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1、 華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書世紀(jì)大坑華中科技大學(xué)2011年12月13日目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 2二、傳動(dòng)方案的分析與擬定 2三、電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算 3四、傳動(dòng)比的分配 3五、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù)的選擇和計(jì)算 4六、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和軸系零部件的初步選擇 5七、聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算15八、鍵連接的選擇與計(jì)算16九、軸的強(qiáng)度校核計(jì)算17十、滾動(dòng)軸承壽命的校核計(jì)算27十一、潤(rùn)滑和密封30十二、箱體與附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇31十三、設(shè)計(jì)小結(jié)33十四、參考資料34計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果一 設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)帶式傳輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的雙級(jí)圓柱齒輪減速器。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與工作條件: F=4600N; V=0.
2、4m/s; D=400mm; 生產(chǎn)規(guī)模:中小批量; 工作環(huán)境:多塵; 載荷特性:平穩(wěn); 工作期限:5年,兩班制。 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng): 1.設(shè)計(jì)由減速器裝配圖1,零件圖2(包括低速軸和低速軸上大齒輪),以與設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份組成; 2.設(shè)計(jì)中所有標(biāo)準(zhǔn)均按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用,設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)按規(guī)定紙與格式編寫;3. 設(shè)計(jì)圖紙與設(shè)計(jì)說(shuō)明書必須按進(jìn)度完成,經(jīng)指導(dǎo)教師審查認(rèn)可后,才能給予評(píng)分或答辯。二 傳動(dòng)方案的分析與擬定根據(jù)已知條件計(jì)算出工作機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速為為防止過(guò)載以與過(guò)載而引起的安全事故,可擬定傳動(dòng)方案為:外部V帶傳動(dòng)+部雙級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)。機(jī)構(gòu)整體布置如圖一:圖1. 傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖F=4600N; V=0.4m/s
3、;D=400mmnw=19.11r/min計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果三 電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算1 電動(dòng)機(jī)的類型選擇 根據(jù)動(dòng)力源和工作條件,選用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。2 電動(dòng)機(jī)的功率 工作機(jī)有效功率:Pw = Fv/1000 =4600×0.4/1000 kW=1.84 kW 設(shè)電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的總效率為,并設(shè)1,2,3,4,5分別為彈性聯(lián)軸器、閉式齒輪傳動(dòng)(設(shè)齒輪精度為8級(jí))、滾動(dòng)軸承、V帶傳動(dòng)以與滾筒的效率。查文獻(xiàn)4表2-2可得:1=0.99,2=0.97,3=0.99,4=0.95,5=0.96,由此可得:總效率:=1223445=0.99×0.972×0.994&
4、#215;0.95×0.96 =0.8160 電動(dòng)機(jī)所需功率:Pd=Pw/=1.84/0.8160=2.255 kW 查文獻(xiàn)4表16-1選取電動(dòng)機(jī)的功率為3.0 kW。3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 在常用的同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min和1000 r/min兩者之間選擇。前者的總傳動(dòng)比為75.35,后者的總傳動(dòng)比為50.24,前者雖然電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、價(jià)格低,但總傳動(dòng)比大。為了能合理地分配傳動(dòng)比,使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊,決定選用同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min 的電動(dòng)機(jī)。4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)確定由功率和轉(zhuǎn)速,查文獻(xiàn)4表16-1,選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為:Y132S-6,其滿載轉(zhuǎn)速為960 r/min,查表16-2,
5、可得:中心高H=132mm; 軸外伸軸徑D=38 mm; 軸外伸長(zhǎng)度E=80mm.四 傳動(dòng)比的分配 計(jì)算得外總的傳動(dòng)比取V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比i1=3則減速器的總傳動(dòng)比因此,雙級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比總效率:=0.8160電動(dòng)機(jī)型號(hào):Y132S-6計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果低速級(jí)的傳動(dòng)比五 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù)的選擇和計(jì)算1. 各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算n=nm=960r/minn=n/i1=960/3 r/min=320 r/minn=n/i2=320/4.666 r/min=68.58 r/minn=n/i3=68.58/3.590 r/min=19.10 r/min2. 各軸的輸入功率計(jì)算P=Pd =2.
6、255 kWP=P4=2.255×0.95 kW=2.142 kWP=P23=2.142×0.97×0.99 kW=2.057 kWP=P23=2.057×0.97×0.99 kW=1.975 kW3. 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算T1=9550P1/n1=9550×2.255/960 N·m =22.433 N·mT2=9550P2/n2=9550×2.142/320 N·m =63.925 N·mT3=9550P3/n3=9550×2.057/68.58 N·m =286
7、.444 N·mT4=9550P4/n4=9550×1.975/19.10 N·m =987.5 N·m將上述數(shù)據(jù)歸納總結(jié)如下表所示。表1. 各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)軸號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)功 率(kW)轉(zhuǎn) 矩(N·m)傳動(dòng)比i電動(dòng)機(jī)輸出軸9602.25522.43334.6663.590高速軸3202.14263.925中間軸68.582.057286.444低速軸19.101.975987.5減速器總傳動(dòng)比:i=16.75高速級(jí)傳動(dòng)比:i2=4.666低速級(jí)傳動(dòng)比i3=3.590計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果六 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和軸系零部件的初步選擇1.
