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白城師范學院機械設計課程設計
機械設計基礎課程設計
——雙級斜齒輪圓柱齒輪減速器
?
專 業(yè):
學 號:
姓 名:
指導教師:
日 期:
設計計算及說明
結(jié)果
第一節(jié)? 設計任務
設計任務:設計一帶式輸送機用單級圓柱齒輪減速器。已知輸送拉力F=2.6KN,帶速V=2.2m/s,傳動卷筒直徑D=380mm。有電動機驅(qū)動,工作壽命八年(每年工作300天),兩班制,帶式輸送機工作平穩(wěn),轉(zhuǎn)向不變。
設計工作量:
1、減速器裝配圖1張(l號圖紙)
2、零件圖2張(輸出軸及輸出軸上的大齒輪)(按1:1比例繪制)
3、設計說明書1份
第二節(jié) 、傳動方案的擬定及說明
傳動方案如第一節(jié)設計任務書(a)圖所示,1為電動機,2為V帶,3為機箱,4為聯(lián)軸器,5為帶,6為卷筒。由《機械設計基礎課程設計》表2—1可知,V帶傳動的傳動比為2~4,斜齒輪的傳動比為3~6,而且考慮到傳動功率為 KW,屬于小功率,轉(zhuǎn)速較低,總傳動比小,所以選擇結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的單級圓柱斜齒輪傳動方式。
第三節(jié) 、電動機的選擇
1.傳動系統(tǒng)參數(shù)計算
(1) 選擇電動機類型.
選用三相異步電動機,它們的性能較好,價廉,易買到,同步轉(zhuǎn)有3000,1500,1000,750r/m四種,轉(zhuǎn)速低者尺寸大;
為了估計動裝置的總傳動比范圍,以便選擇合適的傳動機構(gòu)和擬定傳動方案,可先由已知條件計算起驅(qū)動卷筒的轉(zhuǎn)速nw
經(jīng)過分析,任務書上的傳動方案為結(jié)構(gòu)較為簡單、制造成本也比較低的方案。
(2)選擇電動機
1)卷筒軸的輸出功率
2)電動機的輸出功率
P=P/η
傳動裝置的總效率
η==0.96×0.98×0.98×0.99×0.96=0.86
故P=P/η=5.72/0.86=6.65KW
3)電動機的額定功率Ped
根據(jù)《機械設計基礎課程設計》第二十章表20-1選取電動機功率Ped=7.5KW
4)電動機的轉(zhuǎn)速
為了便于選擇電動機的轉(zhuǎn)速,先推算電動機轉(zhuǎn)速的可選擇范圍。根據(jù)《機械設計基礎課程設計》表2-1查得V帶傳動的傳動比i=2~4,單級圓柱斜齒輪傳動比i=3~6,則電動機可選范圍為
n=nw×i×i=666~2664r/min 故選擇1500r/min轉(zhuǎn)速的電動機。
根據(jù)《機械設計基礎課程設計》表20-1選定電動機Y132M-4
5)電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸
由《機械設計基礎課程設計》表20-1、表20-2可查出Y132M-4型電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸
第四節(jié) 、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
(一)計算傳動裝置的總傳動比和傳動比分配
(1)?????? 總傳動比
由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速n和工作機主動軸轉(zhuǎn)速nw,可得傳動裝置
總傳動比為i=n/nw=1440/111=12.97
(2) 傳動裝置傳動比分配i=i×i式中i,i分別為帶傳動和單級圓柱減速器的傳動比。
為使V帶傳動外廓尺寸不致過大,初步取i=2.3,則單級圓柱減速器傳動
比為i=i/ i=12.97/2.3=5.64。
(二)運動參數(shù)及動力參數(shù)的計算
(1) 各軸轉(zhuǎn)速
?? n0=n=1440r/min
?? n1=n0/ i1=1440/2.3=626 r/min
?? n2=n0/ (i×i)=111 r/min
(2) 各軸輸入功率
???P0=P=6.65kW
? ?P1=P0×=6.65×0.96=6.38 kW
???P2=P1×η滾×η齒=6.38×0.98×0.98=6.13kW
(3) 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
?0?軸? T0=9550 P0/ n0=9550×6.65/1440=44.1 N·m
Ⅰ?軸 ?T1=9550 P1/ n1=9550×6.38/626=97.33 N·m
Ⅱ軸? T2=9550 P2/ n2=9550×6.13/111=527.4 N·m
第五節(jié)、傳動零件的設計計算
1.V帶傳動的設計
⑴ 確定計算功率 工作情況系數(shù)查《機械設計基礎》表13-6 =1.1
=1.1×6.65=7.315
⑵ 選擇帶型號
根據(jù)Pc =7.315,n=1440r/min,查圖初步選用普通A型帶.
