设计用于带式运输机的两级圆柱齿轮减速器_二级圆柱齿轮减速器设计说明书1.doc
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机械设计课程设计
计算说明书
设计题目:
设计用于带式运输机的两级圆柱齿轮减速器
机械工程学院机械设计制造及其自动化专业班级
西南交通大学
机械设计教研室
1
目录
一、总体设计 1
1.1传动方案的分析与拟定 1
1.2电动机的选择、传动装置的运动和动力参数的计算 1
二、V带设计 4
2.1箱外传动零件设计 4
三、高速级齿轮设计 5
3.1高速级齿轮的设计及校核:
6
四、低速级齿轮设计 9
4.1低速级齿轮设计及校核 9
4.2齿轮传动比误差计算及检验 13
五、高速轴的设计及校核 13
5.1高速轴的设计 13
5.2带轮结构设计 14
5.3键连接的选择与校核 14
5.4滚动轴承的选择与校核 15
5.5联轴器的选择与校核 15
5.6润滑和密封的选择 16
5.7高速轴校核计算 16
六、中间轴的结构设计 20
6.1中间轴的设计 20
6.2键连接的选择 21
七、低速轴结构设计 21
7.1低速轴的设计 21
7.2键连接的选择 22
7.3密封的选择 23
7.4联轴器的选择 23
八、齿轮结构设计 23
8.1中间轴大齿轮的设计 23
8.2低速轴大齿轮的设计 24
九、箱体与附属部分设计 24
9.1箱体尺寸设计 24
9.2减速器附件设计 25
总结 30
参考文献 31
II
一、总体设计
1.1传动方案的分析与拟定
一般工作机器通常由原动机、传动装置和工作装置三个基本职能部分组成。
传动装置传送原动机的动力、变换其运动,以实现工作装置预定的工作要求,它是机器的主要组成部分.实践证明,传动装置的重量和成本通常在整台机器中占有很大的比重;机器的工作性能和运转费用在很大程度上也取决于传动装置的性能、质量及设计布局的合理性。
由此可见,在机械设计中合理拟定传动方案具有重要意义。
本文采用下图所示传动方案。
从整体布局来讲,该方案结构比较简单、尺寸紧凑。
长期连续运转的条件下,工作可靠且功率损失较低、传动效率高。
大部分零件采用标准件制造较为方便、成本低廉。
输入采用带传动能发挥过载保护作用的优点,使用安全、维护方便。
1.2电动机的选择、传动装置的运动和动力参数的计算
原动机是机器中运动和动力的来源,其种类很多,有电动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、汽轮机、液动机等。
电动机构造简单、工作可靠、控制简便、维护容易,一般生产机械上大多数均采用电动机驱动。
1.2.1选择电动机类型和结构
生产单位一般用三相交流电源,通常都采用三相交流异步电动机。
由于要能适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。
按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。
1.2.2确定电动机功率
电动机的容量(功率)选得合适与否,对电动机的工作和经济性都有影响。
当容量小于工作要求时,电动机不能保证工作装置的正常工作,或使电动机因长期过载而过早损坏,容量过大则电动机的价格高,能量不能充分利用,且因经常不在满载下运行,其效率和功率因数都较低,造成浪费。
所以,我们要根据实际工作参数来确定电动机功率。
a)工作装置所需功率
由于采用的是双级圆柱的形式,所以工作装置所需功率按下式计算
其中,
运输机卷筒的有效扭矩:
()
运输机卷筒的转速:
()
运输机卷筒的效率(工作装置效率)(不再计轴承效率)
分别代入上面数值可得:
b)电动机所需输出功率
电动机所需输出功率:
式中,为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率。
;
由表2-4,取V带传动效率,8级精度齿轮传动(稀油润滑)效率,滚动轴承效率,,弹性联轴器效率,则
故,
c)电动机额定功率:
选择用于长期连续运转、载荷不变或很少变化的、在常温下工作的电动机的容量,只需使电动机的负载不超过其额定值,电动机便不会过热。
这样可按电动机的额定功率等于或略大于电动机所需的输出功率,即,从手册中选择相应的电动机型号,而不必再作发热计算。
通常按选择,电动机功率裕度的大小应视工作装置可能的过载情况而定。
1.2.3确定电动机转速
功率相同的同类电机有不同的转速:
额定功率相同的同类型电动机有若干种转速可供设计选用。
电动机转速越高,则磁极越少,尺寸及重量越小,一般说价格也越低;但是由于所选用的电动机转速越高,当工作机械低速时,减速传动所需传动装置的总传动比必然增大,传动级数增多,尺寸及重量增大,从而使传动装置的成本增加。
因此确定电动机转速时,同时兼顾电动机及传动装置两者加以综合分析后,本设计采用同步转速为1500.
