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[分享] 机械设计课程设计一级齿轮减速箱的分享

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发表于 2010-12-16 15:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、传动方案拟定" _+ [" t* C2 c, Z0 h
第二组第三个数据:设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器
7 V; u* A( x7 Q' m: R9 q(1) 工作条件:使用年限10年,每年按300天计算,两班制工作,载荷平稳。# d3 g0 F7 _. e0 I: l) l
(2) 原始数据:滚筒圆周力F=1.7KN;带速V=1.4m/s;
) v2 l( O& b8 S4 Y3 z. u& t滚筒直径D=220mm。! g" q  _, J! e( `6 G2 A- |
运动简图% W2 k+ F. h. d2 A9 q! ^8 u; i7 S
二、电动机的选择
3 v1 J" |8 y( i  Y; a/ E0 O* U1、电动机类型和结构型式的选择:按已知的工作要求和 条件,选用 Y系列三相异步电动机。
- d' @" M" {9 x8 Q$ O2、确定电动机的功率:
. f* f: p' F  U(1)传动装置的总效率:- O; V! g) f' @7 k- b! t2 Y
η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
$ b6 O& ^2 r9 W- T, \! @=0.96×0.992×0.97×0.99×0.958 |5 Z6 P: ^) S
=0.86; k+ R3 @) ~8 M* {% \4 s0 r
(2)电机所需的工作功率:* p4 e9 G% y' b3 J: P1 m0 |" m
Pd=FV/1000η总/ ]# n* U* Z* f% G7 z
=1700×1.4/1000×0.86
6 p& L5 ^; I! `  D8 s- L=2.76KW
0 v/ V5 {) W8 ^* w" G; M# w3、确定电动机转速:
6 U8 o! w. h. P) Q7 k滚筒轴的工作转速:
4 f5 P  f% I( r) I9 A' _Nw=60×1000V/πD
- K  U3 T+ ]. H# d7 S7 a' N* K=60×1000×1.4/π×220
! \4 t5 s+ d0 p. x+ q7 f=121.5r/min1 }. ^2 G( O  I3 h5 d8 [
" T3 u" N9 h1 W% b. B$ y/ l
根据【2】表2.2中推荐的合理传动比范围,取V带传动比Iv=2~4,单级圆柱齿轮传动比范围Ic=3~5,则合理总传动比i的范围为i=6~20,故电动机转速的可选范围为nd=i×nw=(6~20)×121.5=729~2430r/min
% T$ t  a5 Y) O符合这一范围的同步转速有960 r/min和1420r/min。由【2】表8.1查出有三种适用的电动机型号、如下表1 r* F# E& w. E8 ~6 j4 E' W
方案 电动机型号 额定功率 电动机转速(r/min) 传动装置的传动比8 Q4 H- W8 P6 i! @2 G& i6 r
  KW 同转 满转 总传动比 带 齿轮9 M7 E: s) B2 n3 S9 m" h
1 Y132s-6 3 1000 960 7.9 3 2.638 ^$ l  F' k! l& u) M
2 Y100l2-4 3 1500 1420 11.68 3 3.89' F3 L! \+ m, I; y, I/ z
1 t5 Y0 G5 R9 W* k/ A6 T% N; k
综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,比较两种方案可知:方案1因电动机转速低,传动装置尺寸较大,价格较高。方案2适中。故选择电动机型号Y100l2-4。
0 Z8 Y# `8 Q3 j9 K- V4、确定电动机型号
% e* F- k& P2 m5 ~- Y1 H  W# p根据以上选用的电动机类型,所需的额定功率及同步转速,选定电动机型号为
3 E: r5 }9 \( h/ T+ b, F, N4 LY100l2-4。
& Y4 h) {+ q  n其主要性能:额定功率:3KW,满载转速1420r/min,额定转矩2.2。2 Z. B; T/ _8 R) B8 ~
三、计算总传动比及分配各级的传动比
+ ?% k$ n0 d' u" ]) ]6 E1、总传动比:i总=n电动/n筒=1420/121.5=11.68& T/ r: ~  j; R5 T, m+ s8 i
2、分配各级传动比6 [; M7 E) @+ G6 V$ i) I- D6 n1 ?