8、減速器外部傳動(dòng)V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)、確定計(jì)算功率PC 兩班制工作,即每天工作16h,查閱文獻(xiàn)3表2-5得工況系數(shù)KA=1.1,故 Pc = KAP = 1.1×2.255 kW =2.481 kW(2)、選擇普通V帶的型號(hào) 根據(jù)Pc=2.481 kW、n1=960 r/min,由文獻(xiàn)3圖2-7初步選用A型帶。(3)、選取帶輪基準(zhǔn)直徑dd1和dd2 由文獻(xiàn)3表2-6取dd1=125 mm,并取=0.02,則 由文獻(xiàn)3表2-6取最接近的標(biāo)準(zhǔn)系列值dd2=375 mm。(4)、驗(yàn)算帶速v 因v在525 m/s 圍,故帶速合適。(5)、確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld 初定中心距a0的取值
9、圍為 初選中心距a0=500 mm。由此計(jì)算所需帶長(zhǎng)為 查閱文獻(xiàn)3表2-4,選擇基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=2000 mm。由此計(jì)算實(shí)際中心距得(6)、驗(yàn)算小帶輪包角1帶輪基準(zhǔn)直徑:dd1=125 mmdd2=375 mm安裝中心距:a=592 mm帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度:Ld=2000 mm計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果(7)、確定帶的根數(shù)已知dd1=125 mm,i=3,v=6.28 m/s,查文獻(xiàn)3表2-1得P0=1.37 kW,查文獻(xiàn)3表2-2得P0=0.09 kW;因=155.8°,查文獻(xiàn)3表2-3得K=0.93;因Ld=2000 mm,查文獻(xiàn)3表2-4得KL=1.03,因此取z=2根。(8)、確定初拉力F0
10、單根普通V帶的初拉力為(9)、計(jì)算壓軸力FQ(10)、帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A、小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于dd1=125mm300mm, 所以帶輪采用腹板式結(jié)構(gòu),其頂圓直徑da1=130.5mm2H=264mm,輪轂長(zhǎng)度L1=45mmE=80mm,故小帶輪1的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。B、大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于dd2=375mm300mm,所以帶輪采用輪輻式結(jié)構(gòu),其頂圓直徑da2=380.5mm,輪轂長(zhǎng)度L2=60mm。小帶輪包角:1=155.8°帶的根數(shù):Z=2初拉力:F0=170.7N壓軸力:FQ=667.6N小帶輪:頂圓直徑:da1=130.5mm輪轂長(zhǎng)度:L1=45mm大帶輪:頂圓直徑:da2=380.
11、5mm輪轂長(zhǎng)度:L2=60mm計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果2高速級(jí)傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算高速級(jí)主動(dòng)輪輸入功率2.142 kW,轉(zhuǎn)速320 r/min,轉(zhuǎn)矩T2=63.925 N·m,齒數(shù)比u=i2=4.666,單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),每天工作16小時(shí),預(yù)期壽命5年,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。(1)、選擇齒輪的材料與熱處理方式小齒輪:45鋼,調(diào)質(zhì)處理,齒面硬度230HBS;大齒輪:45鋼,正火處理,齒面硬度190HBS。(2)、確定許用應(yīng)力A. 確定極限應(yīng)力Hlim和Flim許用接觸應(yīng)力Hlim1=580MPa,Hlim2=550MPa;許用彎曲應(yīng)力Flim1=220MPa,F(xiàn)lim2=210MPa。B. 計(jì)算應(yīng)力循
12、環(huán)次數(shù)N,確定壽命系數(shù)ZN,YN查文獻(xiàn)3圖3-7和圖3-9得,ZN1=1,ZN2=1;YN1=1,YN2=2.C. 計(jì)算許用應(yīng)力安全系數(shù):,則:/(3)、初步確定齒輪基本參數(shù)和主要尺寸A. 選擇齒輪類型選用較平穩(wěn)、噪聲小、承載能力較強(qiáng)的斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。B. 選用8級(jí)精度C. 初選參數(shù)初選參數(shù):,ZZu=30×4.666140, , 齒寬系數(shù)。D. 初步計(jì)算齒輪主要尺寸小齒輪1齒數(shù):Z1=30大齒輪2齒數(shù):Z2=140變位系數(shù):齒寬系數(shù):計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果由于載荷平穩(wěn),取載荷系數(shù)K=1.1,根據(jù)螺旋角查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù);彈性系數(shù);取重合度系數(shù);螺旋角系數(shù)為:;HP=HP2=550MPa
