|
计算过程及计算说明( M. v/ S& i+ J$ r8 y
一、传动方案拟定
: x* K. z [; E4 K第三组:设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动7 K0 c- @# A V- o& |. d) v
(1) 工作条件:使用年限8年,工作为二班工作制,载荷平稳,环境清洁。6 F( n* l. U3 i8 @( E; s* r
(2) 原始数据:滚筒圆周力F=1000N;带速V=2.0m/s;! u9 c$ F, J* d
滚筒直径D=500mm;滚筒长度L=500mm。
9 R) ?, W9 W/ I% \2 t' I7 t" A* x% u% J0 M4 t) f
二、电动机选择6 w3 g2 L5 r, I
1、电动机类型的选择: Y系列三相异步电动机
* J. n" J9 l* c" N, O% }9 h+ N2、电动机功率选择:
5 ~/ b# c4 F! ~7 R. X5 ?(1)传动装置的总功率:; z' b6 D1 j% M- ^/ }
η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒3 B4 ? [4 M/ E, i8 n' n) }/ m
=0.96×0.982×0.97×0.99×0.96, [: H/ \* S9 Q6 N& }
=0.857 X0 K! H5 N; Y2 k
(2)电机所需的工作功率:: B1 k1 G# ?4 t7 s7 O+ m/ `
P工作=FV/1000η总. I. P* C0 u! C$ A+ C c& S
=1000×2/1000×0.8412
8 Z+ [ G8 ?, x s, W; n=2.4KW
9 k8 L% d2 I4 o9 n% I0 e! q2 y& P" ?9 s, ?& g6 E" N% I( ?
! V- Q. B$ M2 C* Q# e; c3、确定电动机转速:
' R" T; n J; K+ j3 ^) s计算滚筒工作转速:5 e! ]% |# V8 L
n筒=60×1000V/πD3 S0 b, D. u! y8 V/ H) y, L
=60×1000×2.0/π×50& t6 F7 n) e W8 d1 D" ~$ V
=76.43r/min3 e6 S+ @% ]2 N
按手册P7表1推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’a=3~6。取V带传动比I’1=2~4,则总传动比理时范围为I’a=6~24。故电动机转速的可选范围为n’d=I’a×
4 M2 I% j* E3 kn筒=(6~24)×76.43=459~1834r/min4 h7 w) F8 H9 }
符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。% T$ V/ ]1 W D# @7 ?
3 `) R1 S r7 l0 K& x$ L6 n根据容量和转速,由有关手册查出有三种适用的电动机型号:因此有三种传支比方案:如指导书P15页第一表。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,可见第2方案比较适合,则选n=1000r/min 。* U5 `& S4 r' x( C' r
% v8 D+ B5 x* z# J# V, l+ A4、确定电动机型号. F: p) ^1 [; 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Y132S-6。! M: l# _- ?8 M3 W2 [
其主要性能:额定功率:3KW,满载转速960r/min,额定转矩2.0。质量63kg。* d1 \# `* u6 P- q
. i$ c5 `) Z( j3 ^: p
三、计算总传动比及分配各级的伟动比
: V2 [% F U. x0 C/ H. ?1、总传动比:i总=n电动/n筒=960/76.4=12.57- [; \; z8 x6 U8 z6 o/ r3 Y
2、分配各级伟动比
8 U% C; `8 S4 ^* k& `; F9 J8 E8 z(1) 据指导书P7表1,取齿轮i齿轮=6(单级减速器i=3~6合理)1 t. y- P. t7 T% V% r
(2) ∵i总=i齿轮×I带: H* P# n T3 _, y% I7 g. W& c
∴i带=i总/i齿轮=12.57/6=2.095
( U. [- B# [# W
6 r) R( f R% ^ Z) i四、运动参数及动力参数计算
( C4 ]0 N( D% z0 X& y. V L1、计算各轴转速(r/min)) R! z$ }" o( a+ q' W% Z
nI=n电机=960r/min
F5 N' }: k1 _; H! B, knII=nI/i带=960/2.095=458.2(r/min)
: K! [6 n: _" G- N/ T0 j" i" NnIII=nII/i齿轮=458.2/6=76.4(r/min)
