机械设计课程设计说明书圆锥圆柱齿轮减速器.doc
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1、机械设计课程设计计算说明书题 目 设计一链板式运输机传动装置 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 2012年7月 9日设计任务1 技术参数:输送链的牵引力F: 6 kN ,输送链的速度 :0.55 m/s,输送链链轮的节圆直径d:399 mm。2 工作条件: 连续单向运转,工作时有轻微振动,使用期10年(每年300个工作日),小批量生产,两班制工作,输送机工作轴转速允许误差5%。链板式输送机的传动效率为0.95。3 方案简图:传动装置由电动机,减速器,工作机等组成。减速器为二级圆锥圆柱齿轮减速器。方案简图如下图。 方案图设计计算及说明结果1选择电动机计算驱动卷筒的转速选用同步转速为1000r
2、/min或1500r/min的电动机作为原动机,可拟定以下传动方案:1.1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。1.2电动机容量(1)工作机的输出功率(2)电动机输出功率传动装置的总效率依次确定式中各效率:1个联轴器=0.99 ,3个滚动轴承 =0.99、圆柱齿轮传动=0.98、圆锥齿轮传动=0.97,1个滚子链传动=0.96。则 故 (3)电动机额定功率由文献【】中选取电动机额定功率。1.3电动机的转速推算电动机转速可选范围,由文献【】表 1 中查得圆锥-圆柱齿轮传动比范围,则电动机转速可选范围为:1.4电动机的技术数据和
3、外形,安装尺寸根据容量和转速,查文献【】Y系列三相异步电动机,选定电机,额定功率,满载转速,同步转速。由文献【】表19-1查得主要数据,并记录备用,如表1-1所示: 表1-1电机技术数据电机型号额定功率电流满载转速电机质量轴径mmY132M1-64Kw12.6A960轻382 计算传动装置总传动比和分配各级传动比2.1传动装置总传动比 2.2分配各级传动比所以减速器传动比 圆锥齿轮传动比() 圆柱齿轮传动比 3计算传动装置的运动和动力参数3.1各轴转速3.2各轴输入功率按电动机所需功率计算各轴输入功率,即3.3各轴转矩表3-1运动和动力参数轴号功率P/kw转矩T/(n.m)转速传动比效率输入输
4、出输入输出电动机轴3.7837.696010.99轴3.743.7037.2136.819603.30.98轴3.593.56117.85 116.87290.940.96轴3.483.45456.95453.0172.734.030.97工作机轴3.313.30433.32434.6372.730.964传动件的设计计算4.1圆锥直齿轮设计已知输入功率3.74kw,小齿轮转速960r/min,齿数比u=3.3,由电动机驱动,工作寿命10年(设每年工作300天),两班制,工作时有轻微振动。4.1.1选定齿轮齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1)按传动方案选用直齿锥齿轮传动。(2)圆锥圆柱齿轮减速
5、器为通用减速器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)(3)材料选择 由文献【】表10-1选择小齿轮材料为(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS。(4) 选小齿轮齿数,大齿轮齿数,取整。则4.1.2按齿面接触强度设计由文献【】式10-9a由设计计算公式进行试算,即(1) 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数 计算小齿轮的转矩为输 选齿宽系数=0.99=0.99=0.98=0.97=0.96kWkWkWkW31.3P48.3P59.3P74.3P=工作机轴762=zmm.N103.72T4=由文献【】图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度
6、极限,大齿轮的接触疲劳强度极限由文献【】表10-6查得材料的弹性影响系数计算应力循环次数由文献【】图10-19取接触疲劳寿命系数。 计算接触疲劳许用应力式10-12取失效概率为1%,安全系数S=1,得(2)计算试算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值平均分度圆直径 计算圆周速度v计算载荷系数根据,7级精度,由文献【】图10-8查得动载系数 表10-3直齿轮由文献【】表10-2查得使用系数根据小齿轮一端悬臂布置,查文献【】表10-9得轴承系数,则接触强度载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,得计算模数 取标准值,文献【】表10-6模数圆整为 计算齿轮相关参数 计算齿宽 文献【】表10-7圆
7、整为(取整)4.1.3校核齿根弯曲疲劳强度(1)确定计算参数载荷系数计算当量齿数 由文献【】表10-5查得齿形系数 应力校正系数 安全系数由文献【】图10-18取弯曲疲劳寿命系数 由文献【】图10-20c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许用应力(2)校核强度由式10-23计算得 可知弯曲强度满足,参数合理。4.1.4几何尺寸计算(1)锥齿轮大端分度圆直径 74.75mm,=247mm(2)计算锥距R 129.03mm(3)节圆锥角: (4)大端齿顶圆直径:mmm25.3=mm75.74d1=mm247d2=2173.1616.84。.84。=ddmm03.129R=mmb
8、b3921=74.75mm=247mm129.03mmmm(5)计算齿宽 文献【】表10-7圆整为(取整)4.2圆柱直齿齿轮设计(软齿面)已知输入功率3.59kw,小齿轮转速290.91r/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),两班制,工作有轻微震动。4.2.1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 由文献【】表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4.2.2按齿面接触强度设
