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高速重载增速传动齿轮箱结构设计【全套6张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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【最终】YC471-高速重载增速传动齿轮箱结构设计
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低速级大齿轮-A2.dwg
箱体-A0.dwg
装配图-A0.dwg
输入轴-A2.dwg
输出轴-A3.dwg
高速级大齿轮-A2.dwg
图纸-CAXA
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摘 要

随着近代工业技术的高度发展,船用齿轮箱正朝着高速、高效和强力方向发展,传动系统传递的功率不断增大,齿轮转速不断加大。本设计主要对某高负载船用增速齿轮箱结构进行设计,其主要由齿轮、轴、轴承、键、箱体、箱盖构成。

本次设计首先,通过对增速齿轮箱结构及原理进行分析,在此分析基础上提出了增速齿轮箱的设计方案;接着,对主要技术参数进行了计算选择;然后,对各主要零部件进行了设计与校核;最后,通过AutoCAD制图软件绘制了增速齿轮箱装配图及主要零部件图。

通过本次设计,巩固了大学所学专业知识,如:机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等;掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件,对今后的工作于生活具有极大意义。

关键词:增速齿轮箱,齿轮,轴


Abstract

With the height of the development of modern industrial technology, marine gearbox is moving in high speed, high efficiency and strong direction, the transmission power delivered is increasing, gear speed increasing. This design for a high load marine growth gearbox structure design, which is mainly composed of gears, shafts, bearings, key, box, cover composition.

The design is first, by performing for up gearbox structure and principle analysis, the analysis presented in this growth gearbox design based on; Next, the main technical parameters were calculated selection; then, for the major components design and Verification carried out; and finally, through AutoCAD drawing software draws up gearbox assembly drawing and major components Fig.

Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.

Keywords: Up gearbox, Gears, Shafts


目 录

摘 要I

AbstractII

第一章 绪论1

1.1 增速箱简介1

1.2研究背景及意义1

第二章 总体方案设计3

2.1 设计要求3

2.2方案设计3

第三章 各级传动参数计算5

3.1传动比分配5

3.2运动和动力参数计算5

3.2.1各轴的转速5

3.2.2各轴的输入功率5

3.2.3各轴的输入转矩5

3.2.4整理列表6

第四章 主要零部件的设计7

4.1低速级齿轮的设计7

4.1.1选精度等级、材料和齿数7

4.1.2按齿面接触疲劳强度设计7

4.1.3按齿根弯曲强度设计9

4.1.4几何尺寸计算10

4.2高速级齿轮的设计11

4.2.1选精度等级、材料和齿数11

4.2.2按齿面接触疲劳强度设计11

4.2.3按齿根弯曲强度设计13

4.2.4几何尺寸计算14

4.3轴及轴承装置、键的设计15

4.3.1输入轴15

4.3.2中间轴17

4.3.3输出轴20

4.4滚动轴承及键的校和计算寿命23

4.4.1输入轴的轴承23

4.4.2 输入轴的键23

4.4.3中间轴的轴承23

4.4.4中间轴的键25

4.4.5输出轴的轴承25

4.4.6输出轴的键26

4.5润滑与密封26

4.6增速箱箱体结构尺寸27

总 结29

参考文献30

致 谢31





第一章 绪论

1.1 增速箱简介

增速箱是一种介于原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置,主要作用是用来传递动力和转矩,广泛应用于机械传动行业,如矿业生产、化工设备、汽车制造、农业生产等生产领域。而在种类繁多的增速箱中,圆柱齿轮增速箱是较为普遍使用的传动装置,其设计过程几乎涉及机械设计各个方面,如几何参数设计、结构设计、标准件选型、强度设计、动力学设计、润滑与密封设计等。其设计与制造技术的发展在一定程度上标志着一个国家的工业技术水平,不单单是我国,当今国际上各国增速箱及齿轮技术发展的总趋势都在向着六高、二低、二化等方面发展:六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率;二低即低噪声、低成本;二化即标准化、多样化。

增速箱的类别、品种、型式很多,目前已制定为行(国)标的增速箱有40余种。增速箱的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分;增速箱的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的增速箱;增速箱的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的增速箱。减速机是一种相对精密的机械,使用它的目的是降低转速,增加转矩。它的种类繁多,型号各异,不同种类有不同的用途。增速箱的种类繁多,按照传动类型可分为齿轮增速箱、蜗杆增速箱和行星齿轮增速箱;按照传动级数不同可分为单级和多级增速箱;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮增速箱、圆锥齿轮增速箱和圆锥-圆柱齿轮增速箱;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式增速箱。