0 y+ `% A7 X4 T' @2、 计算各轴的功率(KW)
# C! q5 H# ^! F6 o) ?8 oPI=P工作=2.4KW
$ E9 W) Z1 w" E8 G( oPII=PI×η带=2.4×0.96=2.304KW% M( V. |3 _3 @9 j* L) Y
PIII=PII×η轴承×η齿轮=2.304×0.98×0.96
8 o0 r" `. l1 B$ |7 D2 K6 o=2.168KW) J8 L1 `) T1 t5 o
# b& l r" `6 @- m! c
' }* \* |6 Z8 x# o! D3、 计算各轴扭矩(N•mm)6 f6 y4 `4 t3 b- e: V% s6 U' S
TI=9.55×106PI/nI=9.55×106×2.4/9604 S- l# v0 V; }4 T& y! h2 c6 Z
=23875N•mm
6 K4 |. M1 k& |' x; B/ M! {TII=9.55×106PII/nII
$ }- S) U: l/ Y=9.55×106×2.304/458.2
3 h% }; C! f9 O# h1 B: n* }9 ?=48020.9N•mm" D, `/ J$ W0 a% I5 W& r# ~. L
TIII=9.55×106PIII/nIII=9.55×106×2.168/76.4! F# r( D% | ~2 v
=271000N•mm' |* |3 ]2 S; E7 Q" l! k
: ^: {$ M5 }) ~' I) r& n0 r" \/ J6 s
五、传动零件的设计计算
! ?8 U7 A5 u2 m* B" o5 E, Q1、 皮带轮传动的设计计算 T9 c% v( }$ l0 @+ q2 [
(1) 选择普通V带截型
4 i( R) t9 c; b1 B! a9 G由课本P83表5-9得:kA=1.2; I* w" a1 |% J/ `: ^
PC=KAP=1.2×3=3.9KW& Z1 z; t% |1 n$ R
由课本P82图5-10得:选用A型V带
K4 P$ J0 s, ~7 ~ ~2 f(2) 确定带轮基准直径,并验算带速
% y) w/ y' Q( ?* c# H3 e3 Y: G% b由课本图5-10得,推荐的小带轮基准直径为
9 ^( K- m# i A! \75~100mm+ W9 d( W( H4 q3 H3 R5 J9 v
则取dd1=100mm>dmin=75; f# \5 Q5 a7 q/ ?/ A! D& V
dd2=n1/n2•dd1=960/458.2×100=209.5mm/ @' Y$ M: y7 B1 G# s/ y$ o1 a2 M
由课本P74表5-4,取dd2=200mm1 {- J X) V/ o/ y
# e) h% h5 q8 p# o实际从动轮转速n2’=n1dd1/dd2=960×100/2004 e! m/ C+ B+ J7 Y; y8 E* B; H
=480r/min
, T+ p# }2 m$ q9 }; Z转速误差为:n2-n2’/n2=458.2-480/458.29 W7 S( g0 z$ U/ m/ O
=-0.048<0.05(允许)# N; K% i( `- r) D- f, H) y
带速V:V=πdd1n1/60×1000
# H5 _* m$ r" [; I0 s=π×100×960/60×1000) x% k9 w# P- P
=5.03m/s
9 q# k+ ]$ m# q8 L! x在5~25m/s范围内,带速合适。6 a) Z" E/ X, t7 s) k
(3) 确定带长和中心矩0 H" s& {, @% s0 O& P
根据课本P84式(5-14)得* r+ e) F- T0 o j2 w, M/ |8 c
0. 7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)! g/ D- w( h5 t/ l8 H8 t
0. 7(100+200)≤a0≤2×(100+200)9 n9 M: \2 w+ e$ c, y& E
所以有:210mm≤a0≤600mm
/ k9 I" U& F0 h. E# i由课本P84式(5-15)得:, w) i( ?8 v0 v2 B5 Z
L0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1)/4a0
' H* s; }, m f U0 A' q! A=2×500+1.57(100+200)+(200-100)2/4×5008 e" g g2 @* ]; F) m! h: Q
=1476mm5 \* i' b7 H; M- Z" ?/ K2 N
根据课本P71表(5-2)取Ld=1400mm
6 Y Z/ k& ^6 S1 T8 J7 V根据课本P84式(5-16)得:6 V( M! ]3 \" r5 i! [8 @: r
a≈a0+Ld-L0/2=500+1400-1476/2/ D) b" d. a- `( r2 ?
