华中科技大学机械设计课程设计设计计算说明书双级展开式圆柱齿轮减速器

1华中科技大学机械设计课程设计设计计算说明书题目:双级展开式圆柱齿轮减速器专业:材控班级：1103姓名:牛茂刚学号:U201111278指导教师:胡于进华中科技大学2014年1月16日2目录一、设计任务书………………………………………………3二、传动方案的分析与拟定…………………………………………3三、电动机的选择与计算……………………………………………4四、传动比的分配……………………………………………………4五、传动装置的运动及动力参数的选择和计算……………………4六、传动零件的设计计算和轴系零部件的初步选择………………5七、联轴器的选择及计算……………………………………………14八、键连接的选择及计算……………………………………………14九、轴的强度校核计算………………………………………………15十、滚动轴承寿命的校核计算………………………………………20十一、润滑和密封……………………………………………………23十二、箱体及附件的结构设计和选择………………………………24十三、设计小结………………………………………………………25十四、参考资料………………………………………………………263计算与说明主要结果一、设计任务书设计带式传输机传动装置中的双级圆柱齿轮减速器。设计数据及工作条件：F=5000N;v=0.4m/s;D=400mm；生产规模：少批；工作环境：有油有水；载荷特性：平稳；工作期限：十年双班制。设计注意事项：1.设计由减速器装配图1张，零件图2张（包括低速轴和低速轴上齿轮），以及设计计算说明书一份组成；2.设计中所有标准均按我国标准采用，设计说明书应按规定纸张及格式编写；3.设计图纸及设计说明书必须按进度完成，经指导教师审查认可后，才能给予评分或答辩。二、传动方案的分析与拟定根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为n601000/()19.1/minwvDr为防止过载以及过载而引起的安全事故，可拟定传动方案为：外部链传动+内部双级圆柱齿轮传动。机构整体布置如图一：图1.传动方案简图nw19.1/minr4三、电动机的选择与计算1.电动机的类型选择根据动力源和工作条件，选用Y系列三相交流异步电动机。2.电动机的功率工作机有效功率:Pw=Fv/1000=5000×0.4/1000kW=2kW设电动机到工作机之间的总效率为η，并设η1，η2，η3，η4，η5分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动（设齿轮精度为8级）、滚动轴承、链传动以及滚筒的效率。查文献4表2-2可得：η1=0.99，η2=0.97，η3=0.99，η4=0.92，η5=0.96，由此可得：总效率：η=η1η22η34η4η5=0.99×0.972×0.994×0.95×0.96=0.7745电动机所需功率：Pd=Pw/η=2.58kW查文献4表16-1选取电动机的功率为3.0kW。3.电动机转速的选择在常用的同步转速为1500r/min和1000r/min两者之间选择。前者的总传动比为78.53，后者的总传动比为52.35，前者虽然电动机转速高、价格低，但总传动比大。为了能合理地分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000r/min的电动机。4.电动机型号确定由功率和转速，查文献4表16-1，选择电动机型号为：Y132S-6,其满载转速为960r/min，查表16-2，可得：中心高H=132mm；轴外伸轴径D=38mm；轴外伸长度E=80mm.四、传动比的分配计算得内外总的传动比mw='=/inn50.26取V带传动的传动比13i则减速器的总传动比1'/iii=50.26/3=16.75.因此，双级圆柱齿轮减速器高速级传动比21.31.316.754.666ii低速级的传动比32/16.75/4.6663.590iii五、传动装置的运动及动力参数的选择和计算1.各轴的转速计算nⅠ=nm=960r/minPw=2kWη=0.7745Pd=2.58kWmw='=/inn50.26i16.752i4.6663i3.5905nⅡ=nⅠ/i2=205.74r/minnⅢ=nⅡ/i3=57.31r/minnⅣ=nⅢ=57.31r/min2.各轴的输入功率计算PⅠ=Pdη1=2.5542kWPⅡ=PⅠη2η3=2.453kWPⅢ=PⅡη2η3=2.355kWPⅣ=PⅢη1η3=2.309kW3.各轴的输入转矩计算T1=9550P1/n1=25.409N·mT2=9550P2/n2=113.861N·mT3=9550P3/n3=392.43N·mT4=9550P4/n4=384.77N·m将上述数据归纳总结如下表所示。表1.各轴的运动和动力参数六、传动零件的设计计算和轴系零部件的初步选择1.减速器外部传动——链传动的设计计算（1）选择链轮齿数。链传动齿数比约为3，查文献4表5-14取小链轮齿数1z=25.大链轮齿数21ziz=75120合适。（2）确定计算功率。已知链传动工作平稳，采用电动机驱动，查文献4表5-11取AK=1.3,计算功率为cAPKP1.32.309=3.0kW（3）初定中心距0a，确定链节数pL。初定中心距0a=30-50p,取0a=40p。轴号转速（r/min）功率（kW）转矩（N·m）传动比i电动机输出轴Ⅰ9602.554225.4904.6663.5901高速轴Ⅱ205.742.453113.861中间轴Ⅲ57.312.355392.43低速轴Ⅳ57.312.309384.771z=2521ziz=75=cP3.0kW0a=40p62012210222azzzzpLppa130.02取pL=130节（取偶数）。