兩級圓柱齒輪減速器設計
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1、 兩級圓柱齒輪減速器設計 摘 要 本文簡要的闡述了課題研究的背景、意義,并對減速器的各種布局進行分析和比較,在此基礎上提出了本論文設計的主要內容。參考二級圓柱齒輪減速器設計有關資料,運用機械設計和機械原理的相關知識,提出滿足本課題要求二級圓柱齒輪減速器的設計方案。根據(jù)此方案,進行了本課題傳動系統(tǒng)各部件的詳細計算,以及箱體結構的簡單設計。最后根據(jù)設計說明書繪制了主要元件的工作圖和整體裝配圖。在各圖紙上詳細標注設計要求。 關鍵詞:二級斜齒圓柱;減速器;設計 目 錄 1設計任務
2、.........................................................12設計要求.........................................................1 3設計步驟.........................................................1 3.1 課題設計方案.................................................1 3.2 電動機的選擇..................................
3、...............2 3.3傳動裝置的總傳動比及其分配................................. ..4 3.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù).................................4 3.5 齒輪零件的設計計算...........................................5 3.5.1 高速級齒輪設計.........................................5 3.5.2 低速級齒輪設計...........................
4、.............10 3.6軸的設計....................................................14 3.6.1高速軸的設計...........................................15 3.6.2中速軸的設計...........................................18 3.6.3低速軸的設計...........................................22 3.7 鍵的效核...............
5、.....................................27 3.7.1高速軸上鍵的效核.......................................27 3.7.2中速軸上鍵的效核.......................................28 3.7.3低速軸上鍵的效核.......................................28 3.8 軸承壽命的驗算..............................................29 3.8.1高
6、速軸上軸承的壽命校核.................................29 3.8.2中速軸上軸承的壽命校核.................................30 3.8.3低速軸上軸承的壽命校核.................................32 3.9 潤滑與密封..................................................33 3.9.1 潤滑..................................................33
7、 3.9.2 密封..................................................33 設計小結.........................................................34 參考文獻.........................................................35 致謝.............................................................36 1設計任務 設計課題: 設計一用于帶式運輸機上
8、的兩級展開式圓柱齒輪減速器。運輸及連續(xù)單向運轉,載荷變化不大,空載啟動,卷筒效率為0.96(包括其支承軸承效率的損失),減速器小批量生產,使用期限8年(300天/年),兩班制工作,運輸容許速度誤差為5%,車間有三相交流電,電壓380/220V。 (1)工作條件:使用年限8年,工作為二班工作制,載荷平穩(wěn),環(huán)境清潔。 (2)原始數(shù)據(jù):滾筒圓周力F=2200N;帶速v=0.9m/s;滾筒直徑D=300mm。 2設計要求 1.查閱文獻資料不少于10篇,提交外文翻譯一篇(不少于15000個印刷符號)。 2.編寫設計說明書一份(不少于10000字)。 3.利用CAD軟件繪制減速器裝配圖1張(A
