机械设计课程设计计算说明书(二级展开式圆柱齿轮减速器).doc
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1、目录第一章 设计任务书1.1 设计题目1.2 设计要求1.3原始技术数据1.4 设计任务第二章 机械装置的总体设计方案2.1 电动机选择2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量2.1.3确定电动机转速2.2 传动比分配2.2.1总传动比2.2.2分配传动装置各级传动比2.3 运动和动力参数计算2.3.1 0轴(电动机轴)参数计算2.3.2 1轴(高速轴)参数计算2.3.3 2轴(中间轴)参数计算2.3.4 3轴(低速轴)参数计算2.3.5 4轴(卷筒轴)参数计算第三章 主要零部件的设计计算3.1 V带传动设计3.2 展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计3.2.1 高速级齿轮传动设计3.
2、2.2 低速级齿轮传动设计3.3 轴系结构设计3.3.1 高速轴的轴系结构设计3.3.2 中间轴的轴系结构设计3.3.3 低速轴的轴系结构设计3.3.4 各轴键、键槽的选择及其校核第四章 减速器附件的设计第五章 运输、安装和使用维护要求参考文献第一章 设计任务书1.1 设计题目用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简图如下图1所示。1.2 设计要求1、设计用于带式运输机的传动装置。2、连续单向运转,载荷较平稳,空载启动,运输带速度允许速度误差为5%。3、使用期限为10年(每年以260天计算),小批量生产,两班制工作。1.3原始技术数据表1 展开式二级圆柱齿轮减速器设计原始技术数据数
3、据组编号12345678910运输机工作轴转矩T/(Nm)800850900950800850900800850900运输带工作速度v/(m/s)1.21.251.31.351.41.451.21.31.351.4运输带滚筒直径D/mm360370380390400410360370380390注:本设计说明书以第7组数据为设计依据。1.4 设计任务1、选择电动机型号;2、确定带传动的主要参数及尺寸;3、设计减速器;4、选择联轴器。1.5 具体作业1、减速器装配图一张;2、零件工作图二张(大齿轮,输出轴);3、设计说明书一份。第二章 机械装置的总体设计方案2.1 电动机选择2.1.1选择电动机
4、类型按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三想异步电动机,电压380V。2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率(kW)为: 工作机所需功率(kW)为: 传动装置的总效率为 : 按机械课程设计手册表2-5确定各部分效率为:V带传动效率为,滚动轴承效率(一对),闭式齿轮传动效率,联轴器效率,卷筒效率,代入得:所需电动机功率为:因载荷平稳,电动机额定功率略大于即可。由机械课程设计手册表6-163,Y系列电动机技术数据,选电动机的额定功率为7.5kW。2.1.3确定电动机转速卷筒轴工作转速:通常V带传动的传动比常用范围为,二级圆柱齿轮减速器为,则总传动比的范围为,故电动机转速的可选范围为:符合这一
5、范围的同步转速有1500和3000r/min。现以这两种方案进行比较。由机械课程设计手册第六章相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表2:表2 额定功率为时电动机选择对总体方案的影响方案电动机型号额定功率/kW同步转速/满载转速/(r/min)电动机质量/kg价格/元传动比1Y132M-47.51500/1440499182Y1132S2-27.53000/292045910表2中,方案1与方案2相比较,综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及总传动比,为使传动装置结构紧凑,兼顾考虑电动机的重量和价格,选择方案1,即所选电动机型号为Y132M-4。2.2 传动比分配2.2.1总传动比2.
6、2.2分配传动装置各级传动比考虑到传动装置的外部空间尺寸取V带传动的传动比 ,则减速器的传动比 为: 取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比:则低速级的传动比2.3 运动和动力参数计算2.3.1 0轴(电动机轴):2.3.2 1轴(高速轴):2.3.3 2轴(中间轴):2.3.4 3轴(低速轴):2.3.5 4轴(卷筒轴):运动和动力参数的计算结果加以汇总,列出表3如下:表3 各轴运动和动力参数轴名功率 P/kW转矩 T/(Nm)转速n/(r/min)传动比效率输入输出输入输出电动机轴7.276348.25614402.53.42962.638211轴6.98526.9153115.8163114
7、.65555760.962轴6.70796.6408381.4266377.6123167.94960.963轴6.44166.3772966.3306956.667363.66070.96卷筒轴6.31346.2503947.0988937.627863.66070.98第三章 主要零部件的设计计算3.1 V带传动设计由前面运动及动力参数的计算结果知V带所需传递的功率为7.28kW,大、小轮转速分别为576r/min、1440r/min,预设传动比为,载荷较平稳,空载启动,每天两班制工作,因此选载荷系数为1.1。将这些参数输入AutoCAD机械设计软件得设计结果见表4参数项目参数值参数项目参
8、数值参数项目参数值参数项目参数值轮槽类型SPA小轮转速(r/min)1440小轮直径(mm)90压轴力(N)1961.17带根数4(3.98)大轮转速(r/min)576大轮直径(mm)224预紧力(N)250.95传递功率(kw)7.28实际传动比2.49基准长度(mm)1120功率增量(kW)0.49设计功率(kW)8传动比误差0.4%带长修正系数0.87工况系数1.1额定功率(kW)1.97线速度 (m/s)6.79小轮包角()155.3最大功率(kw)7.31中心距 (mm)306包角修正系数0.94表4 V带传动设计参数3.2 展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计考虑到制造的方便及小
