二级展开式圆柱齿轮减速器4-C.doc
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1、题目:二级展开式圆柱齿轮减速器4-C目录第1级1第1级2第1级3第1级4第1级5第1级6一、设计题目1.1题目说明题号为4-C,设计一带式输送机传动用的二级展开式圆柱齿轮减速器。传动简图如下图所示:1.2已知条件题号输送带牵引力F/kN输送带的速度v/(m/s)输送带滚筒的直径D/mm4-C2.41.6480 工作条件:连续单向运转,工作时有轻微震动;使用期10年(每年300个工作日);小批量生产,输送机工作轴转速允许误差为5%;带式输送机的传动效率为0.96二、参数计算2.1电动机选择初选电动机转速高速级齿轮组和低速级齿轮组的效率为和,链传动的效率为,联轴器的效率为,带式输送机的效率为,轴承
2、效率为 取精度为 选择滚子链传动 弹性柱销联轴器 由已知条件得到 选用角接触球轴承工作机所需功率: 传动装置的总效率 电动机所需功率:根据以上数据选择电动机参数如下:工作功率,转速Y132S-4三相异步电动机满足要求,可供选用.2.2传动比选择(1)计算总传动比:由电动机的满载转速和工作机主动轴转速可确定传动装置应有的总传动比:由于 故计算得到总传动比: (2)合理分配各级传动比:由于减速箱是展开式布置,为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度,应试两级的大齿轮具有相近的直径,于是可按下式 (3)分配传动比:链传动,高速级,低速级 2.3各轴传动参数(1)各轴的转速的确定 高速轴的转速: 中间轴的转
3、速: 低速轴的转速:(2)各轴的输入功率(kW) 高速轴的输入功率: 中间轴的输入功率: 低速轴的输入功率: (3)各轴的输入扭矩(Nm) 高速轴的输入扭矩: 中间轴的输入扭矩: 低速轴的输入扭矩:三、齿轮传动设计3.1高速级齿轮传动计算(1) 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数1) 选用斜齿圆柱齿轮2) 初选小齿轮材料小齿轮材料为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。3) 精度等级取74) 初选小齿轮齿数,则大齿轮齿数,取,初选螺旋角(2) 按按齿面接触强度设计由参考文献2式10-24试算小齿轮分度圆直径,即 (1.
4、1)确定公式内的各计算数值1) 工作时有轻微振动,初选2) 由参考文献2图10-20选取区域系数3) 由参考文献2表10-7选取齿宽系数4) 由参考文献2表10-5查得材料的弹性影响系数5) 由计算公式10-21计算接触疲劳强度用重合度系数6) 由参考文2式10-23可得螺旋角系数7) 由参考文献2图10-25d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限8) 由参考文献2式(10-15)计算应力循环次数9) 由参考文献2图10-23查得接触疲劳寿命系数 ;10) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由参考文献2式(10-14)得:故取试计算小齿轮分度圆直
5、径,由计算公式得(3) 调整小齿轮的分度圆直径1) 计算圆周速度2) 计算齿宽3) 计算实际载荷系数由题意,齿轮工作时有轻微振动,由参考文献2表10-2查得使用系数根据,7级精度,由参考文献2图10-8查得动载系数对于斜齿圆柱齿轮传动由参考文献2表10-3查得齿间载荷分配系数由传动简图可知斜齿圆柱齿轮均为两端支承,查表10-4用插值法得出由此,得到实际载荷系数4) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由参考文献2式(10-12)得: 5) 计算模数(4) 按齿根弯曲强度设计由参考文献2式(10-20) 确定计算参数1) 试选载荷系数2) 参考文献2式10-18,可得计算弯曲疲劳强度的重合度系
6、数3) 从参考文献10-19,可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数4) 计算当量齿数5) 查取齿型系数由参考文献2表10-17查得;6) 查取应力校正系数由参考文献2表10-18查得;7) 由参考文献2图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳极限,大齿轮的弯曲疲劳极限8) 由参考文献2图10-22,查得弯曲疲劳寿命系数,;9) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳许用应力S=1.4,由文献2式(10-14)得 10) 计算大,小齿轮的 ,并加以比较则取11) 试算模数(5) 调整齿轮模数1) 圆周速度v 2) 齿宽b 3) 齿高h及宽高比b/h 4) 计算载荷系数 根据 ,7级精度由参考文献2图10-8查得