9、0),繪制零件工作圖兩張(A2)。 3設計步驟 傳動裝置總體設計方案: 1.組成:傳動裝置由電機、減速器、工作機組成。 2.特點:齒輪相對于軸承不對稱分布,故沿軸向載荷分布不均勻,要求軸有較大的剛度。 3.確定傳動方案:考慮到電機速度,傳動功率大,將V帶設置在高速級。其傳動方案如下: 3.1 課程設計方案 (1)傳動裝置簡圖 帶式運輸機的傳動裝置如如圖1所示 圖1 帶式運輸機的傳動裝置 (2)原始數(shù)據(jù) 帶式運輸機傳動裝置的原始數(shù)據(jù)如下表所示
10、 表1 帶式運輸機傳動裝置的原始數(shù)據(jù) 帶的圓周力F/N 帶速v/(m/s) 滾筒直徑D/mm 2200 0.9 300 (3)工作條件 兩班制,使用年限5年,連續(xù)單向運轉,載荷平穩(wěn),小批量生產,運輸鏈速度允許誤差為鏈速度的.環(huán)境最高溫度35oC 傳動方案: 圖2 傳動方案 3.2 電動機的選擇 按工作要求用Y型全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機,電壓為380V。 (1)選擇電動機容量 電動機所需工作功率 由式
11、 kw 根據(jù)帶式運輸機工作的類型,可取工作機效率 0.96 傳動裝置的總效率 查參考文獻表12-7知機械傳動和摩擦副的效率概略值,確定各部分效率為:聯(lián)軸器效率,滾動軸承傳動效率(一對) 開式齒輪傳動效率,代入得 所需電動機功率為 因載荷平穩(wěn),電動機額定功率略大于即可,由參考文獻表12-7所示Y型三相異步電動機的技術參數(shù),選電動機的額定功率為3kw。 (2)確定電動機轉速 卷筒軸工作轉速為 由參考文獻[1]表2-2可知,兩級圓柱齒輪減速器一般傳動比范圍為10~20,則總傳動比合理范圍為,故電動機轉
12、速的可選范圍為 符合這一范圍的同步轉速有750和1000兩種方案進行比較。由參考文獻[1]表13-1查得電動機數(shù)據(jù)列于表1中 表2 電動機數(shù)據(jù)及總傳動比 方案 電動機型 號 額定功率 電動機轉速n/() 同 步 轉 速 滿 載 轉 速 1 Y132S-6 3 1000 960 2 Y132M-8 3 750 710 表2中,方案2的電動機重量輕,價格便宜,但總傳動比大,傳動裝置外廓尺寸大,結構不緊湊,制造成本高,故不可取。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸,重量,價格以及總傳
13、動比,選用方案1較好,即選定電動機型號為Y132S-6。 3.3 傳動裝置的總傳動比及其分配 計算總傳動比: 根據(jù)電動機滿載轉速及工作機轉速,可得傳動裝置所要求的總傳動比為 合理分配各級傳動比: 對于兩級展開式圓柱齒輪減速器,當兩級齒輪的材料的材質相同,齒寬系數(shù)相同時,為使各級大齒輪浸油深度大致相近(即兩個大齒輪分度園直徑接近),且低速級大齒直徑略大,傳動比可按下式分配,即 式中:—高速級傳動比 —減速器傳動比 又因為圓柱齒輪傳動比的單級傳動比常用值為3~5,所以選,。 3.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 傳動裝置運動和動力參數(shù)
14、的計算 (1)各軸轉速 (2)各軸輸入功率 卷筒軸 (3)各軸輸入轉矩 卷筒軸 表3 運動和動力參數(shù) 軸號 功率P/kw 轉矩T/(N.m) 轉 速 n/(r/min) 傳動比i 效率 電動機軸 3 29.84 960 1 0.99 高速軸Ⅰ 2.97 29.55 960 4.67 0.96 中速軸Ⅱ 2.85 132.4 205.57 3.59 0.96 低速軸Ⅲ 2.54 423.63 57.26 1
15、 0.98 工作機軸 2.49 415.29 57.26 3.5 齒輪零件的設計計算 3.5.1 高速級齒輪的設計 設計參數(shù): 兩級展開式圓柱齒輪減速器,高速級常用斜齒輪,則設計第一傳動所用齒輪為斜齒圓柱齒傳動。 1.選定齒輪的精度等級、材料及齒數(shù) (1)運輸機為一般工作機器,轉速不高,故選用8級精度(GB10095-88) (2)材料及熱處理: 選擇小齒輪材料為45鋼(調質),硬度為240HBS,大齒輪材料為45鋼(正火),硬度為200HBS,二者材料硬度差為40HBS。 (3)試選小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù) ,取
16、 (4)選取螺旋角。初選螺旋角β=14 2.按按齒面接觸強度設計 按參考文獻[2]式13-16計算,即 (1)確定公式內的各計算數(shù)值 1)試選Kt=1.3 2)由參考文獻[2]表13-8選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433 3)由參考文獻[2]表13-8選取齒寬系數(shù)Φd=0.9 4)由參考文獻[2]公式知 5)小齒輪轉距29.55N.mm 6)由由參考文[2]表1.-6查得材料的彈性影響系數(shù) 7)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限;大齒輪的接觸疲勞強度極限 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限;大齒輪的
