beifen单级直齿圆柱齿轮减速器---机械设计基础课程设计说明书----模板-精品文档资料整理.doc
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1、 机械设计基础课程设计说明书 设计题目 带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器_ 院(系) 专业班级 学号 设 计 人 指导教师 完成日期 2018 年 5 月 20 日广东石油化工学院目录一、机械设计课程设计任务书2二、传动方案拟定3三、电动机的选择4四、计算总的传动比及分配各级的传动比5五、计算传动装置的运动和动力参数6六、传动零件的设计7七、齿轮传动的设计12八、传动轴和传动轴承及联轴器的设计19九、键连接的选择及校核计算31十、轴承的选择及校核计算32十一、联轴器的选择33十二、减速器的润滑和密封34十三、减速器附件及箱体主要结构尺寸36十四、设计小结38计算项目内容与说明一、 机械设计课
2、程设计任务书1、课程设计的目的及要求目的:1、综合运用机械设计及其他先修课的知识,进行机械设计训练,使已学知识得以巩固、加深和扩展;2、学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤,培养学生工程设计能力、分析问题及解决问题的能力;3、提高学生在计算、制图、运用设计资料(手册、 图册)进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能和机械CAD技术。设计要求:1、传动方案的分析和拟定;2、电动机的选择,传动装置的运动和动力参数的计算;3、传动件的设计(齿轮传动(单极);4、轴的设计(所有轴的结构设计,低速轴的弯、扭组合强度校核及安全系数校核);5、轴承的设计(所有轴承的
3、组合设计,低速轴上轴承的寿命计算);6、键的选择及强度校核(高速轴上键的校核);7、联轴器的选择;8、减速器的润滑与密封;9、减速器装配图设计(箱体、箱盖、附件设计等);10、零件工作图设计;11、编写设计计算说明书;12、总结及答辩。13、减速器装配图一张:A0号 图纸 14、高速轴图一张:A4号 图纸 15、齿轮图一张:A4号图纸 16、设计计算说明书一份二、传动方案拟定1、设计带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器(1) 工作条件:使用年限10年,工作为二班工作制,三相交流电源,电压380/220V。连续单向运转,工作时有轻微振动,小批量生产。(2) 原始数据:带牵引力F=1250N;运输带
4、线速度V=1.3m/s;鼓轮直径D=240mm。三、电动机选择1、计算传动装置总效率ha :ha=h1h23h3h4h5=0.960.9930.970.990.96=0.859h1为V带的效率,h2为轴承的效率,h3为齿轮啮合传动的效率,h4为联轴器的效率,h5为工作装置的效率。2、电动机类型的选择:圆周速度v:v=1.3m/s工作机的功率pw:pw= 1.62 KW电动机所需工作功率为:pd= 1.89 KW工作机的转速为:n = 103.5 r/min 经查表按推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i1=24,一级圆柱直齿轮减速器传动比i2=26,则总传动比合理范围为ia=424,电动机转
5、速的可选范围为nd = ian = (424)103.5 = 4142484r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,选定型号为Y100L1-4的三相异步电动机,额定功率为2.2KW,满载转速nm=1430r/min,同步转速1500r/min。电动机主要外形尺寸:中心高外形尺寸地脚螺栓安装尺寸地脚螺栓孔直径电动机轴伸出段尺寸键尺寸HLHDABKDEFG100mm38024516014012mm2860824四、计算总传动比及分配各级的传动比 (1)总传动比: 由选定的电动机满载转速n 和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为:ia=nm/n=1430
6、/103.5=13.82(2)分配传动装置传动比:ia=i0i 式中i0、i分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取i0=3,则减速器传动比为:i=ia/i0=13.82/3=4.61五、计算传动装置的运动和动力参数 (1)各轴转速:输入轴:nI = nm/i0 = 1430/3 = 476.67 r/min输出轴:nII = nI/i = 476.67/4.61 = 103.4 r/min工作机轴:nIII = nII = 103.4 r/min(2)各轴输入功率:输入轴:PI = Pdh1 = 1.890.96 = 1.81 KW 输出轴:PII = PIh2h3
