帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程 -二級(jí)圓柱齒輪減速器  機(jī)械設(shè)計(jì)課程 -帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器  原創(chuàng)  2006-08-24 13:15:09 發(fā)表者 : ffge    目     錄  設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1  傳動(dòng)方案的擬定及說(shuō)明 4  電動(dòng)機(jī)的選擇 4  計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 5  傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 5  軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 8  滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 14  鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 16  連軸器的選擇 16  減速器附件的選擇 17  潤(rùn)滑與密封 18  設(shè)計(jì)小結(jié) 18  參考資料目錄 18  機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)  題目：設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器  一     總體布置簡(jiǎn)圖  1 電動(dòng)機(jī)； 2 聯(lián)軸器； 3 齒輪減速器； 4 帶式運(yùn)輸機(jī)； 5 鼓輪； 6 聯(lián)軸器  二     工作情況：  載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)  三     原始數(shù)據(jù)  鼓輪的扭矩 T（ Nm）： 850 鼓輪的直徑 D（ mm）： 350 運(yùn)輸帶速度 V（ m/s）： 0.7 帶速允許偏差（）： 5 使用年限（年）： 5 工作制度（班 /日）： 2 四     設(shè)計(jì)內(nèi)容  1.            電動(dòng)機(jī)的選擇與運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算；  2.            斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算  3.            軸的設(shè)計(jì)  4.            滾動(dòng)軸承的 選擇  5.            鍵和連軸器的選擇與校核；  6.            裝配圖、零件圖的繪制  7.            設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)  五     設(shè)計(jì)任務(wù)  1  減速器總裝配圖一張  2  齒輪、軸零件圖各一張  3  設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份  六     設(shè)計(jì)進(jìn)度  1、  第一階段：總體計(jì)算和傳動(dòng)件參數(shù)計(jì)算  2、  第二階段：軸與軸系零件的設(shè)計(jì)  3、  第三階段：軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制  4、  第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計(jì)算說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)  傳動(dòng)方案的擬定及說(shuō)明  由題目所知傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型 為：同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器。故只要對(duì)本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析論證。  本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：減速器橫向尺寸較小，兩大吃論浸油深度可以大致相同。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大，中間軸較長(zhǎng)、剛度差，中間軸承潤(rùn)滑較困難。  電動(dòng)機(jī)的選擇  1電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇  因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式 Y（ IP44）系列的電動(dòng)機(jī)。  2電動(dòng)機(jī)容量的選擇  1）  工作機(jī)所需功率 Pw  Pw 3.4kW 2）  電動(dòng)機(jī)的輸出功率  Pd Pw/   0.904 Pd 3.76kW 3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇  nd （ i1i2in ） nw 初選為同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min 的電動(dòng)機(jī)  4電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定  由表 20 1 查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y132M1-6,其額定功率為 4kW，滿載轉(zhuǎn)速 960r/min?