17、接觸疲勞強度極限 8)計算應力循環(huán)次數(shù) 9)由參考文獻[2]圖13-8查得接觸疲勞壽命系; 10)計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%,安全系數(shù)=1,由參考文獻[2]式13-3得 (2)計算 1)試計算小齒輪分度圓直徑,有計算公式得 2)計算圓周速度 3)計算齒寬b及模數(shù) 4)計算縱向重合度 5)計算載荷系數(shù)K 已知載荷平穩(wěn),由參考文獻[2]13-5選取使用系數(shù)取根據(jù),8級精度,由參考文獻[2]圖13-13查得動載系數(shù);由圖13-15查的; 由參考文獻[2]圖13
18、-14查得 故載荷系數(shù) 6)按實際的載荷系數(shù)校正所得的模數(shù) 取1.5mm 3.按齒根彎曲強度設計 由參考文獻[2]式(10-17) (1)確定計算參數(shù) 1)計算載荷系數(shù) 2)根據(jù)縱向重合度,從參考文獻[2]圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)Yb=0.88 3)計算當量齒數(shù) 4)查取齒型系數(shù) 由參考文獻[2]表10-5查得; 5)查取應力校正系數(shù) 由參考文獻[2]表10-5查得; 6)由參考文獻[2]圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限,大齒輪的彎曲疲勞極限 7)由參考文獻[2
19、]圖10-18,查得彎曲疲勞壽命系數(shù),; 8)計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞許用應力S=1.4,由文獻[2]式(10-12)得 9)計算大,小齒輪的 ,并加以比較 大齒輪的數(shù)值大 (2)設計計算 對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒跟彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù),取,已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度,需按接觸疲勞強度算出的分度圓直徑=40.25mm來計算應有的齒數(shù)。于是由 取=26,則,取=103。 4.幾何尺寸計算 (1)計算中心距 將中心矩圓整為100mm。
20、 (2)按圓整后的中心距修正螺旋角 因b值改變不多,故參數(shù)、、等不必修正。 (3)計算大、小齒輪的分度圓直徑 (4)計算齒輪寬度 mm 圓整后??;。 3.5.2 低速級齒輪的設計 設計參數(shù): 1.選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù) (1)按圖2所示的傳動方案,選用直齒輪圓柱齒輪傳動。 (2)運輸機為一般工作機器,轉速不高,故選用7級精度(GB10095-88) (3)材料及熱處理: 選擇參考文獻[2]表10-1小齒輪材料為40Cr(調質),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調質),硬度為240
21、HBS,二者材料硬度差為40HBS。 (4)試選小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù),取 2.按齒面接觸強度設計 按參考文獻[2]式(10-9a)進行試算,即 f (1)確定公式內的各計算數(shù)值 1)試選Kt=1.3 2)由參考文獻[2]表10-7選取齒寬系數(shù)Φd=1 3)小齒輪傳遞的轉距 4)由參考文獻[2]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 5)由參考文獻[2]圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限;大齒輪的接觸疲勞強度極限 6)由參考文獻[2]式(10-19)計算應力循環(huán)次數(shù) 7)由
22、參考文獻[2]圖10-19查得接觸疲勞壽命系; 8)計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由參考文獻[2]式(10-12)得 (2)計算 1)試計算小齒輪分度圓直徑,有計算公式得 2)計算圓周速度 3)計算齒寬b 4)計算齒寬與齒高之比 模數(shù) 齒高 5)計算載荷系數(shù)K 已知載荷平穩(wěn),由參考文獻[2]表10-2選取使用系數(shù)取; 根據(jù),7級精度,由參考文獻[2]圖10-8查得動載系數(shù); 直齒輪,;
23、由參考文獻[2]圖10-4用插值法查得7級精度,小齒輪相對支承非對稱布置時, ; 由,查參考文獻[2]圖10-13得,故載荷系數(shù) 6)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑,由參考文獻式(10-10a) 得 7)計算模數(shù) 3.按齒根彎曲強度設計 由參考文獻[2]式(10-5) (1)計算公式內的各計算數(shù)值 1)由參考文獻[2]中圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限,大齒輪的彎曲疲勞極限; 2)由參考文獻[2]圖10-18,查得彎曲疲勞壽命系數(shù),; 3)計算彎
