三軸線雙級斜齒圓柱齒輪減速器
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1、 機械設(shè)計課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目:三軸線雙級斜齒圓柱齒輪減速器 機械與能源工程學(xué)院 機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 班級:機械三班 學(xué)號:******* 設(shè)計人: ** 指導(dǎo)老師: 虞紅根 完成日期2013年7月2日 同濟大學(xué) 目錄 設(shè)計任務(wù)書1 選擇電動機及傳動裝置的運動和動力參數(shù) 2 齒輪傳動的設(shè)計4 高速級齒輪的設(shè)計4
2、 低速級齒輪的設(shè)計9 齒輪旋向設(shè)計13 齒輪受力分析13 傳動軸及其附件的設(shè)計及校核14 輸入軸及其附件的設(shè)計及校核14 中間軸及其附件的設(shè)計及校核21 輸出軸及其附件的設(shè)計及校核28 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計35 心得體會38 參考資料39 一、設(shè)計任務(wù)書 (一)課程的目的 1.通過機械設(shè)計課程設(shè)計,綜合運用機械設(shè)計課程和其他相關(guān)課程的理論和生產(chǎn)實際知識去分析解決設(shè)計問題,進一步鞏固、深化和發(fā)展所學(xué)到的知識。 2.學(xué)習(xí)機械設(shè)計的一般方法。培養(yǎng)正
3、確的設(shè)計思維和分析問題、解決問題的能力。 (二)題目 設(shè)計一用于帶式輸送機裝置中的三軸線雙級斜齒圓柱齒輪減速器。 設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下: 工作情況 載荷平穩(wěn),單向旋轉(zhuǎn) 鼓輪的扭矩T(Nm) 560 鼓輪的直徑D(mm) 320 運輸帶速度(m/s) 0.8 帶速允許偏差(%) 5 使用期限(年) 5 工作制度(班/日) 2 總體布置: (三)設(shè)計內(nèi)容 1.電動機的選擇與運動參數(shù)設(shè)計計算 2.斜齒輪傳動設(shè)計計算 3.軸的設(shè)計 4.鍵和聯(lián)軸器的選擇與校核 5.滾動軸承的選擇 6.裝配圖。零件圖的繪制 7.設(shè)計計算說明書的編寫 (四)設(shè)計進度
4、1.第一階段:總體設(shè)計和傳動件參數(shù)計算及齒輪傳動設(shè)計(3天) 2.第二階段:軸和軸系零件的設(shè)計(3天) 3.第三階段:軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制(3天) 4.第四階段:裝配圖、零件圖的繪制及計算說明書的編寫(6天) 1、 選擇電動機及傳動裝置的運動和動力參數(shù) 計算過程及說明 結(jié)果 (一)電動機的選擇 1.電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式選擇 按工作要求和工作條件,選用一般用途的Y(IP44)系列、三相異步交流電動機,它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。 2.電動機容量選擇 (1)工作機所需功率Pw: (2)確定傳動系統(tǒng)的效率η: 滾動軸承的效率
5、 (三對) η1=0.99 圓柱齒輪傳遞效率 (兩對) η2=0.97 彈性聯(lián)軸器 (兩個) η3=0.99 卷筒軸效率 η4=0.96 傳動系統(tǒng)的效率η: (3)電動機輸出功率Pd: (4)電動機額定功率Ped: 查參考資料【1】表20-1得Ped=4kW 3.電動機轉(zhuǎn)速選擇 (1)工作機轉(zhuǎn)速nw: (2)電動機轉(zhuǎn)速可選范圍: 取nd=1000r/min 4.查參考資料【1】表20-1,
6、選定電動機型號:Y132M1-6 列表記錄電動機的技術(shù)數(shù)據(jù) 電動機型號 額定功率(kW) 同步轉(zhuǎn)速 (r/min) 滿載轉(zhuǎn)速nm(r/min) Y132M1-6 4 1000 960 列表記錄電動機的外形尺寸和安裝尺寸 電動機型號 H A B C D E Y132M1-6 132 216 178 89 38 80 (二)計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比 1.總傳動比: 2.分配各級傳動比: (三)計算傳動裝置的運動和動力 1.各軸轉(zhuǎn)速n 2.各軸輸入功率P
7、 3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩T 以上數(shù)據(jù)列表如下: 項目 電動機軸 高速軸1 中間軸2 低速軸3 轉(zhuǎn)速n(r/min) 960 960 187.86 47.43 功率P(kW) 3.26 3.23 3.10 2.98 轉(zhuǎn)矩T(Nm) 32.43 32.13 157.59 596 傳動比 1.0 5.11 3.93 效率 0.99 0,96 0.96 Ped=4kW 電動機型號: Y132M1-6
8、 3、 齒輪傳動的設(shè)計 計算過程及說明 結(jié)果 (1) 高速級齒輪的設(shè)計 1.選用齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) (1)選用斜齒圓柱齒輪; (2)斜齒圓柱齒輪減速器為通用減速器,速度不高,故選用7級精度(GB10095-88); (3)材料選擇根據(jù)參考資料【2】表10-1,選擇小齒輪為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度為270HBS(241~286HBS);選擇大齒輪材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度為240HBS(217~255HBS),兩者硬度相差30HBS,合適; (4)初步選定小齒輪齒數(shù)
9、為z1=20,大齒輪齒數(shù)為z2=i1z1=205.11=102.2,取z2=102; (5)初定螺旋角為β=14; 2.按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 公式為: (1)確定式中各計算量值 1)試選Kt=1.6; 2)由參考資料【2】圖10-30選取系數(shù)ZH=2.433; 3)由參考資料【2】圖10-26查得 ; 4)u=i1=5.11; 5)查參考資料【2】表10-7,取Φd=1; 6)轉(zhuǎn)矩T1=32.13Nm=32130Nmm 7)由參考資料【2】表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MP1/2
