二级圆柱齿轮减速器说明书
二级圆柱齿轮减速器说明书
————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:
机械设计课程设计
计算说明书
设计题目:设计用于盘磨机的二级圆柱齿轮减速器
班级:11车辆1班
设计者:张东升
指导教师:智淑亚
2013年12月9日星期一
机械设计课程设计任务书
学号 1104104048 姓名 张东升 班级 车辆1班
一、设计题目: 盘磨机传动装置 二、传动装置简图:
1—电动机;2、5—联轴器;3—圆柱齿轮减速器;
4—碾轮;6—锥齿轮传动;7—主轴
三、设计原始数据:
主轴转速:50/min n r =主 圆锥齿轮传动比:i =4 电动机功率:P= 5.5 kW 电动机转速:1500/min n r =电 每日工作时数:8小时 传动工作年限:8年
四、机器传动特性:
传动不逆转,有轻微的振动,起动载荷为名义载荷的1.5倍,主轴转速允许误差为±5%。 五、设计工作量:
1.减速器装配图1张(A0);
2.零件工作图2张;
3.设计说明书1份。
目录
一、设计任务书…………………………………………………
二、传动系统方案的分析与拟定………………………………
三、电动机的选择计算……………………………………………
四、计算传动装置分配各级传动比………………………………
五、传动装置运动及动力参数的计算…………………………
六、传动零件的设计计算………………………………………
七、轴及联轴器结构的初步设计………………………………
八、验算滚动轴承的寿命………………………………………
九、键联接的选择和计算………………………………
十、减速器润滑方式、润滑油牌号、密封类型的选择和装油量计
算………………………………………………十一、减速器箱体设计……………………………………十二、误差分析………………………………………十三、参考文献……………………………………………
计算及说明结
果
一、设计任务书
1.设计任务
设计盘磨机传动装置的二级圆柱直齿轮减速器
2.原始数据
(1).主轴转速n=50 r/min
(2).圆锥齿轮传动比i=4
(3).电动机功率 P=5.5 kW
(4).电动机转速 n=1500r/min
3.工作条件
连续单向运转,空载起动,使用期限8年,,每日工作时数8小时,有轻微的振动,
起动载荷为名义载荷的1.5倍,主轴转速允许误差为5%
。
二、传动系统方案的分析与拟定
盘磨机传动系统方案如下图所示。
1—电动机;2、5—联轴器;3—圆柱齿轮减速器;4—碾轮;
6—锥齿轮传动;7—主轴
由电动机带动高速级齿轮转动,再由低速级齿轮经联轴器将动力传递给锥齿轮,再
由锥齿轮传给磨盘。齿轮传动瞬时速比稳定,传动效率高,工作可靠,寿命长,结构
紧凑,外形尺寸小。
选用两级展开式圆柱齿轮减速器,结构简单、应用广泛。齿轮相对于轴承位置不对
称。当轴产生弯扭变形时,载荷在齿宽上分布不均匀,因此轴应设计得具有较大刚度,
并使高速轴齿轮远离输入端。
计算及说明结果
三、电动机的选择计算
1.选择电动机的类型及原因:
选择Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,电压380V。此类型电动机是按照国际电工委员会(IEC)标准设计的,具有国际互换性的特点,应用广泛。其结构简单、起动性能好、工作可靠、价格低廉,维护方便,适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合。
2.传动装置的总效率:
按表2-3确定各部分传动效率:
联轴器的效率
10.99
η=
球轴承的效率
20.99
η=
滚子轴承的效率
30.98
η=
8级精度齿轮效率
40.97
η=
0.990.990.990.970.970.913
η=????=
3.电动机型号的选择:
根据题意要求选择同步转速1500r/min,额定功率5.5kw,故选择Y132S-4 符合这一范围的同步转速有1000/min
r,1500/min
r。现比较,查表16-1,电动机数据及计算出的总传动比列于下表
方案电动机型号额定功率
/
P kW
电机转速()
m in
/r
n
同步转速
满载转
速
1Y132S-4 5.5 1500 1440
由表16-3查取电动机轴外伸端尺寸:D=38mm E=80mm F=10mm G=33mm.
