一级圆锥减速器课程设计8机械设一级圆锥直齿轮课程设计说明书重庆科技学院.doc
一级圆锥减速器课程设计8机械设一级圆锥直齿轮课程设计说明书重庆科技学院
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减速器课程设计
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一级圆锥减速器课程设计8机械设一级圆锥直齿轮课程设计说明书重庆科技学院,减速器课程设计
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本人有全套 CAD 装配图及零件图 邮箱 Wangzhao.1988 机械设计 螺杆泵地面驱动机构 课程设计说明书 课程名称: 螺杆泵地面驱动机构 设计题目: 螺杆泵地面驱动机构 院系: 机械与动力工程学院 班级: 机设普 071 姓名: 王朝 学号: 2007440537 指导教师: 设计时间: nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 2 CONTENTS 一,设计任务书 3 二,总体方案分析 4 三,电动机的选择 4 四,传动比的分配 5 五, V 带的设计 6 六,圆锥齿轮的 设计 8 七, 圆锥齿轮的校核 11 八, 轴和皮带轮的结构设计 14 九, 轴承端盖的设计 18 十、箱体和固定件的确定 18 十一 ,键连接的选择及校核计算 19 十二、减速器附件的选择 19 十三、高速轴的校核 20 十四、轴承的校核 22 十五, 参考文献 29 nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 3 一,设计任务书 设计题目 :螺杆泵地面驱动机构 原始数据 : 电动机功率: 27KW 电动机 1450 r/min 抽油杆规格: 7/8 螺杆泵转速为 290 r/min 工作条件 :室外 动力来源 :电力,三相交流,电压 380V; 。 传动方案 :皮带轮传动 单级圆锥直齿轮减速器 介绍螺杆泵地面驱动机构相关参数和工作条件 nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 4 二,总体方案分析 本题方案有两个传动部分组成,即皮带轮传动与减速器齿轮传动。由于减速器工作时需要防止卡转等井下复杂情况的发生,而且要求平稳高效率的传动,故选用带传动。 减速器部分是本次课题的重点设计部分,本课题 中的减速器是单级圆锥直齿轮减速器。 三,电动机的选择 1,电动机的类型和结构的选择 因为本传动的工作状况是:室外、工作环境较恶劣,所以选 380v 交流电, Y 系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。 2,电动机的容量 ( 1)电动机功率给定为 : 27KW ( 2)计算传动装置总效率 按常用机械传动效率简表确定各部分效率为 V 带传动效率 1=0.96,滚动轴承效率 2=0.99,圆锥齿轮传动效率 3=0.95, 传动装置总效率为 =1223 =0.96 0. 992 0.95=0.894 得出输出功率 Pd =27 0.894=24.134kw 介绍展开式二级减速器的特点 根据情况选择 Y 系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机。 Pw=27KW 总效率: 0.894 Pd=24.134kw nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 5 四,传动比的分配 总传动比的分配 1.计算传动装置总传动比 i 总 = wmnn= 2901450 =5 查机械设计课程设计手册 P5 表 -1 8 知 锥齿轮减速级传动比取 i 1 =2.5 查机械设计课程设计手册 P196 知 i 总 =i0 i1 所以 可知 i0= 5.25 =2 0 轴 电动机轴 P0=Pd=24.134kw n0=nm=1450 r/min T0=9550 00nP=9550 145024.134kw 158.95 1 轴 高速轴 P1=P0 1=24.134kw 0.96 =23.167KW n1= 00in= 21450 =725/min T1=9550 11nP =9550 72523.167 =305.187N m 2 轴 低速轴 P2=23.167 0.99 0.95 21.789KW i 总 =5 i 1 =2.5 i 0=2 P1 =23.167KW n1=725/min T1=305.187N m P2 21.789KW n2=290r/min nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 6 n2= 21in= 5.2725 =290r/min T2= 229550 nP = 290789.219550 717.534N m 五、 V 带传动设计 1.