一级圆柱齿轮减速器标准机械课程设计说明书Word格式文档下载.docx
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对于本次课程设计的一级减速器,选择原动机为三相异步电动机,根据任务书的要求,要求本机器的承载能力速度范围大、传动比恒定、外廓尺寸小、工作可靠、效率高、寿命长。
减速器的输出端通过联轴器与鼓轮主轴联接,由于本减速器传递的速度较大,所以选弹性连轴器。
轴由轴承支撑,一般采用滚动轴承。
为了便于装配,齿轮减速器的机体采用沿齿轮轴线水平剖分的结构。
带式运输机减速装置:
1.工作条件:
单向连续平稳转动,常温下双班制工作,空载启动,寿命7年
2.原始数据:
鼓轮直径d=300mm,传送带运行速度V=1.6mm,运输带上牵引力F=2000N
综上所述,传动方案总体布局如图所示:
二电动机的选择及传动装置的分析
1.电动机类型的选择:
由于直流电动机需要直流电源,结构较复杂,价格较高,维护比较不便,因此选择交流电动机。
Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机,其结构简单、工作可靠、价格低廉,维护方便,适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上,由于起动性能较好,也适用于某些要求起动转矩较高的机械。
因此选择Y系列三相笼型异步电动机,封闭式结构,U=380V。
2.电动机容量的选择:
电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。
只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的电动机工作功率,电动机在工作时就不会过热,通常可以不必较验发热和起动力矩。
工作机的工作效率P(工作机)=F*V/1000kw(F是工作机工作阻力N)
电动机所需的功率Pd=P(工作机)/ηakw
ηa是由电动机至运输带的传动总效率:
传动装置的总效率ηa=η1*η23*η32*η4=0.96*0.993*0.96*0.99=0.88
注:
查表可知η1V带传动效率=0.96;
η2滚动轴承(每对)效率=0.99;
η3一对圆柱齿轮传动(闭式)效率=0.96
η4联轴器效率=0.99
所以,工作机的工作功率P(工作机)=2000*1.6/1000=3.2kw
电动机所需的功率Pd=3.2/0.88=3.64kw
确定电动机的转速:
工作机主动轴的转速n=60*1000*V/(π*d)=60*1000*1.6/(3.14*300)=101.86r/min
按推荐的传动比合理范围,取V带传动的传动比i0=2~4,一级圆柱齿轮减速器传动比的范围为3~6,则总传动比合理范围为ia=6~24:
故电动机转速的可选范围为nd=ia*n=(6~24)*101.86=611.16~2444.64r/min
符合这一范围的同步转速为750,1000,1500r/min
由选定的电动机满载转/速nm和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为
ia=nm/n
方案
电动机型号
额定功率
kw
电动机转速
电动机重量
N
参考价格
元
传动装置的传动比
同步转速
满载转速
总传动比
V带传动
减速器
1
Y112M-4
4
1500
1440
470
230
14.1
3.5
4.03
2
Y132M1-6
1000
960
730
350
9.4
2.8
3.36
3
Y150M1-8
750
720
1180
500
7.1
2.5
2.84
分配传动装置传动比ia=iD*i(iD,I分别为带传动和减速器的传动比)
综合考虑选择电动机型号为Y132M1-6型
型号
满载时
起动电流/额定电流
启动转距/额定转距
最大转速/额定转速
转速r/min
nm
电流(380V时)A
效率
%
功率因素
84
0.77
5.5
2.0
三V带传动设计
1.计算功率
由表8-7(带传动设计所用图表来自《机械设计》教材(第八版))查得工作情况系数KA=1.2故
Pc=KA*P=1.2*4=4.8kw
2选择V带的类型
据Pc=4.8kw,nm=960r/min,由课本图10-12选用A型带