0.913η=
计算及说明结果
四、计算传动装置分配各级传动比
1.传动装置的总传动比:
15003050
m w n i n =
==总 2.分配传动装置各级传动比:
由题目可知减速器圆锥齿轮传动比454i = 则减速器内的传动比为
1312234530
4
i i i i i =?=
=总=7.5 高速级传动比 12131.3 1.37.5 3.12i i =?=?= 低速级传动比 1323127.5
2.4
3.12
i i i ===
五、传动装置的运动和动力参数的计算
1.输入功率、转速和转矩 (1)0轴(电机轴):
000005.51500min
5.5
95509550351500
P P kW n n r /P T N m
n ======?=?
(2)Ⅰ轴
101 5.50.990.98 5.3361P P kW η=?=??= 11500/min n n r ==
1
11 5.33619550
955033.971500
P T N m n ==?=? (3)Ⅱ轴
2124 5.33610.980.97 5.07P P kW ηη=??=??=
12121500480.77min 3.12
n n r i =
== 222 5.07
95509550100.71480.77
p T N m n ==?=?
(4)Ⅲ轴
30i =总
454i =
137.5i = 12 3.12i =
23 2.4i =
0 5.5P kW =
01500min n r /=
035T N m =?
1 5.3361P kW =11500min n r =
133.97T N m =?
2 5.07P kW =
2408.77min
n r =
2100.71T N m =?
3224 5.070.980.97 4.8195P P kW ηη=??=??=
2323480.77200.32min 2.4
n n r i =
== 333 4.819595509550229.76200.32
P T N m n ==?=?
3 4.8195P kW
=3200.32min
n r =
3229.76T N m =?
计 算 及 说 明
结 果
2.输出功率、转速和转矩
将上述运动和动力参数的计算结果汇总下
轴 名
传动比i 效率η
转速n
(r/min)
输入功率P
(kW)
输入转矩 T (N m ?)
0 轴 1 0.97
1500 5.5 35 Ⅰ 轴
1500 5.3361 33.97 3.12
0.980.97
0.95?=
Ⅱ 轴
480.77
5.07
100.71
2.4
0.980.97
0.95
?=
Ⅲ 轴
200.32
4.8195 229.76
计 算 及 说 明 结 果
六、传动零件的设计计算
一、高速级: 1. 选择齿轮材料及精度等级 采用软齿面闭式齿轮转动。由教材表11-8查得: 小齿轮选用45,调质处理,齿面硬度为217~256HB S。 大齿轮选用45,正火处理,齿面硬度为169~217HBS 。 因为是普通减速器,由表11.20选8级精度 2. 确定设计准则 由于该减速器为闭式齿轮传动,且两齿轮均为齿面硬度HBS 小于等于350的软齿 面,齿面点蚀为主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算,确定齿轮的主要参数和尺寸,然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。 3. 按齿面接触疲劳强度设计: 因两齿轮均为钢制齿轮,可应用式(11.23)求出1d 值。
确定有关参数与系数: 1) 小齿轮上的转矩
4111 5.3361
95509550 3.4101500
P T N mm n ==?=?? 2) 载荷系数K 查表11.10取K =1.2 3) 齿数1z 和齿宽系数d ψ
小齿轮的齿数1z =22,则大齿轮的齿数2z =12i 1z =68.64,取69
因单级直齿圆柱齿轮为对称布置,而齿轮表面又为软齿面,由表11.19选取d ψ=1
4) 许用接触应力[]H σ 由图11.25查得
小齿轮接触疲劳极限lim1560H a MP σ=,
大齿轮接触疲劳极限lim 2530H a MP σ=。 由表11.9查得1H S =。
()9
18
1260601500183658 2.1106.710h N njL N
N i
==?????=?==?
41 3.410T N mm
=??