内容简介:
XXXXX 毕 业 设 计 (论 文 ) 高速重载增速传动齿轮箱结构设计 系 名: 专业班级: 学生姓名: 学 号: 指导教师姓名: 指导教师职称: 年 月nts I 摘 要 随着近代工业技术的高度发展,船用齿轮箱正朝着高速、高效和强力方向发展,传动系统传 递的功率不断增大,齿轮转速不断加 大 。本设计主要对某高负载船用增速齿轮箱结构进行设计, 其主要由 齿轮 、 轴 、 轴承 、 键 、 箱体 、 箱盖 构成。 本次设计首先,通过对 增速齿轮箱 结构及原理进行分析,在此分析基础上提出了增速齿轮箱 的设计方案;接着,对主要技术参数进行了计算选择;然后,对各主要零部件进行了设计与校核;最后,通过 AutoCAD 制图软件绘制了 增速齿轮箱 装配图及主要零部件图。 通过本次设计,巩固了大学所学专业知识,如:机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等;掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD 制图软件,对今后的工作于生活具有极大意义。 关键词 : 增速齿轮箱 , 齿轮,轴 nts II Abstract With the height of the development of modern industrial technology, marine gearbox is moving in high speed, high efficiency and strong direction, the transmission power delivered is increasing, gear speed increasing. This design for a high load marine growth gearbox structure design, which is mainly composed of gears, shafts, bearings, key, box, cover composition. The design is first, by performing for up gearbox structure and principle analysis, the analysis presented in this growth gearbox design based on; Next, the main technical parameters were calculated selection; then, for the major components design and Verification carried out; and finally, through AutoCAD drawing software draws up gearbox assembly drawing and major components Fig. Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life. Keywords: Up gearbox, Gears, Shafts nts III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第一章 绪论 . 1 1.1 增速箱简介 . 1 1.2 研究背景及意义 . 1 第二章 总体方案设计 . 3 2.1 设计要求 . 3 2.2 方案设计 . 3 第三章 各级传动参数计算 . 5 3.1 传动比分配 . 5 3.2 运动和动力参数计算 . 5 3.2.1 各轴的转速 . 5 3.2.2 各轴的输入功率 . 5 3.2.3 各轴的输入转矩 . 5 3.2.4 整理列表 . 6 第四章 主要零部件的设计 . 7 4.1 低速级齿轮的设计 . 7 4.1.1 选精度等级、材料和齿数 . 7 4.1.2 按齿面接触疲劳强度设计 . 7 4.1.3 按齿根弯 曲强度设计 . 9 4.1.4 几何尺寸计算 . 10 4.2 高速级齿轮的设计 . 11 4.2.1 选精度等级、材料和齿数 . 11 4.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 . 11 4.2.3 按齿根弯曲强度设计 . 13 4.2.4 几何尺寸计算 . 14 4.3 轴及轴承装置、键的设计 . 15 nts IV 4.3.1 输入轴 . 15 4.3.2 中间轴 . 17 4.3.3 输出轴 . 20 4.4 滚动轴承及键的校和计算寿命 . 23 4.4.1 输入轴的轴承 . 23 4.4.2 输入轴的键 . 23 4.4.3 中间轴的轴承 . 23 4.4.4 中间轴的键 . 25 4.4.5 输出轴的轴承 . 25 4.4.6 输出轴的键 . 26 4.5 润滑与密封 . 26 4.6 增速箱箱体结构尺寸 . 27 总 结 . 29 参考文献 . 30 致 谢 . 31 nts 1 第一章 绪论 1.1 增速箱 简介 增速箱 是一种介于 原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置,主要作用是用来传递动力和转矩,广泛应用于机械传动行业,如矿业生产、化工设备、汽车制造、农业生产等生产领域。