二級-帶式運輸機傳動裝（4）,二級,運輸機,傳動 機械設計課程--二級圓柱齒輪減速器 機械設計課程--帶式運輸機傳動裝置中的同軸式二級圓柱齒輪減速器 [原創(chuàng) 2006-08-24 13:15:09 ] 發(fā)表者: ffge??? 目??? 錄 設計任務書……………………………………………………1 傳動方案的擬定及說明………………………………………4 電動機的選擇…………………………………………………4 計算傳動裝置的運動和動力參數……………………………5 傳動件的設計計算……………………………………………5 軸的設計計算…………………………………………………8 滾動軸承的選擇及計算………………………………………14 鍵聯接的選擇及校核計算……………………………………16 連軸器的選擇…………………………………………………16 減速器附件的選擇……………………………………………17 潤滑與密封……………………………………………………18 設計小結………………………………………………………18 參考資料目錄…………………………………………………18 機械設計課程設計任務書 題目：設計一用于帶式運輸機傳動裝置中的同軸式二級圓柱齒輪減速器 一．??? 總體布置簡圖 1—電動機；2—聯軸器；3—齒輪減速器；4—帶式運輸機；5—鼓輪；6—聯軸器 二．??? 工作情況： 載荷平穩(wěn)、單向旋轉 三．??? 原始數據 鼓輪的扭矩T（N?m）：850 鼓輪的直徑D（mm）：350 運輸帶速度V（m/s）：0.7 帶速允許偏差（％）：5 使用年限（年）：5 工作制度（班/日）：2 四．??? 設計內容 1.??????????? 電動機的選擇與運動參數計算； 2.??????????? 斜齒輪傳動設計計算 3.??????????? 軸的設計 4.??????????? 滾動軸承的選擇 5.??????????? 鍵和連軸器的選擇與校核； 6.??????????? 裝配圖、零件圖的繪制 7.??????????? 設計計算說明書的編寫 五．??? 設計任務 1． 減速器總裝配圖一張 2． 齒輪、軸零件圖各一張 3． 設計說明書一份 六．??? 設計進度 1、 第一階段：總體計算和傳動件參數計算 2、 第二階段：軸與軸系零件的設計 3、 第三階段：軸、軸承、聯軸器、鍵的校核及草圖繪制 4、 第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計算說明書的編寫 傳動方案的擬定及說明 由題目所知傳動機構類型為：同軸式二級圓柱齒輪減速器。故只要對本傳動機構進行分析論證。 本傳動機構的特點是：減速器橫向尺寸較小，兩大吃論浸油深度可以大致相同。結構較復雜，軸向尺寸大，中間軸較長、剛度差，中間軸承潤滑較困難。 電動機的選擇 1．電動機類型和結構的選擇 因為本傳動的工作狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉。所以選用常用的封閉式Y（IP44）系列的電動機。 2．電動機容量的選擇 1） 工作機所需功率Pw Pw＝3.4kW 2） 電動機的輸出功率 Pd＝Pw/η η＝ ＝0.904 Pd＝3.76kW 3．電動機轉速的選擇 nd＝（i1’?i2’…in’）nw 初選為同步轉速為1000r/min的電動機 4．電動機型號的確定 由表20－1查出電動機型號為Y132M1-6,其額定功率為4kW，滿載轉速960r/min?；痉项}目所需的要求 計算傳動裝置的運動和動力參數 傳動裝置的總傳動比及其分配 1．計算總傳動比 由電動機的滿載轉速nm和工作機主動軸轉速nw可確定傳動裝置應有的總傳動比為： i＝nm/nw nw＝38.4 i＝25.14 2．合理分配各級傳動比 由于減速箱是同軸式布置，所以i1＝i2。 因為i＝25.14，取i＝25，i1=i2=5 速度偏差為0.5%<5%，所以可行。 各軸轉速、輸入功率、輸入轉矩 項 目??? 電動機軸??? 高速軸I??? 中間軸II??? 低速軸III??? 鼓 輪 轉速（r/min）??? 960??? 960??? 192??? 38.4??? 38.4 功率（kW）??? 4??? 3.96??? 3.84??? 3.72??? 3.57 轉矩（N?m）??? 39.8??? 39.4??? 191??? 925.2??? 888.4 傳動比??? 1??? 1??? 5??? 5??? 1 效率??? 1??? 0.99??? 0.97??? 0.97??? 0.97 傳動件設計計算 1． 選精度等級、材料及齒數 1） 材料及熱處理； 選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 2） 精度等級選用7級精度； 3） 試選小齒輪齒數z1＝20，大齒輪齒數z2＝100的； 4） 選取螺旋角。初選螺旋角β＝14° 2．