由表8-184确定满载转速1440.
1.2.4选定电动机
因为载荷平稳,电动机额定功率略大于即可,按表8-186中Y系列电动机技术数据,选用电动机的额定功率为5.5KW。
最终选定电动机的型号为:
Y132S-4
中心高:
132mm
1.2.5计算传动专职的总传动比及分配各级传动比
a)传动装置总传动比
电动机选定后,根据电动机的满载转速及工作轴的转速即可确定传动装置的总传动比:
b)分配传动装置各级传动比
首先,各级传动比应该在推荐范围内。
其次,不能太大,以免大带轮半径超过减速器箱座中心高,造成安装困难,可取偏小些的值。
然后,各传动件相互之间不能干涉,且有利于润滑:
整数。
并且双级圆柱齿轮减速器:
。
又由于,为了使V带传动的外廓尺寸不至于过大,取传动,则齿轮传动比。
本文取由于,代入上面公式,,;
1.2.6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:
工作轴:
2)各轴输入功率
Ⅰ轴:
Ⅱ轴:
Ⅲ轴:
工作轴:
3)各轴输入转矩
Ⅰ轴:
Ⅱ轴:
Ⅲ轴:
工作轴:
二、V带设计
传动装置包括各种类型的零件、部件,其中决定其工作特性、结构位置和尺寸大小的主要是传动零件,如V带传动、链传动和开式齿轮传动等,在进行箱传动零件设计。
2.1箱外传动零件设计
V带传动:
要求计算出V带传动的型号、长度、根数、中心距、初拉力、对轴的作用力;确定带轮直径、,材料、张紧装置、带轮结构尺寸等。
计算项目
计算内容及结果
工作情况系数
由表11.5查得
计算功率
选带型号
由图11.15,可选A型
小带轮直径
由表11.6,取
大带轮直径
(设)则选取
大带轮转速
计算带长
的计算
初取中心距
则不妨假设
带长
基准长度
由图11.4
求中心距和包角
中心距
小轮包角
求带根数
带速
传动比
带根数
由表11.8;由表11.7
由表11.12;由表11.10
求轴上载荷
张紧力
由表11.4得
轴上载荷
带轮结构
略
三、高速级齿轮设计
3.1高速级齿轮的设计及校核:
计算项目
计算内容及结果
齿轮材料的选择
因传动尺寸无严格限制,批量较小,故小齿轮用40cr,调制处理,硬度在,平均取为,大齿轮用45钢,调制处理,硬度,平均取为。
齿面接触强度计算
1.初步计算
转矩
齿宽系数
由表12.13,取
接触疲劳极限
由图12.17c,
初步计算的需用接触应力
由表12.16,估计,取
初步计算的小齿轮直径
取
初步齿轮宽度
初取齿数、模数和螺旋角
取
求模数
求中心距
取圆整a=154mm
反算
计算、
求齿宽、
2.校核计算
圆周速度
使用系数
由表12.9得:
使用系数
由图12.9得:
齿间载荷分配系数
由表12.10求:
由此可得
齿向载荷分布系数
由表12.11,
载荷系数
弹性系数
由表12.12得:
节点区域系数
由图12.16得:
重合度系数
螺旋角系数
接触最小安全系数
由表12.14得:
总工作时间
应力循环次数
由表12.15,估计,则
预估计应力循环次数正确
接触寿命系数
由图12.18得:
需用接触应力
验算
计算结果表明,接触疲劳强度合适尺寸无需调整。
齿根弯曲疲劳强度验算
齿形系数
由图12.21,得
应力修正系数
由图12.22得:
重合度系数
螺旋角系数
齿间载荷分配系数
由表12.10,
齿向载荷分布系数
由图12.14得:
载荷系数
弯曲疲劳极限
由图12.23c得:
弯曲最小安全系数
由表12.14得:
弯曲寿命系数
由图12.24得:
尺寸系数
由图12.25得:
许用弯曲应力
验算
四、低速级齿轮设计
4.1低速级齿轮设计及校核
计算项目
计算内容及结果
齿轮材料的选择
因传动尺寸无严格限制,批量较小,故小齿轮用40cr,调制处理,硬度在,平均取为,大齿轮用45钢,调制处理,硬度,平均取为。
齿面接触强度计算
1.初步计算
转矩
齿宽系数
由表12.13,取
接触疲劳极限
由图12.17c,
初步计算的需用接触应力
初步计算的小齿轮直径
取
初步齿轮宽度
初取齿数、模数和螺旋角
取
求模数
求中心距
反算
计算、
求齿宽、
2.校核计算
圆周速度
使用系数
由表12.9得:
使用系数
由图12.9得:
齿间载荷分配系数