3确定带轮基本直径dd2
由表10-9初选小带轮的基准直径dd1。
,取小带轮的基准直径dd1=125mm
dd2=iD*dd1*(1-ε)=2.8*125*(1-0.02)=343mm
查表10-9,取标准值为355mm
4验算带速v,
v=
=3.14*125*960/(60*1000)=6.28m/s
因为5m/s<
v<
25m/s,故带轮合适。
5验算带长
初选中心距a0=500mm
Ldo≈2a0+
*(dd1*dd2)+
带入数据计算得:
Ldo=1780mm
查表10-2选择基准长度为Ld=1800mm
6计算实际中心距a
a≈a0+
=500+(1800-1780)/2=510mm
amin=a-0.015*Ld=510-0.015*1800=483mm
amax=a+0.015*Ld=510+0.015*1800=537mm
7验算小带轮上的包角α1
α1≈180o-(dd1-dd2)
带入数据,α1=154.16o
8单根V带传递的额定功率
根据dd1,n1查图10-11得P1=1.5kw
9.i≠1时单根V带的额定功率增量
据带型及i查表10-5得△p1=0.11kw
10计算带的根数
查表10-6得kα=0.93查表10-7KL=1.01
Z=Pc/((P1+△p1)*kα*KL)=3.17
故,应该取4根。
四减速器(齿轮)参数的确定
1所设计的齿轮传动属于闭式传动,通常采用软齿面的钢制齿轮,查表6-7,小齿轮材料为45#钢(调质),调质处理,硬度260HBW,大齿轮材料为45钢,正火处理,硬度为215HBW,硬度差45HBW较合适
2运输机为一般工作机器,速度不高,选用8级精度。
3据齿面接触疲劳强度设计。
本传动为闭式传动,软齿面,因此主要失效形式为疲劳点蚀,应根据齿面接触疲劳强度设计
由设计计算公式(10-9a)①进行试算,即
小齿轮分度圆直径d1≥
确定公式内的各计算数值:
(1)确定载荷因数
圆周速度不大,精度不高,齿面关于轴承对称布置,按表6-9取Kt=1.2
(2)计算小齿轮传递的转矩T1=9.55×
10^6×
P/n1
=9.55×
4/343=111370N·
mm
(3)计算接触疲劳许用应力[σH]
[σH]=σHlim*Zn/SHmin
由图6-36查得σHlim1=610MPa,σHlim2=500MPa,接触疲劳寿命系数Zn,按一年300工作日,双班每天16小时,由公式N=60×
n×
j×
Th得
N1=60×
343×
7×
300×
16=6.9×
10^8
N2=N1/i=6.9×
10^8/3.36=2.06×
查图6-37曲线1得Zn1=1.05,Zn2=1.1
取失效概率为1%,安全系数SHmin=1,得
[σH1]=σHlim1*Zn1/SHmin=1.05×
610=640.5MPa
[σH2]=σHlim2*Zn2/SHmin=1.1×
500=550MPa
(4)计算小齿轮分度圆直径d1,取φd=1.2则有
d1≥
=58.06mm取d1=60mm
(5)计算圆周速度v
v=
=3.14×
60×
343÷
﹙60×
1000﹚=1.08m/s
因v<6m/s,故取8级精度合适
4确定主要参数,计算主要几何尺寸
(1)齿数取Z1=20,则Z2=Z1×
i=20×
3.36=67.2取Z2=68
(2)模数m
m=d1/Z1=60÷
20=3mm正好是标准模数第一系列上的数值
(3)分度圆直径
d1=Z1×
m=60mm
d2=Z2×
m=204mm
(4)中心距aa=(d1﹢d2)/2=132mm
(5)齿宽b
b=φd×
d1=1.2×
60=72mm
取大齿轮b1=75mm,小齿轮b2=75+5=80mm
5校核弯曲疲劳强度,根据式(6-44)
σbb=2*Kt*T1*Yfs/(b*m*d1)≤[σbb]
(1)符合齿形因数Yfs,由图6-39得:
Yfs1=4.35,Yfs2=4.00
(2)弯曲疲劳许用应力[σbb]
[σbb]=σbblim/Sfmin×
Yn
由图6-40得弯曲疲劳极限应力σbblim,σbblim1=490MPa,σbblim2=410MPa
由图6-41得弯曲疲劳寿命系数YnYn1=1,Yn2=1
弯曲疲劳的最小安全系数Sfmin按一般可靠性要求,取Sfmin=1
计算得弯曲疲劳许用应力为:
[σbb1]=σbblim1/Sfmin×
Yn1=490MPa
[σbb2]=σbblim2/Sfmin×
Yn2=410MPa
(3)校核计算
σbb1=2*Kt*T1*Yfs1/(b2*m*d1)=92.278MPa<[σbb1]
σbb2=2*Kt*T1*Yfs2/(b2*m*d1)=79.2MPa<[σbb2]
故弯曲疲劳强度足够
五轴的结构设计及计算
(一)低速轴设计计算
传动功率P=4kw,转速n=102r/min,轴上齿轮分度圆直径d=204mm,齿宽b=75mm,压力角α=20°
1.轴的材料
选用轴的材料45钢,调质处理,查表12-1知,σb=650MPa,σs=360MPa,查表12-6,可知[σ+1]bb=215MPa,[σ0]bb=102MPa,[σ-1]bb=60MPa
2.按扭转强度计算轴的最小直径
单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接,输出端最小直径
d≥C×
由表12-5可得,45钢C=118,则d≥40.1mm取d=40mm
3.齿轮上作用力的计算
齿轮所受的转距为T=9.55×
P/n=374×
10³
N·
4.轴的设计
轴结构设计时,需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式,绘制系结构草图,其结构大致如下:
(1)联轴器的选择。
采用弹性柱销联轴器,为HL3联轴器40×
112GB/T5014-85
(2)确定轴上零件的位置及固定方式。
齿轮靠轴环和套筒实现轴向定位和固定,靠平键和过盈配合实现周向固定,两端轴承靠套筒实现轴向固定,靠过盈配合实现周向固定,轴通过两端轴承盖实现周向定位,联轴器靠轴肩、平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位
(3)确定各段轴的直径。
估算轴径d=40mm作为外伸端直径d1,与联轴器相配,考虑联轴器用轴肩实现轴向定位,取第二段直径为d2=48mm,齿轮和左端轴承要从左端装入,装轴承处轴颈d3应大于d2,,考虑滚动轴承直径系列,取d3=55mm。
为便于齿轮装拆,与齿轮配合处轴径d4应大于d3,取d4=58mm,齿轮左侧用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d5满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴环的安装要求,根据选定轴承型号确定。
右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=55mm
(4)选取轴承型号。
初选轴承型号为深沟球轴承,代号6011,查手册可得:
轴承宽度B=28mm,安装尺寸D=64mm,故轴环直径d5=64mm
(5)确定各段轴的长度。
L1=84mm,L2=5omm,L3=38mm,L4=72mm,L5=15mm,L6=35mm
(二)高速轴设计计算(同低速轴)
传动功率P=4kw,转速n=343r/min,轴上齿轮分度圆直径d=60mm,齿宽b=70mm,压力角α=20°
由表12-5可得,45钢C=118,则d≥26.8mm取d=30mm
P/n=111×
4.轴的设计
采用弹性柱销联轴器,为HL3联轴器30×
82GB/T5014-85
d1=30mm
d2=36mm
d3=40mm
d4=45mm
d6=40mm
d5=54mm
(4)选用轴承型号。
代号6009,轴承宽度B=16mm,安装尺寸D=54mm,故轴环直径d5=54mm
结构大致如下:
六高速轴上的轴承寿命校核
1.高速轴轴承的主要参数
轴承代号
轴承内径mm
轴承外径mm
轴承宽度mm
径向基本额定动载荷Cr
6009
40
85
19
24.5KN
2.低速轴轴承的主要参数
6011
55
90
18
23.2
根据轴的受力情况可知,高速轴上靠近带轮一侧的轴承所受的径向力最大,故为最危险的轴承。
3.高速轴轴承寿命计算
由表13-12得载荷系数fp=1,由表13-13得温度因数fT=1
实用的寿命计算公式为
n为转速,C为额定动载荷,P为当量动载荷,ε为寿命指数,球轴承ε=3
对于只承受径向载荷的轴承,当量动载荷P=Fr径向载荷≈750N
