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一、传动方案拟定2 a& J8 T8 g8 }. c6 o, o$ o3 b# O
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 h* X3 H% P0 y' M* o) w5 Z/ k, v
(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。- u& r+ @' w4 v- M5 B
(2) 原始数据:滚筒圆周力F=1.7KN;带速V=1.4m/s;
" p( Z; b$ ?4 U' z滚筒直径D=220mm。
) o' ~. _; M) D8 ~! e8 N5 F7 _ 运动简图
5 k8 }# @9 j2 {0 k二、电动机的选择! G2 G6 s' _* a4 |! q, @; l
1、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。6 }$ l* [: z0 ]) {
2、确定电动机的功率:4 t9 A0 h# P+ l- s, b
(1)传动装置的总效率:
0 V, _8 Q1 j( h! X+ wη总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
3 _+ V+ ]! m/ u. T n( ~=0.96×0.992×0.97×0.99×0.95
" i8 @. m+ W9 f/ V=0.86
% R0 ^& r% Q' m& t9 L(2)电机所需的工作功率:
9 W. d% i' }1 b5 h X @Pd=FV/1000η总
/ ^( H! A% J1 \) T% ]3 q=1700×1.4/1000×0.86 % V6 A+ m4 V7 a! e
=2.76KW
/ Q; b* P8 j# {$ e3、确定电动机转速:
* G2 g" k4 K# j! O" Z& V滚筒轴的工作转速:
5 M0 b9 Q4 c. {, d9 [Nw=60×1000V/πD
. f; |2 G+ X3 ?6 d=60×1000×1.4/π×220( c- t8 ]6 o- Q/ p/ f7 X$ H
=121.5r/min
9 x- s5 ^. \' y1 k
6 b& V q U. o* d( m; d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% N( u3 ]+ o s6 b# G
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5 t" U; V, J1 z) K1 i z: @) h
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
' \# C1 t( {) S4 }) A, ]4 L Y KW 同转 满转 总传动比 带 齿轮
* J. W1 R) [/ O! s1 Y132s-6 3 1000 960 7.9 3 2.63
2 I) r7 a7 a8 I4 v! r# j2 Y100l2-4 3 1500 1420 11.68 3 3.89
! g" t; l$ \% [9 w4 ^# G* B
+ t o" h1 }& S. v% w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。3 N8 Y4 Q4 u @9 c8 S
4、确定电动机型号3 j' r: O- o" P1 r7 A; E; n6 w9 \" m
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
( O; ` [9 P$ I( b S! DY100l2-4。
4 _/ {: c& O5 J C# S0 V其主要性能:额定功率:3KW,满载转速1420r/min,额定转矩2.2。, t r8 X4 ^- m: k2 B
三、计算总传动比及分配各级的传动比
4 U- a$ A! N* b! ~8 R2 h1、总传动比:i总=n电动/n筒=1420/121.5=11.689 y1 G3 {/ q M' x1 Y5 f% E
2、分配各级传动比8 m: e8 S, g3 b4 g; U% ^) h
(1) 取i带=3
q$ d! e, ~5 Y& j6 y(2) ∵i总=i齿×i 带π
# a. Z( m, M8 A; ~5 I& x∴i齿=i总/i带=11.68/3=3.89+ H% H7 ] v6 g6 f
四、运动参数及动力参数计算! W( q' F- X) i Z+ j" G! d6 c
1、计算各轴转速(r/min)3 x: V# J8 q* T9 @7 e+ S. S
nI=nm/i带=1420/3=473.33(r/min)& j) R5 S( Y% |5 c( y& [9 i
nII=nI/i齿=473.33/3.89=121.67(r/min)
- S3 Y% _: {, C8 g, `: X& W滚筒nw=nII=473.33/3.89=121.67(r/min)! I' x8 l! Z7 d* R0 T$ F5 f
2、 计算各轴的功率(KW)( W. `% O5 W& L0 V/ w
PI=Pd×η带=2.76×0.96=2.64KW! r4 J0 O7 q* t
PII=PI×η轴承×η齿轮=2.64×0.99×0.97=2.53KW
8 n: y4 S& A; f# n/ P1 `, M- J, k* }* X+ q
3、 计算各轴转矩
' {8 e5 Q$ `6 Q' x! RTd=9.55Pd/nm=9550×2.76/1420=18.56N?m! B) \/ d7 O% r/ o
TI=9.55p2入/n1 =9550x2.64/473.33=53.26N?m
* S& T2 E7 G# x# u' y( N9 l R' l
' ] y5 l& ~& D1 X# G7 g8 ]5 M0 P TII =9.55p2入/n2=9550x2.53/121.67=198.58N?m
* Q* Z3 f6 [% V5 D1 t ; J {& b7 X) ^# ]
