傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的選擇和計(jì)算

1、目 錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)01二、 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算01三、 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的選擇和計(jì)算02四、 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算04五、 高速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算05六、 低速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算10 七、 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算16八、 滾動(dòng)軸承的選擇和壽命驗(yàn)算21 九、 鍵聯(lián)接的選擇和驗(yàn)算22十、 聯(lián)軸器的選擇計(jì)算23十一、減速器的潤(rùn)滑方式及密封方式的選擇，潤(rùn)滑油牌號(hào)的選擇及裝油量的計(jì)算 24十二、設(shè)計(jì)體會(huì)25十三、參考文獻(xiàn)26二、電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算根據(jù)工作要求及條件，選擇三相異步電動(dòng)機(jī) ，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y系列。1.選擇電動(dòng)機(jī)功率滾筒所需的有效功率：Pw=F×V=6800

2、5;0.65=4.42KW 傳動(dòng)裝置的總效率：查機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表17-9得式中: 滾筒效率： = 0.96 聯(lián)軸器效率： = 0.99 傳動(dòng)效率： = 0.92 深溝球軸承： =0.99 斜齒輪嚙合效率： = 0.97傳動(dòng)總效率: 所需電動(dòng)機(jī)功率 := =4.42/0.79=5.59KW 2.選取電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滾筒轉(zhuǎn)速 =61.42r/min查機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表27-1,可選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y132M-4,額定功率=7.5KW， 同步轉(zhuǎn)速1500 r/min;或選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y160M-6,額定功率額定功率=7.5KW,同步轉(zhuǎn)速1000 r/min.均滿足 > 。 表2-1 電動(dòng)

3、機(jī)數(shù)據(jù)及傳動(dòng)比方案號(hào)電機(jī)型號(hào)額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速總傳動(dòng)比1Y160M67.51000970252Y132M47.51500144037.7比較兩種方案可見，方案1選用的電動(dòng)機(jī)雖然質(zhì)量和價(jià)格較低，但傳動(dòng)比過(guò)低。為使傳動(dòng)裝置緊湊，決定選用方案2。 表2-2 電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M-4.查表得其主要性能如下電動(dòng)機(jī)額定功率 P0/ KW 7.5電動(dòng)機(jī)軸伸長(zhǎng)度E/mm 80電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 n0/(r/min) 1440電動(dòng)機(jī)中心高H/mm 132電動(dòng)機(jī)軸伸直徑 D/mm 38堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩T/N.m 22三、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的選擇和計(jì)算1、分配傳動(dòng)比總傳動(dòng)比: =/ =1440/38.8

4、=37.11 傳動(dòng)比為24，取 則減速的傳動(dòng)比：=23.45/2.5=9.38 對(duì)減速器傳動(dòng)比進(jìn)行分配時(shí)，即要照顧兩級(jí)傳動(dòng)浸油深度相近，又要注意大齒輪不能碰著低速軸，試?。? 3.56 低速軸的傳動(dòng)比：= 9.38/3.56=2.64 2、各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算0軸：即電機(jī)軸 P0=5.81KW n0=1440r/min T0=9550×P0/n0=9550×5.81/1440=38.53 軸：即減速器高速軸 P1= 5.81×0.99=5.75KW n1= n0 =1440r/min T1=9550×P1/n1=9550×5.75/144

5、0=38.15 軸：即減速器中間軸 P2= P1·=5.75×0.99×0.97=5.52kw n2=n1/= n1/=1440/3.56=404.49r/min T2=9550×P2/n2=9550×5.52/404.4=130.37 軸：即減速器的低速軸 P3= P2·=5.52×0.97×0.99=5.30kw n3= n2/i23=404.49/2.64=153.22r/min T3=9550×P3/n3=9550×5.30/153.22=330.34N·m 軸：即傳動(dòng)滾筒軸

