机械设计课程设计_V带一级圆柱齿轮减速器.doc
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1、 机械设计课程设计说明书设计题目: 带单级圆柱齿轮减速器 班 级: 机械系班 设 计 者: 周 彪 学 号: 07 号 指导教师: 魏玉兰 陈建清 二一一 年 十二 月 八 日目 录一、传动方案拟定.2二、电动机的选择.2三、计算总传动比及分配各级的传动比.4四、运动参数及动力参数计算.4五、传动零件的设计及校核计算.5六、轴的设计及校核计算.15七、滚动轴承的选择及校核计算.24八、键联接的选择及校核计算.26九、联轴器、减速器附件的选择及箱体主要结构尺寸.27十、润滑与密封.29十一、感想.30参考文献另附CAD设计图计算过程及计算说明一、传动方案拟定第三组:设计单级圆柱齿轮减速器和一级带
2、传动(1) 工作条件:使用年限8年,工作为二班工作制,载荷较平稳,工作环境有粉尘,最高温度35摄氏度。(2) 原始数据:滚筒圆周力F=3300N;带速V=1.2m/s;滚筒直径D=350mm。二、电动机选择1、电动机类型的选择: Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择:(1)传动装置的总功率:(查机械设计课程设计手册表7-1可得)总=V带减速器有压紧平带弹性联轴器 =0.960.980.970.993=0.9062(2)电机所需的工作功率:P W= = =4.37KW3、确定电动机转速:计算滚筒工作转速:n筒=6010001.2/350=65.481r/min 查表1-8推荐的传动比合理范围,
3、取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I2=46,取V带传动比I17,取I1=5则总传动比理时范围为Ia=2030。故电动机转速的可选范围为nd=Ian筒=(2030)65.481r/min =1309.621964.43r/min如指导书P167页查表12-1,符合这一范围的同步转速有1500r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型,所需的额定功率及同步转速,选定电动机型号为Y132S-4。其主要性能:额定功率:5.5KW,满载转速1440r/min,额定转矩2.2。质量68kg。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比:i总=n电动/n筒=1440/65.481=21.99
4、,由于运输带速度允许误差:5%,故取i总=222、分配各级伟动比(1) 查机械设计课程设计手册表7-1,取齿轮i齿轮=5.5(单级减速器i=46合理)(2) i总=i齿轮I带i带=i总/i齿轮=22/5.5=4四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速(r/min)nI=n电机=1440r/minnII=nI/i带=1440/4=360(r/min)nIII=nII/i减速机=360/5.5=65.5(r/min)2、 计算各轴的功率(KW)PI=P工作=5.5KWPII=PI带=5.50.96=5.28KWPIII=PII减速器=5.280.98 =5.1744KW3、 计算各轴扭矩(Nmm
5、)TI=9.551065.5/1440=36476NmmTII=9.55106PII/nII=9.551065.28/360 =NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551065.1744/65.5 =Nmm 五、传动零件的设计计算1、 V带轮传动的设计计算(1) 选择普通V带截型由课本P156表8-7得:kA=1.1PC=KAP=1.15.5=6.05KW且小带轮转速为1440r/min查课本P157图8-11得:选用A型V带(2) 确定带轮基准直径,并验算带速查课本图8-11得,推荐的小带轮基准直径为80100mm 则取dd1=100mmdmin=75mm dd2=n1/n
6、2dd1=1440/360100=400mm查课本P157表8-8,取dd2=400mm实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=1440100/400 =360r/min转速误差为:n2-n2/n2=(360-360)/360 =0(允许)带速V:V= =1001440/601000 =7.54m/s在525m/s范围内,带速合适。(3) 确定V带基准长度Ld和中心矩a根据课本P152式(8-20)得0. 7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0. 7(100+400)a02(100+400) 所以有:350mma01000mm 取a0=500mm 由课本P158式(8-22)得:L0=
