机械设计课程设计两级展开式斜齿圆柱齿轮传动.docx
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机械设计课程设计两级展开式斜齿圆柱齿轮传动
机械设计课程设计两级展开式斜齿圆柱齿轮传动
课程名称:
学 院:
姓 名:
年 级:
课程设计
带式运输机传动装置设计 机械工程学院专 业:
学 号:
任课教师:
20XX年6月27日
目录
第一章总论...................................................................................................................................1第二章机械传动装置总体设计...................................................................................................1
拟定传动方案...................................................................................................................1传动方案简图...................................................................................................................2第三章选择电动机类型、确定传动方案及计算参数.................................................................2
电动机的选择.....................................................................................................................3传动比的分配及转速校核.................................................................................................3第四章计算传动装置各轴的运动和动力参数.............................................................................3
传动装置的效率计算.........................................................................................................4各轴功率、转速、转矩计算.............................................................................................4第五章齿轮传动设计.....................................................................................................................5
高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计....................................................................................5 低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计....................................................................................9第六章轴的设计...........................................................................................................................12 中间轴的设计..................................................................................................................12 高速轴的设计...................................................................................................................16 低速轴的设计..................................................................................................................18第七章轴承的校核计算...............................................................................................................21
中间轴承的校核..............................................................................................................21高速轴承的校核..............................................................................................................22低速轴承的校核...............................................................................................................23第八章箱体结构及减速器附件设计...........................................................................................25
外形尺寸.........................................................................................................................25附件设计..........................................................................................................................26总结................................................................................................................................................31
1传动装置的效率计算
方案的选定有:
弹性联轴器1=,滑块联轴器4=,两个8级精度齿轮啮合传动32=,运输机驱动轴一对滚动轴承5=
所以η=,与上述估值很接近,故无误。
各轴功率、转速、转矩计算
功率
PⅠ轴 P1=d1=
Ⅱ轴 P2=P123=Ⅲ轴 P3=P223=转速
Ⅰ轴 n1nm1440r/minⅡ轴 n2n11440r/min/min/min/minⅢ轴 n3转矩
Ⅰ轴T1Tdn19550×1000×p/nNmm104Nmm
Ⅱ轴T2T1i123232566Nmm
Ⅲ轴TTi105Nmm32223
4
第五章齿轮传动设计
齿轮作为两级减速器的重要零件,有着很重要的重要,设计的齿轮结构、参数对其他的零件有着直接或是间接地影响,甚至是影响整个减速器的外形结构特征。
设计的内容有:
齿轮的材料、齿轮的齿数、模数、中心距、齿宽、螺旋角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和结构尺寸。
按两种方式进行设计,即按弯曲疲劳和接触疲劳强度进行计算。
高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计
1、齿轮强度设计
选择材料,确定极限应力
运输机为一般工作机器,转速不高,故选用8级精度《机械设计》第八版表10-1选择小齿轮材料为40cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢,硬度为240HBS,二者硬度差为40HBS。
2、按接触疲劳强度设计
小齿轮分度圆直径d1t3确定各参数
选取螺旋角,初选螺旋角14,压力角α=20。
1)试选Kt
2)小齿轮传递的扭矩已知 3)表10-7选取齿宽系数
2KtT11ZHZEdaH2d=
4)表10-6查得材料弹性影响系数ZE5)图10-30选区域系数ZH=。
6)查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa。
7)arctan(tann/cos)
at1arccosz1cost/(z12cos)
5
at2arccosz2cost/(z22cos)8 a
8)式10-13计算应力循环次数。
N160n1jLh=60×1440×24000109
N2
N1108
9)图10-19取接触疲劳寿命系数=;KHN2=10)计算解除疲劳许用应力 H1 H2KHN1Hlim1=540MPa
SkHN2Hlim2=523MPa
S
11)计算小齿轮分度圆直径时代入H1小值 d1t3kKHN1Hlim1、H2HN2Hlim2中较
SS2KtT11ZHZEdaH =212)计算圆周速度
vdn1440m/s/s
6010006010001t113)计算齿宽b及模数
bdd1t
3、调整小齿轮分度圆直径
1)计算载荷系数
6
工作条件,查表10-2得使用系数=。
根据v=/s,8级精度,图查得动载系数Kv=;表查得KHKa=1
表利用插值法查得KH=。
故载荷KKAKVKHKH
2)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,式10-10a得 d1d1t3KKtd1coscos14mmz1233)计算法面模数mn4)按齿根弯曲强度设计
确定计算参数1)计算公式
mn32KT1Ycos2YFaYSaFdz12a2)图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限F1=500MPa; 大齿轮的弯曲疲劳强度极限F2=380MPa。
3)图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=,KFN2=。
4)计算完全疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=
F1KFN1F1500MPaF2KFN2380MPa