7、 = 1.810.990.97 = 1.74 KW 工作机轴:PIII = PIIh2h4 = 1.740.990.99 = 1.71 KW 则各轴的输出功率:输入轴:PI = PI0.99 = 1.79 KW输出轴:PII = PII0.99 = 1.72 KW 工作机轴:PIII = PIII0.99 = 1.69 KW(3)各轴输入转矩:输入轴:TI = Tdi0h1 电动机轴的输出转矩:Td = = 12.62 Nm 所以:输入轴:TI = Tdi0h1 = 12.6230.96 = 36.35 Nm输出轴:TII = TIih2h3 = 36.354.610.990.97 = 160
8、.92 Nm工作机轴:TIII = TIIh2h4 = 160.920.990.99 = 157.72 Nm 输出转矩为:输入轴:TI = TI0.99 = 35.99 Nm输出轴:TII = TII0.99 = 159.31 Nm工作机轴:TIII = TIII0.99 = 156.14 Nm六、传动零件的设计1、V带的设计与计算1.确定计算功率Pca 由表查得工作情况系数KA = 1.1,故Pca = KAPd = 1.11.89 kW = 2.08 kW2.选择V带的带型 根据Pca、nm由图选用Z型。3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v 1)初选小带轮的基准直径dd1。由表,取小带轮
9、的基准直径dd1 = 80 mm。 2)验算带速v。按课本公式验算带的速度5.99 m/s 因为5 m/s v 1206.计算带的根数z 1)计算单根V带的额定功率Pr。 由dd1 = 80 mm和nm = 1430 r/min,查表得P0 = 0.35 kW。 根据nm = 1430 r/min,i0 = 3和Z型带,查表得DP0 = 0.03 kW。 查表得Ka = 0.95,查表得KL = 1.16,于是Pr = (P0 + DP0)KaKL = (0.35 + 0.03)0.951.16 kW = 0.42 kW 2)计算V带的根数zz = Pca/Pr = 2.08/0.42 = 4
10、.95 取5根。7.计算单根V带的初拉力F0 由表查得Z型带的单位长度质量q = 0.06 kg/m,所以F0 = = = 58.81 N8.计算压轴力FPFP = 2zF0sin(a1/2) = 2558.81sin(161.8/2) = 580.63 N9.主要设计结论带型Z型根数5根小带轮基准直径dd180mm大带轮基准直径dd250mmV带中心距a534mm带基准长度Ld1600mm小带轮包角1161.8带速5.99m/s单根V带初拉力F058.81N压轴力Fp580.63N2、 带轮结构设计1.小带轮的结构设计 1)小带轮的结构图2)小带轮主要尺寸计算代号名称计算公式代入数据尺寸取值
11、内孔直径d电动机轴直径DD = 28mm28mm分度圆直径dd180mmdadd1+2ha80+2284mmd1(1.82)d(1.8)2856mmB(z-1)e+2f(5-1)12+2762mmL(1.52)d(1.52)2856mm2.大带轮的结构设计 1)大带轮的结构图 2)大带轮主要尺寸计算代号名称计算公式代入数据尺寸取值内孔直径d输入轴最小直径D = 18mm18mm分度圆直径dd1250mmdadd1+2ha250+22254mmd1(1.82)d(1.82)1836mmB(z-)e+2f(-1)12+2762mmL(1.52)d(1.52)1836mm七、齿轮传动的设计1.选精度
12、等级、材料及齿数(1)选择小齿轮材料为40Cr(调质),齿面硬度280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),齿面硬度为240HBS。(2)一般工作机器,选用8级精度。(3)选小齿轮齿数z1 = 22,大齿轮齿数z2 = 224.61 = 101.42,取z2= 101。(4)压力角a = 20。2.按齿面接触疲劳强度设计(1)由式试算小齿轮分度圆直径,即1)确定公式中的各参数值。试选载荷系数KHt = 1.6。计算小齿轮传递的转矩T1 = 36.35 N/m选取齿宽系数d = 1。由图查取区域系数ZH = 2.5。查表得材料的弹性影响系数ZE = 189.8 MPa1/2。计算接触疲劳强度用重合
13、度系数Z 。端面压力角:aa1 = arccosz1cosa/(z1+2ha*) = arccos22cos20/(22+21) = 30.537aa2 = arccosz2cosa/(z2+2ha*) = arccos101cos20/(101+21) = 22.864端面重合度:ea = z1(tanaa1-tana)+z2(tanaa2-tana)/2 = 22(tan30.537-tan20)+101(tan22.864-tan20)/2 = 1.719重合度系数:Ze = = = 0.872计算接触疲劳许用应力sH查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为sHlim1 = 600 MPa
