机械设计基础课程设计-单级圆柱齿轮减速器毕业论文.doc
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1、 机械设计基础课程设计说明书 课程设计题目 单级圆柱齿轮减速器 专 业 材料成型及控制工程 班 级 14-03 班 姓 名 学 号 指导教师 河北工程大学20161210第39页/共39页第39页/共39页 目录第一部分 设计任务书31.1设计题目31.2设计步骤3第二部分 选择电动机32.1电动机类型的选择32.2确定传动装置的效率32.3计算电动机容量42.4确定电动机功率及转速42.5确定传动装置的总传动比和分配传动比5第三部分 计算传动装置运动学和动力学参数53.1电动机输出参数53.2高速轴的参数63.3低速轴的参数63.4工作机轴的参数6第四部分 普通V带设计计算7第五部分 减速器
2、齿轮传动设计计算115.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数115.2按齿面接触疲劳强度设计115.3确定传动尺寸135.4计算齿轮传动其它几何尺寸145.5齿轮参数和几何尺寸总结15第六部分 轴的设计156.1高速轴设计计算156.2低速轴设计计算21第七部分 滚动轴承寿命校核277.1高速轴上的轴承校核277.2低速轴上的轴承校核28第八部分 键联接设计计算298.1高速轴与大带轮键连接校核298.2低速轴与大齿轮键连接校核298.3低速轴与联轴器键连接校核29第九部分 联轴器的选择309.1低速轴上联轴器30第十部分 减速器的密封与润滑3010.1减速器的密封3010.2齿轮的润滑301
3、0.3轴承的润滑31第十一部分 减速器附件3111.1油面指示器3111.2通气器3111.3放油孔及放油螺塞3111.4窥视孔和视孔盖3211.5定位销3211.6启盖螺钉3211.7螺栓及螺钉32第十二部分 减速器箱体主要结构尺寸32第十三部分 设计小结33第十四部分 参考文献34第一部分 设计任务书1.1设计题目 一级直齿圆柱减速器,拉力F=2100N,速度v=1.6m/s,直径D=400mm,每天工作小时数:16小时,工作年限(寿命):5年,每年工作天数:300天,配备有三相交流电源,电压380/220V。1.2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
4、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.普通V带设计计算 6.减速器内部传动设计计算 7.传动轴的设计 8.滚动轴承校核 9.键联接设计 10.联轴器设计 11.润滑密封设计 12.箱体结构设计第二部分 选择电动机2.1电动机类型的选择 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机,封闭式结构,电压380V,Y系列。2.2确定传动装置的效率 查表得: 联轴器的效率:1=0.99 滚动轴承的效率:2=0.99 V带的效率:v=0.96 闭式圆柱齿轮的效率:3=0.97 工作机的效率:w=0.972.3计算电动机容量 工作机所需功率为2.4确定电动机功率及转速 电动机所需额定功率: 工
5、作转速: 经查表按推荐的合理传动比范围,V带传动比范围为:24,一级圆柱齿轮传动比范围为:35,因此理论传动比范围为:620。可选择的电动机转速范围为nd=ianw=(620)76.43=459-1529r/min。进行综合考虑价格、重量、传动比等因素,选定电机型号为:Y132M1-6的三相异步电动机,额定功率Pen=4kW,满载转速为nm=960r/min,同步转速为nt=1000r/min。方案型号额定功率/kW同步转速(r/min)满载转速(r/min)1Y160M1-847507202Y132M1-6410009603Y112M-44150014404Y112M-2430002890
6、电机主要尺寸参数中心高H外形尺寸LHD安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸DE键部位尺寸FG13251531521617812388010332.5确定传动装置的总传动比和分配传动比 (1)总传动比的计算 由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速nw,可以计算出传动装置总传动比为: (2)分配传动装置传动比 取普通V带的传动比:iv=3 减速器传动比为第三部分 计算传动装置运动学和动力学参数3.1电动机输出参数3.2高速轴的参数3.3低速轴的参数3.4工作机轴的参数 运动和动力参数计算结果整理于下表:轴名功率P(kW)转矩T(Nmm)转速(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电动机轴3
7、.8738498.4496030.96轴3.723.68111018.751098253204.190.9603轴3.573.53446425.3441423.3376.3710.96工作机轴3.46391752577323.36432819.74419835.1476.43第四部分 普通V带设计计算 1.已知条件和设计内容 设计普通V带传动的已知条件包括:所需传递的功率Pd=3.87kW;小带轮转速n1=960r/min;大带轮转速n2和带传动传动比i=3;设计的内容是:带的型号、长度、根数,带轮的直径、宽度和轴孔直径中心距、初拉力及作用在轴上之力的大小和方向。 2.设计计算步骤 (1)确定
8、计算功率Pca 由表查得工作情况系数KA=1.1,故 (2)选择V带的带型 根据Pca、n1由图选用A型。 3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v 1)初选小带轮的基准直径dd1。取小带轮的基准直径dd1=106mm。 2)验算带速v。按式验算带的速度 取带的滑动率=0.02 (3)计算大带轮的基准直径。计算大带轮的基准直径 根据表,取标准值为dd2=315mm。 (4)确定V带的中心距a和基准长Ld度 根据式,初定中心距a0=340mm。 由式计算带所需的基准长度 由表选带的基准长度Ld=1430mm。 按式计算实际中心距a。 按式,中心距的变化范围为347-411mm。 (5)验算小带轮的