13、,因此,有: 故:取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=1.5 mm,則中心距圓整后取a=130 mm。調(diào)整螺旋角:計(jì)算分度圓直徑:計(jì)算圓周速度:法面模數(shù):mn=1.5 mm中心距:a=130 mm螺旋角:分度圓直徑:d1=45.882mm;d2=214.118mm圓周速度:v=0.768 m/s計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果計(jì)算齒寬:大齒輪:,小齒輪:;(4)、 驗(yàn)算輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)量齒數(shù):查圖得,齒形系數(shù):,;應(yīng)力修正系數(shù):,。取,則:齒根彎曲強(qiáng)度足夠。(5)、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒頂圓直徑:齒根圓直徑:大齒輪齒寬:b2=42mm小齒輪齒寬:b1=47mm齒頂圓直徑:da1=48.882mmda2=217.118mm計(jì)算與
14、說(shuō)明主要結(jié)果高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)結(jié)果:,d1=45.882 mm, d2=214.118 mmda1=48.882mm , da2=217.118mmdf1=42.132mm , df2=210.368mmb1=47 mm, b2=42mmmn=1.5 mm, , a=130mm , v=0.768m/s.對(duì)于高速軸上的小齒輪1,從鍵槽底面到齒根的距離x過(guò)小,故將其做成齒輪軸。齒輪跟軸的材料一樣,均采用45鋼調(diào)質(zhì)處理。對(duì)于中間軸上的大齒輪2,因?yàn)閐a2200 mm,所以做成腹板式結(jié)構(gòu),其中,dh=1.6ds=1.6*43mm=68.8mm,=8mm,c=0.3b=0.3*42mm=12.6 mm,d
15、0=131.584 mm,d=31.392mm。具體結(jié)構(gòu)如裝配圖上所示。3. 低速級(jí)傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算低速級(jí)主動(dòng)輪輸入功率2.057 kW,轉(zhuǎn)速68.58 r/min,轉(zhuǎn)矩T3=286444 N·mm,齒數(shù)比u=i3=3.590,單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),每天工作16小時(shí),預(yù)期壽命5年,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。(1)、選擇齒輪的材料與熱處理方式大小齒輪均采用45鋼表面淬火,齒面硬度4050HRC,取45HRC。(2)、確定許用應(yīng)力A確定極限應(yīng)力Hlim和Flim許用接觸應(yīng)力Hlim3=Hlim4=1120MPa許用彎曲應(yīng)力Flim3=Flim4=350MPaB計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N,確定壽命系數(shù)查圖表得,
16、ZN3=1.0, ZN4=1.05; YN3=YN4=1。C計(jì)算許用應(yīng)力安全系數(shù):,故有:齒根圓直徑:df1=42.132mmdf2=210.368mm計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果(3)、初步確定齒輪基本參數(shù)和主要尺寸A選擇齒輪類型初估齒輪圓周速度v<=2.5m/s,選用較平穩(wěn)、噪聲小、承載能力較強(qiáng)的斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。B初步選用8級(jí)精度C初選參數(shù)初選:,, Z4=Z3u=203.59072,齒寬系數(shù)。D初步計(jì)算齒輪主要尺寸當(dāng)量齒數(shù):據(jù)此查得:Ysa3=1.56 ,Ysa4=1.75 ;YFa3=2.83 ,YFa4=2.23 ;取Y=0.7,Y=0.9;由于載荷平穩(wěn),取載荷系數(shù)K=1.1,則:(因
17、為比大,所以上式將代入)小齒輪3齒數(shù):Z3=30大齒輪4齒數(shù):Z4=140變位系數(shù):齒寬系數(shù):計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=3.5 mm(若取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=3mm,則低速軸與齒輪2發(fā)生干涉,故此處模數(shù)取大一點(diǎn),取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=3.5 mm),則中心距圓整后取a=165mm。調(diào)整螺旋角:計(jì)算分度圓直徑:計(jì)算圓周速度:符合估計(jì)值。計(jì)算齒寬:大齒輪:,小齒輪:;(4)、驗(yàn)算輪齒齒面接觸疲勞強(qiáng)度根據(jù)螺旋角查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù);彈性系數(shù);取重合度系數(shù);螺旋角系數(shù),則:法面模數(shù):mn=3.5 mm中心距:a=165mm螺旋角:分度圓直徑:d3=71.739mmd4=258.261mm圓周速度:v=0.25
18、8m/s大齒輪4齒寬:b4=36 mm小齒輪3齒寬:b3=41 mm計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。(5)、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒頂圓直徑:齒根圓直徑:高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)結(jié)果: , d3=71.739mm, d4=258.261mmb3=41mm, b4=36mmda3=78.739mm , da4=265.261mmdf3=62.989mm , df4=249.511mmb3=41 mm, b4=36mmmn=3 mm, , a=165mm , v=0.258m/s.對(duì)于中間軸上的小齒輪3,從鍵槽底面到齒根的距離x過(guò)小,故將其做成齒輪軸。齒輪跟軸的材料一樣,均采用45鋼,齒輪齒面表面淬火,軸
