機械課程設計-- 設計一電動絞車一級圓柱齒輪減速器

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1、機械設計課程設計 計算說明書 設計題目 設計一電動絞車一級圓柱齒輪減速器 院系 工業(yè)工程075 設計者 蔣杰 指導老師 項薇 余軍合 2009年7月16日 寧波大學 目 錄 一、設計任務書……………………………………………………3 二、傳動裝置總體設計……………………………………………2 三、傳動零件設計…………………………………………………5 四、連軸器的選擇……………………………………

2、……………6 五、軸的結構設計和強度計算……………………………………5 六、滾動軸承的選擇及計算………………………………………12 七、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算……………………………………16 八、減速器附件的選擇……………………………………………16 九、潤滑與密封……………………………………………………17 十、其他技術說明 十一、設計小結 十二、參考資料 一、設計任務書 題目：設計一電動絞車一級圓柱齒輪減速器 一.結構簡圖 1電動機2.聯(lián)軸器3.制動器4.減速器5.開式齒輪6.卷筒7.軸承 二.原始數(shù)據(jù) 輸出功率 7.5kw 輸出轉速 750r/m

3、in 三.工作情況 : 工作壽命15年,每年300個工作日,每日工作16小時. 減速器工作平穩(wěn),運轉方向不變. 四 設計內(nèi)容: 1.電動機的類型、功率和轉速的確定，傳動系統(tǒng)總傳動比的分配。 2．主要傳動零件參數(shù)設計。 3．減速器結構設計。 五 設計任務 1． 減速器總裝配圖一張 2． 大齒輪、軸零件圖各一張 3． 設計說明書一份 補充：目的 1.對齒輪、軸強度設計、軸系結構設計的一次開卷性考試； 2.運用、鞏固所學的理論知識，培養(yǎng)學生進行機械設計的初步能力； 3.掌握一般機械傳動裝置的設計方法、設計步驟，為畢業(yè)設計打好基礎； 4.運用和初步熟悉設計資料，了解有關

4、部門的國標、部標及設計規(guī)范等 。 設計要求 1. 電動機類型的選擇和功率、轉速的選擇，總傳動比分配； 2. 傳動系統(tǒng)設計（參數(shù)計算）； 3. 軸的結構設計（包括強度計算）； 4. 滾動軸承的選擇，壽命計算； 5. 鍵、聯(lián)軸器的選擇及強度校核； 6. 箱體、潤滑裝置及減速器附屬零件的設計； 幾個規(guī)定： 1）用斜齒輪（齒寬系數(shù)取0.8-1）； 2）軸承用錐軸承； 3）中心距圓整為0、5尾數(shù)； 4）油潤滑； 5）軸承蓋用凸緣式軸承蓋，不用嵌入式； 6）油標用尺式油標； 二、傳動裝置總體設計 電動機的選擇 1、電動機類型的選擇 對恒功率負載特性的機械而言，一般

5、選用機械變速的交流異步電動機。 2、電動機功率的選擇 1） 工作機所需功率Pw Pw＝7.5kW 2） 電動機的輸出功率 Pd＝Pw/η 工作機所需工作功率由電動機至II軸的傳動總效率為 Pd＝7.81kW 3、電動機型號的確定 由參考文獻[2]表12－1查出電動機型號為Y160M1-2,其額定功率為11kW，滿載轉速2930r/min?；痉项}目所需的要求。 傳動比分配 參考傳動比為i=3.02 傳動裝置的運動和動力參數(shù) 1、高速軸 ； ； ； 2、低速軸： ；

6、 ； ； 三、傳動零件設計 斜齒輪的選定與校核 1． 選材料及許用應力 (1)小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 硬度56-62HRC 大齒輪 20Cr 滲碳淬火 硬度56-62HRC 取SF=1.25 SH=1 ZH=2.5 ZE=189.8 2.按彎曲強度計算 按8級精度 取K=1.1 參考文獻[1]（表11-3） 齒寬系數(shù)0.8 參考文獻[1] (表11-6)