确定计算功率 查机械设计 P156 表 8 7,则 KA=1.4 PC=KAP=1.4 27=37.80KW 2.确定 V 带型号 按要求,选择普通 V 带。 根据 PC=10.50KW 及 n1=1450r/min 查机械设计 P157 图 8 11 确定选用 C 型普通 V 带。 3.确定带轮直径 ( 1)确定小带轮基准直径 根据图推荐,小带轮选用直径范围为 200 315mm,选择 dd1=300mm ( 2)验算带速 查机械设计 P150 v = 10006014.3 11 ndd = 60000 1450 X 30014.3 X =22.765m/s 带速一般应取 525 m/s , 满足要求 3)计算大带轮直径 dd2=i 0 dd1=2 300=300mm 查机械设计 P157 圆整得 dd2 =600 mm 4).确定带长及中心距 ( 1)初取中心距 a0 0.7( dd1+dd2) a0 2( dd1+dd2) a0 =1200mm (2) 确定带长 Ld: T2 717.534N m PC=37.80KW 选用 C型普通 V带 dd1=300mm V=22.765m/s dd2 = 600mm a0 =1200mm nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 7 根据几何关系计算带长得 2210 0 2 10()2 ( )24ddd d d ddL a d dap -? + + =3831.75mm 查机 械设计 P146 圆整得 4000mm 3)计算实际中心距 00 2ddllaa -?a=1115.875mm 5)验算包角: 1 2 1 5 7 . 31 8 0 ( ) 9 0ooodda d d a? - ?则满足要求 经计算 a1=164.595 可知满足要求 6) .确定 V 带根数 Z 0 0()ca ArLp K Pzp P P K a K= +D查表 P153 得 Po=11.5 , 0PD =1.27 查表 P155 得 Ka =0.96 , LK =1.02 计算 Z=3.203 为安全起见取 Z=4 7).确定粗拉力 F0 查机械设计 P149 表 8-3 得 C 型带单位质量 q=0.3kg/m Ld=4000mm a=1115.875mm Z=4 min()F = 488.426 nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 8 20 m i n ( 2 . 5 )( ) 5 0 0 a c aakpF q vk z v-=+ 计算得 min()F = 488.426 应使 ( )m inOFF 9) 计算压轴力 PF 压轴力的最小值为 ( )minPF = ( ) 1m in2 sin 2O aZF s i n 1 6 4 . 5 9 52 4 4 8 8 . 4 2 6 5 1 8 . 9 8 22创 ? 六、 圆锥齿轮传动设计 1、 选用圆锥直齿轮 2、 因为速度不变,由机械设计手册 P210 表 10 8 选用 8 级精度 3、 材料选择,由机械设计手册 P191 表 10 1 选择小齿轮材料 30C rM nSi 调 质 , 屈 服 极 限 900s M P as = ,强度极限1100b M P as = 齿面硬度为 360HBS ;大齿轮材料为 30CrM nSi ,调质,硬度为 350HBS 4、 选小齿轮齿数 由机械设计 P205,取闭式齿轮传动,小齿轮齿数为 1 24Z = 大齿轮齿数 2 1 1Z Z i= ,所以大齿轮齿数为: 60 5、按齿面接触强度确定传动的主要参数和尺寸 由 分度圆直径公式 ( )m i n 5 1 8 . 9 8 2PFN= 1 24Z = 2 60Z = nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 9 ( ) ( )13 22( 4 )7501 0 . 5A H VRR HT K K Kd m mub a aes-F - F 式中:( 1) u=i=2.5 (2) 取齿宽系数 RF =0.3 ( 3) 由黄祖德主编机械设计 P69 表 5-3 差得使用系数 AK= 1.25 由 P71 图 5 11,根据 1221 0 . 3 2 . 5 1 0 . 4 7 52 2 0 . 3RmRbud F + ?