福建农林大学机械设计课程设计说明书(二级圆柱圆锥齿轮减速器).pdf
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1、 福建农林大学 机械设计课程设计说明书(二级圆柱圆锥齿轮减速器)Last revision on 21 December 2020 目 录 1 传动简图的拟定1 2 电动机的选择2 3 传动比的分配2 4 传动参数的计算3 5 圆锥齿轮传动的设计计算3 6 圆柱齿轮传动的设计计算6 7 轴的设计计算11 8 键连接的选择和计算20 9 滚动轴承的设计和计算21 10 联轴器的选择22 11 箱体的设计22 设计总结25 参考文献261 传动简图的拟定 技术参数:碾轮上的阻力矩为 2800N,碾轮轴的转速 n=40 rmin,允许有5%的偏差。工作条件:混沙机由交流电动机带动,单班制工作,工作时
2、经常满载、有轻微振动,工作年限为五年。(设计时)。1.3 拟定传动方案 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。外传动为齿轮传动。方案简图如图。2 电动机的选择 电动机的类型:三相交流异步电动机(Y 系列)功率的确定 工作机所需功率wP(kw):wP=Tnw/9550=2800*40/9550=电动机至工作机的总效率:=1152345 =(1为联轴器的效率,2为轴承的效率,3为圆锥齿轮传动的效率,4为圆柱齿轮的传动效率,5为开式圆锥齿轮传动的效率)所需电动机的功率dP(kw):dP=wP/=确定电动机的型号 因同步转速的电动机磁极多的,尺寸小,质量大,价格高,但
3、可使传动比和机构尺寸减小,其中mP=4kN,符合要求,但传动机构电动机容易制造且体积小。由此选择电动机型号:Y180M4 电动机额定功率mP=,满载转速=1470r/min wP=dP=n=1500r/min 电动机型号:Y112M4 总i=1i=2i=3i=1n=1470r/min 2n=min 3n=min 4n=40r/min 1P=2P=3P=4P=1T=Nm 2T=m 3T=m 4T=m 1z=35 2z=107 滴油润滑 m=3 mm 1d=mm 2d=321 mm 1z=24 电动机型号 额定功率(kw)满载转速(r/min)起动转矩/额定转矩 最大转矩/额定转矩 Y180M-4
4、 1470 选取 B35 安装方式 3 传动比的分配 总传动比:总i=mn/n出=1470/40=设高速轮的传动比为1i,低速轮的传动比为2i,开式圆锥齿轮传动比为3i,减速器的传动比为减i,开式圆锥齿轮传动的传动比推荐 3-4,选3i=,减i=总i/3i=12,选1i=,2i=则 i=1i2i3i=i=(i-总i)/总i=0 符合要求。4 传动参数的计算 各轴的转速 n(r/min)高速轴的转速:1n=mn=1470 r/min 中间轴的转速:2n=1n/1i=1470/=r/min 低速轴的转速:3n=2n/2i=490/=min 碾轮轴的转速:4n=3n/3i=140/=40 r/min
5、 各轴的输入功率 P(kw)1152345 高速轴的输入功率:P1=pm*1=*=中间轴的输入功率:P2=p1*2*3=*=低速轴的输入功率:P3=p2*2*4=*=碾轮轴的输入功率:P4=p3*5*2=*=各轴的输入转矩 T(Nm)高速轴的输入转矩:111/9550nPT m 中间轴的输入转矩:222/9550nPT m 低速轴的输入转矩:333/9550nPT m 1z=91 m=1z=30 2z=113 a=。1d=90mm 2d=339,mm 2B=95mm 1B=100mm 12d=30mm 23d=35 mm 轴全长 343mm 45l=105mm 轴总长:296mm 12d=60
6、 mm 34d=70mm 67d=86mm 56l=12mm 轴总长:477mm 碾轮轴的输入转矩:444/9550nPT m 5 圆锥齿轮传动的设计计算 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用闭式直齿圆锥齿轮传动,按齿形制199012369/TGB齿形角20,顶隙系数*0.2c,齿顶高系数*1ah,螺旋角0m,轴夹角90,不变位,齿高用顶隙收缩齿。根据课本表 10-1,材料选择,小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为 45 钢(调质),硬度为 240HBS。根据课本表 10-8,选择 7 级精度。传动比 u=2z/1z=3 节锥角,57.7143.18902 不产生
