盘磨机传动装置中的中间轴设计【含CAD图纸说明书UG三维】
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材料成型及控制专业机械原理与零件课程设计 材料成型及控制专业机械原理与零件课程设计题目:盘磨机传动装置中的中间轴设计班级: 学号: 姓名: 2016年7月机械设计课程设计任务书_资源与材料学院 系 材料成型及控制工程 专业 班 姓名 设计日期 _ 年07月18日 _ 至 年07月23日 指导教师_ _ 1 设计题目:盘磨机传动装置中的中间轴设计1电动机;2、4联轴器;3圆柱斜齿轮减速器;5开式圆锥齿轮传动;6主轴;7盘磨2 原始数据及工作要求:组别n主(rpm)i锥P电(Kw)n电(rpm)5023414403 设计工作量:设计说明书1份;中间轴主视图和三维图,2号图两张目录1.盘磨机传动装置中的中间轴及分析41.1 盘磨机传动装置用途及基本原理41.2 盘磨机传动装置中的中间轴设计任务41.2.1 设计任务41.2.2 系统传动原理图51.3 盘磨机传动装置中的中间轴设计思路52.项目组织与分工62.1 项目组织与分工62.2 进度安排63.传动系统分析73.1 电机的选择73.2 传动系数的运动73.2.1总传动比及分配各级的传动比73.2.2 传动参数的计算73.3 传动零件的设计83.3.1 高速级斜齿轮的设计和计算83.3.2 低速级斜齿轮的设计和计算114.中心轴设计154.1 中心轴的结构设计154.1.1 确定中心轴上参数154.1.2 确定轴的最小直径154.1.3 拟定轴上零件的装配方案154.1.4 轴的各段直径和长度。154.1.5 轴上零件的周向定位164.1.6 轴上的圆角和倒角164.2 轴的校核164.2.1 绘制轴的受力图174.2.3 计算轴上的作用力:174.2.4 计算支撑反力175.零件图纸205.1 二维图纸205.2 三维图示21参考文献21附录:221.盘磨机传动装置中的中间轴及分析1.1 盘磨机传动装置用途及基本原理 盘磨机中最重要的部件就是齿轮减速器,齿轮减速器在各行各业中十分广泛的使用着,是一种不可缺少的机械传动装置。圆柱齿轮减速器是最常用的机械传动机构之一,具有传递功率大,制造简单,维修方便,使用寿命长等诸多优点,是通用的机械部件,被广泛的应用于冶金、矿山、建筑、物料等搬运等行业。国外的减速器起步比较早,以德国、丹麦和日本处于领先地位,特别在材料和制造工艺方面占据优势,减速器工作可靠性好,使用寿命长但其传动形式任以定轴传动为主,体积和重量问题也未解决好,国内的减速器多以齿轮传动,蜗杆传动为主,但普遍存在着功率与重量比小,或者传动比大而机械效率过低的问题。另外,材料品质和工艺水平还有许多弱点,特别是大型减速器问题更突出,使用寿命不长。当今世界各国减速器及齿轮技术发展趋势是向六高,二低,二化方向发展。研究盘磨机的实质就是研究减速器,减速器中齿轮传动具有传动比准确,可用的传动比、圆周速度和传递功率范围都很大,以及传动效率高,使用寿命长,瞬时传动比为常数,结构紧凑,工作可靠等一系列优点。因此,齿轮传动及传动装置是机械工业中一大类重要的基础件。齿轮的设计是组织该类机械产品生产的依据和头道工序,因为是决定该产品技术性能和经济效益的重要环节,同时对轴的设计与校核也是是机械工业中不可缺少的环节,从某种意义上讲,轴的设计对整个减速器的传动具有十分重大的意义,因此,对盘磨机传动装置中的中间轴的设计具有重大的现实意义。1.2 盘磨机传动装置中的中间轴设计任务1.2.1 设计任务(1)设计盘磨机传动装置中的中间轴。(2)主要的技术参数。技术参数如下表1.1所示表1.1 盘磨机的技术参数组别n主(rpm)i锥P电(Kw)n电(rpm)502341440(3)工作条件每日工作时数为8h,工作年限为10年,传动不逆转,有轻微振动,主轴转速允许误差为5%。1.2.2 系统传动原理图方案图如下图1.1所示:图1.1 系统传动原理图注:1电动机;2、4联轴器;3圆柱斜齿轮减速器;5开式圆锥齿轮传动;6主轴;7盘磨1.3 盘磨机传动装置中的中间轴设计思路图1.2 设计思路流程图2.项目组织与分工我们是根据自己的特长,结合彼此间的优势互补而组成的。大家态度认真,分工明确,互帮互助,相互探讨,积极准备,团结一致,精诚合作。大家都积极、认真地完成自己的分工,总之,整个过程中大家统筹兼顾,也在这个过程当中对所学知识有了更深一步的了解。具体分工如下表2.1,表2.2所示:2.1 项目组织与分工表2.1 项目组织与分工情况姓名学号职位职责马家宾6146211组长对项目进行总体的安排与分工,主要承担盘磨机传动装置中的中间轴设计计算部分,以及任务书的撰写王 玉6146210组员资料的搜集和绘制中间轴的工作图以及三维建模部分赵路航6146108组员主要承担盘磨机传动装置中的中间轴校核部分王佳杰6146109组员写零件课程设计任务书以及最后的排版及打印2.2 进度安排表2.2 进度安排情况序号设计内容天数1设计准备(阅读和研究任务书、指导书)12查阅相关文献,设计高、低速级齿轮13设计盘磨机传动装置中的中间轴14校核盘磨机传动装置中的中间轴、零件图的绘制15编写课程设计说明书16总计53.