K=1.2
d ψ=1
查图11.28得121, 1.06N N Z Z ==
1lim112lim221560
[]56011.06530
[]5621
N H H a a
H N H H a a
H Z MP MP S Z MP MP S σσσσ??=
==??=
==
故
()
[]
4
133
12
2
111 1.2 3.410 4.12
76.4376.4342.491 3.1256042.49 1.9322
d H KT u d mm
u d m mm mm z ψσ+???≥==??=
==
又表11.3取标准模数m = 2 mm
4. 主要尺寸计算
1122244d m Z mm =?=?= 22269138d m Z mm =?=?= 114444d b d mm mm ψ==?= 取244b mm =
12549b b mm mm =+=
()122(2269)9122
m a Z Z mm =
+=+= 5. 按齿根弯曲疲劳强度校核
由式(11.25)得出,如[]F F σσ≤,则校核合格。 确定有关系数与参数:
1) 外齿轮的齿形系数F Y
查表11.12得 122.75, 2.28F F Y Y ==
2) 应力修正系数S Y
查表11.13得121.58, 1.75S S Y Y ==
3) 许用弯曲应力[]F σ
由图11.26查得 lim1210F a MP σ=,lim2190F a MP σ=。 由表11.9查得 1.3F S =。
由图11.27查得121N N Y Y ==。 由式(11.16)可得 故
[][][][]1lim112lim224
111121
12221
2
111210
1621.31190
1461.3
22 1.2 3.410 2.75 1.5891.5744422
2.28 1.75
91.5784.082.75 1.58
N F F F N F F F F F S F F S F F F F S Y MPa MPa S Y MPa MPa S KT Y Y MPa bm z Y Y MPa Y Y σσσσσσσσσ?===?=
==???==??=??==?=
齿根弯曲强度校核合格 6. 验算齿轮的圆周速度
11441500
3.456/5/6010060100
d n v m s m s ππ??===?
由表11.21可知,选8级精度是合适的。
二、低速级:
1. 选择齿轮材料及精度等级
采用软齿面闭式齿轮转动。由教材表11-8查得:
小齿轮选用45,调质处理,齿面硬度为217~256H BS 。 大齿轮选用45,正火处理,齿面硬度为169~217HBS 。 因为是普通减速器,由表11.20选8级精度
2. 确定设计准则
由于该减速器为闭式齿轮传动,且两齿轮均为齿面硬度HBS 小于等于350的软齿 面,齿面点蚀为主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算,确定齿轮的主要参数和尺寸,然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。
3. 按齿面接触疲劳强度设计: 因两齿轮均为钢制齿轮,可应用式(11.23)求出1d 值。 确定有关参数与系数:
1) 小齿轮上的转矩
5222 5.079550
9550 1.010480.77
P T N mm n ==?=?? 2) 载荷系数K
查表11.10取K=1.2
3) 齿数1z 和齿宽系数d ψ
小齿轮的齿数1z =22,则大齿轮的齿数2z =23i 1z =52.8,取53.
因单级直齿圆柱齿轮为对称布置,而齿轮表面又为软齿面,由表11.19选取d ψ=1
4) 许用接触应力[]H σ 由图11.25查得
小齿轮接触疲劳极限lim1560H a MP σ=,
大齿轮接触疲劳极限lim 2530H a MP σ=。 由表11.9查得1H S =。
()8
18
126060480.77183658 6.7102.810h N njL N
N i
==?????=?==?