9、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试选载荷系数计算小齿轮的转矩选齿宽系数 由文献【】表10-6查得材料的弹性影响系数 区域系数 由文献【】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计算应力循环次数由文献【】式10-13 由文献【】图10-19取接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由式10-12得(2) 计算试算小齿轮分度圆直径,由计算公式得计算圆周速度v计算齿宽b及模数计算载荷系数根据,7级精度,由文献【】图10-8查得动载系数由文献【】表10-3查得由文献【】表10-2查得使用系数由文献【】表10-
10、4查得由文献【】图10-13查得 接触强度载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,式10-10a得计算模数 4.2.3按齿根弯曲疲劳强度设计由式10-5得弯曲疲劳强度的设计公式(1)确定公式内的个计算数值由文献【】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,由文献【】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,由式10-12得 计算载荷系数由文献【】表10-5查得齿形系数应力校正系数 计算大、小齿轮的并加以比较,取较小值计算。大齿轮的数值大(2) 设计计算 齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,齿轮模数的大小主
11、要取决于弯曲强度所决定的承载能力,齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.05 文献【】表10-1就近圆整为标准值 按接触疲劳强度算得分度圆直径 这样设计出的齿轮传动既满足了齿面接触疲劳强度又满足了齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。 分度圆直径 中心距 中心距选为187mm按中心距修正螺旋角齿宽 则 按计算后再作适当圆整,而常将小齿轮的齿宽在圆整值的基础上人为的加宽5-10,以防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿单位齿宽的工作载荷。 mmu=4231=z922=z5轴的设计计算5.1输入轴设计(
12、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5-1所示(3)初步确定轴的最小直径先按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为(调质)根据文献【】表15-3,取,得 取高速轴的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。联轴器的计算转矩,查文献【】表14-1,由于转矩变化很小,故取,则 图5-1轴的载荷分析 由于该轴与连轴器相连的一端直径要与电机相同,应小于联轴器的公称转矩,所以查标准GB/T5014-2003或文献【】,选LX3弹性套柱销联轴器,
13、其公称转矩为mmN1250,半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度,半联轴器与轴配合的毂孔长度为mmL601=。(4) 轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案(见图5-2)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,为了满端盖密封,2-3轴段右端需制出一轴肩,故取3-4段的直径, mm35L32=-2)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力,故选用角接触球轴承,参照工作要求并根据,由文献【】表15-7中初步选取0基本游隙组,标准精度级的角接触球轴承7307,其尺寸为 图5-2轴的结构与装配 轴上的周向定位圆锥齿轮的周向
14、定位采用平键连接,按由文献【】表6-1查得平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为40mm,同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为;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m6。确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为(5)求轴上的载荷,确定截面表5-1轴上载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T(6)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应力,取,轴的计算应力前已选定轴的材料为(调质),由文献【】表15-1查得,故安全。(7)精确校核轴的疲劳强度判断危险截面截面 截面4右受应力最大截面4左侧抗弯截面系数
15、3336400401.00.1dWmm=抗扭截面系数333T12800402.00.2dWmm=截面4左侧弯矩M为mmN.76.41005M=截面4上的扭矩为mmN38995.=T.3截面上的弯曲应力MPa41.6.640076.41005=WMbs截面上的扭转切应力MPa05.31280038995.83TT=Wbt轴的材料为,调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献【】附表3-2查取。因05.040.2r=d,.83精度级的单列圆锥滚子和轴向力,故选用单列圆锥滚子.13540D=d,经插值后查得45.1975.1=tsaa,又由文献【】附图3-1可得轴的材
16、料敏感系数为mmN.76.41005M=Nmm.38995.83T=故有效应力集中系数为由文献【】附图3-2的尺寸系数,扭转尺寸系数。轴按磨削加工,由文献【】附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理,即,则综合系数为又取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。 面4右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面5右侧弯矩M为 截面5上的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 过盈配合处的,由文献【】附表3-8用插值法求出,并取 ,于是得轴按磨削加工,由文献【】附图3-4得表面质量系数为故得综合系数为计算安全系数值故可知安全。5.2中间轴设计(1)求输入轴上的功率、转速和转矩 (2)求作用在齿轮
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