盘磨机传动装置的设计(二级斜齿圆柱轮减速器)

1、6t编号： 机械设计课程设计说明书题 目： 盘磨机传动装置的设计(二级斜齿圆柱轮减速器) 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 陆声潘 学 号： 1300130515 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 唐 良 宝 职 称： 教 授 2016年5月28日目 录1设计题目61.1盘磨机传动装置的工作原理61.2工作情况61.3设计数据72电动机的选择72.1 电动机类型的选择72.2电动机功率的确定82.3电动机转速的确定82.4分配各级传动比83.各轴数据的计算93.1各轴转速计算93.2各轴输入功率计算93.3各轴转矩计算94.选定斜齿轮类型、精度系数、材料及齿

2、数。104.1选定压力角和螺旋角104.2确定齿轮级数104.3材料选择104.4确定齿轮齿数115低速小齿轮分度圆直径计算115.1计算小齿轮分度圆直径115.1.1试选KHt=1.8，115.1.3计算接触疲劳强度用重合度系数115.1.5计算接触疲劳许用应力125.1.6计算应力循环次数125.2调整小齿轮分度圆直径126. 大齿轮几何尺寸计算136.1计算中心距136.2按圆整后的中心距修正螺旋角146.3计算大小齿轮分度圆直径146.4计算齿轮宽度146.5其他几何参数尺寸计算147齿根弯曲疲劳强度计算147.1选取KFt157.2计算弯曲疲劳强度的重合度系数157.3计算弯曲疲劳强

3、度的螺旋角系数157.4 计算的值157.5试算模数168调整齿轮模数168.1计算实际载荷系数前的数据准备。168.2计算实际载荷系数KF178.3按实际载荷系数算得的齿轮模数179强度校核179.1齿面接触疲劳强度校核189.2齿根弯曲疲劳强度校核199.3主要设计结论2110、轴的设计计算及强度校核2110.1轴的选材及其许用应力的确定2110.2轴的最小直径估算2110.2.1高速轴最小直径2110.2.3低速轴最小直径2210.3高速轴的结构设计及强度校核2210.3.1轴上零件的位置和固定方式的确定2210.3.2各轴段直径和长度的确定2210.3.3各轴段长度的确定2310.3.

4、5滚动轴承检验2510.4中间轴的设计及强度校核2610.4.1各轴段的直径和长度2610.4.2 按弯扭合成应力校核轴的强度2610.4.3轴承寿命校核2710.5低速轴的设计及强度校核2710.5.1各轴段的直径和长度2710.5.2 按弯扭合成应力校核轴的强度2810.5.3 轴承寿命校核2811 键的设计2811.1 高速轴上的键的设计与校核2911.2 中间轴上的键的设计与校核2911.3 低速轴上的键的设计与校核3012 箱体设计3012.1箱体尺寸3012.2减速器附件设计3212.2.1 窥视孔盖与窥视孔3212.2.2 放油螺塞3212.2.3 油标3212.2.4 通气器3

5、212.2.5 启盖螺钉3212.2.6 定位销3312.2.7 环首螺钉、吊环和吊钩3312.2.8 调整垫片3312.2.9 密封装置3313润滑和密封设计3314 设计小结341设计题目1.1盘磨机传动装置的工作原理该机主要由电动机、减速机、联轴器、开式圆锥齿轮、盘磨机、箱体、主轴等组成。1电动机；2、4联轴器；3圆柱斜齿轮减速器；5开式圆锥齿轮传动；6主轴；7盘磨机1.2工作情况每日两班制工作，传动不逆转，有中等冲击。灰尘较大，环境最高温度35°C1.3设计数据盘磨机主轴6输出转矩：T=1600 N.m主轴6直径：d=55mm主轴6转速：n=22r/min盘磨机效率：0.95

6、i=2-4寿命10年2电动机的选择2.1 电动机类型的选择 三相异步电机是靠同时接入380V三相交流电源（相位差120度）供电的一类电动机。三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电机结构简单，制造方便，运行性能好，并可节省各种材料，价格便宜。所以选取Y系列三相异步电动机