24、曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞許用應力S=1.4,由參考文獻[2]式(10-12)得 4)計算載荷系數(shù) 5)查取齒型系數(shù) 由參考文獻[2]表10-5查得;。 6)查取應力校正系數(shù) 由文獻[2]表10-5查得;。 7)計算大,小齒輪的 ,并加以比較 大齒輪的數(shù)值大 (2)設計計算 對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)m大于由齒跟彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù),由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強度的承載能力,而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關,可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.22
25、并就近圓整為標準值,并按接觸疲勞強度算出的分度圓直徑=66.10mm,算出小齒輪齒數(shù) 取=26,則,取=74。 4.幾何尺寸計算 (1)計算大、小齒輪的分度圓直徑 (2)計算中心距 (3)計算齒輪寬度 mm 則??;;;。 小結: 表4 小結 項目 d/mm z mn /mm B /mm b 材料 旋向 高 速 級 齒輪1 40.20 26 1.5 50 40Gr 左旋 齒輪2 159.28 103 45
26、45鋼 右旋 低 速 級 齒輪3 65 26 2.5 70 40Gr 齒輪4 185 74 65 45鋼 3.6 軸的設計 齒輪機構的參數(shù)列于下表: 表5 齒輪機構的參數(shù) 級別 高速級 低速級 26 103 26 74 1.5 1.5464 /mm 2.5 2.5 0 1 齒寬/mm ; ; 3.6.1 高速軸的設計 已知參數(shù):
27、 ,, 1.求作用在齒輪上的力 因已知高速級小齒輪的分度圓直徑為 而 圓周力,徑向力及軸向力的方向如圖3所示。 圖3 高速軸結構圖 2.初步確定軸的最小直徑 先按參考文獻[2]式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調質處理。根據(jù)參考文獻[2]表15-3,取,于是得 高速軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑(圖4)。為了使所選的軸與聯(lián)軸器的孔徑相適應,需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉距 ,查參考文獻[2]表14-1,考慮到轉距變化很小,故取,則
28、 按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩條件,查參考文獻[1]標準GB/T5014-2003,選用LX1型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉矩為250000N.mm。半聯(lián)軸器的孔徑,故取,半聯(lián)軸器長度L=42mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。 3.軸的結構設計 (1)擬定軸上零件的裝配方案,如圖4。 (2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。 1)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求,Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩,故?、?Ⅲ段的直徑,左端用軸端擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑D=22mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故Ⅰ-Ⅱ段長度應比略短一
29、些,現(xiàn)取。 2)初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù),由軸承產品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30205,其尺寸為的,故。 3)由于齒根圓到鍵槽底部的矩離(為端面模數(shù)),所以把齒輪做在軸上,形成齒輪軸。參照工作要求并根據(jù),左端滾動軸承與軸之間采用套筒定位,故選。同理右端滾動軸承與軸之間也采用套筒定位,因此,取。 4)軸承端蓋的總寬度為20mm,(由減速器及軸承端蓋的結構設計而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求,取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的矩離,故取。 5
