热处理车间传送设备的展开式双级直齿圆柱齿轮减速器的.docx
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1、目 录1 设计任务书12 传动方案的拟定23 原动机的选择34 确定总传动比及分配各级传动比65 传动装置运动和运动参数的计算76 带传动的设计与计算87 齿轮传动的设计及计算118 轴的设计及计算209 轴承的寿命计算及校核3110 键联接强度的计算及校核3311 润滑方式、润滑剂以及密封方式的选择3412 减速器箱体及附件的设计3613 设计小结3914 参考文献40一、设计任务书1.1 课程设计的设计内容设计带式运输机的传动机构,其传动转动装置图如下图-1所示。图1.1带式运输机的传动装置1.2 课程设计的原始数据已知条件:运输带所需扭矩:M=400 Nm运输带的工作速度:v=0.9m/
2、s;卷筒直径:D=450mm;使用寿命:10年(其中轴的寿命为3年),双班制工作,每班8小时,工作时有轻微振动。1.3 课程设计的工作条件 设计要求:误差要求:运输带速度允许误差为带速度的5%;工作情况:连续单向运转,载荷平稳;制造情况:小批量生产。二、 传动方案的拟定带式运输机的传动方案如下图所示图2.2展开式直齿圆柱齿轮减速器1-电动机 2-带传动 3-减速器 4-联轴器 5-卷筒 6-运输带 上图为展开式的两级直齿圆柱齿轮减速器传动,其结构简单,应用范围广,尺寸较小,结构紧凑,传动较平稳,但是齿轮相对于轴承位置不对称,因此要求轴有较大的刚度,轴端联结选择弹性柱销联轴器,输入轴伸出端和输出
3、轴伸出端的位可根据需要来选择。因此当轴承发生相对弯曲变形时,容易引起载荷沿轮齿齿宽方向分布不均匀,故宜用于载荷较平稳的机械中。三、原动机的选择3.1 选择电动机的类型按按照设计要求以及工作条件,选用一般Y型全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,电压为380V。3.2选择电动机的容量3.2.1 工作机(滚筒)的转速为 =(r/min) 经查表,V带的传动比为24,二级圆柱齿轮减速器的传动比为840,故,总传动比的合理范围=16160。所以电机的转速可选范围为:= =(r/min)3.2.2传送设备所需的有效功率为上式中:工作机所需的有效功率(KW) 带所需扭矩(NM)3.2.3传动装置所需要的总效率
4、: 根据设计指导书中第66页中表4-4查得,各个部件效率取值如下表格:表3.2.3.2各部件传动效率各部件传动效率代号传动效率值(V带传动效率)0.93 (滚动轴承)0.98 (联轴器)0.99 (双级圆柱齿轮)0.97由图3.2.3.2得:=3.2.3 电动机所需功率为 因载荷平稳,电动机的功率稍大于即可,根据文献【2】第207页中表8-53所示Y系列三相异步电动机的技术参数,可选择电动机的额定功率。电动机型号主要有Y100L1-4和Y112M-6,传动系统的传动比为 前者转速高,电动机价格低,总传动比虽然大些,但完全可以通过传送带和两级齿轮传动实现。所以选Y100L2-4.表3.1电动机数
5、据电动机型号额定功率/KW满载转速/(r/min)堵载转速额定转速堵载转速额定转速Y100L2-42.214202.22.2四、 确定总传动比及分配各级传动比4.1传动装置的总传动比, 上式中:i总传动比 电动机的满载转速(r/min)4.2 分配传动比 根据文献【1】第155页中带传动的传动比适用范围i=25,取其传动比为,则减速器总传动比为 根据文献【2】第68页双级直齿圆柱齿轮减速器高速级的传动比为;低速级传动比 五、 带传动装置运动和动力参数的计算减速器传动装置中各轴由高速轴到低速轴依次编号为电动机1轴、2轴,3轴,4轴。5.1 各轴的转速(单位:r/min) 5.2各轴输入功率(单位
6、:kw)5.3 各轴输入转矩 6 带传动的设计与计算6.1确定计算功率Pca根据文献【1】第156页表8-7查得工作情况系数KA=1.2,故 6.2 选择V带的带型根据Pca ,nm由文献【1】第157页图8-10选用Z型。6.3确定带轮的基准直径dd并验算带速v6.3.1 确定小带轮直径根据文献【1】第155页表8-6和第157页表8-8,取小带轮的基准直径dd1=80mm。6.3.2验算带速v 因为5m/sv(F0)min。6.8 计算压轴力FP 压轴力的最小值为 7、齿轮传动的设计及计算7.1高速级直齿圆柱齿轮的设计计算7.1.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数按照图1已经选定的传动方
