二级斜齿减速器课程设计512.6%1%300%154%164.doc
二级斜齿减速器课程设计512.6%1%300%154%164
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减速器课程设计
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二级斜齿减速器课程设计512.6%1%300%154%164,减速器课程设计
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系 ：机械工程系 班级： B09045140 学号： 专业：机械制造 指导老师：李 nts I 目 录 一、电动机的选择 _ 1 1.1 电动机的选择 _ 1 1.1.1 电动机类型的选择 _ 1 1.2 装置运动及动力参数计算 _ 2 1.2.1 传动装置总传动比和分配各级传动比 _ 2 1.2.2 传动装置的运动和动力参数计算： _ 2 二、传动零件的设计计算 _ 3 2.1 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 _ 4 三、轴的结构设计和计算 _ 14 3.1.1 初步确定轴的最小直径 _ 14 3.1.2 确定轴的结构与尺寸 _ 14 四、滚动轴承的选择及计算 _ 23 五、键联接的选择及计算 _ 27 六、联轴器的选择及计算 _ 29 联轴器的校核 _ 30 七、 润滑和密封方式的选择 _ 31 八、箱体及设计的结构设计和选择 _ 33 九、减速度器的附件 _ 34 谢辞 _ 39 参考文献 _ 40 nts II 机械课程设计任务书 一、设计任务书 设计题目 :二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器 工作条件及生产条件 : 该减速器用于带式运输机的传动装置。工作时有轻微振动，经常满载，空载启动，单向运转，单班制工作。运输带允许速度差为 5%。减速器小批量生产，使用期限为 5年（每年 300天）。 减速器设计基础数据 卷筒直径 D/mm 300 运输带速度 v(m/s) 1.00 运输带所需转矩 F(N) 2600 二、传动方案的分析与拟定 带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器 ,再经连轴器将nts III 动力传至输送机滚筒 ,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用斜齿圆柱齿轮传动。nts河南科技大学减速器课程设计 1 一、 电动机的选择 1.1 电动机的选择 1.1.1 电动机类型的选择 电动机的类型根据动力源和工作条件 ,选用 Y系列三相异步电动机。 1.1.2电动机功率的选择 根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为： 6 0 1 0 0 0 /wn V D =60000/3.14 300=63.694 r/min 工作机所需要的有效功率为 : / 1 0 0 0wP FV =2600/1000=2.6 kW 为了计算电动机的所需功率dP，先要确定从电动机到工作机之间的总效率 。 设 1 为弹性联轴器效率为 0.99， 2 为滚动轴承传动效率为 0.99，3为齿轮传动（ 8 级）的效率为 0.97， 4 为滚筒的效率为 0.96。则传动装置的总效率为 : 2 4 2 1 2 4 2 11 2 3 4 0 . 9 9 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 6 0.851 电动机所需的功率为 : PPdw 2.6/0.851= 3.055kW 在机械传动中常用同步转速为 1500r/min 和 1000r/min的两种电动机，根据电动机所需功率和同步转速，由 2P148 表 16-1 查得电动机技术数据及计算总传动比如表 3 1 所示。 表 1 1电动机技术数据及计算总传动比 方 案 型 号 额定功率 (kW) 转速 (r/min) 质量 N 参考价格 (元 ) 总传动比 同步 满载 1 Y112M-4 4.0 1500 1440 470 230.00 125.65 nts河南科技大学减速器课程设计 2 2 Y132M1-6 4.0 1000 960 730 350.00 83.77 对以上两种方案进行相关计算，选择方案 1较合适且方案 1电动机质量最小，价格便宜。 选用方案 1 电动机型号 Y112M-4，根据 2P149 表 16-2 查得电动机的主要参数如表 3 2所示。 