一级圆锥齿轮减速器设计【F=2300 V=0.75 D=130】【CAD图纸和说明书】
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目 录设计任务书1一 选择电动机2二 传动比的分配3三 传动装置的运动和动力参数计算3四 V带传动的设计5五 圆锥齿轮传动的设计8六 轴及轴承、键的设计13七 滚动轴承及键的校核23八 润滑与密封26九 减速器箱体结构尺寸26总结28参考文献28设计任务书(1)设计条件工作条件:单向运转,载荷平稳,起动载荷为名义载荷的1.25倍,每天工作16小时,使用期限10年,输送链速度容许误差为5%,输送链效率。(2)原始数据运输带工作拉力:F=2300KN输送带工作速度:V=0.75m/s卷筒直径: D=130mm(3)传动方案根据设计要求,所给原始数据本次设计的带式运输机传动结构简图如图1-1:图1-1矿用输送链传动系统结构简图一 选择电动机1.1电动机类型的选择按工作要求和工作条件选用Y系列三相异步电动机。1.2 电动机功率的选择标准电动机的容量由额定功率表示。所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求,则不能保证工作机的正常工作,或使电动机长期过载、发热大而过早损坏;容量过大,则增加成本,并且由于效率和功率因数低而造成电能浪费。(1)运输带的功率为:(2)电动机的输出功率为电动机至输送链效率链轮轴的传动装置总效率。V带传动效率,锥齿轮传动效率,滚动轴承传动效率,输送链效率则从电动机到工作机传送链的总效率为:(3)电动机所需功率为:由于起动载荷为名义载荷的1.25倍,故:查机械设计实践与创新表19-1选取电动机额定功率为3kw。1.3 电动机转速的选择滚筒转速:通常V带传动的传动比推荐取:锥齿轮的传动比推荐取:所以电动机实际转速的推荐值为:符合这一范围的同步转速为750、1000、1500r/min。综合考虑传动装置机构紧凑性和经济性,选用同步转速1500r/min的电机。型号为Y100L2-4,满载转速,功率3。二 传动比的分配(1)总传动比为:(2)传动比考虑机构紧凑性和防止带轮干涉,取V带传动的传动比为: 则V带传动比为:三 传动装置的运动和动力参数计算3.1各轴的转速0轴 1轴 2轴 ;3.2各轴的输入功率0轴 1轴 ;2轴 ;3.3各轴的输入转矩0轴 1轴 ;2轴 ;将各轴动力参数整理如下表:轴名功率转矩 转速传动比0轴320.03 143011轴2.8860.59 453.973.152轴2.766239.70 110.24.12四 V带传动的设计4.1 V带的基本参数1)确定计算功率:已知:;查机械设计基础表13-8得工况系数:;则:2)选取V带型号:根据、查机械设计基础图13-15选用A型V带,3)确定大、小带轮的基准直径(1)初选小带轮的基准直径:;(2)计算大带轮基准直径:;取基准直径系列,误差小于5%,是允许的。4)验算带速:带的速度合适。5)确定V带的基准长度和传动中心距:中心距:初选中心距(2)基准长度:对于A型带选用(3)实际中心距:6)验算主动轮上的包角:由得主动轮上的包角合适。7)计算V带的根数:,查机械设计基础表13-3 得:;(2),查表得:;(3)由查表得,包角修正系数(4)由,与V带型号A型查表得: 综上数据,得取合适。8)计算预紧力(初拉力):根据带型A型查机械设计基础表13-1得:9)计算作用在轴上的压轴力:其中为小带轮的包角。10)V带传动的主要参数整理并列表:带型带轮基准直径(mm)传动比基准长度(mm)A3.151250中心距(mm)根数初拉力(N)压轴力(N)3836171.451357.74.2 带轮结构的设计(1)带轮的材料:采用铸铁带轮(常用材料HT200)(2)带轮的结构形式:V带轮的结构形式与V带的基准直径有关。小带轮接电动机,较小,所以采用实心式结构带轮;大带轮接减速器,所以采用孔板式结构带轮。五 圆锥齿轮传动的设计5.1选精度等级、材料和齿数选用直齿锥齿轮传动。速度不高,故选用7级精度材料选择。由机械设计表6.1选取小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数Z122,大齿轮齿数Z2i1Z14.1222=90.64,取Z2=91。5.2按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算,即 )确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数(2)计算小齿轮传递的转矩(3)选取齿宽系数 (4)知齿轮,查得节点区域系数(4)由表6.3查得材料的弹性影响系数(5)由图6.14按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限(6)由式6.11计算应力循环次数(7)由图6.16查得接触疲劳强度寿命系数 (8)计算接触疲劳强度许用应力 取失效概率为1,安全系数为S=1 )计算(1)试算小齿轮分度圆直径,由计算公式得(2)计算圆周速度(3)模数及主要尺寸的确定 模数:,取。