=500-38, c, ^& f2 N6 P4 }/ u6 |
=462mm
7 T; A! ?1 i8 l, E L4 k+ @( Z(4)验算小带轮包角( r" H d9 E, }; w# M i( M
α1=1800-dd2-dd1/a×57.30( V8 n! k2 H. z. Y( X- }# K
=1800-200-100/462×57.30
" X' _0 `7 x5 K( H=1800-12.40+ b& }9 a7 |, v' a) E
=167.60>1200(适用)
! f- F1 ?' X1 ^(5)确定带的根数: R: P2 V2 Y6 E) T! P
根据课本P78表(5-5)P1=0.95KW
7 I+ Y+ J, H5 g# K ?/ I根据课本P79表(5-6)△P1=0.11KW) H! }* ]% J! e) t
根据课本P81表(5-7)Kα=0.96
5 ]# {7 R) H% q4 _# f根据课本P81表(5-8)KL=0.96
0 N) V7 ?$ K8 P g. P; F) `由课本P83式(5-12)得
3 `6 M$ _% G+ h# M6 p/ `3 u* }; P( G, w( A/ o( t' }
Z=PC/P’=PC/(P1+△P1)KαKL" H* Z" E) Z' ?5 u7 t
=3.9/(0.95+0.11) ×0.96×0.96
, e7 {! J4 |: d, A, c& o7 B0 k3 a=3.99
7 {/ _3 g$ f" ](6)计算轴上压力
) W" s1 G& L0 o x由课本P70表5-1查得q=0.1kg/m,由式(5-18)单根V带的初拉力:
" V" ~" n+ `% p C$ p9 I B5 zF0=500PC/ZV(2.5/Kα-1)+qV2
) {9 C5 X6 K: T- }1 Y N/ R! E( y=[500×3.9/4×5.03×(2.5/0.96-1)+0.1×5.032]N2 A/ b" G; I* W+ p* [
=158.01N
0 F. B ]1 R5 n& ?4 I1 i: s9 W则作用在轴承的压力FQ,由课本P87式(5-19)
" H3 E) ~9 W. @$ [2 JFQ=2ZF0sinα1/2=2×4×158.01sin167.6/2
) D; ^$ b5 p `, W% m=1256.7N
6 W1 [' W' }! h$ [1 K0 P+ U
& j* C4 Q' f# Q" l2、齿轮传动的设计计算
: b% n0 c7 T$ C* f- d' a6 |(1)选择齿轮材料及精度等级0 ?9 J! A" g4 i4 [
考虑减速器传递功率不在,所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质,齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45钢,调质,齿面硬度220HBS;根据课本P139表6-12选7级精度。齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm; j, N5 W6 W4 {1 Z/ O( X
(2)按齿面接触疲劳强度设计
# l' u) p6 V n- j, O5 D) l由d1≥76.43(kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
: v2 t! k% B$ C8 S" [) F4 X4 o0 R由式(6-15)
9 R( r6 K5 I& @4 {确定有关参数如下:传动比i齿=6! |! M8 {% y: @5 y4 L
取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数:
: k3 m- c p5 Q$ SZ2=iZ1=6×20=1208 K0 w. j9 D3 _/ ?4 `" G% G
实际传动比I0=120/2=60' @ T% U, w- }( y" }/ }6 E) ^
传动比误差:i-i0/I=6-6/6=0%<2.5% 可用3 g. z& i+ G# T; L
齿数比:u=i0=61 i, }; L( T C9 S R) m
由课本P138表6-10取φd=0.9$ [/ M3 }& g; _. I, ?5 ~0 g
(3)转矩T17 @- _$ N/ v( k* X7 Y2 t2 u
T1=9.55×106×P/n1=9.55×106×2.4/458.26 ~$ a$ R- j, Q! U2 o
=50021.8N•mm
2 V8 d* Z; H4 a! n9 J( ^. G(4)载荷系数k
: n1 `! r6 k% D' P由课本P128表6-7取k=1
4 ~5 A/ x, K5 U5 C5 @(5)许用接触应力[σH]
$ b7 C% r) ]8 G/ m1 I[σH]= σHlimZNT/SH由课本P134图6-33查得:$ L3 i5 C, w; G+ O; {* K. U$ U
σHlimZ1=570Mpa σHlimZ2=350Mpa# `, ]* s q) N: @$ ^, S
由课本P133式6-52计算应力循环次数NL0 `8 G$ x- l9 F1 T% J1 \5 ]
NL1=60n1rth=60×458.2×1×(16×365×8)' h9 [: u" W# j9 |5 m
=1.28×109
- O0 l0 O; ]5 y b0 u+ mNL2=NL1/i=1.28×109/6=2.14×108
2 h% e0 o9 o* K由课本P135图6-34查得接触疲劳的寿命系数:
; q5 ?# d9 [9 N) l0 I- _- fZNT1=0.92 ZNT2=0.982 X4 Y& v; X/ a1 _* E! Q8 ^' _
通用齿轮和一般工业齿轮,按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0 x6 r+ _6 f- s' q; H
[σH]1=σHlim1ZNT1/SH=570×0.92/1.0Mpa+ u ?( a/ h8 z0 x
=524.4Mpa
7 d. N! c; Q# q( v$ Y& I[σH]2=σHlim2ZNT2/SH=350×0.98/1.0Mpa' {' }, G& l% y, i6 T
=343Mpa
. A) L7 Y( b: o7 e [5 N4 F8 l2 e$ u故得:* v* L- r& K( z4 B; r
d1≥76.43(kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
; g; `0 p. h$ [4 T6 Q0 O1 y=76.43[1×50021.8×(6+1)/0.9×6×3432]1/3mm+ M7 Y# t |+ R" x2 ?7 s( I
=48.97mm
0 p2 g( w6 K/ E; i: ~. |模数:m=d1/Z1=48.97/20=2.45mm5 O2 K4 |( \8 I9 }# }2 W! P0 o8 n
根据课本P107表6-1取标准模数:m=2.5mm
: L0 F2 Y' h. ]& w9 q(6)校核齿根弯曲疲劳强度
! u) d) r8 U5 i* z5 Z: l: X根据课本P132(6-48)式% K% Y; j- J1 v/ w5 d3 K
σF=(2kT1/bm2Z1)YFaYSa≤[σH]% b* @ }4 x a9 l0 a
确定有关参数和系数' ]' \2 M7 ~) f, u* E$ Z
分度圆直径:d1=mZ1=2.5×20mm=50mm
! S. N, ? e" C+ }* Q/ yd2=mZ2=2.5×120mm=300mm B. A# }6 v( R* y+ \
齿宽:b=φdd1=0.9×50mm=45mm' w, J! b, I: J' Z. N3 P
取b=45mm b1=50mm8 P3 j l: Q8 t- f3 C% F9 M" d* J
(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa
A1 o& L' L, }, J. l h根据齿数Z1=20,Z2=120由表6-9相得
7 ] X# f! L9 Y7 n, yYFa1=2.80 YSa1=1.559 ~+ j, d4 k# \: e6 ]( x
YFa2=2.14 YSa2=1.83
; w7 ]4 G4 o* Q3 z& q: r(8)许用弯曲应力[σF]
4 h7 H5 y5 _9 G根据课本P136(6-53)式:) n7 `; C6 I2 j, n
[σF]= σFlim YSTYNT/SF
3 ]8 S4 L; q* t0 W0 a( \由课本图6-35C查得:. z! [9 r- i2 \7 I
σFlim1=290Mpa σFlim2 =210Mpa' L3 D3 ]- c5 O( y6 B! E
由图6-36查得:YNT1=0.88 YNT2=0.9
2 X0 p2 r+ g! Z# P; {试验齿轮的应力修正系数YST=23 m, q7 K0 }! \( ?! m: X% |
按一般可靠度选取安全系数SF=1.25
5 G; q) f+ A2 g/ ]计算两轮的许用弯曲应力
; L4 D6 W9 \# `1 A, z; R[σF]1=σFlim1 YSTYNT1/SF=290×2×0.88/1.25Mpa
& Z% A5 n( [% l& v8 M. a=408.32Mpa9 }* Z8 ^4 W; v; [
[σF]2=σFlim2 YSTYNT2/SF =210×2×0.9/1.25Mpa; G( P4 o. D2 y( h9 e5 H
=302.4Mpa
5 l2 L( Y( R4 G将求得的各参数代入式(6-49)
% g* W$ d. n! D8 yσF1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1
0 \8 C9 {9 L+ n8 O3 u=(2×1×50021.8/45×2.52×20) ×2.80×1.55Mpa
& L+ A) g- F) ]/ _0 p+ r6 F, t=77.2Mpa< [σF]14 ]6 X+ _2 u& u$ j7 s! p e
σF2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1
+ A. ~* }$ m; {: E! A=(2×1×50021.8/45×2.52×120) ×2.14×1.83Mpa
7 p. U2 T% x' Z=11.6Mpa< [σF]2
# B, s5 V4 i0 L. v故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够
6 e8 ^) Z' |; o+ C(9)计算齿轮传动的中心矩a
& a7 t7 m( l3 h H5 G( j! Qa=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(20+120)=175mm% m4 Q; j* |) }
(10)计算齿轮的圆周速度V
* Y m5 H+ i; O3 p: _, PV=πd1n1/60×1000=3.14×50×458.2/60×1000( y* k0 Q7 v8 x" R* B( _. U
