设计用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器.doc

- 毕业设计（论文）报告题 目 设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器系 别 机电工程系 专 业 数控技术 班 级 数控0601 姓 名 陈军 学 号 800805072 指导教师 何永华 2009年6 月【摘要】 本文主要阐述了计算机辅助设计减速器的计算过程和减速器各部件的选择。主要包括拟定、分析传动装置的设计方案；选择动力装置、计算传动装置的运动和动力参数；进行传动件的设计计算；绘制减速器装配工作图等。【关键词】传动装置 总体设计 减速器 计算机辅助设计（CAD） 【 Summary】 participated the computer-aided design reducer computational procedures and the selection of each component reducer.Mainly include the elaboration and analysis of design scheme; select power unit, the calculation of kinetic and dynamic parameters; for design and calculation of train parts; draw reducer Assembly working plans, etc. 【 words】 gear reducer General design of computer-aided design (CAD)目 录前言 (1)第一章 总体内容(2)1.1设计题目(2) 1.2设计要求(2)1.3设计数据(2)1.4设计内容(2)第二章 传动方案拟定与分析(3) 21 设计要求分析（3） 22 机器传动装置的总体设计方案 (4) 2.2.1电动机的选择 (4) 2.2.2计算传动装置的总传动比及分配各级传动比(4) 2.3 计算各轴的转速和功率(5) 2.3.1各轴转速(5) 2.3.2各轴功率(5) 2.3.3各轴转矩(5) 2.3.4传动装置运动和运动参数计算结果(6)第三章 传动零件的设计计算(7) 3.1 V带的设计计算(7) 3.2齿轮的设计与校核(9)第四章 小结(11)参考文献 (12)附录一：带轮图 (13)附录二：大齿轮图 (14)附录三：小齿轮图 (15)前言减速器常被应用在机械行业的传动系统内，在机械行业中占有不可比拟的作用。常见的减速器有展开式、分流式、和同轴式。按照轴线的布置情况又可分为水平轴式和立轴式。减速器的设计主要是对电动机、传动带、齿轮、传动轴、一些连接件及减速器箱体尺寸的设计。计算机辅助减速器的设计除包括这几方面外，还包括计算机辅助设计软件的应用，对于应用方面可在装配图中体现，本文主要阐述了减速器设计的过程及其他零部件的选择过程。单级圆柱齿轮减速器，主要由主、从动变位齿轮、轴承、挡圈、端盖、主、副壳体、花键轴、内花键套法兰、压盖、轴承座组成，其特点是主动变位齿轮是台阶式的，一端部齿轮与从动变位齿轮联接，另一端部与轴承、挡圈固定联接，轴承的外套与轴承座联接，轴承座与副壳体表面联接固定。此减速器由于主、从齿轮采用变位齿轮，主动变位齿轮的另一端部增加轴承、轴承座，改变过去的悬臂状态，加强齿轮的工作强度，提高了减速器的寿命。 第一章 总体内容1.1 设计题目：设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器 1.2 设计要求：两班制，连续单向运转，载荷轻微冲击；工作年限5年；环境最高温度350C；小批量生产。1.3 设计数据：运输带工作拉力F=2400N；运输带工作速度v=1.5m/s（允许运输带速度误差为5%）；滚筒直径D=420mm；1.4 设计内容： 1、传动方案的拟定 2、电动机的选择 3、计算传动装置的运动和参数 4、带的传动设计 5、齿轮传动的设计 第二章 传动方案拟定与分析2.1 设计要求分析设计要求电动机轴与工作轴平行，且传动比较大,同时为使传动更加平稳，齿轮强度应较高，故考虑采用直齿轮传动。 采用闭式齿轮传动，可以得到良好的润滑与密封，更能适应在铸造车间繁重恶劣的条件下长期工作，且使用与维护方便。 综上所述，所采用的系统传动方案如下图所示：计算过程及计算说明22 机器传动装置的总体设计方案221电动机的选择1、选择电动机类型： 按已知条件和要求，选用Y系列一般用途的三相异步电动机。 2、选择电动机的容量： Pw = Fv/1000 = 3.6kw 8级精度齿轮传动效率g1 = 0.97 , 滚筒效率b = 0.96 , 联轴器效率c = 0.99 ，V带传动效率v=0.96，滚动轴承效率l=0.99则 = g1vbcl 2 = 0.970.960.960.990.992=0.87 Pd = Pw/ = 4.14 kw 3、确定电动机转速： 工作机轴转速为 Nw =60000v/d r/min=(600001.5)/（3.14420）=68.24 r/min , 按机械设计课程设计指导书表2 4推荐的各级传动比范围 ，V带传动比iv=24，直齿圆锥齿的传动比ic =23，总传动比的推荐范围i=ivic=412可见电动机转速可选范围：nd = ianw = (412)68= 272816r/min，考虑到重量和价格，选用Y系列异步电动机Y 160 M2-8。