一级圆柱齿轮减速器(机械基础)课程设计说明书.doc
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1、目录摘 要2第一章 设计题目及主要技术说明3第二章 结构设计42.1传动方案拟定52.2电动机选择52.3确定传动装置的总传动比和分配级传动比:72.4传动装置的运动和动力设计:82.5、齿轮传动的设计:112.6箱体结构设计152.7轴的设计162.7.1齿轮轴的设计162.7.2输出轴的设计计算202.8滚动轴承设计232.8密封和润滑的设计252.9箱体附件的设计26第三章 基于SolidWorks 的三维建模273.1 SolidWorks 软件介绍273.2对齿轮、轴及小齿轮轴的三维建模283.3对箱体、箱盖的三维建模33第四章 减速器的装配和仿真404.1 减速器的装配404.1.
2、1 小齿轮轴的装配404.1.2 大齿轮轴的装配414.1.3 齿轮轴与箱体的装配424.1.4 箱盖、端盖、观察盖等的装配424.2 运动仿真43设计总结45摘 要减速器原理减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置。此外,减速器也是一种动力传达机构,利用齿轮的速度转换器,将马达的问转数减速到所要的回转数,并得到较大转矩的机构。降速同时提高输出扭矩,扭矩输出比例按电机输出乘减速比,但要注意不能超出减速器额定扭矩。减速器的作用减速器的作用就是减速增矩,这个功能完全靠齿轮与齿轮之间的啮合完成,比较容易理解。减速器的种类很多,按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合
3、起来的减速器;按照传动的级数可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。齿轮减速器应用范围广泛,例如,内平动齿轮传动与定轴齿轮传动和行星齿轮传动相比具有许多优点,能够适用于机械、冶金、矿山、建筑、轻工、国防等众多领域的大功率、大传动比场合,能够完全取代这些领域中的圆柱齿轮传动和蜗轮蜗杆传动,因此,内平动齿轮减速器有广泛的应用前景。第一章 设计题目及主要技术说明一、设计题目: 带式运输机的减速传动装置设计二、主要技术说内容:1、设计单级圆柱齿轮减速器2、工作条件: 使用年限年,工作为双班工
4、作制,单向传动; 载荷有轻微振动; 运输煤、盐、砂、矿石等松散物品3、原始数据:滚筒圆周力F=1621N;带速V=2.695m/s;滚筒直径D=260mm;第二章 结构设计计 算 及 说 明结 果2.1传动方案拟定1、设计单级圆柱齿轮减速器2、工作条件:使用年限年,工作为一班工作制,载荷平稳,环境清洁。3、原始数据:滚筒圆周力F=1621N;带速V=2.695m/s;滚筒直径D=260mm;方案拟定:采用一级圆柱齿轮传动(传动比36),承载能力和速度范围大、传动比恒定、轮廓尺寸小、工作可靠、效率高、寿命长。,同时由于弹性联轴器传动具有良好的缓冲,吸振性能,适应本次设计转矩工况要求,结构简单,成
5、本低,使用维护方便。1.电动机 2. 连轴器 3.圆柱齿轮减速器4.连轴器 5.滚筒 6.运输带2.2电动机选择1、电动机类型和结构的选择:选择Y系列三相异步电动机,此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机,其结构简单,工作可靠,价格低廉,维护方便,适用于不易燃,不易爆,无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机容量选择:电动机所需工作功率为:式(1):da(kw)由式(2):V/1000 (KW)因此 Pd=FV/1000a (KW)由电动机至运输带的传动总效率为:式中:1、3、4、5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。因未选用带传动1取1取0.98,=0.975 ,
6、=0.99则:总=10.980.9750.990.96 =0.925所以:电机所需的工作功率:Pd = FV/1000总 =(16212.965)/(10000.925) =4.7235 (kw)3、确定电动机转速卷筒工作转速为:n卷筒601000V/(D)=(6010002.695)/(260) =198.064r/min根据手册表推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围=3。则总传动比理论范围为:36。故电动机转速的可选范为:=(36)198=594.181188r/min则符合这一范围的同步转速有:750、1000 r/min圆柱传动轮的主要性能参考至机械设计指导书P7页
