用于链式传动的圆锥圆柱的二级齿轮减速器--课程设计说明书.doc
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1、 机电及自动化学院 课程设计说明书设计题目:用于链式运输机的圆锥-圆柱二级齿轮减速器 专 业 : 机械制造 班 级 : 材料成型及控制工程 姓 名 : 指导老师 : 设计时间:2017年1月5日2017年1月19日 目 录第一章 设计任务书4第二章 传动方案的拟定及说明5第三章 电动机的选择5第四章 计算传动装置的运动和动力参数7第五章 传动件设计计算8第六章 轴的设计计算23第七章 键连接的选择及校核计算35第八章 滚动轴承的选择及计算36第九章 联轴器的选择39第十章 润滑与密封39第十一章 设计小结41 附录:参考资料目录42前 言 (一)设计目的: 通过本课程设计将学过的基础理论知识进
2、行综合应用,培养结构设计、计算能力以及熟悉一般的机械装置设计过程。 (二)传动方案的分析: 机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换运动形式以满足工作需要的装置,是机器的重要组成部分。传动装置的设计是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除工作装置的功能外,还要求结构简单,制造方便、成本低廉、传动效率高以及使用与维护方便。本设计中,原动机为电动机,工作机为链式输送机。传动方案采用了三级传动,第一级传动为圆锥-圆柱二级齿轮减速器,第二级传动为开式齿轮传动,第三级传动为链传动。链传动能够保证准确的传动比,传动效率较高,无弹性滑动和
3、整体打滑现象,工作可靠,两轴相距较远,适宜低速重载,工作环境恶劣等场合,因此布置在低速级。开式齿轮传动的工作环境较差,润滑条件不好,磨损较严重,寿命较短,应布置在低速级。圆锥-圆柱齿轮二级减速器的传动效率高,适用功率和速度范围广,使用寿命长,是现代机器中较为常用的机构之一。第一章 设计任务书题目:设计一用于链式运输机传动装置中的圆锥-圆柱二级齿轮减速器一 总体布置简图1电动机 2、7联轴器 3圆锥圆柱二级齿轮减速器 4开式齿轮传动5运输机 6链轮图1二 工作情况:二班制、连续单向运动、有轻微振动、室内工作、无灰尘三 原始数据链条总拉力F(N):6000 N链条节距P(mm):125mm链条速度
4、V(m/s):0.35 (运输链速度允许误差:)链轮齿数 Z :6开式齿轮传动比 i3 :5使用期限:20年、大修期一年生产规模:少批量(40台)生产条件:中等规模机械厂,可加工7-8级精度齿轮及蜗轮 动力来源:电力、三相交流、电压380/220伏四 设计内容1 电动机的选择与运动参数计算;2 齿轮传动设计计算3 轴的设计4 滚动轴承的选择5 键和联轴器的选择与校核;6 装配图、零件图的绘制7 设计计算说明书的编写第二章 传动方案的拟定及说明由题目所知传动机构类型为:圆锥-圆柱二级齿轮减速器。工作机链轮的转速为按图1所示的传动方案进行设计。第三章 电动机的选择1.电动机类型和结构的选择 电动机
5、的类型根据动力源和工作条件,选用Y系列三相异步电动机 ,电压380V。 2.电动机容量的选择1) 工作机所需的有效功率为 PwFv/1000 =(60000.35/1000)kW=2.1kW2) 电动机的输出功率 为了计算电动机的所需功率Pd,先要确定从电动机到工作机的 总效率。由机械设计课程设计指导书页查得:弹性联轴器=0.99;刚性齿轮联轴器=0.99;闭式圆锥齿轮传动=0.97;闭式圆柱齿轮传动=0.97;开式圆柱齿轮传动=0.95;滚动轴承=0.99;则 传动装置总效率为: 0.833电机所需功率为:PdPw/=由课程设计课本P203表171选取电动机的额定功率为3kw。3.电动机转速
6、的选择 根据机械设计课程设计课本表21,22:推算电动机转速可选范围,开式圆柱齿轮传动比范围;圆锥-圆柱二级齿轮减速器传动比范围,则电动机转速可选范围为: 根据工作条件:室内常温、二班制、连续单向运行,有轻微振动,电压为380V的三相交流电源,电动机输出功率为2.521kw,选用Y系列三相异步电动机,型号为Y100L24,其主要性能数据如下:电动机满载转速,额定功率。 电动机主要性能参数电动机型号额定功率满载转速额定电压V轴伸尺寸Y100L2-4 1430r/min 380v60mmY系列三相异步电动机选择电机型号为Y100L24 第四章 计算传动装置的运动和动力参数1)传动装置总传动比 2)
