机械设计课程设计卷扬机传动装置中的二级圆柱齿轮减速.docx

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机械设计课程设计卷扬机传动装置中的二级圆柱齿轮减速

一.题目及总体分析

题目:

设计一个卷扬机传动装置中的二级圆柱齿轮减速器

给定条件:

卷筒圆周力F=4KN,卷筒转速n=40r/min,卷筒直径D=400mm。

工作情况:

传动不逆转,轻微振动,允许卷筒转速误差为5%,室内工作。

工作寿命为五年两班。

 

二电动机的选择

电动机的选择见表1.

表1电动机的选择

计算及说明

计算结果

1.选择电动机的类型

根据用途选用Y系列一般用途的全封闭自冷式三相异步电动机

2.选择电动机功率

卷筒所需圆周力为

4KN

卷筒所需功率为

由减速器设计实例精解表2-1取,V带传动效率带=0.96,一对轴承效率轴承=0.99,斜齿圆柱齿轮传动效率齿轮=0.97,联轴器效率联=0.99,则电动机到工作机间的总效率为

电动机所需工作功率为

根据表8-2,选取电动机的额定功率

 

F=4KN

3.35kW

 

0.859

 

3.90kW

3.确定电动机的转速

卷筒的工作转速为

=40r/min

查表2-2,两级减速器传动比。

电动机的转速范围为

由表8-2可知,符合这一要求的电动机同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min考虑3000r/min的电动机转速太高,而750/min的电动机体积大且贵,故选用转速为1000r/min的电动机进行试算,其满载转速为960r/min,其型号为Y132M1-6

 

40r/min

 

三传动比的计算及分配

各级传动比的计算及分配见表2

表2传动比的计算及分配

计算及说明

计算结果

1.总传动比

 

24

2.分配传动比

减速器传动比为

24

高速级传动比为

取5.7

低速级传动比

 

24

 

5.7

 

4.21

四传动装置的运动、动力参数计算

传动装置的运动、动力参数计算见表3

表3传动装置的运动、动力参数计算

计算及说明

计算结果

1.各轴转速

40r/min

960r/min

960r/min

168.4r/min

40.00r/min

40r/min

2.各轴功率

3.90*0.99=3.86kw

3.86*0.99*0.97=3.71kw

3.71*0.99*0.97=3.56kw

3.56*0.99*0.99=3.48kw

3.86kw

3.71kw

3.56kw

3.48kw

3.各轴转矩

KN.m

KN.m

KN.m

KN.m

KN.m

 

38.8KN.m

38.41KN.m

210.26KN.m

850.05KN.m

833.14KN.m

五内传动的设计计算

高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算见表5

表5高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算

计算及说明

计算结果

1.选择材料、热处理方法和公差等级

  考虑到卷扬机为一般机械,故大小齿轮均选用45钢,小齿轮调质处理,大齿轮正火处理,由表8-17得齿面硬度HBW1=217-255HBW,HBW2=162-217HBW。

平均硬度=236HBW,=190HBW.-=46HBW,在30-50HBW之间。

选用8级精度

45钢

小齿轮调质处理

大齿轮正火处理

8级精度

2初步计算传动的主要尺寸

因为是软齿面闭式传动,故按齿面接触疲劳强度进行设计。

其设计公式为

1)小齿轮传递扭矩为T1=38410Nmm

2)因v值未知,Kv值不能确定,可初步选载荷系数Kt=1.1-1.8,初选Kt=1.4

3)由表8-18,取齿宽系数=1.1

4)由表8-19,查得弹性系数=189.8

5)初选螺旋角β=,由图9-2查得节点区域系数=2.46

6)齿数比u==5.7

7)初选z1=20,则z2==114.2,取z2=114,则端面重合度为

=1.66

轴向重合度为

由图8-3查得重合度系数=0.776

8)由图11-2查得螺旋角系数=0.99

9)许用接触应力可用下式计算

由图8-4e、a查得接触疲劳极限应力为=580MPa,=390MPa

小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为60*960*1.0*16*250*5=1.152

由图8-5查得寿命系数ZN1=1.0,ZN2=1.28,由表8-20取安全系数SH=1.0

,则小齿轮的许用接触应力为

=580MPa

大齿轮的许用接触应力为

=499.2MPa

取421.2MPa,初算小齿轮的分度圆直径d1t,得

=39mm

 

z1=20

z2=114

 

=580MPa

=390MPa

 

39mm

计算及说明

计算结果

3.确定传动尺寸

(1)计算载荷系数由表8-21差得使用系数KA=1.O

因3.14*39*960/60*1000m/s=1.96m/s,由图8-6查得动载荷系数KV=1.14,由图8-7查得齿向载荷分配系数K=1.11,由表8-22插得齿间载荷分配系数K=1.2,则载荷系数为

K=KAKVKK=1.11.141.111.2=1.67

(2)对d11进行修正因K与Kt有较大的差异,故需对由Kt计算出的d1t进行修正,即

(3)确定模数mn

按表8-23,取mn=2.5mm

(4)计算传动尺寸中心距为

圆整,取a1=mm,则螺旋角为

=

因值与初选值相差较大,故对与有关的参数进行修正

由图9-2查得节点区域系数ZH=2.43,则端面重合度为

=

轴向重合度为

=0.318dz1tan=

由图8-3查得重合度系数Z=0.775,由图11-2查得螺旋角系数Z=0.985

精确计算圆周速度为

由表8-6查得动载荷系数KV=,K值不变

按表8-23,取mn=2.5mm,则高速级中心距为

则螺旋角修正为

修正完毕,故

 