由表12.10求:
由此可得
齿向载荷分布系数
由表12.11,
载荷系数
弹性系数
由表12.12得:
节点区域系数
由图12.16得:
重合度系数
螺旋角系数
接触最小安全系数
由表12.14得:
总工作时间
应力循环次数
由表12.15,估计,则指数
预估计应力循环次数正确
接触寿命系数
由图12.18得:
需用接触应力
验算
计算结果表明,接触疲劳强度合适尺寸无需调整。
齿根弯曲疲劳强度验算
齿形系数
由图12.21,得
应力修正系数
由图12.22得:
重合度系数
螺旋角系数
齿间载荷分配系数
由表12.10,
齿向载荷分布系数
由图12.14得:
载荷系数
弯曲疲劳极限
由图12.23c得:
弯曲最小安全系数
由表12.14得:
弯曲寿命系数
由图12.24得:
尺寸系数
由图12.25得:
许用弯曲应力
验算
传动无严重过载,故不作静强度校核
4.2齿轮传动比误差计算及检验
传动装置的精确传动比与传动件的参数(如齿数、带轮直径等)有关,故传动件的参数确定以后,应验算工作轴的实际转速是否在允许误差范围以内。
如不能满足要求,应重新调整传动比。
若所设计的机器未规定转速允差范围,则通常可取土(3~5)%。
理论传动比:
;;
实际传动比:
;;
误差:
经检验,所选传动比符合要求,可以使用。
五、高速轴的设计及校核
5.1高速轴的设计
5.1.1高速轴的已知运动参数
由前面计算得,输入轴上的功率,转速和转矩
5.1.2确定轴的最小直径
选取轴的材料为45#钢,调质处理,由表16.2得,于是:
考虑到平键连接对轴的削弱作用,则轴的最小尺寸为:
5.1.3轴的结构设计
①为了与带轮配合由表8-3取,由表3.5可取带轮长,考虑过定位问题,则。
②同时考虑毡圈,需在1-2段的右端制一轴肩,由表8-173取,。
考虑到轴承端盖的安装及拆卸要求,预选轴承外径,由表4-6可知轴承端盖螺钉直径,数目为4.由于低速级中心距,箱座厚度,则要取.向外壁至轴承座端面距离为:
。
又轴承端盖螺栓直径。
则轴承盖尺寸。
再选取综上,
③选择滚动轴承。
因在该传动系中轴承同时受轴向力和径向力,故选用圆锥滚子轴承,参照工作要求,及,查设计手册选择0基本游隙标准精度级的轴承30307,其尺寸参数为:
再考虑封油环得安装
④由于封油环需要轴向定位,需要在封油环的右边制一轴肩,又因为齿轮的齿根半径则齿轮处应该做成齿轮轴。
所以,
⑤同轴段3-4的设计,该处。
5.2带轮结构设计
由于,由P40,表3-5可得;
转速
5.3键连接的选择与校核
由上面计算知该轴为齿轮轴,则只有与带轮的配合处需要用平键连接,又因为,查课本P217表8-61,其平键尺寸为。
采用A型普通键,其校核为:
,综合考虑取
所以,所选键为:
5.4滚动轴承的选择与校核
5.4.1滚动轴承的选择
选择滚动轴承。
因在该传动系中轴承同时受轴向力和径向力,故选用圆锥滚子轴承,参照工作要求,及,查设计手册选择0基本游隙标准精度级的轴承30307,其尺寸参数为:
5.4.2滚动轴承的校核:
由于工作条件规定,每日两班制,工作期限为八年。
则轴承寿命至少要在38400小时。
在高速轴上我们选用的是圆锥滚子轴承,型号为30307.校核如下:
寿命计算
轴承径向力
参数选择
附加轴向力
轴承轴向力
由于
Y值
冲击载荷系数
考虑中等冲击,查表18.8
当量动载荷
轴承寿命
因为
所选轴承合格
5.5联轴器的选择与校核
由于高速轴直接与带轮配合,没有联轴器。
不用选择与校核
5.6润滑和密封的选择
5.6.1轴承润滑及密封方式
在高速轴上,由于圆周速度,所以在轴承处选用脂润滑,密封时利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用,获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室的密封效果。
并在轴承另一端安装封油环。
由于该段轴的直径为30mm,选择毡圈型号为:
毡圈
5.6.2齿轮的润滑
由于圆周速度,可采用浸油润滑。
即将齿轮浸入油中,当齿轮回转时黏在其上的油液被带到啮合区进行润滑,同时有助于散热。
为避免浸油润滑的搅油功耗太大及保证轮齿啮合区的充分润滑,传动件浸入油中的深度以浸油齿轮的一个齿高。