而在种类繁多的 增速箱 中,圆柱齿轮 增速箱 是较为普遍使用的传动装置,其设计过程几乎涉及机械设计各个方面,如几何参数设计、结构设计、标准件选型、强度设计、动力学设计、润滑与密封设计等。其设计与制造技术的发展在一定程度上标志着一个国家的工业技术水平,不单单是我国,当今国际上各国 增速箱 及齿轮技术发展的总趋势都在向着六高、二低、二化等方面发展:六高即高承载能力、高齿面硬度、高 精度、高速度、高可靠性和高传动效率;二低即低噪声、低成本;二化即标准化、多样化。 增速箱 的类别、品种、型式很多,目前已制定为行(国)标的 增速箱 有 40 余种。增速箱 的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分; 增速箱 的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的 增速箱 ; 增速箱 的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的 增速箱 。减速机是一种相对精密的机械,使用它的目的是降低转速,增加转矩。它的种类繁多,型号各异,不同种类有不同的用途。 增速箱 的种类繁多,按 照传动类型可分为齿轮 增速箱 、蜗杆 增速箱 和行星齿轮 增速箱 ;按照传动级数不同可分为单级和多级 增速箱 ;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮 增速箱 、圆锥齿轮 增速箱 和圆锥圆柱齿轮 增速箱 ;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式 增速箱 。 1.2 研究 背景及 意义 由于国内船舶市场的需要。万吨以上的船舶需求量增长迅速 , 但我国大功率低速柴油机的生产量极为有限 , 所以大功率中速柴油机配大功率船用离合、倒顺、减速齿轮箱作为主推进装置将有很大的市场前景。 随着近代工业技术的高度发展,船用齿轮箱正朝着高速、高效和强力方向发展,传动系 统传递的功率不断增大,齿轮转速不断加快,不仅使得齿轮箱的振动和噪声问题更加尖锐突出,同时也影响了整套机组的安全性和稳定性。 基于以上背景,本设计是以二级圆柱齿轮 增速箱 为例,主要对各级传动齿轮、轴、 nts 2 轴承、键、箱体等进行设计计算,然后又对齿轮,轴,键等一些重要零件的强度、刚度、稳定性进行了校核。随后 采用 AutoCAD 绘制了 齿轮、轴、轴承、轴承端盖、箱体等零部件,最终装配成一台二级圆柱直齿轮 增速箱 ,使设计结果的正确性最终得到最直接的体现。 采用此方法 设计 一台 增速箱 ,可缩短设计周期,节约设计成本,提高设计正确性。通过完成本设计,可掌握机械设计的一般程序、方法、设计规律、技术措施,了解现代计算机辅助 设计方法,为以后的学习和工作积累经验,锻炼解决问题的能力,所以本课题的研究具有重要意义。 nts 3 第二章 总体方案设计 2.1 设计要求 本设计主要对某高负载船用增速齿轮箱结构进行设计,按照设计传动比要求,确定传动系统方案以及各级齿轮传动的尺寸。对各级传动结构进行载荷校核,确保传动的平稳和结构的安全性。 参数要求: 功率: 850 KW 输入转速: 1000r/min 选定输出转速: 6000r/min 2.2 方案设计 传动装置总体设计的目的是确定传动方案、选定电机型号、合理分配传动比以及计算传动装置的运动和动力参数,为计算各级传动件准备条件。由于我们的实验的要求较高,电机输入的最高转速较大,为了减少成本,降低对电机的要求,同时能够满足减震器试验台的正常工作,我们对减震器采用这样的方案 :变频电机通过带轮的传递,到达第一对啮合齿轮,为了让 增速箱 具有变速功能,我们使第二对啮合齿轮为双联齿轮,最后由输出轴传递给偏心轮机构。因为本试验属于多功能测试,包括了静特性试验、疲劳试示功试验、耐久试验。所以对整 个传递要求较高。所以第一、二根轴 ;两端采用角接触球轴承,第三根轴采用一头用角接触球轴承另一头采用普通调心球轴承。 注意点是使用这个传动方案应保证工作可靠,并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、 传动效率高和使用维护便利。 二级圆柱齿轮 增速箱 传动比一般为 8 40,用斜齿、直齿或人字齿,结构简单,应用广泛。展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置,因而沿齿向载荷分布不均,要求轴有较大刚度;分流式则齿轮相对于轴承对称布置,常用于较大功率、变载荷场合。同轴式 增速箱 ,长度方向尺寸较小,但轴向尺寸较大,中间轴较长,刚 度较差。两级大齿轮直径接近有利于浸油润滑,轴线可以水平、上下或铅垂布置,如图: nts 4 图中展开式又可以有下面两种,如下所示: 根据材料力学(工程力学)可以算出在相同载荷作用下, a 方案优先于 b 方案, 最终选 a 通过以上,确定 高速重载增速传动齿轮箱结构 方案如下图示: 图 2-1 增速传动齿轮箱方案简 nts 5 第三章 各级传动参数计算 3.1 传动比 分配 ( 1) 总传动比为 61 0 0 06 0 0 0 nn wmi( 2) 分配传动比 考虑两级齿轮润滑问题,两级大齿轮应该有相近的浸油深度。 