K=1.67

4,校核齿根弯曲疲劳强度

齿根弯曲疲劳强度条件为

1)K、T、m和d同前

2)齿宽b=b=66mm

3)齿形系数Y和应力修正系数Y。

当量系数为

由图8-8查得Y=2.61,Y=2.22,由图8-9查得Y=1.59,Y=1.81

4)由图8-10查得重合度系数Y=0.71

5)由图11-3查得螺旋角系数Y=0.87

6)许用弯曲应力

=

由图8-4f、b查得弯曲疲劳极限应力为=215MPa,=170MPa,由图8-11查得寿命系数Y=Y=1,由表8-20查得安全系数S=1.25,故

=MPa=MPa

=MPa=MPa

=<

 

 

满足齿根弯曲疲劳强度

5.计算齿轮传动其他几何尺寸

端面模数mt=mn/cos=

齿顶高ha=ha*=

齿根高hf=(ha*+c*)mn=

全齿高h=ha+hf=

顶隙c=c*mn=

齿顶圆直径为

齿根圆直径为

mt=mm

ha=mm

hf=mm

h=mm

c=mm

mm

mm

mm

mm

低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算见表6

表6低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算

计算及说明

计算结果

1.选择材料、热处理方式和公差等级

大、小齿轮均选用45钢,小齿轮调制处理,大齿轮正火处理,由表8-17得齿面硬度=217-255,=162-217HBW。

平均硬度=236,=190。

-=46,在30-50HBW之间。

选用8级精度

45钢

小齿轮调质处理

大齿轮正火处理

8级精度

2.初步计算传动的主要尺寸

因为是软齿面闭式传动,故按齿面接触疲劳强度进行设计。

其设计公式为

1)小齿轮传递转矩为=N.mm

2)因v值未知,值不能确定,可初步选载荷系数=1.1—1.8,初选=1.4

3)由表8-18,取齿宽系数=1.1

4)由表8-19,查的,弹性系数=189.8

5)初选螺旋角=,由图9-2查的节点区域系数=2.465

6)齿数比u==3.26

7)初选=,则==,取=,则端面重合度为

=

轴向重合度为

=0.318tan=0.3181.125tan=1.70

由图8-3查得重合度系数=0.775

8)由图11-2查得螺旋角系数=0.99

9)许用接触应力可用下式计算

由图8-e、a查得接触疲劳极限应力为=580MPa,=390MPa

小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为

=60=60

===

由图8-5查得寿命系数=1.14,=1.2,由表8-20取安全系数=1.0,则小齿轮的许用接触应力为

=

大齿轮的许用接触应力为

=

取=MPa

初算小齿轮的分度圆直径,得

=

 

 

=25

=82

=661.2MPa

=468MPa

=468MPa

76.615mm

3.确定传动尺寸

(1)计算载荷系数由表8-21查的使用系数KA=1.0

因v==,由图8-6查的动载荷系数

KV=1.07,由图8-7查的齿向载荷分布系数=1.11,由表8

-22查得齿间载荷分布系数=1.2,则载荷系数为

K==1.0=

(2)确定模数因K差异不大,不需对计算出的

进行修正,即

==mm=mm

按表8-23,取=mm

(3)计算传动尺寸低速级中心距为

==mm=190.75mm

圆整,a2=190mm

螺旋角为

arc==

因值与初选值相差较大,故对与值有关的参数进行修正

由图9-2查得节点区域系数=2.46,则端面重合度为

=

=

轴向重合度为

=0.318==

由图8-3查得重合度系数=0.77,由图11-2查得螺旋角系数=0.991,则

=mm

=mm

因v==m/s,由图8-6查得动载荷系数KV=1.07,K值不变

==mm=

按表8-23取=3.5mm,则中心距

==mm=mm

螺旋角

arc=

修正完毕,故

==mm=mm

==mm=mm

b==mm

=+(510)mm,取=mm

4.校核齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度条件为

=

1)K,,和同前

2)齿宽b==98mm

3)齿形系数和应力系数。

当量齿数为

===mm

===mm

由图8-8查得=2.6,=2.25;由图8-9查得=1.59,

=1.79

4)由图8-10查得重合度系数=0.701

5)由图11-3查得螺旋角系数=0.92

6)许用弯曲应力为

=

由图8-4f,b查得弯曲疲劳极限应力为MPa,=MPa,由图8-11查得寿命系数=1,由表8-20查得安全系数=1.25,故

==MPa=MPa

==MPa=MPa

==<

==<

计算结果

5.计算齿轮传动其他几何尺寸

端面模数

齿顶高ha=

齿根高hf=(ha*+c*)mn=

全齿高h=ha+hf=

顶隙c=c*mn=

齿顶圆直径为

齿根圆直径为

mt=mm

ha=mm

hf=mm

h=mm

c=mm

mm

mm

mm

mm

六斜齿圆柱齿轮上作用力的计算

齿轮

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