减速器说明书

来源:互联网 发布:高达模型淘宝 编辑:程序博客网 时间:2024/04/20 12:04

 

目录

一.设计题目……………………………………………………………………………………2

二.选择电动机…………………………………………………………………………………2

三.传动装置传动比分配………………………………………………………………………3

四.传动装置运动和动力参数计算……………………………………………………………4

五.齿轮传动的设计……………………………………………………………………………6

(1) 高速齿轮传动设计计算………………………………………………………………8

(2) 低级齿轮传动设计计算………………………………………………………………10

六.轴的设计……………………………………………………………………………………12

(1) 低速轴设计……………………………………………………………………………12

(2) 中间轴设计……………………………………………………………………………18

(3) 高速轴设计……………………………………………………………………………21

七.滚动轴承的校核计算………………………………………………………………………22

(1) 低速轴滚动轴承的校核计算…………………………………………………………22

(2) 高速、低速轴承的校核计算…………………………………………………………23

八.键的选择计算及强度校核…………………………………………………………………24

1)低速轴的选择计算及强度校核………………………………………………………24

2)中间轴的选择计算及强度校核………………………………………………………25

3)高速轴的选择计算及强度校核………………………………………………………25

九.联轴器的选择………………………………………………………………………………25

1)低速级轴联轴器选择…………………………………………………………………25

2)高速级轴联轴器选择…………………………………………………………………26

十.润滑油及润滑方式的选择…………………………………………………………………26

1)齿轮润滑………………………………………………………………………………26

2)轴承润滑………………………………………………………………………………27

十一.箱体及附件的设计………………………………………………………………………27

十二.绘制零件的工作图的装配图……………………………………………………………27

参考文献 ……………………………………………………………………………………29

《机械设计》课程设计

一、   设计题目:

设计一用于带式运输机上的传动及减速装置。设计使用期限5年(每年工作日300天),双班制工作,单向运转。传动简图如下。

传动装置布置图

原始数据如下表1-1

带拉力FN

带速度Vm/s

滚筒直径Dmm

3200

1.1

250

二、   选择电动机,确定传动方案及计算运动参数

电动机参数确定

1.如图1所示带式运输机,其电动机所需的工作功率为

电动机到运输机的传动总效率为:

式中: 分别为传动装置布置图中刚性联轴器2(结构简单、成本低、适于高速、载荷平稳)、轴承、齿轮传动、扰性联轴器1(缓冲、减振、维护方便、承载能力较高)和卷筒的传动效率取

,则,

  ,所以

 

1.        选用电动机

JB/T9616 1999选用Y132M1-6三相异步电动机,主要参数如下表1-2

 

额定功率

/KW

起动电流

————

额定电流

起动转矩

————

额定转矩

最大转矩

————

额定转矩

转速r/min

%

功率因数

电流A

Y132

M1-6

4

960

84.0

0.77

9.4

6.5

2.0

2.2

三、  传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配

根据电动机满载转速 和工作机转速 ,可得传动装置的总传动比为:

对于展开式二级圆柱齿轮减速器,在两级材质及齿宽系数接近的情况下,两级齿轮传动比可按下式分配:

              式中, 分别为高速级和低速级齿轮的传动比,为减速器的传动比。取

因闭式传动取高速级小齿轮齿数 Z1=24

大齿轮齿数 Z2= Z1 =243.927=95

齿数比 u1= Z1/ Z2=95/24=3.958

低速级小齿轮齿数 Z3=30

      大齿轮齿数 Z4=302.909=88

齿数比 u2= Z3/ Z4=59/28=2.107

实际总传动比 =u1u2=Z4 Z2/Z3Z1=8895/(30 24)=11.611

核验工作机驱动卷筒的转速误差

    卷筒的实际转速 mm/min

转速误差:

合乎要求。

四、  传动装置运动和动力参数的计算

    方便设计计算将传动装置种各轴由高速至低速依次定为I轴、II轴、III轴和IV轴, 分别为三轴和工作轴的转速(r/min); 分别为三轴和工作轴的功率(KW; 分别为三轴和工作轴的输入转矩(Nm; 分别为电动至I轴、I轴至II轴、II轴至III轴、III轴至工作轴之间的传动比; 分别为电动至I轴、I轴至II轴、II轴至III轴、III轴至工作轴之间的传动效率。

若按电动机至工作辆的顺序进行推算,则可得到各轴的运动和动力参数如下:

各轴转速:

  各轴输入功率

     I - III轴至卷筒轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.98,故各轴的输出功率为:

  各轴的输入转矩

            