6、P4= P3·=5.30×0.99·0.92=4.83 kw n4= n3 /i =153.22/2.5=61.288r/min T4=9550×P4/n4=9550×4.83/61.288=752.62 N·m 將上述計(jì)算結(jié)果匯于下頁(yè)表：表3-1 各 軸 運(yùn) 動(dòng) 及 動(dòng) 力 參 數(shù)軸序號(hào)功 率P/ KW轉(zhuǎn) 速n/(r/min)轉(zhuǎn) 矩T/N.m傳動(dòng)形式傳動(dòng)比i效率0軸5.81144038.53連軸器1.0099軸5.75144038.15齒輪傳動(dòng)3.56096軸5.52404.49130.37齒輪傳動(dòng)2.64096軸5.30153.2

7、2330.34 鏈傳動(dòng)2.5091軸4.83 61.288752.62四、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算1、鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）確定設(shè)計(jì)功率P0分別查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表4-14,圖4-39，表4-15得=1，K=0.8，K=1， P0= 2）選取鏈的型號(hào)根據(jù)P0和n3查機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖4-37，選鏈號(hào)為16A。 所以P=25.40mm 3）確定中心距a初步選定中心距a=30P=762mm鏈節(jié)數(shù)L=100.976mm4） 中心距a=749.6mm V= F= Q=KF=5） 鏈輪直徑 =五、高速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算：原始數(shù)據(jù)：高速軸的輸入功率 ： 5.75kW小齒輪轉(zhuǎn)速 ： 1440 r/min 傳動(dòng)比 ：

8、3.56 單向傳動(dòng)，工作載荷有輕微沖擊，每天工作8小時(shí)，每年工作300天，預(yù)期工作4.5年。 1.選擇齒輪材料精度等級(jí)齒輪減速器為一般機(jī)械，小齒輪材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表51查得 小齒輪45調(diào)質(zhì)，硬度217255HB，取硬度為235255HB；大齒輪材料選用45鋼，正火處理，硬度162217HB，取190217HB。 齒輪精度等級(jí)為8級(jí)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N (由教材式533)查教材圖5-17得=1.0, =1.08取Zw=1.0，=1.0，=1.0，=1.0由教材圖5-16(b)得:=580Mpa，=545MPa由教材式(5-28)計(jì)算許用接觸應(yīng)力=ZN1ZXZWZLVR=580Mpa =

9、ZN2ZXZWZLVR=588.6Mpa 2. 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算中心距取1.0由教材表55查得：=189.8 取=0.35 T1=38.13m 初?。?, 暫取：估?。?由教材式541 計(jì)算 =2.47=103.7mm 圓整取： a=125mm 一般?。?mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)： 總齒數(shù)： =196.325整取 ： =196小齒輪齒數(shù) ：z1=/(u+1)=42.985整取： z1 =43 大齒輪齒數(shù)： z2= - z1 =153?。?z1=43 z2=153 實(shí)際傳動(dòng)比： 傳動(dòng)比誤差： 5%故在范圍內(nèi)。修正螺旋角 ： 與相近，故、可不修正3.驗(yàn)證圓周速度 故滿足要求4.計(jì)算齒輪的幾何參數(shù)由5-3

10、按電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，輕度沖擊 按8級(jí)精度查圖5-4(b)得：齒寬：取整：b2=45mm b1=50mm按，考慮到軸的剛度較大和齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱位置查機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖5-7a 得：按8級(jí)精度查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表5-4得：齒頂圓直徑：端面壓力角：齒輪基圓直徑：齒頂圓壓力角：基圓螺旋角：由教材式5-41得：ZH=由教材式5-42得： 由教材式5-43得： 5.驗(yàn)算齒根彎曲強(qiáng)度由式5-44得= =/=43/ =43.259 =/=153/=154.034 查圖5-14得：=2.43,=2.19查圖5-15得：=1.69,=1.83由式5-47計(jì)算：=1-=1-2.28=0.78 由式5-48計(jì)算：=0.25+

11、=0.25+=0.661 由式5-31計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力查圖5-18b得：220MPa,210MPa查圖5-19得：1.0?。?Yx=1.0?。?=314.29Mpa =300Mpa = =94.102MPa<=314.29Mpa 安全 =91.834MPa<=300MPa 安全 6齒輪主要幾何參數(shù) Z1=43 Z2=153 =11.478° mn=1.25mm d1=54.847mm d2=195.153mm = =54.847+2×1×1.25=57.347mm =195.153+2×1×1.25=197.653mm =-2.