10、 8)由公式N=60njLh計算循環(huán)次數(shù): 9)由參考資料【2】圖10-19得解除疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.93,KHN2=0.95; 10)由參考資料【2】圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞極限 бlim1=600MPa,бlim2=550MPa 11)計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由式 (2)計算 1) 初取d1t=38.05mm; 2)計算圓周速度v 3)計算齒寬b和模數(shù)mnt 4)計算齒寬與高之
11、比 齒高:h=2.25mnt=2.251.85=4.16mm; b/h=38.05/4.16=9.15 5) 計算縱向重合度 6) 計算載荷系數(shù)K 公式:K=KAKvKHɑKHβ 查參考資料【2】表10-2得使用系數(shù)KA=1; 根據(jù)v=1.91m/s,7級精度,查參考資料【2】圖8-10得動載系數(shù)Kv=1.05; 查參考資料【2】表10-3得齒間載荷分配系數(shù)KHɑ=KFɑ=1.2; 查參考資料【2】表10-4得齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.3,查參考資料【2】圖10-13得KFβ=1.24; 故載荷系數(shù)K=KAKvKHɑKHβ=11.051.21.3=1.
12、638 7) 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 8)計算模數(shù)mn 3.按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 公式為: (1)確定式中各計算量的值 1)載荷系數(shù)K K=KAKvKFɑKFβ=11.051.21.24=1.562 2)根據(jù)縱向重合度εβ=1.586,查參考資料【2】圖10-28得螺旋角影響系數(shù)Yβ=0.88; 3)計算當(dāng)量齒數(shù) 4)查取齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力校正系數(shù)YSa 查參考資料【2】表10-5得齒形系數(shù)YFa1=2.73,YFa2=2.17; 應(yīng)力校正系數(shù)YSa1=1.569,YSa2=1.8;
13、 5)由參考資料【2】圖10-20c得彎曲疲勞強度極限 小齒輪бFE1=500MPa,大齒輪бFE2=380MPa; 6)由參考資料【2】圖10-18得彎曲疲勞壽命系數(shù): KFN1=0.85,KFN2=0.88; 7)計算彎曲疲勞強度許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4, 8)計算大小齒輪的,并加以比較: 大齒輪數(shù)值大,選用計算; (2)計算 按齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于按齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù),按GB/T1357-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取m
14、n=2mm; 為了滿足接觸疲勞強度,需要按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=38.35mm來計算應(yīng)有的齒數(shù) 4.幾何尺寸計算 (1)計算中心距 將中心距圓整為120mm (2)按圓整后的中心距修正螺旋角 因β值不變,故參數(shù)εɑ,kβ等不必修正; (3)計算大小齒輪的分度圓直徑; (4)計算齒輪寬度 (二)低速級齒輪的設(shè)計 1.選用齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) (1)選用斜齒圓柱齒輪; (2)斜齒圓柱齒輪減速器為通用減速器,速度不高,故選用7級精度(GB10095-88); (
15、3)材料選擇 根據(jù)參考資料【2】表10-1,選擇小齒輪為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度為270HBS(241~286HBS);選擇大齒輪材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度為240HBS(217~255HBS),兩者硬度相差30HBS,合適; (4)初步選定小齒輪齒數(shù)為z1=20,大齒輪齒數(shù)為z2=i2z1=203.93=78.6,取z2=79; (5)初定螺旋角為β=14; 2.按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 公式為: (1)確定式中各計算量值 1)試選Kt=1.6; 2)由參考資料【2】圖10-30選取系數(shù)ZH=2.433; 3)由參考資料【2
16、】圖10-26查得 ; 4)u=i2=3.93; 5)查參考資料【2】表10-7,取Φd=1; 6)轉(zhuǎn)矩T2=157.59Nm=157590Nmm 7)由參考資料【2】表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MP1/2 8)由公式N=60njLh計算循環(huán)次數(shù): 9)由參考資料【2】圖10-19得解除疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.95,KHN2=0.97; 10)由參考資料【2】圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞極限 бlim1=600MPa,бlim2=550MPa 11)計算接觸疲勞許
17、用應(yīng)力 取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由式 (2)計算 1) =64.65mm; 初取d1t=64.65mm; 2)計算圓周速度v 3)計算齒寬b和模數(shù)mnt 4)計算齒寬與高之比 齒高:h=2.25mnt=2.253.14=7.065mm; b/h=64.65/7.065=9.15 5)計算縱向重合度 6)計算載荷系數(shù)K 公式:K=KAKvKHɑKHβ 查參考資料【2】表10-2得使用系數(shù)KA=1; 根據(jù)v=0.