19、經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。對(duì)于低速軸上的大齒輪4,因?yàn)閐a4200 mm,所以做成腹板式結(jié)構(gòu), 其中,dh=1.6ds=1.6*70mm=112mm,=12mm,c=0.3b=0.3*36mm=10.8 mm,d0=168.7555 mm,d=28.37775mm。具體結(jié)構(gòu)如裝配圖上所示。4. 初算軸的直徑與軸結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)已知,最小軸徑的初算公式為,軸的材料均選用45鋼,調(diào)質(zhì)處理,查得其許用應(yīng)力-1b=60MPa , C=118107。(1)、高速軸因V帶傳動(dòng)的壓軸力會(huì)對(duì)軸端產(chǎn)生較大的彎矩,所以C應(yīng)取大值,取C=118,則軸端直徑齒頂圓直徑:da3=78.739mmda4=265.261mm齒根圓直徑:d
20、f3=62.989mmdf4=249.511mm計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果在該軸段與V帶輪相配處開(kāi)有一個(gè)鍵槽,故應(yīng)將dmin增大5%,得dmin=23.35mm,再根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查標(biāo)準(zhǔn)尺寸,取d2min=24mm。初步設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如下圖所示:圖2. 低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2)、中間軸取C=110,則:在該軸段與齒輪相配處開(kāi)有一個(gè)鍵槽,故應(yīng)將dmin增大5%,得dmin=35.89 mm,再根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查標(biāo)準(zhǔn)尺寸,并考慮到滾動(dòng)軸承的選型,取d3min=40 mm。初步設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如下圖所示:圖3. 中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(3)、低速軸取C=110,則:在該軸段與聯(lián)軸器相配處開(kāi)有一個(gè)鍵槽,故應(yīng)將dmin增大5%,得dmin=
21、54.21mm,再根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查標(biāo)準(zhǔn)尺寸,取d4min=55 mm。初步設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如下圖所示:高速軸最小軸頸:d2min=24mm中間軸最小軸頸:d3min=40 mm低速軸最小軸頸:d4min=55 mm計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果圖4. 低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5. 初選滾動(dòng)軸承根據(jù)傳動(dòng)特征:載荷平穩(wěn),中載低速,有軸向和徑向載荷,初選圓錐滾子軸承,選擇型號(hào)結(jié)果如下表所示。表2. 軸承代號(hào)與其尺寸性能軸種類軸承代號(hào)dDTBCCr/kNC0r/kN高速軸30207357218.25171554.263.5中間軸30208408019.75181663.074.0低速軸302136512024.7523201201
22、52由于三根軸上的齒輪圓周速度均小于2m/s,所以這三對(duì)圓錐滾子軸承均采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。七 聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算1. 低速軸與工作機(jī)之間的聯(lián)軸器由于軸的轉(zhuǎn)速較低,傳遞的轉(zhuǎn)矩較大,又因?yàn)闇p速器與工作機(jī)常不在同一機(jī)座上,要求有較大的軸線偏移補(bǔ)償,因此選用承載能力較高的剛性可移式聯(lián)軸器,此處選用GICL型鼓形齒式聯(lián)軸器。計(jì)算轉(zhuǎn)矩,根據(jù)文獻(xiàn)3表9-1,取工作情況系數(shù)KA=1.5,則:查表,選擇聯(lián)軸器型號(hào):GICL3,即所選聯(lián)軸器為GICL3型聯(lián)軸器。其主要尺寸如下表所示:表3. GICL3型鼓形齒式聯(lián)軸器主動(dòng)端基本尺寸型號(hào)軸孔類型鍵槽類型d1LD2GICL3Y型A型5511295滾動(dòng)軸承選型結(jié)果:高速軸:
23、30207中間軸:30208低速軸:30213低速軸與工作機(jī)間聯(lián)軸器:GICL3聯(lián)軸器計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果八 鍵連接的選擇與計(jì)算1. 大帶輪與高速軸間鍵的設(shè)計(jì)與計(jì)算大帶輪與高速軸連接處軸頸d=24 mm,初步選用A型鍵,采用45鋼調(diào)質(zhì)處理,在靜載荷下其許用擠壓應(yīng)力P為125150Mpa,取P=135MPa。查標(biāo)準(zhǔn)得其公稱尺寸:寬度b=8 mm,高度h=7 mm。該軸段長(zhǎng)度l=58 mm,故根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),可取鍵長(zhǎng)L=40 mm,其有效長(zhǎng)度為l=L-b=(40-8)mm=32 mm。高速軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩T2=63.925 N·m,由此可得該鍵所受擠壓應(yīng)力為:該鍵滿足強(qiáng)度條件,其設(shè)計(jì)是合理的。2.