12、5×1.25=51.722mm =-2.5×1.25=192.028mm =125mm b1=50mm b2=45mm 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：小齒輪：由于小齒輪齒頂?shù)芥I頂距離x<5，因此齒輪和軸可制成一體的齒輪軸。對(duì)于大齒輪，<500m 因此，做成腹板結(jié)構(gòu)。六、低速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算由前面計(jì)算得知： 二軸傳遞的功率P2=5.52kw，轉(zhuǎn)速n1=404.49r/min，轉(zhuǎn)矩T1=130.37N.m，齒數(shù)比u=2.64，單向傳動(dòng)，工作載荷有輕微沖擊，每天工作8小時(shí)，每年工作300天，預(yù)期工作4.5年。1.選擇齒輪材料，確定精度及許用應(yīng)力 小齒輪為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬

13、度為217255HB 大齒輪為45鋼，正火處理，硬度為190217HB 齒輪精度為8級(jí)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N (由教材式533)=60=60×404.49×1×(8×300×4.5)=5.24×108 =/= 查圖517得：1.07, 1.12取：=1.0,=1.0,=1.0,=1.0查圖516得：=580MPa, =545MPa由式528=×1.0×1.0=620.6MPa =×1.0×1.0=610.4MPa 2.按接觸疲勞強(qiáng)度確定中心距(u+1)mmT2=130370N·mm 初選=

14、1.2，暫取,0.35由式542 0.99由表55 得=189.8由式541 計(jì)算估取 =arctan(tan/cos)= arctan(tan200/cos120)=20.41030= arctan(tancos)= arctan(tan12°×cos20.41030)=11.29550 則=2.45(u+1)=132.48mm圓整?。?=145mm 一般?。?=(0.010.02)= (0.010.02)×140=1.352.7取標(biāo)準(zhǔn)值： =2mm 兩齒輪齒數(shù)和 ： =141.83 ?。?142 =/(u+1)= =39.01?。?39= -z1=142-39

15、=103 實(shí)際傳動(dòng)比： =2.641 傳動(dòng)比誤差： 5%故在范圍內(nèi)。修正螺旋角 ：=arccos= arccos=11.680 與初選 接近，可不修正=79.649mm =210.355mm 圓周速度： V=1.69m/s 取齒輪精度為8級(jí) 3驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度 =有表5-3查得：=1.25/100=1.69×39/100=0.659按8級(jí)精度查圖5-4得動(dòng)載系數(shù)=1.068齒寬 b=0.35×145=50.75mm?。?mm mm =55/79.649=0.691 查圖5-7齒輪相對(duì)于軸承非對(duì)稱布置，兩輪均為軟齒面，得：=1.04，查表5-4得： =1.2載荷系數(shù)=1.

16、25×1.068×1.04×1.2=1.6661 由5-42 =0.989 計(jì)算重合度，以計(jì)算：=+2m=79.649+2×1.0×2=83.649mm =+2m =210.355+2×1.0×2=214.355mm =arctan(tan/cos)= arctan(tan200/cos11.680)=20.3880 =cos=79.649×cos20.3880=74.659mm =cos=210.355×cos20.3880=197.177mm =arccos= arccos =26.7530 =arc

17、cos= arccos =23.0940 =(tan-tan)+(tan-tan) =39× +103×=1.71 = =1.61 由式5-43計(jì)算 = arctan(tancos)= arctan(tan11.68°×cos20.3880)=10.9670 = =2.45 由式5-38計(jì)算齒面接觸應(yīng)力=2.45×189.8×0.765×0.989× =525MPa<=610.4Mpa 4校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由式5-44得；= =/=39/ =41.5267 =/=103/=109.673查圖5-14得：=2

18、.44,=2.23查圖5-15得：=1.67,=1.81由式5-47計(jì)算=1-=1-1.61=0.84 由式5-48計(jì)算=0.25+=0.25+=0.65 由式5-31計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力查圖5-18b得：220MPa,210MPa查圖5-19得： 1.0?。?Yx=1.0?。?=314.29Mpa =300Mpa = =110.315MPa<=314.29Mpa 安全 =109.273MPa<=300MPa 安全 5齒輪主要幾何參數(shù) Z1=39 Z2=103 =11.68° mn=2mm d1=79.649mm d2=210.355mm = =79.649+2×

