1、1V带单级圆柱减速器机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定.2二、电动机的选择.2三、计算总传动比及分配各级的传动比.4四、运动参数及动力参数计算.5五、传动零件的设计计算.6六、轴的设计计算.12七、滚动轴承的选择及校核计算.19八、键联接的选择及计算.22设计题目:V带单级圆柱减速器机电系01机电工程班设计者:魏焕辉学号:29号指导教师:夏耘二三年六月十四日计算过程及计算说明一、传动方案拟定设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动(1) 工作条件:使用年限10年,工作为二班工作制,载荷平稳,环境清洁。(2) 原始数据:滚筒圆周力F=640N;带速V=1.5m/s;滚筒直径D=270mm。二、
2、电动机选择1、电动机类型的选择:Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择:(1)传动装置的总功率:总=带2轴承齿轮联轴器滚筒=0.960.9920.970.990.96=0.867(2)电机所需的工作功率:P工作=FV/1000总=6401.5/10000.867=1.107KW3、确定电动机转速:计算滚筒工作转速:n筒=601000V/D=6010001.5/270=106.16r/min按手册推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ia=36。取V带传动比I1=24,则总传动比理时范围为Ia=624。故电动机转速的可选范围为nd=Ian筒=(624)106.16=636.96
3、2547.84r/min符合这一范围的同步转速有750、1000、和1400r/min。根据容量和转速,由有关手册查出有三种适用的电动机型号:因此有三种传支比方案,综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,可见第3方案比较适合,则选n=1400r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型,所需的额定功率及同步转速,选定电动机型号为Y90L-4。其主要性能:额定功率:1.5KW,满载转速1400r/min,额定转矩2.0。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比:i总=n电动/n筒=1400/106.16=13.1872、分配各级伟动比(1) 取齿轮i齿轮
4、=4(单级减速器i=36合理)(2) i总=i齿轮I带i带=i总/i齿轮=13.187/4=3.297四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速(r/min)nI=n电机=1400r/minn=nI/i带=1400/3.297=424.63(r/min)n=n/i齿轮=424.63/4=106.16(r/min)2、 计算各轴的功率(KW)P=P工作=1.107KWP=P带=1.1070.96=1.063KWP=P轴承齿轮=1.0630.990.973、 =1.021KW4、 计算各轴扭矩(Nmm)T=9.55106P/n=9.551061.107/1400=7551.32NmmT=9.551
5、06P/n=9.551061.063/424.63=23907.04NmmT=9.55106P/n=9.551061.021/106.16=91847.68Nmm五、传动零件的设计计算1、 皮带轮传动的设计计算(1) 选择普通V带截型由表得:kA=1.2PC=KAP=1.21.5=1.8KW由课本P157图8-11得:选用A型V带(2) 确定带轮基准直径,并验算带速课本推荐的小带轮基准直径为75100mm则取dd1=100mmdmin=75dd2=n1/n2dd1=1400/424.63100=329.70mm由课本P157表8-8,取dd2=315mm实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=
6、1400100/315=444.4r/min转速误差为:n2-n2/n2=424.63-444.4/424.63=-0.0471200(适用)(5)确定带的根数根据课本P152表(8-4A)P0=1.30KW根据课本P153表(8-4B)P0=0.17KW根据课本P155表(8-5)K=0.94根据课本P146表(8-2)KL=1.01Z=PC/P=PC/(P0+P0)KKL=1.8/(1.3+0.17)0.941.01=1.289取z=2(6)计算轴上压力由课本p149表8-3查得q=0.1kg/m,单根V带的初拉力:F0=500Pca(2.5-K)/ZVK+qV2=500(2.5-0.94
7、)1.8/(0.9427.33)+0.17.337.33=107.26N则作用在轴承的压力FQ:FQ=2ZF0sin1/2=22107.26sin158.2/2=421.3N2、齿轮传动的设计计算选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不在,所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质,齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢,调质,齿面硬度240HBS;根据课本选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m选小齿轮齿数Z1=20,大齿轮齿数Z2=204=80按齿面接触疲劳强度设计由公式(10-9a)进行试算,即d12.32(kT1(u1)/du(ZE/H)2)1/3确定公式内的各计算数值:选载
8、荷系数Kt=1.3计算小齿轮传递的转矩:T1=95500001.107/1400=7551.3Nmm由表(10-7)取齿宽系数d=1由表(10-6)查得ZE=189.8Mpa1/2由图(10-21d)得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=600Mpa,大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550Mpa由式(10-13)计算应力循环次数N1=60n1jLh=60x14002836510=4.91109N2=N1/4=1.23109由图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.85,KHN2=0.98计算接触疲劳许用应力:取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得:H1=Hlim1KHN
9、1/S=0.85600=510Mpa;H2=Hlim2KHN2/S=0.98550=539Mpa计算计算小齿轮分度圆直径d1t,代入H中的较小值d12.32(kT1(u1)/du(ZE/H)2)1/3=27.69mm计算圆周速度vV=n1d1t/601000=2.028m/s计算齿宽bb=d1td=27.69mm计算b/h模数mt=d1t/Z1=1.385mm;齿高h=2.25mt=3.115mm;b/h=8.89计算载荷系数根据v,7级精度,由图10-8得动载系数K.V=1.09,直齿轮KH=KF=1;由表10-2的使用系数K.A=1;由表10-4得KH=1.417;由b/h=8.89,KH
10、=1.417,查图10-13得KF=1.30,故载荷系数K=KAKVKHKH=1.545。实际分度圆直径d1=d1t(K/Kt)1/3=29.33mm模数m=d1/Z1=1.47mm按齿根弯曲强度计算m(2KT(YFaYSa/F)/dZ12)1/3确定数值由图(10-20c)得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500Mpa,大齿轮的弯曲疲劳强度极限FE2=380Mpa由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.8,KFN2=0.9计算弯曲疲劳许用应力:取安全系数s=1.4F1=FE1KFN1/S=285.71Mpa;F2=FE2KFN2/S=244.29Mpa载荷系数K=KAKVKFKF=1.
