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
轴
名
转速
r/min
功率
P/KW
扭矩
N·mm
电
机
轴
720
4
53056
输
入
轴
720
3、88
51464
输
出
轴
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