二级减速器课程设计完整版.docx
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二级减速器课程设计完整版
1.设计任务2
2.传动系统方案的拟定2
3.电动机的选择3
3.1选择电动机的结构和类型3
3.2传动比的分配5
3.3传动系统的运动和动力参数计算5
4.减速器齿轮传动的设计计算7
4.1高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算7
4.2低速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算11
5.减速器轴及轴承装置的设计16
5.1轴的设计16
5.2键的选择与校核23
5.3轴承的的选择与寿命校核24
6.箱体的设计27
6.1箱体附件27
6.2铸件减速器机体结构尺寸计算表29
7.润滑和密封30
7.1润滑方式选择30
7.2密封方式选择30
参考资料目录30
结果
讣算及说明
1.设计任务
1.1设计任务
设讣带式输送机的传动系统,工作时有轻微冲击,输送带允许速度误差±4%,二班制,使用期限12年(每年工作日300天),连续单向运转,大修期三年,小批量生产。
1.2原始数据
滚筒圆周力:
F=900N
输送带带速:
心2.4(土4%)加/$
滚筒直径:
45O/ZZZZZ
1.3工作条件
二班制,空载起动,有轻微冲击,连续单向运转,大修期三年;三相交流电源,电压为380/220Vo
2.传动系统方案的拟定
带式输送机传动系统方案如下图所示:
结果
1-电动机鼻乙4联轴器;3-二级吿轮减速晋;5-滚筒,6-输送带
带式输送机山电动机驱动。
电动机1通过联轴器2将动力传入两级齿轮减速
计算及说明
器3,再经联轴器4将动力传至输送机滚筒5带动输送带6工作。
传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器,高速级为斜齿圆柱齿轮传动,低速级为直齿圆柱齿轮传动,高速级齿轮布置在远离转矩输入端,以减轻载荷沿齿宽分布的不均匀。
展开式减速器结构简单,但齿轮相对于轴承位置不对称,因此要求轴有
较大的刚度。
3.电动机的选择
3」选择电动机的结构和类型
按设计要求及工作条件,选用Y系列三相异步电动机,卧式封闭结构,电
压380Vo
3.1.1选择电动机的容量
根据已知条件计算,工作机所需要的有效功率
cFv900x2.4小
P---2A6kW
10001000
设:
Q4W一一输送机滚筒轴至输送带间的传动效率;
Qc一一联轴器效率,Qc=0.99(见《机械设计课程设计(西安交通大学出版
社)》表3—1);
Pw二2.16k
ng——闭式圆柱齿轮传动效率,ng=o.98(同上);
W
rib滚动轴承(对球轴承),nb-0.99(冋上);
Qcy一一输送机滚筒效率,ncy=0.96(同上)。
估算传动装置的总效率
77=ggggHz
式中%严久=0.99
巾2=〃屛人=0.99x0.98=0.9702
〃23="屛人=0.99x0.98=0.9702
=〃皿=0・99x0.99=0.9801
=r7br7cy=0-99x0.96=0.9504
传动系统效率
“==0.99x0.9702x0.9702x0.9801x0.9504=0.8680
P2.16
传动总效
工作机所需要电动机功率?
-n父如-2.4884kW
率
〃O.808O
Q=0.8680
计算及说明
Pr=2.4884kW
结果
选择电动机容量时应保证电动机的额定功率Pm等于或大于工作机所需的
电动机动率Pr。
因工作时存在轻微冲击,电动机额定功率Pm要大于Pc由
P.n=3kW
《机械设计课程设计(西安交通大学出版社)》表3—2所列Y系列二相异步
电动机技术数据中可以确定,满足选Pm^Pr条件的电动机额定功率Pm应取为
3kWo
3.1.2确定电动机转速
由已知条件计算滚筒工作转速
2.4x60
^=^=3.14x450xl0--101-91r/min
•nm
传动系统总传动lt^=—
nw
111《机械设计(高等教育岀版社)》表18—1查得,展开式两级圆柱齿轮减速器推荐传动比范围为上8~60,故电动机转速的可选范围为
nm=inw=(8〜60)x101.91=815.28〜6114.6厂/min
方案1选用的电动机转速最高、尺寸最小、重量最低、价格最低,总传动比为28.26o但总传动比最大,传动系统(减速器)尺寸大,成本提高。
方案2选用的电动机转速中等、质量较轻、价格较低,总传动比为14.13。
传动系统(减速器)尺寸适中。
方案3选用的电动机转速最低、质量最重、价格高,总传动比为9.42。
对于展开式两级减速器(i=8〜60)综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素,为使传动装置结构紧凑,选用方案2比较合理。
Y100L2-4型三相异步电动机的额定功率Pm=3kw,满载转速nm=1440r/minoill
《机械设计课程设计(西安交通大学出版社)》表3—3电动机的安装及外型尺寸(单位mm)如下:
A
B
C
I)
E
F
G
H
K
AB
AC
AD
HD
BB
L
160
140
63
28+0.009
-0.004
60
8
24