五、传动零件的设计计算
1 G8 |" O& T; c1、 皮带轮传动的设计计算
* H' o9 \( l y+ j(1) 选择普通V带截型% X9 i w' ]; w8 N; z% Z+ i
由课本[1]P189表10-8得:kA=1.2 P=2.76KW- I: [) g: [( R7 B6 @: k! m
PC=KAP=1.2×2.76=3.3KW, K$ ?/ Y+ f; O. `
据PC=3.3KW和n1=473.33r/min
8 T! [& n" i# U7 X7 H* c由课本[1]P189图10-12得:选用A型V带
' }. f) ^) h8 W/ X- a* a& |+ E(2) 确定带轮基准直径,并验算带速6 g( g0 e# F+ m! |6 }3 v% [
由[1]课本P190表10-9,取dd1=95mm>dmin=75
- c1 m" v) J+ ?3 o( ^dd2=i带dd1(1-ε)=3×95×(1-0.02)=279.30 mm
: y4 U2 M: S- R1 D* `( s由课本[1]P190表10-9,取dd2=280
% [: b/ B3 M" l! f带速V:V=πdd1n1/60×1000
, y' {% Y+ c% j m% V8 x=π×95×1420/60×10003 v- N2 r' ?$ _$ H* L" k& x
=7.06m/s6 ^' X& G6 `/ D) I$ R( H
在5~25m/s范围内,带速合适。
2 C# I4 z: R+ C$ W; `* ](3) 确定带长和中心距
9 k0 t7 w. E4 ~# r. j初定中心距a0=500mm
- _+ ^3 z1 v7 `. e' h I, q7 VLd=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
$ |+ Q* y; U. A7 M=2×500+3.14(95+280)+(280-95)2/4×4509 k5 X f0 F) k. |5 L I P8 [
=1605.8mm9 n L2 x) W8 _; P6 s; a# [
根据课本[1]表(10-6)选取相近的Ld=1600mm W9 m: j2 E7 |
确定中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=500+(1600-1605.8)/2
. [5 a' n' ~2 s=497mm
% [# g0 ?/ l( j# j# z- U! B (4) 验算小带轮包角9 F9 n7 `) U" b0 z
α1=1800-57.30 ×(dd2-dd1)/a
+ u# [3 S- f) O+ J9 G=1800-57.30×(280-95)/497
/ G) }9 W: [" {9 c2 J7 V3 s=158.670>1200(适用)" h9 C* F% D6 E* P9 p
(5) 确定带的根数
/ g0 w0 T6 i5 Q! j. g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
" ] u7 L1 I4 j9 P0 l1 Oi≠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+ U" ~( j n( H/ D, B
查[1]表10-3,得Kα=0.94;查[1]表10-4得 KL=0.99
5 ^$ b |4 _$ p& F% o% fZ= PC/[(P1+△P1)KαKL]5 j& s2 ^6 F( T% U2 R) I* W+ N
=3.3/[(1.4+0.17) ×0.94×0.99]
, M1 V4 f8 _7 |* C, z8 J+ F( N=2.26 (取3根)4 o9 U8 y0 I4 T$ ^3 d4 \
(6) 计算轴上压力
& ~4 v" v% V0 N n- j/ P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:
9 y! y. a0 E5 ]+ a8 L$ M$ kF0=500PC/ZV[(2.5/Kα)-1]+qV2=500x3.3/[3x7.06(2.5/0.94-1)]+0.10x7.062 =134.3kN# b$ G7 D% y" E; w6 {
则作用在轴承的压力FQ1 L" n x! j3 \4 d0 H- Z8 _
FQ=2ZF0sin(α1/2)=2×3×134.3sin(158.67o/2)
* n9 u$ t" A8 k E3 Z- r" e2 B=791.9N
/ f: J% H6 m I: f- |- g$ }$ E$ i" W) i* {' \; g& g$ \4 \% T
2、齿轮传动的设计计算! Y2 Y" S5 d# T9 e( S. y1 u5 g
(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
$ X' i. |8 @7 y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;% z# w3 y( y+ c" r* z8 ]
精度等级:运输机是一般机器,速度不高,故选8级精度。
. J6 S. X- K& |4 Z( }(2)按齿面接触疲劳强度设计" N1 k/ E" g0 _5 U
由d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/32 P& A2 B6 W& I8 @5 [
确定有关参数如下:传动比i齿=3.89
I2 c. g% @. x4 j0 Y( c0 z取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数:Z2=iZ1= ×20=77.8取z2=78
B) E# J# I; e0 v由课本表6-12取φd=1.11 i' y2 V8 D i9 a
(3)转矩T1
% [3 q5 U2 M Y/ \1 o2 X, `' IT1=9.55×106×P1/n1=9.55×106×2.61/473.33=52660N?mm
5 p: S8 v P0 I! s! @(4)载荷系数k : 取k=1.2
