機(jī)械課程設(shè)計--設(shè)計一電動絞車一級圓柱齒輪減速器

1、機(jī)械課程設(shè)計一設(shè)計一電動絞車一級圓柱齒輪減速器機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目設(shè)計一電動絞車一級圓柱齒輪減速器院系工業(yè)工程075設(shè)計者蔣杰指導(dǎo)老師項薇余軍合2009年7月16日寧波大學(xué)一、設(shè)計任務(wù)書3二、傳動裝置總體設(shè)計2三、傳動零件設(shè)計5四、連軸器的選擇6五、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)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(shù)說明十一、設(shè)計小結(jié)十二、參考資料設(shè)計任務(wù)書題目：設(shè)計一電動絞車一級圓柱齒輪減速器一結(jié)構(gòu)簡圖1電動機(jī)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(zhuǎn)速 75

2、0r/min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(yùn)轉(zhuǎn)方向不變.四設(shè)計內(nèi)容：1. 電動機(jī)的類型、功率和轉(zhuǎn)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(shè)計。3. 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計。五設(shè)計任務(wù)1. 減速器總裝配圖一張2. 大齒輪、軸零件圖各一張3. 設(shè)計說明書一份補(bǔ)充：目的1對齒輪、軸強(qiáng)度設(shè)計、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計的一次開卷性考試；2. 運(yùn)用、鞏固所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行機(jī)械設(shè)計的初步能力；3. 掌握一般機(jī)械傳動裝置的設(shè)計方法、設(shè)計步驟，為畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)；4. 運(yùn)用和初步熟悉設(shè)計資料，了解有關(guān)部門的國標(biāo)、部標(biāo)及設(shè)計規(guī)范等。設(shè)計要求1. 電動機(jī)類型

3、的選擇和功率、轉(zhuǎn)速的選擇，總傳動比分配；2. 傳動系統(tǒng)設(shè)計（參數(shù)計算）；3. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（包括強(qiáng)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(qiáng)度校核；6. 箱體、潤滑裝置及減速器附屬零件的設(shè)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(biāo)用尺式油標(biāo)；二、傳動裝置總體設(shè)計電動機(jī)的選擇1、電動機(jī)類型的選擇對恒功率負(fù)載特性的機(jī)械而言，一般選用機(jī)械變速的交流異步電動機(jī)。2、電動機(jī)功率的選擇1）工作機(jī)所需功率PvrPw=7. 5kW2）電動機(jī)的輸出功率Pd=Pw/ nn =

4、0. 963工作機(jī)所需工作功率由電動機(jī)至II軸的傳動總效率為7/7 = 771x772x771x773771 = 0.99（滾動軸承），2 = 0.98（齒輪）.3 = 0.99（聯(lián)軸器）Pd=7.81kW3. 電動機(jī)型號的確定由參考文獻(xiàn)表12-1査出電動機(jī)型號為Y160M1-2,其額定功率為llkW,滿 載轉(zhuǎn)速2930r/mino基本符合題目所需的要求。Pd=7. 81kW電動機(jī)型號 為 Y160M1-2傳動比分配i=3. 02參考傳動比為i=3. 02傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)1、高速軸P = ZVX77 聯(lián)軸籾=75Wx099x099=735aw /?, =2880/7 min ；= 95

5、50垃= 955057.52900= 2471 Nun2、低速軸:n2 = n/i = 2880/3 = 960廠/min ；為=9550 鴛= 95507.06960= 70.27Vm三、傳動零件設(shè)計斜齒輪的選定與校核1.選材料及許用應(yīng)力（1）小齒輪20CrMnTi滲碳淬火 硬度56-62HRC bH lim = 1500閃 bFE = 85OMP。大齒輪 20Cr滲碳淬火 硬度56-62HRCcrH lim = 1500陽bFE = 850MP。取 SF=1. 25 SH=1 ZH=2. 5 ZE=189. 8r I r i crH lim 1500 icnnwnbi二6呵=:=1500

6、MPaS12.按彎曲強(qiáng)度計算按8級精度 取K=ll參考文獻(xiàn)1（表H3）齒寬系數(shù)0.8參考文獻(xiàn)1（表11-6）小齒輪轉(zhuǎn)矩 Ti = 9550 = 95501 = 24.57V */n n2900初選螺旋角0 = 15齒數(shù) Zl=24 Z2=3X24=72747?齒形系數(shù)Zw =26.7Zv =80cos315cos 15査圖參考文獻(xiàn)E1111-8YFa 1=2.6 YFa2=2.2YSa 1=1.57 YSa2=1.75YFaYSa 2.6x1.57 十 “ YFalYSal 2.2x1.75 = 0.0086 = 0.0081bFl476aF2476對小齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計算卄卄 “1. a 2