4、主要机型号及主要尺寸： 型号：Y 160 M2-8，额定功率Pd=4kw,nd = 720r/min 222计算传动装置的总传动比及分配各级传动比2.2.1 传动装置总传动比：i = nd/nw = 720/68=10.52.2.2分配传动比装置各级传动比：i = i1i2 ，取 i1 =3，得 i2 =3.5 . 23 计算各轴的转速和功率231各轴转速： n= 720 r/min n= n/ i1= 720/3= 240r/min n= n/ i2= 240/3.5= 68.57 r/min 工作机轴：nw= n= 68.57r/min 232各轴功率： P=Pdv= 4.140.96= 4.0 kw P= Pbg1= 4.00.960.97= 3.72 kw P= Pb = 3.720.960.87 = 3.1kw 工作机轴：Pg= Pg1cl=3.10.970.990.99= 2.9kw 233各轴转矩： 电机轴：Tw=9550Pw/nw=95503.6/68.57=501 Nm T=9550 P/ n= 95504/720=53Nm T=9550 P/ n= 95503.72/240=148 Nm T=9550 P/ n= 95503.1/68.57=432 Nm 工作机轴：Tg=9550Pg/ nw=95502.9/68.57=404Nm 234传动装置运动和运动参数计算结果： 轴参数电动机轴 I轴 II轴 III轴 工作机轴 转速n(r/min)720 72024068.5768.57功率 P（kw） 4.14 4.03.723.1 2.9转矩（N.m） 501 53 148 432404传动比I 1 10.5 33.5效率 0.960.97 0.99 0.96 第三章 传动零件的设计计算31 皮带轮传动的设计计算3.1.1由前面可知电动机的额定功率为4kw，选择普通V带截型。由邓昭铭所写教材机械设计基础，第83页（下文所查图和表均参考该教材）表5-9得：KA=1.3计算功率PC=KAP=1.34=5.2Kw由课本P85图5-10得：选用B型V带3.1.2、确定带轮基准直径并验算带速 由图可知，推荐的小带轮基准直径为112140mm，则取dd1=140mmdmin=112mmdd2=n1/n2*dd1=3140=420mm由课本P74表5-4，取dd2=420mm实际从动轮转速n2=n1（dd1/ dd2）=720(140/420)=240r/min转速误差为：（n2-n2）/n2=00.05(允许)带速V：V=dd1n1/601000=5.28m/s在525m/s范围内，带速合适。3.1.3、确定中心距和带长由式 0.7（dd1dd2）a02（dd1dd2）得0.7（140+420）a02（140+420）392a01120 取a0=500mmL0=2a0+1.57（dd1dd2）+（dd2-dd1）2/4a0 =2500+1.57（140+420）+（420-140）2/（4500）=1918.4mm根据课本P71表（5-2）取Ld=2000mmaa0+（Ld- L0）/2=500+(2000-1918.4)/2=540.8mm3.1.4、验算小带轮包角 a=180-（dd2-dd1）/a57.3=150.3120包角合适3.1.5、确定带的根数根据课本P78表（5-5）P1=1.66KW根据课本P79表（5-6）P1=0.22KW根据课本P81表（5-7）K=0.92根据课本P81表（5-8）KL=0.98由课本P83式（5-12）得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL=3.06故取Z=33.1.6、计算轴上压力 由课本P70表5-1查得q=0.17kg/m，由式（5-18）单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=（5005.2）/(31.5)(2.5/0.92-1)+0.171.52=993.38N则作用在轴承的压力FQ，由课本P87式（5-19）FQ=2ZF0sin1/2=23993.38sin150.3/2=4320N3.1.7、小带轮的尺寸计算 d0 = 72 dr = 100 da = 140 dh =44 dd=132 d=22 B = 60 S2=18 S=12 S1=24L=563.2、齿轮的设计与校核3.2.1齿轮传动的设计 3.2.1.1选择齿轮材料及精度等级:考虑减速器传递功率不大，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220HBS；根据课本P139表6-12选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m3.2.1.2按齿面接触疲劳强度设计由d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3确定有关参数如下：传动比i齿=3.5取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=3.5 20 =70实际传动比I0=70/20=3.5传动比误差：(i-i0)/ i =0%2.5% 