機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置中的二級圓柱齒輪減速器

1、一.題目及總體分析題目：設(shè)計(jì)一個(gè)卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置中的二級圓柱齒輪減速器給定條件：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，卷筒圓周力f=4kn，卷筒轉(zhuǎn)速n=40r/min，卷筒直徑d=400mm。工作情況：傳動(dòng)不逆轉(zhuǎn)，輕微振動(dòng)，允許卷筒轉(zhuǎn)速誤差為5%，室內(nèi)工作。工作壽命為五年，每年300個(gè)工作日，每天工作16小時(shí)。輔助件有:觀察孔蓋,油標(biāo)和油尺,放油螺塞,通氣孔,吊環(huán)螺釘,吊耳和吊鉤,定位銷,啟蓋螺釘,軸承套,密封圈等.。二 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的選擇見表1. 表1 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算及說明計(jì)算結(jié)果1. 選擇電動(dòng)機(jī)的類型根據(jù)用途選用y系列一般用途的全封閉自冷式三相異步電動(dòng)機(jī)2. 選擇電動(dòng)機(jī)功率卷筒所需圓周力為 4kn卷筒所需功

2、率為由減速器設(shè)計(jì)實(shí)例精解表2-1取，v帶傳動(dòng)效率帶=0.96，一對軸承效率軸承=0.99，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)效率齒輪=0.97，聯(lián)軸器效率聯(lián)=0.99，則電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)間的總效率為 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為 根據(jù)表8-2，選取電動(dòng)機(jī)的額定功率f=4kn 3.35kw0.8593.90kw3. 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速卷筒的工作轉(zhuǎn)速為 =40r/min查表2-2，兩級減速器傳動(dòng)比。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為由表8-2可知，符合這一要求的電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速有750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min考慮3000r/min的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速太高，而750/min的電動(dòng)機(jī)體積大且貴，故選用轉(zhuǎn)速為10

3、00r/min的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試算，其滿載轉(zhuǎn)速為960r/min，其型號(hào)為y132m1-640r/min三 傳動(dòng)比的計(jì)算及分配各級傳動(dòng)比的計(jì)算及分配見表2 表2 傳動(dòng)比的計(jì)算及分配計(jì)算及說明計(jì)算結(jié)果1. 總傳動(dòng)比 242. 分配傳動(dòng)比減速器傳動(dòng)比為 24高速級傳動(dòng)比為取5.7低速級傳動(dòng)比 245.74.21四 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算見表3 表3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算計(jì)算及說明計(jì)算結(jié)果1. 各軸轉(zhuǎn)速 40r/min960r/min960r/min168.4r/min40.00r/min40r/min2. 各軸功率 3.90*0.99=3.86kw 3.86*

4、0.99*0.97=3.71kw 3.71*0.99*0.97=3.56kw 3.56*0.99*0.99=3.48kw3.86kw3.71kw3.56kw3.48kw3. 各軸轉(zhuǎn)矩 kn.mkn.mkn.mkn.mkn.m38.8kn.m38.41kn.m210.26kn.m850.05kn.m833.14kn.m五 內(nèi)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算高速級斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算見表5 表5 高速級斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算及說明計(jì)算結(jié)果1.選擇材料、熱處理方法和公差等級考慮到卷揚(yáng)機(jī)為一般機(jī)械，故大小齒輪均選用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，大齒輪正火處理，由表8-17得齒面硬度 hbw1=217-255hbw,hb

5、w2=162-217hbw。平均硬度=236hbw, =190hbw. -=46hbw，在30-50hbw之間。選用8級精度45鋼小齒輪調(diào)質(zhì)處理大齒輪正火處理8級精度2初步計(jì)算傳動(dòng)的主要尺寸 因?yàn)槭擒淉X面閉式傳動(dòng)，故按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)公式為 1） 小齒輪傳遞扭矩為t1=38410nmm2)因v值未知，kv值不能確定，可初步選載荷系數(shù)kt=1.1-1.8，初選kt=1.43)由表8-18，取齒寬系數(shù) =1.14)由表8-19，查得彈性系數(shù)=189.85)初選螺旋角=，由圖9-2查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.466)齒數(shù)比u=5.77)初選z1=20，則z2=114.2,取z2=114，則

