精编机械课程设计减速箱.docx
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精编机械课程设计减速箱
(精编)机械课程设计:
减速箱
机械课程设计
设计用带传动的传动的减速箱装置
一.设计任务----------------------------------------------------------------2
二.系统总体设计方案----------------------------------------------------2
三.电动机的选择----------------------------------------------------------3
四.传动装置总体设计----------------------------------------------------4
五.传动零件的设计计算-------------------------------------------------5
六.轴的计算---------------------------------------------------------------15
七.轴承的选择------------------------------------------------------------26
八.箱体设计---------------------------------------------------------------29
九.润滑密封---------------------------------------------------------------32
一十.小结-----------------------------------------------------------------33
一十一.参考文献-----------------------------------------------------------33
一、设计任务
题目23设计用于带传动的传动装置
原始数据:
1.输送带牵引力,输送带转速,输送带的鼓轮直径:
450mm。
2.输送机运转方向不变,载荷平稳;
3.输送带的鼓轮传动效率为0.97;
4.工作寿命15年,每年300工作日,每日16小时。
完成任务:
1)完成减速器装配图1张(A0或A1);
2)零件工作图1~3张;
3)编写设计计算说明书1份。
二.初步设计
三.电动机的选择
1.选择电动机的类型
综合考虑一般选择笼型三相异步电动机,该电动机载荷大,价格便宜
2.计算电动机的容量
运输带机构输出的功率:
PW=
粗略估算传动装置的总效率
查得:
是联轴器效率:
0.97
是减速器传动效率:
0.95
是链传动效率:
0.96
是带传动效率:
0.97
初步估算总的传动效率,解得:
Pd=
3.确定电动机的转速:
输送带的带速为1.4m/s输送鼓轮直径为450mm
nw=
减速机构只有一个二级减速箱和链传动,同时考虑两种传动方式的最大传动比和设计尺寸,选择电机的转速为r/min
电动机型号额定功率同步转速满载转速轴径
Y112M-441500144028mm
四.传动装置的总体设计
1.计算传动装置的总转动比并分配各级传动比:
1)传动装置的总传动比为:
2)分配各级传动比:
链传动的传动比常用范围为2-5,圆柱齿轮传动比常用范围为3-5。
因为减速箱有两级减速,所以选择链传动的传动比为2,减速箱的传动比为12.5
两级齿轮的传动比可计算出:
所以减速箱高速级传动比为4.03,低速级传动比为3.1,链传动的传动比为2
2.计算传动装置的运动参数和动力参数:
设、、、分别为1、2、3和工作轴的转速;、、、分别为对应轴的功率;、、、分别为输入转矩;、、、分别为各轴之间的传动比;、、、分别为电动机轴到1轴、1轴到2轴、2轴到3轴、3轴到工作轴之间的传动效率。
若按电动机的工作顺序进行推算,可求得各轴的动力和运动参数如下:
1)各轴输入转速:
1轴
2轴
3轴
2)各轴功率:
设:
=0.97为联轴器效率
=0.96为链传动效率
=0.99为一对滚动轴承效率
=0.99为一对齿轮传动的效率
1轴
2轴
3轴
工作轴
3)各轴转矩:
1轴
2轴
3轴
工作轴
将运动和动力参数计算结果进行整理:
1轴
2轴
3轴
工作轴
转速(r/min)
1500
372.21
120
60
输入功率P(kw)
3.395
3.327
3.261
3.1
转矩T(N.m)
21.6
85.36
259.52
493.42
传动比(i)
4.03
3.1
2
五.传动零件的设计计算:
1、链传动的设计
已知主动链轮的转速为120r/m,从动链轮的转速为60r/m,传递的功率为3.261KW
