一级圆柱斜齿轮减速器设计说明书.docx

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一级圆柱斜齿轮减速器设计说明书

机械设计课程设计计算说明书

一、传动方案得拟定……………、………………………………2

二、电动机得选择………………………………………、、…、、…、3

三、运动参数及动力参数计……………、………………………3

四、传动零件得设计计算………………………………、……、、、、4

五、联轴器得选择及校与计算……………………………、…、、、、8

六、轴得设计计算………………………、、、……………………、、8

七、滚动轴承得选择及校核计算…………………………、…、、、12

八、减速箱得附件选择………、、………………………………、、14

九、润滑及密封……………………………………………、、、…、15

参考文献………、、………………………………………………、、16

计算过程及计算说明

一、传动方案得拟定

第一组:

设计用于10吨轻级起重机提升机构得一级圆柱斜齿轮减速器

(1)工作条件:

二班制工作,有轻微振动,使用期限10年。

(2)原始数据:

减速器输出转速(r/min)350

减速器输出功率(KW)   3

传动比i       2

      图1-1

二、电动机得选择

1、电动机类型得选择:

Y系列三相异步电动机

2、电动机功率选择:

(1)传动装置得总效率:

η总=η22×η1×η23

 =0、982×0、97×0、992

=0、92

(其中联轴器效率η1=0、99,轴承效率η2=0、98

齿轮极度8级,效率η3=0、97)

(2)电机所需得工作功率:

P工作=Pw/η总

=3/0、92

=3、26KW

3、确定电动机转速:

n=i×n=2×350=700r/min

综合考虑电动机与传动装置尺寸、重量、价格与减速器得传动比,则选n电=750r/min。

4、确定电动机型号

根据以上选用得电动机类型,所需得额定功率及同步转速,选定电动机型号为Y160M1-8。

其主要性能:

额定功率:

4KW,满载转速720r/min,额定转矩2、0。

质量120kg。

三、运动参数及动力参数计算

1、计算各轴转速

nI=n电机=720r/min

nII=nI=720r/min

nIII=nII/i齿轮=720/2=360r/min

2、计算各轴得功率

PI=P工作=4KW

PII=PI×η1×η2=4×0、99×0、98=3、88KW

PIII=PII×η2×η3=3、88×0、98×0、97=3、689KW

3、计算各轴扭矩

TI=9、55×106PI/nI=9、55×106×4/720=53056N·mm

TII=9、55×106PII/nII=9、55×106×3、88/720

=51464 N·mm

TIII=9、55×106PIII/nIII=9、55×106×3、689/360

=97861N·mm

对以上得运动与动力参数得计算总结,

加以汇总,列出表格(表1)。

表1

转速

r/min

功率

P/KW

扭矩

N·mm

720

4

53056

720

3、88

51464

360

3、689

97861

四、传动零件得设计计算

1、齿轮传动得设计计算

(1)选择齿轮材料级精度等级

考虑减速器传递功率不大,所以齿轮采用软齿面

小齿轮选用40Cr调质,齿面硬度为240~260HBS,

根据教材P210表10-8精度等级选8级(GB10095-88)。

齿面粗糙度Ra≤1、6~3、2μm。

(2 )按齿面接触疲劳强度设计

d1t≥(2kT1(u+1)( ZHZE/[σH])2/φduεą)1/3

确定有关参数如下:

① 传动比i齿=2

取小齿轮齿数Z1=24。

则大齿轮齿数:

Z2=iZ1=2×24=48

齿数比u=i=2

②由教材P205表10-7取φd=1

③小齿轮传递得转矩T1

T1=9、55×106×P/n1=9、55×106×3、88/720

 =51464N·mm

④载荷系数k

取kt=1

⑤由课本10-30选取区域系ZH=2、433

⑥由课本10-26查得εą1=0、785εą2=0、855

则εą=εą1+εą2=0、785+0、855=1、64

⑦由课本10-6查得材料得弹性影响系数ZE=189、8MP½

⑧选取螺旋角。

初选螺旋角β=14度。

⑨许用接触应力[σH]

[σH]=σHlimkHN/SH

由教材P209图10-21查得:

σHlimZ1=570Mpa σHlimZ2=520Mpa

由教材P206式10-13计算应力循环次数NL

N1=60njLh=60×720×1×(16×365)

=2、49×109

N2=N1/i=2、49×109/2=1、25×108

由教材P207图10-19查得接触疲劳得寿命系数:

KHN1=0、92KHN2=0、94

通用齿轮与一般工业齿轮,按一般可靠度要求选取安全系数SH=1、0

[σH]1=σHlim1KHN1/SH=570×0、92/1、0Mpa

=524、4Mpa

[σH]2=σHlim2KHN2/SH=520×0、94/1、0Mpa

=488、8Mpa

(3)齿轮参数计算

①试算小齿轮分度圆直径d1t,由计算公式得

d1t≥(2kT1(u+1)( ZHZE/[σH])2/φduεą)1/3

=[2×1×51464×(2+1)(2、433×189、8/524、4)2/1×2×1、64]1/3mm

=41、91mm

②计算圆周速度

V=πd1tn1/60×1000=3、14×41、91×720/60×1000

=1、58m/s

③计算齿宽b与摸数mnt

   b=φdd1t=1×41、91=41、91mm

mnt=d1tcosβ/Z1=41、91×cos14/24=1、69mm

 h=2、25mnt=2、25×1、69=3、8mm

 b/h=41、91/3、8=11、03

④计算纵向重合度εβ

εβ=0、318φdZ1tanβ=0、318×1×24×tan14=1、903

⑤计算载荷系数K

已知使用系数KA=1,根据V=1、58m/s,7级精度,由图10-8查得动载荷系数KV=1、14;由表10-4查得KHβ=1、45;

由图10-13查得KFβ=1、35

由表10-3查得KHα=KFα=1、4。

故载荷系数

  K=KAKVKHαKHβ=1×1、14×1、1×1、45=2、31

⑥按实际得载荷系数校正所算得分度圆直径,

由式(10-10a)得

d1=d1t(K/Kt)1/3=41、91×(2、31/1)1/3=55、4mm

⑦计算模数mn。

mn=d1cosβ/Z1=55、4×cos14/24=2、24mm

(4)按齿面弯曲强度设计

由教材P216式10-11

<1>确定计算参数

1计算载荷系数

  K=KAKVKFαKFβ=1×1、14×1、4×1、35=2、15

2根据纵向重合度εβ=1、903,

从图10-28查得螺旋角影响系数Yβ=0、88

3计算当量齿数

ZV1=Z1/cos3ß=24/cos314=26、27

ZV2=Z2/cos3ß=48/cos314=48、49

4由齿形系数

由表10-5查得YFɑ1=2、65;YFɑ2=2、35

5查取应力校正系数

由表10-5查得YFs1=1、58;YFs2=1、68

6计算弯曲疲劳许用应力

由教材P20810-20c查表得小齿轮得弯曲疲劳极限=480MPa 大齿轮=360MPa

     取弯曲疲劳安全系数S=1、4由式10-12得

   =·/S=291、43 MPa

=226、29Mpa

⑦计算大小齿轮得并加以比较

=0、01437

=0、01743

大齿轮数值大

<2>设计计算

mn≥2、477mm

对比计算结果由齿轮接触mn大于齿根弯曲疲劳强度得计算得法面模数 ,取mn=2、5已可以满足强度但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得分度圆直径d1=55、4mm来计算应有得齿数。

于就是由

Z1=d1cosß/mn=55、4×cos14/2、5=21、7

取Z1=21,则Z2=i Z1=2×21=42

(5)几何尺从计算

1计算中心距

a=(Z1 +Z2)mn/2cosß=(21+42)×2、5/2cos14=81、18mm

将中心距圆整为82mm

2按圆整得中心距修正螺旋角

 =14、25

值改变不大,故参数、、等不必修正。

③计算大小齿轮得分度圆直径

    =54、1mm

 =108、2mm

④计算齿轮宽度

b=φdd1=1×54、1=54、1mm

圆整后取B2=55mm B1=60mm

五、联轴器得选择及校与计算

1、类型选择

为了隔离振动与冲击,选用弹性套柱联轴器

2、载荷计算

公称转矩   T=53056N·mm

由教材P351 表14-1查得KA=2、3,由式(14-1)得计算转矩为:

Tca=KAT=2、3×53、056=122、03N·m

3、型号选择

从GB4323-84中查得TL5型弹性套柱销联轴器得许用转矩为125N·m,许用最大转速为4600r/min,

轴径为25、28、30、32mm,故合用。

半联轴器长度

L=62mm,半联轴器与轴配合得毂孔长度L1=44mm。

六、轴得设计计算

输入轴得设计计算

1、按扭矩初算轴径

①选用45调质,硬度217~255HBS

根据教材P370(15-2)式,并查表15-3,取A0=115

d≥115×(4/720)1/3mm=20、37mm

考虑有键槽,将直径增大5%,则

d=20、37×(1+5%)mm=21、39mm

∴选dmin=25mm

2、轴得结构设计

(1)轴上零件得定位,固定与装配

单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称布置,齿轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴向固定,周向用平键连接。