查图11.28得121, 1.06N N Z Z ==
1lim112lim221560
[]56011.06530
[]5621
N H H a a
H N H H a a
H Z MP MP S Z MP MP S σσσσ??=
==??=
==
故
()
[]
4
133
12
2
111 1.2 1.010 3.4
76.4376.4362.31 2.456062.3 2.8322
d H KT u d mm
u d m mm mm z ψσ+???≥==??=
==
又表11.3取标准模数m = 3 mm
4. 主要尺寸计算
1132266d m Z mm =?=?= 22353159d m Z mm =?=?= 116666d b d mm mm ψ==?= 取266b mm =
12571b b mm mm =+=
()123
(2253)112.522
m a Z Z mm =
+=+= 5. 按齿根弯曲疲劳强度校核
由式(11.25)得出,如[]F F σσ≤,则校核合格。 确定有关系数与参数:
1) 外齿轮的齿形系数F Y
查表11.12得 122.75, 2.28F F Y Y ==
2) 应力修正系数S Y
查表11.13得121.58, 1.75S S Y Y ==
3) 许用弯曲应力[]F σ
由图11.26查得 lim1210F a MP σ=,lim2190F a MP σ=。 由表11.9查得 1.3F S =。 由图11.27查得121N N Y Y ==。 由式(11.16)可得
故
[][][][]1lim112lim 225
211122
1
12221
2
111210
1621.31190
1461.3
22 1.2 1.010 2.75 1.5879.8066322
2.28 1.75
94.973.282.75 1.58
N F F F N F F F F F S F F S F F F F S Y MPa MPa S Y MPa MPa S KT Y Y MPa bm z Y Y MPa Y Y σσσσσσσσσ?===?=
==???==??=??==?=
齿根弯曲强度校核合格
6. 验算齿轮的圆周速度
1166480.77
1.66/5/6010060100
d n v m s m s ππ??=
==? 由表11.21可知,选8级精度是合适的。
七、轴及联轴器的初步计算 高速轴的设计计算
1.选择轴的材料,确定许用应力
高速轴与低速轴均用45号钢,进行调质处理。由表16.1查得强度极限
637B MPa σ=,再由表16.3查得许用弯曲应力[]160b MPa σ-= 2.按钮转强度估算轴径
3
3
1
1 5.33(107118)16.3318.01n 1500
P d C mm ≥?==
3.设计轴的结构
(1)确定轴上零件的位置和固定方式,确定装配简图
取齿轮距箱体内壁距离12.5mm,轴承端面距箱体内壁的距离为5mm 。由于高速轴上的小齿轮的尺寸较小,通常设计成齿轮轴 (2)确定各轴段直径
由于轴的最右端要安装半联轴器,需有一键槽,则增加后得直径d =20mm,为满足半联轴器的轴向定位要求,Ⅰ-Ⅱ段的左端需制出一轴肩,故取Ⅱ-Ⅲ段直径为24mm ,选取单列圆锥滚子轴承型号为30205,其内径为25mm,故Ⅲ-Ⅳ段和Ⅶ-Ⅷ段的直径为25mm,两端轴承均选用轴肩定位,因此Ⅳ-Ⅴ段和Ⅵ-Ⅶ段直径为32mm 。 (3)确定各轴段长度
高速级齿轮齿宽轮毂宽度为49mm,因为齿轮距箱体内壁距离12.5mm ,且轴承
端面距箱体内壁距离为5mm,Ⅵ-Ⅶ段宽度为17.5mm ,两端采用型号为30205的单列圆锥滚子轴承,轴承Ⅲ-Ⅳ段和Ⅶ-Ⅷ段宽度为15mm,Ⅳ-Ⅴ段宽度为100.5mm ,两轴承支点之间的距离为188mm 。 (4)按弯矩合成强度校核轴径 1)画出轴的受力图
根据齿轮传递的功率和转速,算出齿轮1、2的模数m=2,因而
1244,138;d mm d mm ==齿轮3、4的模数m=2.5,所以3466,159d mm d mm ==。
4
11211215
234334322 3.397101544.0944
tan 1544.09tan 20=562.0022 1.007110
305266
tan 3052tan 201110.84t t r r t t t r r t T F F N N
d F F F N N T F F N N d F F F N N
αα???=======??==
=====?=
2)作水平面的弯矩图
支点反力
1111544.0950.125
415.56186.25
(1544.09395.26)1148.83t HB HA
t HB F l F N N
l F F F N N
??====-=-= I -I 截面处的弯矩为
1148.8352.560313.57H M N mm N mm I =??=? 3)作垂直面的弯矩图 支点反力
11156252.5
158.41186.26
(562143.86)418.14r VB VA r VB F l F N N
l F F F N N
-??=
=-=-=+=-= I -I 截面处的弯矩为
418.1452.521952.35V M N mm N mm I =??=? 4)作合成弯矩图
22H V M M M =+ Ⅰ-Ⅰ截面:
222260313.5721952.3564184.4H V M M M N mm N mm I I =+=+?=?
5)作扭矩图
133970T N mm =?
6)求当量弯矩
因减速器单向运转,故可认为转矩为脉动循环变化,修正系数α为0.6 I-I 截面:
()2
222()60313.570.63397063664.37e M M T N mm N mm α=+=+??=?