表 1 2 Y112 M-4电动机主要参数 型 号 中心高 H mm 轴伸 mm 总长 L mm Y112M-4 05.01120 .0 0 90 .0 0 42 8 6 0 400 1.2 装置运动及动力参数计算 1.2.1 传 动装置总传动比和分配各级传动比 根据电动机的满载转速mn和滚筒转速wn可算出传动装置总传动比为： mwni n1440/63.964=22.61 双级圆柱齿轮减速器 分配到各级传动比为： 高速级的传动比为： 1i = i35.1 = 1.35 22.61 =5.52 低速级的传 动比为： 2i =i /1i =22.61/5.52=4.10 1.2.2 传动装置的运动和动力参数计算： a) 各轴的转速计算： 1n = mn =1440r/min 2n = 1n /1i =1440/5.52=260.870r/min 3n= 2n /2i =260.870/4.10=63.694r/min 4n =3n =63.694r/min b) 各轴的输入功率计算： nts河南科技大学减速器课程设计 3 1P = dP 1 =3.055 0.99=3.024kW 2P =1P 2 3 =3.024 0.97 0.99=2.904kW 3P= 2P 23=2.904 0.97 0.99=2.789kW 4P =3P 1 2 =2.789 0.99 0.99=2.733kW c) 各轴的输入转矩计算： dT=9550dmPn9550 3.055/1440=20.26N m 1T = dT 1 =20.26 0.99=20.06 N m 2T =1T 1i 2 2 3 =20.06 5.52 0.99 0.97=106.34 N m 3T = 2T 2i 2 3 =106.34 4.10 0.99 0.67=418.69 N m 4T = 3T 1 2 =418.69 0.99 0.99=410.36N m 由以上数据得各轴运动及动力参数见表 1 3。 1 3 各轴运动及动力参数 轴号 转速 n/(r/min) 功率 P/kW 转矩 T/N.mm 传动比 1 1400.000 3.024 20.06 5.52 2 260.870 2.904 106.34 4.10 3 63.694 2.789 418.69 1.00 4 63.694 2.733 410.36 二、 传动零件的设计计算 斜齿圆柱齿轮减速器的设计选用标准斜齿圆柱齿轮传动。 标准结构参数压力角 20n o，齿顶高系数 * 1anh ，顶隙系数 * 0.25nc 。 nts河南科技大学减速器课程设计 4 2.1 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 1) 选择齿轮材料及热处理方式 ： 由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速场合。根据设计要求现选软齿面组合： 根据 1P102 表 8-1得： 小齿轮选择 45钢调质 ,HBS1 =217 255； 大齿轮选择 45钢常化 ,HBS2 =162 217； 此时两齿轮最小硬度差为 217-162=55；比希望值略小些，可以初步试算。 2) 齿数的选择： 现为软齿面齿轮，齿数以比根切齿数较多为宜，初选 1z=23 2z=1i 1z =5.52 23=126.96 取大齿轮齿数2z=127 ，则齿 数比（即实际传动比）为=2z /1z =127/23=5.5217。与原要求仅差 (5.1328-5.1304)/5.1304=0.05%，故可以满足要求。 3) 选择螺旋角： 按经验 ， 8 1，按 1计算得： Y 1- 120 1 1 13120 0.892 计算齿形系数与许用应力之比值： 12l i m 1l i m 22 2 0 1 8 01 8 5 1 5 51 5 5 2 2 0 1 2 0 1 8 8 . 32 1 0 1 2 01 8 5 1 5 51 5 5 1 8 0 1 2 0 1 7 52 1 0 1 2 0FFH B S H B SM P aM P a nts河南科技大学减速器课程设计 7 69868 6 1 . 34 1 06 0 1 . 3 1 1 04 1 01FFNhFNSKNN n tNK Q由 1P106 表 取 安 全 系 数 l i m 11l i m 211 4 4 . 8 6 41 3 4 . 6 1 5F N FFFF N FFFKSKS Y1Fa/ 1F =2.7002/148.9744=0.018 Y2Fa/ 2F =2.1365/137.1795=0.016 由于 Y1Fa/ 1F 较大，用小齿轮的参数 Y1Fa/ 1F 代入公式，计算齿轮所需的法面模数： 3 112121nc o s2 mFFadYzYKT =3 22 018.068.1238.013c o s201003.12 =1.078 11) 决定模数 由于设计的是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效是齿面疲劳点蚀，若模数过小，也可能发生轮齿疲劳折断。