传动系统分析3.1 电机的选择电机型号:额定功率为4KW,满载转速为1440r/min。3.2 传动系数的运动3.2.1总传动比及分配各级的传动比总传动比高速级的传动比,低速级传动比,锥齿轮传动比,减速箱传动比。总传动比:;锥齿轮传动比:;减速器传动比:;高速级传动比:; 低速级传动比:。(对于展开式二级圆柱齿轮减速器,两级齿轮的传动比可以按照计算)3.2.2 传动参数的计算(1)各轴的转速高速轴的转速:;中间轴的转速:;低速轴的转速:;主轴的转速:。(2)各轴的输入功率高速轴的输入功率:中间轴的输入功率:低速轴的输入功率:主轴的输入功率:;(其中,为联轴器的效率;为一对轴承的效率;为高速级齿轮的传动效率;为低速级齿轮传动效率;为锥齿轮的传动效率;查附录6.1常用零件的传递效率可得:;,)(3)各轴的输入转矩高速轴的输入转矩:中间轴的输入转矩:低速轴的输入转矩:主轴的输入转矩:3.3 传动零件的设计3.3.1 高速级斜齿轮的设计和计算(1)选精度等级,材料及齿数因传递功率不大,转速不高,小齿轮用40Gr,大齿轮用45号钢,锻选项毛坯,大齿轮、小齿轮调质处理,均采用软齿面,小齿轮的硬度为280HBS,大齿轮的硬度为240HBS。齿轮精度为7级,软齿面闭式传动,失效形式为点蚀。(详见附录表6.6 常用的齿轮材料及其力学性能)考虑到传动的平稳性,齿数宜取多些,取,则,取。选取螺旋角,初选螺旋角根据设计准则,对于闭式软齿面校核时,应先按齿面接触强度计算,然后校核齿根弯曲强度。(2)按齿面接触强度设计由按照齿面接触强度设计公式:,计算下面各量:1)选取载荷系数;由查询附录表6.4齿宽系数,可得;2)查询附录表6.5弹性系数;3)由齿面强度,查询附录表6.6常用的齿轮材料及其力学性能,可得大齿轮的接触疲劳强度极限;4)有设计公式计算应力循环次数:;5)取接触疲劳寿命系数;区域系数。6)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为0.01,安全系数S=1,具体参数详见附录表6.7 最小安全系数SH、SF的参考值,得:;7)取,则;8)输入转矩:计算及各项参数:1)2)圆周速度;3)计算载荷系数K,根据,7级精度,可得动载系数,;使用系数,当小齿轮相对支撑非对称布置时,故载荷系数:;4)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径:5)计算模数:(3)按齿根弯曲强度设计由齿根弯曲强度设计设计公式:确定公式的各项计算参数:1) 计算载荷系数K:;2) 由纵向重合度,可查的螺旋影响系数;3) 计算当量齿数:,;4) 齿形系数:;5) 应力校正系数:6) 小齿轮的弯曲疲劳强度;7) 大齿轮的弯曲疲劳强度;8) 弯曲疲劳强度寿命;9) 计算弯曲疲劳强度许用应力:;10)计算大、小齿轮的并加以比较:;比较两者数值发现:大齿轮的数值比较大设计计算及各项参数:对比计算结果,齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算模数,齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取,按接触强度算的分度圆直径,确定齿数经校核之后,螺旋角;因此取,。(4)几何尺寸计算高速级齿轮传动的几何尺寸如表3.1所示表3.1 高速级齿轮传动几何尺寸名称符号单位结果法面模数2法面压力角20螺旋角14.59分度圆直径41.30144.66齿宽45503.3.2 低速级斜齿轮的设计和计算(1)选精度等级,材料及齿数因传递功率不大,转速不高,小齿轮用40Gr,大齿轮用45号钢,锻选项毛坯,大齿轮、小齿轮调质处理,均采用软齿面,小齿轮的硬度为280HBS,大齿轮的硬度为240HBS。齿轮精度为7级,软齿面闭式传动,失效形式为点蚀。(详见附录表6.6 常用的齿轮材料及其力学性能)考虑到传动的平稳性,齿数宜取多些,取,则,取。选取螺旋角,初选螺旋角根据设计准则,对于闭式软齿面校核时,应先按齿面接触强度计算,然后校核齿根弯曲强度。(2)按齿面接触强度设计由按照齿面接触强度设计公式:,计算下面各量:1)选取载荷系数;由查询附录表6.4齿宽系数,可得;2)查询附录表6.5弹性系数;3)由齿面强度,查询附录表6.6常用的齿轮材料及其力学性能,可得大齿轮的接触疲劳强度极限;4)有设计公式计算应力循环次数:;5)取接触疲劳寿命系数;区域系数。