⑶ 選取帶輪基準直徑
查《機械設計基礎》表13-7選取小帶輪基準直徑=112mm,則大帶
輪基準直徑1440÷626×112(1-0.02)=252.5mm 式中ξ
為帶的滑動率,通常?。?%~2%),查表后取=250
⑷ 驗算帶速v
=8.44m/s
在5~20m/s范圍內(nèi),V帶充分發(fā)揮。
(5)V帶基準長度Ld和中心距a
a0 =1.5(112+250)=543mm
取a0 =550,符合0.7( +)< a0<2( +)
由式(13-2)帶長
=1677mm
按表13-2定相近的基準長度Ld=1600mm,再由式(13-16)計算實際中心距
=543+(1600-1677)/2=504.5mm
(6)驗算包角,由式(13-1)得
=>,合適
(7)求確定v帶根數(shù)z
因=112mm,n=1440r/min,帶速v=8.44m/s,得實際傳動比
=2.28
查表得單根v帶功率增量=0.17KW,包角修正系數(shù)=0.96,帶長修正系數(shù)=0.99,則由公式得
故選5根帶。
(8)確定帶的初拉力F0(單根帶)
查表13-1得q=0.10kg/m,故可由式(13-17)得單根V帶的初拉力
=146.157N
作用在軸上的壓力
=2×5×146.157×sin/2=1447N
(9)帶輪的結(jié)構(gòu)設計
查《機械設計基礎課程設計》GB-10412-89得帶輪緣寬度B=80mm
2、齒輪傳動的設計
(1)選擇材料與熱處理
根據(jù)工作要求,采用齒面硬度<=350HBS,查《機械設計基礎》表11-1得
小齒輪選用40Cr,調(diào)質(zhì),硬度為250HBS
大齒輪選用ZG35SiMn,調(diào)質(zhì),硬度為220HBS
由《機械設計基礎》圖11-7C得=680 MPa ,=510MPa,
由《機械設計基礎》表11-4得SH =1.1,所以
[]==680/1.1MPa=618MPa
[]==510/1.1MPa=539MPa
由《機械設計基礎》圖11-10C得=240 Mpa,=160Mpa。
由《機械設計基礎》表11-4得SF =1.4,所以
[]=240/1.4MPa=171MPa
[]=160/1.4MPa=114.3MPa
(2)按齒面接觸強度計算
設齒輪按8級精度制造。取載荷系數(shù)K=1.2(表11-3),齒換系數(shù)=0.4。
小齒輪上的扭距?T1=9550 P1/ n1=9550×6.38/626=97.33 N·m
按式(11-5)計算中心距
==188.6mm
取a=190mm
齒數(shù) 取z=36,z=5.96×136=205,則取z =205,實際傳動比i=5.69
mn=2a·cos β /(Z1+Z2)=2×190×cos/(36+205)=1.25mm
按表4-1,取mn=1.5,去定螺旋角β
β = arccos [mn · (Z1+Z2) / 2a]=
齒寬b=a=0.4×190=76mm,取b2=76mm,b1=84mm
(3)驗算彎曲強度
當量齒數(shù):Zv1=Z1/cos3 β=41.8 ,Zv2=Z2/cos3 β=238.1
查圖11-9得YF1=2.44 , YF2=2.13,所以
σF2= σF1 ·YF2/ YF1 = 61.5Mpa< [σF2] =114.3Mpa
(4)求圓周速度V
V=πd1n1/(60×1000)=1.86m/S
對照表11-2可知選8級精度是合宜的。
(5)齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
中心距a=190mm
大齒輪齒寬b2=76mm
小齒輪齒寬b1=84mm
通過對減速器結(jié)構(gòu)的分析,可知小齒輪左旋,大齒輪右旋比較合適。
第六節(jié)、軸的設計計算
1、 初步確定軸的最小直徑
1軸的材料選擇,45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表14-2查得C=110,=6.38KW,=626 r/min初步確定1軸的最小直徑
≥ = 23.8㎜
由于軸端開鍵槽,會削弱軸的強度,故需增大軸徑5%~7%取=25mm