按齒面接觸強度設計 因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數據進行計算 按式（10—21）試算，即??? dt≥ 1） 確定公式內的各計算數值 （1） 試選Kt＝1.6 （2） 由圖10－30選取區(qū)域系數ZH＝2.433 （3） 由表10－7選取尺寬系數φd＝1 （4） 由圖10－26查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，則εα＝εα1＋εα2＝1.62 （5） 由表10－6查得材料的彈性影響系數ZE＝189.8Mpa （6） 由圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限σHlim2＝550MPa； （7） 由式10－13計算應力循環(huán)次數 N1＝60n1jLh＝60×192×1×（2×8×300×5）＝3.32×10e8 ???? N2＝N1/5＝6.64×107 （8） 由圖10－19查得接觸疲勞壽命系數KHN1＝0.95；KHN2＝0.98 （9） 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1％，安全系數S＝1，由式（10－12）得 ???? [σH]1＝＝0.95×600MPa＝570MPa ???? [σH]2＝＝0.98×550MPa＝539MPa ???? [σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5MPa 2） 計算 （1） 試算小齒輪分度圓直徑d1t d1t≥ = =67.85 （2） 計算圓周速度 v= = =0.68m/s （3） 計算齒寬b及模數mnt b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm mnt= = =3.39 h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm b/h=67.85/7.63=8.89 （4） 計算縱向重合度εβ 　　　　　　εβ= =0.318×1×tan14 =1.59 （5） 計算載荷系數K ???? 已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1 根據v=0.68m/s,7級精度，由圖10—8查得動載系數KV=1.11；由表10—4查的KHβ的計算公式和直齒輪的相同， 故????? KHβ=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42 由表10—13查得KFβ=1.36 由表10—3查得KHα=KHα=1.4。故載荷系數 ???? K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05 （6） 按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，由式（10—10a）得 ???? d1= = mm=73.6mm （7） 計算模數mn ???? mn = mm=3.74 3．按齒根彎曲強度設計 由式(10—17 mn≥ 1） 確定計算參數 （1） 計算載荷系數 K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96 （2） 根據縱向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59，從圖10－28查得螺旋角影響系數??? Yβ＝0。88 （3） 計算當量齒數 z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89 ?? z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47 （4） 查取齒型系數 由表10－5查得YFa1=2.724；Yfa2=2.172 （5） 查取應力校正系數 由表10－5查得Ysa1=1.569；Ysa2=1.798 （6） 計算[σF] σF1=500Mpa σF2=380MPa KFN1=0.95 KFN2=0.98 [σF1]=339.29Mpa [σF2]=266MPa （7） 計算大、小齒輪的 并加以比較 = =0.0126 = =0.01468 ???? 大齒輪的數值大。 2） 設計計算 mn≥ =2.4 mn=2.5 4．幾何尺寸計算 1） 計算中心距 z1 =32.9，取z1=33 z2=165 a =255.07mm a圓整后取255mm 2） 按圓整后的中心距修正螺旋角 β=arcos =13 55’50” 3） 計算大、小齒輪的分度圓直徑 d1 =85.00mm d2 =425mm 4） 計算齒輪寬度 ???? b=φdd1 b=85mm B1=90mm，B2=85mm 5） 結構設計 以大齒輪為例。因齒輪齒頂圓直徑大于160mm，而又小于500mm，故以選用腹板式為宜。其他有關尺寸參看大齒輪零件圖。 