100
12
205
205
180
245
170
380
汁算及说明
结果
查得电动机电动机基本参数如下:
中心高//=100mm,
轴伸出部分用于装联轴器轴端的直径D=28(專器)mm,
轴伸出部分长度E=60mm°
3.2传动比的分配
带式输送机传动系统的总传动比i=14・13
由传动系统方案可知
G=,34=1
因此,两级圆柱齿轮减速器的总传动比
L-1-14.13
为便于两级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑,当两级齿轮的配对材料相同、
齿面硕度HBSW35O,、齿宽系数相等时,考虑齿面接触强度接近相等的条件,
取高速级传动比
/12=庐T=V1.3x28.26=4.286
低速级传动比
J.297
-/124.286
传动系统各传动比分别为
/01=1弟=4.286i23=3.297i34=1
/l2=4.286
山二3.297
3.3传动系统的运动和动力参数计算
取电动机轴为0轴,减速器高速轴为1轴、中速轴为2轴、低速轴3轴,
带式输送机滚筒轴为4轴。
各轴的转速如下
n()=nm=1440广/min
nQ1440lyl.n,•
n.=—==1440r/min
11
01
n.1440t・
n^=—==336r/min
2z124.286
计算及说明
结果
_336一3.297
«2一几-如
--
=102/7min
一=102/7min
1
计算出各轴的输入功率
P0=Pr=2.4884RW
£=*〃()]=2.4884x0.99=2.4635EW
鬥=片%=2.4635x0.9702=2.390MW呂=创23=2.3901x0.9702=2.31S9kW
£=P皿=2.3189x0.9801=2.2728kW计算出各轴的输入转矩
P?
4884
A=95509550x-——=16.50N•加
/?
01440
7]=%1%1=16.50x1x0.99=16.34N•加
T2=7;/I2712=16.34x4.286x0.9702=67.957V-m厶=口23〃23=67.95X3.297X0.9702=217.36N•加7;=皿人=217.36x1x0.9801=213.03N•m运动和动力参数的计算结果如下表格所示:
轴号
电动机
两级圆柱齿轮减速器
工作机
0轴
1轴
2轴
3轴
4轴
转速n(r/min)
1440
1440
336
102
102
功率P(Kw)
2.4884
2.4635
2.3901
2.3189
2.2728
转矩T(N・m)
16.50
16.34
67.95
217.36
213.03
两轴联接、传动件
联轴器
齿轮
齿轮
联轴器
传动比i
1
4.286
3.297
1
传动效率n
0.99
0.9702
0.9702
0.9801
(注:
除了电动机轴的转矩为输出转矩外,其余各轴的转矩为输入转矩。
)
4.减速器齿轮传动的设计计算
4」高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算
1、初选精度等级、材料及齿数
(1)材料及热处理:
选择小齿轮材料40Cr(调质),齿面硬度280HBS,大
齿轮材料为45钢(调质),齿面硬度240HBSo
(2)齿轮精度:
7级
(3)初选小齿轮齿数zl=24,大齿轮齿数z2=103
(4)初选螺旋角3=14°
(5)压力角a=20°
a=20
2、按齿面接触疲劳强度设计
(1)•由《机械设计•・(高等教育出版社第九版)》式(10・24)试算小齿轮分度
圆直径,即
"V%-〔飞厂丿
确定公式中的各参数值。
试选载荷系数KHt=1.0o
由式(10-23)可得螺旋角系数乙山
Zp=Jcos0=Jcosl4°=0.985
计算小齿轮传递的转矩:
9.55x旳=9.55x106x2.4635十34"N・m
1q1440
由图10-20查取区域系数Z”=2.433。
由表10-7选取齿宽系数此=1。
由表10-5查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa,,2o
由式(10-21)计算接触疲劳强度用重合度系数乙
久=arctan(tanan/cos/?
)=arctan(tan20/cos14)=20.562
©]=arccos[z(cosa!
/(z,+2/匚cos/?
)]=arccos[24xcos20.562/(24+2x1xcos14)]=29.974
ait2=arccos[z2cosaf/(z2+2//*,cos0)]=arccos[103xcos20.562/(103+2x1xcos14)]=23.223
£a=k|(tana亦tan%)+勺(tanai2-tanat)]/2龙
=[24x(tan29.974-tan20.562)+103x(tan23.223°-tan20.562)]/2兀=1.655
%=①招tanpin=lx24xtanl47^=1.905
计算及说明
结果
=0.666
(2)调整小齿轮分度圆直径
1)计算实际载荷系数前段数据准备。
圆周速度V
V===1・S
60x100060x1000
齿宽b
b=①Mu=1x24.353=28.353mm
2)计算实际载荷系数Kh。
查得使用系数Ka=\.