=1.2m/s% H- }; E5 p% c) @+ x
3 k9 f/ W2 x, `4 A* l7 y六、轴的设计计算
3 o* \- y K: E9 W2 \输入轴的设计计算6 s C8 C1 a) W% v% Y$ V: d L
1、按扭矩初算轴径) s( i0 E$ `9 U& ^
选用45#调质,硬度217~255HBS
" g; {! g6 a: V$ K. h根据课本P235(10-2)式,并查表10-2,取c=115
( Q8 v2 i1 V/ Md≥115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm- _) m# y' y4 y! \6 J+ B1 p! Q
考虑有键槽,将直径增大5%,则; ?* ] O8 y6 J$ r/ m# A
d=19.7×(1+5%)mm=20.69; q, f1 x( ?! L4 B6 J
∴选d=22mm
( M( t1 E( f9 b6 p4 [% p7 h) X1 }& U2 K- L/ P1 w1 s
2、轴的结构设计
) y" U1 Q' N' s0 i! C(1)轴上零件的定位,固定和装配# {: p; K$ V8 I' \, ?
单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,齿轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴向固定,联接以平键作过渡配合固定,两轴承分别以轴肩和大筒定位,则采用过渡配合固定
/ ` w! ]5 P! w4 d0 k(2)确定轴各段直径和长度6 Z0 @+ R& y& _0 [1 a8 h
工段:d1=22mm 长度取L1=50mm
1 `, {, ?4 y2 ]4 e$ b∵h=2c c=1.5mm, T0 T. x4 o6 w
II段:d2=d1+2h=22+2×2×1.5=28mm/ s* ~2 O8 _- g1 r# |
∴d2=28mm
" H% |- a4 J% y6 ~5 v1 k初选用7206c型角接触球轴承,其内径为30mm,
r( K% }1 B1 g8 ~+ i! _3 E宽度为16mm.
2 r1 w* n5 f0 ^# k7 \; J0 `4 D考虑齿轮端面和箱体内壁,轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm,通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度,并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定,为此,取该段长为55mm,安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长: h n/ A* Z8 r2 F W
L2=(2+20+16+55)=93mm& W! m2 j8 U, i, x
III段直径d3=35mm1 }/ D9 @1 J j
L3=L1-L=50-2=48mm8 \4 H% I% a4 p0 i- i
Ⅳ段直径d4=45mm
) e( V \) d* ^; k( E" q t由手册得:c=1.5 h=2c=2×1.5=3mm
Y: z1 c" g) b) n/ id4=d3+2h=35+2×3=41mm* {5 j* v s# t7 l: t
长度与右面的套筒相同,即L4=20mm7 T" l9 m8 ~7 T- b
但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑,应便于轴承的拆卸,应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取:(30+3×2)=36mm
# t& j D/ ]9 X& S, E+ u因此将Ⅳ段设计成阶梯形,左段直径为36mm
8 l0 t7 ?6 a2 P% [* ?6 l9 J. R) jⅤ段直径d5=30mm. 长度L5=19mm" n. C% @5 w& w! _
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm' G. G" \3 `8 f& |; y/ @
(3)按弯矩复合强度计算
% c( L+ W" F* a# |5 P7 W$ Q" b* w①求分度圆直径:已知d1=50mm
4 P! W7 o6 r1 l7 e3 ?& y②求转矩:已知T2=50021.8N•mm
& ]/ f. n% v/ O4 R* q# Y% D③求圆周力:Ft
* N6 Q1 e; O$ K根据课本P127(6-34)式得
1 K: ]3 C4 j% \( LFt=2T2/d2=50021.8/50=1000.436N2 Y7 F6 X" f, J
④求径向力Fr) J# U/ d( X5 y, F
根据课本P127(6-35)式得- i4 f8 B. A8 I% x4 y
Fr=Ft•tanα=1000.436×tan200=364.1N! Z E( g6 S; I( c) @
⑤因为该轴两轴承对称,所以:LA=LB=50mm
/ ]$ ~* ?/ z0 a% M3 k+ A* h
) v+ E% g0 d5 F9 A: S# ]" J(1)绘制轴受力简图(如图a)4 v) t* w4 U; v& d, I
(2)绘制垂直面弯矩图(如图b)
8 V- k6 b# ^9 q轴承支反力:
/ `. z' E- T' c4 HFAY=FBY=Fr/2=182.05N
