【毕业设计】一级圆柱齿轮减速器课程设计.doc
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1、机械设计基础课程设计学院:机电学院专业:测控技术与仪器学号:090030103姓名:朱波目录一、传动方案拟定二、电动机的选择三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比四、传动装置的运动和动力设计五、普通V带的设计六、齿轮传动的设计七、传动轴的设计八、箱体的设计九、键连接的设计十、滚动轴承的设计十一、润滑和密封的设计十二、联轴器的设计十三、设计小结十四、参考文献 设计要求:带式运输机连续单向运转,载荷较平稳,空载启动,两班制(每班工作8小时),室内环境。减速器设计寿命为8年,大修期为3年,小批量生产。生产条件:中等规模机械厂,可加工78级精度的齿轮;动力来源为三相交流电源的电压为380/220V
2、;运输带速度允许误差:5%。原始数据:已知条件题号运输带拉力F(KN)2.3运输带速度V(m/s)1.8卷筒直径D(mm)300 计算过程及计算说明一、传动方案拟定: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8年,工作为8h工作制,载荷较平稳,环境清洁。、原始数据:传送带拉力F=2300N带速V=1.8m/s滚筒直径D=300mm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1、电动机类型和结构的选择
3、: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):dwa (kw) 由式(2):wV/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:、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, 0.99 , 0.98 ,0.99 则:=0.913 所以:电机所需的工作功率:Pd= FV/1000=4.53KW 3、确定电动机转速 卷筒工作转速为: n卷筒601
4、000V/(D) = 114.6r/min 根据手册P7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 =36。取带传动比I1=24 。则总传动比理论范围为:a624。故电动机转速的可选范为 Nd=Ian卷筒 =687.62750.4r/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)可见有三种Y系列三相异步电动机可用,分别为:Y132M-4、Y160M-6、Y160L-8,三者参数比较如下:型号额定功率(kw)同步转速(r/min)满载转速(r/min)尺寸Y132M-47.5150014402.
5、22.2中Y160M-610009702.02.0中Y160L-87507202.02.0长综合考虑总传动比及尺寸大小,选取Y160M-6型此选定电动机型号为 Y160M6型 ,其主要性能:具有高效,节能,启动转矩大,噪声低,可靠性高,使用维护方便等性能三、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=960/114.6=8.38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.
6、8 (普通V带 i=24)因为:iai0i所以:iiai03.0四、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轴:n= n/ i1 =342.86/3.0=114.29 卷筒轴:n= n=114.29(2)计算各轴的功率:
7、轴: P=Pd01 =Pd1=4.530.96=4.35轴: P= P12= P23 =4.350.990.98=4.22卷筒轴: P= P23= P24 =4.220.990.99=4.14计算各轴的输入转矩:电动机轴输出转矩为: Td=9550Pd/nm=45.06Nm轴: T= Tdi001= Tdi01=121.12Nm 轴: T= Ti112= Ti124 =356.13Nm卷筒轴输入轴转矩:T = T24=349.04Nm 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=4.350.98=4.26KWP= P轴承=4.220.98=4.14KW计算各
8、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=121.120.98=118.70NmT = T轴承 =356.130.98=349.01Nm由指导书的表1得到:1=0.962=0.993=0.984=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在本设计中取综合以上数据,得表如下:轴名功率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4.5345.069602.80.96轴4.354.26121.12118.70342.863.00.98轴4.224.14356.13349.01114.291.0
9、0.99卷筒轴4.144.06349.04336.25114.29五. V带的设计 (1)选择普通V带型号 由PC=KAP=1.17.5=8.25( 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=100mm d2=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
10、本P132 表9-2 得,推荐的A 型小带轮基准直径为75mm125mm = 960100/(100060) =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(100274)a02(100274) 262.08a0748.8 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= 1400mm 的实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/2= 500+(1400
11、-1602.32)/2=398.84 mm 验算小带轮上的包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a = 合适 确定带的根数 Z=PC/((P0+P0)KLK)=8.53 故要取 9根 A 型 V 带 计算轴上的压力 由书 9-18初拉力公式有 F0=500PC(2.5/K-1)/z c+q v2 = =195.63N 由课本9-19得作用在轴上的压力 FQ=2zF0sin(/2) = 3437.94N 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 d1=140mmd2=n1d1(1-)/n2=id1(1-) =2.8140(1-0.02)=384.16mm 由表9-2
12、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+(384-140)2/(4700) =2244.2 mm 由表9-3选用Ld=2244 mm的实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/
13、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) =3.65 故取4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 = =327.60N 由课本9-19得作用在轴上的压力 FQ=2zF0sin(/2) =2580.98N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
14、K= 0.95由表 9-3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S1斜度1:25SS2drdkdhddaLBS2d0dHL六、齿轮传动的设计:(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,大齿轮选硬齿面,小齿轮的材料为45号钢调制 ,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=90 取a=
15、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 6-6取K=1.2 小齿轮名义转矩T1=9.55106P/n1=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 610MPa 560MPa 取两式计算中的较小值,即H= 560MPa 于是 d1 = =52.82mm (4)确定模数 m
16、=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 =320=60mm复合齿轮系数 YFS1=4.38 YFS2=3.95 重合度系数Y=0.25+0.75/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 则 取较大值代入公式进行计算 则有=53.90MpaF2故满足齿根弯曲疲劳强度要求(6) 几何尺寸计算 d1=mZ= d2=mZ
17、1= a=m (Z1+Z2)=b=60mm b2=60mm取小齿轮宽度 b1=65mm (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) =1.08 m/s 对照表6-5 可知选择8级精度合适。七 轴的设计: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带轮 10键(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=4.35KW 转速为n=342.86 r/min 根据 课本P205(1
18、3-2) 式,并查表13-2 ,取c=115d=26.82mm(3)确定轴各段直径和长度 从大带轮开始右起第一段,由于带轮与轴通过键联接,则轴应该增加5%,取D1=30mm ,又带轮的宽度 B=(Z-1)e+2f = 则第一段长度L1=60mm右起第二段直径取D2=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30mm,则取第二段的长度L2=70mm 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6208轴承,其尺寸为dDB=408018 ,那么该段的直径为D3=D3=40mm,长度为L3=20mm右
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