一级斜齿圆柱齿轮减速器-学位论文.doc
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1、机械设计(论文)说明书 题 目:一级斜齿圆柱齿轮减速器 系 别: XXX系 专 业: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 职 称:目 录第一部分 课程设计任务书-3第二部分 传动装置总体设计方案-3第三部分 电动机的选择-4第四部分 计算传动装置的运动和动力参数-7第五部分 齿轮的设计-8第六部分 传动轴承和传动轴及联轴器的设计-17第七部分 键连接的选择及校核计算-20第八部分 减速器及其附件的设计-22第九部分 润滑与密封-24设计小结-25参考文献-25第一部分 课程设计任务书一、设计课题: 设计一级圆柱齿轮减速器,工作机效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),使用期限10年(300天
2、/年),1班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V。二. 设计要求:1.减速器装配图一张。2.绘制轴、齿轮等零件图各一张。3.设计说明书一份。三. 设计步骤:1. 传动装置总体设计方案2. 电动机的选择3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数5. 设计V带和带轮6. 齿轮的设计7. 滚动轴承和传动轴的设计8. 键联接设计9. 箱体结构设计10. 润滑密封设计11. 联轴器设计第二部分 传动装置总体设计方案1.组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。2.特点:齿轮相对于轴承对称分布。3.确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,
3、将V带设置在高速级。其传动方案如下:图一: 传动装置总体设计图初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。选择V带传动和一级圆柱斜齿轮减速器。计算传动装置的总效率ha:ha=h1h22h3h4h5=0.960.9820.970.990.96=0.85h1为V带的效率,h2为轴承的效率,h3为齿轮啮合传动的效率,h4为联轴器的效率,h5为工作机的效率(包括工作机和对应轴承的效率)。第三部分 电动机的选择1 电动机的选择皮带速度v:v=1.2m/s工作机的功率pw:pw= 2.64 KW电动机所需工作功率为:pd= 3.11 KW执行机构的曲柄转速为:n = 65.5 r/min 经查表按
4、推荐的传动比合理范围,V带传动的传动比i1=24,一级圆柱斜齿轮减速器传动比i2=36,则总传动比合理范围为ia=624,电动机转速的可选范围为nd = ian = (624)65.5 = 3931572r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,选定型号为Y132M1-6的三相异步电动机,额定功率为4KW,满载转速nm=960r/min,同步转速1000r/min。2 确定传动装置的总传动比和分配传动比(1)总传动比: 由选定的电动机满载转速n 和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为:ia=nm/n=960/65.5=14.7(2)分配传动装置传动比
5、:ia=i0i 式中i0,i1分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取i0=4,则减速器传动比为:i=ia/i0=14.7/4=3.7第四部分 计算传动装置的运动和动力参数(1)各轴转速:nI = nm/i0 = 960/4 = 240 r/minnII = nI/i = 240/3.7 = 64.9 r/minnIII = nII = 64.9 r/min(2)各轴输入功率:PI = Pdh1 = 3.110.96 = 2.99 KWPII = PIh2h3 = 2.990.980.97 = 2.84 KWPIII = PIIh2h4 = 2.840.980.99