30、)已知高速級齒輪輪轂長b=45mm,做成齒輪軸, 則。 6)取齒輪矩箱體內壁之矩離a=16mm,圓柱齒輪與圓柱齒輪之間的矩離為c=20mm,考慮到箱體的鑄造誤差,在確定滾動軸承位置時,應矩箱體內壁一段矩離是s,取s=8mm。已知滾動軸承寬度T=16.25mm,低速級大齒輪輪轂長L=70mm,套筒長。 則 至此,已初步確定了軸的各段直徑和長度。 (3)軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。半聯(lián)軸器與軸連接,按由參數(shù)文獻[2]表6-1查得平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長為25mm;同時為了保證半聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性,故選擇半聯(lián)軸器與軸
31、配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 (4)確定軸上圓角和倒角尺寸 參考參考文獻[2]表15-2,取軸端倒角為,各軸肩處的圓角半徑見圖3。 4.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結構圖(圖3)做出軸的計算簡圖(圖4),在確定軸承的支點位置時,應從手冊中查取a值。對于30205型圓錐滾子軸承,由參考文獻[1]中查得a=12.5mm。因此,作為簡支梁的軸的支承跨距。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖(圖4)。 圖4 高速軸彎矩圖 從軸的結構圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面c是軸的危險截面?,F(xiàn)將計算出的截面c處的,
32、的值列于下表(參看圖4)。 表6 截面c處的,的值 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F , 彎矩M 總彎矩 扭矩T 5.按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面c)的強度,根據(jù)參考文獻[2]式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù),以及軸單向旋轉,扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力,取,軸的計算應力 前已選定軸的材料為45鋼,調質處理,由參考文獻[2]表15-1得。因此,故安全。 3.6.2 中速軸的設計
33、 已知參數(shù): ,, 1.求作用在齒輪上的力 因已知中速軸小齒輪的分度圓直徑為 而 由受力分析和力的對稱性,則中速軸大齒輪的力為 ,, 圓周力,徑向力及軸向力的方向如圖5所示。 圖5 中速軸結構圖 2.初步確定軸的最小直徑 先按參考文獻[2]式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調質處理。根據(jù)參考文獻[2]表15-3,取,于是得 3.軸的結構設計 (1)擬定軸上零件的裝配方案,如圖4。 (2)根據(jù)軸向定位的要求確
34、定軸的各段直徑和長度。 1)初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)軸的最小直徑,由軸承產品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30207,其尺寸為的,故。 2)取安裝小齒輪處的軸段Ⅱ-Ⅲ的直徑,齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為70mm,為了使套筒可靠地壓緊齒輪,此軸段應略短于輪轂寬度,故取,齒輪右端采用軸肩定位,軸肩高度h>0.07d,故取h=3.5mm,則軸直徑。 3)取安裝大齒輪處的軸段Ⅳ-Ⅴ的直徑,齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為40
35、mm,為了使套筒可靠地壓緊齒輪,此軸段應略短于輪轂寬度,故取,齒輪左端采用軸肩定位,取h=3mm,與小齒輪右端定位高度一樣。 4)取小齒輪距箱體內壁之距離,由齒輪對稱原則,大齒輪距箱體內壁的距離為,齒輪與齒輪之間的距離為c=20mm,考慮到箱體的鑄造誤差,在確定滾動軸承位置時,應距箱體內壁一段距離是s,取s=8mm.已知滾動軸承寬度T=18.25mm。則 至此,已初步確定了軸的各段直徑和長度。 (3)軸上零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接。按由參數(shù)文獻[2]表6-1查得平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長為56mm;同時為了保證齒輪與軸