24、 中間軸與其上大齒輪間鍵的設(shè)計(jì)與計(jì)算中間軸上大齒輪與中間軸連接處軸頸d=43 mm,初步選用B型鍵,采用45鋼調(diào)質(zhì)處理,在靜載荷下其許用擠壓應(yīng)力P為125150Mpa,取P=135MPa。查標(biāo)準(zhǔn)得其公稱尺寸:寬度b=12 mm,高度h=8 mm。該軸段長(zhǎng)度l=40 mm,故根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),可取鍵長(zhǎng)L=32 mm,其有效長(zhǎng)度為l=L=32 mm。中間軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩T3=286.444 N·m,由此可得該鍵所受擠壓應(yīng)力為:故該鍵滿足強(qiáng)度條件,其設(shè)計(jì)是合理的。3. 低速軸與其上大齒輪間鍵的設(shè)計(jì)與計(jì)算低速軸上大齒輪與低速軸連接處軸頸d=70 mm,初步選用B型鍵,采用45鋼調(diào)質(zhì)處理,在靜載荷下其許
25、用擠壓應(yīng)力P為125150Mpa,取P=135MPa。查標(biāo)準(zhǔn)得其公稱尺寸:寬度b=20 mm,高度h=12 mm。該軸段長(zhǎng)度l=34 mm,故根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),可取鍵長(zhǎng)L=28 mm,其有效長(zhǎng)度為l=L=28 mm。低速軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩T4=987.5 N·m,由此可得該鍵所受擠壓應(yīng)力為:故該鍵強(qiáng)度過(guò)低,由于受到軸段長(zhǎng)度限制,該鍵不適合再作加長(zhǎng)處理。考慮采用雙鍵結(jié)構(gòu),兩鍵按180°對(duì)稱布置??紤]到載荷分布的不均勻性,在強(qiáng)度校核中按1.5個(gè)鍵計(jì)算。故采用雙鍵結(jié)構(gòu)后,每個(gè)鍵所受擠壓應(yīng)力為:從而滿足了強(qiáng)度條件,其設(shè)計(jì)是合理的。4. 低速軸與工作機(jī)間鍵的設(shè)計(jì)與計(jì)算工作機(jī)與低速軸連接處軸頸d=
26、55 mm,初步選用A型鍵,采用45鋼調(diào)質(zhì)處理,在靜載荷下其許用擠壓應(yīng)力P為125150Mpa,取P=135MPa。查標(biāo)準(zhǔn)得其公稱尺大帶輪與高速軸間鍵:鍵8X40 GB/T 1096中間軸與其上大齒輪間鍵:鍵B12X32GB/T 1096低速軸與其上大齒輪間鍵:鍵B20X28 GB/T 1096計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果寸:寬度b=16 mm,高度h=10 mm。該軸段長(zhǎng)度l=110 mm,故根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),可取鍵長(zhǎng)L=90 mm,其有效長(zhǎng)度為l=L-b=(90-16)mm=74 mm。低速軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩T4=987.5 N·m,由此可得該鍵所受擠壓應(yīng)力為:該鍵滿足強(qiáng)度條件,其設(shè)計(jì)是合理的。九 軸
27、的強(qiáng)度校核計(jì)算1. 高速軸(1)、計(jì)算齒輪受力齒輪1的圓周力:齒輪1的徑向力:齒輪1的軸向力:(2)、畫受力簡(jiǎn)圖假定帶輪壓軸力的方向垂直向下,軸的轉(zhuǎn)向向右看為順時(shí)針?lè)较颍X輪嚙合點(diǎn)的位置在上方,對(duì)于零件作用于軸上的分布力或轉(zhuǎn)矩均當(dāng)成集中載荷作用于軸上零件寬度的中點(diǎn)(后面的受力分析均作此假設(shè)),則根據(jù)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析方法可知各分力的方向如圖所示。從而可進(jìn)一步作出其彎矩圖和扭矩圖。低速軸與工作機(jī)間鍵:鍵16X90GB/T 1096齒輪1受力:圓周力:徑向力:軸向力:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果圖5. 高速軸的受力分析(3)、計(jì)算支反力鉛垂面支反力:水平面支反力:高速軸鉛垂面支反力:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)
28、果(4)、計(jì)算軸的彎矩,并畫出彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖A鉛垂面彎矩齒輪所在截面處彎矩有突變,故:左截面:右截面:支點(diǎn)A處:B水平面彎矩分別作出鉛垂面和水平面上的彎矩圖,如圖5(c)、(e)所示。C合成彎矩齒輪所在截面左截面:齒輪所在截面右截面:支點(diǎn)A處:由此作出合成彎矩圖,如圖5(f)所示。畫出扭矩圖,如圖5(g)所示,轉(zhuǎn)矩作用于齒輪所在截面與帶輪所在截面之間的軸段。(5)、計(jì)算當(dāng)量彎矩軸單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),為安全起見(jiàn),將其轉(zhuǎn)矩看成脈動(dòng)循環(huán)變化,取=0.6,則:齒輪所在截面左截面:高速軸水平面支反力:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果齒輪所在截面右截面:支點(diǎn)A處:(6)、校核彎、扭合成強(qiáng)度分析可知,齒輪所在截面的左截面