综合考虑取油面高度为83mm。
5.7高速轴校核计算
计算齿轮受力
1.初步计算
转矩
圆周力
径向力
轴向力
计算支承反力
水平面反力
垂直面反力
水平面受力图
见图5.4.1
垂直面受力图
见图5.4.1
画轴弯矩图
水平面弯矩图
见图5.4.2
垂直面弯矩图
见图5.4.2
合成弯矩图
见图5.4.3
画轴转矩图
转矩图
见图5.4.4
许用应力
许用应力值
由
应力校正系数
当量弯矩图
当量转矩
当量弯矩
在危险截面处于6-7段和3-4段
当量弯矩图
见图5.4.5
校正轴直径
轴直径
图5.4.1水平面及垂直面受力图
图5.4.2水平面及垂直面弯矩图
图5.4.3合成弯矩图
图5.4.4转矩图
图5.4.5当量弯矩图
安全系数法校核
判断危险截面
由上面计算可知危险截面可能出现在轴端3-4右侧面
对称循环疲劳极限
轴材料选用45钢调制,,,有表3.2所列公式可球的疲劳极限:
脉动循环疲劳极限
等效系数
危险截面上的应力计算
弯矩
弯曲应力幅
弯曲平均应力
扭转切应力
扭转切应力幅和平均切应力
应力集中系数
有效应力集中系数
因在此截面处,有轴径变化,过渡圆角半径,由,和,从附录表1中查出
表面状态系数
由附录表5查得
尺寸系数
由附录表6查得
安全系数
弯曲安全系数
设为无限寿命,,由式16.5得
扭转安全系数
复合安全系数
六、中间轴的结构设计
6.1中间轴的设计
6.1.1中间轴的已知运动参数
由前面的计算可得功率,转速和转矩
6.1.2齿轮的受力分析
6.1.3确定轴的最小直径
选取轴的材料为45#钢,调质处理,由表16.2得,
于是:
考虑到平键连接对轴的消弱作用,则轴的最小尺寸为:
6.1.4中间轴的结构设计
①轴段1-2处,为了与轴承配合,选择滚动轴承。
因在该传动系中轴承同时受轴向力和径向力,故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作要求,及,查设计手册选择0基本游隙标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308,其尺寸参数为:
考虑封油环和定位的问题,所以可取
②由于是在2-3段安装齿轮,并且为了防止过定位轴段长度略小于齿轮宽度,所以,
③在轴段3-4,需要在齿轮右端设计一个轴肩方便齿轮定位,所以,可取,长度。
④由于是在,4-5段安装齿轮,且为了防止过定位,轴段长度应略小于齿轮宽度,所以,
⑤在5-6段,需要安装套筒和轴承,,。
6.2键连接的选择
由上面计算知该轴有两处轴与齿轮的配合需要用平键连接.
a)因为,查课本P217表8-61,其平键尺寸为。
采用A型普通键,综合考虑取所以,所选键为:
b)因为,查课本P217表8-61,其平键尺寸为。
采用A型普通键,综合考虑取所以,所选键为:
七、低速轴结构设计
7.1低速轴的设计
7.1.1低速轴的已知运动参数
由前面算得低速轴上的功率,转速和转矩
7.1.2齿轮的受力分析
7.1.3确定轴的最小直径
选取轴的材料为45#钢,调质处理,由表16.2得,
于是:
考虑到平键连接对轴的消弱作用,则轴的最小尺寸为:
7.1.4低速轴的结构设计
①为了与轴承配合,选择滚动轴承。
因在该传动系中轴承同时受轴向力和径向力,故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作要求,及,查设计手册选择0基本游隙标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313,其尺寸参数为:
考虑过定位问题以及封油环的安装,所以可取
②由于在2-3处安装齿轮,可取,
③为方便齿轮定位,需要在齿轮右端设计一个轴肩,所以,可取,长度。
④由于是在4-5段无需安装东西,所以可取,
⑤在5-6段,需要安装轴承以及封油环,并依靠上一个轴端的轴肩定位,则可取。
⑥在设计轴段6-7时,同时考虑毡圈,由表8-3可以取,,
⑦轴段7-8与联轴器配合,选用弹性柱销联轴器HL4,长度为85mm,考虑定位后,可取,
7.2键连接的选择
由上面计算知该轴有一处轴与齿轮的配合和一处联轴器与轴的配合需要用平键连接.