所以 对比两次求出的结果，按接触疲劳强度所需的模数较大，齿轮易于发生点蚀破坏，即应以 mn 1.53mm 为准。根据标准模数表，暂定模数为： mn=2.0mm 12) 初算中心距： 12a ( ) / 2 c o snm z z 2.0 (23+127)/2cos13 =154.004mm 标准化后取 a=154mm 13) 修正螺旋角 按标准中心距修正： nts河南科技大学减速器课程设计 8 12() 2 . 0 ( 2 3 1 2 7 )a r c c o s a r c c o s 1 3 . 0 8 7 1 3 5 1 3 2 2 1 5 4nm z za 14) 计算端面模数： 2 . 0 2 . 0 5 3c o s c o s 1 3 . 0 8 7ntmm m m o15) 计算传动的其他尺寸： 11 2 . 0 5 3 2 3 4 7 . 2 1 9td m z m m 22 2 . 0 5 3 1 2 7 2 6 0 . 7 3 1td m z m m 21 0 . 8 4 7 . 2 1 9 3 8db d m m 12 2 3 3 8 2 4 0b b m m 16) 计算齿面上的 载荷： 112 2 2 0 1 0 0 8514 7 . 2 1 9tTFNd t a n 8 5 1 t a n 2 0 . 5 1 5 8318r t tFFN o t a n 8 5 1 t a n 1 2 . 2 1 0 3 1 9 8atF F N o 17) 选择精度等级 齿轮的圆周转速： 11 3 . 1 4 1 5 9 4 7 . 2 1 9 1 4 4 06 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv 3.558 m/s 对照 1P107 表 8-4,因运输机为一般通用机械，故选齿轮精度等级为 8 级是合宜的。 nts河南科技大学减速器课程设计 9 18）齿轮图： 2.2 低速级斜齿圆柱齿轮的 传动设计计算 1) 选择齿轮材料及热处理 方式 ： 由于软齿面齿轮用于 齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的 中低速场 合。根据设计要求现选软齿面组合： 根据 1P102 表 8-1 得： 质 ,HBS 1 =217 小齿轮选择 45 钢调255； 化 ,HBS 2 =162 大齿轮选择 45 钢常217； 此时两齿轮最小硬度 差为 217-162=55；比希望值略小些，可以初步 试算。 2) 齿数的选择： 现为软齿面齿轮，齿数以比根切齿数较多为宜，初选 1z=25 2z=2i 1z =4.10 25=102.5 取大齿轮齿数 z 2 =103 ， 则 齿 数 比 （ 即 实 际 传 动 比 ） 为 =z2 /z1=103/25=4.12。与原要求仅差 (4.12-4.10)/4.10=0.487%，故可以满足要求。 3) 选择螺旋角： 按经验 ， 8 1，按 1计算得： Y 1- 120 1 1 11120 0.9083 计算齿形系数与许用应力之比值： Y1Fa/ 1F =2.585/144.846=0.0178 Y2Fa/ 2F =2.174/134.615=0.016 由于 Y1Fa/ 1F 较大，用大齿轮的参数 Y1Fa/ 1F 代入公式 计算齿轮所需的法面模数： 3 112222nc o s2 mFFadYzYKT =3 22 0178.068.1258.012c o s1 0 6 3 0 03.12 =1.777 11) 按接触强度决定模数值，取 mn=2.5mm 12) 初算中心距： a=m(z1+ z2 )/2cos =2.5 (25+103)/2cos12 =163.599 mm nts河南科技大学减速器课程设计 12 标准化后取 a=164mm 13) 修正螺旋角： 按标准中心距修正： 12() 2 . 0 ( 2 5 1 0 3 )a r c c o s a r c c o s 1 2 . 6 82 2 1 6 41 2 4 0 4 8 nm z za 14) 计算端面模数： 2 . 5 2 . 5 6 2 5c o s c o s 1 2 . 6 8ntmm m m o15) 计算传动的其他尺寸： 11 2 . 5 6 2 5 2 5 6 4 . 0 6 3td m z m m 22 2 . 5 6 2 5 1 0 3 2 6 3 . 9 3 8td m z m m 21 0 . 8 6 0 . 0 6 3 5 2db d m m 12 5 1 0 5 2 6 5 8b b m m :16) 计算齿面上的载荷： 12 2 1 0 6 3 0 0 33196 4 . 