      I - III轴至卷筒轴的输出转矩则分别为输入转矩乘轴承效率0.98,故各轴的输出功率为:

将上述计算结果列入表1-3,供以后设计计算使用。

1-3   运动和动力参数

效率P KW

转矩T ()

转速

r/min

传动比

i

 

输入

输出

输入

输出

电动机轴

 

3.98

 

39.59

960

1

0.99

I

3.94

3.86

39.19

38.41

960

0.98

3.927

II

3.75

3.675

146.50

143.57

244.46

0.97

2.909

III

3.56

3.489

404.55

396.50

84.04

0.98

1

IV

3.32

3.25

377.27

369.73

84.04

0.96

五、  齿轮传动的设计

高速齿轮传动设计计算

1)选择材料确定极限应力

运输机为一般工作机,速度不高,故选用7级精度,直柱圆柱齿轮传动。由转动装置图、上述计算数据和机械设计资料,选小齿轮40Cr调质,280HB;大齿轮45钢(调质),220HB

2)       按齿面接触强度设计

1.由设计计算公式: 式中取Kt=1.3

,小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限

2.计算应力循环次数

查机械设计资料得接触疲劳寿命系数

3.计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%,安全系数S=1

           

4.计算

   试算小齿轮分度圆直径d1t,代入3步中最小值

  

计算圆周速度V和齿宽b

3) 校核接触疲劳强度

模数mt=d1/z1=46.336/24=1.93mm  mn=1.8mm

螺旋角

中心距a=0.5mn(z1+z2)/cos

=

a=115mm重新计算螺旋角t和分度圆直径

则螺旋角系数

由运输工作机的使用条件选 KA=1.1再由V=2.328m/s查得动载系数KV=1.08

求齿间载荷分配系数

选求:Ft=2T1/d1=

      KA F1/b=

由《机械设计》查表10-3查得 = =1.2

由表10-4查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置,

     

b/h=b/(2.25mt)=46.336/(2.25*1.93)=10.67, 查《机械设计》查图10-13 ;故载荷系数:

比试用Kt=1.3过大,需按实际的载荷校正所算得的分度圆直径,故

4)弯曲疲劳强度校核

当量齿数: 重合度系数:

轴向重合度:

螺旋角系数:

由《机械设计》查表10-5查得齿形系数:YFa1=2.65 ,YFa2=2.19

                    应力校正系数: Ysa1 =1.58 , Ysa2=1.785

计算载荷系数    

由《机械设计》查表10-5查得弯曲疲劳极限

由《机械设计手册》查得最小安全系数  SFmin=1.25

                          尺寸系数  mn=1.8Yx=1

由应力循环次数 查《机械设计》图10-18查得寿命系数   KFN1=0.86     KFN2=0.90

许用应力: 

验算:

强度足够符合。

高速级齿轮传动设计

1)高速级齿轮传动的几何尺寸见下表1-4

  

  /mm

法面模数

mn

1.8

螺旋角

21.361

法面压力角

n

分度圆直径

d1

46.336

d2

183.614

 

齿顶圆直径`

 

齿根圆直径

 

中心距

 

115

 

齿

2)高速级齿轮传动的结构设计

小齿轮1分度圆直径较小(49.936160mm),一般采用实心齿轮结构:

大齿轮2的结构尺寸按下表1-5所示:

 

结构尺寸计算公式

结果  /mm

轮毂处直径D1

D1=1.6d=1.6*45

72

轮毂轴尺寸L

L=1.2~1.5d

54

腹板厚C

C=0.3b2

21

倒角尺寸n

n=0.5 mn

0.9

续表

齿根圆处厚度

7

腹板最大直径D0

D0=

166

板孔分布圆直径D2

D2=0.5(D0+D1)

119

板孔直径d1

d1=0.25(D0-D1)

23.5

低级齿轮传动设计

1)低速级齿轮传动设计计算方法、过程、结构设计同高速级(略),经过设计计算低速级齿轮传动尺寸按下表1-6所示:

 

  /mm

法面模数

mn

2.3

螺旋角

法面压力角

分度圆直径

66.198

194.181

 

齿顶圆直径`

 

齿根圆直径

 

中心距

 

63.217

 

齿

2)小齿轮3由于直径较小(70.798160mm时),采用实心齿轮结构:

3)大齿轮4的结构尺寸按下表1-5所示:

 

结构尺寸计算公式

结果  /mm

轮毂处直径D4

D4=1.6d=1.6*60

96

轮毂轴尺寸L

L=1.2~1.5d

78

腹板厚C

C=0.3b2

18

倒角尺寸n

n=0.5 mn

1.15

齿根圆处厚度

8

腹板最大直径D0

D0=

172.5

板孔分布圆直径D4

D4=0.5(D0+D4)