- Y9 v+ ^! R" _2 s9 aFAZ=FBZ=Ft/2=500.2N# I( {$ v5 x. C0 N# U4 F. i
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. f0 v# V+ i3 R, |1 f
MC1=FAyL/2=182.05×50=9.1N•m
, b" `$ Z' F) Y9 Z) D2 U- [(3)绘制水平面弯矩图(如图c)
2 M6 e' k! |5 @+ O' g截面C在水平面上弯矩为:9 [* M2 U# K" c; {
MC2=FAZL/2=500.2×50=25N•m
' Q# o3 _% X- B# N' O u(4)绘制合弯矩图(如图d)9 H3 i" O1 {1 g. j2 D- Z, ~" @
MC=(MC12+MC22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6N•m
2 [/ q1 \6 q6 e6 i7 f(5)绘制扭矩图(如图e)
" y# l5 o/ ]2 a9 L! U, A转矩:T=9.55×(P2/n2)×106=48N•m( K4 j. V# z% k7 a, h* ]: K. |
(6)绘制当量弯矩图(如图f)& J. \6 i. H6 o( ^% `6 A% z
转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化,取α=1,截面C处的当量弯矩:
4 C! \: Q* @- Z, _3 tMec=[MC2+(αT)2]1/2
0 [+ V, |: i) k# w=[26.62+(1×48)2]1/2=54.88N•m
! R& ^: q% a, k- z7 |(7)校核危险截面C的强度
i. c" j% R! l& v! |由式(6-3)
0 b/ u0 N7 X7 {9 p- oσe=Mec/0.1d33=99.6/0.1×413
4 s* a7 Q0 \: G# ?=14.5MPa< [σ-1]b=60MPa) w" N% Y5 [; }8 F6 ?
∴该轴强度足够。5 m2 }9 X2 P1 Y0 {
9 A" b: l% K6 a' U" g: q3 ~
输出轴的设计计算: A+ V2 s+ I/ i1 G: n0 G! |
1、按扭矩初算轴径
) d" Q" c4 O1 t1 k7 G2 I选用45#调质钢,硬度(217~255HBS)6 h/ g( g$ q! `; `% F* a: U
根据课本P235页式(10-2),表(10-2)取c=115+ D% _. e: w; t1 u" {
d≥c(P3/n3)1/3=115(2.168/76.4)1/3=35.08mm
0 h% E, P% U+ L0 ?+ V! O取d=35mm& M# s% }! v% [% b- Z2 {4 w
: U ^: Q+ i8 g% v
8 m. B0 E/ ^ v
2、轴的结构设计, b9 ~. ^! q1 T" H' N( H
(1)轴的零件定位,固定和装配6 Z- K( ]: h. F( @* [. P
单级减速器中,可以将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,齿轮左面用轴肩定位,右面用套筒轴向定位,周向定位采用键和过渡配合,两轴承分别以轴承肩和套筒定位,周向定位则用过渡配合或过盈配合,轴呈阶状,左轴承从左面装入,齿轮套筒,右轴承和皮带轮依次从右面装入。. ^8 \$ c/ R# p( Y8 d W1 v( f
(2)确定轴的各段直径和长度
; B3 u) X. x) Q; D初选7207c型角接球轴承,其内径为35mm,宽度为17mm。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41mm,安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
& v/ u3 D2 u) l(3)按弯扭复合强度计算 Y# U* ^9 Q. T4 S4 `( W) W7 k
①求分度圆直径:已知d2=300mm; U2 c3 y f0 q) Q8 R$ @( V
②求转矩:已知T3=271N•m
$ r/ m( I% `3 K3 r# y" B) i③求圆周力Ft:根据课本P127(6-34)式得
S" K8 y$ c# _6 V# yFt=2T3/d2=2×271×103/300=1806.7N( ~7 v6 F5 \0 t6 F7 G
④求径向力Fr根据课本P127(6-35)式得) `! v: O a) g E' e* z
Fr=Ft•tanα=1806.7×0.36379=657.2N
5 d- c; P; @" |; E9 K% m⑤∵两轴承对称, a& W- i' B& n. u
∴LA=LB=49mm
' ?- e" n7 ?* U3 J G(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
$ L/ A9 |% W! U& O0 kFAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6N
5 k+ X$ l- c1 L# t0 GFAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N( i% q* q- B. P0 h
(2)由两边对称,书籍截C的弯矩也对称
8 Z2 j# G$ g/ A" g3 U截面C在垂直面弯矩为+ l: n- Y! y2 Y5 Q