7、案,高速级齿轮选择如下:(1)齿轮类型 选用直齿圆柱齿轮传动(2) 齿轮精度等级 带式输送机为一般机器,速度不高,按照教材【1】中表10-8,选择8级精度(GB2008-88)(3) 材料选择 由教材【1】中表10-1选择:两者材料硬度差为40HBS 小齿轮 40Cr 调质 硬度280HBS大齿轮 45钢 调质 硬度240HBS(4) 试选择小齿轮齿数 大齿轮齿数 取 齿数比7.1.2按齿面接触强度设计(1)确定公式内各计算数值 由设计计算公式(10-9a)进行计算: 试选载荷系数 计算小齿轮传递的转矩。 由文献【1】中表107知齿宽系数 由文献【1】中表10-6查得材料弹性影响系数由文献【1
8、】中图10-21d 按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限: 计算应力循环次数由文献【1】中图10-19取接触疲劳寿命系数 ;计算接触疲劳许应力取失效概率为1%,安全系数S=1由文献【1】中式10-12得(2)计算 由式试算小齿轮分度圆直径,代入中较小者的值。 算圆周速度 计算齿宽b 计算齿宽与齿高比模数 齿高所以有 计算载荷系数据 和8级精度,由图10-8查动载荷系数直齿轮由文献【1】中表10-2查得使用系数由文献【1】中表10-4用插入法查得8级精度、小齿轮相对非对称布置时 由 , 在文献【1】中查图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,由文献【1】中式10-10a
9、得 (其中) 计算模数m 7.1.3 按齿根弯曲强度计算由文献【1】中式10-5弯曲强度设计公式(1)确定公式内各计算数值 由文献【1】中图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 由文献【1】中图10-18取弯曲疲劳寿命系数 , 计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数 由【1】中式(10-12)得 计算载荷系数K 查取齿形系数由文献【1】中表10-5查得 查取应力校正系数由文献【1】中表10-5查得 计算大小齿轮并加以计算 大齿轮的数值大。2. 设计计算对比计算结果,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强度所决定
10、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(即模数与齿数的乘积有关,可取由齿根弯曲疲劳强度计算的模数0.721并根据GB1357-87就近圆整为标准值,按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径,算出小齿轮的齿数大齿轮的齿数 取7.1.4高速级齿轮几何尺寸计算分度圆直径 中心距 齿轮宽度 取 表3-1 高速级齿轮设计几何尺寸及参数齿轮压力角模数中心距齿数比齿数分度圆直径齿根圆直径齿顶圆直径齿宽小齿轮2021154.38214640.550.351大齿轮92184179186467.2 低速级直齿圆柱齿轮的设计计算7.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1) 选用直齿圆柱齿轮传
11、动(2) 传动速度不高,选择8级精度(GB2008-88)(3)材料选择小齿轮 40Cr 调质 硬度280HBS大齿轮 45 调质 硬度240HBS(4) 选择小齿轮齿数 大齿轮齿数 7.2.2按齿面接触强度设计(1)确定公式内各计算数值 试选载荷系数 小齿轮传递的扭矩 由教材【1】中表10-6查得材料弹性影响系数 由教材【1】中表10-7选取齿宽系数 由教材【1】中图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 由教材【1】中式(10-13)计算应力循环次数 由教材【1】中图10-19取接触疲劳寿命系数 , 计算接触疲劳许应力取失效概率为1% , 安全系数S=
12、1由教材【1】中式(10-12)得 2.计算 计算小齿轮分度圆直径,代入的较小值。 计算圆周速度 计算宽度b 计算齿宽与齿高比模数m 齿高 计算载荷系数据 ,8级精度。由中图10-8查动载荷系数。直齿轮。由教材【1】中表10-2查得使用系数。由教材【1】中表10-4用插入法查得8级精度、小齿轮相对非对称布置时 由 查教材【1】中图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,由2中式10-10a得 计算模数m 7.2.3按齿根弯曲强度计算由2中式10-5弯曲强度设计公式 (1) 确定公式内各计算数值 由2中图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