= = =- F - 1.15Kb = ( 4) 计算分锥角 11224a r c t a n a r c t a n 2 1 . 860 oZZd = = 2 9 0 2 1 . 8 6 8 . 2o o od = -= ( 5) 计算当量齿数 VZ 和重合度 Vae 111cosV ZZ d=25.86 222cosV ZZ d=161.725 查黄祖德机械设计 P73 表 5 4 查得 1E=0.799 2E= 0.949 则 重 合 度 1.486 (6)查黄祖德机械设计 P72 图 5 12 按八级精度和重合度查得齿间载荷分配系数 1.2HaK = ( 7)查黄祖德机械设计 P83 式( 5 30)计算接触疲劳许用应力 KA=1.25 KB=1.15 Zv1=25.86 Zv2=161.725 1 .4 8 6Vae = 1.2HaK = ( )1 0 . 5v a a Re e f= - =nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 10 1m inH c im NHHZSss = 由黄祖德机械设计 P84 1Hcims 2Hcims= =850MP 由 P85 查得 minHS =1 计算量齿轮的接触应力循环次数 1121996 0 6 0 7 2 5 1 8 1 2 2 4 3 0 3 1 0/ 1 . 5 1 0N n a t hN N u h= 创 创 创 =?= = ? 由黄祖德机械设计 P85 可知当 ONNf 时,查得寿命系数 Zn1=Zn2=1,两齿轮的接触疲劳许用应力为 : 12HHss=850MP 将上述各数值代入 ( ) ( )13 22( 4 )7501 0 . 5A H VRR HT K K Kd m mub a aes-F - F =112.535mm 锥齿轮的模数 11dm Z= 4.689 取标准模数 m= 5 ( 8) 计算锥齿轮的主要几何尺寸 分度圆直径 11d m z=?=120 22d m z=?=300 锥距 R 21222mR Z Z=+=161.55mm 1Hcims 2Hcims= =850MP N1=3*109h N2=1.5*109h m= 5 d1=120mm d2=300mm R=161.55mm nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 11 齿宽 0 .3RbRf= = ?161.55=48.465mm 圆整取 49mm 七、 圆锥齿轮的校核 1、 校核齿面接触疲劳强度 ( 1)由齿轮尺寸计算 VK 值 小锥齿轮的平均分度圆直径 ( )111 0 . 5mRdd f= - =105.6mm 平均速度 1160 1000m dm nV p= =4m/s 根据 1100mVZ= 0.96 和 8 级齿轮精度由 黄祖德机械设计 P70 可查得动载系数 VK =1.2 ( 2) 由于两齿轮齿数没有变动,至此可以看出由于 VK 值小于假设值,使齿轮齿面接触疲劳强度有较多的余量。若结构尺寸许可,就不必重新计算。 2、 校核齿根弯曲疲劳强度 校核应满足 黄祖德机械设计 P104 式( 6 10)条件 ( ) 1111223531 0 . 5A V H FFFRT K K K K Y Yb d mb a e sfs =?- 22 1 21FF F FFYYs s s=? (1)齿形系数 根据当量齿数由 黄祖德机械设计 P104 表 6 2 查得 122 . 7 ; 2 . 3FFYY= (2)重合度系数 0 . 2 5 0 . 7 5 / vaY e e= + =0.755 (3)齿间载荷分配系数 1 . 2F a H aKK= B=49mm dm =105.6mm Vm=4m/s Kv =1.2 nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 12 1saY =(4)弯曲疲劳应力 Fs (5)由 黄祖德机械设计 P84 黄祖德机械设计 P86 查得 =350Mpa 黄祖德机械设计 P85 查 . 由于两齿轮的弯曲应力循环次数 12993 101.5 10NN=?=? NO =69120h 可见他们均大于 ON ,故寿命系数 121NNYY= 根据当量齿数 Zv1 和 Zv2 和 x=0 黄祖德机械设计 P87 查得 两轮的弯曲疲劳许用应力为 437.5MP 2Fs = 393.26MP 将上述各值代入 黄祖德机械设计 P104 式( 6 11) ( )1 22 3 5 3 3 0 5 . 1 8 7 1 . 2 5 1 . 2 1 . 1 5 1 . 2 2 . 7 0 . 7 5 54 9 1 2 0 1 0 . 5 0 . 3 5Fs创 创 创 ?