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文档简介
机械设计课程设计说明书设计题目:双级斜齿圆柱齿轮减速器学院名称:XX科学与工程学院专业:机械设计制造及其自动化班级:机械****班姓名:***学号:***指导老师:***
目录第1章设计任务书1第2章机械传动装置的总体方案设计22.1传动方案设计22.2选择电动机22.3传动比的分配32.4传动装置的运动和动力参数的计算4第3章传动零件的参数设计和轴系零部件的初步选择63.1减速器外部传动零件的设计计算——滚子链传动的参数设计63.2减速器内部传动零件的设计计算73.3初算轴的直径143.4选择联轴器153.5初选滚动轴承16第4章减速器装配图设计174.1轴的结构设计174.2轴、滚动轴承及键连接的校核计算184.3箱体的结构及减速器附件的设计284.4润滑与密封设计31第5章设计总结33参考文献34第页设计计算与说明主要结果第1章设计任务书1.设计题目设计一带式运输机传动装置中的双级斜齿圆柱齿轮减速器。2.设计数据及工作条件生产规模:中小批量;工作环境:潮湿;载荷特性:轻振;工作期限:8年,两班制(16小时/天)。3.设计注意事项(1)设计由减速器或者其他机械传动装配图一张,零件图2张及设计计算说明书一份组成;(2)设计中所有标准均应采用我国现行标准,设计计算说明书应按规定纸张及格式编写;(3)设计图纸及设计计算说明书必须按进度完成,经指导教师审查认可后,才能给予评分或答辩。(4)设计期限:自2019年06月14日至2019年7月3日。设计计算与说明主要结果第2章机械传动装置的总体方案设计2.1传动方案设计根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为考虑同一功率的异步电动机有同步转速3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等几种,若选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机,则估算传动装置的传动比约为78和52。根据工作环境潮湿,查表2-1[1]拟定:展开式双级圆柱齿轮+外部链传动。机构整体布置如图:2.2选择电动机1.电动机的类型选择根据动力源和工作条件,选用Y系列三相交流异步电动机。2.电动机的功率工作机有效功率为设电动机到工作机之间的总效率为η,并设η1、η2、η3、η4、η5分别为弹性联轴器、圆柱齿轮传动(设齿轮精度为8级)、滚动轴承、开式滚子链传动、滚筒的效率。查表2-2[1],得η1=0.99,η2=0.97,η3=0.98,η4=0.92,η5=0.96,所以总效率为电动机所需功率为设计计算与说明主要结果查表16-1[1]选取电动机的功率Pe为3KW。电动机的转速选择为常用的同步转速1500r/min和1000r/min两种,根据所需功率和转速,选择电动机如下:方案电动机型号额定功率/kW满载转速(r/min)总传动比中心高H/mm轴外伸轴径D/mm轴外伸长度E/mm1Y100L2-43143074.87510028602Y132S-6396050.2651323880方案一中的电动机转速高、价格低,但总传动比过大。为了合理的分配传动比,使动装置结构紧凑,选用方案二,即电动机型号为Y132S-6,由上表可知其中心高H=132mm,轴外伸轴径D=38mm,轴外伸长度E=80mm。2.3传动比的分配经计算得内外总的传动比为根据表2-3[1]取链传动的传动比,减速器的总传动比为双级圆柱齿轮减速器高速级和低速级的传动比分别为展开式双级圆柱齿轮减速器,考虑各级齿轮传动的润滑合理,应使两大齿轮直径相近,推荐,最终得到i1=4.667,i2=3.59。电动机型号为:Y132S-6减速器总传动比:高速级传动比:低速级传动比:设计计算与说明主要结果2.4传动装置的运动和动力参数的计算1.各轴的转速计算2.各轴的输入功率计算3.