MC1=FAYL/2=328.6×49=16.1N•m
& _ w2 E7 X {4 Y; {8 M(3)截面C在水平面弯矩为. b9 k! z4 `6 j
MC2=FAZL/2=903.35×49=44.26N•m
8 Y" H# ^: e3 P0 S(4)计算合成弯矩5 n* E9 \; S6 T/ D
MC=(MC12+MC22)1/2 e5 p& S9 g" ?4 F
=(16.12+44.262)1/2' t0 p7 l% X& P7 ~5 h0 s# M
=47.1N•m
" x% F" g- K. E* v) y(5)计算当量弯矩:根据课本P235得α=18 Q( `8 M7 H9 s/ Q7 k( e
Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[47.12+(1×271)2]1/2
+ P' [+ e0 ~/ U9 X- `) B- J=275.06N•m4 e/ j" E# J5 H1 H; U
(6)校核危险截面C的强度
' M! y0 B/ m; w0 E% t" W* D由式(10-3)
( n2 {1 Y+ w" i) o x) m$ i% dσe=Mec/(0.1d)=275.06/(0.1×453) g% ]7 K3 A. l: ?$ l
=1.36Mpa<[σ-1]b=60Mpa5 p% ]$ g' a+ Y1 l& {: h. {4 Z: t
∴此轴强度足够: L$ s: C$ {' o3 E& W4 Z$ k
- Q; ], `/ Y7 K: w
: L6 z' p# Z& W" K$ l七、滚动轴承的选择及校核计算 U$ Z* V" I3 C: M8 B2 q0 R
根据根据条件,轴承预计寿命) Z% j9 t# C1 f; m( y8 i
16×365×8=48720小时+ O& w$ y3 b7 w5 |
1、计算输入轴承+ W: {& ]5 A" V
(1)已知nⅡ=458.2r/min
9 v6 E D5 J# U/ @7 c( ]0 H1 b两轴承径向反力:FR1=FR2=500.2N
5 @6 U0 e5 W4 x1 @0 k* G; @) M: u初先两轴承为角接触球轴承7206AC型
) |+ o$ L6 ?' w8 @" ^7 T根据课本P265(11-12)得轴承内部轴向力4 M# \9 G7 E/ ^. y' k0 K# _4 j
FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N" ?1 s$ k, l7 g! {: L1 a
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
; M9 v$ J3 R* j3 t2 ?- ~故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端
' _9 K1 t: @$ H- w/ W" B& b' A3 F/ k. oFA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N6 U$ F8 o2 G1 U+ O
(3)求系数x、y; L' n* |+ H7 S8 R* \% q
FA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63' r8 ?. H9 w3 l4 p+ G
FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63
- t4 T- U1 P3 ]7 M1 c" I根据课本P263表(11-8)得e=0.684 h- S% L0 m% I- _: K
FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1; V5 ?7 J |9 w- p
y1=0 y2=0- D: r' n( e& \5 ]& K7 e! C
(4)计算当量载荷P1、P2
& z6 R! ?6 [7 I* {1 z根据课本P263表(11-9)取f P=1.5
8 V& o3 P3 _. S根据课本P262(11-6)式得
* `+ m8 I0 j) l6 D4 m3 F7 XP1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N
- J8 c/ o, b" C! `) h+ d# DP2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N1 \6 D4 u& w4 s0 c% ~
(5)轴承寿命计算: }5 c; o0 W' `( I3 k# ]
∵P1=P2 故取P=750.3N& ~/ y1 P, y/ D
∵角接触球轴承ε=3% Z2 `0 A9 Y, f4 T
根据手册得7206AC型的Cr=23000N
& {( |, i( T9 x; ?由课本P264(11-10c)式得2 O0 m' F$ B( P) g* T5 C
LH=16670/n(ftCr/P)ε* Y" @4 |7 I; D p: C- @
=16670/458.2×(1×23000/750.3)3
1 c" z. O4 }! G+ f: U" ^ D4 V=1047500h>48720h
- m- q+ E! W% e∴预期寿命足够
% _! b' r* G5 T) y( p& V. C) L! \8 L% h. i: |8 {
2、计算输出轴承3 h9 _% s) s! b, o% N
(1)已知nⅢ=76.4r/min+ O$ N7 m9 [# p" f1 ?
