机械设计课程设计二级直齿圆柱齿轮减速器设计说明书.docx
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机械设计课程设计二级直齿圆柱齿轮减速器设计说明书
一、设计题目
热处理车间零件输送设备的传动装备
二、运动简图
图1
1—电动机2—V带3—齿轮减速器4—联轴器5—滚筒6—输送带
三、工作条件
该装置单向传送,载荷平稳,空载起动,两班制工作,使用期限5年(每年按300天计算,输送带的速度容许误差为±5%.
四、原始数据
滚筒直径D(mm:
320
运输带速度V(m/s:
0.75
滚筒轴转矩T(N·m:
900
五、设计工作量
1减速器总装配图一张
2齿轮、轴零件图各一张
3设计说明书一份
六、设计说明书内容
1.运动简图和原始数据
2.电动机选择
3.主要参数计算
4.V带传动的设计计算
5.减速器斜齿圆柱齿轮传动的设计计算
6.机座结构尺寸计算
7.轴的设计计算
8.键、联轴器等的选择和校核
9.滚动轴承及密封的选择和校核
10.润滑材料及齿轮、轴承的润滑方法
11.齿轮、轴承配合的选择
12.参考文献
七、设计要求
1.各设计阶段完成后,需经指导老师审阅同意后方能进行下阶段的设计;
2.在指定的教室内进行设计.
一.电动机的选择
一、电动机输入功率wP
60600.75244.785/min
223.140.32
wvnrRn
π⨯⨯=
=
=⨯⨯
90044.785
4.2199550
9550
w
wTnPkw⨯=
=
=
二、电动机输出功率dP
其中总效率为
3
2
3
2
0.960.990.970.990.960.833vηηηηηη=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=带轴承齿轮联轴滚筒4.2195.0830.833
w
dPPkwη
=
==
查表可得Y132S-4符合要求,故选用它。
Y132S-4(同步转速1440minr,4极的相关参数表1额定功率
满载转速
堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩质量
5.5kw
1440min
r
2200Nmm
⋅
2300Nmm
⋅
68kg
二.主要参数的计算
一、确定总传动比和分配各级传动比
传动装置的总传动比144032.1544.785
mw
nin=
==总
查表可得V带传动单级传动比常用值2~4,圆柱齿轮传动单级传动比常用值为3~5,展开式二级圆柱齿轮减速器(121.3~1.5ii≈。
初分传动比为2.5Vi=带,14.243i=,23.031i=。
二、计算传动装置的运动和动力参数
本装置从电动机到工作机有三轴,依次为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ轴,则
1、各轴转速
1440576min2.5
mVnnri=
=
=Ⅰ带
2
135.75344.288min3.031
nnri=
=
=ⅡⅢ
2、各轴功率
05.50.965.28ddVPPPkwηη==⨯=⨯=Ⅰ
Ⅰ带5.280.990.975.070PPPkwηηη==⨯⨯=⨯⨯=ⅡⅠⅠⅡⅠ
轴承齿轮5.0700.990.974.869PPPkwηηη==⨯⨯=⨯⨯=ⅢⅡⅡⅢⅡ
轴承齿轮
3、各轴转矩
5.59550
955036.4761440
ddd
PTNm
n==⨯
=⋅
036.4762.50.9687.542dVTTiNmη==⨯⨯=⋅Ⅰ
Ⅰ带
187.5424.2430.990.97356.695TTiNmη==⨯⨯⨯=⋅ⅡⅠⅠⅡ
2356.6953.0310.990.971038.221TTiNm
η==⨯⨯⨯=⋅ⅢⅡⅡⅢ
表2
项目
电机轴
高速轴Ⅰ
中间轴Ⅱ
低速轴Ⅲ
转速(minr1440576135.75362.706功率(kw
5.5
5.28
5.070
4.869
1576135.753min
4.243
nnri=
=
=ⅠⅡ
转矩(Nm
36.47687.542356.6951038.221
传动比2.54.2433.031效率
0.96
0.96
0.922
三V带传动的设计计算
一、确定计算功率caP
查表可得工作情况系数1.2Ak=故1.25.56.6caAPkPkw=⨯=⨯=二、选择V带的带型
根据caPn、,由图可得选用A型带。
三、确定带轮的基准直径dd并验算带速v
1、初选小带轮的基准直径1dd。
查表8-6和8-8可得选取小带轮的基准直径190ddmm=2、验算带速v
按计算式验算带的速度1901440
6.782601000
601000
ddn
vms
ππ⨯⨯=
=
=⨯⨯
因为530msvms<<,故此带速合适。
3、计算大带轮的基准直径2dd
按式(8-15a计算大带轮的基准直径212.590225ddVdidmm==⨯=带根据教材
表8-8,圆整得
2224ddmm
=
。
4、确定V带的中心距a和基准直径dL
(1按计算式初定中心距0500amm=12012
(0.7
(2(
dddd
ddadd+≤≤+(2按计算式计算所需的基准长度
2
2100120
(
2(2
4dddddddLaddaπ
-≈+
++
2
(224902430(902242
4430
π-=⨯+
⨯++
⨯
=1364mm
查表可选带的基准长度1400dLmm=(3按计算式计算实际中心距a
014001364