各轴的输入转矩计算将上述数据归纳如表:设计计算与说明主要结果轴号转速/(r/min)输入功率/kW输入转矩/N·m传动比高速轴Ⅰ9602.42124.0844.6673.59中间轴Ⅱ205.702.301106.828低速轴Ⅲ57.2992.187364.506滚子链轴Ⅳ57.2992.1218353.640设计计算与说明主要结果第3章传动零件的参数设计和轴系零部件的初步选择3.1减速器外部传动零件的设计计算——滚子链传动的参数设计1.选择小链轮齿数查表5-14[2],选取小链轮齿数Z1=25,大链轮齿数2.初定中心距a0,确定链节数Lp由于,取,则有圆整为整数,取LP=132(偶数)。3.计算所需额定功率,确定链的型号和节距初选双排链,查表5-11[2],5-13[2],5-12[2],图5-17[2],得工况系数KA=1.3,多排链系数Kp=1.7,小链轮齿数系数Kz=1.34,链长系数KL=1.075,单排链所需传递的额定功率为根据图5-15[2],选择滚子链型号为12A,链节距p=19.05mm。4.计算链长L和中心距a链长:中心距:小链轮齿数Z1=25大链轮齿数Z2=75链节数Lp=132设计计算与说明主要结果调整量Δa≥2P=2×19.05=38.1mm;实际安装中心距a’=a-Δa=766.05-38.1=727.95≈728mm5.计算平均链速v和压轴力Q平均链速:工作拉力:F=1000P/v=(1000×2.1218/0.455)N=4663.3N有轻微振动,取压轴力系数Ka=1.3,则轴上的压力:FQ=Ka·F=1.3×4663.3N=6062.3N6.选择润滑方式根据平均链速v=0.455m/s,链节距p=19.05mm,根据图5-16[2]链传动选择人工定期润滑方式。7.静强度校核由于平均链速v=0.455m/s<0.6m/s,所以要进行静强度校核,查表5-10[2],得单排链极限拉伸载荷Q=31100N,安全系数为所以该链静强度安全。链传动设计结果为:滚子链型号:12A-2×132GB/T1243-2006;链轮齿数:Z1=25,Z2=75;实际安装中心距a’=728mm;压轴力FQ=6062.3N。3.2减速器内部传动零件的设计计算1.高速级传动齿轮的设计高速级主动轮输入功率2.421kW,转速960r/min,齿数比=传动比=4.667,单向运转,有轻微振动的载荷,每天工作16小时,预期寿命8年,电动机驱动。实际安装中心距:a=728mm设计计算与说明主要结果(1)选择齿轮的材料及热处理方式小齿轮:45钢,调质处理,齿面硬度230HBS;大齿轮:45钢,正火处理,齿面硬度190HBS。(2)确定许用应力A.确定极限应力σHlim和σFlim查图3-16[2],得σHlim1=580Mpa,σHlim2=550Mpa查图3-17[2],得σFlim1=220MPa,σFlim2=210MpaB.计算应力循环次数,确定寿命系数ZN,YN每年按300天计算:查图3-18[2],得ZN1=ZN2=1,查图3-19[2],得YN1=YN2=1。C.计算许用应力由表3-4[2],取安全系数SHmin=1,SFmin=1.4(3)分析失效形式,确定设计准则由于设计的传动类型为软齿面闭式齿轮传动,其主要失效形式是齿面疲劳点蚀,若模数过小,也可能发生齿轮疲劳折断。因此,该齿轮传动按齿面接触疲劳强度进行设计,确定主要的参数,然后再校核轮齿的弯曲疲劳强度。设计计算与说明主要结果(4)初步确定齿轮基本参数和主要尺寸A.选择齿轮类型选用较平稳噪声小承载能力较强的斜齿圆柱齿轮传动。B.估计圆周速度v≤4m/s,由表3-5[2]初步选用8级精度。C.初选参数,由表3-6[2]取齿宽系数。D.初步计算齿轮的主要尺寸因采用电动机驱动,工作机载荷有轻微振动,查表3-1[2],得KA=1.25;因为齿轮速度不高,取KV=1.02;因为非对称布置,轴的刚性较小,取Kβ=1.15,Kα=1.3,则K=KAKVKβKα=1.25×1.02×1.15×1.3=1.906。由图3-11[2],查得ZH=2.45;查表3-2[2],得;取重合度系数,,所以按表3-7[2],取标准模数mn=2mm,则中心距圆整后取a=170mm。修改螺旋角:计算分度圆直径:设计计算与说明主要结果计算圆周速度:与估计值相近。计算齿宽:取大齿轮b2=55mm,小齿轮b1=b2+5mm=60mm。E.