36、配合有良好的對中性,故選擇齒輪與軸配合為。同理,由參數(shù)文獻[2]表6-1查得平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長為32mm;同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性,故選擇齒輪與軸配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 4.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結構圖(圖5)做出軸的計算簡圖(圖6),在確定軸承的支點位置時,應從手冊中查取a值。對于30207型圓錐滾子軸承,由參考文獻[1]中查得a=15.5mm。因此,作為簡支梁的軸的支承跨距。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖(圖6)。 圖6 中速軸彎距圖 從軸的結構圖以及彎矩圖和扭
37、矩圖中可以看出截面B和C是軸的危險截面。現(xiàn)將計算出的截面B和C處的的值列于下表(參看圖6)。 表7 截面B和C處的的值 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F N , 彎矩M 總彎矩 扭矩T 5.按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面c)的強度,根據(jù)參考文獻[2]式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù),以及軸單向旋轉,扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力,取,軸的計算應力 前已選定軸的材料為45鋼,調質處理,由參考文獻[2]表15-1得。因此,故
38、安全。 3.6.3 低速軸的設計 已知參數(shù): ,, 1.求作用在齒輪上的力 受力分析和力的對稱性可知 , 圓周力,徑向力的方向如圖7所示 圖7 低速軸結構圖 2.初步確定軸的最小直徑 先按參考文獻[2]式(15-2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調質處理。根據(jù)參考文獻[2]表15-3,取,于是得 可見低速軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑(圖4)。為了使所選的軸與聯(lián)軸器的孔徑相適應,需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉矩 ,查參考文獻[2]表14-1,
39、考慮到轉矩變化很小,故取,則 按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩條件,查參考文獻[1]標準GB/T5014-2003,選用LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉矩為560000N.mm。半聯(lián)軸器的孔徑,故取,半聯(lián)軸器長度L=82mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。 3.軸的結構設計 (1)擬定軸上零件的裝配方案,如圖7 (2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求,Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩,故?、?Ⅲ段的直徑,右端用軸端擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑D=45mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度,為了保證軸端擋圈只壓
40、在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故Ⅰ-Ⅱ段長度應比略短一些,現(xiàn)取 2)初步選擇滾動軸承。因軸承主要受徑向力的作用,故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù),由軸承產品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的深溝球軸承6309,其尺寸為的,故;右端滾動軸承采用套筒進行軸向定位,故取。 3)取安裝齒輪處的軸段是直徑,齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂寬度為65mm,為了套筒端面可靠地壓緊齒輪,此軸段應略短于輪轂寬度,故取。齒輪右端采用軸肩定位,軸肩高度h>0.07d,故取h=4.5mm, 則軸環(huán)處的直徑,軸環(huán)寬度b>1.4h,取。 4)軸承端蓋的總寬度為20
41、mm,(由減速器及軸承端蓋的結構設計而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求,取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的矩離,故取。 5)取齒輪矩箱體內壁之矩離,圓柱齒輪與圓柱齒輪之間的矩離為c=20mm,考慮到箱體的鑄造誤差,在確定滾動軸承位置時,應矩箱體內壁一段矩離是s,取s=8mm.已知滾動軸承寬度B=25mm,高速級小齒輪輪轂長L=45mm,右端套筒長。 至此,已初步確定了軸的各段直徑和長度。 (3)軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由參數(shù)文獻[2]表6-1查得平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長為50m