7)确定危险截面及校核强度
因为I-I 处所受的弯矩最大,所以只需对Ⅰ-Ⅰ截面进行校核,因为Ⅰ-Ⅰ截面做成了齿轮轴。故
e e 3
63664.37==a=7.47a 0.144M MP MP W σ?[]160b MPa σ-<=
故轴有足够的强度
中间轴的设计计算
2.选择轴的材料,确定许用应力
高速轴与低速轴均用45号钢,进行调质处理。由表16.1查得强度极限
637B MPa σ=,再由表16.3查得许用弯曲应力[]160b MPa σ-= 2.按钮转强度估算轴径
3
3
22 5.07
(107118)23.4625.88n 480.77
P d C mm ≥?==
3.设计轴的结构
(1)确定轴上零件的位置和固定方式,确定装配简图
取齿轮距箱体内壁距离15mm,两齿轮端面之间的距离15mm ,轴承端面距箱体内壁的距离为5mm 。齿轮从轴的左右两端装入,齿轮一端用轴肩定位,另一端用套筒定位;齿轮的周向固定采用平键连接。轴承一端用套筒定位,另一端用端盖固定。 (2)确定各轴段直径
两端轴径最小,为125d mm =;考虑到齿轮的安装,取安装齿轮端得轴径为32mm;齿轮一侧用轴肩定位,取中间轴段的直径为40mm 。 (3)确定各轴段长度
高速级齿轮齿宽轮毂宽度为44m m,为保证齿轮固定可靠,取该轴段长度为4
2mm ;同理取低速级轴段长度为65m m;由于取两齿轮端面之间距离15mm,因而中间轴段的长度为15mm ;又因为齿轮距箱体内壁距离15mm ,且轴承端面距箱体内壁距离为5mm ,假定两端采用型号为30205的单列圆锥滚子轴承,轴承宽度为15m m,因而中间轴段长度为37mm ,右端轴段长度为38mm,两轴承支点之间的距离为188mm 。 (4)按弯矩合成强度校核轴径 1)画出轴的受力图
根据齿轮传递的功率和转速,算出齿轮1、2的模数m=2,因而
1244,138;d mm d mm ==齿轮3、4的模数m=2.5,所以3466,159d mm d mm ==。
4
11211215
234334322 3.397101540.0944
tan 1540.09tan 20=560.822 1.007110
3051.866
tan 3051.8tan 201110.7t t r r t t t r r t T F F N N
d F F F N N T F F N N d F F F N N
αα???=======??==
=====?=
2)作水平面的弯矩图
支点反力
2131223()1540.0952.53051125
2481,77186.25
(1540.0930512627.31)1963.78t t HB HA
t t HB F l F l l F N N
l F F F F N N
?+?+?+?====+-=+-= I -I 截面处的弯矩为
2481.7752.5130292.92H M N mm N mm I =??=? Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为
2627.3163165520.53H M N mm N mm II =??=? 3)作垂直面的弯矩图 支点反力
3122123()1221.85125515.1752.5
668.54188
(515.17668.541221.85)38.14r r VB VA r VB r F l l F l F N N
l F F F F N N
?+-??-?=
===+-=+-=- I -I 截面处的弯矩为
38.1452.52002.35V M N mm N mm I =-??=-? Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为
668.546342118.02V M N mm N mm II =-??=-? 4)作合成弯矩图
22H V M M M =+ Ⅰ-Ⅰ截面:
2222112618.28(2002.35)112636.08H V M M M N mm N mm I I I =+=+-?=? Ⅱ-Ⅱ截面:
2222165520.53(42118.02)170795.12H V M M M N mm N mm II II II =+=+-?=? 5)作扭矩图
2100710T N mm =?
6)求当量弯矩
因减速器单向运转,故可认为转矩为脉动循环变化,修正系数α为0.6 I-I 截面:
()2
222()112636.080.6100710127820.92eI I M M T N mm N mm α=+=+??=?