11、417。由表10-5查齿形系数YFa1=2.8,YFa2=2.22由表10-5查应力校正系数YSa1=1.55,YSa2=1.77大小齿轮的YFaYSa/F比较:YFa1YSa1/F1=0.01519,YFa2YSa2/F2=0.01608,大齿轮的数值大计算m(21.41775510.01608/400)1/3=0.951mm对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,因为齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得的模数0.951并就近圆整为标准值m=1m
12、m,按接触强度算得的分度圆直径d1=29.33mm,算出小齿齿轮数Z1=d1/m=29.33取30大齿轮齿数Z1=304=120则齿轮同时满足接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。几何尺寸计算1 分度圆直径d1=Z1m=30,d,2=Z2m=120。2 中心距a=(30+120)/2=75mm3 齿宽b=dd1=30mm,B1=35mm,B,2=30mm由小齿轮齿数Z120。则大齿轮齿数:Z2iZ1620120实际传动比I0=1202=602传动比误差:i-i0I=6-66=0%2.5%可用齿数比:u=i0=6由课本P138表6-10取d=0.9(3)转矩T1T1=9.55106P/n1=9.55106
13、2.4/458.2=50021.8Nmm(4)载荷系数k由课本P128表6-7取k=1(5)许用接触应力HH=HlimZNT/SH由课本P134图6-33查得:HlimZ1=570MpaHlimZ2=350Mpa由课本P133式6-52计算应力循环次数NLNL1=60n1rth=60458.21(163658)=1.28109NL2=NL1/i=1.28109/6=2.14108由课本P135图6-34查得接触疲劳的寿命系数:ZNT1=0.92ZNT2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮,按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=5700.92/1.0Mpa=524.
14、4MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=3500.98/1.0Mpa=343Mpa故得:d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.43150021.8(6+1)/0.9634321/3mm=48.97mm模数:m=d1/Z1=48.97/20=2.45mm根据课本P107表6-1取标准模数:m=2.5mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据课本P132(6-48)式F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH确定有关参数和系数分度圆直径:d1=mZ1=2.520mm=50mmd2=mZ2=2.5120mm=300mm齿宽:b=dd1=0.950mm=45mm取b=45mmb1=50mm
15、(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=20,Z2=120由表6-9相得YFa1=2.80YSa1=1.55YFa2=2.14YSa2=1.83(8)许用弯曲应力F根据课本P136(6-53)式:F=FlimYSTYNT/SF由课本图6-35C查得:Flim1=290MpaFlim2=210Mpa由图6-36查得:YNT1=0.88YNT2=0.9试验齿轮的应力修正系数YST=2按一般可靠度选取安全系数SF=1.25计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1YSTYNT1/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2YSTYNT2/SF=21020.9/
16、1.25Mpa=302.4Mpa将求得的各参数代入式(6-49)F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2150021.8/452.5220)2.801.55Mpa=77.2MpaF1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2150021.8/452.52120)2.141.83Mpa=11.6MpaF2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够(9)计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(20+120)=175mm(10)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1450458.2/601000=1.2m/s六、轴的设计计算输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径
17、选用45#调质,硬度217255HBS根据课本P235(10-2)式,并查表10-2,取c=115d115(2.304/458.2)1/3mm=19.7mm考虑有键槽,将直径增大5%,则d=19.7(1+5%)mm=20.69选d=22mm2、轴的结构设计(1)轴上零件的定位,固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,齿轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴向固定,联接以平键作过渡配合固定,两轴承分别以轴肩和大筒定位,则采用过渡配合固定(2)确定轴各段直径和长度工段:d1=22mm长度取L1=50mmh=2cc=1.5mm段:d2=d1+2h=22+221.5=28mmd2=2
18、8mm初选用7206c型角接触球轴承,其内径为30mm,宽度为16mm.考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm,通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度,并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定,为此,取该段长为55mm,安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故段长:L2=(2+20+16+55)=93mm段直径d3=35mmL3=L1-L=50-2=48mm段直径d4=45mm由手册得:c=1.5h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm长度与右面的套筒相同,即L4=20mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑,应便于轴承的拆卸,应按标准查取由手