6)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为0.01,安全系数S=1,具体参数详见附录表6.7 最小安全系数SH、SF的参考值,得:;7)取,则;8)输入转矩:;计算及各项参数:1)2)圆周速度;3)计算载荷系数K,根据,7级精度,可得动载系数,;使用系数,当小齿轮相对支撑非对称布置时,故载荷系数:;4)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径:;5)计算模数:;(3)按齿根弯曲强度设计由齿根弯曲强度设计设计公式:;确定公式的各项计算参数:1) 计算载荷系数K:;2)由纵向重合度,可查的螺旋影响系数;3)计算当量齿数:,;4)齿形系数:;应力校正系数:;5)小齿轮弯曲疲劳强度;6) 大齿轮弯曲疲劳强度;7) 弯曲疲劳强度寿命;8)计算弯曲疲劳强度许用应力:;9)计算大、小齿轮的并加以比较:;比较两者数值发现:大齿轮的数值比较大设计计算及各项参数:对比计算结果,齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取,按接触强度算的分度圆直径,确定齿数。经校核之后,螺旋角;因此取,。(4)几何尺寸计算低速级齿轮传动的几何尺寸如表3.2所示表3.2 低速级齿轮传动几何尺寸名称符号单位结果法面模数2法面压力角20螺旋角14.72分度圆直径62.30211.96齿宽6570综上,选择合适的齿轮参数,为设计盘磨机传动装置中的中间轴提供必要的参数标准,因篇幅时间的限制,只将少量关于下文设计中间轴所涉及的必要参数进行展示,下文未涉及到参数,就不再此展示。4.中心轴设计4.1 中心轴的结构设计4.1.1 确定中心轴上参数中间轴上的功率:;中间轴的转速:;中间轴的转矩:。4.1.2 确定轴的最小直径先根据式子,初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45号钢,调制处理,根据附录表6.6 常用的齿轮材料及其力学性能,取。得。4.1.3 拟定轴上零件的装配方案轴的设计示意图如图4.1所示 图4.1 轴的装配示意图4.1.4 轴的各段直径和长度。(1)由于,轴上开有两键槽,增加后轴径(按照5%-7%增加截面直径)取安装轴承处(该轴的直径最小处)轴径为,则(2)初步选择滚动轴承,根据要求选深沟球轴承。参照工作要求并根据,选轴承的型号为6205,参考附录表6.8常用深沟滚珠轴承,其尺寸为,考虑到箱体的铸造误差,使轴承距离箱体内壁为6mm.(3)取轴上安装大齿轮和小齿轮处的轴端-和-的直径,两端齿轮与轴承之间采用挡油板定位,已知大齿轮的轮毂宽度为50mm,小齿轮的轮毂宽度为70mm。为了使套筒可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度2-3mm,故分别取。两齿轮的另一端采用轴肩定位,轴肩的高度,轴环处的直径为,轴环宽度取。(4)由二级减速器的内部轴上的装配可得:;。轴的总体设计尺寸如表4.1所示:表4.1 轴的各项设计尺寸直径/mm2528322825长度/mm4067647404.1.5 轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位均采用平键连接,按和分别由查的平键截面,长度分别为,长度分别为63mm,36mm,同时,为了保证齿轮与轴的配合具有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为;滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。4.1.6 轴上的圆角和倒角根据设计要求,取轴端倒角4.2 轴的校核4.2.1 绘制轴的受力图4.2.3 计算轴上的作用力:齿轮2;齿轮3;4.2.4 计算支撑反力垂直面支反力(XY平面),见图4-2(a)绕支点B点的力矩和,得:;同理,;校核:;计算无误水平平面(XY平面),见图4-2(b)同样,绕支点B的力矩和;同样,;校核:;计算无误4.4.5 转矩,绘弯矩图垂直平面内的弯矩图,见图4-2(c)C处弯矩:;D处弯矩:;水平面弯矩图,见图4-2(d)C处、D处:;应力校正系数:;C处、D处:;校核轴径:C剖面、D剖面:;。强度足够。图4.2 轴的校核图5.零件图纸5.1 二维图纸 图5.1 二维图纸 图5.2 零件图纸5.2 三维图示图5.3(a)三维图示主视图5.3(b)三维图示参考文献(1)机械设计教材(2)机械设计课程设计指导书(3)机械设计课程设计图册(4)机械零件手册附录:表6.1 常用零件的传递效率类型效率圆柱齿轮传动7级精度(油润滑)0.988级精度(油润滑)0.979级精度(油润滑)0.96开式传动(脂润滑)0.940.96锥齿轮传递7级精度(油润滑)0.978级精度(油润滑)0.940.97开式传动(脂润滑)0.920.95蜗杆传动自锁蜗杆(油润滑)0.40.45单头蜗杆(油润滑)0.700.75双头蜗杆(油润滑)0.750.82滚子链传动开式0.900.93闭式0.950.97带传动V带0.900.94平带0.940.98同步带0.960.98摩擦轮传动圆柱摩擦轮0.850.92槽摩擦轮0.880.90圆锥摩擦轮0.850.90螺旋传动滑动螺旋0.30.6滚动螺旋0.90静压螺旋0.99滚动轴承0.980.99滑动轴承0.970.99联轴器有弹性元件的挠性联轴器0.99齿式联轴器0.99表6.2 