29、當(dāng)量彎矩最大,屬于危險(xiǎn)截面,此處軸頸d=42 mm,其抗彎模量W=0.1d3=(0.1×423)mm3=7408.8 mm3。由此可得,軸上該處所受彎曲應(yīng)力為:顯然,軸的強(qiáng)度非常足夠。從而該軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。2. 中間軸(1)、計(jì)算齒輪受力齒輪2的圓周力:齒輪2的徑向力:齒輪2的軸向力:齒輪3的圓周力:齒輪3的徑向力:齒輪3的軸向力:(2)、畫受力簡(jiǎn)圖 按照前面所作假定,可畫出中間軸的受力如下圖所示。齒輪2受力:圓周力:徑向力:軸向力:齒輪3受力:圓周力:徑向力:軸向力:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果圖6. 中間軸的受力分析計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果(3)、計(jì)算支反力鉛垂面支反力:水平面支反力:(4)、
30、計(jì)算軸的彎矩,并畫出彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖A鉛垂面彎矩齒輪3所在截面處彎矩有突變,故:左截面:右截面:齒輪2所在截面處彎矩有突變,故:右截面:左截面:B水平面彎矩中間軸鉛垂面支反力:中間軸水平面支反力:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果分別作出鉛垂面和水平面上的彎矩圖,如圖6(c)、(e)所示。C合成彎矩齒輪3所在截面左截面:齒輪3所在截面右截面:齒輪2所在截面左截面:齒輪2所在截面右截面:由此作出合成彎矩圖,如圖6(f)所示。畫出扭矩圖,如圖6(g)所示,轉(zhuǎn)矩作用于兩齒輪所在截面之間的軸段。(5)、計(jì)算當(dāng)量彎矩軸單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),為安全起見(jiàn),將其轉(zhuǎn)矩看成脈動(dòng)循環(huán)變化,取=0.6,則:齒輪3所在截面左截面:齒輪3所
31、在截面右截面:齒輪2所在截面左截面:齒輪2所在截面右截面:(6)、校核彎、扭合成強(qiáng)度分析可知,齒輪3所在截面的右截面當(dāng)量彎矩最大,屬于危險(xiǎn)截面,此處軸頸d=48 mm,其抗彎模量W=0.1d3=(0.1×483)mm3=11059.2 mm3。由此可得,軸上該處所受彎曲應(yīng)力為:又因?yàn)辇X輪2所在截面的左截面軸頸較小且開(kāi)有一個(gè)鍵槽,并且該處當(dāng)量彎矩比較大,故也屬于危險(xiǎn)截面。此處軸頸d=43 mm,鍵槽寬度b=12 mm,鍵槽深度t=5.0 mm,所以其抗彎模量為計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果從而可求得軸上該處所受彎曲應(yīng)力為顯然,軸的強(qiáng)度非常足夠,從而該軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。3. 低速軸(1)、計(jì)算齒輪受
32、力齒輪4的圓周力:齒輪4的徑向力:齒輪4的軸向力:(2)、畫受力簡(jiǎn)圖按照前面所作假定,可畫出低速軸的受力如下圖所示。齒輪4受力:圓周力:徑向力:軸向力:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果圖7. 低速軸的受力分析(3)、計(jì)算支反力鉛垂面支反力:低速軸鉛垂面支反力:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果水平面支反力:(4)、計(jì)算軸的彎矩,并畫出彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖A鉛垂面彎矩齒輪4所在截面處彎矩有突變,故:左截面:右截面:B水平面彎矩分別作出鉛垂面和水平面上的彎矩圖,如圖7(c)、(e)所示。C合成彎矩齒輪4所在截面左截面:齒輪4所在截面右截面:由此作出合成彎矩圖,如圖7(f)所示。畫出扭矩圖,如圖7(g)所示,轉(zhuǎn)矩作用于齒輪4所在截面與
33、工作機(jī)所在截面之間的軸段。(5)、計(jì)算當(dāng)量彎矩軸單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),為安全起見(jiàn),將其轉(zhuǎn)矩看成脈動(dòng)循環(huán)變化,取=0.6,則:齒輪4所在截面左截面:齒輪4所在截面右截面:(6)、校核彎、扭合成強(qiáng)度 分析可知,齒輪4所在截面的右截面當(dāng)量彎矩最大,且此軸段開(kāi)有兩個(gè)鍵槽,屬低速軸水平面支反力:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果于危險(xiǎn)截面,此處軸頸d=70 mm,鍵槽寬度b=20 mm,鍵槽深度t=7.5 mm,所以其抗彎模量為從而可求得軸上該處所受彎曲應(yīng)力為顯然,軸的強(qiáng)度非常足夠,從而該軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。十 滾動(dòng)軸承壽命的校核計(jì)算1. 高速軸上圓錐滾子軸承的壽命校核軸承的支撐受力如圖8所示,由軸的受力易知:圖8. 高速