% P1 m: |" B! p. [2 \4 F5 e* u! A. \(5)许用接触应力[σH]3 [) w6 ?: B7 e7 x
[σH]= σHlim ZN/SHmin 由课本[1]图6-37查得:* I7 w8 h5 w* H$ w/ F
σHlim1=610Mpa σHlim2=500Mpa, f* \( V% A( ]. Q
接触疲劳寿命系数Zn:按一年300个工作日,每天16h计算,由公式N=60njtn 计算8 Y7 i+ {5 F! ]' a/ @
N1=60×473.33×10×300×18=1.36x1099 Y) R5 A+ P+ d$ C+ z8 |2 c
N2=N/i=1.36x109 /3.89=3.4×108
( F) i" H0 `3 D" d" m/ b, x2 J/ l* W' N查[1]课本图6-38中曲线1,得 ZN1=1 ZN2=1.05* E3 F/ m2 y5 W$ h0 S( x/ B
按一般可靠度要求选取安全系数SHmin=1.0
! {% d+ E# \3 j[σH]1=σHlim1ZN1/SHmin=610x1/1=610 Mpa* k( O( n# k1 U. D1 f% |$ `8 O
[σH]2=σHlim2ZN2/SHmin=500x1.05/1=525Mpa* H, G# I( v6 Q! `2 Y' N
故得:
/ ?1 i3 ~8 |* q# o& V+ X2 nd1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
( @) I( S& \! M=49.04mm / X5 s1 i8 A, M4 u" \) n# a+ `
模数:m=d1/Z1=49.04/20=2.45mm; `, N3 r4 O8 _7 W* ~) C
取课本[1]P79标准模数第一数列上的值,m=2.5
$ Y; d1 Q0 _# |2 O8 O(6)校核齿根弯曲疲劳强度* @5 ~" A$ e7 V" e- X4 o
σ bb=2KT1YFS/bmd14 Y/ Y9 z; U2 Y) ]% V `; H
确定有关参数和系数
0 x; I' K% {; {. s) i% _6 a% V( w分度圆直径:d1=mZ1=2.5×20mm=50mm6 |- h6 L7 Z7 M3 T) ?/ D3 p
d2=mZ2=2.5×78mm=195mm" T+ h+ Y3 h' n z b
齿宽:b=φdd1=1.1×50mm=55mm
, ~/ g, ~# l0 ^6 J* g! ]( G4 b0 K取b2=55mm b1=60mm
2 _/ w& f) T0 I; L6 ?& w(7)复合齿形因数YFs 由课本[1]图6-40得:YFS1=4.35,YFS2=3.95& w0 o7 s9 l$ q! ?
(8)许用弯曲应力[σbb], H. v7 M: E8 g
根据课本[1]P116:
) a( B9 k5 D8 C1 M5 o1 f" F[σbb]= σbblim YN/SFmin# Q. W. t0 T6 m6 B& O0 F
由课本[1]图6-41得弯曲疲劳极限σbblim应为: σbblim1=490Mpa σbblim2 =410Mpa& \/ I. d1 X" Z/ p0 x3 \% N3 N0 r1 `
由课本[1]图6-42得弯曲疲劳寿命系数YN:YN1=1 YN2=14 X3 c+ g7 `4 c) W0 K
弯曲疲劳的最小安全系数SFmin :按一般可靠性要求,取SFmin =1- q6 x4 V5 O; V; V3 @% u
计算得弯曲疲劳许用应力为# _; `; B& I$ ~8 k2 G+ H
[σbb1]=σbblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpa
* {8 A/ ~* @: w# U& q6 w6 d[σbb2]= σbblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa# F& n1 p( l" ~# V# H3 u, J; W7 W
校核计算' \1 e( J9 d$ q" |
σbb1=2kT1YFS1/ b1md1=71.86pa< [σbb1]
: i. m9 X- b* F% C yσbb2=2kT1YFS2/ b2md1=72.61Mpa< [σbb2]
* ^, H- b( z" W6 r6 i) q故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够! ]+ T3 ?" Q3 B" E
(9)计算齿轮传动的中心矩a
4 _9 Z; g5 X( P% @ ~) y4 [a=(d1+d2)/2= (50+195)/2=122.5mm$ G$ @0 O# N6 a- t2 ?7 H
(10)计算齿轮的圆周速度V
: n. W$ o) W* v0 x计算圆周速度V=πn1d1/60×1000=3.14×473.33×50/60×1000=1.23m/s! V1 r0 l. Z6 q0 f6 ], ^
因为V<6m/s,故取8级精度合适.0 g, d( ~9 H3 D3 x9 B: W% D/ H. b
) l* |$ Z' m5 r& }
六、轴的设计计算9 q( Y$ }9 Q1 B [1 a( c
从动轴设计4 w7 G1 [. Q- p8 c( S
1、选择轴的材料 确定许用应力
3 `' H7 |" O- @5 ?, l 选轴的材料为45号钢,调质处理。查[2]表13-1可知:
# n: u6 L' M" g0 i$ ~# D5 p9 e σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知:[σb+1]bb=215Mpa
' |6 J4 x, z! Z( C [σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
; Q$ _0 _. L F' r/ ]# c- m) r 2、按扭转强度估算轴的最小直径7 H; h2 u# C$ Y4 `2 a* m# S
单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接,) K* w/ o; s& u4 H+ g
