常用的机械传动--二级减速器设计.doc

机械设计 综合训练 知识模块：常用的机械传动车辆 专业 16-2 班级设 计 者 张明瑞指导教师 王琦 2018 年 11 月辽宁工程技术大学任务：方案（4）图：方案数据: 车辆16-2班28号题 号滚筒圆周力F/kN带速v/ms-1滚筒直径D/mm滚筒长度L/mmZLL-93.80.88400800工作条件B：工作年限工作班制工作环境载荷性质生产批量102多灰尘稍有波动小 批一、电机选择 结论栏（1）选择电机系列按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。（2）选择电动机功率卷筒所需有效功率PW=Fv1000=38000.881000=3.344kW 总效率：=联承4啮2链筒按表4.2-9取：齿轮啮合效率：齿=0.97（齿轮精度为8级）滚动轴承效率：承=0.99 联轴器效率：联=0.99滚筒效率:：筒=0.96链传动效率：链=0.93则传动总效率：=联承4啮2链筒 =0.990.9940.9720.930.96 =0.798所需电动机功率： Pr=PW=3.3440.798=4.19kW查表4.12-1,可选Y系列三相异步电动机Y132S-4型，额定功率P0=5.5kW，或选用Y系列三相异步电动机Y132M2-6型，额定功率P0=5.5kW。（3）确定电动机转速滚筒轴转速：nW=60vD=600.880.4=42.0rmin同步转速为1500 r/min及1000 r/min两种方案进行比较，由表4.12-1查得电动机数据，计算出的总传动比如下表：方案号 电机型号额定功率同步转速满载转速电机质量总传动比 1 2Y132S-4Y132M2-65.55.515001000144096034.2822.85电机同步转速有4种，比较其中两种方案：该设计方案为3级减速传动，根据 电机型号闭式齿轮传动和链传动常用传动比范围（表4.2-9），且方案一选取的电动机虽然质 Y132M2-6量和价格较低，但总传动比大。为使传动装置结构紧凑，决定选用方案2。 P0= 5.5 kW 二、分配传动比 链传动：i链=2.0 (常用范围24) i链=2.0 减速器：i减=22.85/2.0=11.43 i高=（1.31.4）i减=3.85 4.00，取3.90 (范围35) i高= 3.90 i低=11.433.90=2.93 (范围35) i低= 2.93三、传动装置各轴的运动和动力参数计算0轴：0轴及电动机轴P0=Pr=4.19kWn0=960 r/minT0=9.55103P1n1=9.551034.19103960=4.17104Nmm轴： 轴即减速器高速轴P1=P001=P0联=4.190.99=4.15kWn1=n0= 960 r/minT1=9.55103P1n1=9.551034.15103960=4.13104Nmm轴：轴即减速器中间轴P2=P112=P1齿承=4.150.970.99=3.99kWn2=n1i01=n1i高=9603.90=246.15r/minT2=9.55103P2n2=9.551033.99103246.15=1.54105Nmm轴：轴即减速器低速轴P3=P223=P2齿承=3.990.970.99=3.83kW n3=n2i12=n2i低=246.152.93= 84.01r/minT3=9.55103P3n3=9.551033.8310384.01=4.35105Nmm轴：轴即传动滚筒轴P4=P334=P3链承=3.830.960.99=3.64W n3=n2i23=n2i链=84.012=42.0 r/minT4=9.55103P4n4=9.551033.6410342.0=8.27105Nmm轴序号入轴功率P/kW转速n/r/min转矩T/Nmm传动型式传动比效率04.199604.17104联轴器1.00.964.159604.13104齿轮传动3.900.963.99246.151.54105齿轮传动2.930.963.8384.014.35105链传动2.00.993.6442.08.27105四、减速器以外传动零件的计算链传动设计 已知数据：传动比i链=2.0 ，传递功率P=承P=0.993.83=3.79kW小链轮转速n1=n= 84.01 ，载荷稍有波动（根据任务书中工作条件B）。设计过程：（1）取链轮齿数 ：z1=21, 链轮齿数 z1=21z2=iz1=2211=41（或43）（齿数互质） z2=41（2）选定链型号，确定链节距p：由式4-8得P0KAKZPKp=1.50.913.791=5.17 kW 式中，工况系数KA 由表4-6查得KA =1.5,；小链轮齿数系数KZ 由图4-13查得KZ =0.91；多排链系数Kp按单排链由表4-7查得Kp=1。