7、根切的最小齿数:21*minsin/cos2haZ=选1z=35,2z=u1z=35*3=105 选取2z=107 按齿面接触疲劳强度设计 公式:1td 32125.01uKTZRRHE 试选载荷系数tK=2 计算小齿轮传递的扭矩1T=1051P/1n=104Nmm 选取齿宽系数R=由课本表 10-6 查得材料弹性影响系数2/1188MPaZE 由图 10-21d 按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限lim1600HMPa,大齿轮的接触疲劳极限lim2550HMPa。计算应力循环次数 8121076.2/uNN 由图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 试算小齿轮的分度
8、圆直径 代入H中的较小值得 1td 32125.01uKTZRRHE=mm 计算圆周速度 v 364.75)3.05.01(663.885.0111Rtmddmm =(1470)/(601000)s 计算载荷系数 齿轮的使用系数载荷状态均匀平稳,查表 10-2 得AK=。由图 10-8 查得动载系数VK=。由表 10-3 查得齿间载荷分配系数HK=FK=。依据大齿轮两端支承,小齿轮悬臂布置,查表 10-19 得轴承系数vK=由公式HK=FK=beHK=接触强度载荷系数K=AKVKHKHK=1=按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 311/ttKKdd=33.1/13.2=mm m=1d/1z=
9、35=取标准值 m=3 mm。计算齿轮的相关参数 1d=m1z=335=105 mm 2d=m2z=3107=321 mm 43.18/1arctan1u=47 618 2=90-1=711353 校核齿根弯曲疲劳强度 确定弯曲强度载荷系数 K=AKVKFKFK=计算当量齿数 1vz=1z/cos1=35/cos1.18=2vz=2z/cos2=107/=查表 10-5 得 1FaY=,1SaY=,2FaY=,2SaY=计算弯曲疲劳许用应力 由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 1FNK=2FNK=取安全系数FS=由图 10-20c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 1FN=500Mpa 2FN=
10、380Mpa 按脉动循环变应力确定许用弯曲应力 校核弯曲强度 根据弯曲强度条件公式 满足弯曲强度要求,所选参数合适。6 圆柱齿轮传动的设计计算 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用闭式斜齿圆柱齿轮传动。根据课本表 10-1,选择小齿轮材料 40Cr 钢,调质处理,硬度 280HBS;大齿轮材料 45 钢,调质处理,硬度 240HBS。根据课本表 10-8,混沙机为一般工作机器,速度不高,故选用 7 级精度。试选小齿轮齿数1z=26,则2z=u1z=2i1z=24*91 初选螺旋角=14。按齿面接触疲劳强度设计 公式:1td3d1t212uTKZZHEH)(试选载荷系数tK=计算小齿轮传递的
11、转矩 T=105 2P/2n=105Nmm 由表 10-7 选取齿宽系数d=1 由表 10-6 查得材料的弹性影响系数EZ=18821MPa,由图 10-30查的区域系数HZ=。由图 10-26 查的885.0780.021 则72.121 需用接触应力 25.54025.522558221HHHMpa 由图 10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限1limH=600Mpa,大齿轮的接触疲劳强度极限1limH=600Mpa。计算应力循环次数 hjLnN2160=601(82505)=108 2N=1N/u=108/=108 由图 10-19 取接触疲劳寿命系数93.01HNK,95.