从结构要求考虑,输出端轴径应最小,最小直径为:) X, I3 T4 D) t/ m
d≥C % g$ s }7 B) _( I+ I" Z1 u. U- v
查[2]表13-5可得,45钢取C=118+ x* G, ]: z: f8 B! R
则d≥118×(2.53/121.67)1/3mm=32.44mm
% ]! w- g' d% M2 B 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准,取d=35mm6 Y$ s. s* f. Z3 c& `1 }- w
3、齿轮上作用力的计算0 I% n. l3 O8 D. w" G: |
齿轮所受的转矩:T=9.55×106P/n=9.55×106×2.53/121.67=198582 N" }! R# Y# h% l. ]- {, T0 G5 Q
齿轮作用力:; n! f1 o4 t2 v6 e8 |
圆周力:Ft=2T/d=2×198582/195N=2036N4 k5 u6 V1 h' g5 b$ D6 J+ Y
径向力:Fr=Fttan200=2036×tan200=741N+ r7 N4 r) u3 T6 u- K
4、轴的结构设计3 R& D' O: E: g3 s. F8 A4 h" Z- s! R; O
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。
1 O/ {5 B$ P4 Z1 R- E (1)、联轴器的选择
; `. q) V2 p; Y- a% j+ b* t 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, l, o; Q; h$ W( X) K
(2)、确定轴上零件的位置与固定方式
$ }8 U' h1 S2 V 单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,轴承对称布置
$ y9 P* ^1 X( T" _9 M5 t 在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器,齿轮靠油环和套筒实现 D7 i. E8 h+ h( o& M
轴向定位和固定,靠平键和过盈配合实现周向固定,两端轴4 D. u7 C$ ?. Z; M7 a/ e/ K3 o
承靠套筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定 ,轴通
- l3 L4 v3 ]* A" Y7 Q8 a: i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
0 b2 V& H6 h7 g分别实现轴向定位和周向定位
7 ~( ^3 r2 |1 h* |" b (3)、确定各段轴的直径
+ t# P7 e9 u4 m! G3 e将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与联轴器相配(如图),
9 Q9 g+ {/ l O% H/ ]考虑联轴器用轴肩实现轴向定位,取第二段直径为d2=40mm0 U1 m* ~9 m. S6 R4 j, m( b
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' x+ b1 p& i( N5 ?
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.6 G7 Z* t* ]$ Y/ n, Y, {
(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.
$ }; g- [) n5 b/ h (5)确定轴各段直径和长度
, _; v% Q9 o+ M9 j! [Ⅰ段:d1=35mm 长度取L1=50mm
) b K8 }% c N3 U6 {! N% ^
+ E( N2 Z& @3 M9 y7 dII段:d2=40mm & Y S$ ]) B$ p+ [( _
初选用6209深沟球轴承,其内径为45mm,
) L( b6 m6 K6 v( P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:4 A) Q) I% q1 G
L2=(2+20+19+55)=96mm
; l/ [1 ^( G' U0 TIII段直径d3=45mm' y- j$ T v$ ~3 J( c
L3=L1-L=50-2=48mm
7 E* d5 F. g5 O- PⅣ段直径d4=50mm$ G' K! [) s8 B$ J6 z: h2 F
长度与右面的套筒相同,即L4=20mm
. [% { t# W& l, L) lⅤ段直径d5=52mm. 长度L5=19mm+ ~1 Z. p h. U, t8 _
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm
' m$ j6 d# i: ]6 f% S(6)按弯矩复合强度计算
0 T8 w4 o1 ^1 x5 y% x$ {! T. v% X* y①求分度圆直径:已知d1=195mm! U0 q% P2 U0 t1 `& |
②求转矩:已知T2=198.58N?m
& d- p1 ]1 X) j. o③求圆周力:Ft& Q9 d% z1 t+ V+ X( I
根据课本P127(6-34)式得
, l [+ x1 ~+ ]8 i5 ?Ft=2T2/d2=2×198.58/195=2.03N1 q# ?$ N7 {) J! f% A
④求径向力Fr
( v3 r* w3 ^6 [$ g6 t根据课本P127(6-35)式得. d, j0 D3 \# s8 Z n
Fr=Ft?tanα=2.03×tan200=0.741N
7 C+ }6 x! U$ j⑤因为该轴两轴承对称,所以:LA=LB=48mm
3 B- u3 i! K7 I. i! i Y! i6 V7 d5 T; b4 q0 ~
(1)绘制轴受力简图(如图a)
$ f- M! }& S6 s( O! p! w) O/ Q(2)绘制垂直面弯矩图(如图b). e% k* n U; ?