；痉项}目所需的要求  計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)  傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配  1計(jì)算總傳動(dòng)比  由電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 nm 和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 nw 可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比為：  i nm/nw nw 38.4 i 25.14 2合理分配各級(jí)傳動(dòng)比  由于減速箱是同軸式布置，所以 i1 i2。  因?yàn)?i 25.14，取 i 25， i1=i2=5 速度偏差為 0.5%<5%，所以可行。  各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩  項(xiàng)  目     電動(dòng)機(jī)軸     高速軸 I    中間軸 II    低速軸 III    鼓  輪  轉(zhuǎn)速（ r/min）     960    960    192    38.4    38.4 功率（ kW）     4    3.96    3.84    3.72    3.57 轉(zhuǎn)矩（ Nm）     39.8    39.4    191    925.2    888.4 傳動(dòng)比     1    1    5    5    1 效率     1    0.99    0.97    0.97    0.97 傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算  1  選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)  1）  材料及熱處理；  選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。  2）  精度等級(jí)選用 7 級(jí)精度；  3）  試選小齒輪齒數(shù) z1 20，大齒輪齒數(shù) z2 100 的；  4）  選取螺旋角。初選螺旋角 14 2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)  因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算  按式（ 10 21）試算，即     dt  1）  確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值  （ 1）  試選 Kt 1.6 （ 2）  由圖 10 30 選取區(qū)域系數(shù) ZH 2.433 （ 3）  由表 10 7 選取尺寬系數(shù) d 1 （ 4）  由圖 10 26 查得 1 0.75， 2 0.87，則 1 2 1.62 （ 5）  由表 10 6 查得材料的彈性影響系數(shù) ZE 189.8Mpa （ 6）  由圖 10 21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim1 600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限 Hlim2 550MPa；  （ 7）  由式 10 13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)  N1 60n1jLh 601921（ 283005） 3.3210e8 N2 N1/5 6.64107  （ 8）  由圖 10 19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1 0.95； KHN2 0.98 （ 9）  計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力  取失效概率為 1，安全系數(shù) S 1，由式（ 10 12）得  H1 0.95600MPa 570MPa H2 0.98550MPa 539MPa H H1 H2/2 554.5MPa 2）  計(jì)算  （ 1）  試算小齒輪分度圓直徑 d1t d1t = =67.85 （ 2）  計(jì)算圓周速度  v= = =0.68m/s （ 3）  計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) mnt b=dd1t=167.85mm=67.85mm mnt= = =3.39 h=2.25mnt=2.253.39mm=7.63mm b/h=67.85/7.63=8.89 （ 4）  計(jì)算縱向重合度 = =0.3181tan14 =1.59 （ 5）  計(jì)算載荷系數(shù) K 已知載荷平穩(wěn)，所以取 KA=1 根據(jù) v=0.68m/s,7 級(jí) 精度，由圖 10 8 查得動(dòng)載系數(shù) KV=1.11；由表 10 4 查的 KH的計(jì)算公式和直齒輪的相同，  故       KH=1.12+0.18(1+0.61 )11 +0.2310 67.85=1.42 由表 10 13 查得 KF=1.36 由表 10 3 查得 KH=KH=1.4。故載荷系數(shù)  K=KAKVKHKH=11.031.41.42=2.05 （ 6）  按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（ 10 10a）得  d1= = mm=73.6mm （ 7）  計(jì)算模數(shù) mn mn = mm=3.74 3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)  由式 (10 17 mn  1）  確定計(jì)算參數(shù)  （ 1）  計(jì)算載荷系數(shù)  K=KAKVKFKF=11.031.41.36=1.96 （ 2）  根據(jù)縱向重合度 =0.318dz1tan=1.59，從圖 10 28 查得螺旋角影響系數(shù)     Y 0。