取低速级传动比: 21 i 则: 32612 iii ; 3.2 运动和动力参数计算 3.2.1 各轴的转速 1 轴 m i n/10001 rnn m ; 2 轴 m i n/2 0 0 021 0 0 0112 rinn ; 3 轴 m i n/6 0 0 032 0 0 0223 rinn ; 3.2.2 各轴的输入功率 1 轴 kwP 8501 ; 2 轴 kwPP 34.8 1 698.098.08 5 02112 ; 3 轴 kwPP 01.7 8 498.098.034.8 1 62123 ; 3.2.3 各轴的输入转矩 1 轴 mNnPT 5.8 1 1 71 0 0 08509 5 5 09 5 5 0111 ; 2 轴 mNnPT 02.3 8 9 82 0 0 034.8 1 69 5 5 09 5 5 0222 ; 3 轴 mNnPT 88.1 2 4 76 0 0 001.7849 5 5 09 5 4 9333 ; nts 6 3.2.4 整理列表 轴名 功率kwP/ 转矩mNT / 转速min)/( rn 1 850 8117.5 1000 2 816.34 3898.02 2000 3 784.01 1247.88 6000 nts 7 第四章 主要零部件的设计 4.1 低 速级齿轮的设计 4.1.1 选精度等级、材料和齿数 采用 7 级精度由表 6.1 选择小齿轮材料为 30CrMnSi(调质),硬度为 320HBS,大齿轮材料为 30CrMnSi 钢(调质),硬度为 300HBS。 选小齿轮齿数 202 Z , 大齿轮齿数 40202211 ZiZ 4.1.2 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算,即 3 211 )(132.2HEdtt ZuuTkd 1) 确定公式各计算数值 ( 1)试选载荷系数 3.1tK( 2)计算小齿轮传递的转矩 mNT 02.38982 ( 3)小齿轮相对两支承非对称分布,选取齿宽系数 8.0d( 4)由表 6.3 查得材料的弹性影响系数 2/18.189 MPaZ E ( 5)由图 6.14 按齿面硬度查得 大 齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 7701lim 小 齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 8002lim ( 6)由式 6.11 计算应力循环次数 911 1044.1)183 0 010(11 0 0 06060 hjLnN 992 1088.221044.1 N ( 7)由图 6.16 查得接触疲劳强度寿命系数 nts 8 95.01 NZ 92.02 NZ ( 8)计算接触疲劳强度许用应力 取失效概率为 1,安全系数为 S=1,由式 10-12 得 M P aM P aSZ HNH 5.73177095.01l i m11 M P aM P aSZ HNH 73680092.02l i m22 ( 9)计算 试算小 齿轮分度圆直径td2,代入 H 中的较小值 mmd t 9.199)5.731 8.189(238.0 1002.38983.132.2 3 232 计算圆周速度 v smndv t /92.20600000 20009.19914.3100060 22 计算齿宽 b mmdb td 1 6 09.1 9 98.02 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 mmZdm tnt 9 9 5.9209.1 9 922 齿高11.749.22/160/ 49.22995.925.225.2 hb mmmh nt计算载荷系数 K 根据 smv /92.20 , 7 级精度,查得动载 荷系数 25.1VK假设 mmNbFK tA /100/ ,由表查得 0.1 FH KK 由于载荷平稳, 由表 5.2 查得使用系数 1.1AK 由表查得 272.1HKnts 9 查得 27.1FK故载荷系数 7 4 9.12 7 2.10.11.125.1 HHVA KKKKK( 10)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式可得 mmKKdd tt 68.2203.1/749.19.199/ 3322 ( 11)计算模数 mmZdm 03.1120/28.220/ 22 4.1.3 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 3 222 2FSFdnYYZKTm ( 1)确定公式内的计算数值 由图 6.15 查得 大 齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 6201 小 齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 