轴承支反力:
0 C( S+ {' ~+ w9 N* X- AFAY=FBY=Fr/2=0.74/2=0.37N/ j7 g3 p( N/ u4 {& B5 R9 {
FAZ=FBZ=Ft/2=2.03/2=1.01N; E8 b k4 d: V6 n- F& N3 O
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
4 v9 I6 x( f3 L9 f4 F: `) [MC1=FAyL/2=0.37×96÷2=17.76N?m
8 I" Z" p D3 A" m4 I截面C在水平面上弯矩为:
6 u& z7 b# M/ |! \ ^: nMC2=FAZL/2=1.01×96÷2=48.48N?m
# s* v! T- m5 e. t( t(4)绘制合弯矩图(如图d)
( a3 ]1 i5 Q h i I9 h/ ?) G1 |MC=(MC12+MC22)1/2=(17.762+48.482)1/2=51.63N?m
3 M, m+ }) _# E5 Z* T4 e(5)绘制扭矩图(如图e)
: a3 I$ n- m+ ]转矩:T=9.55×(P2/n2)×106=198.58N?m! W% ~8 Y4 k' I
(6)绘制当量弯矩图(如图f)( C. h" R% m" V
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:
& h0 |, N& f" C, WMec=[MC2+(αT)2]1/2
9 I& _( y( p& N$ `+ n; J=[51.632+(0.2×198.58)2]1/2=65.13N?m
% [0 E! L: G. x5 m(7)校核危险截面C的强度( H* T, p$ n' g& f: h5 ~% u
由式(6-3)$ `& k1 Q' q9 {, ^
) w; D! V* u. G
; ^8 b8 F( P2 J9 U+ S# ]' J: t
, z% w/ `. v) H% q3 n N9 q# J5 b
/ B* I8 z; d. k: _6 F! _2 y- W8 k0 o
. M- n% v, f i) h7 S6 c; [- g* n$ z# P( ~
' h! u7 Z3 D7 M2 h5 Y3 F9 d
/ D0 H! s4 ^0 w/ C" E! v( t1 T
& v- R' ^/ N* s" t" b8 a
σe=65.13/0.1d33=65.13x1000/0.1×453
4 A1 d& _& I+ X3 S. `+ T0 \=7.14MPa< [σ-1]b=60MPa2 w2 H$ [3 p4 {8 y7 T( F. F
∴该轴强度足够。+ u4 q1 R3 N( Y
" h" ] s8 r8 C* `" a2 L
, A+ ~6 L. A. W5 j1 o+ j* R9 H* N3 S 主动轴的设计& \, G5 n( X- N e( I
1、选择轴的材料 确定许用应力
4 q* \0 j! a' B& P 选轴的材料为45号钢,调质处理。查[2]表13-1可知:) ] j8 L [5 F I
σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知:[σb+1]bb=215Mpa8 X! \& [ e5 w( c. {% T
[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa( R) l. I$ H, D( Q0 v& x o
2、按扭转强度估算轴的最小直径
2 J& \" L2 V, U {* Z 单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接,
2 g1 Z8 C2 m, j4 _) }5 m从结构要求考虑,输出端轴径应最小,最小直径为:
4 z# h' E$ _0 e% _, B5 U; R4 { d≥C j* ?7 k! L- [* G
查[2]表13-5可得,45钢取C=1184 c* o1 A1 U9 K$ ?' x5 W
则d≥118×(2.64/473.33)1/3mm=20.92mm
+ c% x: C1 v$ w5 }) Z5 r 考虑键槽的影响以系列标准,取d=22mm
. x1 ?9 p+ ? t; J+ I9 ? 3、齿轮上作用力的计算
# @3 G0 m& z/ b% H& ?5 K% t" Z. o 齿轮所受的转矩:T=9.55×106P/n=9.55×106×2.64/473.33=53265 N
- ]0 @% H% n% T+ X 齿轮作用力:
1 {3 d3 r$ e! d1 w0 E 圆周力:Ft=2T/d=2×53265/50N=2130N
7 u0 M w$ j% a! C/ o4 { 径向力:Fr=Fttan200=2130×tan200=775N
' L( {% Z& F# h5 J, n 确定轴上零件的位置与固定方式
L$ X- \: Z$ O/ ], j% v6 m 单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,轴承对称布置* A( ^" {" B# U0 e2 W
在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定 3 v; b2 |& y3 f5 G n# ^, O
,靠平键和过盈配合实现周向固定,两端轴( {' [# [$ g) O- S4 F1 B
承靠套筒实现轴向定位,靠过盈配合实现周向固定 ,轴通4 K* x3 W: w( a3 i/ \- Q/ R$ a
过两端轴承盖实现轴向定位,
7 Z( l/ ]7 O, d4 T& Q0 X 4 确定轴的各段直径和长度
/ y/ c5 b- E+ b* W) p; A6 X" k初选用6206深沟球轴承,其内径为30mm,
, p& w5 P: X6 p& C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。
( v! |2 J' o* L$ F" ]/ h(2)按弯扭复合强度计算
4 E6 F- ~" \8 ?①求分度圆直径:已知d2=50mm
# ~3 ]* N X6 A6 n' e②求转矩:已知T=53.26N?m& G9 c% k7 I2 o( w
③求圆周力Ft:根据课本P127(6-34)式得
. G- `5 c3 k6 t9 f% v+ sFt=2T3/d2=2×53.26/50=2.13N