根据P0 =5.17 kW及n1 =84.01 r/min，由图4-11选定链型号为28A，由 链节距表4-1 查其节距p=44.45mm。 p=44.45mm（3）验算链速v=z1n1p601000=2184.0144.45601000=1.307m/s15 m/s转速适宜。（4）确定中心距以及链节数初选a0=（3050）p=1333.52222.5 mm，取a0=2000mm链节数LP =2a0p+z1+z22+pa0z2-z122 =2200044.45+21+412+44.45200041-2122=121.22 链节数LP=122取LP=122节（偶数）。 中心距确定实际中心距 a=2000.39mm a=a0+Lp-Lp02p=2000+122-121.222=2000.39mm 5、 减速器以内传动零件的计算1. 高速级圆柱直齿轮的设计已知数据：传动比i1=3.90，传递功率P1=41.3kW ，小齿轮转速n1=960r/min，载荷稍有波动。设计过程：（1）选择齿轮材料、确定精度等级及许用应力小齿轮材料选用40Cr钢，调质处理，齿面硬度241286HBS（表5-1），取250280HB。大齿轮材料选用ZG310-570，正火处理，表面硬度156217HB，取162185HB。选择齿轮精度等级8级（GB10095-88），查图5-16（b），得Hlim1=690MPa，Hlim2=440MPa。应力循环次数：N1=60n1jLh=6096012103008=2.76109N2=N1i=2.761093.90=7.08108查图5-17得ZN1=1.12，ZN2=1.17（允许有一定点蚀）取ZW=1.0，SHmin=1.0，ZLVR=0.92由式（5-29）得 ZX1=ZX2=1.0取ZLVR=0.92由式（5-24）确定接触疲劳许用应力H1=Hlim2HminZN1ZWZX1ZLVR=6901.01.121.01.00.92=711.0MPaH2=Hlim1HminZN2ZWZX1ZLVR=4401.01.171.01.00.92=473.6MPa因为H1H2，计算中H=H2=473.6 MPa（2）按接触疲劳强度确定中心距a由式（5-18）au+13KT12aZHZEZH2mm式中 T1=9550103P1n1=955010341.3960=4.13104Nmm初选KZ2=KtZt2=1.15初选螺旋角=10，由式（5-42）计算Z=cos=cos10=0.992 取a=0.35，减速传动比 u=i=3.90由表5-5，得ZE=189.8MPa由式（5-41）计算ZH端面压力角： t=arctantanncos=arctantan20cos10=20.2835基圆螺旋角： b=arctantancost=arctantan10cos20.2835=9.3912 ZH=2cosbcostsint=2cos9.3912cos20.2835sin20.2835=2.4634由式（5-39）计算中心距atu+13KT12auZHZEZZH2=122.210mm圆整取a=125mm一般取mn=0.010.02at=0.010.02125=1.252.50mm取标准法面模数 mn=2.5mm（考虑硬齿面，模数取大值）齿数： z1=2acosmn(u+1)=19.9 z2=uz1=77.78 a=105 圆整取：z1=20 z2=79 z1=20 z2=78齿轮分度圆直径： d1=mz1=50.000mm d2=mz2=197.500mm齿轮齿顶圆直径： da1=d1+2ha*m=55.000mmda2=d2+2ha*m=203.500mm齿轮基圆直径：db1=d1cos=46.98mmdb2=d2cos=185.589mm圆周速度： v=d1n160103=2.51m/s修正螺旋角：=arccosmnz1(u+1)2a=11.478 2. 低速级圆柱直齿轮的设计已知数据：传动比i2=2.93，传递功率P2=15.4kW，小齿轮转速n2=246.15r/min，载荷稍有波动设计过程：（1）选择齿轮材料、确定精度等级及许用应力小齿轮材料选用40Cr钢，调质处理，齿面硬度241286HBS（表5-1），取250280HB。大齿轮材料选用ZG310-570，正火处理，表面硬度156217HB，取162185HB。选择齿轮精度等级8级（GB10095-88），查图5-16（b），得Hlim1=690MPa，Hlim2=440MPa。