7、 分配各级传动比 取开式齿轮传动比i3=5;减速箱传动比i=51.071/5=10.214设圆锥圆柱齿轮减速器中圆锥齿轮传动比为i1,圆柱齿轮传动比为i2,取i1=0.25i,圆柱齿轮传动 取定各传动比,当前的总传动比传动后运输链速度的误差为:=,在运输链允许误差5%内。 3)各轴的转速计算:n1=nm=1430r/minn2= n1/ i1=(1430/2.554) r/min =559.906r/minn3= n2/ i2=(559.906/4) r/min =139.977r/min n4 =n3=139.977r/minn5=n4/i=139.977/5=27.995r/min 4)各
8、轴的输入功率计算:P1=Pd1=2.5210.99=2.496kWP2= P163=2.4960.990.97=2.397kWP3= P264=2.3970.990.97=2.302kW P4= P362=2.3020.990.99=2.256kW P5=P465=2.2560.950.99=2.122kW5)各轴转矩:T1=9550P1/ n1=9550 x 2.496/1430=16.669Nm T2=9550P2/ n2=9550 x 2.397/559.906=40.884Nm T3=9550P3/ n3=9550 x 2.302/139.977=157.055Nm T4=9550P4
9、/ n4=9550 x 2.256/139.977=153.995Nm T5=9550P5/ n5=9550 x2.122/27.995=723.883Nm 运动和动力参数计算结果整理于下表: 轴号转速(r/min)功率(kW)转矩(Nm)传动比i114302.49616.6692.5542559.9062.39740.8843139.9772.302157.0554 4139.9772.256153.995527.9952.122723.8835I1=2.554I2=4第五章 传动件设计计算(一)高速级齿轮的传动设计1.选齿轮材料、热处理方式及计算许用应力1) 材料及热处理 按使用条件,属中
10、速、轻载,重要性和可靠性一般的齿轮传动。可选用软齿面齿轮,且小齿轮的硬度比大齿轮大3050HBS,具体选择如下:小圆锥齿轮:40Cr,调质处理,硬度为280HBS大圆锥齿轮:45钢,调质处理,硬度为240HBS精度等级为7级,压力角为202)选小齿轮齿数,大齿轮齿数,取。则。2.按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算,即(1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数K=1.32)计算小齿轮的转矩为输出转矩T=16669Nmm3)选齿宽系数(机械设计第九版P225) 由机械设计(第九版)图10-25d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳确定许用应力 由“机械设计书”中的图1021(P209),按齿面硬
11、度查小齿轮硬度为280HBS大齿轮硬度为240HBS 强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限 4)由机械设计(第九版)表10-5查得材料的弹性影响系数 ,计算应力循环次数 5) 由机械设计(第九版)图10-23取接触疲劳寿命系数 。 6) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数S=1,由机械设计公式(1014)得 (2) 计算1)试算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值2) 计算圆周速度v d=d(1-0.5)=50.513(1-0.30.5)=42.936mm 3) 计算载荷系数 根据,8级精度(精度等级降低一个等级),由机械设计(第九版)图10-8查得动载系数(机械设计P195)直齿轮由
12、机械设计(第九版)表10-1查得使用系数K=1.根据大齿轮两端支撑,小齿轮作悬臂布置,查机械设计(第九版)表得轴承系数K=2.542,接触强度载荷系数4) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,得5) 计算模数m(3) 按齿根弯曲疲劳强度设计 计算齿轮相关参数 试选K=1.3 计算当量齿数1) 由机械设计(第九版)图1017查得齿形系数 应力修正系数 2) 由机械设计(第九版)图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限,大齿轮的弯曲疲劳强度极限3) 由机械设计(第九版)图10-18取弯曲疲劳寿命系数 4) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.7 (机械设计第九版P207),得5)