所以高速轴上的轴承寿命Lh为:
Lh=10^6÷
343﹚×
﹙24500÷
750﹚³
≥预计寿命
根据根据条件,轴承预计寿命16×
7=33600小时
因为Lh远远大于预期寿命,符合要求
七高速轴轴强度的计算
1.求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
FAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6N
FAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N
2.由两边对称,书籍截C的弯矩也对称
截面C在垂直面弯矩为
MC1=FAYL/2=328.6×
49=16.1N·
m
3.截面C在水平面弯矩为
MC2=FAZL/2=903.35×
49=44.26N·
4.计算合成弯矩
MC=(MC12+MC22)1/2
=(16.12+44.262)1/2
=47.1N·
5.计算当量弯矩:
根据课本P235得α=1
Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[47.12+(1×
271)2]1/2
=275.06N·
6.校核危险截面C的强度
由式(10-3)
σe=Mec/(0.1d)=275.06/(0.1×
453)
=1.36Mpa<
[σ-1]b=60Mpa
∴此轴强度足够
八联轴器的选择
根据轴孔直径d=40mm,输出转矩T=374×
10^3N·
mm,选定联轴器的型号为:
HL3型
公称转矩
许用转数
D
D1
D2
转动惯量
质量
630
5000r/min
160
75
125
0.6kg·
m²
8kg
九键联接的选择及计算
本设计减速器共需要键4个
1.高速轴上键安装轴段直径为:
Φ30mm
查表选择“普通圆头平键”:
h=7mm,b=8mm
根据对应轴段长度,确定键长L=36mm
2.齿轮轴上所需键安装轴段直径为:
Φ58mm
查表选择“普通圆头平键”:
h=10mm,b=16mm
根据对应轴段长度,确定键长L=63mm
3.大轴上联轴器所需键,其安装段直径为:
Φ40mm
h=8mm,b=12mm
根据对应轴段长度,确定键长L=70mm
十减速器机体结构相关尺寸数据
(a为低速级中心距=246mm)
名称
符号
尺寸(mm)
机座壁厚
0.025*190+3=7.75
取8
机盖壁厚
0.02a+3=7.92
取8
机座凸缘厚度
b
1.5
=15
机盖凸缘厚度
机座底凸缘壁厚
=25
地脚螺钉直径
0.036a+12=20.85
取M24
地脚螺钉数目
n
a=246<
250,n=4
轴承旁连接螺栓直径
0.75
=15.6,取M16
机盖与机座连接螺栓直径
(0.5-0.6)
10-12,取M10
轴承端盖螺钉直径
(0.4-0.5)
8-10,取M8
窥视孔盖螺钉直径
(0.3-0.4)
6—8取M10
定位销直径
d
(0.7-0.8)
8—11取M8
轴承端盖凸缘厚度
t
10
其他参数:
机座肋厚m=0.85×
δ=0.85×
8=6.8mm
低速级大齿轮中心到机体外壁总距离
为圆整R,
取12此时R=123+12=135mm
又
为使结构紧凑,且圆整L,所以取
Y系列三相笼式异步电动机
封闭式结构
U=380V
P(工作机)=3.2kw
Pd=3.64kw
ηa=0.88
Y132M1-6型
KA=1.2
Pc=4.8kw
I
A型带
dd1=125mm
dd2=355mm
v=6.28m/s
Ld=1800mm
a=510mm
α1=154.16o
大于120o符合
要求
P1=1.5kw
△p1=0.11kw
Z=4
精度8级
Kt=1.2
T1=111370
[σH1]=640.5
[σH2]=550
MPa
d1=60mm
v=1.08m/s
Z1=20
Z2=68
m=3
d2=204mm
b1=70mm
b2=75mm
[σbb1]=490
[σbb2]=410
σbb1=92.278
σbb2=79.2
d=40mm
T=74×
HL3联轴器
40×
112GB/T
5014-85
d1=40mm
d2=48mm
d3=55mm
d4=58mm
d6=55mm
d5=64mm
d=30mm
T=111×