分度圆直径: 节锥角:锥距 平均分度圆直径: 齿宽,取5.3校核齿根弯曲疲劳强度(1) 弯曲强度校核公式:(2)确定各参数 平均分度圆处螺旋角,则 查得动载系数1.15 齿向载荷分布系数 使用系数 故 (3)分度圆圆周 (4)齿轮系数YF和应力修正系数YS查表4.4得 (5)许用弯曲应力可由下式算得由机械设计图6.15可查出弯曲疲劳极限应力小锥齿轮的弯曲疲劳强度极限大锥齿轮的弯曲疲劳强度极限查得寿命系数 查得 ,查得安全系数是 故许用弯曲应力 因此满足齿根弯曲疲劳强度5.4验算1)齿面接触强度验算接触强度寿命系数,最小安全系数因此齿面强度足够圆锥齿轮参数数据整理如下:名称符号公式直齿圆锥小齿轮直齿圆锥大齿轮齿数2291模数mm3传动比ii4.14分度圆锥度,分度圆直径66273齿顶高33齿根高3.63.6齿全高h6.66.6齿顶圆直径,71.83(大端)274.41(大端)齿根圆直径59.58271.45齿距p9.429.42齿厚s4.714.71齿槽宽e4.714.71顶隙c0.60.6锥距R140.43140.43齿顶角,齿根角齿顶圆锥角,齿根圆锥角,当量齿数22.63387.28齿宽4848六 轴及轴承、键的设计6.1 输入轴(1)求输入轴上的功率、转速和转矩=2.88kW=453.97r/min=60.59Nm(2)求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为mm N如图:(3)初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢(调质)根据课本表15-3,取得:因轴上有两个键槽,故直径增大5%10%,取=22.8mm 左右。=24mm(4)轴各段各段尺寸的确定为了满足带轮的轴向定位,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径=28 mm初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力,故选用圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据=26 mm ,由指导书表15-1,初步选取03系列, 30306 GB/T 276,其尺寸为,故而为了利于固定由指导书表15-1查得取安装齿轮处的轴段6-7的直径齿轮的左端与套筒之间采用轴肩定位。已知齿轮轮毂的宽度为48mm,应使套筒端面可靠地压紧轴承,由套筒长度,挡油环长度以及略小于轮毂宽度的部分组成,故为使套筒端面可靠地压紧轴承,5-6段应略短于轴承宽度,故取。轴承端盖的总宽度为30mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求,求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离故取 至此,已经初步确定了轴的各段直径和长度。(5)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连接轴与半联轴器之间的平键,按=24 mm查得平键截面长50 mm轴与锥齿轮之间的平键按由课本表6-1查得平键截面长为35 mm,键槽均用键槽铣刀加工。为保证齿轮、半联轴器与轴配合有良好的对中性,故选择半联轴器与轴配合为,齿轮轮毂与轴的配合为;滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的尺寸公差为m6。确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2,取轴端倒角为,其他均为R=1.6轴段编号长度(mm)直径(mm)配合说明-5024与滚动轴承30310配合-2928轴环-1930与大齿轮以键联接配合,套筒定位-3035与滚动轴承30310配合-1930与端盖配合,做联轴器的轴向定位-4624与联轴器键联接配合总长度193mm(5)求轴上的载荷根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面B是轴的危险截面。先计算出截面B处的MH、MV及M的值列于下表。载荷水平面H垂直面V支反力FB截面弯矩M总弯矩扭矩(6) 按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力,取,轴的计算应力已选定轴的材料为45Cr,调质处理。由表15-1查得。因此,故安全。