5)根据纵向重合度=,从图10-28查得螺旋角影响系数
6)计算当量齿数
7
zv1z123=33coscos14z2112=cos3cos314 zv27)查取齿形系数
表利用插值法算得YFa1=,YFa2=8)查取应力校正系数
表10-5利用插值法算得YSa1=,YSa2=9)计算大小齿轮的
YFaYSaF并加以比较
YFa1YSa1F1
YFa2YSa2F2
2KT1Ycos2YFaYSa2Fdz12a故大齿轮的数值大。
于是mn3调整齿轮模数
1)计算后的分度圆直径d=v=/s
b=h及b/h:
h=b/h= 2)计算实际载荷系数
KHKF= KF= Ka=1 Kv=
KKAKVKFKF1所以有mn3KFKFT3)最终取 mn
4、几何尺寸
8
1)计算中心距 az1z2mn23112
2cos2cos142)按圆整后的中心距修正螺旋角
arccosz1z2mn2aarccos23112
2174因值改变不多,故参数a,K,ZH等不必修正。
3)计算打、小齿轮的分度圆直径 d1z1mn23mmocosmmcos4)计算齿轮宽度
bdd1圆整后取B2=59mmB1=66mm
低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算
设计的内容有:
齿轮的材料、齿轮的齿数、模数、中心距、齿宽、螺旋角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和结构尺寸。
1、选定齿轮的精度等级、材料及齿数1)选用8级精度。
2)材料选择。
8选择小齿轮材料为40cr(调质),硬度为250HBS,大齿轮材料为45钢,硬度为220HBS,二者硬度差为30HBS。
3)选小齿轮齿数z1=29大齿轮齿数,取Z2112。
4)选取螺旋角,初选螺旋角20
2、按齿面接触面强度设计
9
2KtT11ZHZE计算公式d1t3daH1)试选Kt2)扭矩T2106P2103Nmmn223)选取齿宽系数d=4)材料弹性影响系数ZE5)选区域系数ZH=
6)查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa。
07)arctan(tann/cos) at1arccosz1cost/(z12cos)1 at2arccosz2cost/(z22cos)6 a z8)式10-13计算应力循环次数。
108N2N160n1jLh108
9)接触疲劳寿命系数KHN1=KHN2=
10)计算解除疲劳许用应力计算
650MPa630MPa
11)计算小齿轮分度圆直径
d1t32KtT11ZHZEdaH=2
10
2)计算圆周速度vdn/s/s
6010006010001t23)计算齿宽b及模数mntbdd1t=
mntd1tcoscos20=z1294)计算载荷系数KA=Kv=KHKFKH=所以KKAKVKHKH=
5)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 d1= )mnd1coscos20mmz1293、按齿根弯曲强度设计
计算公式mn32KT1Ycos2YFaYSaFdz12a1)计算载荷系数KKAKVKFKF=
2)查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=540MPa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE2=430MPa。
3)图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=,KFN2=。
4)计算完全疲劳许用应力,取弯曲疲劳安全系数S=
F1KFN1540MPa 430FN2FE2MPa292MPa
F25)计算当量齿数zv1z129z2112z v2cos3cos320cos3cos3206)查取齿形系数利用插值法算得YFa1=,YFa2=
11
7)查取应力校正系数利用插值法算得YSa1=,YSa2=8)计算大小齿轮的
YFaYSaF并加以比较。
YFa1YSa1F1<
YFa2YSa2F2选较大者
于是有mn32KT1Ycos2YFaYSa2Fdz1a调整模数
1)计算实际载荷KfKAKVKFKF=2)计算法面模数mnmnt33)综上可取mn
4、几何尺寸
KFKFT计算中心距az1z2mn29112取整为187mm
2cos2cos20按圆整后的中心距修正螺旋角
arccosz1z2mn2aarccos29112因
2187故参数值改变不多。
a,K,ZH等不必修正。
计算大、小齿轮的分度圆直d1z1mn29cosz2mn112cos计算齿轮宽度:
bdd1=1×=圆整后取B2=77mm;
B1=83mm
第六章轴的设计
轴是用于支撑旋转的机械零件。
在两级斜齿轮传动中,用到了三根轴件,即高速轴、中间轴及低速轴。
齿轮则安装其上,三根轴既承受转具有承受弯矩,都是转轴。
12
因考虑有利于提高轴的强度和便于轴上零件的固定、装拆,故而采用阶梯状轴。
阶梯轴的设计和具体尺寸所选用的轴承和轴上零件决定,同时考虑轴的疲劳强度和弯曲强度。
中间轴的设计1、确定轴的最小直径
因传递的功率不大,并对重量及机构无特殊要求,故选45钢,调质处C=112
dmin1053mm因为该轴因大于高速轴的直径,故取=40mm
2、轴的结构设计
图 中间轴结构简图
2、根据轴上零件的定位、装配及轴的工艺性要求,做齿轮轴时d3<,故做成轴轮一体式。
此轴分为七段,轴颈为两段,两个齿轮位置为两段,两个轴承安装尺寸为两段,还有以讴歌轴肩定位段。