88 （ 3）  計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)  z1=z1/cos =20/cos 14 =21.89 z2=z2/cos =100/cos 14 =109.47 （ 4）  查取齒型系數(shù)  由表 10 5 查得 YFa1=2.724； Yfa2=2.172 （ 5）  查取應(yīng)力校正系數(shù)  由表 10 5 查得 Ysa1=1.569； Ysa2=1.798 （ 6）  計(jì)算 F F1=500Mpa F2=380MPa KFN1=0.95 KFN2=0.98 F1=339.29Mpa F2=266MPa （ 7）  計(jì)算大、小齒輪的  并加以比較  = =0.0126 = =0.01468 大齒輪的數(shù)值大。  2）  設(shè)計(jì)計(jì)算  mn =2.4 mn=2.5 4幾何尺寸計(jì)算  1）  計(jì)算中心距  z1 =32.9，取 z1=33 z2=165 a =255.07mm a 圓整后取 255mm 2）  按圓整后的中心距修正螺旋角  =arcos =13 5550” 3）  計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑  d1 =85.00mm d2 =425mm 4）  計(jì)算齒輪寬度  b=dd1 b=85mm B1=90mm， B2=85mm 5）  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  以大齒輪為例。因齒輪齒頂圓直徑大于 160mm，而又小于 500mm，故以選用腹板式為宜。其他有關(guān)尺寸參看大齒輪零件圖。  軸的設(shè)計(jì)計(jì)算  擬定輸入軸齒輪為右旋  II 軸：  1初步確定軸的最小直徑  d  =34.2mm 2求作用在齒輪上的受力  Ft1= =899N Fr1=Ft =337N Fa1=Fttan=223N；  Ft2=4494N Fr2=1685N Fa2=1115N 3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  1）  擬定軸上零件的裝配方案  i.        I-II 段軸用于安裝軸承 30307，故取直徑為 35mm。  ii.        II-III 段軸肩用于固定軸承，查手冊(cè)得到直徑為 44mm。  iii.        III-IV 段為小齒輪，外徑 90mm。  iv.        IV-V 段分隔兩齒輪，直徑為 55mm。  v.        V-VI 段安裝大齒輪，直徑為 40mm。  vi.        VI-VIII 段安裝套筒和軸承，直徑為 35mm。  2）  根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度  1.      I-II 段軸承寬度為 22.75mm，所以長(zhǎng)度為 22.75mm。  2.      II-III 段軸肩考慮到齒輪和箱體的間隙 12mm，軸承和箱體的間隙 4mm，所以長(zhǎng)度為16mm。  3.      III-IV 段為小齒輪，長(zhǎng)度就等于小齒輪寬度 90mm。  4.      IV-V 段用于隔開(kāi)兩個(gè)齒輪，長(zhǎng)度為 120mm。  5.      V-VI 段用于安裝大齒輪，長(zhǎng)度略小于齒輪的寬度，為 83mm。  6.      VI-VIII 長(zhǎng)度為 44mm。  4  求軸上的載荷  66        207.5        63.5 Fr1=1418.5N Fr2=603.5N 查得軸承 30307 的 Y 值為 1.6 Fd1=443N Fd2=189N 因?yàn)閮蓚€(gè)齒輪旋向都是左旋。  故： Fa1=638N Fa2=189N 5精確校核 軸的疲勞強(qiáng)度  1）  判斷危險(xiǎn)截面  由于截面 IV 處受的載荷較大，直徑較小，所以判斷為危險(xiǎn)截面  2）  截面 IV 右側(cè)的  截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為   由于軸選用 40cr，調(diào)質(zhì)處理，所以  （ 2P355 表 15-1）  a)    綜合系數(shù)的計(jì)算  由  ，  經(jīng)直線插入，知道因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為  ，  ，  （ 2P38 附表 3-2 經(jīng)直線插入）  軸的材料敏感系數(shù)為  ，  ，  （ 2P37 附圖 3-1）  故有效應(yīng)力集中系數(shù)為  查得尺寸系數(shù)為  ，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為  ，  （ 2P37 附圖 3-2）（ 2P39 附圖 3-3）  軸采用磨削 加工，表面質(zhì)量系數(shù)為  ，  （ 2P40 附圖 3-4）  軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，即  ，則綜合系數(shù)值為  b)    碳鋼系數(shù)的確定  碳鋼的特性系數(shù)取為  ，   c)    安全系數(shù)的計(jì)算  軸的疲勞安全系數(shù)為  故軸的選用安全。  I 軸：  1作用在齒輪上的力  FH1=FH2=337/2=168.5 Fv1=Fv2=889/2=444.5 2初步確定軸的最小直徑  3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  1）  確定軸上零件的裝配方案  2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度  d)    由于聯(lián)軸器一端連接電動(dòng)機(jī)，另一端連接輸入軸，所以該段 直徑尺寸受到電動(dòng)機(jī)外伸軸直徑尺寸的限制，選為 25mm。  e)    考慮到聯(lián)軸器的軸向定位可靠，定位軸肩高度應(yīng)達(dá) 2.5mm，所以該段直徑選為 30。  