Ⅱ-Ⅱ截面:
()()2
2
22+=170795.12+0.6100710mm 181169.19eII II M M T N N mm α=??=?左
7)确定危险截面及校核强度
因为I-I 和Ⅱ-Ⅱ处的轴径相同。且Ⅱ-Ⅱ处所受的e M II 更大,因为只需对Ⅱ-Ⅱ截面进
行校核。
e e 332181169.19181169.19
=
==a=55.29a 0.1d 0.132
II II M MP MP W σ? 因为[][]1160,b e b MPa σσσ-II -=<,故轴有足够的强度
低速轴的设计计算
3.选择轴的材料,确定许用应力
高速轴与低速轴均用45号钢,进行调质处理。由表16.1查得强度极限
637B MPa σ=,再由表16.3查得许用弯曲应力[]160b MPa σ-= 2.按钮转强度估算轴径
3
3
33 4.8
(107118)30.8534.02n 200.3
P d C mm ≥?==
3.设计轴的结构
(1)确定轴上零件的位置和固定方式,确定装配简图
取齿轮距箱体内壁距离17.5mm,轴承端面距箱体内壁的距离为5mm 。低速轴左端用轴肩定位,右端用套筒定位。 (2)确定各轴段直径
由于轴的最左端要安装半联轴器,需有一键槽,则增加后得直径d=35mm,为满足半联轴器的轴向定位要求,Ⅰ-Ⅱ段的左端需制出一轴肩,故取Ⅱ-Ⅲ段直径为38m m,选取单列圆锥滚子轴承型号为30208,其内径为40mm ,故Ⅲ-Ⅳ段和Ⅶ-Ⅷ段的直径为40mm ,左端轴承选用轴肩定位,因此Ⅳ-Ⅴ段直径为44mm,右端轴承选用套筒定位。齿轮左端用轴肩定位,轴肩直径为50mm ,右端用套筒定位。 (3)确定各轴段长度
低速级齿轮齿宽轮毂宽度为66mm,因为齿轮距箱体内壁距离17.5mm ,且轴
承端面距箱体内壁距离为5mm,Ⅵ-Ⅶ段宽度为60mm,两端采用型号为30205的单列圆锥滚子轴承,轴承Ⅲ-Ⅳ段宽度为19.75mm,Ⅶ-Ⅷ段宽度为40.5mm,Ⅳ-Ⅴ段宽度为72.5m m,轴肩宽度为15mm,两轴承支点之间的距离为192.75m m。 (4)按弯矩合成强度校核轴径 1)画出轴的受力图
根据齿轮传递的功率和转速,算出齿轮1、2的模数m=2,因而
1244,138;d mm d mm ==齿轮3、4的模数m=2.5,所以3466,159d mm d mm ==。
4
11211215
234334322 3.4101415.4244
tan 1415.42tan 20=515.1722 1.007110
335766
tan 3357tan 201221.85t t r r t t t r r t T F F N N
d F F F N N T F F N N d F F F N N
αα???=======??==
=====?=
2)作水平面的弯矩图
支点反力
4143357127.375
2218.4192.75
(33572218.4)1138.6t HB HA
t HB F l F N N
l F F F N N
??====-=-= I -I 截面处的弯矩为
1138.6127.375145029.18H M N mm N mm I =??=? 3)作垂直面的弯矩图 支点反力
4141221.85127.375
807.44192.75
(807.441221.85)414.41r VB VA VB r F l F N N
l F F F N N
??=
===-=-=- I -I 截面处的弯矩为
414.41127.37552785.47V M N mm N mm I =-??=? 4)作合成弯矩图
22H V M M M =+ Ⅰ-Ⅰ截面:
2222145029.1852785.47154336.2H V M M M N mm N mm I I =+=+?=?
5)作扭矩图
3229760T N mm =?
6)求当量弯矩
因减速器单向运转,故可认为转矩为脉动循环变化,修正系数α为0.6 I-I 截面:
()2
222()154336.20.6229760206939.46e M M T N mm N mm N mm α=+?=+??=?
7)确定危险截面及校核强度
因为I-I 处所受的弯矩最大,所以只需对Ⅰ-Ⅰ截面进行校核。故
e e 333206939.46206939.46
=
==a=22.71a 0.1d 0.145
M MP MP W σ?[]160b MPa σ-<= 故轴有足够的强度