軸的設計計算 擬定輸入軸齒輪為右旋 II軸： 1．初步確定軸的最小直徑 d≥ ＝ =34.2mm 2．求作用在齒輪上的受力 Ft1= =899N Fr1=Ft =337N Fa1=Fttanβ=223N； Ft2=4494N Fr2=1685N Fa2=1115N 3．軸的結構設計 1） 擬定軸上零件的裝配方案 ?????????? i.??????? I-II段軸用于安裝軸承30307，故取直徑為35mm。 ???????? ii.??????? II-III段軸肩用于固定軸承，查手冊得到直徑為44mm。 ???????? iii.??????? III-IV段為小齒輪，外徑90mm。 ???????? iv.??????? IV-V段分隔兩齒輪，直徑為55mm。 ???????? v.??????? V-VI段安裝大齒輪，直徑為40mm。 ???????? vi.??????? VI-VIII段安裝套筒和軸承，直徑為35mm。 2） 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1.????? I-II段軸承寬度為22.75mm，所以長度為22.75mm。 2.????? II-III段軸肩考慮到齒輪和箱體的間隙12mm，軸承和箱體的間隙4mm，所以長度為16mm。 3.????? III-IV段為小齒輪，長度就等于小齒輪寬度90mm。 4.????? IV-V段用于隔開兩個齒輪，長度為120mm。 5.????? V-VI段用于安裝大齒輪，長度略小于齒輪的寬度，為83mm。 6.????? VI-VIII長度為44mm。 4． 求軸上的載荷 ?? 66??????? 207.5??????? 63.5 Fr1=1418.5N Fr2=603.5N 查得軸承30307的Y值為1.6 Fd1=443N Fd2=189N 因為兩個齒輪旋向都是左旋。 故：Fa1=638N Fa2=189N 5．精確校核軸的疲勞強度 1） 判斷危險截面 由于截面IV處受的載荷較大，直徑較小，所以判斷為危險截面 2） 截面IV右側的 截面上的轉切應力為 由于軸選用40cr，調質處理，所以 （[2]P355表15-1） a)??? 綜合系數的計算 由 ， 經直線插入，知道因軸肩而形成的理論應力集中為 ， ， （[2]P38附表3-2經直線插入） 軸的材料敏感系數為 ， ， （[2]P37附圖3-1） 故有效應力集中系數為 查得尺寸系數為 ，扭轉尺寸系數為 ， （[2]P37附圖3-2）（[2]P39附圖3-3） 軸采用磨削加工，表面質量系數為 ， （[2]P40附圖3-4） 軸表面未經強化處理，即 ，則綜合系數值為 b)??? 碳鋼系數的確定 碳鋼的特性系數取為 ， c)??? 安全系數的計算 軸的疲勞安全系數為 故軸的選用安全。 I軸： 1．作用在齒輪上的力 FH1=FH2=337/2=168.5 Fv1=Fv2=889/2=444.5 2．初步確定軸的最小直徑 3．軸的結構設計 1） 確定軸上零件的裝配方案 2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 d)??? 由于聯軸器一端連接電動機，另一端連接輸入軸，所以該段直徑尺寸受到電動機外伸軸直徑尺寸的限制，選為25mm。 e)??? 考慮到聯軸器的軸向定位可靠，定位軸肩高度應達2.5mm，所以該段直徑選為30。 f)??? 該段軸要安裝軸承，考慮到軸肩要有2mm的圓角，則軸承選用30207型，即該段直徑定為35mm。 g)??? 該段軸要安裝齒輪，考慮到軸肩要有2mm的圓角，經標準化，定為40mm。 h)??? 為了齒輪軸向定位可靠，定位軸肩高度應達5mm，所以該段直徑選為46mm。 i)??? 軸肩固定軸承，直徑為42mm。 j)??? 該段軸要安裝軸承，直徑定為35mm。 2） 各段長度的確定 各段長度的確定從左到右分述如下： a)??? 該段軸安裝軸承和擋油盤，軸承寬18.25mm，該段長度定為18.25mm。 b)??? 該段為軸環(huán)，寬度不小于7mm，定為11mm。 c)??? 該段安裝齒輪，要求長度要比輪轂短2mm，齒輪寬為90mm，定為88mm。 d)??? 該段綜合考慮齒輪與箱體內壁的距離取13.5mm、軸承與箱體內壁距離取4mm（采用油潤滑），軸承寬18.25mm，定為41.25mm。 e)??? 該段綜合考慮箱體突緣厚度、調整墊片厚度、端蓋厚度及聯軸器安裝尺寸，定為57mm。 f)??? 該段由聯軸器孔長決定為42mm 4．按彎扭合成應力校核軸的強度 W=62748N.mm T=39400N.mm 45鋼的強度極限為 ，又由于軸受的載荷為脈動的，所以 。 III軸 1．作用在齒輪上的力 FH1=FH2=4494/2=2247N Fv1=Fv2=1685/2=842.5N 2．初步確定軸的最小直徑 3．軸的結構設計 1） 軸上零件的裝配方案 2） 據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 ?? I-II??? II-IV??? IV-V??? V-VI??? VI-VII??? VII-VIII 直徑??? 60??? 