6502 由图 6.16 查得弯曲疲劳寿命系数 9.01NZ87.02 NZ计算弯曲疲劳许用应力 取失效概率为 1,安全系数为 S=1.3,由式得 M P aSZ FENF 23.4293.1 6209.0111 M P aSZ FENF 4353.1 65087.0222 计算载荷系数 7 4 6.127.10.125.11.1 FFVA KKKKK ( 2)查取齿形系数 由表 6.4 查得 40.21 FaY80.22 FaYnts 10 ( 3)查取应力校正系数 由表 6.4 查得 67.11 SaY 55.12 SaY ( 4)计 算大小齿轮的 FSaFaYY,并比较 009977.043555.18.2009338.023.42967.14.2222111FSaFaFSaFaYYYY 小 齿轮的数据大 ( 5)设计计算 mmm 98.60 0 9 97 7.0201 1002.3898746.123 2 3 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,可取有弯曲强度算得的模数 6.98mm, 圆整 取 第一系列 标准值 m 8mm( GB/T1357-1987) 并 按接触强度算得的分度圆直径 mmd 68.2202 算出小齿轮齿数 6.278/68.2 2 0/22 mdZ 取 282 Z 大齿轮齿数 56282211 ZiZ 取 562 Z 4.1.4 几何尺寸计算 ( 1)计算分度圆直径 mmmZdmmmZd2 248284 488562211 ( 2)计算中心距 mmdda 3 3 62/)2 2 44 4 8(2/)( 21 ( 3)计算齿宽宽度 mmmmdbd 80,2.1792248.01 取 序号 名称 符号 计算公式及参数选择 1 齿数 Z 56, 28 2 模数 m 8mm 3 分度圆直径 21dd mmmm 224,448 nts 11 4 齿顶高 ah mm8 5 齿根高 fh mm10 6 全齿高 h mm18 7 顶隙 c mm2 8 齿顶圆直径 21 dd mmmm 240,464 9 齿根圆直径 43 ff dd mmmm 204,428 10 中心距 a mm336 4.2 高 速级齿轮的设计 4.2.1 选精度等级、材料和齿数 采用 7 级精度由表 6.1 选择小齿轮材料为 30CrMnSi(调质),硬度为 320HBS,大齿轮材料为 30CrMnSi 钢(调质),硬度为 300HBS。 选小齿轮齿数 203 Z, 大齿轮齿数 60203423 ZiZ4.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行试算,即 3 211 )(132.2HEdtt ZuuTkd 1) 确定公式各计算数值 ( 1)试选载荷系数 3.1tK( 2)计算小齿轮传递的转矩 mNT 88.12472 ( 3)小齿轮相对两支承非对称分布,选取齿宽系数 8.0d( 4)由表 6.3 查得材料的弹性影响系数 2/18.189 MPaZ E nts 12 ( 5)由图 6.14 按齿面硬度查得 大齿轮 的接触疲劳强度极限 MPaH 7701lim 小齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 8002lim ( 6)由式 6.11 计算应力循环次数 911 1088.2)183 0 010(12 0 0 06060 hjLnN 992 1064.831088.2 N ( 7)由图 6.16 查得接触疲劳强度寿命系数 92.01 NZ 88.02 NZ ( 8)计算接触疲劳强度许用应力 取失效概率为 1,安全系数为 S=1,由式 10-12 得 M P aM P aSZ HNH 4.70877092.01l i m11 M P aM P aSZ HNH 70480088.02l i m22 ( 9)计算 试算小齿轮分度圆直径td4,代入 H 中的较小值 mmd t 88.134)704 8.189(348.0 1088.12473.132.2 3 234 计算圆周速度 v smndv t /35.42600000 600088.13414.3100060 44 计算齿宽 b mmdb td 9.10788.1348.02 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 mmZdm tnt 7 4 4.62088.1 3 444 nts 13 齿高11.717.15/9.107/ 17.15744.625.225.2 hb mmmh nt计算载荷系数 K 根据 smv /35.42 , 7 级精度,查得动载荷系数 32.1VK假设 mmNbFK tA /100/ ,由表查得 0.1 FH KK 由于载荷平稳,由表 5.2 查得使用系数 1.1AK 由表查得 26.1HK查得 26.1FK故载荷系数 83.126.10.11.132.1 HHVA KKKKK( 10)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式可得 mmKKdd tt 16.1513.1/83.188.134/ 