7、2.2电动机功率的确定轴承效率轴=0.99锥齿效率 锥=0.96斜齿效率斜=0.98联轴器效率联=0.99盘磨机效率=0.95总=5轴2联锥2斜=0.792主轴6的功率P6=（T6/9.55*106）*n6=（1600/9.55*106）*22=3.69kw电机所需的功率P电= P6/总=3.6kw/0.792=4.65kw 取电机功率为P电=5.5kw2.3电动机转速的确定电动机的型号选为Y132S-4 功率5.5KW 转速n=1440r/min型号额定功率(kW)满载时Y132S-45.5转速r/min电流(380V时)A效率%功率因数144015.487.00.857.02.22.3中心

8、高H外形尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸132122.4分配各级传动比总传动比：i总=n电/n6=1440/22=65圆锥直齿i锥=n3/n2=1.5减速器传动比i减=i/i锥=65/1.5=43圆柱斜齿轮i斜= 6.63.各轴数据的计算3.1各轴转速计算主轴1、2转速n1=n2=1440r/min主轴3转速n3=n2/i斜=1440/6.6=218r/min主轴4、5转速n4=n5=n3/i斜=218/6.6=33.03r/min主轴6转速n6=n5/i锥=33.03/1.5=22.02r/min3.2各轴输入功率计算P电=5.5KWP2= P电*轴*联=4.851KWP3

9、= P2*斜*轴=4.71KWP4= P3*斜*轴=4.57KWP5= P4*联*轴=4.43KWP6= P5*锥*轴=3.95KW3.3各轴转矩计算4.选定斜齿轮类型、精度系数、材料及齿数4.1选定压力角和螺旋角低速级齿轮选用标准斜齿圆柱齿轮齿轮传动，压力角取，螺旋角取。4.2确定齿轮级数因为盘磨机为一般机器，而且由一般机械厂小批量生产，所以可取8级精度齿轮。4.3材料选择查表选小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为280HBS，大齿轮材料采用45钢（调质），齿面硬度为240HBS。两者硬度相差40HBS。4.4确定齿轮齿数初选低速小齿轮的齿数 Z1=24，大齿轮齿数Z2=i斜Z1=102

10、.43，取Z2=103。5低速小齿轮分度圆直径计算5.1计算小齿轮分度圆直径5.1.1试选KHt=1.85.1.2 区域系数ZH查图表得区域系数ZH=2.433，由表查的材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa5.1.3计算接触疲劳强度用重合度系数,式中查表取，5.1.4螺旋角系数5.1.5计算接触疲劳许用应力由图表查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为=600Mpa，=550Mpa。5.1.6计算应力循环次数 N2=N1/u=4.147*109/3=1.382*109由机械设计（第八版）图10-21d查取接触疲劳寿命系数KHN1=0.9，KHN2=0.95取失效概率为1%，安全系数S=1，则

11、有 取两个中的较小者作为齿轮副的接触疲劳许用应力=523MPa则试算小齿轮的分度圆直径为：5.2调整小齿轮分度圆直径1.计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度V齿宽b 2.计算实际载荷系数KH由表查得使用系数KA=1.5，根据V=1.347m/s，7级精度，查图表得动载荷系数KV=1.04。齿轮的圆周力，查表得齿间载荷分配系数=1.2，由表用线性插值法查得7级精度、小齿轮相对轴承非对称布置时，齿向载荷分布系数=1.417。由此，得出实际载荷系数3.按实际载荷系数算得调整后小齿轮分度圆直径为及相应的齿轮模数6. 大齿轮几何尺寸计算6.1计算中心距考虑模数从2.133mm增加到2.5mm，为此将中心

