一级圆柱齿轮减速器设计过程.doc
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1、机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定.3二、电动机的选择.4三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比.6四、传动装置的运动和动力设计.7五、普通V带的设计.10六、齿轮传动的设计.15七、传动轴的设计.18八、箱体的设计.27九、键连接的设计29十、滚动轴承的设计31十一、润滑和密封的设计32十二、联轴器的设计33十三、设计小结.33一、设计课题: 设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续工作,单向运转载荷变化不大,空载启动。减速器小批量生产,使用期限10年,一班制工作,卷筒不包括其轴承效率为97%,运输带允许速度误差为5%。运输带拉力F(KN)2运输带速度V(m/s)
2、1.8卷筒直径D(mm) 450设计任务要求:1. 减速器装配图纸一张(0号图纸)2. 轴、齿轮零件图纸各一张(号图纸)3. 设计说明书一分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传动、工作条件:使用年限10年,工作为一班工作制,载荷平稳,环境清洁。、原始数据:滚筒圆周力F=2000N;带速V=1.8m/s;滚筒直径D=450mm;方案拟定:采用带传动与齿轮传动的组合,即可满足传动比要求,同时由于带传动具有良好的缓冲,吸振性能,适应大起动转矩工况要求,结构简单,成本低,使用维护方便。1.电动机 2.V带传动 3.圆柱齿轮减速器4.连轴器 5.滚筒 6.运输带二、
3、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:总=5式中:1、2、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。取=0.96,0.98,0.97,.则:总=0.960.980.970.990.96 =0.83所以:电机所需的工作功率:Pd= FV/
4、1000总 =(20001.8)/(10000.83) =4.3 (kw)3、确定电动机转速 卷筒工作转速为: n卷筒601000V/(D) =(6010001.8)/(5) =76.4 r/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。取带传动比= 。则总传动比理论范围为:a。故电动机转速的可选范为 Nd=Ian卷筒 =(624)76.4 =463.81833.6 r/min则符合这一范围的同步转速有:750、1000和1500r/min根据容量和转速,由相关手册查出三种适用的电动机型号:(如下表)方案电 动机 型号额定功率电动机转速(r/min)电动机重量N
5、参考价格传动装置传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y132S-45.515001440650120018.63.55.322Y132M2-65.51000960800150012.422.84.443Y160M2-85.5750720124021009.312.53.72综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比,可见第2方案比较适合。此选定电动机型号为Y132M2-6,其主要性能:电动机主要外形和安装尺寸:中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底角安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸DE装键部位尺寸 FGD13252034531521617812
6、28801041三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比:由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n1、可得传动装置总传动比为: ia=nm/n=nm/n卷筒=960/76.4=12.57总传动比等于各传动比的乘积分配传动装置传动比ia=i0i (式中i0、i分别为带传动 和减速器的传动比) 2、分配各级传动装置传动比: 根据指导书P7表1,取i0=2.8(普通V带 i=24)因为:iai0i所以:iiai012.57/2.84.49四、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i0,i1,.为相邻两轴间的传动比01,12,.为相邻两轴的传动效率P,P,.为
7、各轴的输入功率 (KW)T,T,.为各轴的输入转矩 (Nm)n,n,.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:n=nm/ i0=960/2.8=342.86 (r/min)轴:n= n/ i1 =324.86/4.49=76.36 r/min 卷筒轴:n= n(2)计算各轴的功率:轴: P=Pd01 =Pd1=4.30.96=4.13(KW)轴: P= P12= P23 =4.130.980.97 =3.92(KW)卷筒轴: P= P23= P24 =3.920.980.99=3.81
8、(KW)计算各轴的输入转矩:电动机轴输出转矩为: Td=9550Pd/nm=95504.3/960=42.78 Nm轴: T= Tdi001= Tdi01=42.782.80.96=115.00 Nm 轴: T= Ti112= Ti124 =115.004.490.980.99=500.96 Nm卷筒轴输入轴转矩:T = T24 =486.03 Nm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:故:P=P轴承=4.130.98=4.05 KWP= P轴承=3.920.98=3.84 KW计算各轴的输出转矩:由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率:则:T= T轴承=115.