(1)选择链轮齿数
取小链轮齿数=19,大链轮齿数=38
(2)确定计算功率
根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数,将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率:
输送机运转方向不变,工作载荷稳定,所以工况系数=1,查表得齿数系数=1.55,因为该链传动速度低传动比小,所以选用单排链,则计算功率为:
(3)选择链条型号和节距
根据,及主动链轮转速为120r/m查图表得链条型号为20A,查表得链条节距为31.75
(4)计算链节数和中心距
初选中心距
取,相应的链长节数为
取链长节数节,查表得中心距系数f=0.24896,则链传动的最大中心距为:
所以选取中心距为1000mm合适
(5)计算链速V,确定润滑方式
由V=1.2065m/s和连号20-A,查图得应采用油池润滑或油盘飞溅润滑
(6)计算压轴力Fp
有效圆周力为:
压轴力:
(7)链轮的基本参数和主要尺寸
分度圆直径:
2.高速级齿轮的设计计算
1)齿轮类型,精度等级,材料及齿数的选定
如图所示传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动
运输机为一般工作器,速度不高,所以选用7级精度
材料选择,查表选择小齿轮材料为40Cr,硬度为280HBS,
大齿轮材料为45钢,硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。
2)选小齿轮齿数,大齿轮齿数为:
=,
取=105
3).按齿面接触强度设计
由设计计算公式:
确定公式内的各数值
(1)试选载荷系数
(2)计算小齿轮传递的转矩
(3)查表选取齿宽系数
(4)查表选取材料的弹性影响系数
(5)查表得
小齿轮
大齿轮
(6)计算应力循环次数:
(7)查表得接触疲劳寿命系数
(8)计算接触疲劳许用应力为:
取失效概率为1%,安全系数S=1,得:
4)计算
(1)试算小齿轮分度圆直径d1t,代入中较小的值
=
(2)计算圆周速度v
(3)计算齿宽b
(4)计算齿宽与齿高之比b/h
模数
齿高
(5)计算载荷系数
根据v=3.4m/s,7级精度。
查表得动载系数
直齿轮,假设,由表查得
查表得使用系数
查表得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时
将数据代入,得
由
查图得
,故载荷系数为:
(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
(7)计算模数m
m=d1/Z1=42.936/24mm=1.74mm
5)按齿根弯曲强度设计
弯曲强度的设计公式为[3]式(10-5):
确定公式内的各计算数值
(1)由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限
大齿轮的弯曲疲劳极限
(2)由图查得弯曲疲劳寿命系数
(3)计算弯曲疲劳许用应力:
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得:
(4)计算
(5)查取齿形系数
(6)查取应力校正系数
(7)计算大,小齿轮的并加以比较
设计计算:
=
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由接触强度算得的模数1.14并就近圆整为标准值m=1.5mm,按接触强度算得的分度圆直径d1=43.31mm,算出小齿轮齿数
大齿轮齿数
取=113
这样设计出的齿轮传动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。
6)几何尺寸计算
计算分度圆直径
计算中心距:
计算齿轮宽度
取B2=42,B1=47
7)验算
合适
3.低速级齿轮的设计
3)齿轮类型,精度等级,材料及齿数的选定
如图所示传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动
运输机为一般工作器,速度不高,所以选用7级精度
材料选择,又查表选择小齿轮材料为40Cr,硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢,硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。
2)选小齿轮齿数,大齿轮齿数为:
=,取=81
3).按齿面接触强度设计
由设计计算公式(10-9a)试算,即:
确定公式内的各数值
(1)试选载荷系数
(2)小齿轮传递的转矩
(3)查表选取齿宽系数
(4)查表取材料的弹性影响系数
(5)查表得
小齿轮