70??? 75??? 87??? 79??? 70 長度??? 105??? 113.75??? 83??? 9??? 9.5??? 33.25 5．求軸上的載荷 Mm=316767N.mm T=925200N.mm 6. 彎扭校合 滾動軸承的選擇及計算 I軸： 1．求兩軸承受到的徑向載荷 5、 軸承30206的校核 1） 徑向力 2） 派生力 3） 軸向力 由于 ， 所以軸向力為 ， 4） 當量載荷 由于 ， ， 所以 ， ， ， 。 由于為一般載荷，所以載荷系數為 ，故當量載荷為 5） 軸承壽命的校核 II軸： 6、 軸承30307的校核 1） 徑向力 2） 派生力 ， 3） 軸向力 由于 ， 所以軸向力為 ， 4） 當量載荷 由于 ， ， 所以 ， ， ， 。 由于為一般載荷，所以載荷系數為 ，故當量載荷為 5） 軸承壽命的校核 III軸： 7、 軸承32214的校核 1） 徑向力 2） 派生力 3） 軸向力 由于 ， 所以軸向力為 ， 4） 當量載荷 由于 ， ， 所以 ， ， ， 。 由于為一般載荷，所以載荷系數為 ，故當量載荷為 5） 軸承壽命的校核 鍵連接的選擇及校核計算 ?? 代號??? 直徑 （mm）??? 工作長度 （mm）??? 工作高度 （mm）??? 轉矩 （N?m）??? 極限應力 （MPa） 高速軸??? 8×7×60（單頭）??? 25??? 35??? 3.5??? 39.8??? 26.0 ?? 12×8×80（單頭）??? 40??? 68??? 4??? 39.8??? 7.32 中間軸??? 12×8×70（單頭）??? 40??? 58??? 4??? 191??? 41.2 低速軸??? 20×12×80（單頭）??? 75??? 60??? 6??? 925.2??? 68.5 ?? 18×11×110（單頭）??? 60??? 107??? 5.5??? 925.2??? 52.4 由于鍵采用靜聯接，沖擊輕微，所以許用擠壓應力為 ，所以上述鍵皆安全。 連軸器的選擇 由于彈性聯軸器的諸多優(yōu)點，所以考慮選用它。 二、高速軸用聯軸器的設計計算 由于裝置用于運輸機，原動機為電動機，所以工作情況系數為 ， 計算轉矩為 所以考慮選用彈性柱銷聯軸器TL4（GB4323-84），但由于聯軸器一端與電動機相連，其孔徑受電動機外伸軸徑限制，所以選用TL5（GB4323-84） 其主要參數如下： 材料HT200 公稱轉矩 軸孔直徑 ， 軸孔長 ， 裝配尺寸 半聯軸器厚 （[1]P163表17-3）（GB4323-84 三、第二個聯軸器的設計計算 由于裝置用于運輸機，原動機為電動機，所以工作情況系數為 ， 計算轉矩為 所以選用彈性柱銷聯軸器TL10（GB4323-84） 其主要參數如下： 材料HT200 公稱轉矩 軸孔直徑 軸孔長 ， 裝配尺寸 半聯軸器厚 （[1]P163表17-3）（GB4323-84 減速器附件的選擇 通氣器 由于在室內使用，選通氣器（一次過濾），采用M18×1.5 油面指示器 選用游標尺M16 起吊裝置 采用箱蓋吊耳、箱座吊耳 放油螺塞 選用外六角油塞及墊片M16×1.5 潤滑與密封 一、齒輪的潤滑 采用浸油潤滑，由于低速級周向速度為，所以浸油高度約為六分之一大齒輪半徑，取為35mm。 二、滾動軸承的潤滑 由于軸承周向速度為，所以宜開設油溝、飛濺潤滑。 三、潤滑油的選擇 齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設備，選用L-AN15潤滑油。 四、密封方法的選取 選用凸緣式端蓋易于調整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉軸唇型密封圈實現密封。 密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。 軸承蓋結構尺寸按用其定位的軸承的外徑決定。 設計小結 由于時間緊迫，所以這次的設計存在許多缺點，比如說箱體結構龐大，重量也很大。齒輪的計算不夠精確等等缺陷，我相信，通過這次的實踐，能使我在以后的設計中避免很多不必要的工作，有能力設計出結構更緊湊，傳動更穩(wěn)定精確的設備。 參考資料目錄 [1]《機械設計課程設計》，高等教育出版社，王昆，何小柏，汪信遠主編，1995年12月第一版； [2]《機械設計（第七版）》，高等教育出版社，濮良貴，紀名剛主編，2001年7月第七版； [3]《簡明機械設計手冊》，同濟大學出版社，洪鐘德主編，2002年5月第一版； [4]《減速器選用手冊》，化學工業(yè)出版社，周明衡主編，2002年6月第一版； [5]《工程機械構造圖冊》，機械工業(yè)出版社，劉希平主編 [6]《機械制圖（第四版）》，高等教育出版社，劉朝儒，彭福蔭，高治一編，2001年8月第四版； [7]《互換性與技術測量（第四版）》，中國計量出版社，廖念釗，古瑩庵，莫雨松，李碩根，楊興駿編，2001年1月第四版