9、齿轮容易磨损并兼顾到经济性,两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢(20Cr),热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为57HRC、63HRC;由于斜齿轮的承载能力强、运动平稳,两级圆柱齿轮传动均使用斜齿轮,且预设螺旋角为12;初步规划该减速器的使用寿命为10年,每年按260天计算,两班制,第、公差组精度分别为7、8、7;鉴于该减速器的载荷较平稳,空载启动,两级圆柱齿轮的使用系数均取1。由机械设计P201页表6-10齿轮相对于两轴承非对称布置且两齿轮为硬齿面,因此选齿宽系数0.6。 3.2.1 高速级齿轮传动设计由第二章运动及动力参数的计算结果知高速级齿轮传动的最大传递功率为6.9852
10、kW,小齿轮最高转速为576 r/min、最大扭矩为.6 T/(Nmm)。将相关参数输入AutoCAD机械设计软件得设计结果见表5。3.2.2 低速级齿轮传动设计由第二章运动及动力参数的计算结果知低速级齿轮传动的最大传递功率为6.7079kW,小齿轮最高转速为167.9496r/min、最大扭矩.6 T/(Nmm)。将相关参数输入AutoCAD机械设计软件得设计结果见表5。表5 二级圆柱齿轮减速器齿轮设计参数齿轮对参数项高速级低速级齿轮对参数项高速级低速级Z1Z2Z1Z2Z1Z2Z1Z2齿数28962977齿宽( mm)40.0035.005045分度圆直径( mm)49.68170.3276
11、.60203.40变位系数( mm)0.00000.00000.00000.0000基本许用接触应力(MPa)1475.001350.001475.001350.00基本许用弯曲应力(MPa)830.00710.00830.00710.00许用接触应力(MPa)1292.701243.811356.911312.02许用弯曲应力(MPa)626.44538.85626.88538.62计算接触应力(MPa)970.46970.461002.831002.83计算弯曲应力(MPa)371.83374.98376.06380.91极限传递功率(kW)10.03799.4853齿面硬度(HRC)63
12、.0057.0063.0057.00法向模数(mm)1.752.50中心距 (mm)110140小齿轮最高转速(r/min)576167.95小齿轮最大扭矩(N.mm)第公差组精度7螺旋角()92822185021第公差组精度8设计传递功率(kW)6.98526.7079第公差组精度7预期工作寿命(h)416003.3 轴系结构设计根据箱体结构取定下列尺寸(符号含义见箱体设计处):1、箱体内部宽度: 2、调整间隙如下: ; ; 3、轴承端盖螺钉: GB/T5783 M8X25 总长 端盖厚度 4、调整垫片厚度: 5、轴承座的度: 6、挡油环长度:见第四章挡油环的设计7、高速轴轴颈处的线速度:。
13、因此,轴承的润滑方式选用油脂润滑,取3.3.1 高速轴的轴系结构设计一、轴的结构尺寸设计根据结构几使用要求该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分七段,其中第V段为齿轮,如图2所示:图2由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为20Cr,热处理为渗碳淬火,取材料系数 所以,有该轴的最小轴径为: 考虑到该段开键槽的影响,轴径增大5%,于是有: 标准化取其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:表6 高速轴结构尺寸设计阶梯轴段设计计算依据和过程计算结果第I段(考虑键槽影响)(由带轮宽度尺寸确定)23.893828(25.0885)62(63)第II段(由毛毡圈尺寸确定)30(
14、31.92)72第III段由轴承尺寸确定(轴承预选7207AC )3528第IV段40(39.9)65第V段齿顶圆直径齿宽53.22840第VI段407第VII段3528 二、轴的受力分析及计算FBVFr1Fy轴的受力模型简化(见图3)及受力计算:Ft1Fa1FBHFSBFSAFAHFAVT1图3L1=111.5 L2=105.5 L3=47.5 三、轴承的寿命校核鉴于轴承间隙调整的方便,两轴承均采用正装.预设轴承寿命为3年即12480h.校核步骤及计算结果见下表:表7 轴承寿命校核步骤及计算结果计算步骤及内容计算结果7207AC轴承7307AC轴承7407AC轴承30207轴承A端B端A端B
15、端A端B端A端B端由手册查出Cr、C0r及e、Y值Cr=29kNC0r=19.2kNe=0.68Cr=32.8kNC0r=24.8kNe=0.68Cr=53.8kNC0r=42.5kNe=0.68Cr=54.2kNC0r=63.5kNe=0.37 Y=1.6计算Fs=eFr(7类)、Fr/2Y(3类)FsA=2177.4309 FsB=2818.29171000.65761295.1708确定FaFSA+Fa1 FSBFSA+Fa1 FSBFaA= 2177.4309 FaB=2955.39676(FSA) (FSA+Fa1)1000.6576(FSA)1778.6243(FSA+Fa1)计算
16、比值Fa/FrFaA /FrA=0.68003e FaB /FrB=0.71 e0.31e确定X、Y值XA= XB = 0.41 YA = YB= 0.87XA = 1 YA = 0XB = 0.4 YB = 1.6查载荷系数fP1.11.1计算当量载荷P=Fp(XFr+YFa)PA=3527.9504 PB=4697.50603522.31464953.9793计算轴承寿命6809h小于12480h9852h小于12480h43447h大于12480h84138大于12480h由计算结果可见轴承7407AC、30207均合格,但考虑到使用轴承30207时箱体结构尺寸紧凑,最终选用轴承3020
17、7.3.3.2 中间轴的轴系结构设计一、轴的结构尺寸设计根据结构几使用要求该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分六段,其中第III段为齿轮,如图4所示:图4由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为20Cr,热处理为渗碳淬火,取材料系数 所以,有该轴的最小轴径为: 因键槽开在中间,其影响不预考虑 标准化取其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:表8 中间轴结构尺寸设计阶梯轴段设计计算依据和过程计算结果第I段由轴承尺寸确定(轴承预选7207AC )34.86635(34.866)32.5第II段(由轮毂定位调整)53(49.02)2.5第III段齿顶圆直径81.8865
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