18、63m/s,7級精度,查參考資料【2】圖10-8得動載系數(shù)Kv=1.01; 查參考資料【2】表10-3得齒間載荷分配系數(shù)KHɑ=KFɑ=1.2; 查參考資料【2】表10-4得齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.3,查參考資料【2】圖10-13得KFβ=1.24; 故載荷系數(shù)K=KAKvKHɑKHβ=11.011.21.3=1.584 7)按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 8)計算模數(shù)mn 3.按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 公式為: (1)確定式中各計算量的值 1)載荷系數(shù)K K=KAKvKFɑKFβ=11.011.21.24=1.50
19、3 2)根據(jù)縱向重合度εβ=1.586,查參考資料【2】圖10-28得螺旋角影響系數(shù)Yβ=0.88; 3)計算當(dāng)量齒數(shù) 4)查取齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力校正系數(shù)YSa 查參考資料【2】表10-5得齒形系數(shù)YFa1=2.724,YFa2=2.21; 應(yīng)力校正系數(shù)YSa1=1.57,YSa2=1.77; 5)由參考資料【2】圖10-20c得彎曲疲勞強度極限 小齒輪бFE1=500MPa,大齒輪бFE2=380MPa; 6)由參考資料【2】圖10-18得彎曲疲勞壽命系數(shù): KFN1=0.88,KFN2=0.91; 7)計算彎曲疲勞
20、強度許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4, 8)計算大小齒輪的,并加以比較: 大齒輪數(shù)值大,選用計算; (2)計算 =2.21mm 按齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于按齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù),按GB/T1357-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取mn=2.5mm; 為了滿足接觸疲勞強度,需要按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=64.21mm來計算應(yīng)有的齒數(shù) 4.幾何尺寸計算 (1)計算中心距 將中心距圓整為159mm (2)按圓整后的中心距修正螺旋角
21、 因β值不變,故參數(shù)εɑ,kβ等不必修正; (3)計算大小齒輪的分度圓直徑; (4)計算齒輪寬度 (3) 齒輪旋向設(shè)計 設(shè)定高速級小齒輪為右旋,那么與之嚙合的大齒輪就是左旋,為使中間軸的軸向力相互抵消一部分,低速級大齒輪采用右旋,小齒輪采用左旋。 將上述結(jié)果整理如下表: 齒輪 高速級 小齒輪 高速級 大齒輪 低速級 小齒輪 低速級 大齒輪 模數(shù) 2.0 2.0 2.5 2.5 齒數(shù) 19 97 25 98 齒寬 45 40 70 65 分度圓直徑d 39.31 200.69 6
22、4.63 253.37 齒根圓直徑df 34.31 195.69 58.38 247.12 齒頂圓直徑d2 43.31 204.69 69.63 258.37 旋向 右 左 左 右 (4) 齒輪受力分析 1.高速級齒輪 2.低速級齒輪 7級精度 40Cr(調(diào)質(zhì)) 45鋼(調(diào)質(zhì)) β=14 h=4.16mm
23、 b/h=9.15 K=1.638 mn=2mm a=120mm 7級精度 40Cr(調(diào)質(zhì)) 45鋼(調(diào)質(zhì)) z1=20 z2=79 β=14
24、 h=7.065mm b/h=9.15 K=1.584 K=1.503 4、 傳動軸及其附件的設(shè)計與校核 計算過程及說明 結(jié)果 (1) 輸入軸
25、及其附件的設(shè)計及校核 1.初步確定軸的最小直徑 由公式初步估算軸的最小直徑: 根據(jù)參考資料【2】表15-3,選取軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,A0=97~112,取A0=112,, 輸入軸與聯(lián)軸器連接段有鍵槽,則最小直徑應(yīng)修正為 2.輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器出的直徑d1-2,這段軸上設(shè)有鍵槽,聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩: 由參考資料【1】第17章,考慮到已經(jīng)選擇電動機的型號,其輸出軸直徑應(yīng)與半聯(lián)軸器的軸孔內(nèi)徑相同,故選取ML3型梅花形彈性聯(lián)軸器,其公稱扭矩為90Nm,與軸連接的半聯(lián)軸器的孔徑為d1=22mm,半聯(lián)軸器的長度L=52mm