42、m;同時為了保證半聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性,故選擇齒輪輪轂與軸配合為。同樣,半聯(lián)軸器與軸連接,選用平鍵截面,半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 (4)確定軸上圓角和倒角尺寸 參考參考文獻[2]表15-2,取軸端倒角為,各軸肩處的圓角半徑見圖7。 4.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結構圖(圖7)做出軸的計算簡圖(圖8),在確定軸承的支點位置時,應從手冊中查取B值。對于6309型深溝球軸承,由參考文獻[1]中查得B=25mm。因此,作為簡支梁的軸的支承跨矩。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖(圖8)。
43、 圖8 低速軸的彎矩圖 從軸的結構圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面c是軸的危險截面。現(xiàn)將計算出的截面c處的的值列于下表(參看圖8)。 表8 截面c處的的值 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F N,N , 彎矩M 總彎矩 扭矩T 5.按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面c)的強度,根據(jù)參考文獻[2]式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù),以及軸單向旋轉,扭轉切應力為
44、脈動循環(huán)變應力,取,軸的計算應力 前已選定軸的材料為45鋼,調質處理,由參考文獻[2]表15-1得。因此,故安全。 3.7鍵的校核 3.7.1 高速軸上鍵的校核 高速軸外伸端處鍵的校核 已知軸與聯(lián)軸器采用鍵聯(lián)接,傳遞的轉矩為,軸徑為,寬度b=5mm,高度h=5mm,鍵長L=25mm。聯(lián)軸器、軸和鍵的材料皆為45鋼,有輕微沖擊,由參考文獻[2]表6-2查得許用擠壓應力[]=100~200Mpa,取其平均值,[]=110Mpa。鍵的工作長度l=L-b=25mm-5mm=20mm,鍵與聯(lián)軸器鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.55mm=2.5mm.由參考文獻[2]式
45、(6-1)可得 Mpa 故擠壓強度足夠。 3.7.2中速軸上鍵的校核 (1)中速軸上小齒輪處鍵的校核 已知軸和齒輪采用鍵聯(lián)接,傳遞的轉矩為,軸徑為,寬度b=12mm,高度h=8mm,鍵長L=56mm。齒輪,軸和鍵的材料皆為45鋼,有輕微沖擊,由參考文獻[2]表6-2查得許用擠壓應力[]=100~200Mpa,取其平均值,[]=110Mpa。 鍵的工作長度l=L-b=56mm-12mm=44mm,鍵與齒輪鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.58mm=4mm. 由參考文獻[2]式(6-1)可得 故擠壓強度足夠。 (2)中速軸上大齒輪處鍵的校核
46、 已知軸和齒輪采用鍵聯(lián)接,傳遞的轉矩為,軸徑為,寬度b=12mm,高度h=8mm,鍵長L=28mm。齒輪,軸和鍵的材料皆為45鋼,有輕微沖擊,由參考文獻[2]表6-2查得許用擠壓應力[]=100~200Mpa,取其平均值,[]=110Mpa。鍵的工作長度l=L-b=32mm-12 mm=20mm,鍵與齒輪鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.58mm=4mm.由參考文獻[2]式(6-1)可得 故擠壓強度足夠。 3.7.3 低速軸上鍵的校核 (1)低速軸上外伸端處鍵的校核 已知軸與聯(lián)軸器采用鍵聯(lián)接,傳遞的轉矩為,軸徑為,寬度b=10mm,高度h=8mm,鍵長L=45
47、mm。聯(lián)軸器、軸和鍵的材料皆為45鋼,有輕微沖擊,由參考文獻[2]表6-2查得許用擠壓應力[]=100~200Mpa,取其平均值,[]=110Mpa。鍵的工作長度l=L-b=45mm-10mm=35mm,鍵與聯(lián)軸器鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.58mm=4mm.由參考文獻[2]式(6-1)可得 Mpa 故擠壓強度足夠。 (2)低速軸上齒輪處鍵的校核 已知軸和齒輪采用鍵聯(lián)接,傳遞的轉矩為,軸徑為,寬度b=14mm,高度h=10mm,鍵長L=50mm。齒輪,軸和鍵的材料皆為45鋼,有輕微沖擊,由參考文獻[2]表6-2查得許用擠壓應力[]=100~200Mpa,取其平