轴颈直径与安装尺寸所选轴承而定,所选轴承为30208型圆锥滚子轴承轴颈直径为40mm、轴向长度18mm,安装尺寸为47mm、轴向长度20mm,齿轮3轮的参数而定,轴向长度59mm,齿轮2段直径为51mm、轴向长度83mm,轴肩直径为57mm、长度为10mm。
3、键的选择
直径为51mm,故选用b×h=16×11的普通平键、键长L=54mm。
13
4、中间轴的校核
为使中间轴上的轴向力相互抵消,高速级上小齿轮用右旋,大齿轮用左旋。
低速级上小齿轮用左旋,大齿轮用右旋。
作用在齿轮上的力:
高速轴
与轴Ⅰ相啮合的齿轮分度圆直径d2周向力Ft1径向力Fr12T12×232566N
周向力Fa1Ft2tan低速级
与轴Ⅲ相啮合的齿轮分度圆直径d3周向力Ft22T22232566N
Ftan径向力Fr2t1周向力Fa2Ft2tan所以计算支反力有
.238NRBZ∑水平方向RAZ2149Z为计算导致较小误差,故计算式合理的。
证明计算无误。
.298NRBY∑铅垂方向RAY31400故可知计算无误。
Y计算转矩计算转矩、绘制弯矩图垂直面C截面的弯矩
Mh1×RAZmm
Mv136848Nmm
14
D截面的弯矩
Mh1mmMv1mm
水平面C处M= D处M=
.合成弯矩C处Mcz MCY合成弯矩D处MDz MDzmm当量弯矩MC211482
MDmm
15
图中间轴弯矩图
计算后C剖面的最小直径为远小于设计尺寸51mm,故而强度足够 D剖面的最小直径为远小于设计尺寸70mm,故而强度足够
高速轴的设计
阶梯轴的设计和具体尺寸所选用的轴承和轴上零件决定,同时考虑轴的疲劳强度和弯曲强度。
1、确定轴的最小直径
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因高速轴为齿轮轴,材料与小齿轮材料相同为40cr,调质处理,取A=105。
dminA03p1n12、轴的结构设计
图高速轴结构见图
根据条件选择7207C型角接触球轴承,所以轴孔段直径30mm、长度60mm,轴伸段直径为32mm、长度为58mm,轴颈直径35mm、长度17mm,安装直径42mm、右边长度20mm、左边。
齿轮段直径齿轮1决定,长度为其宽度66mm。
3、许用应力的校核
周向力Ft12T1Ft1tan径向力Fr1周向力Fa1Ft1tan故知计算无误。
计算支反力RAZRcZ∑z
RayRcy∑z0所以无误
计算转矩,绘制弯矩图垂直面B截面的弯矩
Mbz左-mm
Mbz右-mm
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水平面B截面的弯矩
Mby
合成弯矩
Mb左mmMb右mm计算当量弯矩
Mb左mmMb右mm图示
图高速轴弯矩图
计算直径为远远小于设计直径,强度足够
低速轴的设计
阶梯轴的设计和具体尺寸所选用的轴承和轴上零件决定,同时考虑轴的疲劳强度和弯曲强度。
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1、确定轴的最小直径
因传递的功率不大,并对重量及机构无特殊要求,故选45钢,调质处理,取A=105.取K=
dminA03p3n32、轴的结构如下:
图低速轴结构简图
3、根据条件选择7208C型角接触球轴承,所以轴孔段直径55mm、长度60mm,轴伸段直径为57mm、长度为58mm,轴颈直径40mm、长度18mm,安装直径69mm、右边长度23mm、左边79mm。
齿轮段直径75mm、长度为77mm,轴肩定位段直径81mm、长度13mm。
许用应力的校核
周向力Ft4径向力Fr42T42265Ncos
周向力Fa4Ft4tan
.344NRbZ∑计算支反力RAZ2339z0故知计算无误。
RayRby∑z0所以无误
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计算转矩,绘制弯矩图垂直面B截面的弯矩
Mcz左304348Nmm
Mcz右4542Nmm水平面B截面的弯矩
Mcy合成弯矩
Mc左mmMc右mm计算当量弯矩
Mb左mmMb右mm图示
20
图低速轴弯矩图
计算直径为远远小于设计直径75mm,强度足够
第七章轴承的校核计算
选用轴承必须进行校核,以保证整个装置的正常运转。
在选定滚动轴承的类型、尺寸后,应综合考虑轴承的固定,轴承的组合定位,间隙的调整,轴承座圈与其他零件的配合,轴承的装拆和润滑、密封等问题,正确设计轴承部件的组合结构,以保证轴系的正常工作。
因为轴承的寿命直接影响整个装置的运转,这也是设计中的一个不可缺少的部分,所以校核轴承是必须的。
中间轴承的校核
中间轴选用的是30208型圆锥滚子轴承,为缩短支撑距离选择正装。
1)求出轴承所受的径向力Fr1,Fr2
22Fr1RAZRAY
Fr2
2)求出轴承所受的轴向力Fa1,Fa2派生轴向力FdFr,C74000N 因此:
Fd11267
21
3 Fd2161N外加轴向载荷FaFd2Fd1,所以轴承1被压紧,轴承2被放松。
于是 Fa1'FaFd2 Fa2Fd21613N3)求轴承的当量动载荷
>'''
1轴承 x=,Y=
2轴承 x=,Y=取fp=
PfXF2pN×fpXFr1YFa13168''r2a2
YFN)3
4)验算轴承寿命因P求出轴承所受的径向力Fr1,Fr2
22Fr1RAZRAY
Fr2
22
2)求出轴承所受的轴向力Fa1,Fa2派生轴向力FdFr, 因此:
Fd1× Fd2×外加轴向载荷FaFd1Fd2,所以轴承1被放松,轴承2被压紧。
于是 Fa1 Fa23)求轴承的当量动载荷
<eFr215000N''''
1轴承 x=,Y=
2轴承 x=,Y=取fp=
PfXF2pN×fpXFr1YFa11291''r2a2
YFN
5)验算轴承寿命因P1P2,故只需验算轴承2。
106c10623000Lhhh>24000h寿命够h3336360np2601440低速轴选用