(7) 精确校核轴的疲劳强度1) 判断危险截面截面只受扭矩作用,虽然键槽,轴肩及过渡配合引起的应力集中将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的,所以截面无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起应力集中最严重;从受载情况来看,截面B上的应力最大。截面的应力集中影响和截面的相近,但截面不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核。截面B上虽然应力最大,但应力集中不大(过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端),而这里轴的直径也大,故截面B不必校核。截面显然更不必校核。由机械设计第三章附录可知,键槽的应力集中系数比过盈配合的小,因而该轴只需校核截面左右两侧。2) 截面左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面左侧的弯矩为截面上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45Cr,调质处理。由表15-1查得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附表3-2 经插值后可查得又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数为由附图3-2得尺寸系数由附图3-3得扭转尺寸系数轴按磨削加工,附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理,即q=1,则得综合系数值为又由3-1和3-2查得碳钢的特性系数, 取;, 取;于是,计算安全系数值,按式(15-6)(15-8)则得故可知其安全。3) 截面右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面右侧的弯矩为截面上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45Cr,调质处理。由表15-1查得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附表3-2 经插值后可查得又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数为由附图3-2得尺寸系数由附图3-3得扭转尺寸系数轴按磨削加工,附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理,即q=1,则得综合系数值为又由3-1和3-2查得碳钢的特性系数, 取;, 取;于是,计算安全系数值,按式(15-6)(15-8)则得故可知其安全。6.2 输出轴(1)轴上的功率P2,转速n2和转矩T2,(2)求作用在齿轮上的力圆周力:mm 径向力:轴向力:N(3)初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料45钢,调质处理。根据机械设计表11.3,取,于是得:该处开有键槽故轴径加大510,且轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩,取。按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查机械设计手册选用TL7型弹性套柱销联轴器,其公称转矩为630N.m。半联轴器的孔径为36mm,故取;半联轴器长度为,半联轴器与轴配合的毂孔长度。(4)轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(a)为了满足半联轴器的轴向定位的要求,-轴段左端需制出轴肩,故取-段的直径,半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上面而不压在轴的端面上,故-段的长度应比L1略短一些,现取。(b) 初步选择滚动轴承。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。根据,查机械设计师手册(软件版)选取0基本游隙组,标准精度级的单列圆锥滚子轴承32011,其尺寸为,故,而,滚动轴承采用轴肩进行轴向定位,轴肩高度,因此,取.(c)取安装齿轮处的轴的直径;齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为50mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取。齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高度,取,则,。