f)    該段軸要安裝軸承，考慮到軸肩要有 2mm 的圓角，則軸承選用 30207 型，即該段直徑定為 35mm。  g)    該段軸要安裝齒輪，考慮到軸肩要有 2mm 的圓角，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，定為 40mm。  h)    為了齒輪軸向定位可靠，定位軸肩高度應(yīng)達(dá) 5mm，所以該段直徑選為 46mm。  i)    軸肩固定軸承，直徑為 42mm。  j)    該段軸要安裝軸承，直徑定為 35mm。  2）  各段長(zhǎng)度的確定  各段長(zhǎng)度的確定從左到右分述如下：  a)    該段軸安裝軸承和擋油盤(pán)，軸承寬 18.25mm，該段長(zhǎng)度定為 18.25mm。  b)    該段為軸環(huán)，寬度不小于 7mm，定為 11mm。  c)    該段安裝齒輪，要求長(zhǎng)度要比輪轂短 2mm，齒輪寬為 90mm，定為 88mm。  d)    該段綜合考慮齒輪與箱體內(nèi)壁的距離取 13.5mm、軸承與箱體內(nèi)壁距離取 4mm（采用油潤(rùn)滑），軸承寬 18.25mm，定為 41.25mm。  e)    該段綜合考慮箱體突緣厚度、調(diào)整墊片厚度、端蓋厚度及聯(lián)軸器安 裝尺寸，定為 57mm。  f)    該段由聯(lián)軸器孔長(zhǎng)決定為 42mm 4按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度  W=62748N.mm T=39400N.mm 45 鋼的強(qiáng)度極限為  ，又由于軸受的載荷為脈動(dòng)的，所以  。  III 軸  1作用在齒輪上的力  FH1=FH2=4494/2=2247N Fv1=Fv2=1685/2=842.5N 2初步確定軸的最小直徑  3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  1）  軸上零件的裝配方案  2）  據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度  I-II    II-IV    IV-V    V-VI    VI-VII    VII-VIII 直徑     60    70    75    87    79    70 長(zhǎng)度     105    113.75    83    9    9.5    33.25 5求軸上的載荷  Mm=316767N.mm T=925200N.mm 6. 彎扭校合  滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算  I 軸：  1求兩軸承受到的徑向載荷  5、  軸承 30206 的校核  1）  徑向力  2）  派生力  3）  軸向力  由于  ，  所以軸向力為  ，   4）  當(dāng)量載荷  由于  ，  ，  所以  ，  ，  ，  。  由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為  ，故當(dāng)量載荷為  5）  軸承壽命的校核  II 軸：  6、  軸承 30307 的校核  1）  徑向力  2）  派生力  ，   3）  軸向力  由于  ，  所以軸向力為  ，   4）  當(dāng)量載荷  由于  ，  ，  所以  ，  ，  ，  。  由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為  ，故當(dāng)量載荷為  5）  軸承壽命的校核  III 軸：  7、  軸承 32214 的校核  1）  徑向力  2）  派生力  3）  軸向力  由于  ，  所以軸向力為  ，   4）  當(dāng)量載荷  由于  ，  ，  所以  ，  ，  ，  。  由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為  ，故當(dāng)量 載荷為  5）  軸承壽命的校核  鍵連接的選擇及校核計(jì)算  代號(hào)     直徑  （ mm）     工作長(zhǎng)度  （ mm）     工作高度  （ mm）     轉(zhuǎn)矩  （ Nm）     極限應(yīng)力  （ MPa）  高速軸     8760（單頭）     25    35    3.5    39.8    26.0 12880（單頭）     40    68    4    39.8    7.32 中間軸     12870（單頭）     40    58    4    191    41.2 低速軸     201280（單頭）     75    60    6    925.2    68.5 1811110（單頭）     60    107    5.5    925.2    52.4 由于鍵采用靜聯(lián)接，沖擊輕微，所以許用擠壓應(yīng)力為  ，所以上述鍵皆安全。  連軸器的選擇  由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。  二、高速軸用聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算  由于裝置用于運(yùn)輸機(jī)，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，所以工作情況系數(shù)為  ，  計(jì)算轉(zhuǎn)矩為   所以考慮選用彈性柱銷聯(lián)軸器 TL4（ GB4323-84），但由于聯(lián)軸器一端與電動(dòng) 機(jī)相連，其孔徑受電動(dòng)機(jī)外伸軸徑限制，所以選用 TL5（ GB4323-84）  其主要參數(shù)如下：  材料 HT200 公稱轉(zhuǎn)矩   軸孔直徑  ，   軸孔長(zhǎng)  ，   裝配尺寸   半聯(lián)軸器厚   （ 1P163 表 17-3）（ GB4323-84 三、第二個(gè)聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算 &