二级圆柱齿轮减速器说明书

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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

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

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??=

==??=

==

()

[]

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??=

==??=

==

()

[]

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

[][][][]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??=

==

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

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