(1) 取i带=3
5 w4 j  l# @' N" ~(2) ∵i总=i齿×i 带π* t) `1 K4 }4 j0 N" X4 i5 C. V
∴i齿=i总/i带=11.68/3=3.89  e+ v. T. ~- t& x. o" N
四、运动参数及动力参数计算' o' h! D7 ]2 C. a$ P
1、计算各轴转速(r/min)
( s) f" ~: x" f8 r4 K" ]  j6 enI=nm/i带=1420/3=473.33(r/min)" M; \. W' k0 q- u
nII=nI/i齿=473.33/3.89=121.67(r/min)
: p! \/ V# U6 O) W0 L% b! [+ ~& z滚筒nw=nII=473.33/3.89=121.67(r/min)
! x; K( ?0 s  M% b2、 计算各轴的功率(KW)/ j  g/ E7 X: @  p
PI=Pd×η带=2.76×0.96=2.64KW
% `$ z' Z9 Y$ a" c6 |/ C PII=PI×η轴承×η齿轮=2.64×0.99×0.97=2.53KW. k9 M5 w* D( \
4 l8 D3 g; f$ [" z0 k- N
3、 计算各轴转矩: @5 ?. O! H! P
Td=9.55Pd/nm=9550×2.76/1420=18.56N?m
! O( H5 M" s- _1 a6 a/ m$ N      TI=9.55p2入/n1 =9550x2.64/473.33=53.26N?m* ?' T6 `* B  G" C' I2 `& A
      
* K" m2 y( y: l7 n+ G0 D5 R# i9 Z     TII =9.55p2入/n2=9550x2.53/121.67=198.58N?m
8 `) H0 e, _% K- `' o, a: ?1 K     
- X. ~7 Y7 H% j+ l! Q五、传动零件的设计计算
5 m3 I' i4 ?( j1、 皮带轮传动的设计计算
. \/ k9 U: l0 C! f5 K1 T3 D! t(1) 选择普通V带截型
) M1 `1 M0 T- |$ z) o; t3 X( z1 m由课本[1]P189表10-8得:kA=1.2   P=2.76KW0 M5 o  t2 U7 G. M6 ]/ c
PC=KAP=1.2×2.76=3.3KW
/ X$ k4 @7 `- Y( }8 t3 j, L据PC=3.3KW和n1=473.33r/min% s* e4 a: M1 T- @9 @& [- o( H) Z
由课本[1]P189图10-12得:选用A型V带# }6 j' f# N& n# R2 w( B
(2) 确定带轮基准直径,并验算带速- u! \) ?- a% ^
由[1]课本P190表10-9,取dd1=95mm>dmin=75! n' w! s" f* m
dd2=i带dd1(1-ε)=3×95×(1-0.02)=279.30 mm
$ g2 k7 \! ^9 x4 @5 V6 a由课本[1]P190表10-9,取dd2=280
% {5 [' b$ l4 n! v5 p5 [带速V:V=πdd1n1/60×1000% |# ?! l- R( T/ I
=π×95×1420/60×1000" t. B; a4 n, ~7 A  y+ R
            =7.06m/s& T% s+ S4 ?- g1 R# W
在5~25m/s范围内,带速合适。
& J! d9 \1 Y" q. ]! ^% u(3) 确定带长和中心距' K/ ]9 y2 e  P- x) J# t
初定中心距a0=500mm' F; w) |% M' r9 o1 P
Ld=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
0 n% t4 G( N$ N  M$ X9 E, C=2×500+3.14(95+280)+(280-95)2/4×450
, I* R; M% h5 I2 H9 l+ V* p$ f=1605.8mm8 z# _9 n" C: Q/ ~& U7 h1 u
根据课本[1]表(10-6)选取相近的Ld=1600mm
) U$ J0 g, J7 O$ y确定中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=500+(1600-1605.8)/2
4 j3 r6 z9 T9 m=497mm
1 a# H' I; G. R+ r" b0 D- I4 s9 e8 ~    (4)          验算小带轮包角3 I( A! u- Q/ ^; h: w# n
α1=1800-57.30 ×(dd2-dd1)/a, _. p+ U& T' H1 I
=1800-57.30×(280-95)/497" ]3 N: o4 X3 V1 {% n8 u2 C' I
=158.670>1200(适用)
  H8 O8 }! r% _8 ~; G   (5)       确定带的根数, J/ v3 _& O! y$ O
单根V带传递的额定功率.据dd1和n1,查课本图10-9得  P1=1.4KW
: P$ \) S4 C# H& L/ X4 C# Qi≠1时单根V带的额定功率增量.据带型及i查[1]表10-2得  △P1=0.17KW% i( R' t: C2 F, M8 Y) i0 B/ g' t
查[1]表10-3,得Kα=0.94;查[1]表10-4得 KL=0.99
; R9 Z! {* }* W$ FZ= PC/[(P1+△P1)KαKL]
: W0 k9 j- R8 c; }! Y=3.3/[(1.4+0.17) ×0.94×0.99]! N5 a: r& M  o4 E; @
=2.26  (取3根)
: J7 j9 D- ~# d+ ?     (6)        计算轴上压力
3 c% [/ k! c4 N由课本[1]表10-5查得q=0.1kg/m,由课本式(10-20)单根V带的初拉力:4 A4 E, _$ k0 P9 B1 t/ s, H: d
F0=500PC/ZV[(2.5/Kα)-1]+qV2=500x3.3/[3x7.06(2.5/0.94-1)]+0.10x7.062 =134.3kN
0 }5 p0 w- ]$ ~7 G& \1 D则作用在轴承的压力FQ: S7 q7 U  J% x  j8 [: P9 V
FQ=2ZF0sin(α1/2)=2×3×134.3sin(158.67o/2)
; l' `+ x8 {! K( S! _& x3 q6 c=791.9N
- ~) [- L9 ]9 x  [) t0 P" N( X1 {. O
2、齿轮传动的设计计算
* g/ ]- D2 \. B# H5 t% S! a(1)选择齿轮材料与热处理:所设计齿轮传动属于闭式传动,通常
5 P& i+ `! X* L7 A' J齿轮采用软齿面。查阅表[1] 表6-8,选用价格便宜便于制造的材料,小齿轮材料为45钢,调质,齿面硬度260HBS;大齿轮材料也为45钢,正火处理,硬度为215HBS;
6 @6 Z( V2 M" U" \精度等级:运输机是一般机器,速度不高,故选8级精度。9 P0 R* ]' I: ?' i9 \( j
(2)按齿面接触疲劳强度设计
* l/ y7 u5 h* o- p" a6 ]由d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
2 v. @7 E6 T8 L; y/ M确定有关参数如下:传动比i齿=3.89( t* |+ P- X% A3 i7 `
取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数:Z2=iZ1= ×20=77.8取z2=78                           
; p: O. j) x% e1 z3 e+ r/ Y由课本表6-12取φd=1.1
8 O" B. D& M4 m9 G(3)转矩T1
- u* p# z9 V, T$ [T1=9.55×106×P1/n1=9.55×106×2.61/473.33=52660N?mm$ Y3 s1 A# |6 d+ g  Y! c' n1 \
(4)载荷系数k  :  取k=1.2/ ?' Q" P9 X2 \0 M, t4 K
(5)许用接触应力[σH]
& U7 P: |7 D4 @; i3 _7 N- l[σH]= σHlim ZN/SHmin  由课本[1]图6-37查得:
$ z" I2 z+ b. u4 _! S! [7 VσHlim1=610Mpa   σHlim2=500Mpa
  f7 t; c7 S2 ]! U接触疲劳寿命系数Zn:按一年300个工作日,每天16h计算,由公式N=60njtn 计算; ^9 w+ B3 m% a
