机械设计基础课程设计一级圆柱齿轮减速器的设计.docx
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机械设计基础课程设计一级圆柱齿轮减速器的设计
课程设计说明书
课程名称:
机械设计基础
设计题目:
带式运输机传动装置的设计
一级圆柱齿轮减速器的设计
2011年12月26日
计算及说明
结果
传动方案的分析及确定
机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。
传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要,是机器的重要组成部分。
传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。
合理的传动方案除满足工作装置的功能外,还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
本设计中原动机为电动机,工作机为皮带输送机。
传动方案采用了两级传动,第一级传动为带传动,第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低,在传递相同转矩时,结构尺寸较其他形式大,但有过载保护的优点,还可缓和冲击和振动,故布置在传动的高速级,以降低传递的转矩,减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高,适用的功率和速度范围广,使用寿命较长,是现代机器中应用最为广泛的机构之一。
本设计采用的是单级直齿轮传动。
二电动机的选择
1选择电动机类型
按工作要求和条件选取Y系列三相异步电动机。
2选择电动机容量
滚筒圆周力
输送的速度
滚筒直径
工作机所需功率:
种类
取值
带传动
V带传动
0.96
齿轮传动的轴承
轴承
0.99
齿轮传动
8级精度的一般齿轮传动
0.97
联轴器
联轴器
0.99
卷筒的效率
0.96
总效率:
电动机输出功率:
3选择电动机的转速
计算滚筒的转速:
根据传动比的范围:
取V带传动比ib=2~4,单级齿轮传动比ig=3~5,则总传动比的范围:
i=(2X3)~(4X5)=6~20。
电动机的转速范围为
在这个范围内电动机的同步转速有3000r/min1000r/min和1500r/min,综合考虑电动机和传动装置的情况,同时也要降低电动机的重量和成本,最终可确定同步转速为1000,根据同步转速确定电动机的型号为Y132M2--6,满载转速960。
型号
额定功率
满载转速
同步转速
Y132M2--6
5.5Kw
960
1000m/s
三传动装置运动及动力分析
1计算总传动比:
i总=n电/nW=12.57
2分配各级传动比:
为使带传动尺寸不至过大,取i带=3,则齿轮传动比i齿轮=12.57/3=4.19(在4左右,取小数点后两位,不随意取整)。
四计算传动装置的运动和动力参数
1.各轴输入转速
Ⅰ轴:
nⅠ=n电/i带=960/3r/min=320r/min
Ⅱ轴:
nⅡ=n电/i总=960/12.57r/min=76.4r/min
nw=nⅡ=76.4r/min
2.各轴的输入功率
Ⅰ轴:
PⅠ=P电·ηv带=5.5×0.96kW=5.28kW
Ⅱ轴:
PⅡ=PⅠ·η轴承·η齿轮=5.28×0.99×0.97kW=5.07kW
P3=PⅡ·η轴承=5.07×0.99=5.02kW
3.各轴输入转矩
Ⅰ轴:
TⅠ=9.55×106PⅠ/nⅠ
=9.55×106×5.28/320=157.575×103N·m
Ⅱ轴:
TⅡ=9.55×106PⅡ/nⅡ
=9.55×106×5.07/76.37N·m=634×103N·m
T3=9.55×106PⅠⅡ/nⅠⅡ
=9.55×106×5.07/76.37N·m=627.75×103N·m
最后将计算结果填入下表:
参数
轴名
电机轴
I轴
II轴
滚筒轴
转速n(r/min)
n电=960
n1=320
n11=76.4
nw=76.4
功率P(kW)
P电=5.5
P1=5.28
P11=5.07
P3=5.02
转矩T(N·m
T1=157×103
T11=634×103
T3=627×103
传动比i
I带=3
I齿轮=4.19
1
五带传动的设计计算
1确定设计功率
查表得KA=1.3
所以Pd=KAP电=1.3×5.5=7.15Kw
2选择V带型号
根据Pd和n1选B型普通V带
3确定带轮直径
查表9-2知B型V带轮的最小基准直径为125mm,又从图9-8中查出d1
建议值为112~140mm,故暂取d1=125
则由式9-6得大带轮的基准直径为:
d2==i×d1(1-ε)=3×125×(1-0.02)mm=367.5mm
按表9-2选取标准值dd2=375mm。
则实际传动比i,从动轮的实际转速分别为:
i=n1/n2=d2/d1(1-ε)≈d2/d1=375/125mm=3
传动比改变量为i-iv/iv=(3-3)/3×100%=0,传动比未改动
4验算带速v
,在5-25m/s的范围内,是合适的。
5确定带的基准长度Ld和实际中心距a
0.7(d1+d2)≤a0≤2(d1+d2)
即0.7×(125+375)mm≤a0≤2×(125+375)mm
350mm≤a0≤1000mm
取a0=600mm
L0=2a0+π/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0
=[2×600+π/2×(125+375)+(375-125)2/(4×600))
=2401.7mm
由表9-3选取基准长度Ld=2500mm
由式9-15得实际中心距为
a≈a0+(Ld-L0)/2