19、;1×2=83.649mm =210.355+2×1×2=214.355mm =-2.5=79.649-2×2.5=74.649mm =-2.5=210.355-2×2.5=205.355mm =145mm 取=60mm, =55mm 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）小齒輪，制成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。 （2）大齒輪，做成腹板結(jié)構(gòu)。 七、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1減速器高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選擇軸的材料 軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理（2）按扭矩初步估算軸端直徑 初步確定高速軸外伸段直徑，高速軸外伸段上安裝聯(lián)軸器，聯(lián)軸器另一端聯(lián) 電動(dòng)機(jī)軸，由表22-2查得 。其軸徑可按下式

20、求得：查表（8-2）得：=110160，?。?120考慮軸端有一個(gè)鍵槽，在計(jì)算時(shí)應(yīng)該增加3%5%×（1+3%）=20.07mm故取：=32mm （3）初選滾動(dòng)軸承因該軸上裝有斜齒輪，需要調(diào)整軸向位置，考慮裝拆調(diào)整方便起見，選用深溝球軸承。根據(jù)軸端尺寸，聯(lián)軸器的定位方式和軸承的大概安裝位置，初選單列深溝球軸承6208（4）設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)a.用的軸肩定位 軸承按標(biāo)準(zhǔn)取6208內(nèi)徑為 該軸為齒輪軸，軸承的周向用過(guò)盈的配合， 聯(lián)軸器的周向用鍵定位。b布置軸上零件，設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu) 根據(jù)安裝和定位的需要，初定各軸段直徑和長(zhǎng)度，各跨度尺寸， 作軸的簡(jiǎn)圖如圖： 力學(xué)模型 圖7-15）對(duì)軸進(jìn)行分析，作當(dāng)量

21、彎矩圖。 計(jì)算齒輪所受的各個(gè)分力，繪制空間受力簡(jiǎn)圖圓周力： =/=2×38150/54.847=1391.143N 軸向力：徑向力：齒輪的分度圓直徑： =54.847mm 齒輪的齒根圓直徑： =51.722mm將空間力系分解為H和V平面力系，分別求支反力并畫彎矩圖，即：=0即： 求軸的彎矩M，畫彎矩圖 畫軸的扭矩圖 T=38150求計(jì)算彎矩，畫計(jì)算彎矩圖根據(jù)：， 繪制空間受力、彎矩、扭矩簡(jiǎn)圖如圖： 圖7-2 圖7-3 圖7-46）校核軸的靜強(qiáng)度根據(jù)圖中軸的結(jié)構(gòu)尺寸，選擇彎矩較大的剖面和彎矩較大，軸徑較細(xì)的剖面進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)主教材查得=59 MPa剖面的計(jì)算應(yīng)力： 安全 剖面的計(jì)算應(yīng)力

22、： 安全 7）校核軸的疲勞強(qiáng)度a判斷危險(xiǎn)剖面 分別選擇，剖面進(jìn)行驗(yàn)算：剖面所受扭矩大，軸肩圓角處有應(yīng)力集中。剖面除受彎矩和扭矩外，附近還有過(guò)盈配合，鍵槽和軸肩圓角三個(gè)應(yīng)力集中源。45鋼調(diào)質(zhì)的機(jī)械性能參數(shù)：，。b剖面疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 因軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)，扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)處理。根據(jù)教材附表查取應(yīng)力集中系數(shù)，絕對(duì)尺寸影響系數(shù)和表面質(zhì)量系數(shù)。根據(jù)：查得：，并取= 取S=1.41.8 S>S, 滿足要求八、滾動(dòng)軸承的選擇和壽命驗(yàn)算由于轉(zhuǎn)速高、有較小軸向力，故選用深溝球軸承由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)查得6208軸承：=22.8KN =15.8KN由前面計(jì)算得知： 合成支反力：= = = Fa=228.475