N1=60×473.33×10×300×18=1.36x109
, y2 l2 G( d& K% C( R/ ]N2=N/i=1.36x109 /3.89=3.4×108# H3 k% c) f5 `# h( B$ g7 S& @
查[1]课本图6-38中曲线1,得 ZN1=1  ZN2=1.053 h# h& W, o) p( }
按一般可靠度要求选取安全系数SHmin=1.01 `; @: p: u/ l
[σH]1=σHlim1ZN1/SHmin=610x1/1=610 Mpa8 a3 F  `; g3 W6 G1 T3 _) Q% `
[σH]2=σHlim2ZN2/SHmin=500x1.05/1=525Mpa* C% N( }5 d" F0 T
故得:6 P' N0 n) s4 X) M/ a; z
d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/32 A$ `2 |* d5 G9 ?4 [6 f5 U( \
=49.04mm
! n! ?8 [) Z. ^) s) r( X' `+ f; p模数:m=d1/Z1=49.04/20=2.45mm8 a/ u6 {6 g. `8 o( }
取课本[1]P79标准模数第一数列上的值,m=2.5& r, E, ^: ?" J( I- w) U
(6)校核齿根弯曲疲劳强度
3 h* F5 K3 `, Mσ bb=2KT1YFS/bmd1% J8 `4 J' P# y" X- t
确定有关参数和系数' j6 U) q! k& G' H4 Z
分度圆直径:d1=mZ1=2.5×20mm=50mm
" s5 {4 @( c; v! X  f" ~1 y* ~4 ]                 d2=mZ2=2.5×78mm=195mm2 f6 W: ?+ P" V7 x6 D
齿宽:b=φdd1=1.1×50mm=55mm  i1 n  R" J7 y' Q/ l7 B# m4 |
取b2=55mm   b1=60mm
* \- ]1 N! y7 J2 k5 V6 I(7)复合齿形因数YFs   由课本[1]图6-40得:YFS1=4.35,YFS2=3.95% Q! A4 p+ l) Z( ^! Z9 T* J- U8 `5 W
(8)许用弯曲应力[σbb]
1 ?9 P9 i* s, b根据课本[1]P116:
' Z6 r9 g! u& e, O  y[σbb]= σbblim YN/SFmin/ ]& J. ?% o- q! d% G4 m/ f3 `; E
由课本[1]图6-41得弯曲疲劳极限σbblim应为: σbblim1=490Mpa  σbblim2 =410Mpa+ q# C2 S. O3 E) e, S4 i* T
由课本[1]图6-42得弯曲疲劳寿命系数YN:YN1=1   YN2=10 L0 ]5 i) H* _
弯曲疲劳的最小安全系数SFmin :按一般可靠性要求,取SFmin =1
; D: ~; h1 i3 S计算得弯曲疲劳许用应力为4 E1 }% Y! C/ k6 l$ j1 a
[σbb1]=σbblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpa
3 D& ^7 @3 C7 }* A- @[σbb2]= σbblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa0 h# L8 t2 l2 Q# h5 u+ D
校核计算- ]/ d$ `! i$ D$ [
σbb1=2kT1YFS1/ b1md1=71.86pa< [σbb1]
( B+ ~) Q* N3 M! ^" C2 z- Lσbb2=2kT1YFS2/ b2md1=72.61Mpa< [σbb2]+ A2 w1 J# k# ?6 n5 u3 x. R: d" q; @% `
故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够8 P# E- _+ |; a8 j! l
(9)计算齿轮传动的中心矩a% K1 F8 n; [# W5 Z# N* {' W3 _" I1 N+ e% p
a=(d1+d2)/2= (50+195)/2=122.5mm
) w; g1 S4 i/ c1 T(10)计算齿轮的圆周速度V" o+ f) e: g! E, x: [' j6 \! P, m
计算圆周速度V=πn1d1/60×1000=3.14×473.33×50/60×1000=1.23m/s
; |- D1 P; `! X7 Q7 q1 d" e2 \因为V<6m/s,故取8级精度合适.) F9 z/ g: ?* g+ {+ w- S" O

* r) w6 D* P, P% d) s1 e; Q" M1 D+ ?8 @! p六、轴的设计计算: V/ S- O# a5 S" r
   从动轴设计
/ G: p" ?; h4 c, o% t& b5 m    1、选择轴的材料   确定许用应力( [; N! E' @. z$ s9 _
       选轴的材料为45号钢,调质处理。查[2]表13-1可知:/ `! {2 y4 ^. Y4 Q# D& D
       σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知:[σb+1]bb=215Mpa
9 r; b4 R, P4 f0 o" S       [σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa' u/ q- k8 K, z" b0 @& R* H' D
    2、按扭转强度估算轴的最小直径0 ^+ b4 k2 H+ `+ c7 i; I0 f4 s- |
       单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接,* q! x5 z" s9 A# U$ I& ]
从结构要求考虑,输出端轴径应最小,最小直径为:
* e7 p. L8 I7 x& L. o               d≥C
& N: W5 j% p9 C  E: c' l/ \  f4 L3 R       查[2]表13-5可得,45钢取C=118
9 u: Y4 g' E; b       则d≥118×(2.53/121.67)1/3mm=32.44mm  
" k% T. [5 E! h9 a# e; p$ H  }7 T( X5 v       考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准,取d=35mm
( H: Y% S) y. l* A6 L: r    3、齿轮上作用力的计算
* f  @! f# M6 I0 q       齿轮所受的转矩:T=9.55×106P/n=9.55×106×2.53/121.67=198582 N
! n' p: |' h8 L! D       齿轮作用力:( X) {0 h8 M! M6 {3 I* H
                  圆周力:Ft=2T/d=2×198582/195N=2036N
( u. u1 y9 |5 _                  径向力:Fr=Fttan200=2036×tan200=741N* s& u% }& m1 I- I" v; E
    4、轴的结构设计* g5 q* g% q$ Q
       轴结构设计时,需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式,按比例绘制轴系结构草图。
7 ]0 Y% E$ F* }3 B( n       (1)、联轴器的选择
1 f6 {; D6 a1 S! u0 j. M7 T3 J              可采用弹性柱销联轴器,查[2]表9.4可得联轴器的型号为HL3联轴器:35×82  GB5014-85, r1 \/ y: o+ T1 V8 `
       (2)、确定轴上零件的位置与固定方式; c2 G3 |  a# S- R
      单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,轴承对称布置% j" c, m- g7 J6 Q* P
      在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器,齿轮靠油环和套筒实现
/ h% Y- }' M# j轴向定位和固定,靠平键和过盈配合实现周向固定,两端轴
- L7 g. L7 e8 w( a6 \承靠套筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定 ,轴通$ z6 t2 c1 t5 ?