2軸的材料也選45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表14-2查得C=110,=6.13KW,=111 r/min初步確定2軸的最小直徑
=41.9mm,
由于軸端開鍵槽,會削弱軸的強度,故需增大軸徑5%~7%,取=45㎜
2.由齒輪的旋向分析2軸受力情況
(1)由以上計算分析可知道,大齒輪右旋,徑向力、圓周力、軸向力大小如下:
N
(2)2軸受力情況如(3-1)圖所示
(3)求垂直面的支承反力
N
(4)求水平面的支承反力
(5)繪制垂直面的彎距圖(3-2)
=1817×0.142/2=129.9Nm
=-570×0.143/2=-40.8
(6)繪制水平面的彎距圖(3-2)
(7)求合成彎距
(8)危險截面的當量彎距
由圖(3-4)可見,截面a-a最危險,其轉(zhuǎn)距=527.4Nm
當量彎距
如認為軸的扭切應力是脈動循環(huán)變力,取折合系數(shù)a=0.6,代入上式
(9)校核直徑
軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表14-1查得=650 MPa,由表14-3查得=60MPa
考慮到鍵槽對軸的削弱,將d值加大4%,故
d=1.04×39.2=40.76㎜
故軸符合強度要求
第七節(jié)、滾動軸承的選擇及計算
1、軸承的安裝方案
軸1和軸2的軸承均采用正裝(面對面) ,其原因在于正裝軸承(面對面)適合于傳動零件位于兩支承之間,軸承反裝(背靠背)適合于傳動零件處于外伸端,而且支承跨距不大,故采用兩端固定式。軸承類型選為角接觸球軸承。入下圖所示:
正裝(面對面) 反裝(背靠背)
2、 軸承的校核
(1)軸承的預期壽命取為Lh=14400h,由前面的計算知道,=1247N,=1056N
2軸的工作轉(zhuǎn)速n2=111r/min,初選軸承7211AC,查《機械設計基礎課程設計》表15-6得到基本額定動載荷Cr=38.8KN,基本額定靜載荷Cor=31.8KN
由表16-13查得軸承的內(nèi)部軸向力為:
因為F2′+Fa2 > F1′
所以Fa1== F2′+ Fa2=2230.2N
Fa1= F1′=1174.2N
(2)計算軸承的當量動載荷
由表16=13查得e=0.68而
查表16-12得,X1=0.41,Y1=0.87,X2=1,Y2=0,所以
P1=X1Fr1+Y1Fa1=0.41×2441+0.87×2230.2=2941.1N
P2=X2Fr2+Y2Fa2=1726.8N
(3)軸承壽命的校核
因為軸的結(jié)構(gòu)要求兩端選擇同樣尺寸的軸承,進P1較大,故以它來校核軸承的壽命
第八節(jié)、鍵聯(lián)接選擇及校核
1, 本設計均采用:普通圓頭平鍵
普通平鍵——用于靜聯(lián)接—即軸與輪轂間無相對軸向移動,
構(gòu)造:兩側(cè)面為工作面,靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳遞扭矩
型式:大齒輪處選擇圓頭—A型(常用)—為防轉(zhuǎn)、鍵(指端銑刀加工)與槽同形、鍵頂上面與轂不接觸有間隙
聯(lián)軸器與帶輪處均選擇C型鍵
2, 鍵聯(lián)接的設計及強度校核
1) 已知參數(shù):
1軸
軸徑d=25 mm,帶輪輪轂寬度為70mm
扭矩T1=97.33Nm 載荷有輕微沖擊
2軸
安裝大齒輪處軸徑d=60 mm,齒輪輪轂寬度為76mm
扭矩T=527.4Nm 載荷有輕微沖擊
安裝聯(lián)軸器處軸徑d=45 mm,;聯(lián)軸器輪轂寬度為112mm
扭矩T=527.4Nm 載荷有輕微沖擊
鍵材料為45鋼
2) 失效形式: 壓潰(鍵、軸、轂中較弱者——靜聯(lián)接)
磨損(動聯(lián)接)
鍵的剪斷(較少)
校核擠壓強度條件為:
——許用擠壓應力 Mpa ,表5-1 P113
T——扭矩(Nmm)
h——高度
l——工作長度 l=L-b (A型鍵L——公稱長度)
d——軸徑(mm)
3)計算
安裝帶輪處的鍵:
安裝大齒輪處的鍵:
安裝聯(lián)軸器處的鍵:
所以,三個鍵均符合要求。
第九節(jié)、聯(lián)軸器的選擇與校核
1、由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點,所以考慮選用它。初選HL4聯(lián)軸器45×112 GB5014-85
其主要參數(shù)如下:
材料HT200
公稱轉(zhuǎn)矩
軸孔直徑,
軸孔長,
許用轉(zhuǎn)速
由《機械設計基礎》表17-1,可知道工作系數(shù)
故計算轉(zhuǎn)距
故聯(lián)軸器滿足要求
第十節(jié)、減速器附件的選擇
1、箱體及附件選擇
箱體設計(mm)
名稱
符號
參數(shù)
設計原則
箱體壁厚
δ
10
0.04a+d >8
箱蓋壁厚
δ1
10
0.85δ>8
凸緣厚度
箱座
b
15
1.5δ
箱蓋
b1
15
1.5δ1
底座
b2
25
2.5δ
箱座肋厚
m
8.5
0.85δ
箱蓋肋厚
m1
8.5
0.85δ1
地腳螺釘
型號
df
18取M20
單級齒輪減速器,
0.036a+12
數(shù)目
n
4
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
d1
14.13取M16
0.75 df
箱座、箱蓋聯(lián)接螺栓直徑尺寸
d2
11.3取M12
(0.5-0.6)df
觀察孔蓋螺釘
C2
d4
(0.3-0.4)df
凸臺高度
h
結(jié)構(gòu)而定
凸臺半徑
R1
= C2
箱體外壁至軸承蓋座端面的距離
l1
40
C1+ C2+(5~10)
注釋:a:中心距之和,a=190mm
2、附件
為了保證減速器的正常工作,除了對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設計給予足夠的重視外,還應考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設計。
名稱
規(guī)格或參數(shù)
作用
窺視孔
視孔蓋
145×112
為檢查傳動零件的嚙合情況,并向箱內(nèi)注入潤滑油,應在箱體的適當位置設置檢查孔。圖中檢查孔設在上箱蓋頂部能直接觀察到齒輪嚙合部位處。平時,檢查孔的蓋板用螺釘固定在箱蓋上。材料為鑄鐵
通氣器
通氣螺塞
M12×1.25
減速器工作時,箱體內(nèi)溫度升高,氣體膨脹,壓力增大,為使箱內(nèi)熱脹空氣能自由排出,以保持箱內(nèi)外壓力平衡,不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件等其他縫隙滲漏,通常在箱體頂部裝設通氣器。材料為Q235
軸承蓋
凸緣式軸承蓋
六角螺栓(M8)
固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷,軸承座孔兩端用軸承蓋封閉。軸承蓋有凸緣式和嵌入式兩種。圖中采用的是凸緣式軸承蓋,利用六角螺栓固定在箱體上,外伸軸處的軸承蓋是通孔,其中裝有密封裝置。材料為HT150
定位銷
M6×35
為保證每次拆裝箱蓋時,仍保持軸承座孔制造加工時的精度,應在精加工軸承孔前,在箱蓋與箱座的聯(lián)接凸緣上配裝定位銷。中采用的兩個定位圓錐銷,安置在箱體縱向兩側(cè)聯(lián)接凸緣上,對稱箱體應呈對稱布置,以免錯裝。材料為45號鋼
油面指示器
油標尺M12
檢查減速器內(nèi)油池油面的高度,經(jīng)常保持油池內(nèi)有適量的油,一般在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位,裝設油面指示器,采用2型
油塞
M14×1.5
換油時,排放污油和清洗劑,應在箱座底部,油池的最低位置處開設放油孔,平時用螺塞將放油孔堵住,油塞和箱體接合面間應加防漏用的墊圈(耐油橡膠)。材料為Q235
起蓋螺釘
M8×30
為加強密封效果,通常在裝配時于箱體剖分面上涂以水玻璃或密封膠,因而在拆卸時往往因膠結(jié)緊密難于開蓋。為此常在箱蓋聯(lián)接凸緣的適當位置,加工出1個螺孔,旋入啟箱用的圓柱端或平端的啟箱螺釘。旋動啟箱螺釘便可將上箱蓋頂起。
起吊裝置