12、距减小圆整为163mm。6.2按圆整后的中心距修正螺旋角6.3计算大小齿轮分度圆直径 6.4计算齿轮宽度，取b1=60mm, b2=65mm.6.5其他几何参数尺寸计算齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 法面齿厚7齿根弯曲疲劳强度计算 (1) 7.1选取KFt试选KFt=1.87.2计算弯曲疲劳强度的重合度系数7.3计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数 7.4 计算的值由当量齿数 ，查图表得齿形系数YFa1=2.62，YFa2=2.17。由图表查得应力修正系数YSa1=1.6，YSa2=1.81。查图表查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为=500Mpa，=380Mpa。查表取弯曲疲劳

13、寿命系数KFN1=0.85，KFN2=0.9。取弯曲疲劳安全系数S=1.7，, 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取7.5试算模数8调整齿轮模数8.1计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度V齿宽b齿高h及宽高比b/h b/h=45.907/4.176=10.9938.2计算实际载荷系数KF根据V=0.603m/s，7级精度，查得动载荷系数Kv=1.15，齿轮的圆周力，查表得齿间载荷分配系数=1.2。由表用线性插值法查得=1.417结合b/h=10.993，查图表得齿向载荷分布系数=1.32，则载荷系数8.3按实际载荷系数算得的齿轮模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于齿根弯曲疲劳强度

14、计算的模数，从满足齿根弯曲疲劳强度出发从标准中取模数mn=2.5mm，为了满足接触疲劳强度取分度圆直径d1=61.001mm，算出小齿轮的齿数，取Z1=24，则大齿轮的齿数Z2=iZ1=4.27*24=102.48。取Z2=103，两个齿轮齿数互质。9强度校核齿轮副的中心距在圆整之后，KH ,K,Y,Y等均发生变化，应重新校核齿轮强度9.1齿面接触疲劳强度校核 确定公式中的各个参数，i=4.27。查图表得区域系数ZH=2.433，计算接触疲劳强度用重合度系数 式中查表取， 式中查表取，螺旋角系数，计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度V计算实际载荷系数KH，由表查得使用系数KA=1，根据V=0.

15、7424m/s，八级精度，查图表得动载荷系数KV=1.04，圆周力，查表得齿间载荷分配系数=1.4，由表用线性插值法查得8级精度、小齿轮相对轴承非对称布置时，齿向载荷分布系数=1.46，由此，得出实际载荷系数由前面可知，将所有已知数代入，得 满足齿面接触疲劳强度。9.2齿根弯曲疲劳强度校核按前述做法，计算中的各个参数。计算弯曲疲劳强度的重合度系数。计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数计算的值由当量齿数 ，查图表得齿形系数YFa1=2.53，YFa2=2.14。由图表查得应力修正系数YSa1=1.63，YSa2=1.81。计算实际载荷系数KF前的数据准备。圆周速度V齿宽b齿高h及宽高比b/h ，b/h=

16、13.734计算实际载荷系数KF。根据V=0. 94m/s，8级精度，查得动载荷系数Kv=1.03，查表得齿间载荷分配系数=1.4，由表用线性插值法查得,结合b/h=13.734，查图表得齿向载荷分布系数=1.45，则载荷系数则有： 齿根弯曲疲劳强度满足要求，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏的能力大于大齿轮。9.3主要设计结论齿数Z1=30，Z2=123，模数m=2.5mm，压力角，变位系数x1=0、x2=0，螺旋角角，中心距a=197mm，齿宽b1= 85mm，b2=80mm。小齿轮选用40Cr(调质)，大齿轮选用45钢(调质)。齿轮按8级精度计算。10、轴的设计计算及强度校核10.1轴的选材及其

17、许用应力的确定因为传递的功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，所以初选高速轴的材料为45钢，调质处理。查表得材料的硬度为217255HBW，抗拉强度极限，屈服强度极限，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限，许用弯曲应力。低速轴和中间轴要做齿轮轴，所以齿轮和轴的材料一样，选用40Cr，调质处理。查表得材料的硬度为241286HBW，抗拉强度极限，屈服强度极限，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限，许用弯曲应力。10.2轴的最小直径估算10.2.1高速轴最小直径两级齿轮减速器的高速轴为转轴，输入端和大齿轮相连接，根据经验取A0=110，则高速轴的最小直径为考虑到高速轴最小直径处安装大齿轮，该轴段截面上应设两个键槽，