=600+(2500-2401.7)/2
=649.15mm
中心距a的变化范围为
amin=a-0.015Ld=611.65mm
amax=a+0.03Ld=724.15mm
6验算小带轮包角
由<<机械设计基础>公式
a1
180°-57.3°×
157.93°>120°,故是合适的
7求V带根数z
查表9-4查的P0=1.64kW,由表9-6查得△P0=0.30W;由表9-7查的Ka=0.95;由表9-3查得KL=1.05
由式9-17得
Z≥Pc/[P0]=Pc/(P0+△P0)KαKL
=3.12
取3根
8求作用在带轮轴上的压力FQ
由表9-1查得B型普通V带的每米长质量q=0.17kg/m,根据式9-18得单根V带的初拉力为:
F0=
所以FQ=
N
9设计结果
选用3根B—2000GB/T1154—1997的V带,中心距a=649.15mm,带轮直径d1=125mm,d2=375mm.。
六齿轮的设计计算
设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中齿轮传动,已知:
传递功率P1=5.28KW电动机驱动,小齿轮转速n1=320r/min,传递比i=4.19,由电动机驱动,工作寿命5年(设每年工作300天),三班制,带式输送机平稳传动,转向不变。
1选择齿轮材料及精度等级
大、小齿轮均选软齿面。
小齿轮的材料选用40Cr调制,齿面硬度为280HBS,大齿轮选用45钢调制,齿面硬度为250HBS。
两者硬度差30HBS。
齿轮精度初选8级
2按齿轮面接触疲劳强度设计
(1)小齿轮名义转矩T1
T1=9.55×106×P/n1
=1.5758×105N·mm
(2)载荷系数K
由《机械设计基础》中表(11-2)查取:
K=1.2
(3)齿数z和齿宽系数Ψa
小齿轮的齿数取为z1=24。
则大齿轮齿数z2=z1×i=24×4.19=100.56,
因单级齿轮传动为对称布置,而齿轮齿面又为软齿面,由表6.9选取Ψa=0.4,则Ψd=05.(i+1)Ψa=1.038符合表6-9范围。
(4)由《机械设计基础》中表(11-4)取最小安全系数:
SH=1.0;SF=1.25;
由《机械设计基础》中许用接触应力公式得
取ZE=188.9由11-7得
模数:
m=d1/Z1=2.81mm
取m=3
d1=mz1=72mm
d2=mz2=300mm
齿宽:
b2=φd×d1=1.0×54mm=74.73mm
取b2=75mm ;b1=b2+5mm=80mm
3验算轮齿弯曲强度
查《机械设计基础》图分别得
齿形系数YF1=4.25
YF2=3.98
由式11-5
得
得:
σF2=64.09<[σF2]=192MPa
4齿轮的圆周速度
V=π·d1·n1/60000=1.2m/s
由此可知,圆周速度为1.2m/s,小于6m/s,
由表6-5可知,选8级精度是合格的。
七轴的设计计算
一主动轴的设计计算
1、已知高速齿轮轴的输入功率P1=5.28kw,转速n1=320r/min;齿轮传动主要参数:
传动比i=4.19,中心距a=186mm,小齿轮分度圆直径d1=72mm;齿宽b1=80mm,b2=75mm。
按要求设计高速轴1.
解:
(1)拟定轴上零件装配图方案见图
(2)确定轴上零件的定位和固定方式
(3)按扭转强度估算轴的直径
选45钢,高速轴的输入功率P
=5.28kw,转速n1=320r/min。
可得:
d
=C
=(103~126)0.255=(26.22~32.077)mm
(4)根据轴向定位的要求确定轴的各段长度和直径
从飞轮向左去第一段,由于联轴器处有键槽,轴径应增加5%,取Φ=32mm,所以该段直径Φ
=34mm。
根据计算转矩
TC=KAT=9.55×106KAP1/n1
=9.55×106×1.3×5.28/320=2.05×105N·mm
右起第二段,.
=Φ
+2a
=34.14~34.2
因为
必须符合轴承密封原件的要求,经查阅《机械零件设计手册》知
.
右起第三段,该段装滚动轴承.
。
且
必须与轴承的内径一致。
元整
=40mm。
初选轴承型号为6008型,查表附表可知,B=15mm。
D=68mm。
取该轴段直径为
.
右起第四段;此段轴与齿轮连接,
。
为装配方便而加大直径,应元整为标准直径,取0,2,5,8位数。
取
=42mm。
因为要开键槽,所以直径增加5%,
=45mm.
右起第五段;
取
=52mm。
右起第六段;
。
同一轴上轴承选择同一型号,以便减少轴承座孔镗制和减少轴承型。
各州段直径汇总:
轴段
直径mm
34
34.5
35
45
52
35
2、各轴段长度的计算:
(1)右起第一段;由于该段连接的是飞轮,v带飞轮共3个B型v带槽,每个带槽宽根据表9-8取e=19mm,所以飞轮宽L
=19×2+2×11.5=61。
取该段长为61mm。
(2)右起第二段;
轴承端盖采用凸缘式轴承端盖,取l1=20mm,e=1.2d3=9.6,其中d3为螺钉直径M8,由轴承外径D=68mm,查表,取d3=7mm。
式中
为箱体厚,取
=8mm。
取轴旁连接螺栓的直径为10mm,查的
=16mm,
=14mm。
由于轴承的轴颈直径和转动的乘积
,故轴承采用脂润滑,取
=9mm,
所以m=8+16+14+8-9-17=4mm,
所以L2=l1+e+m=20+8.4+4+4=32.4mm。
取L2=33mm。
(3)右起第三段轴L3的长;
L3=B轴承
=15+12.5+10+2=39.5mm,
式中,
为小齿轮端面至箱体内壁距离,应考虑两个小齿轮的宽度差,两齿轮的宽度差为5m
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- 机械设计 基础 课程设计 一级 圆柱齿轮 减速器 设计