6、端面重合度為=1.66 軸向重合度為由圖8-3查得重合度系數(shù) =0.7768)由圖11-2查得螺旋角系數(shù)=0.999)許用接觸應(yīng)力可用下式計(jì)算 由圖8-4e、a查得接觸疲勞極限應(yīng)力為=580mpa, =390mpa小齒輪與大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為60*960*1.0*16*250*5=1.152由圖8-5查得壽命系數(shù)zn1=1.0，zn2=1.28，由表8-20取安全系數(shù)sh=1.0，則小齒輪的許用接觸應(yīng)力為 =580mpa 大齒輪的許用接觸應(yīng)力為 =499.2mpa 取421.2mpa，初算小齒輪的分度圓直徑d1t，得 =39mm z1=20z2=114=580mpa=390mpad139

7、mm計(jì)算及說明計(jì)算結(jié)果 3.確定傳動(dòng)尺寸(1)計(jì)算載荷系數(shù) 由表8-21差得使用系數(shù)ka=1.o 因3.14*39*960/60*1000m/s=1.96m/s，由圖8-6查得動(dòng)載荷系數(shù)kv=1.14,由圖8-7查得齒向載荷分配系數(shù)k=1.11,由表8-22插得齒間載荷分配系數(shù)k=1.2，則載荷系數(shù)為k=kakvkk =1.11.141.111.2=1.67 (2)對d11進(jìn)行修正 因k與kt有較大的差異，故需對由kt計(jì)算出的d1t進(jìn)行修正，即 (3)確定模數(shù)mn 按表8-23，取mn=2.5mm (4)計(jì)算傳動(dòng)尺寸 中心距為 圓整，取a1= mm,則螺旋角為 = 因值與初選值相差較大，故對與

8、有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行修正 由圖9-2查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)zh=2.43，則端面重合度為 = 軸向重合度為 =0.318dz1tan= 由圖8-3查得重合度系數(shù)z=0.775,由圖11-2查得螺旋角系數(shù)z=0.985 精確計(jì)算圓周速度為 由表8-6查得動(dòng)載荷系數(shù)kv= ，k值不變 按表8-23，取mn=2.5mm，則高速級中心距為 則螺旋角修正為 修正完畢，故 k=1.674，校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件為 1)k、t、m和d同前2）齒寬b=b=66mm3)齒形系數(shù)y和應(yīng)力修正系數(shù)y。當(dāng)量系數(shù)為 由圖8-8查得y=2.61，y=2.22,由圖8-9查得y=1.59,y=1.814）由圖8-10

9、查得重合度系數(shù)y=0.715）由圖11-3查得螺旋角系數(shù)y=0.876）許用彎曲應(yīng)力 =由圖8-4f、b查得彎曲疲勞極限應(yīng)力為=215mpa，=170mpa,由圖8-11查得壽命系數(shù)y=y=1，由表8-20查得安全系數(shù)s=1.25，故 = mpa= mpa = mpa= mpa = 滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度5. 計(jì)算齒輪傳動(dòng)其他幾何尺寸端面模數(shù) mt=mn/cos=齒頂高 ha=ha*=齒根高 hf=(ha*+c*)mn=全齒高 h=ha+hf=頂隙 c=c* mn=齒頂圓直徑為 齒根圓直徑為 mt =mmha =mmhf =mmh =mmc=mm mm mmmmmm低速級斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算見

10、表6表6 低速級斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算及說明計(jì)算結(jié)果1.選擇材料、熱處理方式和公差等級 大、小齒輪均選用45鋼，小齒輪調(diào)制處理，大齒輪正火處理，由表8-17得齒面硬度=217-255，=162-217hbw。平均硬度=236，=190。-=46，在30-50hbw之間。選用8級精度 45鋼小齒輪調(diào)質(zhì)處理大齒輪正火處理8級精度2.初步計(jì)算傳動(dòng)的主要尺寸 因?yàn)槭擒淉X面閉式傳動(dòng)，故按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)公式為1） 小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩為= n.mm2） 因v值未知，值不能確定，可初步選載荷系數(shù)=1.11.8，初選=1.43） 由表8-18，取齒寬系數(shù)=1.14） 由表8-19，查的，彈性系

