圆锥-圆柱-齿轮减速器设计.doc
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1、机械设计课程设计说明书目录第一章 设计任务 4一、设计题目4二、设计要求4第二章 机械运动方案的设计及分析决策5一、传动方案5二、选择电动机5三、传动比分配及各个轴的参数7第三章 减速器的设计计算9一、圆锥直齿轮设计9二、圆柱斜齿轮设计12第四章 轴的设计计算17一、输入轴的设计及计算17二、中间轴的设计及计算22三、输出轴的设计及计算28第五章、滚动轴承的选择及计算35一、输入轴滚动轴承计算35二、中间轴滚动轴承计算36三、输出轴滚动轴承计算37第六章、键联接的选择及校核计算39一、输入轴键计算39二、中间轴键计算39三、输出轴键计算40第七章、联轴器附件的选择41润滑与密封42设计小结 4
2、3参考资料 44第一章 设计任务一、设计题目设计一用于带式运输机上的圆锥圆柱齿轮减速器,已知带式运输机驱动卷筒的圆周力(牵引力)F=2100N,带速v=1.9/s,卷筒直径D=300m。要求如下:1、 设计用于带式运输机的传动装置2、 连续单向运转,载荷教平稳,空载启动,不反转3、 使用限期为10年,(设每年工作300天),一班制4、 原始数据如下:数据组编号12345运输机工作拉力 F/N24002300220021002100运输带工作速度 v/ (m/s)1.51.61.71.81.9卷筒直径 D/mm260270280290300二、设计要求1、 确定传动方案,并绘出原理方案图2、 设
3、计减速器3、 完成装配图,零件图4、 编写设计说明书1份第二章 机械运动方案的设计及分析决策一、传动方案驱动卷筒的转速选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机,因此传动装置总传动比约为13。根据总传动比数值,可拟定以下传动方案:图一二、选择电动机1、电动机类型和结构型式按工作要求和工作条件,选用一般用途的Y(IP44)系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。2、电动机容量(1)卷筒的输出功率(2)电动机输出功率传动装置的总效率式中、为从电动机至卷筒轴的各传动机构和轴承的效率。由机械设计(机械设计基础)课程设计表2-4查得:滚动轴承效率为0.98,圆柱齿轮传动效率为0
4、.97;圆锥齿轮传动效率为0.96;弹性联轴器效率为0.99;卷筒轴滑动轴承效率为0.96;则故 (3)电动机额定功率由机械设计(机械设计基础)课程设计表20-1选取电动机额定功率(4)电动机的转速推算电动机转速可选范围,由机械设计(机械设计基础)课程设计表2-4查得减速器传动比为815,故初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较,如下表:方案电动机型号额定功率(Kw)电动机转速(r/min)电动机质量(kg)同步满载1Y132M1-641000960732Y112M-441500144043传动装置的传动比总传动比V带传动二级减速器12.373.13.99
5、18.564.644两方案均可行,但方案1传动比较小,传动装置结构尺寸较小,因此采用方案1,选定电动机的型号为Y132M1-6。(5)电动机的技术数据和外形,安装尺寸由机械设计(机械设计基础)课程设计表20-1、表20-2查得主要数据,并记录备用。三、传动比分配及各个轴的参数1、传动装置总传动比 2、分配各级传动比。因为是圆锥圆柱齿轮减速器,所以圆锥圆柱齿轮减速器传动比3、各轴转速(轴号见图一)4、各轴输入功率按电动机所需功率计算各轴输入功率,即 5、各轴转矩 6、运动和动力参数计算结果如下表项目轴1轴2轴3轴4轴5转速(r/min)14401440483120.8120.8功率(kw)4.7
6、34.604.464.334.28转矩(N*m)31.,130.889.0345.5338.4传动比112.9841效率10.9780.960.9580.988第三章 减速器的设计计算一、圆锥直齿轮设计已知输入功率4.46Kw,小齿轮转速1440r/min,齿数比u=2.98,由电动机驱动,工作寿命10年(设每年工作300天),一班制,带式输送机工作经常满载,空载起动,工作有轻震,不反转。1、选定齿轮精度等级、材料及齿数(1)圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)(2)材料选择 由机械设计(第八版)表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为28
7、0HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS。(3)选小齿轮齿数,大齿轮齿数=252.98=74.5,取整75。则 2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算,即(1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数K=1.82)计算小齿轮的转矩3)选齿宽系数4)由机械设计(第八版)图10-21d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5)由机械设计(第八版)表10-6查得材料的弹性影响系数6)计算应力循环次数 7) 由机械设计(第八版)图10-19取接触疲劳寿命系数8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,得(2)计算1)试算小齿轮分度圆直径,
8、代入中较小的值 2)计算圆周速度v3)计算载荷系数根据v=5.13m/s,7级精度,由机械设计(第八版)图10-8查得动载系数 直齿轮由机械设计(第八版)表10-2查得使用系数 根据大齿轮两端支撑,小齿轮作悬臂布置,查机械设计(第八版)表得轴承系数,接触强度载荷系数 4)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,得 5)计算模数m取标准值m=3mm6)计算齿轮相关参数 7)圆整并确定齿宽 圆整取=46mm , =41mm 3、校核齿根弯曲疲劳强度(1)确定弯曲强度载荷系数 (2)计算当量齿数(3)由机械设计(第八版)表10-5查得齿形系数 应力校正系数 (4)由机械设计(第八版)图20-20c查
9、得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ,大齿轮的弯曲疲劳强度极限,(5)由机械设计(第八版)图10-18取弯曲疲劳寿命系数=0.96(6)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数,得(7)校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式 进行校核满足弯曲强度,所选参数合适。二、圆柱斜齿轮设计已知输入功率,小齿轮转速483r/min,齿数比u=4,由电动机驱动,工作寿命10年(设每年工作300天),一班制,带式输送机工作经常满载,空载起动,工作有轻震,不反转。1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数(1) 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)(2) 材料选择 由机械设计(第八版)表10
