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二級(jí)斜齒輪減速器課程設(shè)計(jì)(電機(jī)功率4kW,轉(zhuǎn)速960)
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  • 二級(jí)斜齒輪減速器課程設(shè)計(jì)(電機(jī)功率4kW,轉(zhuǎn)速960)
    計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié) 果
    第一章 電動(dòng)機(jī)的選擇及功率的計(jì)算
    1.1電動(dòng)機(jī)的選擇
    1.1.1選擇電動(dòng)機(jī)的類型
    按工作要求選用JO2系列三相異步電動(dòng)機(jī),臥式封閉結(jié)構(gòu)。電源的電壓為380V。
    1.1.2選擇電動(dòng)機(jī)功率
    根據(jù)已知條件,工作機(jī)所需要的有效功率為:

    其中 F: 運(yùn)輸帶工作拉力
    V: 運(yùn)輸帶工作速度
    電動(dòng)機(jī)所需要的功率為:
    式中為傳動(dòng)系統(tǒng)的總功率:
    由[1]表2-5確定各部分效率為:
    軸承傳動(dòng)效率,圓柱齒輪傳動(dòng)效率(設(shè)齒輪精度為8級(jí)) ,工作機(jī)傳動(dòng)效率,聯(lián)軸器效率,代入上式得:

    電動(dòng)機(jī)所需要的功率為:

    因載荷平穩(wěn),電動(dòng)機(jī)額定功率略大于即可.選電動(dòng)機(jī)功率為4kw,JO2系列電動(dòng)機(jī).
    1.1.3確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
    卷筒軸工作轉(zhuǎn)速:

    選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為,其主要參數(shù)見(jiàn)表1:
    同步轉(zhuǎn)速() 額定功率() 滿載轉(zhuǎn)速()
    1000 4.0 960 1.8 1.8
    第二章 傳動(dòng)比的分配及參數(shù)的計(jì)算
    2.1總傳動(dòng)比

    2.2分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比
    圓柱齒輪減速器高速級(jí)的傳動(dòng)比:
    因?yàn)?

    所以 高速級(jí)傳動(dòng)比:
    低速級(jí)傳動(dòng)比:

    2.3傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
    傳動(dòng)系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速,功率和轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下:
    2.3.1 Ⅰ軸(高速軸/電動(dòng)機(jī)軸)



    2.3.2 Ⅱ軸(中間軸)



    2.3.3 Ⅲ軸(低速軸)



    將上述計(jì)算結(jié)果列表2-1中,以供查詢



    表2-1 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
    參數(shù) Ⅰ軸(高速軸) Ⅱ軸(中間軸) Ⅲ軸(低速軸)
    轉(zhuǎn)速 n
    r/min 960 256 102.4
    功率 P
    (kw) 3.53 3.36 3.19
    轉(zhuǎn)矩 T
    (N.m) 35.12 125.34 297.5
    傳動(dòng)比i 3.75 2.5

    第三章 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算
    3.1斜齒輪傳動(dòng)
    3.1.1選精度等級(jí),材料及齒數(shù).
    運(yùn)輸機(jī)一般工作機(jī)器速度不高,故選用8級(jí)精度
    (1).選擇材料及熱處理方法
    選中碳鋼: 45鋼
    熱處理方法:小齒輪調(diào)制處理(280HBS)、
    大齒輪調(diào)制處理(240HBS)
    硬度差HBS=280-240=40HBS
    (2).選小齒輪齒數(shù)
    大齒輪齒數(shù)

    (3).選取螺旋角
    初選螺旋角=
    3.1.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
    根據(jù)[4]按式(10-21)試算

    (1).確定公式內(nèi)的各計(jì)算值.
    試選
    由[4]圖10-30 選取區(qū)域系數(shù) =2.45
    由[4]圖10-26查得
    則有
    查[4]表10-7選取齒寬系數(shù)
    查[4]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
    由[4]圖10-21 按齒面硬度查得
    小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
    大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
    由[5]式10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)


    由[4]圖10-19 查得
    接觸疲勞系數(shù) ,
    對(duì)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,點(diǎn)蝕破壞后不會(huì)立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果,故可取 .
    按(10-12)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力:


    許用接觸應(yīng)力:

    (2).計(jì)算
    ①試計(jì)算小齒輪分度圓直徑
    =40.81mm
    ②計(jì)算圓周速度

    ③計(jì)算齒寬b及模數(shù)




    ④計(jì)算縱向重合度


    ⑤計(jì)算載荷系數(shù)k.
    由[4]表10-2查得使用系數(shù)
    又根據(jù) v=2.07,8級(jí)精度,由[4]圖10-8查得系數(shù)=1.2
    由表10-4查得
    由圖10-13查得
    由[4]表10-3查得
    故載荷系數(shù)
    ⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑.
    由[5]式(10-10a)得