过两端轴承盖实现轴向定位,联轴器靠轴肩平键和过盈配合( C, B+ Y: ]0 C& I; y, n
分别实现轴向定位和周向定位
6 k! l6 f3 n# M8 z (3)、确定各段轴的直径
( t4 ~. j2 Q6 r5 F将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与联轴器相配(如图),
1 X4 `7 |& H" p# H考虑联轴器用轴肩实现轴向定位,取第二段直径为d2=40mm
6 C# F2 w0 @5 p% K; E$ J/ o齿轮和左端轴承从左侧装入,考虑装拆方便以及零件固定的要求,装轴处d3应大于d2,取d3=4 5mm,为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3,取d4=50mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d5
- H$ Y# S  x6 l) I: i满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=45mm." H* [- ~9 O  d( }9 G- I4 w+ |/ J
                 (4)选择轴承型号.由[1]P270初选深沟球轴承,代号为6209,查手册可得:轴承宽度B=19,安装尺寸D=52,故轴环直径d5=52mm.
' E) H, }1 ^% m4 i: d                 (5)确定轴各段直径和长度
" ]' K% F, S7 W9 \" T  U4 hⅠ段:d1=35mm   长度取L1=50mm) ]9 h- `9 `" \1 ~- l, E

% @, O) I- y3 lII段:d2=40mm
  {! l# @( ^* `; M6 |初选用6209深沟球轴承,其内径为45mm,
. O( Y2 S- i8 \/ N5 r/ y9 o宽度为19mm.考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm,通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度,并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定,为此,取该段长为55mm,安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长:: ^; H0 e4 N- j6 N
L2=(2+20+19+55)=96mm
4 u2 j, m6 \. N# h+ e; {/ uIII段直径d3=45mm' W) Z  h: Q9 n: Z$ r) J
L3=L1-L=50-2=48mm: b: x# i# G% L: B* J) Q: ]4 h' ~( l
Ⅳ段直径d4=50mm7 e8 p0 L% f, K
长度与右面的套筒相同,即L4=20mm/ R# f) O) t6 ~  y
Ⅴ段直径d5=52mm.  长度L5=19mm& ~" `, m* G) P$ S
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm! I0 b! v& S; Z5 @+ t, @1 N) a
(6)按弯矩复合强度计算
* i- ?1 b& j4 n/ _4 }7 w  j) X% z①求分度圆直径:已知d1=195mm
* f5 ~9 e  F  p②求转矩:已知T2=198.58N?m( C. d) d3 V3 C( m- v
③求圆周力:Ft* N" M1 I( ]* w/ C
根据课本P127(6-34)式得
$ o0 C" q/ l. w4 h8 t+ mFt=2T2/d2=2×198.58/195=2.03N
% k: |6 I# O; ?( B④求径向力Fr
8 S+ z4 P, f, ^) Y+ O" ]+ `( z根据课本P127(6-35)式得" }9 I7 Y& \" o3 i5 u0 H
Fr=Ft?tanα=2.03×tan200=0.741N9 [& E: P+ a7 j* i( U& U4 K
⑤因为该轴两轴承对称,所以:LA=LB=48mm4 ~+ D- i) N; c/ T: ~

  B) y3 u" n% E1 i0 {2 w5 I(1)绘制轴受力简图(如图a)
' a+ o3 y" r5 J; G(2)绘制垂直面弯矩图(如图b)
3 F! a! e2 G+ I% ^* ]% Y- R3 e轴承支反力:/ H7 H1 L5 D9 V9 k, B
FAY=FBY=Fr/2=0.74/2=0.37N
5 P! t. d0 t0 DFAZ=FBZ=Ft/2=2.03/2=1.01N
, x# ?# G5 Z4 Q0 I& k0 V: ^$ H; p由两边对称,知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为3 ~, R  D9 f$ U8 C6 M
MC1=FAyL/2=0.37×96÷2=17.76N?m0 m3 C, k) O* ]
截面C在水平面上弯矩为:
9 M+ N' b$ ^9 p' IMC2=FAZL/2=1.01×96÷2=48.48N?m2 e2 ~+ L' D% {( c' H
(4)绘制合弯矩图(如图d)" z& K* ~  R" _' O8 Q
MC=(MC12+MC22)1/2=(17.762+48.482)1/2=51.63N?m
. K% g3 V" M  z2 }(5)绘制扭矩图(如图e)& S8 ~" o) [& o- A' S
转矩:T=9.55×(P2/n2)×106=198.58N?m. a; M0 Z; f9 d5 o4 x( o; l8 `- G
(6)绘制当量弯矩图(如图f)& w; Y7 V* ~4 w1 \- {# g/ ~' X
转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化,取α=0.2,截面C处的当量弯矩:/ m% t1 b0 J+ c( y! o  v
Mec=[MC2+(αT)2]1/2
* [, c" l; J7 |=[51.632+(0.2×198.58)2]1/2=65.13N?m
7 ~& E& w7 s4 J0 ^+ E* @% d/ k9 r/ a; b(7)校核危险截面C的强度$ ?# T1 i+ c3 a
由式(6-3)