因、两轴在箱体内的长度大致相等,取, 。(5)轴上零件的周向定位查机械设计表,联接联轴器的平键截面;联接圆柱齿轮的平键截面轴段编号长度(mm)直径(mm)配合说明-2145与滚动轴承30310配合-1248与套筒配合-4850与大齿轮以键联接配合,套筒定位-1260轴环-50-2145与滚动轴承30310配合-4542与端盖配合,做联轴器的轴向定位-8436与联轴器键联接配合总长度285.5mm(6)求轴上的载荷 对于30209型圆锥滚子轴承,载荷水平面垂直面支反力F弯矩M总弯矩扭矩T(7)按弯扭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,即安装齿轮处,取,轴的计算应力:前已选定轴的材料为45钢,调质处理,由机械设计, 查得,因此,安全。计得:,根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。如下图所示。七 滚动轴承及键的校核7.1输入轴的轴承1).按承载较大的滚动轴承选择其型号,因支承跨距不大,故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为圆锥滚子轴承,轴承的预期寿命取为:Lh29200h由上面的计算结果有轴承受的径向力为Fr1=340.43N,轴向力为Fa1=159.90N,2)初步选择滚动轴承型号为30206,其基本额定动载荷为Cr=51.8KN,基本额定静载荷为C0r=63.8KN。3)径向当量动载荷 动载荷为,查得,则有 满足要求。7.2 输入轴的键1)选择键联接的类型和尺寸输入轴处选用单圆头平键,尺寸为圆锥齿轮处选用普通平头圆键,尺寸为。2)校核键联接的强度键、轴材料都是钢,由机械设计查得键联接的许用挤压力为键的工作长度,合适,合适7.3 输出轴的轴承(1)选择的圆锥滚子轴承型号为30209,尺寸为,基本额定动载荷。(2) 当量动载荷前面已求得,轴承1、2受到的径向载荷为:轴承1、2受到的轴向载荷为:查简明机械工程师手册-表7.7-39得轴承的当量动载荷为:按机械设计查得 (3)验算轴承寿命因为,所以按轴承1的受力验算。对于滚子轴承,。减速器的预定寿命 ,合适。7.4输出轴的键1)选择键联接的类型和尺寸联轴器处选用单圆头平键,尺寸为 圆柱齿轮处选用普通平头圆键,尺寸为。2)校核键联接的强度键、轴材料都是钢,由机械设计查得键联接的许用挤压力为。键的工作长度,合适,合适八 润滑与密封8.1润滑方式的选择齿轮用润滑油润滑,并利用箱内传动件溅起的油润滑轴承。根据I,II,III轴的速度因子,I,II,III轴的轴承用脂润滑8.2密封方式的选择由于I,II,III轴与轴承接触处的线速度,所以采用毡圈密封8.3润滑油的选择因为该减速器属于一般减速器,查机械设计课程设计可选用中负载工业齿轮油N100号润滑油。九 减速器箱体结构尺寸1箱座壁厚,2箱盖壁厚3箱座凸缘厚度4箱盖凸缘厚度5箱座底凸缘厚度6地底螺钉直径,取M207地底螺钉数目8轴承旁联接螺栓直径 ,取M149箱盖与箱座联接螺栓直径 取M1010联接螺栓的间距12窥视孔盖螺钉直径,取M613定位销直径14,至外箱壁距离15轴承旁凸台半径16凸台高度17箱体外壁至轴承座端面距离19大齿轮顶圆与内箱壁距离20齿轮端面与内箱壁距离21箱盖,箱座筋厚,22轴承端盖外径 23轴承旁联接螺栓距离24大齿轮齿顶圆至箱底内壁的距离25箱底至箱底内壁的距离26减速器中心高27箱体内壁至轴承座孔端面的距离28轴承端盖凸缘厚度29轴承端面至箱体内壁的距离30旋转零件间的轴向距离31齿轮顶圆至轴表面的距离总结从设计过程中,我复习了以前学过的机械制图知识,AUTOCAD的画图水平有所提高,Word输入、排版的技巧也有所掌握,这些应该是我最大的收获。再次,严谨理性的态度在设计中是非常重要的,采用每一个数据都要有根据,设计是一环扣一环的,前面做错了,后面就要全改,工作量差不多等于重做。只有做了才真正明白什么是什么.通过这次的设计,极大的提高了我们对机械设计这门课程的掌握和运用,让我们熟悉了手册和国家标准的使用。由于课程设计过程及工程设计本身的固有特性要求我们在设计过程中禀承仔细、认真、耐心、实事求是的态度去完成这项课程,也提高了我们各个方面的素质。现在我已经发现设计中存在很多不完美、缺憾甚至是错误的地方,但由于时间的原因,是不可能一一纠正过来的了。尽管设计中存在这样或那样的问题,我还是从中学到很多东西。参考文献【1】机械设计杨忠志、朱家诚主编,武汉理工大学出版社【2】机械设计课程设计指导书第二版 龚溎义主编,高等教育出版社【3】机械设计课程设计手册第3版,吴宗泽、罗圣国主编,高等教育出版社【4】机械精度设计检测应琴主编,西南交通大学出版社29
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