6、= 2.76 KW 则各轴的输出功率:PI = PI0.98 = 2.93 KWPII = PII0.98 = 2.78 KWPIII = PIII0.98 = 2.7 KW(3)各轴输入转矩:TI = Tdi0h1 电动机轴的输出转矩:Td = = 30.9 Nm 所以:TI = Tdi0h1 = 30.940.96 = 118.7 NmTII = TIih2h3 = 118.73.70.980.97 = 417.5 NmTIII = TIIh2h4 = 417.50.980.99 = 405.1 Nm 输出转矩为:TI = TI0.98 = 116.3 NmTII = TII0.98 =
7、409.1 NmTIII = TIII0.98 = 397 Nm第五部分 V带的设计1 选择普通V带型号 计算功率Pc:Pc = KAPd = 1.33.11 = 4.04 KW 根据手册查得知其交点在B型交界线范围内,故选用B型V带。2 确定带轮的基准直径,并验算带速 取小带轮直径为d1 = 140 mm,则:d2 = n1d1(1-e)/n2 = i0d1(1-e) = 4140(1-0.02) = 548.8 mm 由手册选取d2 = 560 mm。 带速验算:V = nmd1/(601000)= 960140/(601000) = 7.03 m/s介于525m/s范围内,故合适。3 确
8、定带长和中心距a0.7(d1+d2)a02(d1+d2)0.7(140+560)a02(140+560)490a01400 初定中心距a0 = 945 mm,则带长为:L0 = 2a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/(4a0)= 2945+(140+560)/2+(560-140)2/(4945)=3036 mm 由表9-3选用Ld = 3150 mm,确定实际中心距为:a = a0+(Ld-L0)/2 = 945+(3150-3036)/2 = 1002 mm4 验算小带轮上的包角a1:a1 = 1800-(d2-d1)57.30/a= 1800-(560-140)57.30/100
9、2 = 156012005 确定带的根数:Z = Pc/(P0+DP0)KLKa)= 4.04/(2.11+0.31)1.070.94) = 1.66故要取Z = 2根B型V带。6 计算轴上的压力: 由初拉力公式有:F0 = 500Pc(2.5/Ka-1)/(ZV)+qV2= 5004.04(2.5/0.94-1)/(27.03)+0.107.032 = 243.4 N 作用在轴上的压力:FQ = 2ZF0sin(a1/2)= 22243.4sin(156/2) = 952.2 N第六部分 齿轮的设计1 齿轮材料、热处理及精度: 考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用渐开线斜齿轮
10、。 1) 材料:小齿轮选用40Cr钢调质,齿面硬度为小齿轮:274286HBW。大齿轮选用45钢调质,齿面硬度为大齿轮:225255HBW。取小齿齿数:Z1 = 20,则:Z2 = i12Z1 = 3.720 = 74 取:Z2 = 74 2) 初选螺旋角:b = 130。2 初步设计齿轮传动的主要尺寸,按齿面接触强度设计:确定各参数的值: 1) 试选Kt = 1.6 2) T1 = 118.7 Nm 3) 选取齿宽系数yd = 1 4) 由表8-5查得材料的弹性影响系数ZE = 189.8 5) 由图8-15查得节点区域系数ZH = 2.45 6) 由式8-3得:ea = 1.88-3.2(
11、1/Z1+1/Z2)cosb = 1.88-3.2(1/20+1/74)cos130 = 1.634 7) 由式8-4得:eb = 0.318ydZ1tanb = 0.318120tan130 = 1.47 8) 由式8-19得:Ze = = = = 0.782 9) 由式8-21得:Zb = = = 0.99 10) 查得小齿轮的接触疲劳强度极限:sHlim1 = 650 MPa,大齿轮的接触疲劳强度极限:sHlim2 = 530 MPa。 11) 计算应力循环次数:小齿轮应力循环次数:N1 = 60nkth = 6024011030018 = 3.46108大齿轮应力循环次数:N2 = 6
12、0nkth = N1/u = 3.46108/3.7 = 9.34107 12) 由图8-19查得接触疲劳寿命系数:KHN1 = 0.9,KHN2 = 0.93 13) 计算接触疲劳许用应力,取失效概率为1%,安全系数S=1,得:sH1 = = 0.9650 = 585 MPasH2 = = 0.93530 = 492.9 MPa许用接触应力:sH = (sH1+sH2)/2 = (585+492.9)/2 = 538.95 MPa3 设计计算:小齿轮的分度圆直径:d1t:= = 60.4 mm4 修正计算结果: 1) 确定模数:mn = = = 2.94 mm取为标准值:3 mm。 2) 中