7、KT、YFaXYSal , “法向模數(shù) Mnxgcos 00dZi； crF i26査參考文獻(xiàn)1表4-1取Mn=2mm中心矩 a=，H，?（Z1 + Z2）=992 cos p取 a=100mm確定螺旋角0 -応cos恥（勒+ Z2） _仙齒輪分度圓直徑-nmZ yt/1 =50 mm12=（100 25）x2=150 mmcos 0Mn=2mm a=100mm0=16. 26d =50 mmd2 =150mm5b2=40mmbl=45mm齒寬二 ddl = 0.8x50 = 40mm取 b2=40mm bl=45mm3驗算接觸強(qiáng)度ctH =ZeZhZPJ2K7U + 1卩u= 885.5 c

8、rH = 500MPa4.齒輪圓周速度7cdn60x1000=7.47z?/5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(jī)軸之間選用彈性柱銷聯(lián)軸器。按參考文獻(xiàn)4115-1,計算轉(zhuǎn)矩為Tc = KJ ,由轉(zhuǎn)矩變化較小,査參考文獻(xiàn)1表 17-1 有 Ka =1. 5,所以Tc =1.5X24. 53=36. 8N m根據(jù)哄=36. 8N m小于公稱轉(zhuǎn)矩，n=2900r/min小于許用轉(zhuǎn)速及電動機(jī)型號公稱轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)矩軸孔直徑質(zhì)量轉(zhuǎn)動慣量許用補(bǔ)償量TL463420020230.440.2根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可取TL彈性套柱銷聯(lián)軸器五、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核一、高速軸

9、(1) 選擇材料選用45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理(2) 初步估算軸徑8級精度是合 宜聯(lián)軸器的選擇 彈性柱銷聯(lián)軸 器TL4型查表14-2取C=110考慮裝聯(lián)軸器加鍵需將其軸徑增加5%,故取軸的最小直徑為15. 8mmC=110min=20mm故取 min=20mm(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。30206的圓錐 滾子軸承(4) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖所示，主要尺寸已標(biāo)出.(5) 軸上受力分析齒輪上的作用力圓周力：=271/=1226. 5N徑向力：Fr = Ft tan a! = =470. ONCOS0軸向力

10、：F = F/tan0=4O33N求軸承的支反力水平面上支反力：Fh = Fin = = 613.25A2因為圓錐滾子軸承30206的T為17. 25, &為13.8,故L=43+9x2+5x2+3. 45x2=77. 9mm垂直面上支反力：F1V-22 -131.7/VLF2v = Frl-Flv = 489.3?/(6) 畫垂直面彎矩圖Mav = F2- = 3A9N/M2Mavl = Fh- = 5A4N/M2(7) 水平面上彎矩圖Mah = Fh- = 23.92N/M2(8)合成彎矩=27.32N/MMa = 24.47N / M(9)求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T = Ft* = 24.53N/

11、M2(10)求危險截面的當(dāng)量彎矩認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù)a = 0.6Me = Jm/ + (刃=31.03 N / M彎矩圖如下：8十11.6 厶19. 7522. 924. 5：1咂曲面2水半向5合成彎矩圖4軸傳遜的轉(zhuǎn)加S危険截面的“笊吟 地(11)計算危險截面處軸的直徑校核軸的強(qiáng)度一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿足要求只需對危險截面進(jìn)行校核即可，而軸 的危險截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)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(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。査表 14-1 得 bB = 650MPa 査表 14-3 得b-同=60MP。= 7.6nim考慮鍵

12、槽對軸的削弱，將值增大5% 故 d=l. 05x17. 6=18. 57mm比較設(shè)計尺寸，該軸強(qiáng)度滿足要求。二.低速軸(1) 選擇材料選用45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理(2) 初步估算軸徑査表14-2取C=110考慮裝聯(lián)軸器加鍵需將其軸徑增加5%,故取軸的最小直徑為24. 36mm(3) 初選軸承30206的圓錐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。滾子軸承(4) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 如圖所示，主要尺寸已標(biāo)出.(5) 軸上受力分析齒輪上的作用力圓周力：療2=2T2/,”2=-1170N徑向力：Fr = Ft tan a ! = =-

13、448. 3N cos p軸向力：Fa = Ft tan 0=-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:Fi/ = Fih = = -585N 2垂直面上支反力：(_Fr*- + F6/*)Fw =22_ = 17.88LFiv = -Fr + Fiv = -384.68N(6) 畫垂直面彎矩圖Max = Fiv = -12.97V / M2io=Fw 丄= -46N/M2(7) 水平面上彎矩圖Mah = Fh *- = 22.827V / M2(8) 合成彎矩M“=Jm；.+M：=26.21N/MMa =打=23.287V/ M(