3344 ( 11)计算模数 mmZdm 56.720/16.1 5 1/ 44 4.2.3 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 3 244 2FSFdnYYZKTm ( 1)确定公式内的计算数值 由图 6.15 查得 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 6201 小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 6502 由图 6.16 查得弯曲疲劳寿命系数 87.01 NZ84.02 NZ计算弯曲疲劳许用应力 nts 14 取失效概率为 1,安全系数为 S=1.3,由式得 M P aSZ FENF 92.4143.1 62087.0111 MPaSZ FENF 4203.1 65084.0222 计算载荷系数 83.126.10.132.11.1 FFVA KKKKK ( 2)查取齿形系数 由表 6.4 查得 28.23 FaY80.24 FaY( 3)查取应力校正系数 由表 6.4 查得 73.13 SaY 55.14 SaY ( 4)计算大小齿轮的 FSaFaYY,并比较 0 1 0 3 3.04 2 055.18.20 0 9 5 0 6.092.4 1 473.128.2444333FSaFaFSaFaYYYY 小齿轮的数据大 ( 5)设计计算 mmm 9.401033.0201 1088.124783.123 2 3 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,可取有弯曲强度算得的模数 4.9mm,圆整取第一系列标准值 m 6mm( GB/T1357-1987)并按接触强度算得的分度圆 直径 mmd 16.1514 算出小齿轮齿数 19.256/16.1 5 1/44 mdZ 取 254 Z 大齿轮齿数 75253424 ZiZ 取 564 Z 4.2.4 几何尺寸计算 ( 1)计算分度圆直径 nts 15 mmmZdmmmZd1506254506754433 ( 2)计算中心距 mmdda 3 0 02/)1 5 04 5 0(2/)( 21 ( 3)计算齿宽宽度 mmmmdbd 1 2 0,1 2 01 5 08.01 取 序号 名 称 符号 计算公式及参数选择 1 齿数 Z 75, 25 2 模数 m 6mm 3 分度圆直径 21dd mmmm 150,450 4 齿顶高 ah mm6 5 齿根高 fh mm5.7 6 全齿高 h mm5.13 7 顶隙 c mm5.1 8 齿顶圆直径 21 dd mmmm 162,462 9 齿根圆直径 43 ff dd mmmm 135,435 10 中心距 a mm300 4.3 轴及轴承装置、键的设计 4.3.1 输入轴 1) 轴 1 的转速和功率转矩: P1=850Kw, n1=1000n/min, T1=8117.5N.m 2)求作用在齿轮上的力 周向分力为: Ft=2T2/ dm1=2*8117.5/224=1414.7N 垂直于分度圆力为: F= Fttg=1414.7*tg18.43=471.4N 径向分力为: Fr1= Fcos1=447.3N 轴向分力为 Fa1= Fsin1=149N 法向载荷为 Fn= Ft/cos=1505.5N,如图: nts 16 3)初步确定轴的最小直径 先按式3 PdCn初步估算轴的最小直径。选取轴的材料 45 钢,调质处理。根据机械设计 -表 15-3,取 112C ,于是得: mmPC 1.1061000850112nd 3322 该处开有键槽故轴径加大 5 10, 且 轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 VVd。为了使所选的轴直径 VVd与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩3TKT Aca ,取 3.1AK 。 mNTKT Aca 8.1 0 5 5 25.8 1 1 73.13 按照计算转矩caT应小于联轴器公称转矩的条件,查机械设计手册选用 TL7 型弹性套柱销联轴器,其公称转矩为 12500N.m。半联轴器的孔径为 115mm,故取mmd VV 135 ;半联轴器长度为 mmL 165 ,半联轴器与轴配合的毂孔长度mmL 1671 。 轴的结构设计: 为了满足 联轴器 的轴向定位, - 轴段右端要有一轴肩,故取 - 段直径为d - =126mm。 初步选定滚动轴承,因轴承 不受 径向力,根据 d - =135mm,取用 N202E 型号 圆柱滚子 轴承,其尺寸为 dDT=140mm250mm42mm,则有 d - =d - =140mm, L =22mm,轴承中间处用轴肩定位,这段取直径 d - =164mm。 nts 17 右端轴承与齿轮之间应有一套同固定, - 长应为:取套同长 22.5mm,则L - =22.5mm。 齿轮为 齿轮轴 此轴段 长 L - =180mm。 取轴承端盖总宽为 32mm,外端面与半联轴器右端面间距离为 10mm,故取L - =42mm。 