两轴承分别以轴肩与套筒定位。

(2)确定轴各段直径与长度

①输入轴得最小直径显然就是安装联轴器处得轴得直径d1

通过比较选择dⅠ-Ⅱ=25mm,为了满足半联轴器得轴向定位要求。

Ⅰ—Ⅱ轴段右端需制出一轴肩,故取Ⅱ―Ⅲ段得直径dⅡ―Ⅲ=32mm;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径D=35mm。

半联轴器与轴配合得毂孔长度L1=44mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴得端面上,故Ⅰ—Ⅱ段得长度应比L1略短一些,现取LⅠ―Ⅱ=42mm。

3初步选择滚动轴承。

因轴承同时受有径向力与轴向力得作用,故选用单列圆锥滚子轴承。

参照工作要求并根据

dⅡ―Ⅲ=32mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级得单列圆锥滚子轴承32007,

其尺寸为d×D×T=35mm×62mm×18mm,

故dⅢ―Ⅳ=dⅥ—Ⅶ=35mm;而

④取安装齿轮得轴承Ⅳ—Ⅴ得直径dⅣ—Ⅴ=40mm;齿轮得左端与左轴承之间采用套筒定位。

已知齿轮轮毂得宽度为60mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段略短于轮毂宽度,故取LⅣ—Ⅴ=57mm。

齿轮得右端采用轴肩定位,轴肩高度h>0、07d,故取h=4mm,则轴环处得直径dⅤ—Ⅵ=48mm。

轴环宽度b≥1、4h,取LⅤ—Ⅵ=8mm

⑤轴承端盖得总宽度为10mm。

根据轴承端盖得装拆及便于对轴承添加润滑脂得要求,取端盖得外端面与半联轴器右端面间得距离L=30mm,故取LⅡ—Ⅲ=40mm。

6齿轮距箱体内壁之距a=16mm,考虑到箱体得铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离s,取s=8mm,前面已选出滚动轴承,宽度T=18mm

 LⅢ―Ⅳ=T+s+a+(60-57)=18+8+16+3=45mm

 至此,已初步确定了轴得各段直径与长度。

3、轴上零件得周向定位

 齿轮、半联轴器与轴得周向定位均采用平键连接。

按dⅣ—Ⅴ=40mm由表6-1查得平键截面b×h=12×8,键槽用键槽铣刀加工,长为36mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好得对中性,故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6;同样,半联轴器与轴得连接,选用平键为8×7×20,半联轴器与轴得周向配合定位就是有过渡配合来保证得,此处选轴得直径尺寸公差为m6。

4、轴上零件得周向定位

参考表15-2,取轴端倒角为1×45•,

5、求轴上得载荷

1绘制水平面弯矩图如图:

  图6-1

截面C在水平面上弯矩为:

MC2=FAZL/2=1210、7×70=84、7N·m

(4)绘制合弯矩图(如图d)

MC=(MC12+MC22)1/2=(30、82+84、72)1/2=90、1N·m

(5)绘制扭矩图(如图e)

转矩:

=90、8N·m

(6)绘制当量弯矩图(如图f)

转矩产生得扭剪文治武功力按脉动循环变化,取α=1,截面C处得当量弯矩:

Mec=[MC2+(α·T)2]1/2

=[90、12+(1×90、8)2]1/2=127、9N·m

(7)校核危险截面C得强度

由式(15-5)

σe=Mec/0、1d33=127、9/0、1×363

=27、41MPa<[σ-1]b=60MPa

∴该轴强度足够。

输出轴得设计计算

1、按扭矩初算轴径

①选用45调质,硬度217~255HBS

根据教材P370(15-2)式,并查表15-3,取A0=115

d≥115×(4/360)1/3mm=25、66mm

考虑有键槽,将直径增大5%,则

d=20、37×(1+5%)mm=26、94mm

∴选dmin=30mm

2、轴得结构设计

    图6-2

(1)轴上零件得定位,固定与装配

单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称布置,齿轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴向固定,周向用平键连接。

两轴承分别以轴肩与套筒定位。

①输出轴得最小直径显然就是安装联轴器处得轴得直径d1

通过比较选择dⅠ-Ⅱ=30mm,为了满足半联轴器得轴向定位要求。

Ⅰ—Ⅱ轴段右端需制出一轴肩,故取Ⅱ―Ⅲ段得直径dⅡ―Ⅲ=35mm;左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径D=40mm。

半联轴器与轴配合得毂孔长度L1=44mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴得端面上,故Ⅰ—Ⅱ段得长度应比L1略短一些,现取LⅠ―Ⅱ=42mm。