(4304482
2
ddLLaammmm--≈+
=+
=
中心距的变化范围为(427490mmmm。
5、验算小带轮上的包角1α
(
(
12157.357.3
180********163120448
dddda
α≈--=--=≥
6、计算带的根数
(1计算单根V带的额定功率rP
由1901440minddmmnr==和查表可得01.064Pkw=
根据1440min2.7nri==,和A型带,查表可得00.169Pkw∆=、0.956kα=、
0.96
Lk=。
故((r00P1.0640.1690.9560.961.132LPPkkkwα=+∆=+⨯⨯=(2计算V带的根数Z
r
6.65.830P1.132
caPZ=
=
=故取V带根数为6根
7、计算单根V带的初拉力的最小值(0minF查表可得A型带的单位长度质量0.10qkgm=
((2
0min
2.5500
ca
kPFqvkZv
αα-=+(2
2.50.9566.6
(5000.16.7821360.95666.782
NN-⨯=⨯
+⨯=⨯⨯
应使带的实际初拉力(00minFF>。
8、计算压轴力pF
压轴力的最小值为
((1
0minmin2sin
2
PFZFα=16326136sin
2
=⨯⨯⨯。
1614N
=
四减速器斜齿圆柱齿轮传动的设计计算
一、高速级齿轮
1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
(1按图所示的传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。
(2运输装置为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度。
(3材料选择:
查表可选择小齿轮材料为40Cr(调质,硬度为280HBS;大齿轮材料为45钢(调质,硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。
(4选小齿轮齿数120Z=,大齿轮齿数24.2432085Z=⨯=,取285Z=(5选取螺旋角,初选螺旋角14β=
2、按齿面接触强度设计,按计算式试算即[]3
2
1121tHE
tdHkTZZuduαεσ⎛⎫
±≥
⎪⎪Φ⎝⎭
(1确定公式内的各计算数值
①试选1.6tk=,由图10-2610.740αε=,20.820αε=则有121.560αααεεε=+=②小齿轮传递转矩
187.542TNm
=
③查图10-30可选取区域系数2.433
HZ=
查表10-7可选取齿宽系数1dΦ=
④查表10-6可得材料的弹性影响系数1
2189.8EZMP=。
⑤查图10-21d得按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限
l
im1
600HaMPσ=,大齿轮的接触疲劳强度极限lim2550HaMPσ=。
⑥按计算式计算应力循环次数
(8
11606057612830058.29410hNnjL==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯
8
8
28.294101.95104.243
N⨯=
=⨯
⑦查图可选取接触疲劳寿命系数11.02HNk=,21.12HNk=。
⑧计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%,安全系数1S=,按计算式(10-12得
[]1lim1
11.02600612HNHHa
kMPS
σσ=
=⨯=
[]2lim2
2
1.12550616HNHHa
kMPS
σσ=
=⨯=
(2计算相关数值
①试算小齿轮分度圆直径1td,由计算公式得
3
2
121.687.5421000
5.24
2.433189.850.0711.560
4.24614tdmm⨯⨯⨯⨯⎛⎫
≥
⨯⨯=⎪⨯⎝⎭
②计算圆周速度
11
50.07576
1.509601000
601000
tdnvms
ππ⨯⨯=
=
=⨯⨯
③计算齿宽b及模数ntm
1150.0750.07dtbdmm
=Φ=⨯=
11
cos50.07cos14
2.42920
tntdmmm
Zβ⨯=
==
2.252.252.4295.466nthmmmmm==⨯=
50.079.16
5.466
bh==
④计算总相重合度βε
10.318tan0.318120tan141.586dZβεβ=Φ=⨯⨯⨯=
⑤计算载荷系数k
查表可得使用系数1Ak=,根据1.509vms=,7级精度,查表10-8可得动载系数1.07Vk=,由表10-4查得
HKβ
的值与直齿轮的相同,为1.419
1.350Fkβ=,1.4HFkkαα==
[][][]12
612616
6142
2
HHHa
MPσσσ++=
=
=
故载荷系数11.071.41.4192.126AVHHkkkkkαβ==⨯⨯⨯=⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,按计算式得
3
3
112.12645.81455.0461.6
t
t
kddmm
k==⨯
=
⑦计算模数nm
11
cos55.046cos14
2.67120
ndmmm
Zβ⨯=
=
=
3、按齿根弯曲强度设计,按计算式(10-17试算即
[]
3
2
12
12cosFa
S
a