7、载荷系数 ;,由参考文献2,查表10-3得齿间载荷分配系数 5) 由参考文献2,查表10-4用插值法查得,结合查图10-13,得6) 计算载荷系数7) 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由齿跟弯曲疲劳强度计算的法面模数,取,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出的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由 ,取则,和互为质数。(6) 几何尺寸计算1) 计算中心距 将中心距圆整为。2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 4) 计算齿轮宽度 圆整后取;。 (7) 圆整中心距后的强度校核1) 齿面接触疲劳强度
8、校核按前述类似做法,为节省篇幅这里只给出计算结果: ; ; ; ; ; ; ;计算齿面接触应力 满足齿面接触疲劳强度条件。2) 齿根弯曲疲劳强度校核按前述计算方法,这里只给出计算结果:; ; ; ; ; ;计算齿根弯曲应力 ;齿根弯曲疲劳强度条件满足。(8) 主要设计结论齿数 、,模数 ,压力角 ,螺旋角 ,变位系数 。中心距 ,齿宽 小齿轮选用40Cr(调质),大齿轮选用45钢(调质)。齿轮精度等级为7级。 (9) 结构设计由于小轮直径较小,将其加工为齿轮轴;大齿轮齿顶圆直径大于160mm,而小于500mm,故以腹板式式结构为宜。3.2低速级齿轮传动计算(1) 选定齿轮类型,精度等级,材料及
9、齿数1) 选用斜齿圆柱齿轮2) 初选小齿轮材料小齿轮材料为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。3) 精度等级取74) 初选小齿轮齿数,则大齿轮齿数,取,初选螺旋角(2) 按按齿面接触强度设计由参考文献2式10-24试算小齿轮分度圆直径,即 (1.1)确定公式内的各计算数值1) 工作时有轻微振动,选2) 由参考文献2图10-20选取区域系数3) 由参考文献2表10-7选取齿宽系数4) 由参考文献2表10-5查得材料的弹性影响系数5) 由计算公式10-21计算接触疲劳强度用重合度系数6) 由参考文2式10-23可得螺旋角
10、系数7) 由参考文献2图10-25d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限8) 由参考文献2式(10-15)计算应力循环次数9) 由参考文献2图10-23查得接触疲劳寿命系数 ;10) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由参考文献2式(10-14)得:试计算小齿轮分度圆直径,有计算公式得(3) 调整小齿轮的分度圆直径1) 计算圆周速度2) 计算齿宽3) 计算实际载荷系数由题意,齿轮工作时有轻微振动,由参考文献2表10-2查得使用系数根据,7级精度,由参考文献2图10-8查得动载系数对于斜齿圆柱齿轮传动由参考文献2表10-3查得齿间载荷分配系数由传动
11、简图可知斜齿圆柱齿轮均为两端支承,查表10-4用插值法得出由此,得到实际载荷系数4) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由参考文献2式(10-12)得: 5) 计算模数(4) 按齿根弯曲强度设计由参考文献2式(10-20) 确定计算参数1) 试选载荷系数2) 参考文献2式10-18,可得计算弯曲疲劳强度的重合度系数3) 从参考文献10-19,可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数4) 计算当量齿数5) 查取齿型系数由参考文献2表10-17查得;6) 查取应力校正系数由参考文献2表10-18查得;7) 由参考文献2图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳极限,大齿轮的弯曲疲劳极限8) 由参考文献2图10
12、-22,查得弯曲疲劳寿命系数,;9) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳许用应力S=1.4,由文献2式(10-14)得 10) 计算大,小齿轮的 ,并加以比较则取11) 试算模数(5) 调整齿轮模数1) 圆周速度v 2) 齿宽b 3) 齿高h及宽高比b/h 4) 计算载荷系数 根据 ,7级精度由参考文献2图10-8查得载荷系数 ;,由参考文献2,查表10-3得齿间载荷分配系数 5) 由参考文献2,查表10-4用插值法查得,结合查图10-13,得6) 计算载荷系数7) 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由齿跟弯曲疲劳强度计算的法面模数,取,已可满足弯曲强
13、度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算出的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由 ,取则,和互为质数。(6) 几何尺寸计算1) 计算中心距 将中心距圆整为。2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 4) 计算齿轮宽度 圆整后取;。 (7) 圆整中心距后的强度校核1) 齿面接触疲劳强度校核按前述类似做法,为节省篇幅这里只给出计算结果: ; ; ; ; ; ; ;计算齿面接触应力 满足齿面接触疲劳强度条件。2) 齿根弯曲疲劳强度校核按前述计算方法,这里只给出计算结果:; ; ; ; ; ;计算齿根弯曲应力 ;齿根弯曲疲劳强度条件满足。(8) 主要设计结论齿数 、,