( |/ ~0 t3 G3 h' N④求径向力Fr根据课本P127(6-35)式得
0 X! |% R/ B& Z4 X7 L6 d0 P( `Fr=Ft?tanα=2.13×0.36379=0.76N
' T) Q2 g/ E: B6 J& T5 `2 `⑤∵两轴承对称
: M: { `% q$ Y5 ?" S∴LA=LB=50mm
, }" e6 A4 \- n5 H+ Z$ z5 y(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
1 N; v$ g1 B' Y3 D0 B! XFAX=FBY=Fr/2=0.76/2=0.38N2 z+ j* Q, A6 p* g9 F9 e
FAZ=FBZ=Ft/2=2.13/2=1.065N
: G6 u9 z) w, i2 l(2) 截面C在垂直面弯矩为
# q: P& f' d7 b) f AMC1=FAxL/2=0.38×100/2=19N?m$ r- W' F* N9 {
(3)截面C在水平面弯矩为: b" l( F; y0 C
MC2=FAZL/2=1.065×100/2=52.5N?m3 l ]5 Q9 V E. [
(4)计算合成弯矩9 `; `9 E0 t' E- u( x8 K o3 G
MC=(MC12+MC22)1/2
; a1 o! G# a; @9 J" T1 Q( H& e=(192+52.52)1/2: V O0 z" n+ ]- ` c
=55.83N?m* @' q) O) o* t8 [. }; ^5 d
(5)计算当量弯矩:根据课本P235得α=0.4! U; ^1 |3 l5 s0 a U% a* P7 L
Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[55.832+(0.4×53.26)2]1/2+ c: V5 g# r8 B) y8 |5 L
=59.74N?m
( j2 B+ _9 v- E9 ?( k(6)校核危险截面C的强度& h" e {, z o% n
由式(10-3)
6 I+ }6 v* D( a8 m# k$ j0 n, jσe=Mec/(0.1d3)=59.74x1000/(0.1×303)
/ Z0 S* [7 O) I5 E7 V! |0 V* L=22.12Mpa<[σ-1]b=60Mpa: j: I7 I+ s7 t) a) W
∴此轴强度足够
& q9 K( `! p% w( n, z: ]8 }/ R9 C, z* y. M- V/ s- \
3 n; ^ V: D) t1 h& z5 F(7) 滚动轴承的选择及校核计算: F$ G$ L" g* e; h
一从动轴上的轴承
3 ~& h L6 V# w9 T/ g \- r5 d根据根据条件,轴承预计寿命
/ L$ e& K! F( T0 p. ?# _L'h=10×300×16=48000h
! u4 a, g+ I0 t% F w(1)由初选的轴承的型号为: 6209,- z. X8 m4 U- @
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, & S5 r# |6 w; o3 y6 i$ j! h
查[2]表10.1可知极限转速9000r/min 0 \6 i) O1 F0 g( {( E. r
( E5 ^6 X8 n' A1 c" j9 I3 ^
(1)已知nII=121.67(r/min)4 R3 z& `! A$ j% P4 ~
/ z( G' f: o0 V1 o7 b' T9 V8 b两轴承径向反力:FR1=FR2=1083N
# {) x: v( t, s! y% R: B根据课本P265(11-12)得轴承内部轴向力
8 c6 E5 f2 _; S( u: l# J+ a& TFS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1083=682N
( g% P& [) s% T5 D% w(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
( h7 U2 r0 E$ t/ w4 K( ^! x故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端
6 N% H# E# p0 d' z3 J2 d+ DFA1=FS1=682N FA2=FS2=682N# Z; H+ i& z H1 D& A$ X% m/ x( S
(3)求系数x、y ] w! g* A/ C) R n
FA1/FR1=682N/1038N =0.631 i( [& ?( n% R+ ~
FA2/FR2=682N/1038N =0.63
4 s7 S: O4 O8 c4 l- {/ Q根据课本P265表(14-14)得e=0.68
! z% e+ F- K: {1 s: i* o# h& wFA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1) M/ M6 ?/ b# i! N9 N
y1=0 y2=0
% G I& ], T% f, i(4)计算当量载荷P1、P26 J) s: p9 a' }& Y% C
根据课本P264表(14-12)取f P=1.5( j# \- f3 U# H+ [
根据课本P264(14-7)式得
$ N( x4 B. E2 T0 }7 Z+ q% j! W) l3 XP1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1083+0)=1624N
9 J; j) n4 _& CP2=fp(x2FR1+y2FA2)= 1.5×(1×1083+0)=1624N
1 b- T% \/ s% D" J) Q+ d! d. _(5)轴承寿命计算1 H# g, r8 s7 S/ |
∵P1=P2 故取P=1624N4 u6 |8 h0 J( Y# x$ v4 w7 E
∵深沟球轴承ε=39 F: m% _# R0 f( O1 H2 Y
根据手册得6209型的Cr=31500N0 ` T7 l% U& `
由课本P264(14-5)式得# i6 N9 ^ {" |
LH=106(ftCr/P)ε/60n
7 c$ ]6 t* N( ?8 U& j E=106(1×31500/1624)3/60X121.67=998953h>48000h 5 q* }. i' r! f* B( X1 Y
∴预期寿命足够- K) X: x4 _5 O