26、,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=38mm; 3.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 擬定軸的傳動方案如下圖: (1)半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔內(nèi)徑應(yīng)等于該段軸的直徑,因此d1-2=22mm;半聯(lián)軸器軸向定位采用軸肩定位,因此軸1-2右端需制出一軸肩,該段軸直徑應(yīng)大于半聯(lián)軸器轂孔內(nèi)徑,取d2-3=28mm;左端采用擋圈定位,為保證軸段擋圈直壓在半聯(lián)軸器而不壓在軸段上,故軸段1-2的長度應(yīng)略短于L1,取36mm; (2)初步選擇滾動軸承,因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承,又d2-3=28mm,按照軸承的國家標(biāo)準(zhǔn),查參考資料【1】表15-
27、7,選擇型號為30206的圓錐滾子軸承,其基本參數(shù)如下: 軸承代號 d D T D1max D2min 30206 30 62 17.25 37 36 左端軸承采用軸肩進行軸向定位,定位軸肩最小高度h=3mm,故取軸4-5的直徑為36mm,4-5段的長度為軸承端面到齒輪端面的距離,參照參考資料【1】表4-1和圖4-2可得:L4-5=91mm; (3)與齒輪相配合的軸段5-6的直徑應(yīng)大于36mm;而齒輪的齒根圓直徑為34.31mm,故而將軸做成齒輪軸,則軸段5-6的直徑為齒輪的齒頂圓直徑43.31mm,長度為齒輪寬,故L5-6=45mm; (4)軸段7-8需
28、與軸承配合,由于與之靠近的齒輪的齒頂圓直徑小于軸承的外徑,為防止齒輪嚙合時產(chǎn)生的熱油大量的沖向軸承內(nèi)部,增加軸的阻力,需設(shè)置擋圈,擋圈寬度取5mm,直徑應(yīng)小于軸承外徑2-4mm,取為58mm,軸段7-8的長度取為5+17.25=22.25mm; (5)軸段6-7的直徑取為36mm,長度根據(jù)軸承端面到齒輪端面的距離之和為Δ2+Δ3=10+4=14mm,取為14-5=9mm; 4.零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸之間的鍵連接查參考資料【1】表14-1可得: C型平鍵bhL=6632mm; 軸與半聯(lián)軸器之間的配合為H7/r6; 軸承與軸的定位為過渡配合,軸的尺
29、寸公差為k6; 5.倒角與圓角可由參考資料【2】表15-2查得,具體數(shù)值參考下圖: 6.輸入軸的校核 (1)求軸上的載荷 從軸的結(jié)構(gòu)圖、彎矩圖以及扭矩圖可以看出齒輪中間的截面是危險截面,現(xiàn)將計算出的該截面處的彎矩扭矩值列如下表: 載荷 水平面H 垂直面V 支反力 FNH1=414N,FNH2=1221N FNV1=101.5N,FNV2=514N 彎矩 MH=48230Nmm MV1=11825Nmm MV2=20303Nmm 總彎矩 扭矩 T=32130Nmm (2)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的
30、強度 通常指教和軸上所承受最大應(yīng)力和扭矩的截面的強度。根據(jù)參考資料【2】式15-5及上表中的數(shù)據(jù),以軸單向旋轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力,取α=0.6,最大彎矩為M2,軸的計算應(yīng)力: 已知軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,查參考資料【2】表15-1得[б-1]=70MPa, бca<[б-1],故安全。 (3)精確校核軸的疲勞強度 1)判斷危險截面 截面A,2,3,B只受到扭矩作用,雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強度,但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的,所以截面A,2,3,B均無需校核。 軸的最大
31、彎矩發(fā)生在5-6段,由于彎矩最大處發(fā)生在齒輪齒寬的中間,而一般軸在此處不受到加工應(yīng)力的影響,不需校核。故需要校核處應(yīng)該是彎矩、扭矩較大、應(yīng)力較大且直徑較小等能引起應(yīng)力集中的地方。截面5左側(cè)有倒圓引起應(yīng)力集中,并且此處受到的彎矩和扭矩較大,因此危險截面應(yīng)該是在5左側(cè)。 2)截面5左側(cè): 抗彎系數(shù): 抗扭系數(shù): 截面5左側(cè)的彎矩為: 截面5左側(cè)的扭矩為:T=32130Nmm 截面5上的彎曲應(yīng)力為: 截面5上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為: ; 軸的材料為40Cr,由參考資料【2】表15-1查得: 由參考資料【2】附表3-2查出: 經(jīng)插值后,可得截面上由于軸肩處而形成的應(yīng)力