根据v=2.183m/s,7级精度,由图10-8查得动载荷系数Kv=1.08o齿轮的圆周力=27;/=2x1.634x104/28.353=1.131x103N,
KAFa/b=1x1・131x"/28.353=41.47V/nun<100N/mm,
查表10・3得齿间载荷分配系数K〃&=1・4。
由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称分布时,
K〃0=l・414。
其载荷系数为
Kh=KaKvKUaKHp=1x1.08x1.4x1.414=2」38
3)可得按实际载荷系数算得的分度圆直径
4=34.107〃血
3/77入…3/2J38
〃-28.353xJ-34・107呦
叫=cos/7/Zj=34.107xcos14/24=1.3S2mm
3、按齿根弯曲疲劳强度设计
(1)由式(10-20)试算齿轮模数,即
1)确定公式中的各参数值试选载荷系数Kh=1.3由式(10-19),可得计算弯曲疲劳强度的重合度系数};
Pb=arctan(tanpcos)=arctan(tan14cos20.562)=13.140sav=£a!
cos2fib=1.655/cos213.140=1.728
Y£=0.25+0.75/£av=0.25+0.75/1.728=0.684
由式(10-19)可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数*
B14」
%一1匂Tl・905x-0.778
目p120120
YY计算瞥
[刁]
由当量齿数"昭曲"24/曲14=26.27查图心门得齿形系数
[©J=304MPa
[巧丄=239MPa
Zv2=5cosp=103/cos14=112.75
=2.62.鴛2=2.18。
由图10-18查得应力修正系数=1.6、乙边=1&1。
由图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限crrhml=500MPa;大齿轮的弯
曲强度极限叽2=380MPa。
由图10-22查得弯曲疲劳寿命系数K加=0.85、K阳2=0.88。
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式(10-14)
61_K/wSiimi_0.85x500_和讪卩3
L71S1.4
Kg。
八o0.88x380
[仃1—FN2Fhni2——
\2-■,yivii^a
S1.4
设计及说明
结果
2.62x1.6=ooi38
304
?
吟_2.18x1.81_o0]65
0』239
VY
因为大齿轮的萨■大于小齿轮,所以取牡.=舍伞=00165
0訂[叭
2)试算模数
忏计歼V02x1.3x1.634x1(^x0.684x0.778x^14沏““85湎
(2)调整齿轮模数
1)计算实际载荷系数前的数据准备
①圆周速度V
〃]=mntZi=0.858x24〃伽=20.592加加
v=吶/x20.592xl440必“ms
60x100060x1000
②齿宽b
h=①/A=1x20.592/77//?
=20.592mm
③宽高比b/力。
h=Qh:
+c)mt=(2xl+0.25)x0.858mm=1.931mm
Z>//i=20.592/1.931=10.66
2)计算实际载荷系数K‘.
①根据u=1.553/w/5,7级精度,由图10-8查得动载系数心=1.03。
②由7;!
=27;/=2x1.634x104/20.592N=1.587x1032V
KaFtx/b=1X1.587X103/20.592N/mm=77.IN/nun<100N/mm
查表10-3得齿间载荷分配系数K,a=\A.
③由表10-4用插值法查得K“=1.413,结合b/h=10.66査图10-13可得
KM=1・32。
则载荷系数为Kf=KAKvKFaKFff=1x1.03x1.4x1.32=1.988
3)由式(10-13),可得按实际载荷系数算得的齿轮模数
叫=mllt=0.858xf=1,037mm
由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决泄的承载能力,取由弯曲疲劳强
度算得的模数mT・037mm并从标准中就近取叫=1・5〃〃触而齿而接触疲劳强度所决立的承
载能力,仅与齿轮直径有关,取按接触疲劳强度算得的分度圆宜径J,=34.107/n/n来计算
小齿轮的齿数,即©=〃】cos0/®=34.107xcos14°/1.5=22.06
计算及说明
结果
103
取勺=22则大齿轮的齿数乙=口=——x22=94.42,取z严95,两齿轮齿数互为
Z]=22
24
乙=95
质数。
4•儿何尺寸计算
⑴计算中心距
(z.+z(22+95)xl.5“
a=」__也丄=二90・44加〃?
2cosP2xcos14
a=90mm
0=12.839°
考虑模数从l・037mm增大圆整至2mm,为此将中心距圆整为90。
r/j=33.85?
n/?