13、 由2中图10-18取弯曲疲劳寿命系数 , 计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数 由2中式10-12 计算载荷系数K 查取齿形系数由2中表10-5查得 查取应力校正系数由2中表10-5查得 计算大小齿轮的 大齿轮的数值大(2)设计计算 根据2中表101就近圆整为标准值计算小齿轮齿数 计算大齿轮齿数 7.2.4 低速级齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 中心距 齿轮宽度 8 轴的设计及计算考虑到低速轴的受力大于高速轴,应先对低速轴进行结构设计和强度校核,其他的轴则只需要进行结构设计,没必要进行强度校核。8.1 低速轴的设计8.1.1 轴的受力分析1)输出轴上的功率P=2.2kw,转速n=40r/min
14、,转矩T=183509.8 Nmm由上述6.2中低速级齿轮设计可求得大齿轮的啮合力:大齿轮的分度圆直径:大齿轮的圆周力:大齿轮的径向力:N8.1.2轴的材料的选择由于低速轴转速不高,但受力较大,故选取轴的材料为45优质碳素结构钢,调质处理。8.1.3轴的最小直径根据教材中15-2式可初步估算轴的最小直径,式中:最小直径系数,根据教材中表15-3按45钢查得 低速轴的功率(KW), 低速轴的转速(r/min),由表5.1可知:因此: 输出轴的最小直径应该安装联轴器处,为了使轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器的型号。根据教材中14-1式查得,式中:联轴器的计算转矩() 工作情况系数,根
15、据教材中表14-1按转矩变化小查得, 低速轴的转矩(),由表5.1可知:因此: 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或根据文献【2】中表8-36查得,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000Nm。其具体结构及基本参数如图7.2以及表7.1所示,图7.2 LX2型弹性柱销联轴器结构形表8.1LX2型弹性柱销联轴器基本参数及主要尺寸型号公称转矩TnN.m许用转速n( r/min)轴孔直径(d1、d2、dZ)轴孔长度mmDmmD1mmBmmSmm转动惯量Kg.m2质量kgY型J、J1、Z型LL1LLX1250850012,143227-9040202
16、.50.002216,18,1942304220,22,24523852LX2560630020,22,2452385212055282.50.009525,2862446230,32,35826082由上表可知,选取半联轴器孔径,故取,半联轴器的长度,与轴配合的毂孔长度。8.1.4 轴的结构设计8.1.4.1 拟定轴上零件的装配方案 低速轴的装配方案如下图8.3所示,图8.3 低速轴的结构与装配8.1.4.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度满足半联轴器的轴向定位要求。-轴段右端需制出一轴肩,故取-段的直径式中:轴处轴肩的高度(),根据教材中P364中查得定位轴肩的高度,故取左端用轴
17、端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔的长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上,故-段的长度应比稍短一些,现取。初步选择滚动轴承。因滚动轴承同时受径向力的作用,根据教材中表13-1可选深沟球轴承。根据文献【2】中表8-30中参照工作要求并根据,由轴承产品目录中可初步选取深沟球轴承6024,其基本尺寸资料如下表7.2所示:表7.2 6204型深沟球轴承参数数值mm标准图d20D47A13.5b7a6.75B14由上表7.2可知,该轴承的尺寸为,故;而,左端轴承采用轴肩进行轴向定位。由文献2表8-30查得mm故取轴处轴段-的直径齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定
18、位,齿轮轮毂宽度为82mm,为了使套筒端面可以紧靠齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,取齿轮左端采用定位轴肩的高度故取则轴段-的直径轴环的宽度应满足取。 取轴承端盖的总宽度为。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离,故取。 根据轴的总体布置简图可知,大圆柱齿轮距箱体内壁之间距离,齿轮与圆柱齿轮之间的距离。考虑到箱体的铸造误差以及轴承的整体布置,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离,取。已知滚动轴承宽度,根据教材图15-21中可初取大圆齿轮轮毂长,则至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。8.1.4.3 轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定
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