23、N, =0 /=228.475/15.8=0.015查表得e=0.21 /=228.475/461=0.496e=0.56，=2.10 =0 /=0e =1，=0軸承承受輕度載荷沖擊,所以取=1.2=× (+)=1.2×(0.56×461+2.1×228.475)=885.549N =× (+)=1.2×1024=1228.8N <按計(jì)算軸承的壽命=年 預(yù)期壽命: 10.27年4.5年 ，壽命足夠在預(yù)期范圍內(nèi)，不用更換軸承即可達(dá)到要求。九、鍵聯(lián)接的選擇和驗(yàn)算聯(lián)軸器裝在高速軸軸端，需用鍵進(jìn)行周向定位和傳遞轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器與軸的配合直徑

24、為32mm，軸孔長(zhǎng)為82mm,傳遞轉(zhuǎn)矩T=38150 。1. 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸。由于精度為8級(jí)，故選擇最常用的圓頭（A型）平鍵，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)中性好，裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)。鍵的材料：45鋼。鍵的截面尺寸由鍵所在軸段的直徑 d由標(biāo)準(zhǔn)中選定，鍵的長(zhǎng)度由軸孔長(zhǎng)度確定，查表得： 高速軸與聯(lián)軸器連接的鍵：軸徑=32mm，由表24-30查得鍵剖面寬b=10mm高 h=8mm。選鍵長(zhǎng)L=70mm 中間軸上大齒輪聯(lián)接的鍵：軸徑為42mm，鍵 14×36中間軸上與小齒輪聯(lián)接的鍵軸徑為42mm,鍵1445低速軸上與大齒輪聯(lián)接的鍵：軸徑為52mm，選鍵16×45 低速軸上與鏈輪聯(lián)接的鍵軸

25、徑為40mm，選鍵1256 2.鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算普通平鍵的主要失效形式是鍵，軸和輪轂三個(gè)零件中較弱零件的壓潰。由于聯(lián)軸器材料是鋼，許用擠壓應(yīng)力由表2-10查得： =100MPa。鍵的工作長(zhǎng)度：=-=70-10=60mm.由式2-35得：= 安全。 十、聯(lián)軸器的選擇計(jì)算在減速器高速軸與電動(dòng)機(jī)之間需采用聯(lián)軸器聯(lián)接。因工作載荷不大，且有輕微沖擊，因此聯(lián)軸器應(yīng)具有緩沖減振能力，故選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。減速器中高速軸轉(zhuǎn)距：38.15Nm，根據(jù)：電動(dòng)機(jī)軸直徑d=38mm，選擇聯(lián)軸器：TL6型號(hào) GB43232002由指導(dǎo)書表4.7-1：T= 250Nm，n=3300 r/min由表查得：KA= 1.5Tc

26、a=KA T= 1.4×38.15=53.41Nm <T=250 Nmn = 1440r/min <n十一、減速器的潤(rùn)滑方式及密封方式的選擇，潤(rùn)滑油牌號(hào)的選擇及裝油量的 計(jì)算1）齒輪潤(rùn)滑油的選擇 潤(rùn)滑油牌號(hào) 齒輪的接觸應(yīng)力為，故選用抗氧銹工業(yè)齒輪油潤(rùn)滑。 潤(rùn)滑油的牌號(hào)按齒輪的圓周速度選擇 參照5-12選擇： 選用320 根據(jù)4.8-1：代號(hào)3202）齒輪箱的油量計(jì)算油面由箱座高度H確定斜齒輪應(yīng)浸入油中一個(gè)齒高，但不應(yīng)小于10mm。這樣確定出的油面為最低油面?？紤]使用中油不斷蒸發(fā)耗失，還應(yīng)給出一個(gè)允許的最高油面，中小型減速器的最高油面比最低油面高出即可。因此，確定箱座高度H的原則為，既要保證大齒輪齒頂圓到箱座底面的距離不小于，以避免齒輪回轉(zhuǎn)時(shí)將池底部的沉積物攪起，又要保證箱座底部有足夠的容積存放傳動(dòng)所需的潤(rùn)滑油。通常單級(jí)減速器每傳遞的功率，需油量： 箱座高度H+(3050)+(35)=197.653/2+30+10+5=143.8mm圓整H=145mm高速軸軸心距下箱內(nèi)壁：170-1