32、集中系數(shù) 由參考資料【2】附圖3-1可得軸材料的敏性系數(shù)為: 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為: 由參考資料【2】附圖3-2查得尺寸幾截面形狀系數(shù) 由參考資料【2】附圖3-3查得扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù) 軸按磨削加工,由參考資料【2】附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)為: ,軸未經(jīng)表面強化處理,即強化系數(shù); 綜合系數(shù)為: 合金鋼的特性系數(shù): 計算安全系數(shù)Sca值: 故軸安全。 7.輸入軸上軸承的校核 (1)根據(jù)軸承型號30206,查參考資料【1】表15-7取軸承基本額定動載荷為:Cr=41200N,基本額定靜載荷為C0r=29500N;
33、 (2)求徑向力Fr (3)求軸向力Fa 對于30206型的軸承,按參考資料【2】表13-7,軸承的派生軸向力 查參考資料【1】表15-7, 則 軸有向左竄動的趨勢,故軸承1被壓緊,軸承2被放松, 于是, (4)求軸承當(dāng)量動載荷P1和P2 由于載荷平穩(wěn),查參考資料【2】表13-6,取, (5)驗算軸承壽命 因為P1>P2,所以按軸承1所受力的大小驗算軸承壽命, 故軸承使用壽命足夠,合格。 8.輸入軸上鍵連接強度校核 鍵的類型:C型單圓頭普通平鍵, (二)中間軸及其附件的設(shè)計及校核 1.初步
34、確定軸的最小直徑 由公式初步估算軸的最小直徑: 根據(jù)參考資料【2】表15-3,選取軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,A0=97~112,取A0=112,, 輸入軸與聯(lián)軸器連接段有鍵槽,則最小直徑應(yīng)修正為: 2.根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 (1)擬定軸上零件的裝配方案如下圖: (2)軸的最小直徑顯然是安裝軸承處的直徑,為了使所選的軸與軸承吻合,故需選擇軸承的內(nèi)徑和類型,適當(dāng)放大軸的最小直徑。查參考資料【1】第十五章,由于存在一定的徑向力,取軸承為單列圓錐滾子軸承,內(nèi)徑為35mm,類型為30207,軸承具體數(shù)據(jù)如下: 軸承代號
35、 d D T D1max D2min 30207 35 72 18.25 44 42 故取1-2段的直徑為35mm,由于此處齒輪頂徑小于軸承外徑,軸承又為油潤滑,故需要用擋油盤,取擋油盤寬度為5mm,因此1-2段的長度為23.25mm; (3)由于擋油盤需要軸肩定位,故軸2-3段軸頸取為45mm,軸2-3段長度根據(jù)參考資料【1】表4-1規(guī)定的箱體內(nèi)壁與軸承端面之間的距離Δ3及箱體內(nèi)壁與齒輪端面之間的距離Δ2來確定,; (4)軸3-4需要與低速級小齒輪配合,由于齒輪的齒根圓直徑小,齒輪輪轂要做鍵槽,將會使得鍵槽底部到齒根的距離太小,因此做成齒輪軸,則軸段3-4的
36、直徑為齒頂圓直徑64.63mm,長度為小齒輪寬度70mm; (5)軸5-6段與高速級大齒輪配合,直徑取為38mm,為使齒輪軸向定位,5-6段的長度應(yīng)比齒寬略短,取為40-2=38mm,齒輪左端采用軸肩定位,故軸段4-5的直徑取為45mm,長度根據(jù)兩軸配合時齒輪之間所確定的距離要求來取,根據(jù)參考資料【1】表4-1及圖4-2,結(jié)合后面所取的箱體的相關(guān)參數(shù)可得4-5段軸的長度為9.5mm; (6)軸6-7段需要與軸承配合,直徑為35mm,大齒輪右端和軸承左端均需要用套筒定位,綜合考慮后取套筒的外徑為38mm,寬度為16.5mm,軸段6-7的長度根據(jù)參考資料【1】表4-1所規(guī)定的相關(guān)參數(shù),
37、取為36.5mm(16.5+2+18.25); 3. 零件的周向定位 高速級大齒輪與軸之間的鍵連接查參考資料【1】表14-1可得: C型平鍵 bhL=10836mm; 根據(jù)參考資料表18-5,軸與齒輪之間采用過渡配合H7/k6; 軸承與軸的定位為過渡配合,軸的尺寸公差為k6; 4.倒角與圓角可由參考資料【2】表15-2查得,具體數(shù)值見下圖: 5.中間軸的校核 (1)求軸上的載荷 從軸的結(jié)構(gòu)圖、彎矩圖以及扭矩圖可以看出齒輪中間的截面是危險截面,現(xiàn)將計
38、算出的該截面處的彎矩扭矩值列如下表: 載荷 水平面H 垂直面V 支反力 FNH1=3671,FNH2=2841N FNV1=1625.5N,FNV2=-405N 彎矩 MH3=187221Nmm MH2=109387.5Nmm MV3=82900Nmm MV3’=41375Nmm MV2’=27856.5Nmm MV2=15592.5Nmm 總彎矩 扭矩 T=157590Nmm (2)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 按照通常情況,只需校核軸上承受最大彎矩和扭矩的界面的強度即可。此處即校核B截面左側(cè)截面。 根據(jù)參考資料【2】式15-5及上表中
