解了机械设计的全过程,增强了我们对机械行业的了解。
课程设计的优点:
让我们学会了灵活运用以往学习的知识,及时了解并且弥补自己的不足。
并且通过这次设计对制图软件更加熟悉。
十、参考资料
1、机械设计/杨明忠,朱家诚主编编号ISBN7-5629-1725-6
武汉理工大学出版社2006年