18、故将此轴径增大10%15%，则（有键槽部分），又考虑到大齿轮的结构及安装，现取标准尺寸d1min=50mm。10.2.2中间轴最小直径中间轴安装大齿轮和小斜齿轮，最小轴径，中间轴有两个键轴颈应该增大10%15%， （有键槽部分）,故可取标准尺寸d2min=40mm。10.2.3低速轴最小直径低速轴的输出端与联轴器相连接，所以此处的轴径最小，最小轴径，由于此处和联轴器相连接，故应加一键槽，将此轴径增大5%7%,则（有键槽部分），故可取标准尺寸d3min=63mm。10.3高速轴的结构设计及强度校核10.3.1轴上零件的位置和固定方式的确定大齿轮部分安排在减速箱体的中央，轴承对称布置。轴承采用两端

19、固定方式。10.3.2各轴段直径和长度的确定d11:最小直径，安装大齿轮外伸轴段，d11= dmin=50mm（即大齿轮的孔径）。d12:密封处轴段，根据大齿轮的轴向定位以及定位轴肩的高度h=(0.070.1) d11,并考虑密封圈的标准，取d12=60mm，该处轴的圆周速度，故可选用毡圈油封，查表选取毡圈60JB/ ZQ46061997。d13: 滚动轴承处轴段，因轴受径向力的作用，轴向力不是很大，故可以选用深沟球轴承，并考虑到d12=60mm，查表，选取0基本游隙组、标准精度等级的深沟球轴承6213，其基本尺寸为,其安装尺寸为74mm。d14:过渡轴段，因轴承靠套筒定位，因此此轴径应该小余

20、d13，为了方便加工，取d14=d12=60mm。d15:滚动轴承处轴段，因此d15=d13=65mm.d16:大齿轮安装轴段，取d16=55mm.10.3.3各轴段长度的确定L11：应该比大齿轮的轮毂长度短23mm，故取L11=78mm。L12：取轴承端盖的总宽度为25mm，由轴承端盖外端面与大齿轮右端面的距离l=30mm，则L12=25+30=55mm。L13：取此轴段比轴承宽度长7mm，则L13=7+23=30mm。L14：此处轴段上连接套筒来定位轴承，为了使套筒不至于太长，取L14=50mmL15：该轴段长度应该与L13相同，故取L15= L13=30mm。L16：锥齿轮安装轴段，取倒

21、角等于2mm，套筒长度为10mm，则该轴段取74mm。10.3.4按弯扭合成应力校核轴的强度小齿轮所受圆周力，小齿轮所受的径向力，小齿轮所受轴向力，高速轴两轴承间的跨距由上述设计尺寸可得l1=68mm,l2=87mm,l3=144.5mm。两支点的支反力：FNH1=1.83KN，FNH2=4.17KN，FNV1=3.6583KN，FNV2=-0.9793KN。式中负号表示与图中所示力的方向相反。则两轴承的总反力为：，由弯矩图可以知道，2处轴承所受的弯矩最大，1处轴承所受的弯矩M1=199.983 N·m，2处轴承所受的弯矩为M2=222.668 N·m，可见2处轴承所受的弯

22、矩大于1处的轴承所受的弯矩，故2处为危险截面。高速轴所受的转矩T=T1=95.82N·m，则： ，式中取折合系数，因为是单向回转轴，所以转矩切应力视为脉动循环变应力，所以取。前已选定高速轴材料为45钢，调质处理，查表可知，因为，所以安全。10.3.5滚动轴承检验查表知道深沟球轴承6213的基本额定动载荷Cr=57.2KN，基本额定静载荷C0=40.0KN，现在预计轴承的寿命为，查表知，当减速器受到轻微冲击时，取滚动轴承载荷系数fp=1.2。因为，查表知深沟球轴承的最小e值为0.22，而此时，则径向载荷X1=X2=1，轴向载荷系数Y1=Y2=0。 因为P1<P2，故只需验算轴承2