验算齿轮弯曲强度条件计算当量齿数:查图3-14[2],得;查图3-15[2],得;取重合度系数,螺旋角系数。计算弯曲应力:所以齿根弯曲疲劳强度满足要求。齿顶圆直径:齿根圆直径:设计计算与说明主要结果高速级齿轮设计结果为:齿数:;齿轮参数:;齿轮分度圆直径:;齿轮宽度:。2.低速级传动齿轮的设计低速级主动轮输入功率2.301kW,转速205.70r/min,齿数比=传动比=3.59,单向运转,有轻微振动的载荷,每天工作16小时,预期寿命8年,电动机驱动。(1)选择齿轮的材料及热处理方式小齿轮:45钢,表面淬火处理,齿面硬度50HRC;大齿轮:45钢,表面淬火处理,齿面硬度45HRC。(2)确定许用应力A.确定极限应力和查图3-16[2],得许用接触应力;查图3-17[2],得许用弯曲应力。B.计算应力循环次数N,确定寿命系数ZN,YN查图3-18[2],得:;查图3-19[2],得:。C.计算许用应力由表3-14[2],取安全系数设计计算与说明主要结果(3)分析失效形式,确定设计准则由于设计的传动类型为硬齿面闭式齿轮传动,其主要失效形式是齿轮疲劳折断,也可能发生齿面疲劳点蚀。因此,该齿轮传动按弯曲疲劳强度进行设计,确定主要的参数,然后再校核齿面接触疲劳强度。(4)初步确定齿轮基本参数和主要尺寸A.选择齿轮类型初估齿轮圆周速度v≤2.5m/s,选用较平稳、噪声小、承载能力较强的斜齿圆柱齿轮传动。B.初步选用8级精度。C.初选参数。D.初步计算齿轮主要尺寸因采用电动机驱动,工作机载荷有轻微振动,查表3-1[2],得KA=1.25;因为齿轮速度不高,取KV=1.02;因为非对称布置,轴的刚性较小,取Kβ=1.1,Kα=1.35,则K=KAKVKβKα=1.25×1.02×1.1×1.35=1.89。计算当量齿数:查图3-14[2],3-15[2],得:齿形系数:;应力修正系数:;取重合度系数,螺旋角系数:设计计算与说明主要结果按小齿轮设计:取标准模数,则中心距为圆整后取a=210mm。调整螺旋角:计算分度圆直径:计算齿宽:取大齿轮,小齿轮。E.验算轮齿接触疲劳强度条件查图3-11[2],得节点区域系数,重合度系数,螺旋角系数,弹性系数。设计计算与说明主要结果满足要求。齿顶圆直径:齿根圆直径:低速级齿轮设计结果为:齿数:;齿轮参数:;齿轮分度圆直径:;齿轮宽度:。验算是否在给定范围内:满足任务要求。3.3初算轴的直径已知最小轴径的初算公式,选轴的材料为45钢,调质处理。1.高速轴设计计算与说明主要结果在该轴段同一剖面只有一个键槽,故应将dmin增大5%,得,取标准尺寸,但考虑轴Ⅰ的外伸端与电动机直径(D=38mm)相差较大,故用电动机直径初算轴Ⅰ的直径,则,取标准尺寸。2.中间轴在该轴段同一剖面只有一个键槽,故应将dmin增大5%,得,取标准尺寸。3.低速轴在该轴段同一剖面只有一个键槽,故应将dmin增大5%,得,取标准尺寸。3.4选择联轴器1.电机与高速轴之间的联轴器由于转速较高,为减小动载荷,缓和冲击,应选择具有较小惯量和有弹性的联轴器,可选弹性套柱销联轴器。已知:查表9-2[2]得工况系数,则计算转矩:查表13-7[1],选用型号为,其技术参数:;孔径范围:32、35、38mm。2.低速级与滚子链传动主轴之间的联轴器为了减小工作机的振动,缓和冲击,以免影响减速器内传动件的正常工作,因此选用弹性柱销联轴器,已知:联轴器1:设计计算与说明主要结果查表9-2[2]得工况系数,则计算转矩:查表13-9[1],选用型号为,其技术参数:,孔径范围:。3.5初选滚动轴承1.高速轴选用角接触球轴承,根据轴Ⅰ的轴端直径,初选7208C滚动轴承,内径d=40mm,外径D=80mm,宽度B=18mm。2.中间轴选用角接触球轴承,根据轴Ⅱ的轴端直径,初选7208C滚动轴承,内径d=40mm,外径D=80mm,宽度B=18mm。3.低速轴选用角接触球轴承,根据轴Ⅲ的轴端直径,初选7209C滚动轴承,内径d=45mm,外径D=85mm,宽度B=19mm。将上述选择进行归纳,如下表:轴轴承代号内径d/mm外径D/mm宽度B/mmCr/kNC0r/kN高速轴7208C40801836.825.8中间轴7208C40801836.825.8低速轴7209C45851938.528.5联轴器2:设计计算与说明主要结果第4章减速器装配图设计4.1轴的结构设计1.