39、的數(shù)據(jù),以軸單向旋轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力,取α=0.6,最大彎矩為M2,軸的計算應(yīng)力: 已知軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,查參考資料【2】表15-1得[б-1]=70MPa, бca<[б-1],故安全。 (3)精確校核軸的疲勞強度 1)判斷危險截面 截面5處的過盈配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重,并且此截面同時受到彎矩和扭矩的作用,由于鍵槽引起的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈的小,可以忽略,故需校核軸截面5右側(cè)。 2)截面5右側(cè) 抗彎系數(shù): 抗扭系數(shù): 截面5左側(cè)的彎矩為: 截面5左側(cè)的扭矩為:T=157590Nmm 截面5上的彎曲應(yīng)力為
40、: 截面5上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為: ; 軸的材料為40Cr,由參考資料【2】表15-1查得: 過盈配合處的,由參考資料【2】附表3-8,用插值法求出,并取, 軸按磨削加工,由參考資料【2】附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)為: ,軸未經(jīng)表面強化處理,即強化系數(shù); 綜合系數(shù)為: 合金鋼的特性系數(shù): 計算安全系數(shù)Sca值: 故軸安全。 7.中間軸上軸承的校核 (1)根據(jù)軸承型號30207,查參考資料【1】表15-7取軸承基本額定動載荷為:Cr=41200N,基本額定靜載荷為C0r=29500N; (2)求徑向力Fr
41、
(3)求軸向力Fa
對于30207型的軸承,按參考資料【2】表13-7,軸承的派生軸向力
查參考資料【1】表15-7,
則
軸有向右竄動的趨勢,故軸承2被壓緊,軸承1被放松,
于是,
(4)求軸承當(dāng)量動載荷P1和P2
由于載荷平穩(wěn),查參考資料【2】表13-6,取,
(5)驗算軸承壽命
因為P1 42、式初步估算軸的最小直徑:
根據(jù)參考資料【2】表15-3,選取軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,A0=97~112,取A0=112,;
2.輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器出的直徑d1-2,這段軸上設(shè)有鍵槽,則最小直徑的修正值為:
為了使所選的軸與聯(lián)軸器吻合,故須同時選取聯(lián)軸器的型號。
聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩為:
按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器工程轉(zhuǎn)矩的條件,查參考資料【1】第十七章,選取HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為1250Nm,取半聯(lián)軸器的孔徑為d1=48mm,故取軸6-7段的直徑為48mm;半聯(lián)軸器的長度為L=112mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂 43、孔長度為L1=84mm。
3.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
(1)擬定軸上零件的裝配方案如下圖:
(2)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求,6-7軸段左端要制出一軸肩,故取5-6的直徑為53mm;右端用軸段擋圈定位,為了保證軸段擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸上,故6-7段的長度應(yīng)比L1略短一些,現(xiàn)取82mm;
(3)初步選擇滾動軸承,因軸承同時受到徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承。1-2、4-5段和軸承配合,參照工作要求并根據(jù)5-6段的直徑為53mm,根據(jù)參考資料【1】表15-7選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列圓錐滾子軸承30211型。該軸承的 44、各項數(shù)據(jù)如下表:
軸承代號
d
D
T
D1max
D2min
30211
55
100
22.75
64
64
因此留出端蓋余量取5-6的長度為60mm,1-2、4-5軸段直徑取為55mm。
軸承采用套筒進行軸向定位,根據(jù)要求取套筒的外徑為64mm,長度為16.5mm,該套筒同時用作齒輪的左端面定位,右軸承采用軸肩進行軸向定位,取3-4段的直徑為64mm;