23、。轴承在100°C温度下工作，查表，则：故轴承的寿命合格。轴承采用油润滑。10.4中间轴的设计及强度校核10.4.1各轴段的直径和长度轴段直径(mm)长度(mm)d113556d124037d134063d14355310.4.2 按弯扭合成应力校核轴的强度载荷水平面H(N)垂直面V(N)支反力FFNH1=-3663 FNH2=-1145FNV1=1592.3 FNV2=1351总弯矩扭矩T,故中间轴合格。10.4.3轴承寿命校核中间轴选用的轴承是7208AC角接触轴承，尺寸为,安装尺寸为da=47mm。故轴承寿命合格。10.5低速轴的设计及强度校核10.5.1各轴段的直径和长度轴段

24、直径(mm)长度(mm)d1142112d125550d135821d147064d156763d16606410.5.2 按弯扭合成应力校核轴的强度载荷水平面H(N)垂直面V(N)支反力FFNH1=-4119 FNH2=-2746FNV1=601.96 FNV2=1972总弯矩扭矩T，故高速轴合格。10.5.3 轴承寿命校核中间轴选用的轴承是30314圆锥滚子轴承，尺寸为,安装尺寸为da=74mm。故轴承寿命合格11 键的设计11.1 高速轴上的键的设计与校核 齿轮、联轴器、与轴的周向定位都是平键连接，查表得联轴器上的键尺寸为bhL =6×6×25 mm，联轴器采取过渡配

25、合，但不允许过盈，所以选择H7/k6，轴与轴承之间采取过度配合，轴的直径公差采用m6（具有小过盈量，木锤装配）d=20 mm,T=32.17N·m, 查表得=100120 式中k=0.5h，l=L-b， 所以所选键符合强度要求。11.2 中间轴上的键的设计与校核已知d-=d-=34 mm，T2=206.33N·m，参考教材，由式6-1可校核键的强度，由于d=3038 mm所以取bh=108 mm查表得=100120取低速级键长为56 mm，高速级键长为22mm。 所以所选键：bhL=10 mm8 mm56 mm bhL=10 mm8 mm22mm符合强度条件。 ´

26、11.3 低速轴上的键的设计与校核已知装齿轮处轴径d=52 mm，T =1321.33 N·m。 参考教材，由式6-1可校核键的强度，由于d=5058 mm,所以取bhL=16 mm10 mm63 mm，查表得=100120 联轴器处轴径d=40 mm，T =331.35 N·m，由于d=3844 mm，所以取bhL=12 mm8 mm84mm 所以所选键符合强度要求。12 箱体设计 12.1箱体尺寸 减速器箱体结构尺寸 名称 符号 计算公式 结果箱座厚度 10箱盖厚度 （0.80.85）8mm 8箱盖凸缘厚度 12箱座凸缘厚度 b 15箱座底凸缘厚度 25地脚螺钉直径 M

27、16地脚螺钉数目 n a<250mm 4轴承旁联结螺栓直径M12盖与座联结螺栓直径M8轴承端盖螺钉直径M6视孔盖螺钉直径M5定位销直径dM6至外箱壁的距离查手册表5-3221813至凸缘边缘距离查手册表5-3201611外箱壁至轴承端面距离40大齿轮顶圆与内箱壁距离15齿轮端面与内箱壁距离16箱盖，箱座肋厚分别为、0.8512.2减速器附件设计 12.2.1 窥视孔盖与窥视孔 在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔, 大小只要够手伸进操作可。以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙,了解啮合情况.润滑油也由此注入机体内。 12.2.2 放油螺塞 放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封。 12.2.3 油标 油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。此要安装于便于观察油面及油面稳定之处即低速级传动件附近；用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。 12.2.4 通气器 减速器运转时，由于摩擦发热,机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