' u" X5 Q( H k& Y8 P$ `) |
/ k7 Z3 l2 G- t' Y 二.主动轴上的轴承:
$ m' X! G4 i @1 c! d5 W+ O (1)由初选的轴承的型号为:6206
V. f P3 K, d7 q N1 I. ] 查[1]表14-19可知:d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,
' r- @: p/ w4 B5 g9 `) S基本额定动载荷C=19.5KN,基本静载荷CO=111.5KN,. y ^ b5 a }
查[2]表10.1可知极限转速13000r/min
! g5 d$ s- M! @ 根据根据条件,轴承预计寿命
. P/ G' l, X/ e3 T7 J+ VL'h=10×300×16=48000h
! J. Y6 H6 J0 w% O8 K$ }4 S (1)已知nI=473.33(r/min)* L/ q; d3 d: M7 M+ a8 R4 L o; Z
两轴承径向反力:FR1=FR2=1129N% w6 ~2 g! D8 ?% E$ S
根据课本P265(11-12)得轴承内部轴向力0 u8 C' p8 \6 [' B* ~
FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1129=711.8N
$ X7 z. [0 ]% i( z* R8 v; t6 z2 U(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
9 o# \8 \/ U5 a: ^( Y4 C故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端4 ~0 T; Z q+ X! E% W, n* ~% J) P
FA1=FS1=711.8N FA2=FS2=711.8N
0 U# r: I6 _* i! ~7 v( \: | k$ k(3)求系数x、y) b) ~. @, S1 `* s
FA1/FR1=711.8N/711.8N =0.63
8 F I. ]9 s# I( b$ p, i0 WFA2/FR2=711.8N/711.8N =0.63. w! I8 E/ k$ O; c# T- T* I2 X6 M7 e
根据课本P265表(14-14)得e=0.68
% f9 n% D+ \( O; e4 E2 @9 N8 QFA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1 t% ^0 T7 ?; A
y1=0 y2=0
+ A$ R$ z8 M0 R, ^( V5 y: a& [+ t(4)计算当量载荷P1、P2
4 ?/ d' a& G( K7 J9 y7 J根据课本P264表(14-12)取f P=1.5
' r* }; Y5 z5 }, u5 {根据课本P264(14-7)式得) r8 p7 Y% l) v
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1129+0)=1693.5N
7 e! `+ u4 i/ ?4 r. v7 A/ uP2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×1129+0)= 1693.5N
* p q1 {+ U; O# ~. b(5)轴承寿命计算# m- h) j7 y3 X
∵P1=P2 故取P=1693.5N2 e; o! M' t$ N& K2 K/ f2 n
∵深沟球轴承ε=3+ o7 J3 N ?' Y% n1 \3 z
根据手册得6206型的Cr=19500N
' c; ~2 n+ q$ M' D9 U$ b由课本P264(14-5)式得
6 I; e4 D4 Q# Y) P, ]. R- sLH=106(ftCr/P)ε/60n! e. p* H+ E- U) c1 \
=106(1×19500/1693.5)3/60X473.33=53713h>48000h
! a8 }- ]- _( h! F; H∴预期寿命足够7 @1 k- K! l0 S- r1 k
$ L" d1 d& B3 R
七、键联接的选择及校核计算3 l3 }7 ?8 g$ ?) @# \
1.根据轴径的尺寸,由[1]中表12-6
% i% f: K3 A: `( T高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为:键8×36 GB1096-79
3 z8 ]6 i$ p$ A% c3 l) i9 G大齿轮与轴连接的键为:键 14×45 GB1096-79
' [+ [. y& _; k1 { C轴与联轴器的键为:键10×40 GB1096-79
% ^3 y# t1 F2 W0 p' Z/ }( n2.键的强度校核9 e8 R# i! W2 ^" y% z
大齿轮与轴上的键 :键14×45 GB1096-79( m: Z4 B$ z7 o
b×h=14×9,L=45,则Ls=L-b=31mm
- F/ t$ h: S$ C; c, S1 p7 q- c圆周力:Fr=2TII/d=2×198580/50=7943.2N" F# z" m. T7 @' G- J0 A& F
挤压强度: =56.93<125~150MPa=[σp]+ q7 v" m# Y h4 q( y% `1 K: J
因此挤压强度足够
, S3 L) h. h d* r* L$ X剪切强度: =36.60<120MPa=[ ]! y9 I/ X1 w) ~& p
因此剪切强度足够0 p% [$ D2 j- q5 Z
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。
: |9 T* ?9 o+ c/ D: p3 Q3 I+ @4 Q/ Y' J* }* R! j ?# e2 U( h
八、减速器箱体、箱盖及附件的设计计算~1 ^! T3 r7 ~$ K ]
1、减速器附件的选择
4 |5 {, n2 {5 x通气器7 Z9 a0 \$ N4 F
由于在室内使用,选通气器(一次过滤),采用M18×1.5
3 V) c B4 L8 }6 M: L5 a! I油面指示器
6 e& X% K6 v7 z, M' d' P( I2 c0 v3 h选用游标尺M12
! S* f0 b" k. T: u起吊装置. d3 N; J8 x( w* L6 ?
采用箱盖吊耳、箱座吊耳.