可用齿数比：u=i0=3.5由课本P138表6-10取d=0.93.2.1.3 转矩 T1=9.55106P/n1=95500004/720=53056Nmm 3.2.2 齿轮强度校核载荷系数k:由课本P128表6-7取k=1.13.2.2.1许用接触应力H H= HlimZNT/SH由课本P134图6-33查得： HlimZ1=775Mpa HlimZ2=520Mpa 由课本P133式6-52计算应力循环次数NL NL1=60n1rth=607201(163005)=1.04109 NL2=NL1/i=1.04109/3.5=3108 由课本P135图6-34查得接触疲劳的寿命系数： ZNT1=0.93 ZNT2=0.96 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=1.0 H1=Hlim1ZNT1/SH=7750.93/1.0=720.75Mpa H2=Hlim2ZNT2/SH=5200.96/1.0=499.2Mpa 故得:d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=53.5mm 模数：m=d1/Z1 =2.68mm根据课本P107表6-1取标准模数：m=3mm 3.2.2.2校核齿根弯曲疲劳强度 根据课本P132（6-48）式F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaF 确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=320=60mm d2=mZ2=370=210mm 齿 宽：b =dd1=0.960=54mm取b=55mm b1= 60mm3.2.2.3齿形系数YFa和应力修正系数YSa 根据齿数Z1=20,Z2=70由表6-9相得 YFa1=2.80 YSa1=1.55 YFa2=2.24 YSa2=1.75 3.2.2.4许用弯曲应力F 根据课本P136（6-53）式：F= Flim YSTYNT/SF 由课本图6-35C查得：Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa 由图6-36查得：YNT1=0.88 YNT2=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=Flim1 YSTYNT1/SF=408.32Mpa F2=Flim2 YSTYNT2/SF =302.4Mpa 将求得的各参数代入式（6-49） F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1 =51.2Mpa F1 F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1 =14.6Mpa F2 故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够3.2.2.5计算齿轮传动的中心矩a a=m/2(Z1+Z2)=3/2（20+70）=135mm3.2.2.6计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1460720/601000=2.26m/s 3.2.2.7标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算 分度圆直径：d1=mz1=320=60mm； d2=mz2=370=210mm 齿顶高： ha=ha*m=3 齿根高： hf=（ha*+C*）m=1.253=3.75 齿顶圆直径：da1=d1+2ha=m（z1+2ha*）=66 da2=d2+2ha=m（z2+2ha*）=216 齿根圆直径：df1=d1-2hf=m（z1-2ha*-2C*）=52.5 df2=d2-2hf=m（z2-2ha*-2C*）=202.5 齿距： p=M=3.143=9.42 齿厚： s=1/2M=4.71 结果Pw=3.6kw = 0.87 Pd = 4.14kw nd= 720r/min i = 10.5i1 = 3i2 =3.5 n=720r/min n=240r/min n=68.57r/min nw=68.57r/min P= 4.0kw P= 3.72 kw P=3.1kw Pg = 2.9kw Tw= 501Nm T= 53 Nm T= 148 Nm T= 432Nm Tg = 404Nmdd2=420mm取标准值dd2=420mmn2=240r/minV=5.28m/s392mma01120mm取a0=500Ld=2000mma0=500mmZ=3根F0=993.38NFQ =4320Ni0=3.5Z1=20Z2=70u=3.5T1=53056NmmHlimZ1=775MpaHlimZ2=520MpaNL1=1.04109NL2=3108ZNT1=0.93ZNT2=0.96 H1=720.75MpaH2=499.2Mpad1=53.5mmm=3mmd1=60mmd2=210mmb=55mmb1=60mmYFa1=2.80YSa1=1.55YFa2=2.24YSa2=1.75Flim1=290MpaFlim2 =210MpaYNT1=0.88YNT2=0.9YST=2SF=1.25