12、02HNK。计算接触疲劳许用应力 取安全系数 S=1 取失效概率1%SKHHNH1lim11=600=576MPa SKHHNH2lim22=600=588MPa 试算试算小齿轮的分度圆直径,带入H中的较小值得 1td3d1t212uTKZZHEH)(=计算圆周速度 10006021ndvt=100060459.37508.7914.3m/s=s 计算齿宽 b tddb1=1=计算齿宽与齿高之比hb 模数11coszdmtt=*cos14。/24=齿高tmhn25.2=hb=计算纵向重合度06.2tan*26*1*318.0tanz318.01d 计算载荷系数 根据 v=s,由图 10-8 查
13、得动载荷系数VK=;直齿轮,由标 10-3 查的HK=FK=由表 10-2 查得使用系数AK=由表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时,HK=。由hb=,HK=查图 10-13 得FK=;故载荷系数 K=AKVKHKFK=1=按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 311ttKKdd=33.1379.2082.79=计算模数 m:11ncoszdm=cos14。/24=按齿根弯曲强度设计 公式为 32121ncos2FSaFadYYzYKTm 由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaFE4501,大齿轮 弯曲疲劳强度MPaFE4502 据纵向重合度06.
14、2,从图 10-28 查的螺旋角影响系数88.0Y 计算当量齿数和齿形系数 当量齿数 计算弯曲疲劳许用应力 由图 10-20c 查的小齿轮弯曲疲劳强度pa5501MFE 小齿轮弯曲疲劳强度pa6002MFE 由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数1FNK=,2FNK=取弯曲疲劳安全系数 S=,则 SKFEFNF111=500/=325 Mpa SKFEFNF222=380/=Mpa 计算载荷系数K K=AKVKFKFK=1=查取齿形系数 由表 10-5 查得1aFY=,2FaY=查取应力校正系数 由表 10-5 查得1SaY=,1SaY=计算大、小齿轮的 FSaFaYY并加以比较 111FSaF
15、aYY=222FSaFaYY=大齿轮的数值大。设计计算 374.20145.02410.6861098.23.12m325mm 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数 mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,取 mn=,已可满足弯曲强度,但为同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径1d=111mm,来计算应有的齿数。于是由 1z=n1cosmd=597.29314cos791.8830 大齿轮齿数:2z=30=,即取2z=113 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,并做到了结构紧凑,避免浪费。几何尺寸计算 计算中心距 a=mm5.2141
16、4cos23133382cosmzzn21 圆整 a=265mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多,故参数HZK、等不必修正 计算分度圆直径和齿轮宽度 1d=1zmn/cos=303/。=90mm 2d=2zmn/cos=1133/。=339mm b=d1d=190mm=90mm 取2B=95mm,1B=100mm 7 轴的设计计算 输入轴设计 求输入轴上的功率1p、转速1n和转矩1T 1p=1n=1470r/min 1T=Nm 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 86.7mm)3.05.01(1025.0111Rmddmm 1costantrFF9.86916.3
17、8cos20tan2491 N 1sintantaFF16.38sin20tan2491 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),根据课本表 15-3,取1150A,得 因轴上有两个键槽,故直径增大10%15%,取12d=35 mm 左右。输入轴的最小直径为安装联轴器的直径12d,为了使所选的轴直径12d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1TKTAca,查课本表14-1,由于转矩变化较大,故取3.1AK,则mNmmNTKTAca140.5691405690813013.1,因输入轴与电动机相连,转速高,转矩小,选择弹性套柱销联
18、轴器。电动机型号为Y200L 4,由指导书表 12-4 查得,电动机的轴伸直径D=48 mm。查指导书表 8-5,选 LT8 型弹性套柱销联轴器,其公称转矩为250mN,半联轴器长度mmL1121,半联轴器与轴配合的毂孔长度为 84mm。拟定轴上零件的装配方案 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23d=35 mm。左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径 D=40 mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度为 L=84mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故 1-2 轴段的长度应比 L 略短一些,现取mml8212。初步选择滚动轴承。因轴承同
19、时受有径向力和轴向力,故选用圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据23d=35 mm,由指导书表 6-7,初步选取 03 系列,30308 轴承 其尺寸为235.2529040BTDd,故mmdd405634,而为了利于固定mml2334。由指导书表 15-1查得mmd5045。取安装齿轮处的轴段 6-7 的直径mmd3567;齿轮的左端与套筒之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为50mm,应使套筒端面可靠地压紧轴承,67l由套筒长度,挡油环长度以及略小于轮毂宽度的部分组成,故mml7567。为使套筒端面可靠地压紧轴承,5-6 段应略短于轴承宽度,故取mml3256。轴承端盖的总宽度为30mm。根据
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