14、、sHlim2 = 550 MPa。计算应力循环次数:小齿轮应力循环次数:N1 = 60nkth = 60476.6711030028 = 1.37109大齿轮应力循环次数:N2 = 60nkth = N1/u = 1.37109/4.61 = 2.98108查取接触疲劳寿命系数:KHN1 = 0.88、KHN2 = 0.91。取失效概率为1%,安全系数S=1,得:sH1 = = = 528 MPasH2 = = = 500.5 MPa取sH1和sH2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,即sH = sH2 = 500.5 MPa2)试算小齿轮分度圆直径 = = 45.906 mm(2)调
15、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vv = = = 1.15 m/s齿宽bb = = = 45.906 mm2)计算实际载荷系数KH由表查得使用系数KA = 1。根据v = 1.15 m/s、8级精度,由图查得动载系数KV = 1.08。齿轮的圆周力Ft1 = 2T1/d1t = 2100036.35/45.906 = 1583.671 NKAFt1/b = 11583.671/45.906 = 34.5 N/mm 100 N/mm查表得齿间载荷分配系数KHa = 1.2。由表用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时,KHb = 1.452。由此,得到实际载荷系
16、数KH = KAKVKHaKHb = 11.081.21.452 = 1.8823)可得按实际载荷系数算的的分度圆直径d1 = = 45.906 = 48.458 mm及相应的齿轮模数mn = d1/z1 = 48.458/22 = 2.203 mm模数取为标准值m = 2 mm。3.几何尺寸计算(1)计算分度圆直径d1 = z1m = 222 = 44 mmd2 = z2m = 1012 = 202 mm(2)计算中心距a = (d1+d2)/2 = (44+202)/2 = 123 mm(3)计算齿轮宽度b = dd1 = 144 = 44 mm取b2 = 44、b1 = 49。4.校核齿
17、根弯曲疲劳强度(1)齿根弯曲疲劳强度条件sF = sF1)确定公式中各参数值计算弯曲疲劳强度用重合度系数YeYe = 0.25+0.75/ea = 0.25+0.75/1.719 = 0.686由齿数,查图得齿形系数和应力修正系数YFa1 = 2.69 YFa2 = 2.17YSa1 = 1.58 YSa2 = 1.83计算实际载荷系数KF由表查得齿间载荷分配系数KFa = 1.2根据KHb = 1.452,结合b/h = 9.78查图得KFb = 1.422则载荷系数为KF = KAKvKFaKFb = 11.081.21.422 = 1.843计算齿根弯曲疲劳许用应力sF查得小齿轮和大齿轮
18、的弯曲疲劳极限分别为sFlim1 = 500 MPa、sFlim2 = 380 MPa。由图查取弯曲疲劳寿命系数KFN1 = 0.85、KFN2 = 0.87取安全系数S=1.4,得sF1 = = = 303.57 MPasF2 = = = 236.14 MPa2)齿根弯曲疲劳强度校核sF1 = = = 100.892 MPa sF1sF2 = = = 94.267 MPa sF2齿根弯曲疲劳强度满足要求。5.主要设计结论 齿数z1 = 22、z2 = 101,模数m = 2 mm,压力角a = 20,中心距a = 123 mm,齿宽b1 = 49 mm、b2 = 44 mm。6.齿轮参数总结
19、和计算代号名称计算公式高速级小齿轮高速级大齿轮模数m2mm2mm齿数z22101齿宽b49mm44mm分度圆直径d44mm202mm齿顶高系数ha1.01.0顶隙系数0.250.25齿顶高hamha2mm2mm齿根高hfm(ha+c)2.5mm2.5mm全齿高hha+hf4.5mm4.5mm齿顶圆直径dad+2ha48mm206mm齿根圆直径dfd-2hf39mm197mm八、传动轴和传动轴承及联轴器的设计1、 输入轴的设计1.输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1P1 = 1.81 KW n1 = 476.67 r/min T1 = 36.35 Nm2.求作用在齿轮上的力 已知小齿轮的分度圆
20、直径为:d1 = 44 mm 则:Ft = = = 1652.3 NFr = Fttana = 1652.3tan20 = 601.1 N3.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,调质处理,根据表,取A0 = 112,得:dmin = A0 = 112 = 17.5 mm 输入轴的最小直径是安装大带轮处的轴径,由于安装键将轴径增大5%,故选取:d12 = 18 mm4.轴的结构设计图5.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1)为了满足大带轮的轴向定位要求,I-II轴段右端需制出一轴肩,故取II=III段的直径d23 = 23 mm;左端用轴端挡圈定位,按轴
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