11、數(shù)=189.85） 初選螺旋角= ，由圖9-2查的節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.4656） 齒數(shù)比u=3.267） 初選= ，則= , 取= ，則端面重合度為 = 軸向重合度為=0.318tan=0.3181.125tan=1.70由圖8-3查得重合度系數(shù)=0.7758） 由圖11-2查得螺旋角系數(shù)=0.999） 許用接觸應(yīng)力可用下式計(jì)算 由圖8-e、a 查得接觸疲勞極限應(yīng)力為=580mpa，=390mpa小齒輪與大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為=60=60 = =由圖8-5查得壽命系數(shù)=1.14，=1.2，由表8-20取安全系數(shù)=1.0，則小齒輪的許用接觸應(yīng)力為=大齒輪的許用接觸應(yīng)力為=取= mpa初算小齒輪

12、的分度圓直徑，得= =25=82=661.2mpa=468mpa=468mpa76.615mm3.確定傳動(dòng)尺寸（1）計(jì)算載荷系數(shù) 由表8-21查的使用系數(shù)ka=1.0因v=d3tn2601000= ,由圖8-6查的動(dòng)載荷系數(shù)kv=1.07,由圖8-7查的齒向載荷分布系數(shù)k=1.11，由表8-22查得齒間載荷分布系數(shù)k=1.2，則載荷系數(shù)為 k=kakvkk=1.0 = (2)確定模數(shù)mn 因k與kt差異不大，不需對kt計(jì)算出的d3t進(jìn)行修正，即 mn=d3cosz3= mm= mm 按表8-23，取mn= mm(3)計(jì)算傳動(dòng)尺寸 低速級中心距為 a2=mn(z3+z4)2cos=3.5(25+

13、82)2cos11mm=190.75mm圓整，a2=190mm螺旋角為 =arccosmn(z3+z4）2a2= = 因值與初選值相差較大，故對與值有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行修正由圖9-2查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)zh=2.46，則端面重合度為 = =軸向重合度為 =0.318dz3tan= = 由圖8-3查得重合度系數(shù)z=0.77，由圖11-2查得螺旋角系數(shù)z=0.991，則 = mm = mm 因v= m/s,由圖8-6查得動(dòng)載荷系數(shù)kv=1.07，k值不變 mn=d3cosz3= mm= 按表8-23取mn=3.5mm,則中心距 a2=mn(z3+z4)2cos= mm= mm 螺旋角 =arccosmn(z

14、3+z4）2a= 修正完畢，故 d3=mnz3cos= mm= mm d4=mnz4cos= mm= mm b=dd3= mm b3=b4+(510)mm,取b3= mm 4.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件為 f=2kt3bmnd3yfysyyf1） k, ，和d3同前2）齒寬b=b3=98mm3)齒形系數(shù)yf和應(yīng)力系數(shù)ys。當(dāng)量齒數(shù)為 zv3=z3cos3= = mm zv4=z4cos3= = mm由圖8-8查得yf3=2.6, yf4=2.25;由圖8-9查得ys3=1.59,ys4=1.794)由圖8-10查得重合度系數(shù)y=0.7015）由圖11-3查得螺旋角系數(shù)y=0.9

15、26）許用彎曲應(yīng)力為 f=ynflims3由圖8-4f,b查得彎曲疲勞極限應(yīng)力為flim3= mpa，flim4= mpa，由圖8-11查得壽命系數(shù)yn4=yn3=1，由表8-20查得安全系數(shù)sf=1.25，故 f3=yn3flim3sf= mpa= mpa f4=yn4flim4sf= mpa= mpa f3=2kt3bmnd3yf3ys3yy= f3 f4=f3yf4ys4yf3yf3= dmin=44.75mmd146.09-46.98mm2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軸的結(jié)構(gòu)構(gòu)想如圖11-12所示（1） 軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：該減速器發(fā)熱小，軸不長，故 軸承采用兩端固定方式。按軸上零件的安裝順序，從最