13、计算大、小齿轮的并加以比较。 取两者较大值7)设计计算 (2) 调整齿轮模数 计算圆周速度v.d=mZ=1.70424=25.776mmd=d(1-0.5)=25.776=21.910mmv=dn/(60=3.14齿宽b=计算实际载荷K根据v=1.640, 8级精度由机械设计图108查得K=1.150取齿间载荷分布系数K=1,由机械设计表104用插值法查得K=2.542,K=2.510,所以 K 由机械设计(1013)按实际载荷系数算的齿轮模数为: m=m 根据标准取模数m=1.5mm。为了同时满足接触疲劳强度算得的分度圆直径d=63.166mm,=63.1661.5=42.111,选齿数为4
14、2,则,取。(4)计算相关参数 圆整并确定齿宽 大圆锥齿轮的大端直径大于160mm,因此采用腹板式 最终m=1.5=42大齿轮:腹板式(二) 低速级齿轮的传动设计低速级齿轮设计条件: 功率P2=2.397kW 主动轮转速:n2=559.906r/min 传动比:i2=4 转矩:T2=40884Nmm1. 选定齿轮精度等级、材料及齿数 1) 材料及热处理 按使用条件,属中速、轻载,重要性和可靠性一般的 轮传动。可选用软齿面齿轮,且小齿轮的硬度比大齿轮大3050HBS,具体选择如下: 小斜齿轮:40Cr,调质处理,硬度为280HBS 大斜齿轮:45钢,调质处理,硬度为240HBS圆锥圆柱齿轮减速器
15、为通用减速器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88) 2)选小齿轮齿数,大齿轮齿数 3)选取螺旋角。初选螺旋角 ,压力角2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算,即 (1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数K2)计算小齿轮的转矩40.8843)选齿宽系数 4)由机械设计(第九版)图10-20选取区域系数 5)由机械设计(第九版)式10-21得t= arctan(tann/cos) = arctan(tan200/cos140) = 20.5620at1 = acrcos = 29.9740at2= acrcos = 24.0380 ,, =0.616 6)由机械设计(第九版)
16、表10-5查得材料的弹性影响系数 7) 计算应力循环次数8)由机械设计(第九版)图10-25d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限 9) 由机械设计(第九版)图10-23取接触疲劳寿命系数 10)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数S=1,得(2)计算 1)试算小齿轮分度圆直径,由计算公式得 2)计算圆周速度v 3) 计算齿宽b及模数 4计算载荷系数 根据,7级精度,由机械设计(第九版)图10-8查得动载系数1.10齿轮圆周力Ft=2.429N100N由机械设计(第九版)表10-3查得由机械设计(第九版)表10-2查得使用系数由机械设计(第九版)表10-
17、4查得接触强度载荷系数 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,得 7)计算模数3. 按齿根弯曲疲劳强度设计1)确定弯曲强度载荷系数 2)计算重合度系数,由机械设计(第九版)图10-28查得螺旋角影响系数由式(10-19)可得计算弯曲疲劳强度螺旋角系数Y=1- 3)计算当量齿数 4)由机械设计(第九版)图10-17查得齿形系数,应力校正系数, 5)由机械设计(第九版)图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限,大齿轮的弯曲疲劳强度极限 6)由机械设计(第九版)图10-18取弯曲疲劳寿命系数 7)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数,得 8) 计算大、小齿轮的并加以比较,取较大值计算。 4
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