（4）确定链节距p。首先确定系数ZK、LK、PK。由文献3表5-12查得小链轮齿数系数ZK=1.34；由图5-17查得LK=1.07。选单排链，由表5-13查得PK=1。所需传递的额定功率0ZLPPcPKKK2.092kW由文献3图5-15选择滚子链型号为16A，链节距25.4mm。（5）确定链长和中心距。链长/1000pLLp3.302m中心距2212122184222pppzzzzzzaLL=584.768mm中心距的调整量一般应大于2p。2ap225.450.8mmmm实际安装中心距aaa533.968mm（6）求作用在轴上的压力。链速1160000nzpv0.606m/s工作拉力F=1000P/v=3809.8N工作平稳，取压轴力系数QK=1.2，则轴上的压力=QQFKF1.23809.84571.8NN(7)选择润滑方式。根据链速和链节距，按文献3图5-16链传动选择滴油润滑。设计结果：滚子链型号16A-1136GB/T1243.1-1983，链轮齿数1225,75,533.968,4571.8QzzammFN中心距压力。选择滴油润滑。2．高速级传动齿轮的设计计算高速级主动轮输入功率2.554kW，转速960r/min，转矩T1=25.490N·m，齿数比u=i1=4.762，单向运转，载荷平稳，每天工作16小时，预期寿命10年，由电动机驱动。（1）、选择齿轮的材料及热处理方式小齿轮:45钢,调质处理，齿面硬度230HBS;大齿轮:45钢,正火处理，齿面硬度190HBS。（2）、确定许用应力A.确定极限应力σHlim和σFlim许用接触应力σHlim1=580MPa，σHlim2=550MPa；许用弯曲应力σFlim1=220MPa，σFlim2=210MPa。B.计算应力循环次数N，确定寿命系数ZN，YNpL=130节0P2.092kW滚子链型号为16A，链节距25.4mm。L3.302ma533.968mmv0.606m/s=QF4571.8N滴油润滑71160Nant2.7659101825.80610NNu查文献3图3-18和图3-19得，ZN1=1，ZN2=1；YN1=1，YN2=1C.计算许用应力由文献3表3-4取minmin1,1.4HFSS则：lim111minlim222minlim111minlim222min580550314300HNHPHHNHPHFSTNFPFFSTNFPFZMPaSZMPaSYYMPaSYYMPaS（3）、初步确定齿轮基本参数和主要尺寸A.选择齿轮类型选用较平稳、噪声小、承载能力较强的斜齿圆柱齿轮传动。B.选用8级精度C.初选参数初选参数：12，121Z，Z２＝Z１u=21×4.762≈100，021,齿宽系数9.0d。D.初步计算齿轮主要尺寸因采用电动机驱动，工作机载荷平稳，查文献3表3-1得AK=1，因齿轮速度不高，取Kv=1.05，因为为非对称布置，轴的刚性较小，取K=1.13，K=1.2，K=AKKvKK=1.424，由文献3图3-11查得2.45HZ；表3-2查得弹性系数MPaZE8.189;取重合度系数8.0Z;螺旋角系数为：coscos120.989Z；σHP=σHP2=550MPa，因此，有：23121=35.219mmHEHPdZZZZKTudu故：11cos35.219cos121.64021ndmmmmmZ取标准模数nm=2mm，则中心距1N2.7659102N85.80610121Z2=100Z0219.0dnm2mm812()2(21100123.702cos2cos12nmZZammmm）圆整后取a=125mm。调整螺旋角：12()arccos22(21100)arccos21251432'1''nmzza计算分度圆直径：11n221/coscos1432143.388dmZmmmm222100/coscos14321206.612ndmZmmmm计算圆周速度：11/(601000)2.181/vdnms计算齿宽：10.943.388=39.05dbdmmmm大齿轮：2=40bmm小齿轮：12(5~10)(406)46bbmmmmmm（4）、验算轮齿的弯曲疲劳强度计算当量齿数:11332123.15coscos14321VZZ2233100110.25coscos14321VZZ查文献3图3-14、3-15得，齿形系数：12.73aFY，22.20aFY；应力修正系数：11.58aSY，21.80aSY。取7.0Y，9.0Y则：a=125mm1432'1''1d43.388mm2d206.612mmv2.181/ms2=40bmm1b46mm9111111nP256.43FFaSaFKTYYYYbdmMPa21111251.81FFaSanKTYYYYbdmMPa齿根弯曲强度足够。（5）、齿轮结构设计齿顶圆直径：11243.3882247.388aaddhmmmm（）222206.61222210.612aaddhmmmm（）齿根圆直径：11243.388-21.25238.388ffddhmmmm（）222(206.61221.252)201.612ffddhmmmm对于高速轴上的小齿轮1，从键槽底面到齿根的距离x过小，故将其做成齿轮轴。齿轮跟轴的材料相同，均采用45钢调质处理。对于中间轴上的大齿轮2，因为da2≥200mm，所以做成腹板式结构。3．低速级传动齿轮的设计计算低速级主动轮输入功率2.453kW，转速205.74r/min，转矩T2=113.861N·m，齿数比u=i1=3.666，单向运转，载荷平稳，每天工作16小时，预期寿命10年，由