9、000.98=112.7 NmT = T轴承 =500.960.98=490.94 Nm由指导书的表1得到:1=0.962=0.983=0.974=0.99i0为带传动传动比i1为减速器传动比滚动轴承的效率为0.980.995在本设计中取0.98综合以上数据,得表如下:轴名效率P (KW)转矩T (Nm)转速nr/min传动比 i效率输入输出输入输出电动机轴4.342.789602.80.96轴4.134.23115.00112.70342.864.490.95轴3.923.84500.96490.9476.41.000.97卷筒轴3.813.99486.03492.8476.4五. V带的设
10、计 (1)选择普通V带型号 由PC=KAP=1.15.5=6.05( KW) 根据课本P134表9-7得知其交点在A、B型交 界线处,故A、B型两方案待定: 方案1:取A型V带 确定带轮的基准直径,并验算带速: 则取小带轮 d1=100mmd2=n1d1(1-)/n2=id1(1-) =2.8100(1-0.02)=274.4mm 由表9-2取d2=274mm (虽使n2略有减少,但其误差小于5%,故允许) 带速验算: V=n1d1/(100060)由课本P134表9-5查得KA=1.1 由课本P132表9-2得,推荐的A型小带轮基准直径为75mm125mm =960100/(100060)
11、=5.024 m/s 介于525m/s范围内,故合适 确定带长和中心距a: 0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 0.7(100+274)a02(100+274) 262.08 a0748.8 初定中心距a0=500 ,则带长为 L0=2a0+(d1+d2)+(d2-d1)2/(4a0) =2500+(100+274)/2+(274-100)2/(4500) =1602.32 mm 由表9-3选用Ld=1400 mm的实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1400-1602.32)/2=398.84 mm 验算小带轮上的包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a =180
12、-(274-100)57.3/398.84=155.01120 合适 确定带的根数 Z=PC/((P0+P0)KLK) =6.05/(0.95+0.11)0.960.95) = 6.26 故要取7根A型V带 计算轴上的压力 由书9-18的初拉力公式有 F0=500PC(2.5/K-1)/z c+q v2 =5006.05(2.5/0.95-1)/(75.02)+0.175.022 =144.74 N 由课本9-19得作用在轴上的压力 FQ=2zF0sin(/2) =27242.42sin(155.01/2)=1978.32 N方案二:取B型V带 确定带轮的基准直径,并验算带速: 则取小带轮 d
13、1=140mmd2=n1d1(1-)/n2=id1(1-) =2.8140(1-0.02)=384.16mm 由表9-2取d2=384mm (虽使n2略有减少,但其误差小于5%,故允许) 带速验算: V=n1d1/(100060) =960140/(100060) =7.03 m/s 介于525m/s范围内,故合适 确定带长和中心距a: 0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 0.7(140+384)a02(140+384) 366.8a01048 初定中心距a0=700 ,则带长为 L0=2a0+(d1+d2)+(d2-d1)2/(4a0) =2700+(140+384)/2+(384-1
14、40)2/(4700) =2244.2 mm 由表9-3选用Ld=2244 mm的实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/2=700+(2244-2244.2)/2=697.9mm 验算小带轮上的包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a =180-(384-140)57.3/697.9=160.0120 合适 确定带的根数 Z=PC/((P0+P0)KLK) =6.05/(2.08+0.30)1.000.95) = 2.68 故取3根B型V带 计算轴上的压力 由书9-18的初拉力公式有 F0=500PC(2.5/K-1)/z c+q v2 =5006.05(2.5/0.95-1)/(37.
15、03)+0.177.032 =242.42 N 由课本9-19得作用在轴上的压力 FQ=2zF0sin(/2) =23242.42sin(160.0/2) =1432.42 N综合各项数据比较得出方案二更适合 由机械设计书表9-4查得P0=0.95由表9-6查得P0=0.11 由表9-7查得K=0.95由表9-3查得KL=0.96由课本表9-2得,推荐的B型小带轮基准直径125mm280mm由机械设计书表9-4查得P0=2.08由表9-6查得P0=0.30 由表9-7查得K=0.95由表9-3查得KL=1.00带轮示意图如下:d0dHLS1斜度1:25SS2drdkdhddaLBS2六、齿轮传
16、动的设计:(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选硬齿面,大齿轮选软齿面,小齿轮的材料为45号钢调质,齿面硬度为250HBS,大齿轮选用45号钢正火,齿面硬度为200HBS。齿轮精度初选8级(2)、初选主要参数 Z1=20 ,u=4.5 Z2=Z1u=204.5=90 取a=0.3,则d=0.5(i+1)=0.675(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10.11取K=1.2 小齿轮名义转矩T1=9.55106P/n1=9.551064.23/342.86 =1.18105 Nmm 材料弹性影响系数 由课本表6-7 ZE
17、=189.8 区域系数 ZH=2.5 重合度系数t=1.88-3.2(1/Z1+1/Z2) =1.88-3.2(1/20+1/90)=1.69 Z= 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,即H=560Mpa于是 d1 = =52.82 mm (4)确定模数 m=d1/Z152.82/20=2.641 取标准模数值 m=3(5) 按齿根弯曲疲劳强度校核计算 校核式中 小轮分度圆直径d1=mZ=320=60mm齿轮啮合宽度b=dd1 =1.060=60mm复合齿轮系数 YFS1=4.38 YFS2=3.95重合度系数Y=0.25+0.75
18、/t =0.25+0.75/1.69=0.6938许用应力 查图6-22(a) Flim1=245MPa Flim2=220Mpa 查表6-8 ,取SF=1.25 则 计算大小齿轮的并进行比较 取较大值代入公式进行计算 则有=71.86F2故满足齿根弯曲疲劳强度要求(6) 几何尺寸计算 d1=mZ=320=60 mmd2=mZ1=390=270 mma=m (Z1+Z2)=3(20+90)/2=165 mmb1=60 mm b2=60 取小齿轮宽度 b1=65 mm (7)验算初选精度等级是否合适齿轮圆周速度 v=d1n1/(601000) =3.1460342.86/(601000) =1.
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