(5)軸4-5段與軸承配合,由于軸承需要留出間隙,取4-5軸段長度為19.5mm;1-2段根據(jù)參考資料【1】表4-1,圖4-2所規(guī)定的箱體內(nèi)壁與軸承端面、齒輪端面之間的距離關(guān)系,取為42. 45、25mm(22.75+16.5+2)
(5)與齒輪配合的軸段2-3直徑取為58mm,為使齒輪軸向定位,2-3段的長度應(yīng)比齒寬略短,取為63mm,齒輪右端采用軸肩定位,3-4軸段的直徑取64mm合適,長度根據(jù)兩軸配合時所要求的距離來確定,取為68.5mm
4.零件的周向定位
軸與半聯(lián)軸器之間的鍵連接查參考資料【1】表14-1可得:
C型平鍵bhL=14980mm;
軸與半聯(lián)軸器的配合為H7/r6;
軸與齒輪之間的鍵連接查參考資料【1】表14-1可得:
A型平鍵bhL=161065mm;
軸與齒輪之間采用過渡配合H7/k6;
46、
軸承與軸的定位為過渡配合,軸的尺寸公差為k6。
5.倒角與圓角可由參考資料【2】表15-2查得具體數(shù)值見下圖:
6.輸出軸的校核
(1)求輸出軸上的載荷
從軸的結(jié)構(gòu)圖、彎矩圖以及扭矩圖可以看出齒輪中間的截面B是危險截面,現(xiàn)將計算出的截面B處的彎矩扭矩值列如下表:
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
FNH1=3305N,FNH2=1572N
FNV1=173N,FNV2=1663N
彎矩
MH=161945Nmm
MV1=8499Nmm
MV2=17128 47、9Nmm
總彎矩
扭矩
T=596000Nmm
(2)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
通常只校核軸上所承受最大應(yīng)力和扭矩的截面的強度。根據(jù)參考資料【2】式15-5及上表中的數(shù)據(jù),以軸單向旋轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力,取α=0.6,最大彎矩為M2,軸的計算應(yīng)力:
已知軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,查參考資料【2】表15-1得[б-1]=70MPa,
бca<[б-1],故安全。
(3)精確校核軸的疲勞強度
1)判斷危險截面
截面3處的過盈配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重,并且此截面同時受彎矩和扭矩作用,由于鍵槽引起的應(yīng)力集中系 48、數(shù)比過盈配合的小,可以忽略,故需校核截面3的左側(cè)。
2)截面3左側(cè):
抗彎系數(shù):
抗扭系數(shù):
截面3左側(cè)的彎矩為:
截面5左側(cè)的扭矩為:T=596000Nmm
截面5上的彎曲應(yīng)力為:
截面5上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為:
;
軸的材料為40Cr,由參考資料【2】表15-1查得:
過盈配合處的,由參考資料【2】附表3-8,用插值法求出,并取,
軸按磨削加工,由參考資料【2】附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)為:
,軸未經(jīng)表面強化處理,即強化系數(shù);
綜合系數(shù)為:
合金鋼的特性系數(shù):
計算安全系數(shù)Sca值:
故軸安全。
7.輸入軸上軸承的校核 49、
(1)根據(jù)軸承型號30211,查參考資料【1】表15-7取軸承基本額定動載荷為:Cr=86500N,基本額定靜載荷為C0r=655500N;
(2)求徑向力Fr
(3)求軸向力Fa
對于30211型的軸承,按參考資料【2】表13-7,軸承的派生軸向力
查參考資料【1】表15-7,
則
軸有向右竄動的趨勢,故軸承2被壓緊,軸承1被放松,
于是,
(4)求軸承當(dāng)量動載荷P1和P2
由于載荷平穩(wěn),查參考資料【2】表13-6,取,
(5)驗算軸承壽命
因為P1 50、命,
故軸承使用壽命足夠,合格。
8.輸入軸上鍵連接強度校核
(1)軸與齒輪之間的鍵連接
鍵的類型:A型圓頭普通平鍵,
(2)軸與聯(lián)軸器之間的鍵連接
鍵的類型:C型但愿頭普通平鍵,
圓錐滾子軸承
30206型
C型平鍵
bhL=
6632mm
51、
Cr=41200N
C型單圓頭普通平鍵
52、
圓錐滾子軸承
30207型
53、
圓錐滾子軸承
30211型
C型平鍵bhL=14980mm
A型平鍵bhL=161065mm
54、
55、
5、 箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計
計算過程及說明
結(jié)果
(1) 機體有足夠的剛度
減速箱的箱體采用灰鑄鐵(HT200)制成,在機體外加肋,外輪廓為長方形,怎強了軸承座剛度。
(二)考慮到機體內(nèi)零件的潤滑,密封散熱
引起傳動件速度小于12m/s,故采用浸油潤滑,同時為了便面油攪得沉渣濺起,齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯x取為36mm。
為保證機蓋與機座連接處密封,連接凸緣應(yīng)有足夠的寬度,連接表面應(yīng)精創(chuàng),其表面粗糙度為Ra6.3.