4初步选择滚动轴承。

因轴承同时受有径向力与轴向力得作用,故选用单列圆锥滚子轴承。

参照工作要求并根据

dⅡ―Ⅲ=35mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级得单列圆锥滚子轴承32008,

其尺寸为d×D×T=40mm×68mm×19mm,

故dⅢ―Ⅳ=dⅥ—Ⅶ=40mm;而

④取安装齿轮得轴承Ⅳ—Ⅴ得直径dⅣ—Ⅴ=55mm;齿轮得左端与左轴承之间采用套筒定位。

已知齿轮轮毂得宽度为55mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段略短于轮毂宽度,故取LⅣ—Ⅴ=52mm。

齿轮得右端采用轴肩定位,轴肩高度h>0、07d,故取h=4mm,则轴环处得直径dⅤ—Ⅵ=63mm。

轴环宽度b≥1、4h,又考虑到齿轮得对中性要求,取LⅤ—Ⅵ=20mm。

⑤轴承端盖得总宽度为10mm。

根据轴承端盖得装拆及便于对轴承添加润滑脂得要求,取端盖得外端面与半联轴器右端面间得距离L=30mm,故取LⅡ—Ⅲ=40mm。

7齿轮距箱体内壁之距a=16mm,考虑到箱体得铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离s,取s=8mm,前面已选出滚动轴承,宽度T=18mm

LⅢ―Ⅳ=T+s+a+(55-52)=18+8+16+3=45mm

至此,已初步确定了轴得各段直径与长度。

3、轴上零件得周向定位

齿轮、半联轴器与轴得周向定位均采用平键连接。

按dⅣ—Ⅴ=45mm由表6-1查得平键截面b×h=16×10,键槽用键槽铣刀加工,长为45mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好得对中性,故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6;同样,半联轴器与轴得连接,选用平键为10×8×36,半联轴器与轴得周向配合定位就是有过渡配合来保证得,此处选轴得直径尺寸公差为m6。

(3)按弯扭复合强度计算

①求分度圆直径:

已知d2=108、2mm

②求转矩:

已知T3=978、62N·m

③求圆周力Ft:

根据教材P198(10-3)式得

Ft=2T3/d2=2×978、62×103/108、2=18089N

④求径向力Fr根据教材P198(10-3)式得

Fr=Ft·tanα=18089×0、36379=658N

⑤∵两轴承对称

∴LA=LB=7mm

(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ

FAX=FBY=Fr/2=866、01/2=433N

FAZ=FBZ=Ft/2=2380、5/2=1190、25N

(2)由两边对称,截面C得弯矩也对称

截面C在垂直面弯矩为

MC1=FAYL/2=433×0、07=30、31N·m

(3)截面C在水平面弯矩为

MC2=FAZL/2=1190、25×0、07=83、31N·m

(4)计算合成弯矩

MC=(MC12+MC22)1/2

    =(30、312+83、312)1/2  

   =88、65N·m

(5)计算当量弯矩:

根据教材选α=1

Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[88、652+(1×535、62)2]1/2

  =542、9N·m

(6)校核危险截面C得强度

由式(15-5)

σe=Mec/(0、1d3)=275、06/(0、1×0、0453)

=58、5Mpa<[σ-1]b=60Mpa

∴此轴强度足够

七、滚动轴承得选择及校核计算

1、滚动轴承得类型应根据所受载荷得大小,性质,方向,转速及工作要求进行选择。

若只承受径向载荷而轴向载荷较小,轴得转速较高,则选用深沟球轴承;若轴承同时承受较大得径向力与。

轴向力,或者需要调整传动件得轴向位置,则应选择角接触球轴承或圆锥滚子轴承。

经过分析比较后,选用深沟球轴承。

2、滚动轴承得型号。

(从《机械工程师电子手册》查)

根据各轴得安放轴承出得直径大小,经过分析与比较,轴承得选择如下:

输入轴选用得轴承标记为:

标准精度级得单列圆锥滚子轴承32007,

其尺寸为d×D×T=36mm×62mm×18mm,

它得基本额定载荷Cr=13、2KN,Cor=8、30KN

输出轴选用轴承得标记为:

滚动轴承  32008GB/T 276-1994

尺寸:

=40mm×68mm×19mm

  它得基本额定载荷Cr=4KN,Cor=3、15KN

3、对轴承进行寿命校核。

 根据已知条件,轴承预计寿命

=16×365×10=58400hﻩ

轴承得寿命校核可由教材P320式(13-5a)即:

   进行。

根据P319页,(对于球轴承,=3;对于滚子轴承=10/3)