$ w1 o7 B- ^7 r6 V
$ @" G" q' W. n
) N2 ]8 \: a, A$ C1 x: k" }) k! u3 y$ J

3 @" g; M$ h0 U3 g
, w$ D5 m1 u5 V$ @7 h, Z5 a; k; }2 V* ^- f6 h( M

/ \* Y( u( W  Q2 G: A; z9 {) b. e/ O- _$ d  f

+ T: a2 K0 I! i 6 S. x; z1 u" I# x: @" Q# @% {
σe=65.13/0.1d33=65.13x1000/0.1×453; m7 i5 Q8 |: q0 ^
=7.14MPa< [σ-1]b=60MPa
, Z, W9 d* a' D2 G: a$ R) @∴该轴强度足够。
! G* @# T( L9 @5 X2 O: U  ^: p
4 }: R# x9 _) O5 }' M
- C2 B+ `$ b) I1 ?       主动轴的设计
* X/ |) o& s8 L' o0 Y* r+ a' ^      1、选择轴的材料   确定许用应力/ `/ n. z6 E$ R/ K9 m/ m
       选轴的材料为45号钢,调质处理。查[2]表13-1可知:2 v0 {* g" H/ E1 p
       σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知:[σb+1]bb=215Mpa
1 h$ [! F7 u, V+ N  V1 D       [σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa: p" o" J. n8 m) [
    2、按扭转强度估算轴的最小直径
& @! o; H# u% C5 s+ c! V6 a       单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接,
9 \# G' i$ A1 B从结构要求考虑,输出端轴径应最小,最小直径为:& J) Q2 D2 ?- Z3 Q6 C  }
               d≥C
& E9 I$ E! _1 b- X% I# x# \4 n. Z       查[2]表13-5可得,45钢取C=118
: D8 `% B1 P2 ~1 M- o       则d≥118×(2.64/473.33)1/3mm=20.92mm  
9 l* q. X3 B+ L. S7 c       考虑键槽的影响以系列标准,取d=22mm& U- p# M7 R( @) \% n4 h" b$ Q( i) }
    3、齿轮上作用力的计算$ b6 Y$ @2 Y8 t& w1 A
       齿轮所受的转矩:T=9.55×106P/n=9.55×106×2.64/473.33=53265 N
! u: B4 w4 U, m. g       齿轮作用力:7 M" G% H1 |% C
                  圆周力:Ft=2T/d=2×53265/50N=2130N
8 p6 Z6 D& j* [/ ?                  径向力:Fr=Fttan200=2130×tan200=775N6 ]) d4 L9 J8 [  z
           确定轴上零件的位置与固定方式
3 s! U$ \9 ~1 D( ^% J& w      单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,轴承对称布置
$ c% d% }6 S: V! ~6 P% ^      在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现  轴向定位和固定   
" }3 S* e) V2 I& S) j,靠平键和过盈配合实现周向固定,两端轴& s2 _& q2 W0 {3 A! h7 t
承靠套筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定 ,轴通/ z6 g3 z6 d( E) Z4 F
过两端轴承盖实现轴向定位,' U, o  V/ H1 {1 V5 U7 d0 u
4 确定轴的各段直径和长度
0 y% d# D3 ?- d' D  h0 \初选用6206深沟球轴承,其内径为30mm,
2 n/ K6 [/ l9 W+ K! s$ \宽度为16mm.。考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面与箱体内壁应有一定矩离,则取套筒长为20mm,则该段长36mm,安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
+ q6 E. Z- q+ j/ |(2)按弯扭复合强度计算
7 N8 i4 F$ u- ^3 I1 G①求分度圆直径:已知d2=50mm
8 `: I' R' |& B& R# g②求转矩:已知T=53.26N?m
! h7 t4 Z3 k& g% l" o4 s/ I③求圆周力Ft:根据课本P127(6-34)式得
" B+ V0 W! _  g2 Q, H/ l, z5 ^Ft=2T3/d2=2×53.26/50=2.13N
' ~8 s/ ]' j0 ]  [! C* n④求径向力Fr根据课本P127(6-35)式得& g! k- F$ ?5 L: ]; [
Fr=Ft?tanα=2.13×0.36379=0.76N
. b  Y" e3 \3 _) k⑤∵两轴承对称
1 q$ @( `1 n( T9 ^∴LA=LB=50mm% R5 \$ x; `; ^: y
(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ  }0 o6 E, N0 f9 b4 Z+ L
FAX=FBY=Fr/2=0.76/2=0.38N
# j% `' }& e2 W% SFAZ=FBZ=Ft/2=2.13/2=1.065N7 z' o% M8 v. o& o' \, p5 X! {
(2) 截面C在垂直面弯矩为
* w% D- K  }$ E6 iMC1=FAxL/2=0.38×100/2=19N?m! m; `: ^; {6 q# H. a/ B* t
(3)截面C在水平面弯矩为
  O- k/ j" d- P( BMC2=FAZL/2=1.065×100/2=52.5N?m
, c+ F' M  i, r; b- y7 S% V(4)计算合成弯矩