7、 小齒輪轉矩 初選螺旋角 齒數(shù) Z1=24 Z2=3X24=72 齒形系數(shù)=26.7 =80 查圖參考文獻[1]11-8 YFa1=2.6 YFa2=2.2 YSa1=1.57 YSa2=1.75 對小齒輪進行彎曲強度計算 法向模數(shù)Mn >==1.26 查參考文獻[1]表4-1 取Mn=2mm 中心矩 a==99 取a=100mm 確定螺旋角

8、齒輪分度圓直徑 mm d2=(100-25)x2=150 mm 齒寬 mm 取b2=40mm b1=45mm 3.驗算接觸強度 4.齒輪圓周速度 對照表11-2選8級精度是合宜的 四、聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)工作情況要求，決定高速軸1與電動機軸之間選用彈性柱銷 聯(lián)軸器。按參考文獻[4]15-1，計算轉矩為，由轉矩變化較小， 查參考文獻[1]表17-1有=1.5，所以=1.5×

9、24.53=36.8N·m 根據(jù)=36.8N·m小于公稱轉矩，n=2900r/min小于許用轉速及電動機 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可取TL彈性套柱銷聯(lián)軸器 型號 公稱轉矩 許用轉矩 軸孔直徑 質量 轉動慣量 許用補償量 TL4 63 4200 20 2.3 0.44 0.2 五、 軸的結構設計和強度校核 一、高速軸 （1） 選擇材料 選用45優(yōu)質碳素結構鋼，經(jīng)調質處理 （2）初步估算軸徑 查表14-2取C=110 ==15.07mm 考慮裝聯(lián)軸器加鍵需將

10、其軸徑增加5%，故取軸的最小直徑為15.8mm 故取 （3）初選軸承 因要求選用圓錐滾子軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號為30206的圓錐滾子軸承。 (4)軸的結構設計 如圖所示，主要尺寸已標出. （5）軸上受力分析 齒輪上的作用力 圓周力：1226.5N 徑向力：=470.0N 軸向力：=403.3N 求軸承的支反力 水平面上支反力： 因為圓錐滾子軸承30206的T為17.25，a為13.8，故 L=43+9x2+5x2+3.45x

11、2=77.9mm 垂直面上支反力: （6）畫垂直面彎矩圖 (7) 水平面上彎矩圖 (8) 合成彎矩 (9)求軸傳遞的轉矩 (10)求危險截面的當量彎矩 認為軸的扭切應力是脈動循環(huán)變應力,取折合系數(shù) 彎矩圖如下： (11)計算危險截面處軸的直徑 校核軸的強度 　　 一般而言，軸的強度是否滿足要求只需對危險截面進行校核即可，而軸

12、 的危險截面多發(fā)生在當量彎矩最大或當量彎矩較大且軸的直徑較小處。易 知危險截面在最大彎矩 處。 選用45優(yōu)質碳素結構鋼，經(jīng)調質處理。 查表14-1得 查表14-3得 則 考慮鍵槽對軸的削弱，將值增大5% 故d=1.05x17.6=18.57mm 比較設計尺寸，該軸強度滿足要求。 二、低速軸 （1）選擇材料 選用45優(yōu)質碳素結構鋼，經(jīng)調質處理 （2）初步估算軸徑 查表14-2取C=110 =23.2mm 考慮裝聯(lián)軸器加鍵需將其

13、軸徑增加5%，故取軸的最小直徑為24.36mm （3）初選軸承 因要求選用圓錐滾子軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號為30206的圓錐滾子軸承。 （4）軸的結構設計 如圖所示，主要尺寸已標出. （5）軸上受力分析 齒輪上的作用力 圓周力：-1170N 徑向力：=-448.3N 軸向力：=-384.68N 求軸承的支反力 L=3.45*2+38+9*2+5*2=72.9mm 水平面上支反力： 垂直面上支反力:

14、 （6）畫垂直面彎矩圖 (7) 水平面上彎矩圖 (8) 合成彎矩 (9)求軸傳遞的轉矩 (10)求危險截面的當量彎矩 軸的扭切應力是脈動循環(huán)變應力,取折合系數(shù) 彎矩圖如下： (11)計算危險截面處軸的直徑 一般而言，軸的強度是否滿足要求只需對危險截面進行校核即可，而軸的危險截面多發(fā)生在當量彎矩最大或當量彎矩較大且軸的直徑較小處。易知危險截面在最大彎矩處

15、。 選用45優(yōu)質碳素結構鋼，經(jīng)調質處理。 查表14-1得 查表14-3得 則 考慮鍵槽對軸的削弱，將值增大5% 故d=1.05x20.1=21mm 比較設計尺寸，該軸強度滿足要求。 六、滾動軸承的選擇與壽命計算 高速軸滾動軸承 （1）軸承的選擇 高速軸的軸承既受一定徑向載荷，同時還承受軸向載荷， 選用圓錐滾子軸承，初取d=30㎜,查文獻[1]附表3，選用型號為30206， 其主要參數(shù)有：d=30㎜,Cr=43

16、.2KN. Y=1.6 查表16-11:當時，X=1，Y=0； 當時，X=0.4,Y=1.6。 (2）計算軸承受力 如 圖 Fa=403.3N Fr=470N 求軸承的徑向載荷 根據(jù)“軸的設計”中已算出的中間軸軸承的支反力， =627.24N =700.36N 求軸承的軸向載荷 =627.24/2×1.6=196.01N =700.36/2×1.6=218.86N 因，使軸

17、承1被壓緊，2放松 故： 218.86+403.3=622.16N =218.86N 求軸承的當量動載荷P 軸承Ⅰ：>=e 1308.57N 軸承Ⅱ：>=e 899.72N 因軸承尺寸相同且,故應以作為軸承壽命計算的依據(jù)。 求軸承的實際壽命 已知滾子軸承=10/3 查表16-8和16-9得到溫度系數(shù)ft=1 載荷系數(shù)fp=1.1 => 故所選軸承滿足要求。 低速軸滾動軸承的選擇與壽命計算

18、 （1）軸承的選擇 同樣選用型號為30206 （2）計算軸承受力 如下圖 求軸承徑向載荷 根據(jù)“軸的設計”中已算出的低速軸的軸承支反力， 有： =596.78N =671.66N 求軸承的軸向載荷 =186.49N =209.89N 因，使軸承2被壓緊,1放松 故： =186.49N 571.17N 求軸承的當量動載荷P 軸承Ⅰ： >=e; 537.10N

19、 軸承Ⅱ： >=e; 1182.54N 因軸承尺寸相同且,故應以作為軸承壽命計算的依據(jù)。 求軸承的實際壽命 已知滾子軸承=10/3 查表16-8和16-9得到溫度系數(shù)ft=1, 載荷系數(shù)fp=1.1; > 故所選軸承滿足要求。 七、鍵聯(lián)接的選擇和驗算 一、聯(lián)軸器與高速軸軸伸的鍵聯(lián)接 采用圓頭普通平鍵（GB1095-79），由d=20㎜，查參考文獻[1] 表10-9,得b×h=6×6,因聯(lián)軸器長52㎜，故取鍵長L=45㎜， 即d=

20、20㎜,h=6㎜,l=L-b=39㎜,T=24.53N·m 由輕微沖擊，查參考文獻[4]表10-10得=110MPa, 所以20.9MPa<=110MPa 故此鍵聯(lián)接強度足夠。 二、小齒輪與高速軸的鍵聯(lián)接 采用圓頭普通平鍵（GB1095-79），由d=35㎜，查參考文獻[1] 表10-9，得b×h=10X8,因小圓錐齒輪齒寬45㎜，故取鍵長L=35㎜， 即d=35㎜,h=8㎜,l=L-b=25㎜,T=24.53N·m 由輕微沖擊，查參考文獻[2]表10-10得=110MPa, 所以14MPa<=110MPa