34、軸上軸承支撐受力對(duì)于30207型軸承,查得:e=0.37,Y=1.6,由此可求得其派生軸向力為:兩軸承為正裝,且S1S2+Fa ,故有:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果 , 因?yàn)樵诤推椒€(wěn),故取載荷系數(shù)fP=1.1 ,對(duì)于軸承1,有:,故有:又,對(duì)于軸承2,有:,故有:因,故按軸承1計(jì)算其壽命。其基本額定負(fù)荷Cr=54.2kN,溫度系數(shù)取為ft=1,滾子軸承的壽命指數(shù)=10/3,則高速軸上軸承壽命為故,高速軸上所選的30207型圓錐滾子軸承是合用的。2. 中間軸上圓錐滾子軸承的壽命校核軸承的支撐受力如圖9所示,由軸的受力易知:圖9. 中間軸上軸承支撐受力對(duì)于30208型軸承,查得:e=0.37,Y=1.6,由
35、此可求得其派生軸向力為:高速軸上圓錐滾子軸承壽命:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果兩軸承為正裝,且S1S2+Fa ,故有: , 因?yàn)樵诤推椒€(wěn),故取載荷系數(shù)fP=1.1 ,對(duì)于軸承1,有:,故有:又,對(duì)于軸承2,有:,故有:因,故按軸承1計(jì)算其壽命。其基本額定負(fù)荷Cr=63.0kN,溫度系數(shù)取為ft=1,滾子軸承的壽命指數(shù)=10/3,則中間軸上軸承壽命為故,中間軸上所選的30208型圓錐滾子軸承是合用的。3. 低速軸上圓錐滾子軸承的壽命校核軸承的支撐受力如圖10所示,由軸的受力易知:圖10. 低速軸上軸承支撐受力中間軸上圓錐滾子軸承壽命:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果對(duì)于30213型軸承,查得:e=0.4,Y=1.5,由
36、此可求得其派生軸向力為:兩軸承為正裝,且S2S1+Fa ,故有: , 因?yàn)樵诤推椒€(wěn),故取載荷系數(shù)fP=1.1 ,對(duì)于軸承1,有:,故有:又,對(duì)于軸承2,有:,故有:因,故按軸承2計(jì)算其壽命。其基本額定負(fù)荷Cr=120kN,溫度系數(shù)取為ft=1,滾子軸承的壽命指數(shù)=10/3,則低速軸上軸承壽命為故,低速軸上所選的30213型圓錐滾子軸承是合用的。十一 潤(rùn)滑和密封1. 齒輪的潤(rùn)滑由于齒輪的圓周速度較小,均小于12m/s,故采用油池浸油潤(rùn)滑。由于低速軸上大齒輪圓周速度較低(<0.5m/s),浸油深度可達(dá)1/61/3的齒輪半徑,故主要考慮中間軸上大齒輪的浸油深度。中間軸上大齒輪的齒高較小,故使其
37、浸油深度為10mm。齒輪齒面硬度為280350HBS,圓周速度小于0.5m/s,查得其潤(rùn)滑油粘度薦用值為低速軸上圓錐滾子軸承壽命:計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果266mm2/s(50攝氏度),由此選擇L-CKC460中負(fù)荷工業(yè)齒輪油(GB/T5903-1995)。2. 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑由于齒輪圓周速度小于2m/s,故采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑,并在軸承側(cè)安裝鑄造擋油盤以防止箱油進(jìn)入軸承使?jié)櫥♂屃鞒龌蜃冑|(zhì)。在裝配時(shí)將潤(rùn)滑脂填入軸承座,每工作36個(gè)月補(bǔ)充一次潤(rùn)滑脂,每過(guò)一年,需拆開(kāi)清洗更換潤(rùn)滑脂。根據(jù)減速器工作要求,選用1號(hào)通用鋰基潤(rùn)滑脂(GB7324-1991)潤(rùn)滑。3. 密封本減速器中的密封只要是指軸承透蓋與軸之間
38、采用氈圈油封,根據(jù)其軸頸分別選用氈圈30 /ZQ 4606和氈圈60 /ZQ 4606。軸承座與軸承蓋間用密封墊圈密封。十二 箱體與附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇1. 箱體 減速器的箱體采用鑄造(HT150)制成,采用剖分式結(jié)構(gòu)。為使機(jī)體有足夠的剛度在機(jī)體加肋。考慮到機(jī)體零件的潤(rùn)滑,密封散熱,采用浸油潤(rùn)滑,同時(shí)為了避免油攪得沉渣濺起,齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH大于40mm。鑄件壁厚為8,圓角半徑為R=5。機(jī)體外型簡(jiǎn)單,拔模方便。2. 軸承蓋與套杯均選用凸緣式軸承蓋,其具體尺寸(見(jiàn)裝配圖上所示)依結(jié)構(gòu)而定。3. 視孔蓋和窺視孔在機(jī)蓋頂部開(kāi)有窺視孔,能看到傳動(dòng)零件嚙合區(qū)的位置,并有足夠的空間,以便于能伸入進(jìn)行操