7、2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1) 2/4a0 =2500+1.57(100+400)+(400-100) 2 /4500 =1830mm根据课本P146表(8-2)取Ld=1800mm根据课本P158式(8-23)得:aa0+Ld-L0/2=500+1800-1830/2 =500-15=485mm(4)验算小带轮包角由课本公式(8-25)1=1800-(dd2-dd1)/a57.30 =1800-(400-100)/48557.30=1800-35.40 =144.601200(适用)(5)确定带的根数根据课本P152表(8-4a)P1=1.32 KW根据课本P152表
8、(8-4b)P1=0.17KW根据课本P155表(8-5)K=0.91根据课本P146表(8-2)KL=1.01 由课本P158式(8-26)得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL =6.05/(1.32+0.17) 0.911.01 =4.42故 取带的根数为5根由课本查表8-1,A型V带顶宽13mm,135=65,带间留一定间隙,故取带轮宽度75mm。(6)计算带的初拉力F0由课本P149表8-3查得q=0.1kg/m,由式(8-3)单根V带的初拉力:F0=500PC(2.5K)/( KZV) +qV2=5006.05(2.50.91)/( 0.9157.54) +0.17.542N
9、=145.88N则作用在轴承的压力FQ,由课本P159式(8-28)Fp=2ZF0sin(1/2)=25145.88sin(144.6/2)=1389.7N2、齿轮传动的设计计算及校核 (1)选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不高,所以齿轮采用软齿面。查课本191表10-1小齿轮选用40Cr调质,齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢,调质,齿面硬度220HBS;根据课本P210表10-8选7级精度。齿面粗糙度Ra=1.63.2m (2) 确定有关参数如下:传动比i齿=5.5 取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数:Z2=iZ1=5.520=110 实际传动比I0=110/20=
10、5.5传动比误差:i-i0/I=5.5-5.5/5.5=0%2.5% 可用齿数比:u=i0=5.5试选k t=1.6 螺旋角应1020,初选螺旋角=14由课本P205表10-7取d=1转矩T1T1=9.55106P/n1=9.551065.5/1440=36476Nmm (3) 按齿面接触疲劳强度设计 由d12k t T1 (u+1)ZH2Z E2 /(d uH2)1/3=76.43k tT1 (u+1)/du(H)21/31)查课本P217图10-30,可知ZH=2.4333 表10-6,可知Z E=189.8 Mpa1/22)查课本P215图10-26,可知1=0.75,2=0.9则=1+
11、2=1.653)许用接触应力:H=(H 1+ H 2)/2 H=HlimKHN/S 由课本图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1=600Mpa Hlim2=550Mpa 由课本10-13式N1=60n1jlhN1=6014401(283008)=3.318109 N2= N1/4=0.829109 由课本图10-19取KHN1=0.9,KHN2=0.95 取失效概率为1%,安全系数S=1 H 1=HlimZ1KHN1/S=6000.9=540 Mpa H 1=HlimZ2KHN2/S=5500.95=522.5 MpaH=(H 1+ H 2)/2=(540 Mpa+522
12、.5 Mpa)/2=531.25 Mpa 4)计算d1t=21.636476(4+1)2.4332189.82/(141.65531.252) 1/3=40.58mm 5)计算齿轮的圆周速度VV=d1tn1/(601000)=3.1440.581440/(601000)=3.06m/s 6)计算齿轮宽度b及模数mnt b=d d1t=140.58=40.58mm mnt=d1tcos/ Z1=40.58cos 14/20=1.97mm h=2.25 mnt=2.251.97=4.43mm b/h=40.58mm /4.43mm=9.16 7)计算纵向重合度=0.318d Z1tan=0.318
13、120tan14=1.5868)计算载荷系数K KA =1, 根据V=3.06m/s 7级精度,查表10-8 KV=1.13,查表10-4,K H与直齿轮相同,取K H=1.417 据图10-13查得:K F=1.35 据图10-3查得:K H=K F=1.2 载荷系数:K= KA KV K HK H=11.131.21.417=1.92 9)按实际载荷系数校正分度圆直径 d1= d1t=40.58=43.12mm 10)计算模数m n m n= d1cos/ Z1=2.1mm(4)按齿根弯曲强度设计 由课本式(10-17) m n 1)确定计算参数 由课本图10-20c 查得消除论弯曲疲劳强