a)因为在轴段2-3处,,查课本P217表8-61,其平键尺寸为。
采用A型普通键,综合考虑取所以,所选键为:
b)在轴段7-8处,由于要和联轴器配合,该处,,所以该处可考虑取平键尺寸为。
采用A型普通键,综合考虑取所以,所选键为:
7.3密封的选择
在轴承处选用脂润滑,密封时利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用,获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室的密封效果。
并在轴承另一端安装封油环。
由于该段轴的直径为60mm,选择毡圈型号为:
毡圈
7.4联轴器的选择
由前面算得低速轴上的功率,转速和转矩
所以,由表8-179可选,联轴器的类型为弹性柱销联轴器,型号为LX4。
公称转矩,许用转速,轴孔直径,长度
联轴器型号:
八、齿轮结构设计
8.1中间轴大齿轮的设计
因为采用腹板式结构。
其结构尺寸如下:
代号
结构尺寸和计算公式
结果
轮毂处直径
72
轮毂轴向长度
56
腹板最大直径
224.138
板孔直径
148
齿端直径
38
孔径厚度
17
轮轴厚度
18
倒角
5
8.2低速轴大齿轮的设计
因采用腹板式结构,其结构尺寸如下:
代号
结构尺寸和计算公式
结果
轮毂处直径
120
轮毂轴向长度
90
腹板最大直径
255.832
板孔直径
188
齿端直径
34
孔径厚度
27
轮轴厚度
25
倒角
5
九、箱体与附属部分设计
9.1箱体尺寸设计
根据表4-6得:
名称
符号
计算公式
结果
机座壁厚
8
机盖壁厚
8
机座凸缘厚度
12
机盖凸缘厚度
12
机座底凸缘厚度
20
地脚螺钉直径
M16
地脚螺钉数目
a≤250时,n=4
4
轴承旁联接螺栓直径
M12
机盖与机座联接螺栓直径
M10
轴承端盖螺钉直径
高速中间轴
M10
低速轴
M12
检查孔盖螺钉直径
M8
//至外机壁距离
查指导书P27表4
M16时
M12时
M10时
/到凸边缘距离
查指导书P27表4
M16时
M10时
轴承座外径
高速轴
中间轴
低速轴
轴承旁联接螺栓距离
同上
轴承旁凸台半径
20
轴承旁凸台高度
h
根据低速级轴承座外径确定
待定
机盖/机座肋厚
7
外壁至轴承座端面距离
42
大齿轮顶圆与内机壁的距离
10
齿轮端面与内壁距离
10
9.2减速器附件设计
9.2.1轴承盖
轴承盖是用来封闭减速器箱体上的轴承座孔,以及固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷。
本文轴承盖选用螺钉连接式。
材料为HT150。
螺钉连接式轴承盖的结构尺寸(高速轴)
螺钉连接式轴承盖的结构尺寸(中间轴)
螺钉连接式轴承盖的结构尺寸(低速轴)
9.2.2油标
油标的作用在于检查减速器箱体油面的高度,使其经济保持适当的油量。
油标一般设置在箱体便于观察且油面较稳定的部位。
本文选用杆式油标。
尺寸如下表:
螺钉连接式轴承盖的结构尺寸(中间轴)
9.2.3排油孔螺塞
为排放污油和便于清洗减速器箱体内部,在箱座油池的最低处设置放油孔,油池底面做成斜面,向放油孔方向倾斜1°~5°,平时用放油螺塞将放油孔堵住,入油螺塞采用细牙螺纹。
在放油螺塞头和箱体凸台端面间应加防漏用的封油垫,以保证良好的密封。
排油孔螺塞材料为Q235,封油垫材料为防油橡胶。
尺寸如下表:
螺钉连接式轴承盖的结构尺寸(中间轴)
9.2.4检查孔盖板
为检查传动零件的啮合、润滑及轮齿损坏情况,并向减速器箱体内注入润滑油,应在箱盖顶部的适当位置设置检查孔,由检查孔可直接观察到齿轮啮合部位,允许手伸入箱体内检查齿面磨损情况。
平时检查孔用孔盖盖住,孔盖通过螺钉固定在箱盖上。
9.2.5通气器
减速器工作时,由
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