13、心距:a = = = 144.7 mm 3) 螺旋角:b = arccos = arccos = 130 4) 计算齿轮参数:d1 = = = 62 mmd2 = = = 228 mmb = dd1 = 62 mmb圆整为整数为:b = 62 mm。 5) 计算圆周速度v:v = = = 0.78 m/s由表8-8选取齿轮精度等级为8级。 6) 同前,ZE = 189.8。由图8-15查得节点区域系数为:ZH = 2.45。 7) 由式8-3得:ea = 1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)cosb = 1.88-3.2(1/20+1/74)cos130 = 1.634 8) 由式8-4得:
14、eb = 0.318ydZ1tanb = 0.318120tan130 = 1.47 9) eg = ea+eb = 3.104 10) 同前,取:eb = 1Ze = = = = 0.782 11) 由式8-21得:Zb = = = 0.99 12) 由表8-2查得系数:KA = 1,由图8-6查得系数:KV = 1.1。 13) Ft = = = 3829 N = = 61.8 100 Nmm 14) 由tanat = tanan/cosb得:at = arctan(tanan/cosb) = arctan(tan200/cos130) = 20.50 15) 由式8-17得:cosbb
15、= cosbcosan/cosat = cos13cos20/cos20.5 = 0.98 16) 由表8-3查得:KHa = KFa = 1.2 17) 由表8-4查得:KHb = 1.17+0.16yd2+0.6110-3b = 1.37 18) K = KAKVKHaKHb = 11.11.21.37 = 1.81计算K值满足要求,计算结果可用。5 校核齿根弯曲疲劳强度:(1) 确定公式内各计算数值: 1) 当量齿数:ZV1 = Z1/cos3b = 20/cos3130 = 21.6ZV2 = Z2/cos3b = 74/cos3130 = 80 2) eaV = 1.88-3.2(1
16、/ZV1+1/ZV2)cosb= 1.88-3.2(1/21.6+1/80)cos130 = 1.649 3) 由式8-25得重合度系数:Ye = 0.25+0.75cos2bb/eaV = 0.69 4) 由图8-26和eb = 1.47查得螺旋角系数Yb = 0.89 5) = = 2.75前已求得:KHa = 1.22.75,故取:KFa = 1.2 6) = = = 9.19且前已求得:KHb = 1.37,由图8-12查得:KFb = 1.34 7) K = KAKVKFaKFb = 11.11.21.34 = 1.77 8) 由图8-17、8-18查得齿形系数和应力修正系数:齿形系
17、数:YFa1 = 2.71 YFa2 = 2.23应力校正系数:YSa1 = 1.58 YSa2 = 1.77 9) 由图8-22c按齿面硬度查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限为:sFlim1 = 500 MPa sFlim2 = 380 MPa 10) 同例8-2:小齿轮应力循环次数:N1 = 3.46108大齿轮应力循环次数:N2 = 9.34107 11) 由图8-20查得弯曲疲劳寿命系数为:KFN1 = 0.86 KFN2 = 0.89 12) 计算弯曲疲劳许用应力,取S=1.3,由式8-15得:sF1 = = = 330.8sF2 = = = 260.2 = = 0.01294 = =
18、0.01517大齿轮数值大选用。(2) 按式8-23校核齿根弯曲疲劳强度:mn = = 2.01 mm2.013所以强度足够。(3) 各齿轮参数如下:大小齿轮分度圆直径:d1 = 62 mmd2 = 228 mmb = ydd1 = 62 mmb圆整为整数为:b = 62 mm圆整的大小齿轮宽度为:b1 = 67 mm b2 = 62 mm中心距:a = 145 mm,模数:m = 3 mm第七部分 传动轴承和传动轴及联轴器的设计轴的设计1 输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1:P1 = 2.99 KW n1 = 240 r/min T1 = 118.7 Nm2 求作用在齿轮上的力: 已知小
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