=创 - 创 =142.654 N1 =3*109 N2 =1.5*109 NO =69120h 437.5MP 393.26MP ( )m i nF c i m NF saY M p aS F Yss =m i n 1 m i n 2FFss=2 2 . 31 4 2 . 6 5 4 1 2 1 . 5 22 . 7Fs =?min 1FS =nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 13 可见满足弯曲强度要求 经黄祖德机械设计 P85 查得下表 小齿轮传动的尺寸如下 : 名称 结果 模数 5 齿数 24 分度圆直径 120 齿顶圆直径 da 129.28 齿宽 49 锥钜 R 161.55 4o md =? 20 d1=1.6d轴 64 分锥角 21.8o nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 14 根锥角 19.673 齿根角 2.127 齿根高 6 L=1.2d 48 大齿轮传动的尺寸如下: 名称 结果 模数 5 齿数 60 分度圆直径 300 齿顶圆直径 303.71 齿宽 49 锥钜 R 161.55 4o md =? 20 C=0.16R 25.85 分锥角 68.2o L=d 85 八,轴和皮带轮的结构设计 nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 15 (一)轴的材料选择和最小直径估算 根据工作条件,初选轴的材料为 45 钢,调制处理。按扭矩强度法进行最小直径估 算,即:nPA 3min 0d 。除算轴径时,若最小直径轴段开有键槽,还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时, d 增大 5%7%,两个键槽增大 10%15%,查机械设计 P370.确定小齿轮的轴 01 126A = , 大齿轮的轴 02 112A = 小齿轮的轴:33m i n 0 1 p 1 2 3 . 1 6 7d 1 1 1 2 3 5 . 5 41 7 2 5A m mn= = ?最小直径处要安装一键槽来连接齿轮和皮带轮 1 m i n 1 m i n ( 1 7 % ) 3 8 . 0 2 8 mmdd= + =取 39mm 大齿轮的轴:33m i n 0 1 p 2 2 1 . 7 8 9d 2 1 2 6 5 3 . 1 6 82 2 9 0A m mn= = ? 同理 d2 取 57mm nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 16 (2)确定轴各段直径和长度和皮带轮的尺寸 皮带轮的尺寸设计 查机械设计 P160 L=1.8d=70.2mm 高速轴的尺寸 1左起第一段,由于安装皮带轮 ,因开有键槽,轴径扩大 7%并圆整,取轴径 d=39mm 长度 70mm,为了便于安装,轴端进行 2 45倒角 。 2左起第二段直径取 45mm。根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度,则取第二段的长度 46mm。轴肩( 0.07d) 3左起第三段,该段装有滚动轴承,选用圆锥滚子轴承 P75(30210), 取轴径 50mm,长度为 18mm。 4 左起第四段,对轴承起到轴肩定位作用 ,其直径大于第三段轴,取60mm。根据整体布局, 长度取 90mm。 5左起第五段为轴承安装段,此段的直径取 50mm,长度取 18mm。 6左起第六段,为齿轮安装段,根据轴承的尺寸,取轴径 40mm。长度取 80mm。 直径 d11 12d 13d 14d 15d 16d 数值 39 45 50 60 50 40 长度 11l 12l 13l 14l 15l 16l 70 46 18 90 18 80 nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 17 低速 轴的尺寸 上 下 ( 1) 此段装轴承直径为 60mm ( 2) 左起第二段直径取 85mm 长度为 103mm ( 3) 左起第三段,该段是为下面的齿轮做轴阶的直径取 90mm长度为32mm。 (4) 左起第四段,为安放齿轮和油封,由于输出直径为 60mm,此时轴承外径为 110mm,要使油封有效,油封内径必须大于 85mm,所以直径为 85mm. (5)左起第五段安装轴承,直径为 60mm 直径 d21 d22 d23 d24 d25 数值 60 85 70 85 75 长度 安装尺寸确定 103mm 32mm 安装尺寸确定 安装尺寸确定 (3) 低速轴的安装说明 低速轴是一根空心轴,选的最小轴径是 60mm,由于要传动动nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 18 力做功,即安装大齿轮,选用圆锥滚子轴承 30213。