0 6 3IItTFNd t a n 3 3 1 9 t a n 2 0 . 4 1 5 1 2 3 5r t tF F N o t a n 3 3 1 9 t a n 1 2 . 6 8 7 4 7atF F N o 齿轮的主要参数 高速级 低速级 齿数 z 23 127 25 103 中心距 a 154 164 法面模数nm2.0 2.5 端面模 数tm2.053 2.563 nts河南科技大学减速器课程设计 13 螺旋角 13 513 12 4048 法面压力角n20 20 端面压力角t20 30 57 20 24 54 齿宽 b 40 38 58 52 齿根高系数标准值 *anh1 1 齿顶高系数ath* *anh cos 0.9724 0.9810 齿顶系数标准值 *c 0.25 0.25 当量齿数vz24.863 131.30 26.709 110.043 分度圆直径 d 47.259 260.731 64.063 263.938 齿顶高ah2.0 2.5 齿根高fh2.5 3.125 齿全高 h 4.5 5.625 齿顶圆直径ad51.259 264.731 69.063 268.938 齿根圆直径fd42.259 255.731 57.750 257.688 nts河南科技大学减速器课程设计 14 三、 轴的结构设计和计算 轴是组成机械的主要零件，它支撑其他回转件并传递转矩，同时它又通过轴承和机架连接。所有轴上零件都围绕轴心做回转运动，形成一个以轴为基准的组合体 轴系部件。 3.1 轴的结构设计 3.1.1 初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45号钢调质处理。 按扭转强度法估算轴的直径 ,由 1P207 表 12 2。 高速轴： 取 A0=116 1 33m i n 013 . 0 2 41 1 6 1 4 . 8 5 51440PdAn mm 中间轴：取0A=112 3220min nPAd =1123 87.260904.2=25.007mm 低速轴：取0A=107 33330m i n 694.63 789.2107 nPAd =37.714mm 3.1.2 确定轴的结构与尺寸 轴的选取及计算 1 因为轴通过联轴器与电动机的轴径 28mm， 查联轴器标准，选联轴器为弹性柱销联轴器。标准型号 HL2，与联轴器相联的轴径选取为 25mm。 2 零件的轴向定位需用定位轴间。 H0.07d。为了加工装配方便而设置非定位轴肩，一般为 2 3mm。 4. 与联轴器相联。 5. 为扳手位置和端盖。 6. 为轴承位置。 nts河南科技大学减速器课程设计 15 7. 为低速齿轮的空间，以不发生干涉为主。 8. 为齿轮轴。 9. 为齿轮端面和内壁的空隙和部分内壁距离。 10. 为轴承位置。 轴承的尺寸如图所示 II轴的设计 1 根据前述所算的最小的轴径为 25.88mm。选轴承型号为 GB/T29793 7207C 角接触球 轴承。 2. 按轴肩规格。设置轴的结构，及定位关系。 为轴承安装空间，轴承为 GB/T 93 7207C型号 为齿轮端面和内壁的空隙和部分内壁距离。 为齿轮轴。 为低速齿和高速齿端面距离。 为低速齿安装处。 为套筒定位和安放轴承。 轴承的具体尺寸如图所示 nts河南科技大学减速器课程设计 16 III输出轴的设计 1根据算的轴径最小值 。选取 d=55mm。 2轴的结构及定位关系取法步骤同前。 段为套筒定位和安放轴承。 段为高速级齿轮和安装空间以不发生干涉为主。 段为齿轮定位轴间。 为高速齿轮的空间，以不发生干涉为主。 为轴承位置。 段为扳手空间位置和轴承端盖。 与联轴器相联。 轴承的具体尺寸如图所示 nts河南科技大学减速器课程设计 17 3.3 中间轴的校核： 1) 中间轴的各参数如下： T 2 =106.34N m 2n =260.87r/min 2P =2.904kW 2) 中间轴上的各力： 低速级小齿轮： Ft1=3319N Fr1=1235N Fa1=747N 高速级大齿： Ft2=851N Fr2=318N Fa2=198N 3）绘制轴的计算简图 nts河南科技大学减速器课程设计 18 （ 1）计算支反力 nts河南科技大学减速器课程设计 19 1705NR0FN2465R0RFACFM0M点取力矩：A对H1H2H2t2t1AAADAB水平面：剪力图： 弯矩图： nts河南科技大学减速器课程设计 20 垂直面： nts河南科技大学减速器课程设计 21 NADdFABdFaa468R0F449NRR2F2ACFM0M点取力矩：A对v1v222r211r1AA垂直面：剪力图： 弯矩图： nts河南科技大学减速器课程设计 22 扭矩图： 合弯矩图： nts河南科技大学减速器课程设计 23 校核轴的强度： 由上述可知，危险截面在 C 截面处。 