nFdkTYYYmZβα
βσε≥
Φ
(1确定公式内的各计算数值①、计算载荷系数
11.071.41.352.022
AVFFkkkkkαβ==⨯⨯⨯=
②根据纵向重合度1.586βε=,查图10-28可得螺旋角影响系数0.88Yβ=。
③查图可选取区域系数2.433HZ=,30.795αε=,40.875αε=则有
34'1.67αααεεε=+=
④查表取应力校正系数11.569SaY=,21.783SaY=。
⑤查表取齿形系数12.724FaY=,22.194FaY=。
(线性插值法
⑥查图10-20C可得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500FEaMPσ=,大齿轮的弯曲疲劳强度极限2380FEaMPσ=。
⑦查图可取弯曲疲劳寿命系数10.87FNk=,20.90FNk=。
⑧计算弯曲疲劳许用应力,取弯曲疲劳安全系数1.4S=,按计算式(10-22计算得
[]11
10.87500
310.7141.4FNFEFa
kMPSσσ⨯==
=[]22
2
0.90380
244.2861.4
FNFEFa
kMPS
σσ⨯=
=
=
⑨计算大、小齿轮的
[]
FaSa
FYYσ并加以计算
[]11
1
2.7241.5690.014
310.714
FaSaFYYσ⨯==
[]22
2
2.1941.7830.016
244.286
FaSaFYYσ⨯=
=
大齿轮的数值较大。
(2设计计算
3
22
22.02287.54210000.88cos14
0.0161.9791201.586
nmmm⨯⨯⨯⨯⨯≥
⨯=⨯⨯
对比计算结果,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,故取2nmmm=,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径155.046dmm=来计算应有的齿数,于是有
11cos55.046cos14
26.7052
n
dZmβ⨯=
=
=
取127Z=,则2114.24327115ZiZ==⨯≈4、几何尺寸计算(1计算中心距
((12271152
146.3472cos2cos14
n
ZZmammβ
++⨯=
=
=⨯
将中心距圆整为147amm=。
(2按圆整后的中心距修正螺旋角
((12271152
arccos
arccos
14.98622147
n
ZZma
β++⨯===⨯。
因β值改变不多,故参数αε、kβ、HZ等不必修正。
(3计算大、小齿轮的分度圆直径
1127255.901coscos14.986nZmdmmβ⨯=
=
=。
221152238.099coscos14.986
nZmdmmβ
⨯=
=
=。
(4计算齿轮宽度
1155.90155.901dbdmm
=Φ=⨯=
圆整后取155Bmm=,260Bmm=。
二、低速级齿轮
1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
(1按图所示的传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。
(2运输装置为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度。
(3材料选择,在同一减速器各级小齿轮(或大齿轮的材料,没有特殊情况,应选用相同牌号,以减少材料品种和工艺要求,故查表可选择小齿轮材料为40Cr(调质,硬度为52HRC;大齿轮材料为45钢(调质,硬度为45HRC.
(4选小齿轮齿数323Z=,大齿轮齿数4233.03170.92470Z=⨯=≈
(5选取螺旋角,初选螺旋角14β=
2、按齿面接触强度设计,按计算式试算即[]3
2
232'1'''tHE
tdHkTZZuduαεσ⎛⎫
±≥
⎪⎪Φ⎝⎭
(1确定公式内的各计算数值①试选1.6tk=
②小齿轮传递转矩2356.695TNm=
③查表10-7可选取齿宽系数1dΦ=,查图10-26可选取区域系数
2.433HZ=,30.765αε=,40.870αε=则有
3
4
1.635
ααεεε=+=
④查表可得材料的弹性影响系数1
2189.8EZMP=。
⑤查图得按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限lim3600HaMPσ=,大齿
轮的接触疲劳强度极限lim4550HaMPσ=。
⑥按计算式计算应力循环次数
(8
326060135.75312830051.95510hNnjL==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯
8
7
41.955106.450103.031
N⨯=
=⨯
⑦查图可选取接触疲劳寿命系数31.12HNk=,41.18HNk=。
⑧计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%,安全系数1S=,于是得
[]3lim3
31.12600672HNHHakMPSσσ==⨯=[]4lim4
4
1.18550649HNHH
akMPS
σσ=
=⨯=
[][][]34
672649
'660.52
2
HHHaMPσσσ++=
=
=
(2计算相关数值
①试算小齿轮分度圆直径1td,由计算公式得
3
2
5
321.63.56710