Fa=0 FR=FAZ=903.35N
+ s9 f- |% s a: a ~* T" E+ t试选7207AC型角接触球轴承" [) ^- s: c# U& Q; U' z% h( m
根据课本P265表(11-12)得FS=0.063FR,则
3 O; ~% q O7 b5 mFS1=FS2=0.63FR=0.63×903.35=569.1N. u. \& l E N/ Y
(2)计算轴向载荷FA1、FA28 {- G& x4 o3 G9 V' Y5 M
∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
! ?: T9 M5 U& X0 A0 z∴任意用一端为压紧端,1为压紧端,2为放松端
$ f1 Y* G7 O( |+ R4 I5 `两轴承轴向载荷:FA1=FA2=FS1=569.1N
, b1 A0 T+ s8 L1 @5 v! ?# V(3)求系数x、y
. d! T3 a" D& u4 J4 @8 VFA1/FR1=569.1/903.35=0.636 Z# f+ m. ]" {' m: @% F- h
FA2/FR2=569.1/930.35=0.63* y: z4 J, q) `& [" J. S% D
根据课本P263表(11-8)得:e=0.68% _ C0 Z% G: b5 N# G/ V) D8 t3 X
∵FA1/FR1<e ∴x1=1; y0 |6 Q8 e6 a3 o4 _3 o. S( j7 n3 T
y1=0
2 r) u$ h6 m5 U& H- g∵FA2/FR2<e ∴x2=1
( |5 B; {$ |/ {; ~7 A% s* g: Cy2=07 z6 s5 F7 t5 H3 t
(4)计算当量动载荷P1、P2
( S- u; q9 G5 U0 }; ?/ p根据表(11-9)取fP=1.5
" `+ G$ V" @6 R根据式(11-6)得
6 d) P2 U; y Y" T2 Q; VP1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×903.35)=1355N* b3 `8 B+ G- h' r+ a
P2=fP(x2FR2+y2FA2)=1.5×(1×903.35)=1355N6 g% K' d. y Z+ Q: \! W
(5)计算轴承寿命LH: k; d+ \5 d. O' k6 e
∵P1=P2 故P=1355 ε=3 `8 y6 D6 P2 S, O# s7 J$ ~ @6 Z
根据手册P71 7207AC型轴承Cr=30500N }+ R$ L1 }' r( P
根据课本P264 表(11-10)得:ft=1' A) `& ? U: u! J: J' J* U
根据课本P264 (11-10c)式得3 {; N/ U+ a9 f0 j6 y9 Y
Lh=16670/n(ftCr/P) ε
- V4 W+ n3 I5 r=16670/76.4×(1×30500/1355)3
3 F! ?- g6 s; k9 s=2488378.6h>48720h% K* ?# P3 o6 o& P$ S
∴此轴承合格
' v% E8 D& E% Z( L8 u八、键联接的选择及校核计算
8 h! x& Z; L; j; [1 c轴径d1=22mm,L1=50mm
, T2 k& C! g5 i* }& h查手册得,选用C型平键,得:
+ p v% r- w; O* u/ |8 f0 G键A 8×7 GB1096-79 l=L1-b=50-8=42mm
8 q) g* z7 N% v) o3 a/ s9 H( F: gT2=48N•m h=7mm
( m1 L- S8 f- y# G# f根据课本P243(10-5)式得
+ x2 H' ]: i9 n$ k4 b: a: Mσp=4T2/dhl=4×48000/22×7×42
+ L# m& Q5 b! D8 ^=29.68Mpa<[σR](110Mpa)4 ^( V1 z u6 z9 V
1 ] u/ ^4 K/ P% J" V
2、输入轴与齿轮联接采用平键联接& U9 W% N0 h! o* s9 S4 f' Z) [
轴径d3=35mm L3=48mm T=271N•m
2 w5 O2 _2 T4 O) [" D# C查手册P51 选A型平键% ^ A! A: B1 X& h& v r
键10×8 GB1096-799 H% d+ t# v( [( c
l=L3-b=48-10=38mm h=8mm
& s" W( V) y7 }. N: [! T9 iσp=4T/dhl=4×271000/35×8×38
: r- _8 J% L- {3 H6 c7 C=101.87Mpa<[σp](110Mpa)
% m% K6 T6 @; R* P. ?0 x; o4 k" {: o& e' z6 n M/ u) E
3、输出轴与齿轮2联接用平键联接 |
|