(3) 機體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性
鑄件箱蓋壁厚為8mm,箱座壁厚為8mm,圓角半徑為R=20mm。機體外形簡單 56、,拔模方便。
(4) 對附件設(shè)計
1.視孔蓋和窺視孔
在機蓋頂部開有窺視孔,能看到傳動零件嚙合去的位置,并有足夠的空間,以便于能深入進行操作,窺視孔有蓋板,機體上開窺視孔與凸緣一塊,有便于機械加工出支撐蓋板的表面并用墊片加強密封,蓋板用鑄鐵制成,用M6緊固。
2.油塞
放油孔未予油池最底處,并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè),以便放油,放油孔用孔用螺栓堵住,因此有空出的機體外壁應(yīng)凸起一塊,由機械加工成螺塞頭部的支承面,并加密封圈以密封。
3.游標(biāo)
游標(biāo)未在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。油尺安置的部位不能太低,以防止油進入油尺座孔而溢出。
4.通氣孔
57、
由于減速器運轉(zhuǎn)時,機體內(nèi)溫度升高,氣壓增大,為便于排氣,在機蓋頂部的窺視孔上安裝通氣器,以便達到機體內(nèi)壓力平衡。
5.起蓋螺釘
起蓋螺釘上的螺紋長度應(yīng)大于機蓋連接凸緣處的厚度。
6.定位銷
為保證剖分式集體的軸承座孔的加工及裝配精度,在基體連接凸緣的長度方向各安裝一圓錐定位銷,以提高定位精度。
7.起吊裝置
再機蓋和機座上鑄造出吊耳吊鉤,用以起吊和搬運減速箱。
(5) 減速器機體結(jié)構(gòu)尺寸如下表
名稱
符號
計算式
結(jié)果
箱體壁厚
8
箱座壁厚
8
箱座、箱蓋、箱底座凸緣厚度
b,b1,b2
12
12
20
加強肋厚
58、
6.8
6.8
地腳螺栓直徑
20
地腳螺栓數(shù)目
n
6
軸承旁連接螺栓直徑
16
箱蓋箱座連接螺栓直徑
12
軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目
6 4
8 4
8 4
軸承蓋外徑
參考資料【1】
表9-9,9-10
92
112
140
觀察孔蓋螺釘
6
df,d1,d2至箱體外壁的距離
C1
見參考資料【1】
表3-1
31
27
18
df,d1,d2至凸緣邊緣的距離
C2
見參考資料【1】
表3-1
24
20
16
軸承旁凸臺高度
h
由結(jié)構(gòu)決定 59、
49
軸承旁凸臺半徑
R1
R1=C2
20
箱體外壁至軸承座端面的距離
49
齒輪頂圓至箱體內(nèi)壁的距離
10
齒輪端面至箱體內(nèi)壁的距離
10
軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離
4
旋轉(zhuǎn)零件間的軸向距離
10~15
12
齒輪頂圓至軸表面的距離
大齒輪齒頂圓至箱底內(nèi)壁的距離
>30~50
36
箱底至箱底內(nèi)壁的距離
約20
20
減速器中心高
H
185
箱體內(nèi)壁至軸承座孔端面的距離
L1
57
(6) 軸承的潤滑和密封設(shè)計
1.對于二級圓柱減速器,浸油齒輪的圓周速度為0 60、.64m/s,采用油潤滑速度小于3m/s,不能形成油霧,設(shè)置導(dǎo)油槽。導(dǎo)油槽用盤銑刀銑制而成,深度為6mm,寬度為6mm,離箱體內(nèi)壁的距離為8mm;
2.為了保證機蓋與機座連接處密封,連接凸緣應(yīng)具有足夠的寬度,鏈接表面應(yīng)精創(chuàng),其表面粗糙度為Ra6.3,密封的表面要經(jīng)過刮研,而且,凸緣連接螺柱之間的距離不宜太大,并且均勻布置,保證密封性。
六,心得與體會
這次關(guān)于帶式運輸機上的兩級圓錐圓柱齒輪減速器的課程設(shè)計是我們真正理論聯(lián)系實際、深入了解設(shè)計概念和設(shè)計過程的實踐考驗,對于提高我們機械設(shè)計的綜合素質(zhì)大有用處。通過兩個星期的設(shè)計實踐,使我對機械設(shè)計有了更多的了解和認(rèn)識.為我們以后的工作 61、打下了堅實的基礎(chǔ).
課程設(shè)計都需要刻苦耐勞,努力鉆研的精神。對于每一個事物都會有第一次的吧,而沒一個第一次似乎都必須經(jīng)歷由感覺困難重重,挫折不斷到一步一步克服,可能需要連續(xù)幾個小時、十幾個小時不停的工作進行攻關(guān);最后看著自己的成果打印出來的瞬間是喜悅的、是輕松的!
課程設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題幾乎都是過去所學(xué)的知識不牢固,許多計算方法、公式都忘光了,要不斷的翻資料、看書,和同學(xué)們相互探討。雖然過程很辛苦,有時還會有放棄的念頭,但始終堅持下來,完成了設(shè)計,而且學(xué)到了,應(yīng)該是補回了許多以前沒學(xué)好的知識,同時鞏固了這些知識,提高了運用所學(xué)知識的能力。
機械設(shè)計是機械工業(yè)的基礎(chǔ),是一門綜 62、合性相當(dāng)強的技術(shù)課程,它融《機械原理》、《機械設(shè)計》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《互換性與技術(shù)測量》、《工程材料》、《機械設(shè)計(機械設(shè)計基礎(chǔ))課程設(shè)計》等于一體。
這次的課程設(shè)計,對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想、訓(xùn)練綜合運用機械設(shè)計和有關(guān)先修課程的理論,結(jié)合生產(chǎn)實際反應(yīng)和解決工程實際問題的能力,鞏固、加深和擴展有關(guān)機械設(shè)計方面的知識等方面有重要的作用。
設(shè)計中還存在不少錯誤和缺點,需要繼續(xù)努力學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)機械設(shè)計的知識,繼續(xù)培養(yǎng)設(shè)計習(xí)慣和思維從而提高設(shè)計實踐操作能力。
7、 參考資料
參考資料【1】機械設(shè)計課程設(shè)計 高等教育出版社
參考資料【2】 機械設(shè)計第八版 主編紀(jì)名剛
參考資料【3】 機械原理
參考資料【4】 互換性與技術(shù)測量第五版
43
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