为了防止润滑油的滴漏加油封,选用油封的型号为 JB/ZQ4606-86毡圈油封。 九、 轴承端盖的设计 1、高速轴轴承端盖的设计 根据轴承 30210,由吴宗泽主编的机械设计课程设计手册p166 表 11-11 ,0D=110mm, 0d=9mm,e=9.6mm, 1e =9.6mm, 4D =80mm, 5D =86mm, 6D =87mm,b=7。 2、低速轴轴承端盖的设计 根据轴承 30213,由吴宗泽主编的机械设计课程设计手册p166 表 11-11 ,0D=145mm,0d=10mm,e=12mm, 1e =14mm, 4D =110mm, 5D =115mm, 6D =118mm,b=7。 十、箱体和固定件的确定 1、箱体材料采用铸铁,箱体长为 410mm,宽为 365mm 高为371mm,箱座的壁厚为 55mm,箱座上端盖壁厚为 30mm,箱座左右端的壁厚为 30mm。 2、箱座上端盖的固紧采用螺钉,选用 M10,按照所需安装螺钉的数目,安装高速轴的左端盖选 用 M10 的螺钉选用四颗,端盖螺钉根据轴承的直径而定。对于高速轴选用六角头螺栓直径等于 8mm,螺钉数目为 4,对于低速轴选用螺钉直径等于 10mm,螺钉数目为 6。 0D=110mm 0D=145mm nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 19 十一、键的选择及校核 1由机械设计 P106 高速轴与带轮连接选用键 A12 8 70 p=60839 1 00 01 87.3 0544 d hlT=65.21MPa p=100MPa 故,该键满足强度要求。 2轴与小齿轮连接选用键 A12 8 40 p=dhlT4=94.74MPa p=100MPa 故,该键满足强度要求 3输出轴与大齿轮连接选用键 A20 12 40 p=dhlT4= p=100MPa 键 1 b12 h8 L70 键 2 12 8 40 键 3 20 12 40 十二、减速器附件的选择 通气器 查机械设计课程设计手册 P162 起吊装置 查机械设计课程设计手册 P161 箱盖采用 M12吊环螺钉、箱座采用吊钩。 放油螺塞 选用外六角油塞及垫片 M14 1.5 查机械设计课程设计手册 P89 nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 20 润滑与密封 、润滑: 齿轮采用浸油润滑。当齿轮圆周速度 12 /v m s 时,圆锥齿轮应用喷油润滑。 、密封: 防止外界的灰尘、水分等侵入轴承,并阻止润滑剂的漏失。 查机械设计课程设计手册 P91高低速轴密封圈为:唇形密封圈( FB 型) 底部由于轴的转动及密封要求,则选用内径 85 的油封,具体安装见装配图。 十三、高速轴的校核 1、求输入轴上的功率 1P 、转速 1n 和转矩 1T 1P =28.8kw, 1n =640.52r/min, 1T =429.4N.M 2、求作用在齿轮上的力 已知高速级小圆锥齿轮的分度圆半径为 mmdd Rm 95.124)5.01(11 而 NdTFmt 6 8 7 095.1 2 44.4 2 92211 , 1c o sta n tr FF 2212N 1sinta n ta FF 1106N 1md=124.95mm tF=6870N rF =2212N aF=1106N nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 21 圆周力 tF 、径向力 rF 及轴向力 aF 的方向如图所示 3、轴承支反力 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮上的安装位置,建 nts石油机械设计 螺杆泵地面驱动机构 22 立力学模型。 水平面的支反力: NFR tA 3 4 5 0806 8 7 0408040 NFR tB 1030580 687012080 )4080( 垂直面的支反力: NFR rA 1106802212408040 4、左起第四段剖面处的弯矩: 水平面的弯矩: NRMA 2 7 608.0 水平垂直面的弯矩: NRM A 48.8808.0 垂直合成弯矩: NMMM 84.28922 垂直水平合5、当量弯矩 因为是单向回转,转矩为脉动循环, =0.6,即可得到 NTMM 62.95806)( 22
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