箱座吊耳+吊環(huán)螺釘M12
經(jīng)過估算減速器重量約為1.05-2.1kN,為了便于搬運,在箱體設置起吊裝置,采用箱座吊耳+吊環(huán)螺釘M12,材料20鋼正火。
第十一節(jié)、 潤滑與密封
一、潤滑
1,本設計采用油潤滑
原因:潤滑冷卻效果較好,f較小,但供油系統(tǒng)和密封裝置均較復雜,適于高速場合。
潤滑方式:飛濺潤滑,由于轉(zhuǎn)速<2m/s,不容易形成油霧,通過適當?shù)挠蜏蟻戆延鸵敫鱾€軸承中。
1)齒輪的潤滑
采用浸油潤滑,由于低速級周向速度為,所以浸油高度約為50+10~20㎜。取為60㎜。
(2)滾動軸承的潤滑
由于軸承周向速度為,所以宜開設油溝、飛濺潤滑。
(3)潤滑油的選擇
齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利,考慮到該裝置用于小型設備,選用L-AN15潤滑油。
2, 滾動軸承內(nèi)側(cè)的擋油盤
由于輸入軸的齒輪直徑小,設計為齒輪軸,齒頂圓小于軸承的外徑,為防止嚙合時所擠出的熱油大量沖向軸承內(nèi)部,增加軸承阻力,設置擋油盤(沖壓件)
二、密封
選用凸緣式端蓋易于調(diào)整,采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。
密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為(F)B25-42-7-ACM,(F)B70-90-10-ACM。
軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。
在軸承蓋的軸孔內(nèi)設置密封件。本設計采用接觸式——氈圈密封
第十二節(jié)、設計小結(jié)
?? 經(jīng)過十幾天的努力,我終于將機械設計課程設計做完了.在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,一遍又一遍的計算,一次又一次的設計方案修改,這都暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足,計算出現(xiàn)了很多小問題,令我非??鄲?后來在吳老師的指導下,我找到了問題所在之處,并將之解決.同時我還對機械設計基礎的知識有了更進一步的了解.在傳動系統(tǒng)的設計時,面對功率大,傳動比也大的情況,我一時不知道到底該如何分配傳動比.后來經(jīng)過幾次計算,才找到比較好的方案.這次我吸取了盲目計算的教訓,在動筆之前,先征求了吳老師的意見,終于確定了我最終的設計方案.至于畫裝配圖和零件圖,由于前期計算比較充分而且充分利用休息時間,整個過程用時不到一周。在此期間,我還得到了許多同學和老師的幫助.在此我要向他們表示最誠摯的謝意.整個作業(yè)過程中,我遇到的最大,最痛苦的事是最后的文檔.一來自己電腦知識不夠扎實,用起來很不方便。
??? 盡管這次作業(yè)的時間是漫長的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握了帶傳動以及齒輪的設計步驟與方法;也對制圖有了更進一步的掌握。對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學生最最缺少的是經(jīng)驗,沒有感性的認識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié).總體來說,我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的,它需要我們將學過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進.有時候,一個人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會更完美!
第十三節(jié)、參考資料目錄
1、《機械設計基礎》楊可楨、程光蘊主編(第四版)高等教育出版社
2、《機械設計機械設計基礎課程設計》 王昆等主編 高等教育出版社