- ^# G, _# p/ X. B% _6 ^# C4 c8 BMC=(MC12+MC22)1/2
2 D5 R4 R3 H  `5 L=(192+52.52)1/2
7 O$ B, X! }! o6 i+ ?- j=55.83N?m
. M) C5 Z) T7 J& C! B(5)计算当量弯矩:根据课本P235得α=0.4/ _9 g% ?3 }4 `( h( m7 |* z
Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[55.832+(0.4×53.26)2]1/2
3 K+ U4 [' {7 @=59.74N?m/ S5 H6 }* \% `: E* N# F
(6)校核危险截面C的强度
7 E6 w. Y1 w  \! A0 A由式(10-3)
& z* b  Z4 d7 Y- {: N; Qσe=Mec/(0.1d3)=59.74x1000/(0.1×303)
6 g5 o0 A, N! ?+ z! ~9 G$ z=22.12Mpa<[σ-1]b=60Mpa, M2 a, U8 ?; c) e$ v& I4 C
∴此轴强度足够
  q7 V" u6 a7 h7 @, l* t3 z0 K) |9 v
/ P+ ]. e2 B3 O
(7) 滚动轴承的选择及校核计算' z% n" A/ O& l) R
       一从动轴上的轴承. Z  R  \+ m1 }: t( N8 m
根据根据条件,轴承预计寿命3 z0 {4 f1 r. l  x
L'h=10×300×16=48000h         
* K% y1 n8 G6 R(1)由初选的轴承的型号为: 6209,
, K- V& `4 k9 Y) z& f1 N     查[1]表14-19可知:d=55mm,外径D=85mm,宽度B=19mm,基本额定动载荷C=31.5KN, 基本静载荷CO=20.5KN,     
4 o) }5 y* @# j! c  y; l# e: j     查[2]表10.1可知极限转速9000r/min 4 U0 f+ y, k( n* G7 K
           
% j# V4 r+ b0 N5 _1 Q- P4 C7 G/ j        (1)已知nII=121.67(r/min)
  g4 T& x/ j9 i- x% D, y, X1 S; h1 y' J+ H6 \! W" r
两轴承径向反力:FR1=FR2=1083N; W% E$ C, ^5 i; _1 {
根据课本P265(11-12)得轴承内部轴向力3 @5 x7 T& _8 \4 C8 c4 p$ ?
FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1083=682N
2 A1 h6 |- `# E! I(2) ∵FS1+Fa=FS2   Fa=0
7 u. C: M  r2 ?* V8 i& T) I, S5 J故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端
( M9 c2 r/ o! M) ?5 G4 h8 Y5 CFA1=FS1=682N   FA2=FS2=682N' |4 H: W! l6 a- E; }7 a' B
(3)求系数x、y  I1 W6 v0 J: a9 o7 K
FA1/FR1=682N/1038N =0.635 a' W* e' H0 w' ]$ [/ n
FA2/FR2=682N/1038N =0.63
3 k, m  z0 }$ `/ Y* v  J' s+ ~根据课本P265表(14-14)得e=0.68& N" [! C7 Y! K6 m) x+ C" ?' P
FA1/FR1<e    x1=1    FA2/FR2<e    x2=1+ D# H+ S6 G) }: o4 q
y1=0                y2=0+ p" g- ?( p8 C$ S8 u$ @8 v
(4)计算当量载荷P1、P2
! |9 v( n# {" F6 Q根据课本P264表(14-12)取f P=1.5) s# L9 n9 t5 O# _
根据课本P264(14-7)式得0 `$ N( y6 ?. r* H2 m- z' Y! K5 L
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1083+0)=1624N3 B7 o* Z) m# j; y9 U0 F3 W
P2=fp(x2FR1+y2FA2)= 1.5×(1×1083+0)=1624N. d" I# h4 a# P, H5 d$ Z1 @
(5)轴承寿命计算6 K  }: k: G  a$ S( d# P
∵P1=P2  故取P=1624N
) a% f  U  b' q, |∵深沟球轴承ε=3
& E( p, J" b6 U5 r& {* g: U根据手册得6209型的Cr=31500N
7 E' X4 ]2 B) p2 z" j- {5 R由课本P264(14-5)式得4 |% W* n: U& J( \% H* P+ d& J
LH=106(ftCr/P)ε/60n5 y; e  f; v5 e
=106(1×31500/1624)3/60X121.67=998953h>48000h
- `! Q  ]: y* {  F∴预期寿命足够
/ c& ^  [' ^. D7 h6 e' X3 [& M/ a1 ^9 j7 j4 }
                    5 y. W' n$ o, j+ p4 J4 Y' }5 {
            二.主动轴上的轴承:
  `2 s% }' B, b# N! Z: x       (1)由初选的轴承的型号为:6206
2 S4 l& \4 {% A4 o* m     查[1]表14-19可知:d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,
3 ]/ @! }4 r6 K$ Q- m9 _; K' H9 i9 p0 X基本额定动载荷C=19.5KN,基本静载荷CO=111.5KN,
6 D7 R% d! P# g0 ~1 u        查[2]表10.1可知极限转速13000r/min
3 p* s  n3 g) |           根据根据条件,轴承预计寿命
2 H; [4 A4 x3 Q, R- K3 CL'h=10×300×16=48000h         