134.25

 

续表

板孔直径d4

d4=0.25(D0-D4)

19.125

六、轴的设计

此运输机传动装置减速器为二级展开式,多采用阶梯轴,运输

机传动装置工作时运转要平稳,一般先对低速轴的设计。

低速轴设计

1.        选择轴的材料

轴的材料一般与齿轮材料相同选用45钢调质,由《机械设计》查得屈服强度极限 、许用弯曲应力 、硬度220HB

2.        确定轴的最小直径

由上述轴的材料查《机械设计》表15-3,取A0=112,于是得:

由以上数据知道该最小直径显然是联轴器处轴的直径dL,为使联轴器的孔径与该数据相适,故需选择联轴器型号。

联轴器的计算转矩 ,查《机械设计》表14-1,考虑到转矩变化不大,取KA=1.5,则 查标准GB-/T5014-1985选用HL3,其额定转矩为630N.m,半联轴器的孔径dL=40mm,半联轴器的长度L=84mm,半联轴器与轴配合毂孔长度Lo=62mm

故低速轴的最小直径

3.        轴的结构设计

1)拟定轴上零件的装配方案

为了便于装配零件并去掉毛刺,轴端应制出45度的倒角;采用砂轮越程槽以便磨削加工的轴段。现选用图3所示的装配方案。

2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

为了满足半联轴器轴向要求,-Ⅱ轴段右端制出一轴肩,定位轴肩高度取(0.007-0.1d半联轴器的孔径dL=40mm,故Ⅱ-Ⅲ段的直径d-=43mm;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径D=45mm。半联轴器与轴配合毂孔长度L0=62mm,为了保证轴挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故-Ⅱ轴段的长度比Lo略短一些,现取L-=60mm.

初步选择滚动国轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d-=43mm,由《机械设计手册》初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30209GB/T297-1994,其尺寸,d-=d-=45mm;L-=20.75mm

   右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。定位轴肩高度h=(0.07~0.1)d=2.5mm,d-=50mm

取安装齿轮处的轴肩-的直径d-=60mm(由上齿轮4的设计计算可知),齿轮的左端和左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮4轮毂的宽度为78mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂的宽度,故取L-=75mm。右端采用轴肩定位,轴肩高度取(0.07-0.1d ,取h= 7mm,

则轴环处的直径d-=67mm,轴环宽度b1.4h,L-=8mm,

轴承端盖的宽度和直径确定。选用凸缘式轴承盖(调整方便、密封性能好),由上知滚动轴承直径D=85mm《机械设计手册》

选用端盖螺栓直径为10mm,螺钉数目为4,螺栓孔直径D0=d+2.5d0=118mm, 端盖直径d1> D0+1.2 d0, d1=134mm 宽度为10mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器的距离L=30mm,故取L-=50mm(参看图1-3)。

取齿轮距箱体最近内壁距离a=14mm(参照图3-b,考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离S,取S=5mm(参照图3-b),已知滚动轴承宽度T=20.75mm。中间轴两齿轮距离c=20mm(参照图3-b),齿轮1轮毂长L1=54mm,齿轮2轮毂长L2=54mm,齿轮3轮毂长L3=86mm, 齿轮4轮毂长L4=82mm,则:

L-=T+S+a+( L4-75)=20.75+5+14+78-75=42.75mm

L-= L2+c+a+s- L-=54+20+14+5-8=85mm

 3)轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按d-=60mm查手册(GB/T1096-1990)得平键 , ,键槽用键槽铣刀加工,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6;同样,半轴联器与轴联接,选用平键 ,键槽半径取R=b/2。半联轴器与轴的配合为h7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选 轴的直径尺寸公差为m6

4)确定轴上圆角和倒角尺寸

各轴肩圆角半径见图3-a,倒角均取为

5.求轴上的载荷

首先根据轴的结构图(图3-a),做出轴的计算简图(图4-(a))。在确定轴承的支点位置时,从《机械手册》查得30209单列圆锥滚子轴承a=18.6mm。由图3-a可知简支梁的轴的支承跨距L2+L3=71mm+134.3mm=205.3mm。根据图4的计算出轴的弯矩图和扭矩图(见图4)。

1)计算轴上的作用力:

齿轮4

2)计算支反力:绕支点D点力矩和 ,

同理,绕支点B点力矩和 ,

3)转矩,绘弯矩图

水平面弯矩图:见图4-b

C处弯矩:

垂直平面弯矩图:见图4-c

C处弯矩:

合成弯矩:见图4-d

    

    4)转矩及转矩图: 见图4-e

5)计算当量弯矩

应力校正系数

C处:

从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是危险截面。现将以上计算结果列于下表

水平面

垂直面

支反力F

M

总弯矩MC

T

6.按弯矩合成应力校核轴的强度

进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即截面C)。轴的计算应力为:

前面选定轴材料为45钢调质,许用弯曲应力 ,因此 ,故轴安全可靠。

中间轴设计   

1.轴材料选择:中间轴是齿轮轴,应与齿轮3的材料相同,故材料为40Cr调质,280HB

2.轴径计算

由上述轴的材料查《机械设计》表15-3,取A0=112,于是得:

      d=40mm

3.轴的结构设计(参考图5

1)划分轴段

轴颈段L -L-;齿轮轴段L -L-;轴承安装定位轴段L-;轴肩L-Ⅳ。

2)确定各轴段直径

由齿轮设计计算阶段可知:齿轮2的直径d2=45mm,齿轮3的分度圆直径df3=49.936mm, d3=45mm,该轴选用阶梯轴形式。

初选滚动轴承,查《机械手册》选用代号为30207单列圆锥滚子轴承,其尺寸为 ,轴承安装尺寸d4=42mm;故d1=d5=d=35mm

齿轮2定位轴肩高度h=(0.07~0.1)d=0.135=3.5mm,该处的直径为d2=52mm,

3)               确定各轴段长度(参考图5

按轴上零件的轴向尺寸有零件相对位置(同低速级轴),L-Ⅷ为低速级轴-轴段距离,综上可得:

L-=T+ L套筒=18.25mm+10mm=28.25mm             

L-=L 轮毂轴=50mm

L-Ⅳ≥1.4h,L-=20mm      

L-=b1=86mm

L-= L-- L-- L-- L-- L -- L -=231.5-28.25-50-20-86-18.25=25mm

L-= T =18.25mm

4)轴上零件的周向定位同低速级,见图5

5)确定轴上圆角和倒角尺寸 

各轴肩圆角半径见图3-a,倒角均取为

6)齿轮与轴的周向定位采用平键联接。按d-=45mm查手册(GB/T1096-1990)得平键 ,键槽半径取R=b/2=7mm,键槽用键槽铣刀加工,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6;滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选 轴的直径尺寸公差为m6

7) 轴承端盖的宽度和直径确定。选用凸缘式轴承盖(调整方便、密封性能好),由滚动轴承外圈直径d=72mm《机械设计手册》选用端盖螺栓直径为d0=10mm,螺钉数目为4,螺栓孔直径D0=d+2.5d0=97mm, 端盖直径d1> D0+1.2 d0, d1=110mm,宽度为10mm

 8)按许用弯曲应力校核过程同于低速级轴(略)

弯矩、扭矩图同低速级轴(略)

水平面

垂直面

支反力F

M

T

 

续表

 

总弯矩MC

中轴受力下图如图6所示:

现将中间轴受力计算结果列于下表

9)按弯矩合成应力校核轴的强度

进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即截面CD)。轴的计算应力为:

前面选定轴材料为40Cr调质,许用弯曲应力 ,因此 ,故轴安全可靠。

高速级轴设计

1.        轴的材料:由于该轴是齿轮轴,与齿轮1的材料相同为小齿轮40Cr调质,280HB;设计的全过程同于低速轴(略)

3. 按许用弯曲应力校核过程同于低速级轴(略)

   弯矩、扭矩图同低速级轴(略)

现将中间轴受力计算结果列于下表

水平面

垂直面

支反力F

M

总弯矩MC

T

9)按弯矩合成应力校核轴的强度

进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即截面B)。轴的计算应力为:

前面选定轴材料为40Cr调质调质,许用弯曲应力 ,因此 ,故轴安全可靠。

七、滚动轴承的校核计算

   .低速轴滚动轴承的校核计算

   低速轴滚动轴承选用型号为30209GB/T297-1994,其尺寸 。由《机械课程设计》表13-17查出基本额定动、静载荷分别为 ,计算系数e=0.4, Y=1.5

    1.作用在轴承上的负荷

    1)径向负荷

A处轴承:

    B处轴承:

2)轴向负荷 :

2.        3)由以上数据可以作出轴承受简图见图七

 

轴承内部轴向力:

因为FA+S2 =1376.9+511=1887.9>1333.2= S1,故左端被压紧,所以:Fa1= FA+S2 =1887.9N     Fa2= S2=511N