大齿轮
(6)计算应力循环次数:
(7)查表得接触疲劳寿命系数
(8)计算接触疲劳许用应力为:
取失效概率为1%,安全系数S=1,得:
4)计算
(1)试算小齿轮分度圆直径d2t,代入中较小的值
=
(2)计算圆周速度v
(3)计算齿宽b
(4)计算齿宽与齿高之比b/h
模数
齿高
(5)计算载荷系数
根据v=1.33m/s,7级精度。
查表得动载系数
直齿轮,假设,查表得
查表得使用系数
由表查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时
将数据代入,得
由
查图得
,故载荷系数为:
(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
(7)计算模数m
m=d2/Z3=71.458/26mm=2.75mm
5)按齿根弯曲请度设计
由[1]10-5式弯曲强度的设计公式为:
确定公式内的各计算数值
由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限
大齿轮的弯曲疲劳极限
由图查得弯曲疲劳寿命系数
计算弯曲疲劳许用应力:
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得:
计算载荷系数
查取齿形系数
由表查得
查取应力校正系数
由表查得
计算大,小齿轮的并加以比较
设计计算:
=
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿轮计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由接触强度算得的模数,就近圆整为标准值m=2.5mm,按接触强度算得的分度圆直径d2=71.458mm,算出小齿轮齿数
大齿轮齿数
取Z4=87
6)几何尺寸计算
(1)计算分度圆直径
(2)计算中心距
(3)计算齿轮宽度
取B4=70,B3=75
六轴的计算
1.初步确定各轴的最小直径
估算轴的最小直径,选取轴材料为45钢,调质处理,因为所受弯矩较小,载荷平稳,所以查表取【】=35。
有公式算得=111
速轴最小直径:
d1min=
输出轴的最小径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器型号,查机械设计手册选取LT4型弹性柱消联轴器,公称转矩63NM,轴孔直径28mm与轴配合长度为40mm。
2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
第一段轴:
因为联轴器轴孔直径为38mm,与轴配合长度40mm,所以取,
第二段轴:
此处装配轴承,取,选用轴承型号为6207轴孔直径为35,宽度为17。
所以设计轴段
第三段轴:
此处为定位轴段,取
第四段轴:
此处做成齿轮轴,因为齿轮宽度为47mm所以去
第五段轴:
定位轴段,用于与套筒配合,去
第六段轴:
装配轴承,
②中速轴的最小直径
1、选取轴材料为45钢,调质处理,因为所受弯矩较小,载荷平稳,所以查表取【】=35
d2min=
2、根据定位要求确定轴的各段直径和长度
第一段轴:
此处装配滚动轴承,选择轴承型号为6207,为了使轴承轴向固定,使大于轴承宽度,所以取,
第二段轴:
此处装配低速级小齿轮,为了方便小齿轮轴向定位,所以轴段的长度要小于齿轮宽度,所以选取
第三段轴:
此处为定位轴肩,取
第四段轴:
此处装配高速级大齿轮,为了方便齿轮的轴向定位,所设计轴段的长度要小于齿轮宽度,所以取
第五段轴:
此处装配轴承,
③低速轴的最小直径
1、选取轴材料为45钢,调质处理,因为所受弯矩较小,载荷平稳,所以查表取【】=30
d3min=
2、根据定位要求确定轴的各段直径和长度
第一段轴:
此处装配滚动轴承,选取轴承型号为6211,轴承宽度为21,额定动载荷为33.5,内孔径为55,所以设计第一段轴
第二段轴:
此处装配齿轮,因为低速级大齿轮宽度为70mm,所以取
第三段轴:
此处为定位轴段,取
第四段轴:
此处安装滚动轴承,取
第五段轴:
此处与链轮的轮毂配合,因为有键槽同时是该轴径的最小处,所以取该轴段直径
轴强度校核:
按弯曲扭转合成强度
Ⅰ.低速轴
(1)轮齿的受力分析及支反力分析
深沟球轴承的受力点在其宽度的中心,作为简支梁的轴的支承跨距
水平面支反力
垂直面支反力
垂直面上的弯矩分别为
水平面上产生的弯矩分别为
合成弯矩
(2)做出弯矩图:
(3)校核该轴的强度
进行校核时,通常只校核轴上承受的最大弯矩强度。
已知轴的弯矩和扭矩后,可对危险截面做弯扭合成强度计算,按第三强度理论
为了考虑两者循环特性的不同影响,引入折合系数,则计算应力为
因为该轴的扭转切应力为脉动循环应变力,所以取,对直径为d的圆轴,弯曲应力为,扭转切应力,将带入上式得:
式中:
为轴的计算应力
M为轴所受的弯矩
T为轴所受的扭矩
W为轴的抗弯截面系数
为对称循环应变力时轴的许用弯曲应力
因为高速轴的第一段是根据扭转强度设计,所以不用校核,从弯扭矩图中可以看出,危险截面为B点,所以由公式得
查表得45号钢调质的许用弯曲应力=60
因为,所以该轴强度安全。
(4)轴上键的选择
因为键槽是开在轴端,所以选择C型单圆头平键,由轴径为28mm查表选取键的长、宽、高分别为L=40,b=8,h=7,材料为铸铁
键的强度计算:
假设载荷在键的工作面上均匀分布,普通平键的强度条件为
T:
传递的扭矩N.m
K:
键与轮毂键槽的接触高度,K=0.5h,mm
L:
键的工作长度mm
d:
轴的直径
:
键、轴、轮毂三者中最弱的材料的许用压应力
因为三中最弱的材料为键,查表得铸铁的=55,=13.8
所以强度合格
Ⅱ中速轴
(1)轮齿的受力分析及各支反力分析
大齿轮1
小齿轮2
垂直支反力
水平支反力
垂直面上产生的弯矩为
水平面上产生的弯矩为
合成弯矩
(2)做出弯矩图
(3)校核该轴的强度
进行校核时,通常只校核轴上承受的最大弯矩强度。
已知轴的弯矩和扭矩后,可对危险截面做弯扭合成强度计算,按第三强度理论
为了考虑两者循环特性的不同影响,引入折合系数,则计算应力为
因为该轴的扭转切应力为脉动循环应变力,所以取,对直径为d的圆轴,弯曲应力为,扭转切应力,将带入上式得:
式中:
为轴的计算应力
M为轴所受的弯矩
T为轴所受的扭矩
W为轴的抗弯截面系数
为对称循环应变力时轴的许用弯曲应力
因为高速轴的第一段是根据扭转强度设计,所以不用校核,从弯扭矩图中可以看出,危险截面为C点,所以由公式得
查表得45号钢调质的许用弯曲应力=60
因为,所以该轴强度安全。
(4)传动轴键的选择
因为键是用来连接齿轮的,所以选择圆头平键
大齿轮键:
b=12、h=8、L=32
小齿轮键:
b=12、h=8、L=63
因为所传递的扭矩相同,所以只需须校核接触长度较小的大齿轮键
因为三者中最弱的材料为键,查表得铸铁的
所以强度合格
Ⅲ高速轴
(1)轮齿的受力分析及支反力分析
垂直面支反力
水平面支反力
垂直面上的弯矩为
水平面上产生的弯矩为
合成弯矩为
(2)做出弯矩图
(3)校核该轴的强度
进行校核时,通常只校核轴上承受的最大弯矩强度。
已知轴的弯矩和扭矩后,可对危险截面做弯扭合成强度计算,按第三强度理论
为了考虑两者循环特性的不同影响,引入折合系数,则计算应力为
因为该轴的扭转切应力为脉动循环应变力,所以取,对直径为d的圆轴,弯曲应力为,扭转切应力,将带入上式得:
式中:
为轴的计算应力
M为轴所受的弯矩
T为轴所受的扭矩
W为轴的抗弯截面系数
为对称循环应变力时轴的许用弯曲应力
因为高速轴的第一段是根据扭转强度设计,所以不用校核,从弯扭矩图中可以看出,危险截面为C点,所以由公式得
查表得45号钢调质的许用弯曲应力=60
因为,所以该轴强度安全。
(4)传动轴键的选择
连接齿轮的键选择圆头平键,连接轮毂的键选择半圆头平键,取轮毂宽度为40mm,所以查表取键的规格为
齿轮键:
b=18、h=11、L=63
轮毂键:
b=14、h=9、L=36
轮毂键的校核:
选取键的材料为钢,,,所以强度合格
齿轮键的校核:
选取键的材料为铸铁,,,所以强度合格
七.轴承的选择
⒈初步确定轴承
根据第四步轴的计算可以初步确定轴承为深沟球轴承,这是由于该减速器主要受到径向的载荷,轴向力很较小。
深沟球轴承足够承受轴向力。
各轴的轴承具体型号初步选定为:
低速轴:
深沟球轴承6211型GB/T276—1994;
中速轴:
深沟球轴承6207型GB/T276—1994;
高速轴:
深沟球轴承6207型GB/T276—1994;
⒉校核轴承
传动轴
传动轴使用的滚动轴承为6207,其基本额定动载荷为19.8KN,径向力最大处的为:
1)求比值
轴承所受径向力
所受的轴向力
它们的比值为
根据[3]表13-5,深沟球轴承的最小e值为0.22,故此时。
2)计算当量动载荷P,根据
查表X=1,Y=0,取。
则
3)验算轴承的寿命
按要求轴承的最短寿命为
(工作时间),根据下式
(对于球轴承取3)所以所选的轴承6207满足要求。
高速轴
选用6207深沟球轴承,其基本额定动载荷为19.8KN。
径向力最大处的为:
1)求比值
轴承所受径向力
所受的轴向力
它们的比值为
根据[3]表13-5,深沟球轴承的最小e值为0.22,故此时。
2)计算当量动载荷P,根据
查表X=1,Y=0,按照表
取则
3)验算轴承的寿命
按要求轴承的最短寿命为
(工作时间),根据下式
(对于球轴承取3)所以所选的轴承6207满足要求。
低速轴
因为低速轴所承受的径向压力较大,所以选用6211深沟球轴承,其当量动载荷为33.5KN
1)求比值