4.031
2.433189.876.84811.67
3.031660.5tdmm⨯⨯⨯⨯⎛⎫
≥
⨯⨯=⎪⨯⎝⎭
②计算圆周速度
32
76.848135.753
'0.546601000
601000
tdnvmsππ⨯⨯=
=
=⨯⨯
③计算齿宽'b及模数'ntm
3'176.84876.848dtbdmm
=Φ=⨯=
33
cos76.848cos14
'3.24023
tntdmmm
Zβ⨯=
==
'2.25'2.253.2407.29nthmmm==⨯=
'76.84810.54'7.29
bh==
④计算总相重合度'βε
3'0.318tan0.318123tan141.824dZβεβ=Φ=⨯⨯⨯=
⑤计算载荷系数k
查表可得使用系数1Ak=,根据'0.546vms=,7级精度,查表可得动载系数'1.04Vk=,'1.425Hkβ=,'1.36Fkβ=,''1.4HFkkαα==故载荷系数''''11.041.41.4242.075AVHHkkkkkαβ==⨯⨯⨯=⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,按计算式得
3
3
33'2.07576.84883.8041.6
t
t
kddmm
k==⨯
=
⑦计算模数'nm
33
cos83.804cos14
'3.53523
ndmmm
Zβ⨯=
=
=
3、按齿根弯曲强度设计,按计算式试算即[]
3
2
22
32''cos'''
FaSa
nFdkTYYYmZβαβσε≥Φ
(1确定公式内的各计算数值①计算载荷系数
''''11.041.11.361.556
AVFFkkkkkαβ==⨯⨯⨯=
②根据纵向重合度'1.824βε=,查图可得螺旋角影响系数'0.88Yβ=。
③计算当量齿数
333
3
2325.178coscos14VZZβ=
=
=
4433
7076.628coscos14
VZZβ
=
=
=
④查表可取齿形系数32.616FaY=,42.227FaY=。
⑤查表可取应力校正系数31.591SaY=,41.763SaY=。
(线性插值法
⑥查图可得小齿轮的弯曲疲劳强度极限3500FEaMPσ=,大齿轮的弯曲疲劳强度极限4380FEaMPσ=。
⑦查图可取弯曲疲劳寿命系数30.90FNk=,40.93FNk=。
⑧计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数1.4S=,按计算式计算
[]33
30.90500
321.4291.4FNFEFa
kMPSσσ⨯==
=
[]44
4
0.93380
252.4291.4
FNFEFakMPS
σσ⨯=
=
=
⑨计算大、小齿轮的
[]
'FaSa
FYYσ并加以计算
[]33
3
2.6161.5910.013321.429
FaSaFYYσ⨯=
=
[]44
4
2.2271.7630.016
252.429
FaSaFYYσ⨯=
=
大齿轮的数值较大。
(2设计计算
3
22
21.556356.695100000.88cos14
'0.0162.5721231.635
nmmm⨯⨯⨯⨯⨯≥
⨯=⨯⨯
对比计算结果,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,故取'3nmmm=,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径383.804dmm=来计算应有的齿数,于是有
33cos83.804cos14
27.105
3
n
dZmβ⨯=
=
=
取326Z=,则4233.0312884.86885ZiZ==⨯=≈4、几何尺寸计算(1计算中心距
((34'
28853
'174.6892cos2cos14
nZZmammβ
++⨯=
=
=⨯
将中心距圆整为'175amm=。
(2按圆整后的中心距修正螺旋角
((34'
28853
'arccos
arccos
14.4032'
2175
nZZmaβ++⨯===⨯。
因'β值改变不多,故参数'αε、'kβ、'HZ等不必修正。
(3计算大、小齿轮的分度圆直径
33'28386.726cos'cos14.403nZmdmmβ⨯=
=
=。
44'853263.274cos'
cos14.403
nZmdmmβ⨯=
=
=。
(4计算齿轮宽度
3'186.72686.726dbdmm
=Φ=⨯=
圆整后取390Bmm=,495Bmm=。
五轴的设计计算
一、高速轴的设计
1、求作用在齿轮上的力
高速级齿轮的分度圆直径为d151.761dmm=
11
2287542339851.761
teTFN
d⨯=
=
=
tantan20
33981275coscos1421'41"
nreteFFN
αβ
=
⋅=
⨯=
tan3398tan13.7846aeteFFN
β==⨯=。
2、选取材料
可选轴的材料为45钢,调质处理。
3、计算轴的最小直径,查表可取0112A=
3
3
1min0
1
5.2811223.44576
PdAmm
n==⨯
=
应该设计成齿轮轴,轴的最小直径显然是安装连接大带轮处,为使dⅠ-Ⅱ 与带
轮相配合,且对于直径100dmm≤的轴有一个键槽时,应增大5%-7%,然后将轴径圆整。
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