7、主要参数:一级圆柱齿轮传动齿轮,直齿传递功率750KW,闭式效率0.960.99,传动比一般范围为37电动机计算公式及传动效率引自机械设计指导书1114页电动机技术数据引至设计指导书P145n卷筒=198.064r/min2.4传动装置的运动和动力设计:将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴,轴,.以及, ,.为相邻两轴间的传动比,.为相邻两轴的传动效率,.为各轴的输入功率 (KW),.为各轴的输入转矩 (Nm),.为各轴的输入转矩 (r/min)可按电动机轴至工作运动传递路线推算,得到各轴的运动和动力参数1、 运动参数及动力参数的计算(1)计算各轴的转数: 轴:= / =960/1=960r/
8、min为发动机满载转速为电动机至 I轴转速轴:= / =960/4.848=198.02 r/min卷筒轴:= =198.02 r/min由指导书的表1得到:1=0.962=0.983=0.974=0.99轴转数:=960r/min轴转数:nII=198.02 r/min(2)计算各轴的输入功率:轴:=50.9925=5.45875(KW)轴: =5.256(KW)卷筒轴:= =5.25 =5. 15(KW)(2)计算各轴的输入转矩:电动机输出电动机轴输入转矩为: Td=9550Pd/nm=95505.5/960=54.714 Nm轴:= =54.3 Nm 轴: P= P12= P23 =12
9、0.334.440.980.99=518.34 Nm卷筒轴输入轴转矩:T = T01 =54.30 4.848 0.9628 =253.472Nm(3)计算各轴的输出功率: 由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率:卷筒轴转数:nIII=198.02 r/min轴输入功率: P=5.45875(KW)轴输入功率: =5.256(KW)卷筒轴入功率=5. 15(KW)轴输入转矩:=54.3 Nm 轴输入转矩:=518.34 Nm卷筒轴输入轴转矩:T =253.472Nm轴输出功率:=5.39 KW故: =5.460.9925=5.39 KW= P轴承=4.230.98=4.02 KW(4)计算
10、各轴的输出转矩:由于轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴承效率:则:=54.30.9925=53.62 Nm =253.470.963=250.30 Nm综合以上数据,得表如下轴名效率转矩T (Nm)转速n传动比 i效率P(KW)r/min输入输出输入输出电动机轴5.554.796010.993轴5.465.3954.353.69604.8450.963轴5.265.19253.47250198.0210.993卷筒轴5.155.09248.43245198.02:轴输出功率:=4.02 KW轴的输出转矩 =53.62 Nm=250.30 Nm2.5、齿轮传动的设计:(1)、选定齿轮传动类型、材料
11、、热处理方式、精度等级。 按图所示传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动,运输机为一般工作机器,速度不高,故选7级精度(GB10095-88)小齿轮选硬齿面,大齿轮选软齿面,小齿轮的材料为40号钢调质,其硬度为HBS1=241286,取280HBS,大齿应比小齿轮硬度低,选用40号钢调质,齿面硬度为240HBS。 (2)、齿数选择 因为,闭式软齿面齿轮传动,=2040,取24 大齿轮齿数=i=116.352取116=117/24=4.833,与原要求仅差满足要求(3)按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1 确定各参数值 载荷系数 查课本表6-6 取K=1.2 小齿轮名义转矩T1=9.551
12、06P/n1=9.551065.39/960 =5.36104 Nmm 材料弹性影响系数 由课本表6-7 ZE=189.8 区域系数 ZH=2.5确定许用接触应力=550Mpa寿命系数KHN=齿轮齿面硬度及接触疲劳强度引至机械设计书P109表8-7载荷系数引至机械设计教材表6-6,P77齿面接触疲劳强度计算公式引至机械设计教材P113114NO=30(HBS2)2.4=30(240)2.4=1.55107齿宽系数选择展开式单击 齿轮传动,所以齿轮相对值承只能对称布置,0.90.14选取 为1.0 许用应力 查课本图6-21(a) 查表6-8 按一般可靠要求取SH=1 则 取两式计算中的较小值,
13、即H=550Mpa于是 d1 = =46.068 mm4、模数计算m=d1/Z146.068/24=1.92 (3)按齿面接触疲劳强度计算由机械设计教材书P111,表8-8查得齿形系数 YFa1=2.67, YFa2=2.17弯曲疲劳极限应力 按齿面接触疲劳强度计算得d1=46.068 mm模数m=1.92齿形系数由机械设计教材书P111,表8-8查得 查表8-6 ,取SF=1.3,计算弯曲疲劳寿命系数,因为N=2.861081.55107,故KFN=1。 则 计算大小齿轮的并进行比较 由于 较大,故用此代入=1.4785(4)由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度的模数,由于齿