9、包角a (6)计算带的根数z 1)计算单根V带的额定功率Pr。 由dd1=106mm和n1=960r/min,查表得P0=1.06kW。 根据n1=960r/min,i=3和A型带,查表得P0=0.112kW。 查表的K=0.915,表得KL=0.96,于是 2)计算带的根数z 取4根。 (6)计算单根V带的初拉力F0 由表得A型带的单位长度质量q=0.105kg/m,所以 (7)计算压轴力Fp带型A中心距368mm小带轮基准直径106mm包角147.46大带轮基准直径315mm带长1430mm带的根数4初拉力175.92N带速5.33m/s压轴力1351N 4.带轮结构设计 (1)小带轮的结
10、构设计 小带轮的轴孔直径d=38mm 因为小带轮dd1=106 因此小带轮结构选择为实心式。 因此小带轮尺寸如下: (因为带轮为实心式,所以轮缘宽度应大于等于带轮宽度即LB) (2)大带轮的结构设计 大带轮的轴孔直径d=28mm 因为大带轮dd2=315mm 因此大带轮结构选择为轮辐式。 因此大带轮尺寸如下:第五部分 减速器齿轮传动设计计算5.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)根据传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动,压力取为=20。 (2)参考表10-6选用8级精度。 (3)材料选择 由表10-1选择小齿轮40Cr(调质),齿面硬度280HBS,大齿轮45(调质),齿面硬度240HBS
11、(4)选小齿轮齿数Z1=26,则大齿轮齿数Z2=Z1i=264.19=109。 实际传动比i=4.1925.2按齿面接触疲劳强度设计 (1)由式试算小齿轮分度圆直径,即 1)确定公式中的各参数值 试选载荷系数KHt=1.3 小齿轮传递的扭矩: 查表选取齿宽系数d=1 由图查取区域系数ZH=2.46 查表得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa 由式计算接触疲劳强度用重合度系数Z 计算接触疲劳许用应力H 由图查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为: 计算应力循环次数 由图查取接触疲劳系数: 取失效概率为1%,安全系数S=1,得 取H1和H2中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,即 H=631
12、.4MPa 2)试算小齿轮分度圆直径 (2)调整小齿轮分度圆直径 1)计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度 齿宽b 2)计算实际载荷系数KH 查表得使用系数KA=1 查图得动载系数Kv=1.068 齿轮的圆周力。 查表得齿间载荷分配系数:KH=1.4 查表得齿向载荷分布系数:KH=1.442 实际载荷系数为 3)按实际载荷系数算得的分度圆直径 4)确定模数5.3确定传动尺寸 (1)计算中心距 (2)计算小、大齿轮的分度圆直径 (3)计算齿宽 取B1=70mm B2=65mm 齿根弯曲疲劳强度条件为 1) K、T、m和d1同前 齿宽b=b2=65 齿形系数YFa和应力修正系数YSa: 查表得
13、: 查图得重合度系数Y=0.681 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为: 由图查取弯曲疲劳系数: 取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得许用弯曲应力 齿根弯曲疲劳强度满足要求,并且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏的能力大于大齿轮。5.4计算齿轮传动其它几何尺寸 (1)计算齿顶高、齿根高和全齿高 (2)计算小、大齿轮的齿顶圆直径 (3)计算小、大齿轮的齿根圆直径5.5齿轮参数和几何尺寸总结参数或几何尺寸符号小齿轮大齿轮法面模数mn2.52.5法面压力角n2020法面齿顶高系数ha*1.01.0法面顶隙系数c*0.250.25齿数z26109齿顶高ha2.52.5齿根高hf3.1253.125分度圆直径d
14、65272.5齿顶圆直径da70277.5齿根圆直径df58.75266.25齿宽B7065中心距a169169第六部分 轴的设计6.1高速轴设计计算 (1)已知的转速、功率和转矩 转速n=320r/min;功率P=3.72kW;轴所传递的转矩T=111018.75Nmm (2)轴的材料选择并确定许用弯曲应力 由表选用40Cr(调质),齿面硬度280HBS,许用弯曲应力为=60MPa (3)按扭转强度概略计算轴的最小直径 由于高速轴受到的弯矩较大而受到的扭矩较小,故取A0=112。 由于最小轴段截面上要开1个键槽,故将轴径增大5% 查表可知标准轴孔直径为28mm故取dmin=28 (4)设计轴
15、的结构并绘制轴的结构草图 1)轴的结构分析 由于齿轮1的尺寸较小,故高速轴设计成齿轮轴。显然,轴承只能从轴的两端分别装入和拆卸,轴伸出端安装V带轮,选用普通平键,A型,bh=87mm(GB/T 1096-2003),长L=40mm;定位轴肩直径为33mm;联接以平键作过渡配合固定,两轴承分别和轴承端盖定位,采用过渡配合固定。 b.确定各轴段的直径和长度。 1)高速轴和大带轮配合,查表选取标准轴径d12=28mm,l12长度略小于大带轮轮毂长度L,取l12=54mm。选用普通平键,A型,bh = 87mm(GB/T 1096-2003),长L=40mm。 2)初步选择滚动轴承。因轴承仅受径向力的
16、作用,故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d23 = 33 mm,由轴承产品目录中选择深沟球轴承6207,其尺寸为dDB = 357217mm,故d34 = d78 = 35 mm,取挡油环的宽度为12,则l34 = l78 = 17+12= 29 mm。 轴承采用挡油环进行轴向定位。由手册上查得6207型轴承的定位轴肩高度h = 2.5 mm,因此,取d45 = d67 = 40 mm。 3)由于齿轮的直径较小,为了保证齿轮轮体的强度,应将齿轮和轴做成一体而成为齿轮轴。所以l56 = 70 mm,d56 = 70 mm 4)轴承端盖厚度e=12,垫片厚度t=2,根据轴承端盖便于装拆,保证轴承
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