应力循环次数：N1=60n1jLh=60246.1512103008=7.09108N2=N1i=7.091082.93=2.42108查图5-17得ZN1=1.17，ZN2=1.26（允许有一定点蚀）取ZW=1.0，SHmin=1.0，ZLVR=0.92由式（5-29）得 ZX1=ZX2=1.0取ZLVR=0.92由式（5-24）确定接触疲劳许用应力H1=Hlim2HminZN1ZWZX1ZLVR=6901.01.171.01.00.92=742.72MPaH2=Hlim1HminZN2ZWZX1ZLVR=4401.01.261.01.00.92=510.05MPa因为H1H2，计算中H=H2=510.05 MPa（2）按接触疲劳强度确定中心距a由式（5-18）au+13KT12aZHZEZH2mm式中 T1=9550103P2n2=955010315.4246.15=5.97105Nmm初选KZ2=KtZt2=1.15初选螺旋角=10，由式（5-42）计算Z=cos=cos10=0.992 取a=0.35，减速传动比 u=i=2.93由表5-5，得ZE=189.8MPa由式（5-41）计算ZH端面压力角t=arctantanncos=arctantan20cos10=20.2835基圆螺旋角b=arctantancost=arctantan10cos20.2835=9.3912 ZH=2cosbcostsint=2cos9.3912cos20.2835sin20.2835=2.4634由式（5-39）计算中心距atu+13KT12auZHZEZZH2=256.1222mm圆整取a=260mm一般取mn=0.010.02at=0.010.02260=2.605.20mm取标准法面模数 mn=5.0mm（考虑硬齿面，模数取大值）齿数： z1=2acosmn(u+1)=26.06 z2=uz1=76.36 a=105 圆整取：z1=27 z2=77 z1=20 z2=78齿轮分度圆直径： d1=mz1=125.000mm d2=mz2=385.000mm齿轮齿顶圆直径： da1=d1+2ha*m=135.000mmda2=d2+2ha*m=395.000mm齿轮基圆直径：db1=d1cos=117.462mmdb2=d2cos=361.782mm圆周速度： v=d1n260103=57.997m/s修正螺旋角：=arccosmnz1(u+1)2a=11.4783、校核1、高速级：接触疲劳强度 电机驱动，稍有波动，选取KA=1.25圆周速度v=d1n160103=2.51ms，8级精度，由图5-4（a），vz1/100=0.25，取Kv=1.3齿宽b=aa=0.35135=47.25mm由图5-7b，按bd1=0.45 轴刚性较小，硬齿面，非对称布置 K=1.13由表5-4，取K=1.2， 载荷系数：K=KAKvKK=1.251.31.131.2=2.2035齿顶压力角a1=arccosdb1da1=arccos46.9855=31.331 a2=arccosdb2da2=arccos185.589203.5=24.219重合度=12z1tana1-tan+z2tana2-tan=1.859重合度系数Z=4-3=0.845 H=ZHZEZ2KT1(u+1)bd12u=2.4634189.80.84522.20354.131043.90+147.255023.9=449.704MPa HH 合格（2）验算齿根弯曲疲劳强度 z1=20,z2=79, 由图5-14得：YFa1=2.81,YFa2=2.26 由图5-15得：Ysa1=1.55,Ysa2=1.73 由式5-48得 ：Y=0.25+0.75=0.653 由图5-16b得：Flim1=Flim2=200MPa 由图5-19得：YN1=YN2=1.0 由式（5-32），m=2.512，YX1=YX2=1.0取，YST=2.0 SFmin=1.4许用弯曲应力： F1=F2=Fmin1YSTSFminYNYX=20021.41.01.0=285.714 齿根弯曲应力： F1=2KT1bd1mYFa1Ysa1Y=22.20354130047.25502.52.811.730.653=97.82MPa F1F1 合格 F2=F1YFa2Ysa2YFa1Ysa1=97.822.261.732.811.5587.81MPaF2F2 合格2、低速级：接触疲劳强度 电机驱动，稍有波动，选取KA=1.25圆周速度v=d1n260103=1.610ms，8级精度，由图5-4，vz1/100=0.4347，取Kv=1.17齿宽b=aa=0.35260=91mm由图5-7b，按bd1=0.728 轴刚性较小，硬齿面，非对称布置 K=1.22由表5-4，取K=1.2， 载荷系数：K=KAKvKK=1.251.171.221.2=2.1411齿顶压力角a1=arccosdb1da1=arccos117.462135=29.531 a2=arccosdb2da2=arccos361.782395.00