$ S8 a- i$ t/ L3 p3 ]        (1)已知nI=473.33(r/min)
3 \' U# _( v0 \+ g两轴承径向反力:FR1=FR2=1129N1 `1 H* W. _4 M$ a6 X
根据课本P265(11-12)得轴承内部轴向力
2 k8 y2 l6 d4 E& b( lFS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1129=711.8N
# Z4 `: s7 R8 B; i# X(2) ∵FS1+Fa=FS2   Fa=04 m6 `9 n. [2 O; O( r7 [
故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端, }6 k( F1 A3 K* D
FA1=FS1=711.8N   FA2=FS2=711.8N
0 U2 a$ `, j; s+ e' c% k8 l(3)求系数x、y% f- `/ \; O# A5 L: r
FA1/FR1=711.8N/711.8N =0.630 [$ O/ \- d6 C: r/ c% B  ^/ t
FA2/FR2=711.8N/711.8N =0.63
) C/ l" ^- i) v0 W0 V) G根据课本P265表(14-14)得e=0.689 l; y! [+ p' u9 R: c% E* |) d
FA1/FR1<e    x1=1    FA2/FR2<e    x2=1
6 |' g& M7 ?9 V# z* _9 |y1=0                y2=03 G+ x. w7 {. ^$ `6 Y
(4)计算当量载荷P1、P2
* C# O2 N5 j. G' w# w7 V% d* r& |, {根据课本P264表(14-12)取f P=1.5
8 v  y& {0 U$ l6 q# L  h+ j根据课本P264(14-7)式得
: j8 P5 s6 C$ h1 v. _. QP1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1129+0)=1693.5N
3 B. y. f( }7 }. }! H3 A) m/ MP2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×1129+0)= 1693.5N* c0 Q% |- j  f$ S* j3 ]1 ?! E1 a
(5)轴承寿命计算
9 ~; J, ~  a  v/ w∵P1=P2  故取P=1693.5N
& M. V' E: O2 s5 @* y( T& i∵深沟球轴承ε=3
+ e' _9 n4 J. h根据手册得6206型的Cr=19500N
/ _# _( G. l- C2 V5 M1 U: e由课本P264(14-5)式得+ J, ]$ Y' h9 ]) D8 d# E
LH=106(ftCr/P)ε/60n
- q9 e: z: i' {3 B/ [=106(1×19500/1693.5)3/60X473.33=53713h>48000h
" V! Z1 @* i, _# F: I* h' Y∴预期寿命足够
4 x0 A9 A4 b; K" S
+ {7 B" d5 f% R( R( c1 F七、键联接的选择及校核计算, ~1 A& }8 J8 L5 k  |6 y
1.根据轴径的尺寸,由[1]中表12-6# {# C  J& ?, N
高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为:键8×36 GB1096-792 S  _% c8 ?7 o. D* z, P4 S
大齿轮与轴连接的键为:键 14×45  GB1096-79
# K, ?6 n9 ]) T5 P6 X+ g* H2 y$ z轴与联轴器的键为:键10×40  GB1096-79
" c$ }8 J/ ?" a( }0 d8 h: O2.键的强度校核
5 H! G) b: p5 ~9 M  大齿轮与轴上的键 :键14×45 GB1096-79
0 O- Y! Z+ c' t1 F/ kb×h=14×9,L=45,则Ls=L-b=31mm
) c2 |. L+ w1 y7 z4 H圆周力:Fr=2TII/d=2×198580/50=7943.2N
% G1 s5 d8 c3 H7 o+ r7 [, c* J挤压强度: =56.93<125~150MPa=[σp]4 v/ E  R6 e/ Z: L/ V9 H! l/ I
因此挤压强度足够
, N. e6 N  G/ j- e/ p+ U) w剪切强度: =36.60<120MPa=[ ]: j8 n  V: r, w% N7 g( i1 I
因此剪切强度足够8 k" v0 Z4 T+ I
键8×36  GB1096-79和键10×40  GB1096-79根据上面的步骤校核,并且符合要求。! J  t+ B5 A9 ]2 J
) n  F7 ]7 }' ?; L- x
八、减速器箱体、箱盖及附件的设计计算~
( u" ]& T+ N  G! M1、减速器附件的选择5 v. p8 t/ p& a
通气器
, P# C& {6 X1 `+ t7 H8 @由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5% Y. C; g7 M+ H* ]! c* I- _! b
油面指示器
! T% i0 |9 o4 h" @7 Y1 q" s4 U选用游标尺M12
5 q( P# I: b" R2 |" K起吊装置$ P2 u. m% Z3 ]  N! J. _% h
采用箱盖吊耳、箱座吊耳., U6 c+ w) i0 M5 H$ a- J- ^
: c6 e4 s1 j0 N+ h, z
放油螺塞4 \2 V2 o+ p. I* d  d: z
选用外六角油塞及垫片M18×1.57 Q, `7 l6 U: I
根据《机械设计基础课程设计》表5.3选择适当型号:
* N5 G/ w$ C0 n$ Q& F起盖螺钉型号:GB/T5780   M18×30,材料Q235
! n* r$ i  f4 b! [5 k3 Y- P0 Z( V) i高速轴轴承盖上的螺钉:GB5783~86 M8X12,材料Q235
  n% K. K# Y  h( c: y低速轴轴承盖上的螺钉:GB5783~86 M8×20,材料Q2356 F& d* N! N$ Z, w' {6 _$ ?