高速轴结构设计和尺寸(1)结构分析最小轴径32mm,轴承内径40mm,齿根圆55.122mm,相差较小,采用齿轮轴形式。(2)草图(3)尺寸2.中间轴结构设计和尺寸(1)结构分析最小轴径18mm,轴承内径40mm,齿根圆为274.695mm和81.089mm,相差较大,采用键连接。(2)草图(3)尺寸3.低速轴结构设计和尺寸(1)结构分析设计计算与说明主要结果最小轴径38mm,轴承内径45mm,齿根圆318.119mm,相差较大,采用键连接。(2)草图(3)尺寸验算中间轴大齿轮与低速轴是否干涉:间隙,满足要求。4.2轴、滚动轴承及键连接的校核计算1.轴的强度校核(1)高速轴①轴上的受力分析传递的转矩:齿轮的圆周力:齿轮的径向力:设计计算与说明主要结果齿轮的轴向力:②计算作用于轴上的支反力水平面内支反力:垂直面内支反力:③计算轴的弯矩,并画出弯矩图和当量弯矩图轴单向运转,载荷有冲击,故其转矩可看成是脉动循环变化,取α=0.6,轴的材料为45钢,经调制处理,查表得。满足强度要求。(2)中间轴设计计算与说明主要结果①轴上的受力分析传递的转矩为齿轮2:齿轮的轴向力:齿轮的径向力:齿轮的圆周力:齿轮3:齿轮的圆周力为齿轮的径向力为齿轮的轴向力为②计算作用于轴上的支反力水平面内支反力:垂直面内支反力:设计计算与说明主要结果③计算轴的弯矩,并画出弯矩图和当量弯矩图轴单向运转,载荷有冲击,故其转矩可看成是脉动循环变化,取α=0.6,轴的材料为45钢,经调制处理,查表得其许用应力[σ-1]b=60MPa。满足强度要求。(3)低速轴设计计算与说明主要结果①轴上的受力分析传递的转矩为齿轮的轴向力齿轮的径向力齿轮的圆周力②计算作用于轴上的支反力水平面内支反力:垂直面内支反力:③计算轴的弯矩,并画出弯矩图和当量弯矩图轴单向运转,载荷有冲击,故其转矩可看成是脉动循环变化,取α=0.6,轴的材料为45钢,经调制处理,查表得其许用应力[σ-1]b=60MPa。由图分析可知危险截面有两个,a-a右侧和b-b左侧,弯矩分别为278830N·mm,241458N·mm。设计计算与说明主要结果a-a右侧:b-b左侧:满足强度要求。2.滚动轴承校核(1)高速轴轴承型号7208C,查表12-6[1]可知:基本额定动载荷,基本额定静载荷,由于温度不高,查表3-5[2]取温度系数,轻微冲击,查表8-8[2]取载荷系数。查表知:①计算派生力②计算轴向载荷高速轴轴承型号:7208C设计计算与说明主要结果∴轴有向左运动的趋势,轴承1被压紧,轴承2被放松③计算当量动载荷查表8-7[2],线性插值可得:由线性插值得:④计算寿命因为,故按轴承1计算,球轴承,取:满足设计要求。(2)中间轴轴承型号7208C,查表12-6[1]可知:基本额定动载荷,基本额定静载荷,由于温度不高,查表3-5[2]取温度系数,轻微冲击,查表8-8[2]取载荷系数。中间轴轴承型号:7208C设计计算与说明主要结果查表知:①计算派生力②计算轴向载荷∴轴有向左运动的趋势,轴承1被压紧,轴承2被放松③计算当量动载荷查表8-7[2],线性插值可得:由线性插值得:④计算寿命因为,故按轴承1计算,球轴承,取:满足设计要求。设计计算与说明主要结果(3)低速轴轴承型号7209C,查表12-6[1]可知:基本额定动载荷,基本额定静载荷,由于温度不高,查表3-5[2]取温度系数,轻微冲击,查表8-8[2]取载荷系数。查表知:①计算派生力②计算轴向载荷∴轴有向右运动的趋势,轴承2被压紧,轴承1被放松③计算当量动载荷查表8-7[2],线性插值可得:低速轴轴承型号:7209C设计计算与说明主要结果由线性插值得:④计算寿命因为,故按轴承1计算,球轴承,取:满足设计要求。3.键强度校核(1)高速轴与联轴器相连的键键的参数:C型,;接触长度:;接触高度:;挤压强度:满足强度要求。(2)中间轴固定大齿轮的键键的参数:A型,;接触长度:;接触高度:;挤压强度:满足强度要求。(3)中间轴固定小齿轮的键键的参数:A型,;设计计算与说明主要结果接触长度:;接触高度:;挤压强度:满足强度要求。(4)低速轴固定大齿轮的键键的参数:A型,;接触长度:;接触高度:;挤压强度:满足强度要求。