    ⑦計(jì)算模數(shù)
    3.1.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
    由[4]式(10-17)

    (1).確定計(jì)算參數(shù)
    ①計(jì)算載荷系數(shù)

    根據(jù)縱向重合度 從[4]圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)
    ②計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)


    ③查取齒型系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
    由[4]表10-5查得 , , ,
    ④計(jì)算大小齒輪的并加以比較.
    1).由圖10-20c查得
    小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限.
    大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限.
    2).由[4]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
    ,
    3).計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力,取彎曲疲勞安全系數(shù) 由[4]式10-12得:




    比較得大齒輪值大.
    (2).設(shè)計(jì)計(jì)算



    對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù),而=2.5mm,已經(jīng)可以滿足彎曲強(qiáng)
    度,但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度,需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù).于是由

    取 則
    3.1.4幾何尺寸計(jì)算
    (1).計(jì)算中心距

    將中心距圓整為120mm.
    (2).按圓整后的中心距修正螺旋角

    因值改變不多,故參數(shù)、、等不必修正.
    (3).計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑


    (4).計(jì)算齒輪寬度

    圓整后得
    3.2斜齒輪傳動(dòng)
    3.2.1選精度等級(jí),材料及齒數(shù).
    運(yùn)輸機(jī)一般工作機(jī)器速度不高,故選用8級(jí)精度
    (1).選擇材料及熱處理方法
    選中碳鋼:45鋼
    熱處理方法:小齒輪調(diào)制處理(280HBS)
    大齒輪調(diào)制處理(240HBS)
    硬度差HBS=280-240=40HBS
    (2).選小齒輪齒數(shù)
    大齒輪齒數(shù)

    (3).選取螺旋角
    初選螺旋角=
    3.2.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
    按[4]式(10-21)試算,即
    (1).確定公式內(nèi)的各計(jì)算值.
    試選
    由[4]圖10-30 選取區(qū)域系數(shù)
    由[4]圖10-26查得
    則有
    查[4]表10-7選取齒寬系數(shù)
    查[4]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
    由[4]圖 10-21d 按齒面硬度查得
    小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
    大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
    由[5]式 10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)


    由[4]圖 10-19 查得接觸疲勞系數(shù)
    ,
    對(duì)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,點(diǎn)蝕破壞后不會(huì)立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果,故可取 .
    按(10-12)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力:


    許用接觸應(yīng)力:

    (2).計(jì)算
    ①試計(jì)算小齒輪分度圓直徑.

    ②計(jì)算圓周速度.

    ③計(jì)算齒寬b及模數(shù)




    ④計(jì)算縱向重合度

    ⑤計(jì)算載荷系數(shù)k.
    由[4]表10-2查得使用系數(shù)
    根據(jù) v=0.82,8級(jí)精度由[4]圖10-8查得系數(shù)=1.12由表10-4查得
    由表10-13查得
    由[4]表10-3查得
    故載荷系數(shù)
    ⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑.
    由[5]式(10-10a)得

    ⑦計(jì)算模數(shù)

    3.2.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
    由[4]式(10-17)

    (1).確定計(jì)算參數(shù)
    ①計(jì)算載荷系數(shù)

    根據(jù)縱向重合度從圖[4]10-28查得螺旋角影響系數(shù)
    ②計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)


    ③查取齒型系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
    由[4]表10-5查得 , , ,
    ④計(jì)算大小齒輪的并加以比較.
    1).由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限.大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限.
    2).[4]由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
    3).計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力,取彎曲疲勞安全系數(shù) 由[4]式10-12得:




    比較得大齒輪的數(shù)值大.
    (2).設(shè)計(jì)計(jì)算



    對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù),而=3.0mm,已可滿足彎曲強(qiáng)度.但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度,需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù).于是由

    取 則有
    3.2.4幾何尺寸計(jì)算
    (1).計(jì)算中心距

    將中心距圓整為140mm.
    (2).按圓整后的中心距修正螺旋角.

    因值改變不多,故參數(shù)、、等不必修正.
    (3).計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑


    (4).計(jì)算齒輪寬度

    圓整后得
    第四章 軸的設(shè)計(jì)及校核
    選取軸的材料為45鋼,調(diào)制處理.
    4.1Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.1.1初步確定軸的最小直徑
    按[4]式15-2初步估算軸的最小直徑.
    根據(jù)表15-3 取,于是得:

    輸出軸的最小直徑顯然是安裝連軸器的,為使所選的軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào).
    聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩,查表14-1,取=1.3
    則有
    按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn)選用HL2型彈性套柱銷聯(lián)軸器,其最大轉(zhuǎn)矩為250000 。聯(lián)軸器的孔徑.故取,聯(lián)軸器長(zhǎng)度L=50mm.聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度.
    4.1.2擬定軸上零件的裝配方案.
    Ⅰ軸上裝配有彈性套柱銷聯(lián)軸器,滾動(dòng)軸承、封油圈、圓柱斜齒輪、鍵、軸承端蓋.
    4.1.3根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度.
    (1)為了滿足彈性聯(lián)軸器的軸向定位要求,取第一段右端需制出一軸肩。故取二段的直徑,左端用軸承端蓋定位,,聯(lián)軸器與軸配合的輪轂孔長(zhǎng)度,為了保證軸承端蓋只壓在聯(lián)軸器上,而不壓在軸的端面上,故二段的長(zhǎng)度應(yīng)比略短一些,現(xiàn)取。
    (2)初步選擇滾動(dòng)軸承
    因軸承同時(shí)受徑向和軸向力的作用,故選單列圓錐滾子軸承,參照工作要求根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組,標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承7205型,其尺寸為
    故取第三段直徑,而,故。因圓柱斜齒輪,因此選,選,,。確定軸上圓角和倒角尺寸: 倒角 ,圓角。






    4.2Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核
    已知:Ⅱ軸的功率,
    4.2.1求作用在齒輪上的力
    已知:斜齒大齒輪分度圓直徑
    斜齒小齒輪分度圓直徑
    大斜齒輪上的作用力有:



    小斜齒輪上的作用力有:



    4.2.2初步確定軸的最小直徑
    選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。
    初步估算軸的最小直徑
    查表(15—3) 取=120

    4.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核
    (1)擬定軸上零件裝配方案
    (2)根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
    ①為了滿足軸向定位的要求,左端軸承用軸承端蓋和擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑。
    ②初步選擇滾動(dòng)軸承
    因軸承同時(shí)受徑向和軸向力的作用,故選單列圓錐滾子軸承,參照工作要求根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組,標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承7207型,其尺寸為:

    故取,而,
    ③取安裝齒輪處的軸段第二四段的直徑,齒輪的左端與軸承之間采用套筒定位。已知斜齒輪的輪轂寬度,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪,小斜齒輪右端和大斜齒輪左端均采用軸肩定位,軸肩高度,取。則軸環(huán)處的直徑,取軸環(huán)的長(zhǎng)度
    ④Ⅱ軸的總長(zhǎng)度
    (3)、軸上零件的周向定位
    齒輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接,按查手冊(cè),查得平鍵截面(GB/T 1095~1979)。同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性,故選擇齒輪輪轂與軸的配合為,同樣,聯(lián)軸器與軸的配合為,滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的。
    (4)、確定軸上圓角和倒角尺寸
    參考[4]II表(15—2),取軸端倒角為,各軸肩處的圓角半徑為2mm.
    (5)、求軸上的載荷
    1)首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖,在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),應(yīng)從手冊(cè)中查取a值,對(duì)于7207型圓錐滾子軸承查得,因此,作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距:

    2)作水平彎矩圖
    ①求支反力
    ,


    ② 求彎矩




    ③畫彎矩圖(b)
    3)作垂直平面的彎矩圖
    ①求支反力



    ②求彎矩






    ③畫彎矩圖(c)
    4)①合成彎矩



    ②畫彎矩圖(d)
    5)作扭矩圖(e)

    6)按彎扭組合成的應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
    對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)

    根據(jù)[4]式(15—4)
    按[4]表(15—1)查得



    由表(15—1)查得



    4.3Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.3.1初步確定軸的最小直徑
    查[4]表(15—3) =110

    4.3.2擬定軸上零件裝配方案
    軸上裝配有:斜齒輪,單列圓錐滾子軸承,套筒,聯(lián)軸器,軸承端蓋,螺栓.







    4.3.3根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
    (1)為了滿足要求,軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器,為了使所選的軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需要同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 查表(14—1),考慮轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 則
    按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩條件,查標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4323—1984)選用HL3型彈性套柱銷聯(lián)軸器。其最大轉(zhuǎn)矩為,聯(lián)軸器的孔徑,故選,聯(lián)軸器長(zhǎng)度L=70mm,聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度,為使軸端擋圈只壓在聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故第二段長(zhǎng)度應(yīng)比略短一些,現(xiàn)選。第二段安裝軸承,右端采用軸肩定位,左端采用端蓋定位,選。根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中選用0基本游隙組,標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列圓錐滾子軸承7209型,其尺寸為,故取。
    (2)取安裝齒輪的軸段Ⅱ段的直徑,齒輪的左端采用軸肩定位,,齒輪的左端與軸承之間采用套筒定位已知斜齒齒輪的輪轂,,為了保證Ⅱ軸與Ⅲ軸兩斜齒輪的正確嚙合,則:

    則有
    聯(lián)軸器的左端采用軸肩定位,軸肩高度,取,則
    4.3.4軸向零件的周向定位
    齒輪聯(lián)軸器的周向定位均采用平鍵聯(lián)接,根據(jù),鍵,,為了 保證齒輪與軸有良好的對(duì)中性,選擇齒輪輪轂與軸配合為過(guò)渡配合,選鍵,。

    第五章 傳動(dòng)零件及軸承的潤(rùn)滑、密封的選擇
    5.1齒輪潤(rùn)滑的選擇
    齒輪的圓周速度,可選用浸油潤(rùn)滑,浸油潤(rùn)滑是將傳動(dòng)件一部分浸入油中,傳動(dòng)件回轉(zhuǎn)時(shí),粘在其上的潤(rùn)滑油被帶到嚙合區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑。同時(shí),油池中的油被甩到箱壁上可以散熱,箱體內(nèi)應(yīng)有足夠的潤(rùn)滑油以保證潤(rùn)滑及散熱需要。
    潤(rùn)滑油選全損耗系統(tǒng)用油(GB443—1989)代號(hào):L—AN22,在
    40℃時(shí),運(yùn)動(dòng)粘度為。凝點(diǎn)(傾點(diǎn))不低于-5℃,閃點(diǎn)(開(kāi)口)不低于150℃。主要用途用于小型機(jī)床齒輪箱,傳動(dòng)裝置軸承,中小型電機(jī)風(fēng)動(dòng)工具等。
    5.2滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑
    對(duì)齒輪減速器,當(dāng)浸油齒輪的圓周速度時(shí),滾動(dòng)軸承宜采用脂潤(rùn)滑。當(dāng)齒輪的圓周速度時(shí),滾動(dòng)軸承多采用油潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承選鈣鈉基潤(rùn)滑脂(ZBE36001—1988)ZGN—2。滴點(diǎn)不低于135℃.主要用途用于工作溫度在80℃~100℃,有水分或較潮濕環(huán)境中工作的機(jī)械潤(rùn)滑。多用于鐵路、機(jī)車、列車等滾動(dòng)軸承(溫度較高者)潤(rùn)滑,不適合低溫工作。
    5.3減速器的密封
    減速器需要密封的部位一般有伸出處、軸承室內(nèi)側(cè)、箱體接合面和軸承蓋、檢查孔和排油孔接合面等處。
    5.3.1軸伸出處的密封
    為了防止?jié)櫥吐┏龊屯饨珉s質(zhì)、灰塵等侵入軸承室的密封效果。氈圈式密封簡(jiǎn)單、價(jià)廉,但對(duì)軸頸接觸面的摩擦較嚴(yán)重。主要用于脂潤(rùn)滑及密封處軸頸圓周速度較低(一般不超過(guò))的油潤(rùn)滑。
    5.3.2箱體結(jié)合面的密封
    為了保證箱座、箱蓋聯(lián)接處的密封聯(lián)接,凸緣應(yīng)有足夠的寬度,結(jié)合面要經(jīng)過(guò)精刨或刮研。聯(lián)接螺栓間距不應(yīng)過(guò)大以保證壓緊力。為了保證軸承孔的精度,剖分面間不得加墊片,只允許右剖面間涂以密封膠。為提高密封性,左箱座凸緣上銑出回油溝,使?jié)B入凸緣聯(lián)接縫隙面上的油重新流回箱體內(nèi)。
    鑄造箱體材料一般多用鑄鐵HT150或HT200,鑄造箱體較易獲得合理和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀,剛度好易進(jìn)行切削加工。
    5.4減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸
    機(jī)座壁厚 取
    機(jī)蓋壁厚 取
    機(jī)座凸緣厚度
    機(jī)蓋凸緣厚度
    機(jī)底凸緣厚度
    地腳螺栓直徑 取
    地腳螺栓數(shù)目
    軸承旁連接螺栓直徑

    蓋與座連接螺栓直徑

    聯(lián)接螺栓的間距
    軸承端蓋螺釘直徑

    窺視孔蓋螺栓直徑

    定位銷直徑
    至外機(jī)壁距離
    至凸緣邊緣距離
    軸承外徑:

    軸承旁連接螺栓距離:

    軸承旁凸臺(tái)半徑
    箱外壁至軸承座端面距離:
    機(jī)蓋,機(jī)座筋厚:

    大齒輪頂圓與箱內(nèi)壁間距離:
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    =












    =2.45




















































    =1.2










































































    =2.5mm















    117mm







































    =


































































    =1.12










































































    =3.0mm





























































    聯(lián)軸器的孔徑






















    選單列圓錐
    滾子軸承










































































    選單列圓錐滾子軸承











































































































































    符合要求














































































































































    選單列圓錐
    滾子軸承







































    ...
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