轴的常用材料及其主要力学性能材料及热处理毛坯直径mm硬度HBS强度极限B屈服极限S弯曲疲劳极限-1应用说明Q235400240170用于不重要或载荷不大的轴35正火100149187520270250有好的塑形和适当的强度,可做一般曲轴、转轴等45正火100170217600300275用于较重要的轴,应用最为广泛45调制20021725565036030040Cr调制251000800500用于载荷较大,而无很大冲击的重要轴10024128675055035010030024126670055034040MnB调制251000800485性能接近于40Cr,用于重要的轴20024128675050033535CrMo调制100207269750550390用于重载荷的轴20Cr渗碳淬火回火155662HRC850550375用于要求强度、韧性及耐磨性均较高的轴60650400280表6.3 常用材料的值和C值轴的材料Q235,20354540Cr,35SiMn/MPa1220203030404052C16013513511811810710798注1):当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时,C取最小值;否则取最大值。表6.4 齿宽系数d齿轮相对于轴承的位置齿面硬度软齿面硬齿面对称布置0.81.40.40.9非对称布置0.21.20.30.6悬臂布置0.30.40.20.25表6.5 弹性系数ZE灰铸铁球墨铸铁铸钢锻钢夹布胶木锻钢162.0181.4188.9189.856.4铸钢161.4180.5188.0球墨铸铁156.6173.9灰铸铁143.7表6.6 常用的齿轮材料及其力学性能材料牌号热处理方式硬度接触疲劳强度Hlim/MPa弯曲疲劳强度FE/MPa45正火156217HBS350400280340调制197286HBS550620410480表面淬火4050HRC1120115068070040Cr调制217286HBS650750560620表面淬火4855HRC11501210700740表6.7 最小安全系数SH、SF的参考值使用要求SHminSFmin高可靠度(失效概率1/10000)1.52.0较高可靠度(失效概率1/1000)1.251.6一般可靠度(失效概率1/100)1.01.25表6.8 常用深沟滚珠轴承型号主要尺寸(mm)型号主要尺寸(mm)型号主要尺寸(mm)dDBdDBdDB60001026862001030963001035116001122886201123210630112371260021532962021535116302154213600317351062031740126303174714600420421262042047146304205215600525471262052552156305256217600630551362063062166306307219600735621462073572176307358021600840681562084080186308409023600945751662094585196309451002560105080166210509020631050110276011559018621155100216311551202960126095186212601102263126013031601365100186213651202363136514033601470110206214701252463147015035601575115206215751302563157516037601680125226216801402663168017039601785130226217851502863178518041601890140246218901603063189019043601995145246219951703263199520045602010015024622010018034632010021547602110516026622110519036632110522549602211017028622211020038632211024050602412018028622412021540632412026055602613020033622613023040632613028058602814021033622814025042632814030062603015022535623015027045633015032065图6.1 外齿轮的齿形系数图6.2 外齿轮齿根修正系数第 34 页 共 34 页
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