(5)输出轴与联轴器相连的键键的参数:C型,;接触长度:;接触高度:;挤压强度:满足强度要求。4.3箱体的结构及减速器附件的设计减速器箱体采用铸造(HT200)制成,采用剖分式结构。1.机体有足够的刚度在机体外加肋,外轮廓为长方形,增强了轴承座刚度。2.考虑到机体内零件的润滑,密封散热采用浸油润滑,同时为了避免油搅得沉渣溅起,齿顶到油池底面的距离H大于40mm。设计计算与说明主要结果3.机体结构有良好的工艺性铸件壁厚为10mm,圆角半径为R=5~25mm。机体外型简单,有一定的斜度,拔模方便。4.附件设计(1)窥视孔和视孔盖窥视孔的位置开在齿轮啮合区的上方,便于观察齿轮啮合情况,并有适当的大小,以便手能伸入进行检查。窥视孔平时用盖板盖住,盖板用铸铁制成,盖板与箱盖之间加密封垫片,用螺钉连接。(2)通气器由于减速器运转时,机体内温度升高,气压增大,为便于排气,在机盖顶部的窥视孔盖上安装通气器,以便达到箱体内压力平衡。(3)起吊装置采用吊耳环(起吊箱盖用),吊钩(起吊整机用)。(4)油面指示器油标尺上应有最高、最低油面刻度;油标尺安置的部位不能太低,以防油进入油尺座孔而溢出,也不能太高,以免插入取出时与箱座凸缘产生干涉;安装凸台要设计拔模斜度。(5)放油孔和螺塞放油孔位于油池最底处,并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧,以便将污油放尽,放油孔用螺塞堵住,因此油孔处的机体外壁应凸起一块,由机械加工成螺塞头部的支承面,并加封油圈加以密封。(6)启盖螺钉启盖螺钉直径与箱体凸缘连接螺栓相同,长度大于箱盖凸缘厚度。螺钉端部应制成圆柱端,以免损坏螺纹和剖分面。(7)定位销为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度,在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销,以提高定位精度,两个定位销距离应尽量远,而且距对称线距离不等,以使箱座、箱盖能正确定位。设计计算与说明主要结果5.箱体具体各部分的尺寸大小如下箱座壁厚δ10mm箱盖壁厚δ110mm箱座凸缘壁厚b15mm箱盖凸缘壁厚b115mm箱座底凸缘壁厚b225mm轴承盖螺钉直径d310mm视孔盖螺钉直径d46mm定位销直径d8mm起盖螺钉10mm轴承旁凸台半径R120mm大齿顶圆与箱体内壁距离Δ113.5845mm齿轮端面与箱体内壁距离Δ212.5mm箱体外壁至轴承座端面距离50mm箱座箱盖上的肋厚9mm地脚螺钉螺钉直径df20mm数目6通孔直径df’25mm沉头座直径D048mm底座凸缘尺寸C1=35mmC2=30mm轴承旁连接螺栓螺栓直径16mm数目10通孔直径17.5mm沉头座直径33mm凸缘尺寸C1=25mmC2=20mm设计计算与说明主要结果续表:箱座、箱盖的连接螺栓螺栓直径10mm数目4通孔直径11mm沉头座直径22mm凸缘尺寸C1=18mmC2=14mm4.4润滑与密封设计1.齿轮传动的润滑(1)润滑剂的选择根据使用要求和齿轮材料以及平均圆周速度,查表15-1[1]和15-3[1],选用工业闭式齿轮油L-CKC220(GB/T5903-2011)。(2)润滑方式因为使闭式齿轮传动,且圆周速度v≤12m/s,采用油池浸油润滑,齿轮浸入油池一定深度,齿轮运转时把油带到啮合区,同时也甩到箱壁上,借以散热。经计算,高速级大齿轮浸油深度约为10mm,低速级大齿轮速度较低,浸油深度约35mm,满足要求。(3)储油量满足要求。2.滚动轴承的润滑(1)润滑方式减速器中浸油齿轮的圆周速度v>2m/s,可采用飞溅润滑。飞溅的油,一部分直接溅入轴承,一部分先溅到箱壁上,然后再顺着箱盖的内壁流入箱座的输油沟中,经轴承端盖上的缺口进入轴承,起到润滑的作用。(2)润滑剂的选择因为采用飞溅润滑,所以润滑剂即为减速器油池内的润滑剂:工业闭式齿轮油L-CKC220(GB/T5903-2011)。润滑剂:工业闭式齿轮油L-CKC220(GB/T5903-2011)齿轮润滑方式:浸油润
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