?
J1A/T1C
(2)按圆整后的中心距修正螺旋角
rf2=146.15/Kn/
c(Z]+zJm“(22+95)x1.5…爪心
P=arccos—!
==arccos=12.839
2a2x90
(3)计算分度圆直径
叫22x1.5__o_
cL=—~~-==33.85〃〃”
=40mmb2=34mm
cospcos12.839
d,/叫二95x1.5二]46.15〃”
°cos0cos12.839
(4)计算齿轮宽度
b=①/]=1x33.85=33.85/n/w取b2=34〃〃”、勺=40〃〃”o
5.圆整中心距后的强度校核
齿轮副的中心距在圆整之后,应重新校核齿轮强度,以明确齿轮的工作能力。
(1)齿面接触疲劳强度校核
—_h,7]U+\777
%q①局•j“%宀
=pZ138xl.634xl0*22+95)+l辺朴吨航知心咖Y1x39.853(22+95)
a=90〃〃〃
=319MP“v[b〃]
满足齿面接触疲劳强度条件
0=12.839
=125(X20"
(2)齿根弯曲疲劳强度校核
2心轨⑺与cos2ft2x13x1.634x104x2.18x1.81x0.684x0.778xcos212.839
%1x222x1.53
=I04MPcv[o>h
2心仏YfJsJ^pcos2p_2xl.3xl.634x104x2.18x1.81x0.69lx0.78xcos212.839
吒衬曲1x222xL53
=112MPcv[6]2
6.主要设计结论
齿数召=22、Z2=95,模数加”=1.5,压力角«=20,螺旋角
0=12.839=1250'20”变位系数召=兀=0,中心距a=90nun,齿宽b{=40mm,b2=34mm.小齿轮选用40Cr(调质),大齿轮选用45钢(调质)。
齿轮按照7级精度设计。
齿顶圆大齿轮齿顶圆直径da<\60mm,做成实心式齿轮。
4.2低速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算
1初选精度等级.材料及齿数
计算及说明
结果
材料及热处理:
选择小齿轮材料40Cr(训质),齿而硬度280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),齿而硬度240HBS。
1)齿轮精度:
7级
2)初选小齿轮齿数zl=24,大齿轮齿数z2=79
3)压力角
2按齿而接触疲劳强度设计
(1)•由《机械设计•高等教育出版社第九版》式(10-24)试算小齿轮分度圆直径,即
u=20°
1)确定公式中的各参数值。
1试选载荷系数K〃=l・0。
2计算小齿轮传递的转矩:
7;=9.55xlO6P/也=9.55xl06x2.3901/336=6.79329x10°N•mm
3由图10・20査取区域系数Z〃=2.433=2.433。
4由表10-7选取齿宽系数①,=1.0
5由表10-5查得材料的弹性影响系数Ze=189.8MPa,/2
6由式(10-21)计算接触疲劳强度用重合度系数乙°
aa[=arccos国cosat/(z,+2h;)]=arccos[24xcos20°/(24+2x1)]=29.841°
aal=arccos[z2cosat/(z2+2h:
)]=arccos[79xcos20°/(79+2x1)]=23.582°
£a=[z}(tantana)+z2(tanan2-tana)]/2兀⑧计
=[24x(tan29.841°-tan20°)+79x(tan23.582°-tan20°)]/2兀=1・714
±1^11=0.873
算接触疲劳许用应力b〃]
由图10-25d查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为巾向严600MM和叽=550A/Pa由式(10-15)计算应力循环次数:
7V,=60»1./4=60x336x1x(2x8x300x12)=1.161216xl09弘="/“=1.161216x109/(79/24)=3.822336x109
由图10-23查取接触疲劳寿命系数K加=0.92,K州2=°・90
取失效概率为临、安全系数S=1
[]==()92x6(M)=522MPa
I“JIs1
[aH]2=仏呵足=09x550=495MPa
%1+1|
Zz厶
fl2xl.0x6.7933xl04(79/24)+1
'2.5x189.8x0.873]
JJ
—j1AA
Y1(79/24)
<495,
S1
取Ish和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,即==495MP"
2)计算小齿轮分度圆直径。
二49・873〃m
计算及说明
[aH]=495MPa
结果
调整小齿轮分度圆直径
1)计算实际载荷系数前段数拯准备。
圆周速度V。
勿2龙x49・873x336
v===0.877//?
/s
60x100060x1000
齿宽"
b=①屛“=1x49.837=49.837加加
2)计算实际载荷系数
①査得使用系数Ka=i。
②根据v=o.877m/s、7级精度,査得动载荷系数心=1.0。
③齿轮的圆周力
你=27;/du=2x6.79329