19、册得安装尺寸h=3.该段直径应取:(30+32)=36mm因此将段设计成阶梯形,左段直径为36mm段直径d5=30mm.长度L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径:已知d1=50mm求转矩:已知T2=50021.8Nmm求圆周力:Ft根据课本P127(6-34)式得Ft=2T2/d2=50021.8/50=1000.436N求径向力Fr根据课本P127(6-35)式得Fr=Fttan=1000.436tan200=364.1N因为该轴两轴承对称,所以:LA=LB=50mm(1)绘制轴受力简图(如图a)(2)绘制垂直面弯矩图(如图b)轴承
20、支反力:FAY=FBY=Fr/2=182.05NFAZ=FBZ=Ft/2=500.2N由两边对称,知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyL/2=182.0550=9.1Nm(3)绘制水平面弯矩图(如图c)截面C在水平面上弯矩为:MC2=FAZL/2=500.250=25Nm(4)绘制合弯矩图(如图d)MC=(MC12+MC22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6Nm(5)绘制扭矩图(如图e)转矩:T=9.55(P2/n2)106=48Nm(6)绘制当量弯矩图(如图f)转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化,取=1,截面C处的当量弯矩:Mec=MC2+(T)21/2=
21、26.62+(148)21/2=54.88Nm(7)校核危险截面C的强度由式(6-3)e=Mec/0.1d33=99.6/0.1413=14.5MPa-1b=60MPa该轴强度足够。输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢,硬度(217255HBS)根据课本P235页式(10-2),表(10-2)取c=115dc(P3/n3)1/3=115(2.168/76.4)1/3=35.08mm取d=35mm2、轴的结构设计(1)轴的零件定位,固定和装配单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,齿轮左面用轴肩定位,右面用套筒轴向定位,周向定位采用键和过渡配合,两轴承分别以轴承
22、肩和套筒定位,周向定位则用过渡配合或过盈配合,轴呈阶状,左轴承从左面装入,齿轮套筒,右轴承和皮带轮依次从右面装入。(2)确定轴的各段直径和长度初选7207c型角接球轴承,其内径为35mm,宽度为17mm。考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面与箱体内壁应有一定矩离,则取套筒长为20mm,则该段长41mm,安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。(3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径:已知d2=300mm求转矩:已知T3=271Nm求圆周力Ft:根据课本P127(6-34)式得Ft=2T3/d2=2271103/300=1806.7N求径向力Fr根据课本P127(6-35)式得Fr=Fttan=1806.70
23、.36379=657.2N两轴承对称LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6NFAZ=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=328.649=16.1Nm(3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=903.3549=44.26Nm(4)计算合成弯矩MC=(MC12+MC22)1/2=(16.12+44.262)1/2=47.1Nm(5)计算当量弯矩:根据课本P235得=1Mec=MC2+(T)21/2=47.12+(1271)
24、21/2=275.06Nm(6)校核危险截面C的强度由式(10-3)e=Mec/(0.1d)=275.06/(0.1453)=1.36Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够七、滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件,轴承预计寿命163658=48720小时1、计算输入轴承(1)已知n=458.2r/min两轴承径向反力:FR1=FR2=500.2N初先两轴承为角接触球轴承7206AC型根据课本P265(11-12)得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N(2)FS1+Fa=FS2Fa=0故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端FA1=FS1=315.1NFA2
25、=FS2=315.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63根据课本P263表(11-8)得e=0.68FA1/FR1ex1=1FA2/FR248720h预期寿命足够2、计算输出轴承(1)已知n=76.4r/minFa=0FR=FAZ=903.35N试选7207AC型角接触球轴承根据课本P265表(11-12)得FS=0.063FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.63903.35=569.1N(2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2Fa=0任意用一端为压紧端,1为压紧端,2为放松端两轴承轴向载荷:FA1=FA2=FS1=569.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=569.1/903.35=0.63FA2/FR2=569.1/930.35=0.63根据课本P263表(11-8)得:e=0.68FA1/FR1ex1=1y1=0FA2/FR248720h此轴承合格八、键联接的选择及校核计算轴径d1=22mm,L1=50mm查手册得,选用C型平键,
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