21、 故此鍵聯(lián)接強度足夠。 三、大齒輪與低速軸的鍵聯(lián)接 采用圓頭普通平鍵（GB1095-79），由d=35㎜，查參考文獻[1]表10-9 得b×h=10x8,取鍵長L=32㎜，即d=35㎜,h=8㎜,l=L-b=22㎜,T=70.2N·m 由輕微沖擊，查參考文獻[4]表10-10得=110MPa, 所以49MPa<=110MPa 故此鍵聯(lián)接強度足夠。 八、減速器附件的設計 （1）檢查孔： 為檢查傳動零件的嚙合情況，并向箱體內(nèi)注入潤滑油，在箱體頂部能直接 觀察到齒輪嚙合的部位處設置檢查孔，平時，檢查孔的蓋

22、板用螺釘固定在 箱蓋上。參看參考文獻[2]表11-4選L1=90mml2=75mm型 （2）通氣器： 減速器工作時，箱體內(nèi)溫度升高，氣體膨脹，壓力增大，為使箱內(nèi)熱脹空氣能 自由排出，以保持箱內(nèi)壓力平衡，不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件等其他 縫隙滲漏，在箱體頂部裝設通氣器。參看參考文獻[2]表11-5選提手式通氣器. （3）軸承蓋： 為固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承蓋 封閉。參看參考文獻[2]表11-10采用凸緣式軸承蓋，利用六角螺栓固定在 箱體上，外伸軸處的軸承蓋是通孔，其中有密封裝置。 （4）定位銷： 為

23、保證每次拆裝箱蓋時，仍保持軸承座孔制造和加工時的精度，在箱蓋與箱座 的縱向聯(lián)接凸緣上配裝定位銷，參看參考文獻[2]表4-4采用兩個圓錐銷。 具體數(shù)據(jù)參看零件圖. （5）油尺： 為方便檢查減速器內(nèi)油池油面的高度，以經(jīng)常保待油池內(nèi)有適量的油，在箱 蓋上裝設油尺組合件。查參考文獻[2]表7-9選M=12類型. （6）放油螺塞； 為方便換油時排放污油和清洗劑，在箱座底部、油池的最低位置開設 放油孔，平時用螺塞將放油孔堵住，放油螺塞和箱體接合面間應加防漏用的 墊圈。 （7）啟箱螺釘： 為方便拆卸時開蓋，在箱蓋聯(lián)接凸緣上

24、加工2個螺孔，旋入啟箱用的 圓柱端的啟箱螺釘。取M6X10. 八、潤滑與密封 一、齒輪的潤滑 采用浸油潤滑，由于低速級周向速度為，所以浸油高度約為六分之一大齒輪半徑，取為25mm。 二、 滾動軸承的潤滑 由于軸承周向速度為，所以宜開設油溝、飛濺潤滑。 三、 潤滑油的選擇 齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設備，選用L-AN15潤滑油。 四、 密封方法的選取 選用凸緣式端蓋易于調整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。 參考文獻： [1]楊可楨等主編：機械設計基礎，高等教育出版社，2006 [2]吳宗澤主編：機械設計課程世紀

25、手冊，高等教育出版社，2004 η=0.96 Pd＝7.81kW 電動機型號為Y160M1-2 i=3.02 Mn=2mm a=100mm =16.26 mm d2 =150mm b2=40mm b1=

26、45mm 8級精度是合宜 聯(lián)軸器的選擇 彈性柱銷聯(lián)軸 器TL4型 C=110 30206的圓錐滾子軸承

27、 30206的圓錐滾子軸承

28、 滾子軸承=10/3 所選軸承滿足要求 所選軸承滿足要求 b×h=6×6 b×h=10X8 b×h=10x8