14、模数 ,压力角 ,螺旋角 ,变位系数 。中心距 ,齿宽 小齿轮选用40Cr(调质),大齿轮选用45钢(调质)。齿轮精度等级为7级。 (9) 结构设计以大齿轮为例,因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而小于500mm,故以腹板式式结构为宜。四、链传动设计1. 选择链轮齿数取小链轮齿数,取大链轮齿数,取2. 确定计算功率查表9-6得, 查图9-13得,双排链,则计算功率的3. 选择链条型号和节距根据, 可选16A -2在查表 链条节距为4. 计算链节数和中心矩初选中心矩,取链节数 取 查表中心矩计算系数最大中心矩 5. 计算链速V,确定润滑方式由V=1.09m/s和链号16A查图9-14可采用滴油润滑
15、;6. 计算压轴力有效圆周力: 链轮水平布置时的压轴力系数,则压轴力为7. 链轮的材料轴材料为45号钢,调质处理。8. 链轮的尺寸排距 , , ;链轮的宽度: ;9. 链传动设计结论链号:16A-2-106;链轮材料45钢,调质处理;链轮宽度52mm;链轮的齿数 、;中心距;链轮上的压轴力,方向水平垂直于低速轴。五、轴的设计及校核5.1轴的初选5.1.1估算最小直径选取轴的材料为40Cr,热处理为调质。 (高速轴)由参考文献2表15-3确定, (按一个键槽,轴颈增大7%为18.67mm)考虑到Y132S-4电动机输出轴的直径为38mm,此处所选弹性柱销联轴器的规格必须与之配合,取最小直径为(中
16、间轴) ,考虑到两个键槽,轴径增大11%为29.69mm,同时考虑轴端与轴承配合,取(低速轴), 考虑到两个键槽,轴颈增大15%为40.93mm,同时考虑轴端与链轮相配合,查标准尺寸(GB/T 2822-2005),取5.1.2初选轴承高速轴选轴承为中间轴选轴承为低速轴选轴承为各轴承参数见下表:轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定/kNdDBdaDa动载荷Cr静载荷Cor7207C357217426530.520.07406AC30902398142.532.27210C509020578342.832.05.2轴的设计首先,由齿轮宽度以及齿轮与箱体内壁间的距离、齿轮与齿轮之间的距离,
17、确定箱体内壁的宽度为138mm,从而可根据甩油环、轴承的安装尺寸确定轴在箱体两个轴承之间的长度,作为轴的长度推算依据。5.2.1高速轴的结构设计1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径:(从两端到中间)a) 段由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴,所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸(38mm)及联轴器的限制,选为30mm。b) 段考虑到联轴器使用套筒进行定位,为使轴向定位可靠,套筒厚度取为2.5mm,再综合考虑安装轴承尺寸的尺寸,所以该段直径选为35mm。c) 段轴要有可靠的轴向定位,该段直径定为40mm。d) 段轴为齿轮轴,所以该段直径由齿轮的需求来决定,齿轮的分度圆直径47.08
18、7mm。e) V段轴肩定位,与齿轮外另一段同尺寸,取直径40mm。f) 轴要安装轴承,直径定为35mm。2)根据轴向定位要求确定各段长度的确定:(从两端到中间)各段长度的确定从左到右分述如下:a) 段轴连接联轴器,半联轴器与轴配合的毂孔长度为60mm,配合轴段取58mm,又考虑到轴承端盖的螺钉安装以及套筒定位,取套筒配合轴段62mm,该段长度定120mm。b) 段考虑到轴承的和甩油环的尺寸及安装位置,取30mm。c) VI段考虑安装轴承及甩油环,长度定为29mm。d)V段考虑轴肩定位及齿轮位置,长度定位6mm。e) 段为齿轮轴,为已确定齿轮宽度,52mm。f)段由轴的总体长度与其他尺寸计算得到
19、,76mm。5.2.2中间轴的结构设计1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径:(从两端到中间)a)考虑与轴承的配合,最小轴径选直径为30mm。b)考虑非定位轴肩过度取直径为36mm。e)段轴考虑定位轴肩,该段直径定为42mm。f)V段与I同取30mm。g) 与齿轮配合,考虑定位轴肩轴定为32mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度:(从两端到中间)a) 段轴承安装轴承和甩油环,根据轴承宽度、甩油环尺寸、轴承和甩油环和箱体的相对位置、齿轮与箱体内壁的相对位置,该段长度选为43mm。b)段轴考虑到齿轮齿宽的影响,所以长度为63mm。c)段为定位轴肩,长度从两端尺寸链来计算为7.5mm。d)段
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