5 x4 m( f5 R9 ]$ c' U! }- H* t b' e+ K0 N
放油螺塞
, _; ?5 C: o6 e7 q6 T B# w7 e选用外六角油塞及垫片M18×1.5
a% x; w3 p# r6 p( U根据《机械设计基础课程设计》表5.3选择适当型号:
7 K+ j8 N3 O0 a8 k- E( g起盖螺钉型号:GB/T5780 M18×30,材料Q235
, }; n4 y# o) m4 ?高速轴轴承盖上的螺钉:GB5783~86 M8X12,材料Q2351 K" t' G0 J: Q- q3 Y/ o" D
低速轴轴承盖上的螺钉:GB5783~86 M8×20,材料Q235
: q; e' X B5 M螺栓:GB5782~86 M14×100,材料Q235
2 b* X V& f- b# ]3 n箱体的主要尺寸:
1 h$ ?5 u; g, ]/ d:+ j4 \% o y( l- N
(1)箱座壁厚z=0.025a+1=0.025×122.5+1= 4.0625 取z=8% q& n: \- u6 }0 k n
(2)箱盖壁厚z1=0.02a+1=0.02×122.5+1= 3.45
' T5 R- j% r2 ?2 K! d% {* V 取z1=84 m) v+ |( l$ g: i! f% e8 P( a* ]
(3)箱盖凸缘厚度b1=1.5z1=1.5×8=12
/ f# m5 R. k+ ~7 J/ M, A5 p (4)箱座凸缘厚度b=1.5z=1.5×8=12
; d7 F) `/ F5 S$ h3 E (5)箱座底凸缘厚度b2=2.5z=2.5×8=20
6 E2 E8 Z& n- g4 _/ D+ w
. R% O0 C* J! j- Z, M, O (6)地脚螺钉直径df =0.036a+12=# z6 w( x* m3 ]2 J; I
0.036×122.5+12=16.41(取18)
6 X7 P2 I% J6 W% | (7)地脚螺钉数目n=4 (因为a<250) w& T- l! I1 q8 M9 @. d5 |
(8)轴承旁连接螺栓直径d1= 0.75df =0.75×18= 13.5 (取14) 4 Y' K' i/ L" g2 d* V& `* f
(9)盖与座连接螺栓直径 d2=(0.5-0.6)df =0.55× 18=9.9 (取10) : l% ?7 R- W, n z/ z! [
(10)连接螺栓d2的间距L=150-200) D/ R1 X, k( Q
(11)轴承端盖螺钉直d3=(0.4-0.5)df=0.4×18=7.2(取8)
6 y# b7 _( z9 b0 s; N9 W (12)检查孔盖螺钉d4=(0.3-0.4)df=0.3×18=5.4 (取6)
W5 e* K8 g* D0 s: B (13)定位销直径d=(0.7-0.8)d2=0.8×10=81 q* P2 R$ O. h6 i* X/ @
(14)df.d1.d2至外箱壁距离C1
% }3 L8 \% a3 S& E8 A2 S8 c( E (15) Df.d2
( Z) ^ C Z ^. D# N- D
7 G* ]& J0 Q4 N (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。
+ ~. P# j$ w4 E; f9 V( n(17)外箱壁至轴承座端面的距离C1+C2+(5~10)
" e; O( e6 `& l2 p(18)齿轮顶圆与内箱壁间的距离:>9.6 mm
- J% D) ~0 s2 z5 R' _7 I6 v1 ~(19)齿轮端面与内箱壁间的距离:=12 mm
: E$ _: o4 r* H, _: X(20)箱盖,箱座肋厚:m1=8 mm,m2=8 mm $ r8 y, t+ c7 x w, m3 L
(21)轴承端盖外径∶D+(5~5.5)d3
9 k$ F7 B; R# w# B& {
* x( ^2 o* D# t, K3 A9 A D~轴承外径5 D/ D% e- r# ~5 y5 R/ I6 m
(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.
" s+ h0 n7 D/ i8 G7 M
9 Z+ M0 I) {: ]
+ r6 O2 w ?* \6 ]# S3 f( {九、润滑与密封
- Y* R5 U4 o# Q& u- X2 _/ b1.齿轮的润滑5 |% I, D* q8 V& R* Z
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。
: v4 V7 N2 c3 P7 G8 `+ U% t2.滚动轴承的润滑
8 h/ E% L; ^- a+ s, `; e7 ~) S由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。! j6 Q9 l( t. F T% m
3.润滑油的选择+ d) o- X3 J# M
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。
1 p* Q7 G/ N, W1 P* n' e& X2 J4.密封方法的选取
# @7 _2 q% {+ L9 z3 u C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。3 o! |. E B( `: `: ?
1 p; Y1 J8 s# V2 a9 o U0 o
4 l! K4 W V2 s- u" [十、设计小结
6 [$ y$ j8 _0 J' v$ [ N) x; d! s课程设计体会
1 [5 M5 B* i* T2 c; ^" K# x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!
) a7 [6 l$ V/ Q9 \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。4 a% Q/ u5 B/ x' d
( {( [5 E- x8 w/ Z
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十一、参考资料目录4 p; G- x% O- L
[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;& }& ?& N0 H0 z4 s9 T |, _9 R! i3 s
[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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