14、轮模数m的大小取决于弯曲其弯曲强度所决定的承载能力,而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,可取由弯曲强度算得的模数1.322并取标准模数1.5。按接触强度求d1。(5)由实际的载荷系数校正所得的分度圆直径圆周速度由机械设计基础教程P194,表10-8,v=2.19m/s,7精度得Kv=1.08直齿轮,Kha=Kfa=1表10-2,使用系数KA=1由表10-4,用差值法查得7精度,小齿轮响度支撑对称分布式,KHb=1.310按齿面接触疲劳强度计算得m=1.4785由,KHB=1.310查图10-13的KFB=1.28故载荷系数K=KAKVKHAKHB=11
15、.0811.310=1.415按实际的载荷系数校正得=45.29mm=46.05 ( 6 ) 算出小齿轮齿数Z1= d1/m=45.29/1.5=30.2,取31Z2=4.85 31=150( 7 ) 几何尺寸计算分度圆直径:d1=mZ1=1.531=47 mm d2=mZ2=1.5150=225 mm中心距 a=m (Z1+Z2)=1.5(31+150)/2=136 mm计算齿轮宽度 b2=47mm 取小齿轮宽度 b1=52 mm 名称代号单位小齿轮大齿轮中心距mm136传动比i4.84模数mbmm1.5端面压力角at()20齿数z31150分度圆直径dmm47225节圆直径dmm47225
16、齿顶圆直径damm50228齿根圆直径dfmm43221宽度bmm5247材料及齿面硬度HBS280240分度圆直径d1=47 mmd2=225 mm中心距:a=136 mm齿轮宽度 :b2=47mmb1=52 mm2.6箱体结构设计(10)箱体结构尺寸选择如下表:名称符号尺寸(mm)机座壁厚8机盖壁厚18机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度b 112机座底凸缘厚度b 220地脚螺钉直径df16地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径d112机盖与机座联接螺栓直径d28联轴器螺栓d2的间距 l 150轴承端盖螺钉直径d38窥视孔盖螺钉直径d46定位销直径d6df,d1, d2至外机壁距离C122, 18,
17、 13df, d2至凸缘边缘距离C220, 11轴承旁凸台半径R120, 凸台高度h 根据低速级轴承座外径确定,以便于扳手操作为准外机壁至轴承座端面距离l1 50大齿轮顶圆与内机壁距离110齿轮端面与内机壁距离2 10机盖、机座肋厚m1 ,m27, 7轴承端盖外径D2108, 120轴承端盖凸缘厚度t 8轴承旁联接螺栓距离S尽量靠近,以Md1和Md2互不干涉为准,一般s=D2箱体结构尺寸选择引至设计指导书P26df,d1, d2至外机壁距离,以及df, d2至凸缘边缘距离引至指导书P27表42.7轴的设计2.7.1齿轮轴的设计 (1) 确定轴上零件的定位和固定方式 (如图) 1,5滚动轴承 2
18、轴 3齿轮轴的轮齿段 4套筒 6密封盖 7轴端挡圈 8轴承端盖 9-轴承端盖10键 11-联轴器(2)按扭转强度估算轴的直径选用45#调质,硬度217255HBS轴的输入功率为P=5.46 KW 转速为n=960 r/min根据课本P205(13-2)式,并查表13-2,取c=115d考虑键槽对轴强度削弱,1个键槽则d19.673mm2个键槽则 d20.437mm(3)确定轴各段直径和长度 从轴右起第一段,由于电动机与轴通过键联接,则轴应该增加5%,且由电动机轴直径选择联轴器LH3,由联轴器轴孔直径,查表可取轴直径D1=30mm,选用LH3型弹性柱销联轴器,半联轴器长度为l1=82mm,轴段长
19、L1=80mm 则第一段长度L1=80mm右起第二段直径考虑联轴器的轴向定位要求,该段的直径取38mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度,取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为50mm,则取第二段的长度L2=90mm 右起第三段,该段装有滚动轴承,选用深沟球轴承,则轴承有径向力,而轴向力为零,选用6008型轴承,其尺寸为dDB=406815,那么该段的直径为D3=40mm长度,考虑1.齿轮与箱体内壁距离应大于8mm,取36mm 2.轴承润滑,轴承向内壁退后5mm 3.轴承宽度B=15综上,长度取L3=30mm套筒长度,为滚动轴承的定位套筒,取套筒孔直径与轴相同取40mm,
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