48、均值,[]=110Mpa。鍵的工作長度l=L-b=50mm-14 mm=36mm,鍵與齒輪鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.510mm=5mm.由參考文獻[2]式(6-1)可得 3.8 軸承壽命的驗算 3.8.1 高速軸上軸承的壽命校核 已知參數(shù), 。 查參考文獻[1]可知圓錐滾子軸承30205的基本額定動載荷C=32200N。 (1)求兩軸承受到的徑向載荷和 由圖4及表5可知, (2)求兩軸承的計算軸向力 對于圓錐滾子軸承,按參考文獻[2]中表13-7,軸承派生軸向力,其中Y是對應參考文獻[2]表13-5中的Y值。查參
49、考文獻[1]可知Y=1.6,因此可算得 按參考文獻[2]中式(13-11)得 (3)求軸承當量載荷 查參考文獻[1]可知e=0.37,比較按參考文獻[2]中表13-5,得軸承徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為。按參考文獻[2]中式(13-8a),當量動載荷。由于軸承有輕微沖擊,查參考文獻[2]表13-6,取,則 (4)校核軸承壽命 由參考文獻[2]式(13-4)知滾子軸承。因為,所以按軸承1的受力大小校核 故所選軸承滿足壽命要求。 3.8.2 中速軸上軸承的壽命校核 已知參數(shù),=72000h。 查參考文獻[1]可知圓錐
50、滾子軸承30207的基本額定動載荷C=54200N。 (1)求兩軸承受到的徑向載荷和 由圖4及表5可知, (2)求兩軸承的計算軸向力 對于圓錐滾子軸承,按參考文獻[2]中表13-7,軸承派生軸向力, 其中Y是對應參考文獻[2]表13-5中的Y值。查參考文獻[1]可知Y=1.6,因此可算得 按參考文獻[2]中式(13-11)得 (3)求軸承當量載荷 查參考文獻[1]可知e=0.37,比較按參考文獻[2]中表13-5,得軸承徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為。按參考文獻[2]中式(13-8a),當量動載荷。由于軸承有輕微沖擊,查參考文獻[2]表1
51、3-6,取,則 由參考文獻[2]式(13-4)知滾子軸承。因為,所以按軸承2的受力大小校核 故所選軸承滿足壽命要求。 3.8.3 低速軸上軸承的壽命校核 已知參數(shù),。 查參考文獻[1]可知深溝球滾子軸承6309的基本額定動載荷C=52800N。 (1)求兩軸承受到的徑向載荷和 由圖4及表5可知, (2)求軸承當量載荷 由于軸承只承受純徑向動載荷的作用,按參考文獻[2]式(13-9a)得,當量動載荷。由于軸承有輕微沖擊,查參考文獻[2]表13-6,取,則 (3)校核軸承
52、壽命 由參考文獻[2]式(13-4)知滾子軸承。因為,所以按軸承1的受力大小校核 故所選軸承滿足壽命要求。 3.9潤滑與密封 3.9.1 潤滑 查參考文獻[1],齒輪采用浸油潤滑;當齒輪圓周速度時,圓柱齒輪浸油深度以一個齒高、但不小于10mm為宜,大齒輪的齒頂?shù)接偷酌娴木嚯x≥30~50mm。軸承潤滑采用潤滑脂,潤滑脂的加入量為軸承空隙體積的,采用稠度較小潤滑脂。 3.9.2 密封 防止外界的灰塵、水分等侵入軸承,并阻止?jié)櫥瑒┑穆┦?。查參考文獻[3]表7-3-44,高低速軸密封圈為氈圈密封。箱體與箱座接合面的密封采用密封膠進行密封。
53、 設計小結 由于時間緊迫,所以整個設計做得比較匆忙,難免有個疏漏之處。通過這次的實踐,自己不僅鞏固了所學的知識,而且在設計過程中,學會了如何快速正確地畫圖、查手冊等等,為以后的學習工作提供了很好的經驗。我相信,在以后的設計中,會避免走很多彎路,有能力設計出結構更緊湊,傳動更穩(wěn)定精確的設備。 參考文獻 [1]金清肅.機械設計課程設計(第一版)
54、[M].武漢:華中科技大學出版社,2007.10 [2]濮良貴,紀名剛.機械設計(第八版)[M].北京:高等教育出版社,2006.5 [3]吳宗澤.機械設計使用手冊(第二版).北京:化學工業(yè)出版社,2003.10 [4]吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊(第三版).北京:高等教育出版社,2006.5 [5]楊可枕,程光藴.機械設計基礎(第五版).高等教育出版社,2006.5 [6]陳立德主編.機械設計基礎課程設計(第二版).高等教育出版社,2004.7 [7]陳鐵鳴. 機械設計課程設計圖冊.高等教育出版社,2009.7 [8]宋志良,黃國兵,陳虎.機械制圖.北京理工大學出版社,
55、2009.9 [9]孫恒,陳作模,葛文杰.機械原理.高等教育出版社,2006.9 [10]吳建華.材料力學.重慶大學出版社,2002 致謝 感謝導師劉衛(wèi)旗工程師的關心、指導和教誨。劉衛(wèi)旗工程師追求真理、獻身科學、嚴以律己、寬己待人的崇高品質對學生將是永遠的鞭策。 學生在做畢業(yè)設計期間的工作自始至終都是在劉衛(wèi)旗工程師全面具體的指導下進行的。劉衛(wèi)旗工程師淵源的學識、敏銳的思維、民主而嚴謹?shù)淖黠L,使學生受益頗淺,終身難忘。 同時也感謝所有關心、支持和幫助過我的各級領導、老師、同學、同事和朋友。由于本人水平有限、時間的倉促,論文難免有不足和錯誤之處,懇請各位專家、教授批評、指正,在此表示幫助。
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