轴上B处轴承所受径向力
轴上D处轴承所受径向力
从上面两式可以得出最大径向力为2836N
所受的轴向力
它们的比值为
查表深沟球轴承的最小e值为0.22,故此时。
2)计算当量动载荷P,根据
按照[3]表13-5,X=1,Y=0,按照[1]表13-6,,
取则
3)验算轴承的寿命
按要求轴承的最短寿命为
(工作时间),根据下式
(对于球轴承取3)所以所选的轴承6211满足要求。
八.箱体及其附件的结构设计
1)减速器箱体的结构设计
箱体采用剖分式结构,剖分面通过轴心。
下面对箱体进行具体设计:
1.确定箱体的尺寸与形状
箱体的尺寸直接影响它的刚度。
首先要确定合理的箱体壁厚。
根据经验公式:
(T为低速轴转矩,N·m)
可取。
为了保证结合面连接处的局部刚度与接触刚度,箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘,箱座底面凸缘厚度设计得更厚些。
2.合理设计肋板
在轴承座孔与箱底接合面处设置加强肋,减少了侧壁的弯曲变形。
3.合理选择材料
因为铸铁易切削,抗压性能好,并具有一定的吸振性,且减速器的受载不大,所以箱体可用灰铸铁制成。
2)减速器附件的结构设计
(1)检查孔和视孔盖
检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙,还可用来注入润滑油,检查要开在便于观察传动件啮合区的位置,其尺寸大小应便于检查操作。
视孔盖用铸铁制成,它和箱体之间加密封垫。
(2)放油螺塞
放油孔设在箱座底面最低处,其附近留有足够的空间,以便于放容器,箱体底面向放油孔方向倾斜一点,并在其附近形成凹坑,以便于油污的汇集和排放。
放油螺塞为六角头细牙螺纹,在六角头与放油孔的接触面处加封油圈密封。
(3)油标
油标用来指示油面高度,将它设置在便于检查及油面较稳定之处。
(4)通气器
通气器用于通气,使箱内外气压一致,以避免由于运转时箱内温度升高,内压增大,而引起减速器润滑油的渗漏。
将通气器设置在检查孔上,其里面还有过滤网可减少灰尘进入。
5)起吊装置
起吊装置用于拆卸及搬运减速器。
减速器箱盖上设有吊孔,箱座凸缘下面设有吊耳,它们就组成了起吊装置。
(6)起盖螺钉
为便于起盖,在箱盖凸缘上装设2个起盖螺钉。
拆卸箱盖时,可先拧动此螺钉顶起箱盖。
(7)定位销
在箱体连接凸缘上相距较远处安置两个圆锥销,保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度。
箱体材料选为灰铸铁,参考[2]表15-1,尺寸设计如下:
名称
符号
尺寸/mm
底座壁厚
8
箱盖壁厚
8
底座上部凸缘厚度
1.5=12
机盖凸缘厚度
12
底座下部凸缘厚度
2.5=20
地脚螺钉
df
M=20
地脚螺钉数目
n
4
轴承旁螺栓径
M=16
底座与箱盖连接螺栓直径
M=12
轴承盖螺栓直径
8
视孔盖螺栓直径
6
定位销直径
10
、、至外箱壁的距离
26
、至凸缘边缘距离
24
齿顶圆与箱体内壁的距离
12
齿轮端面与箱体内壁距离
9
外箱壁至轴承断面距离
50
箱盖箱座肋厚
=7
=7
轴承盖外径
轴承盖凸缘厚度
b
8
轴承旁连接螺栓距离
S
50
底座深度
H
182
机座底厚度
25
外机壁到轴承座距离
50
九.润滑、密封
(1)润滑
a)润滑油的作用
减少摩擦、降低温升和防止腐蚀润滑不良时轴承温升剧增,加速轴承的磨损,影响主轴组件的正常工作。
优点:
摩擦阻力小,冷却效果好,具有冲洗作用。
润滑剂的选用和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。
b)润滑的方式
1)齿轮的润滑
根据机械零部件的工作情况,采用润滑剂的种类及供油量的要求,可采用不同的润滑方式。
对于中速,中载较重要的机械,要求连续供油并能起一定的冷却作用时,常采用油浴,油环及溅油润滑方式。
故选用油浴润滑。
2)滚动轴承的润滑
减速器中滚动轴承可采用润滑油或润滑脂进行润滑。
若采用润滑油润滑,可直接用减速器油池内的润滑油进行润滑,该设计就选用这个方法。
(2)密封
在机械设备中,为了防止液体,气体工作介质或润滑剂泄露,防止灰尘,水分进入润滑部位,必须设密封装置。
密封不仅能大量节约润滑剂,保证机器正常工作,提高机器寿命,而且对改善工厂环境卫生,保障工人健康也有很大作用,是降低成本,提高生产水平中不可忽略的问题。
减速器的密封要求是在箱体剖分面,个接触面及密封处均不允许出现漏油和渗油现象。
剖分面上允许涂密封胶或水玻璃,但不允许塞入任何垫片或填料。
故密封选用毡圈密封。
一十.小结
经过3个星期的努力终于完成了减速箱的设计,对于我们测
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