螺栓:GB5782~86 M14×100,材料Q235
; l5 l5 L/ R# W8 Q& M/ P- y: H7 c4 N箱体的主要尺寸:
/ K0 l% \* o- g" ^) B8 B6 X
) p6 Z/ n6 t$ d5 H& V! Z      (1)箱座壁厚z=0.025a+1=0.025×122.5+1= 4.0625                                                                取z=8
/ b% J% J9 [2 C$ w% Q                 (2)箱盖壁厚z1=0.02a+1=0.02×122.5+1= 3.45
! ]4 x+ x+ J& W9 T                                                                取z1=8
! Q6 B3 \2 r; ^2 r8 C, l2 ]; [* E/ q                 (3)箱盖凸缘厚度b1=1.5z1=1.5×8=125 K& a' _0 P5 y0 W. G
                 (4)箱座凸缘厚度b=1.5z=1.5×8=12
) X% X7 C) }$ `/ d                 (5)箱座底凸缘厚度b2=2.5z=2.5×8=20
2 {* F$ X5 s2 t# q$ r9 c/ `, Y1 \% D, W
                 (6)地脚螺钉直径df =0.036a+12=
* t2 Y3 i' F# s8 V* z                                       0.036×122.5+12=16.41(取18)
2 d. z; i' o: J5 V4 m                 (7)地脚螺钉数目n=4  (因为a<250) * g) n0 `( W% D
                 (8)轴承旁连接螺栓直径d1= 0.75df =0.75×18= 13.5   (取14)                     
; {5 g$ {; ]( T& t8 {, H                 (9)盖与座连接螺栓直径 d2=(0.5-0.6)df =0.55×                                                                                                                 18=9.9       (取10)                                                  
/ C  M+ u, ~) y. `, D: |                 (10)连接螺栓d2的间距L=150-200+ f  i7 L; V4 H5 K
                 (11)轴承端盖螺钉直d3=(0.4-0.5)df=0.4×18=7.2(取8) ' o7 `/ y2 N+ ~' `; J% e" q% H
                 (12)检查孔盖螺钉d4=(0.3-0.4)df=0.3×18=5.4 (取6)
, I! C) F, g" ^& ~2 E9 j- c3 {                 (13)定位销直径d=(0.7-0.8)d2=0.8×10=8& h5 ~( W3 r3 V% u. J
                 (14)df.d1.d2至外箱壁距离C1+ g  h7 V4 {5 k) t+ J. H
                 (15)    Df.d2
. y! _+ \& m6 c( I/ r                 $ E& ~4 j  D: v# Q/ O0 r0 N- x- g
                 (16)凸台高度:根据低速级轴承座外径确定,以便于扳手操作为准。
. \3 f- n0 F$ f0 q+ v, }/ G(17)外箱壁至轴承座端面的距离C1+C2+(5~10)
3 I  n2 S  ?6 S8 }- ?7 B(18)齿轮顶圆与内箱壁间的距离:>9.6 mm      
0 x# `5 n. f, u# ~- N) _' g  o(19)齿轮端面与内箱壁间的距离:=12 mm  
7 B# [: I  `+ I1 r/ t8 I(20)箱盖,箱座肋厚:m1=8 mm,m2=8 mm   
3 X  i" a6 \# l# i, C6 J(21)轴承端盖外径∶D+(5~5.5)d3" I" B/ w5 s) @( Q3 z

, b: H4 z& x6 u: n! k+ k7 {                D~轴承外径1 P# S, x6 f; ^8 P) [8 k6 o
(22)轴承旁连接螺栓距离:尽可能靠近,以Md1和Md3 互不干涉为准,一般取S=D2.
! z" d; B; @) k7 }+ R& w# Q2 z' K$ ?' x+ x! L4 _
9 ?' @+ e1 V: m, f% @3 r$ D( C$ q
九、润滑与密封
2 l& S0 w' v8 @6 @) z1.齿轮的润滑
! f+ n3 Y( L( h8 l! p9 k  Q采用浸油润滑,由于为单级圆柱齿轮减速器,速度ν<12m/s,当m<20 时,浸油深度h约为1个齿高,但不小于10mm,所以浸油高度约为36mm。9 H* o+ w, V/ O9 {
2.滚动轴承的润滑! [, j: c0 u* M2 ^$ z. Q
由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。# [2 K( \* K' \
3.润滑油的选择1 }+ Q3 E" a6 W$ c5 g
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利,考虑到该装置用于小型设备,选用GB443-89全损耗系统用油L-AN15润滑油。
) K  C9 L% `" E6 E; h4.密封方法的选取
  u$ z( ~  e, _8 d9 N选用凸缘式端盖易于调整,采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为GB894.1-86-25轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。
- B  T8 x" [! P) y) ~! j8 P
$ d" K0 X/ V. Z- |# f! `, k8 t/ Z. A, j" p
十、设计小结
$ Y1 d7 D) Z8 R% t/ L课程设计体会
4 T. l- g; F, q课程设计都需要刻苦耐劳,努力钻研的精神。对于每一个事物都会有第一次的吧,而没一个第一次似乎都必须经历由感觉困难重重,挫折不断到一步一步克服,可能需要连续几个小时、十几个小时不停的工作进行攻关;最后出成果的瞬间是喜悦、是轻松、是舒了口气!' y: f# ^$ \0 v- g: M! B* i; m
课程设计过程中出现的问题几乎都是过去所学的知识不牢固,许多计算方法、公式都忘光了,要不断的翻资料、看书,和同学们相互探讨。虽然过程很辛苦,有时还会有放弃的念头,但始终坚持下来,完成了设计,而且学到了,应该是补回了许多以前没学好的知识,同时巩固了这些知识,提高了运用所学知识的能力。. k6 Y2 q; d( j4 }" B  O! E

# m8 r$ O" r8 \6 s" f. l* G3 g/ i1 i. w; d' c6 n0 ]- i" {2 |
十一、参考资料目录9 z* X* E& B, h
[1]《机械设计基础课程设计》,高等教育出版社,陈立德主编,2004年7月第2版;
$ b. _$ |4 g+ Z! ~+ A- Z6 o' i[2] 《机械设计基础》,机械工业出版社  胡家秀主编  2007年7月第1版
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