结合箱 体 结构,取 L - =76mm。 轴上零件的周向定位: 联轴器 与轴的 周向定位均用平键联接。按 d - =156mm 由 c查得平键截面 bh=28mm12mm,键槽用铣刀加工,长 160mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴配合为 H6/n5。 求轴上的载荷:先根据轴的结构图作出轴的计算简图,在确定轴承支点的位置时,从查得 a=13.8mm,因此作出简支梁的轴支承夸距:为 L=86.9mm。由上可知 B 截面为危险截面。将 B 面的个数列于下表: 载荷 水平面 垂直面 支反力 FNH1=340.43N FNH2=1049.86N FNV1=117.71N FNV2=363.01N 弯矩 MH=29821.72Nmm MV1=10311.444Nmm 总弯矩 M=31554.09Nmm 扭矩 T2=28117.6Nm 按弯扭合成应力教核轴的强度:由 a式及上表的数值,取 =0.6,轴的计算应力为: aca WTM 212 26.4Mpa 因为轴的材料前以选定为 45 钢,由 a表查得其 -1=60Mpa,故安全。 4.3.2 中间轴 1) 中间轴 的转 速和功率转矩: P2=816.34Kw, n2=2000n/min, T2=3898.39N.m 2) 求作用在齿轮上的力 ( 1)求作用在低速级小齿轮上的力 圆周力: NdTFt 33123 1049.470 109714022 nts 18 径向力: NFFntr 23.1 6 3 420t a n4 4 9 0t a n33 轴向力: 03 aF( 2)求作用在高速级大齿轮上的力。因大齿轮为从动轮,所以作用在其上的力与主动轮上的力大小相等方向相反。 圆周力: NFFtt 9.175912 径向力: NFFtr 9.1 9 631.036.09.1 7 6 9c o st a n 212 轴向力: NFFta 34.6 0 595.036.09.1 7 6 9s i nt a n 212 3)初步确定轴的最小直径 先按式3 PdCn初步估算轴的最小直径。选取轴的材料 45 钢,调质处理。根据机械设计 -表 15-3,取 112C ,于是得: mmPC 08.832000 34.816112nd 3322 该轴有两处键槽,轴径应增加 5%10%,即 90mm 轴的最小直径显然是轴承处轴的直径 d 和 d ,故 mmdd 90 4) 轴的结构设计 ( 1)拟定轴上零件的装配方案 ( 2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 (a)初步选择滚动轴承。因轴承 不 受轴向力的作用,故选用 圆柱滚子 轴承。参照工作要求,根据 mmdd 90 ,选取 0 基本游隙组,标准精度级的 圆柱滚子 轴承 NJ2203E 型,其尺寸为 mmmmmmTDd 4016090 ,得: mmll 40 轴段 取安装齿轮处的 - 、 - 取 mmdd 105- , 根据齿轮宽并为保证齿轮定位准确轴段适当缩短 12mm,故: mml 34 , mmlVV 59轴段 - 为两侧齿轮定位轴环 , mmdV 41根据箱体尺寸 mmlIVIII 59。 (3)轴上零件的周向定位 齿轮采用平键联接,按 mmdd 120- ,查机械设计表得平键 截面nts 19 mmmmhb 810 ,联接 小 圆柱齿轮的平键长度为 42mm,联接 大圆柱 齿轮的平键长度为 50mm. 5)求轴上的载荷 对于 NJ2203E 型 圆柱滚子 轴承 mma 12 , 计得: mmL 731 , mmL 1702 , mmL 843 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。如下图所示 载荷 水平面 垂直面 支反力 F NF NH 5.22301 NF NH 5.22692 NF NV 3.7321 NFNV 5572 弯矩 M mmNM H 1622451 mmNM H 3.1094212 mmNM V 5470101 mmNM V 5.1023132 总弯矩 mmNMMM VH 4.5705621211 mmNMMM VH 4737222222 扭矩 T mmNT 14.972 nts 20 6)按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面,即圆柱齿轮的截面,取 6.0 ,轴的计算应力: M P aW TMca 5.47252)425(412322514.314.976.0(4.57056)(23222221 ) 前已选定轴的材料为 45 钢,调质处理,由机械设计表,查得 MPa601 ,因此 1 ca,安全。 4.3.3 输出轴 1) 3 轴上的功率 P3,转速 n3 和转矩 T3 kwP 01.7343 , min/60003 rn , mmNT 88.12473 2)求作用在齿轮上的力 圆周力: NdTFt 3.4 4 3 51 9 63 3 5 3 4 022234 径向力: NFFntr
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