按第三强度理论求出弯矩 MCA 图，由公式 MCA= 22 )( M Mca = 2)(1 CM= 22 )34.106*6.0()56.141( =155.275 轴为 45 号钢 ，查表可知 1 = 60 Mpa 由公式可得： M P aWM caca 576.18044.014.3/275.155*32/ 3 1 所以中间轴满足强度要求。 四、 滚动轴承的选择及计算 轴承是支承轴的零件，其功用有两个：支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；减轻转轴与支承之间的摩擦和磨损。 nts河南科技大学减速器课程设计 24 与滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小、效率高、润滑简便及易于互换等优点，所以应用广泛。它的缺点是抗冲击能力差，高速时有噪声，工作寿命也不及液体摩擦 滑动轴承。 4.1 轴承的选择与结构设计 : 由 于转速较高，轴 向力又比较小，故选用深沟球轴承。下面以高速级轴为例初选轴承型号为 6207，具体结构图如下。 4.2 高速轴轴承的校核： NC r 25500 ， NC r 152000 NFt 851 NFr 318 NF 198 Fa/Fr=198/318=0.623 e 查表利用插值法得： e=0.204，则有 nts河南科技大学减速器课程设计 25 623.0/ ar FF e 则有 X=0.56，利用插值法： Y=2.16 由公式 P=pf(X rF +YaF)可得 P=1.2（ 0.56 318+2.16 198） =726.912 由公式 499645912.726255001440*60106010 3636 hPCnL h 12000h 所以满足要求。即高速级选用 6207 型号的轴承 4.3 中间轴轴承的校核 : 中间轴选择 6208: NC r 29500 ， NCr 180000 NRRR Hv 17684681705 2221211 NRRR Hv 25064492465 2222222 高速级大齿轮： NFr 318 NF 198低速级小齿轮： NFr 1235 NF 17470 3 0 5.01 8 0 0 0/549/0 CF a所以利用插值法得 e=0.227 Fa/Fr=549/917=0.59e 所以选用 X=0.56， Y=1.93 nts河南科技大学减速器课程设计 26 由公式得： P=pf(X rF +YaF) =1.2(0.56 917+1.93 549)=1887.708N 由公式 2 4 3 7 0 8708.18872 9 5 0 01440*60106010 3636 hPCnL h 12000h 所以满足要求。即中间轴选用 6208 型号的轴承 4.4 低速轴轴承的校核： 初选低速级选用 7209AC 型号的轴承正装 NC r 38500 ， NC r 6800 求得： 1R =1768N R2=2506N Fa=Fa1 -Fa2 =747-198=549N nts河南科技大学减速器课程设计 27 S1 =0.68R1 =0.68 1768=1202.24N S2 =0.68R2 =0.68-2506=1704.08N Fa+S2 =549+1704.48=2253.08 S1 故 1 被压缩， 2 被放松。 求轴向载荷： A1 =Fa+S2 =2253.08N A2 =S2 =1704.08 求当量动载荷 P1 ,P2 A1 /R1 =2253.08/1768=1.27 e X1 =0.41 Y1 =0.87 A2 /R2 =1704.08/2506=0.68=e X2 =1 Y2 =0 P1 =pf(X1 R1 +Y1 A1 )=1.2(0.41 1768+0.87 2253.08)=3222.1N P2 =pf(X2 R2 +Y2 A2 ) =1.2(1 2506)=3007.2N 由公式 1046.41.322238500694.6360106010 83636 hPCnL 12000h 所以满足要求。即低速级选用 7209AC 型号的轴承 五、键联接的选择 及计算 键是标准件，通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或nts河南科技大学减速器课程设计 28 型号轴向移动。根据所设计的要求。此次设计所采用的均为平键联接。 5.1 键选择原则： 键的两侧面是工作面，工作时候，靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩；键的上表面与轮
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