16、小軸徑處開始設(shè)計(jì)（2） 聯(lián)軸器及軸段：軸段上安裝聯(lián)軸器，此段應(yīng)與聯(lián)軸器的選擇同步進(jìn)行為補(bǔ)償聯(lián)軸器的安裝誤差、隔離振動(dòng)，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。查表8-37，取ka=1.5,則計(jì)算轉(zhuǎn)矩te=ka*t3= 由減速器設(shè)計(jì)實(shí)例精解表8-38查的gb/t5014-2003中的lx3型聯(lián)軸器符合要求：公稱轉(zhuǎn)矩為1250n*mm，許用轉(zhuǎn)矩4750r/min，軸孔范圍為30-48mm?？紤]d46.98mm,取聯(lián)軸器轂孔直徑為48mm,軸孔長度84mm,j型軸孔，a型鍵，聯(lián)軸器主動(dòng)端代號(hào)為lx3 48*84gb/t5014-2003，相應(yīng)的軸段的直徑d1=48mm,起長度略小于轂孔寬度，取l1=82mm(3) 密封

17、圈與軸段：在確定軸段的軸徑時(shí)，應(yīng)考慮聯(lián)軸器的軸向固定及軸承蓋密封圈的尺寸。聯(lián)軸器的軸肩定位，軸肩高度h=(0.07-0.1)d1=(0.07-0.1)*48mm=2.36-4.8mm.軸段的軸徑d2=d1+2*h=52.72-57.8mm,最終由密封圈確定。該處軸的圓周速度小于3m/s,可選用氈圈油封，查減速器設(shè)計(jì)實(shí)例精解表8-27，選氈圈55 jb/zq4606-1997,則d2=55mm(4) 軸承與軸段及軸段的設(shè)計(jì)：軸段和上安裝軸承，其直徑應(yīng)既便于軸承安裝，又應(yīng)符合軸承內(nèi)徑系列?？紤]齒輪有軸向力存在，選用角接觸球軸承?，F(xiàn)暫取軸承為7212c，由減速器設(shè)計(jì)實(shí)例精解表11-9得軸承內(nèi)徑d=6

18、0mm,外徑d=110mm，寬度b=22mm，內(nèi)圈定位軸肩直徑da=69mm,外圈定位直徑da=101mm，軸上定位端面圓角半徑最大為ra=1.5mm,對軸的力作用點(diǎn)與外圈大端面的距離a3=22.4mm,d3=60mm。軸承采用脂潤滑，需要擋油環(huán)，擋油環(huán)寬度初定為b1，故l3=b+b1=（22+15）mm=37mm 通常一根軸上的兩個(gè)軸承取相同的型號(hào)，故d6=60mm(5) 齒輪與軸段：該軸段上安裝齒輪4，為便于齒輪的安裝，d5應(yīng)略大于d6，可初定d5=62mm,齒輪4輪轂的寬度范圍為（1.2-1.5）*d5=74.4-93mm，小于齒輪寬度b4=98mm,取其輪轂寬度等于齒輪寬度，其右端采用軸肩定位，左端采用套筒固定。為使套筒端面能夠頂?shù)烬X輪端面，軸段的長度應(yīng)比輪轂略短，故取l5=96mm(6) 軸段:該軸段為齒輪提供定位和固定作用，定位軸肩的高度為h=(0.07-0.1)d5=4.34-6.2mm,取h=5mm，則d4=72mm,齒輪左端面距箱體內(nèi)壁距離為4=1+（b3-b4）/2=10mm+(105-98)/2mm=13.5mm，軸段的長度l4=bx-4-b1=（206-13.5-98+12-15）mm=91.5mm(7) 軸段與軸段