10、-1选择大小齿轮材料均为45钢(调质),小齿轮齿面硬度为250HBS,大齿轮齿面硬度为220HBS。(3) 选小齿轮齿数,大齿轮齿数(4) 选取螺旋角。初选螺旋角 2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算,即 (1) 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数Kt=1.62) 计算小齿轮的转矩 3) 选齿宽系数d=1由机械设计(第八版)图10-30选取区域系数4) 由机械设计(第八版)图10-26查得,则 由机械设计(第八版)表10-6查得材料的弹性影响系数5) 计算应力循环次数由机械设计(第八版)图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa ,大齿轮的接触疲劳强度极限
11、=510MPa9) 由机械设计(第八版)图10-19取接触疲劳寿命系数=0.94 =0.9710)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,得 (2)计算1)试算小齿轮分度圆直径,由计算公式得2) 计算圆周速度v 计算齿宽b及模数=156.65=56.65mm3) 齿宽和齿高之比4)计算纵向重合度5) 计算载荷系数根据v=1.43m/s,7级精度,由机械设计(第八版)图10-8查得动载系数由机械设计(第八版)表10-3查得 由机械设计(第八版)表10-2查得使用系数由机械设计(第八版)表10-13查得由机械设计(第八版)表10-4查得 接触强度载荷系数6)按实际的载荷系数校正所算得
12、的分度圆直径,得7) 计算模数取m=3mm(3)几何尺寸计算1)计算中心距2) 按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多,故参数、等不必修正3) 计算大小齿轮的分度圆直径4)计算齿轮宽度圆整后取3、 校核齿根弯曲疲劳强度(1)确定弯曲强度载荷系数(2)根据重合度,由机械设计(第八版)图10-28查得螺旋角影响系数(3)计算当量齿数(4) 由机械设计(第八版)表10-5查得齿形系数 应力校正系数 (5)由机械设计(第八版)图20-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ,大齿轮的弯曲疲劳强度极限(6) 由机械设计(第八版)图10-18取弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力,取弯曲疲劳安全系数,得(7
13、) 校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式进行校核满足弯曲强度,所选参数合适。第四章 轴的设计计算一、输入轴设计1、求输入轴上的功率、转速和转矩 2、求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为而 圆周力、径向力及轴向力的方向如图二所示图二3、初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢(调质),根据机械设计(第八版)表15-3,取.由公式 得 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径,为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。计算得联轴器的转矩,查机械设计(第八版)表14-1,由于转矩变化很小,故取,则查机械设计(机械设计基础)课程设计表17-4,选HL
14、1型弹性柱销联轴器,其公称转矩为63000 Nm,半联轴器的孔径 ,故取,半联轴器长度L=52mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。4、轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案(见图三)图三(2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1) 为了满足半联轴器的轴向定位,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径.2) 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力,故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据,由机械设计(机械设计基础)课程设计表15-7中初步选取0基本游隙组,标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306,其尺寸为dDT=30mm72mm20.75mm,这对轴承均采用轴肩进
15、行轴向定位,由机械设计(机械设计基础)课程设计表15-7查得30306型轴承的定位轴肩高度h=3.5mm,因此取.3) 取安装齿轮处的轴段6-7的直径;为使套筒可靠地压紧轴承, 5-6段应略短于轴承宽度,故取。4) 轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求,求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离=30mm,故取5) 锥齿轮轮毂宽度为50mm,为使套筒端面可靠地压紧齿轮取。6) 取(3) 轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接,按由机械设计(第八版)表6-1查得平键截面bh=8mm7mm,键槽用键槽铣刀加工,长为50mm,同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中
16、性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/k6;滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的尺寸公差为k6。(4) 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为5、求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢(调质),由机械设计(第八版)表15-1查得,故安全。7、精确校核轴的疲劳强度(1)判断危险截面及计算截面5右侧受应力最大1)截面5右侧抗弯截面系数2)抗扭截面系数 3)截面5右侧弯矩M为4)截面5上的扭矩为5)截面上的弯曲应力6)截面上的扭转切应力
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