2.计算当量动负荷

       

所以 

同上:  

所以 

3.验算轴承寿命

Pr1>Pr2,故只需验算轴承1的。

轴承寿命同运输机寿命相同为:

       轴承实际寿命为:

 

具有足够的寿命。

高速、中间轴滚动轴承的校核计算同低速轴承计算(略)

中间滚动轴承选用型号为30207GB/T297-1994,其尺寸

高速轴滚动轴承选用型号为30206GB/T297-1994,其尺寸

经验算结果均具有足够的寿命。

八、键的选择计算及强度校核

    1. 低速级轴轴上键的选择在低速级轴设计过程中已选择

     1)选择参数:齿轮4与轴的联接     

键槽半径取  R=b/2=9mm    键处轴径d4=60mm

半联轴器1与轴联接 

键槽半径取  R=b/2=6mm     键处轴径d1=40mm

 2)强度校核:查出键静联接的挤压许用应力:

=120MPa =150MPa

     <   符合

  >   不符合

故需重选平键:由GB/T1096-1990查得

<   符合

2. 中间轴轴上键的选择在中间轴设计过程中已选择

1)选择参数:齿轮2与轴的联接   

键槽半径取  R=b/2=7mm  键处轴径d4=45mm

2)强度校核:查出键静联接的挤压许用应力:

=100MPa

     <   符合

3. 高速级轴轴上键的选择在高速级轴设计过程中已选择

    1)选择参数:联轴器与轴的联接   

键槽半径取  R=b/2=4mm  键处轴径d1=22mm

2)强度校核:查出键静联接的挤压许用应力: =100MPa

       <   符合

以上键槽均用键槽铣刀加工。

九、联轴器的选择

   1.低速级轴联轴器选择

由轴上的功率P3、转速n3得最小直径:

           查《机械设计》表15-3,取A0=112由以上数据知道该最小直径显然是联轴器处轴的直径dL,为使联轴器的孔径与该数据相适,联轴器的计算转矩 ,查《机械设计》表14-1,考虑到转矩变化不大,需要有一定缓冲、减振,且要求维护方便、承载能力较高,取KA=1.5,则 查标准GB-/T5014-1985选用HL3铸铁弹性柱销联轴器,其额定转矩为630N.m,许用转速n=5000r/min,半联轴器的孔径dL=40mm,半联轴器的长度L=84mm,半联轴器与轴配合毂孔长度Lo=62mm

 2.高速级轴联轴器选择

同上可得联轴器最小直径 ,联轴器的转矩 ,考虑到该联轴器结构简单、成本低、适于高速、载荷平稳,查标准GB-/T5843-1986选用YL5铸铁凸缘式联轴器,其额定转矩为63N.m,许用转速n=5500r/min,半联轴器的孔径dL=22mm,半联轴器的长度L=84mm,半联轴器与轴配合毂孔长度Lo=38mm,螺栓4颗,螺栓直径M8

十、润滑油及润滑方式的选择

 1.齿轮润滑

此减速器装置是采用闭式,齿轮传动为二级(圆柱)展开式,其齿轮的最大线速度: <12m/s。故选用机械油AN15型号(GB443-89)浸油润滑方式,浸油深度为h=4mm,二级圆柱齿轮减速器需设一个(浸油)小齿轮以使第一级齿轮得到良好的润滑,详见装配图。

2.        轴承润滑

滚动轴承在本设计中均采用单列圆锥滚子轴承。其轴颈和转速的最大积 ,故可以采用脂润滑,便于密封、维护、运转时间长且不易流失,查《机械课程设计》选用1号通用锂基润滑脂(GB 7324-87)。

十一、箱体及附件的设计

 带式运输机运输机是一般传动装置,箱体的材料选择用灰铸铁(HT200),有良好的减振性能,使用铸造方法方便、简单、经济、实用。上箱盖用曲壁,下箱盖采用直壁,上、下分箱面做成水平。箱体尺寸由上轴及轴承设计可知 ,箱体厚度由上轴的设计可知箱体轴承处厚度为30.75mm。为使箱体壁厚均匀,过度平缓,壁厚由《机械课程设计》查得为10mm。铸造外圆角R=4mm,内圆角一般取R0=6mm(具体随零件尺寸而定)。上、下箱盖选用(GB/T5277-1985)螺纹直径为12mm,螺栓数目8颗,地脚螺纹直径20mm, 螺栓数目4颗,材料选用Q235-A。在箱盖上设计视孔盖有便观察减速箱内部情况,箱盖、箱座、轴承盖、放油孔需加装纸封油垫。