14、度FE1=500MPa,大齿轮弯曲强度极限FE2=380MPa 由课本图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85,KFN2=0.88 计算弯曲疲劳安全系数S=1.4,由课本式10-12得: F 1=0.85500/1.4=303.57 F 2=0.88380/1.4=238.86 大齿轮数值大 2)计算载荷系数 K= KA KV K FK F=11.131.21.35 =1.83 3)纵向重合度=1.586,查课本图10-28,Y=0.88 4)计算当量齿数 Zv1= z1/cos3=20/ cos314=21.9 Zv2= z2/cos3=110/ cos314=120.4 5)设计计
15、算 m n= =1.68mm对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m n大于由齿根弯曲疲劳计算的法面模数,取m n=2.0已经可以满足弯曲疲劳强度,但为了同时满足接触疲劳强度,需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=43.12mm来计算应有的齿数,于是 Z1=d1cos/ mn=43.12cos14/2=20.9取Z1=21,则Z2= u Z1 =5.521=115.5,取115(5)几何尺寸计算1)计算中心距a=(Z1 +Z2)m n /2cos=181.4 取181mm 将中心距调整为181mm2)按调整后的中心距修正螺旋角 =arccos(Z1 +Z2)m n/2a= arcco
16、s(21 +115)2/2181 =132954因值改变不多,故其他参数不必改变3)计算大、小齿轮的分度圆直径d1= Z1 m n/cos=212/cos13.5=43.2mmd2= Z2 m n/cos=1152/cos13.5=236.5mm4)计算齿轮宽度 b=d1=143.2=43.2调整后,取B2=45mm,B1=50mm5)结构设计小齿轮采用齿轮轴结构,大齿轮直径大于160mm,小于500mm,故选用复式结构为宜,详细如CAD大齿轮零件图。(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据课本P132(6-48)式 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH确定有关参数和系数分度圆直径:d1= Z1
17、m n/cos=212/cos13.5=43.2mmd2= Z2 m n/cos=1152/cos13.5=236.5mm齿宽:b=dd1=0.950mm=45mm取b=45mm b1=50mm(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa前面数据已经求的:YFa1=2.70 YSa1=1.55YFa2=2.16 YSa2=1.80 (8)许用弯曲应力F根据课本P136(6-53)式:F= Flim YSTYNT/SF由课本图6-35C查得:Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa由图6-36查得:YNT1=0.88 YNT2=0.9试验齿轮的应力修正系数YST=2按一般可靠度选取安全系
18、数SF=1.25 计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =21020.9/1.25Mpa=302.4Mpa将求得的各参数代入式(6-49)F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2150021.8/452.5220) 2.801.55Mpa=77.2Mpa F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2150021.8/452.52120) 2.141.83Mpa=11.6Mpa F2 故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够六、轴的设计计算 输入轴的设计计算及校核1、按扭
19、矩初算轴径1)选用45#调质,硬度217255HBS2)取每级齿轮传动效率为=0.98,则PI=PI带=5.50.960.98=5.1744KWn=nI/i带=1440/4=360(r/min)T=9.55106PII/nII=9.551065.28/3600.98=1371033)作用在齿轮上的力:Ft=2T/d1=2137/43.2=6400NFr=Fttan/cos=6400tan200/cos13.5=2400NFamin=Ft tan=6400tan13.5=1540N4)初步确定轴的最小直径 先按课本式15-2初步估计轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,根据课本表15-3=112,
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- 机械设计 课程设计 _V 一级 圆柱齿轮 减速器
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