则=3。

由教材表13-4结合该轴承得工作环境,取=1、00。

由于轴承主要承受径向载荷作用则(由教材P321式13-9a)

由教材P321表13-6,取=1、0;

(1)对输入轴得轴承进行寿命校核

按照最不利得情况考虑,轴承得当量动载荷为:

=

=1、0×

   =948、58N  

则:

=

    =62375h>=58400h

故所选轴承可满足寿命要求。

(2)输出轴得轴承进行寿命校核

按照最不利得情况考虑,轴承得当量动载荷为:

==1、0×

=1266、56N

 则:

         =153834h>

故所选轴承可满足寿命要求。

八、减速箱得附件选择

1、检查孔与视孔盖

 检查孔用于检查传动件得啮合情况,润滑状态、接触斑点及齿侧间隙,还可用来注入润滑油,故检查孔应开在便于观察传动件啮合区得位置,其尺寸大小应便于检查操作。

视孔盖可用铸铁、钢板或有机玻璃制成,它与箱体之间应加密封垫,还可在孔口处加过滤装置,以过滤注入油中得杂质,如减速器部件装配图1。

2.放油螺塞

放油孔应设在箱座底面得最低处,或设在箱底。

在其附近应有足够得空间,以便于放容器,油孔下也可制出唇边,以利于引油流到容器内。

箱体底面常向放油孔方向倾斜1°~1、5°,并在其附近形成凹坑,以便于污油得汇集与排放。

放油螺塞常为六角头细牙螺纹,在六角头与放油孔得接触面处,应加封油圈密封。

也可用锥型螺纹或油螺塞直接密封。

选择M16×1、5得外六角螺塞([2]表7-11)。

3.油标

油标用来指示油面高度,应设置在便于检查及油面较稳定之处。

常用油标有圆形油标([2]表7-7),长形油标([2]表7-8)与管状油标([2]表7-9)、与杆式油标([2]表7-10)等。

由[2]表7-10得M14得杆式油标。

4.通气器

通气器用于通气,使箱内外气压一致,以免由于运转时,箱内油温升高,内压增大,而引起减速器润滑油得渗漏。

简易得通气器钻有丁字型孔,常设置在箱顶或检查孔上,用于较清洁得环境。

较完善得通气器具有过滤网及通气曲路,可减少灰尘进入。

5.起吊装置

起吊装置用于拆卸及搬运减速器。

它常由箱盖上得吊孔与箱座凸缘下面得吊耳构成[2]表11-3。

6.定位销

为保证箱体轴承孔得加工精度与装配精度,应在箱体联接凸缘上相距较远处安置两个圆柱销,并尽量不放在对称位置,以使箱座与箱盖能正确定位。

选择销GB/T119—86A8×30。

九、润滑及密封

一)、传动件得润滑

   减速器传动件与轴承都需要良好得润滑,其目得就是为了减少摩檫、磨损,提高效率,防锈,冷却与散热。

减速器润滑对减速器得结构设计有直接影响,如油面高度与需油量得确定,关系到箱体高度得设计;轴承得润滑方式影响轴承轴向位置与阶梯轴得轴向尺寸。

因此,在设计减速器结构前,应先确定减速器润滑得有关位置。

高速级齿轮在啮合处得线速度:

V=1、58m/s  (前面已经计算出)

则采用浸油润滑,箱体内应有足够得润滑油,以保证润滑及散热得需要。

二)、滚动轴承润滑

 对齿轮减速器,当浸油齿轮得圆周速度 v〈2m/s时,滚动轴承宜采用脂润滑;当齿轮得圆周速度时,滚动轴承多采用油润滑。

由上有v=1、58m/s则采用脂润滑。

 三)、密封

   在润滑后,为防止油外漏,故减速器需密封。

则轴出来需加密封圈,在据机械设计手册表7-14选择相应得密封圈。

η总=0、92

P工作=3、26KW

n电=750r/min

nI=720r/min

nII=720r/min

nIII=360r/min

PI=4KW

PII=3、88KW

PIII=3、689KW

TI=53056 N·mm

TII=51464N·mm

TIII=97861N·mm

Z1=24

Z2=48

[σH]1=524、4Mpa

[σH]2=488、8Mpa

V=1、58m/s

b=41、91mm

mn=1、69mmt

εβ==1、903

d1=55、4mm

mn2、24mm

K=2、15

ZV1=26、27

ZV2=48、49

Z1=21

Z2=42

a=82mm

=14、25

B1=60mm

B2=55mm

L1=44mm

dmin=25mm

dⅠ-Ⅱ=25mm

dⅡ―Ⅲ=32mm

LⅠ―Ⅱ=4

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