39、作。根據(jù)減速器中心距選擇其具體尺寸,窺視孔有蓋板,機(jī)體上開(kāi)窺視孔與凸緣一塊,有便于機(jī)械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強(qiáng)密封,蓋板用鑄鐵制成,用M6螺釘緊固(具體結(jié)構(gòu)參考裝配圖)。4. 油面指示器 選用油標(biāo)尺。油標(biāo)位在便于觀察減速器油面與油面穩(wěn)定之處。油尺安置的部位不能太低,以防油進(jìn)入油尺座孔而溢出。油標(biāo)尺中心線與水平面呈45°或大于45°角,并注意加工游標(biāo)尺凸臺(tái)和安裝游標(biāo)尺時(shí),不與箱體凸緣或吊鉤相干涉,具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)裝配圖。5. 通氣孔 由于減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),機(jī)體溫度升高,氣壓增大,為便于排氣,在機(jī)蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器,以便達(dá)到體為壓力平衡。本減速器選用通氣罩。6. 啟蓋螺
40、釘 啟蓋螺釘上的螺紋長(zhǎng)度要大于機(jī)蓋聯(lián)結(jié)凸緣的厚度。釘桿端部要做成圓柱形,以免破壞螺紋。7. 定位銷 為保證剖分式機(jī)體的軸承座孔的加工與裝配精度,在機(jī)體聯(lián)結(jié)凸緣的長(zhǎng)度方向各安裝一圓錐定位銷,以提高定位精度。8. 吊鉤齒輪油池浸油潤(rùn)滑潤(rùn)滑油型號(hào):L-CKC460中負(fù)荷工業(yè)齒輪油(GB/T5903-1995)滾動(dòng)軸承脂潤(rùn)滑潤(rùn)滑脂型號(hào):1號(hào)通用鋰基潤(rùn)滑脂(GB7324-1991)計(jì)算與說(shuō)明主要結(jié)果 在機(jī)蓋上直接鑄出吊鉤和吊環(huán),用以起吊或搬運(yùn)較重的物體.9. 油螺塞 放油孔位于油池最底處,并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè),以便放油,放油孔用螺塞堵住,因此油孔處的機(jī)體外壁應(yīng)凸起一塊,由機(jī)械加工成螺塞頭
41、部的支承面,并加封油圈加以密封。 箱體具體各部分的尺寸大小如表4所示:表4. 減速器鑄造箱體的結(jié)構(gòu)尺寸箱座壁厚8mm箱蓋壁厚18mm箱座凸緣壁厚b12mm箱蓋凸緣壁厚b112mm箱座底凸緣壁厚b220mm軸承蓋螺釘直徑8mm窺視孔螺釘直徑6mm定位銷直徑6mm大齒頂圓與箱體壁距離110mm齒輪端面與箱體壁距離210 mm箱體外壁至軸承座斷面的距離449 mm箱座箱蓋上的肋板厚地腳螺釘直徑與數(shù)目通孔直徑=20 mm沉頭座直徑底座凸緣尺寸連接螺栓連接螺栓軸承旁連接螺栓直徑12mm軸承旁連接螺栓通孔直徑軸承旁連接螺栓沉頭座直徑D=26mm軸承旁連接螺栓凸緣尺寸箱座、箱蓋的連接螺栓直徑箱座、箱蓋的連接
42、螺栓通孔直徑箱座箱蓋的連接螺栓沉頭座直徑D=18箱座箱蓋的連接螺栓凸緣尺寸十三 設(shè)計(jì)小結(jié)紙上學(xué)來(lái)終覺(jué)淺,絕知此事要躬行。經(jīng)過(guò)三個(gè)星期的“實(shí)戰(zhàn)演練”,我收獲了很多。也許每個(gè)男孩都有一個(gè)設(shè)計(jì)師的夢(mèng)想,我也是抱著這樣一個(gè)夢(mèng)想長(zhǎng)大的。然而,想像很美好,現(xiàn)實(shí)卻很殘酷。以前我只看到了設(shè)計(jì)師表面上的光鮮亮麗,這一次,我終于體會(huì)到了那一抹光環(huán)背后的凄涼痛苦。在沒(méi)有任何設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的條件下,我們迎來(lái)了這次課程設(shè)計(jì)。整整18天,我都醉在這孤獨(dú)、反復(fù)的設(shè)計(jì)之中,算了又畫,畫了又改,改了再算,就是在這不斷重復(fù)的過(guò)程中,我對(duì)設(shè)計(jì)有了刻骨銘心的認(rèn)識(shí),我的設(shè)計(jì)水平有了很大的提升,也正是這一段輝煌的設(shè)計(jì)歲月,讓我看到了每天黑夜轉(zhuǎn)白晝的那一瞬間的美好。其實(shí),設(shè)計(jì)分為創(chuàng)新性設(shè)計(jì)跟改進(jìn)型設(shè)計(jì)。而我們這次所做的設(shè)計(jì)是最最基本的設(shè)計(jì),基本上是照著書上給出的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)一下尺寸,把機(jī)械設(shè)計(jì)課堂上所學(xué)的知識(shí)再走一遍,基本上沒(méi)什么改進(jìn),更談不上什么創(chuàng)新。然而,即便是如此,對(duì)于我們這些還沒(méi)有接觸過(guò)實(shí)物的學(xué)生來(lái)說(shuō)也還是具有很大的挑戰(zhàn)性的。對(duì)于我們來(lái)說(shuō),重點(diǎn)不在于創(chuàng)新,關(guān)鍵是要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)的基本步驟與其基本技巧。進(jìn)過(guò)這次的設(shè)計(jì),我總結(jié)出以下幾點(diǎn):首先,要有全局觀念。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,不能過(guò)多的拘泥于某一個(gè)很少的零部件,首先應(yīng)該對(duì)整個(gè)減速器有個(gè)
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