14、9) 求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T = Ft2* = -70.2N/M 2(10) 求危險截面的當(dāng)量彎矩軸的扭切應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù) = 0.6Me = Ma2+(aT)2 = 49.55N /M彎矩圖如下：/加他/, / / / /22.8226.2170.219.55就/ / / 6 / / / / 仃仃仃仃仃仃仃/ /.f/ /f/ r/ f/ f/ /. z / / / / / / / ,/ / /./ /j / Zy/ /71垂直面彎矩圖2水平面上彎矩用3合成彎矩圖4軸傳遞的轉(zhuǎn)矩5危險截而的為址彎 矩12. S9(11) 計算危險截面處軸的直徑一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿足要求只需對危險

15、截面進(jìn)行校核即可， 而軸的危險截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)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(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。11査表 14-1 得 bB = 650MPa 査表 14-3 得b -訕=60MPcI A/p貝!j d n 3 |=20. nun*0.10-呵考慮鍵槽對軸的削弱，將值增大5%故 d=l. 05x20. l=21mm比較設(shè)計尺寸，該軸強(qiáng)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 mm,査文獻(xiàn)1附表3,選用型號為30206,其主要參數(shù)有

16、：d=30 mm, Cr=43. 2KN. Y=l. 6査表 16-11：當(dāng) Fa/Fr e 時，X=0. 4, Y=l. 6o(2) 計算軸承受力如圖求軸承的徑向載荷根據(jù)“軸的設(shè)計”中已算出的中間軸軸承的支反力,12Fr=収.+ 常=/131.722+613.252 =627. 24NFrl = J用.+ 睡=/338.282+613.252 =700. 36N求軸承的軸向載荷Fsi = FJ 2Y =627. 24/2 X1. 6=196. 01NFS1 = FJ 2Y =700. 36/2 X1.6=218. 86N因Fs2 + FFs,使軸承1被壓緊，2放松故：Fa = FS1 + F

17、a =21 & 86+403. 3=622.16NFa2 = Fs2=21 & 86N求軸承的當(dāng)量動載荷P軸承 I： Fal/Frl =e片=XI耳 + YFa = 1308. 57N軸承U: FJFQ=eP2=X2Fr2+Y2Fa2 = 899. 72N因軸承尺寸相同且A 故應(yīng)以H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g(shù)=10/3滾子軸承 =10/3査表16-8和16-9得到溫度系數(shù)ft=l載荷系數(shù)fp=l. 1厶=12_(2/ = i.35x105/?7.2x104/?60 fPP2故所選軸承滿足要求。所選軸承滿1314軸承I:A = X1+Y1&1 = 537. ION軸承

18、U：FJFQPP2=X2Fr2 + Y2Fa2 = 1182. 54N因軸承尺寸相同且 円，故應(yīng)以P2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0=10/3查表16-8和16-9得到溫度系數(shù)ft=l,載荷系數(shù)fp=l. 1;L =卩_(竺)= 4.4x10訕 7.2x10%“60“力吧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 mm,査參考文獻(xiàn)1 表10-9,得bXh=6X6,因聯(lián)軸器長52 mm,故取鍵長L=45 mm, 即 d=20 mm, h=6 mm, l=L-b=39 mm, T=24. 53N

19、 m由輕微沖擊，査參考文獻(xiàn)4表10-10得IsWllOMPa,所以6 =4T/dhl = 20. 9MPaTp=110MPa故此鍵聯(lián)接強(qiáng)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 mm,査參考文獻(xiàn)1 表10-9,得bXh=10X8,因小圓錐齒輪齒寬45 mm,故取鍵長L=35 urn,所選軸承滿 足要求bXh=6X615bXh=10X8bXh=10x816即 d=35 mm, h=8 mm, l=L-b=25 mm, T=24. 53N m 由輕微沖擊，査參考文獻(xiàn)2表10-10得o-J=U0MPa,所以 07 = 4T / dhl = 14MPa cr

20、p =1 lOMPa故此鍵聯(lián)接強(qiáng)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=35mm,査參考文獻(xiàn)1表10-9得 bXh=10x8,取鍵長 L=32 mm,即 d=35 mm, h=8 mm, l=L-b=22 mm, T=70. 2N 由輕微沖擊，査參考文獻(xiàn)4表10-10得crJ=110MPa,所以 ap =4T/J/7/ = 49MPa(rp=110MPa故此鍵聯(lián)接強(qiáng)度足夠。八、減速器附件的設(shè)計(1)檢査孔：為檢査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(shè)置檢查孔，平時，檢査孔的蓋板用螺釘固定在 箱蓋上。參看參考文獻(xiàn)表11-4選Ll=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