三級減速器設計

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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計綜合實踐 設計說明書 姓 名： 李時召 班 級： 機電1104 學 號： 11221098 指導教師： 杜永平 、李德才 日 期： 2014.1.9 目錄 3 4 14 5 7 7 9 14 .17 3.2 Ⅱ軸的設計計算.................................................

2、..................................................................19 3.3 Ⅲ軸的設計計算...................................................................................................................20 4. 軸承的校核........................................................................................

3、...........................................23 4.1.................................................................................................................................................23 4.2..............................................................................................

4、...................................................23 ......24 24 ...................................................................................25 6.1箱體的參數(shù)設計....................................................................................................................25 6.2減速器的潤滑.

5、.......................................................................................................................26 26 27 27 0. 設計題目：卷揚機傳動裝置設計 （一）設計要求 （1）卷揚機由電動機驅動，用于建筑工地提升物料，具體參數(shù)：繩的牽引力為12kN，繩的速度0.4m/s，卷筒直徑500mm （2）室內工作，小批量生產。 （3）動力源為三相交流電380/220V，電動機單向運轉，載荷較平穩(wěn)。 （4）使用期限為10年，大修周期為三年，兩班

6、制工作。 （5）專業(yè)機械廠制造，可加工7、8級精度的齒輪、蝸輪。 （二） 原始技術數(shù)據(jù) 繩牽引力 F ( kN ) 10 繩牽引速度v(m/s) 0.5 卷筒直徑D/mm 470 （三） 應完成的任務 （1）完成卷揚機總體方案設計和論證（至少提出兩種以上的方案），繪制總體設計原理方案圖。 （2）完成主要傳動裝置的結構設計，其中減速器的級別至少是二級。 （3）完成減速器裝配圖1張（A0或A1）；零件（建議低速軸、大齒輪）工作圖2張（A3或A4）。 （4）進行經濟性分析。 （5）編寫設計計算說明書1份。 設計計算 結果 1. 傳動裝置的總體設計

7、 1.1傳動方案的確定 傳動方案的選擇主要考慮 1）電機與減速器間是用帶連接還是聯(lián)軸器 2）減速器是二級還是更高級 初步確定以下三種方案： 方案一如圖： 特點：傳動穩(wěn)定，價格便宜。但安全性差，承載性能小。拆裝難。 方案二：特點：傳動比穩(wěn)定，結構緊湊，承載能力大，但是安裝精度高，齒輪工作條件差，磨損嚴重價格高。 方案三：特點：承載能力大，傳動比穩(wěn)定，工作可靠，結構緊湊，拆裝方便，但安裝精度高，價格貴

8、，電機與減速器間無過載保護。 通過在經濟性、方便性、特別是題設條件等方面的考慮最終確定傳動方案三 優(yōu)點有：承載能力大，傳動比穩(wěn)定，工作可靠，結構緊湊，拆裝方便等優(yōu)點。 缺點：安裝精度高，價格貴，電機與減速器間無過載保護等。 對于這些缺點，在下面的設計過程中會盡量減少或消除以使設計的減速器更加合理。 1.2電機的選擇 1.2.1傳動裝置的總效率 由所選方案有： 聯(lián)軸器2個，傳動效率一般為0.99，取為0.99 軸承4對，傳動效率范圍為0.98～0.99取軸承效率0.99

9、 齒輪嚙合３對，８級精度直齒圓柱齒輪單級傳動效率=0.96～0.98，取0.97。 則計算總效率： 1.2.2工作機所需輸入功率 電機輸入功率為：，其中 式中：Pd----工作機實際需要的電動機輸出功率，KW； Pw----工作機所需輸入功率，KW； --------電動機至工作機之間傳動裝置的總效率。 所以5.82ｋｗ 考慮到安全問題，使電動機的額定功率P ＝（1～1.3）P ，由查表得電動機的額定功率P ＝7.5KW　。 1.2.3確定電動機型號 計算滾筒工作轉速

10、 ： 由推薦的傳動比合理范圍，三級級圓柱齒輪減速器的傳動比一般范圍：27～216。（由機械設計課程設計手冊 表1-8得）。故電機的可選轉速為： 符合要求的Y型電機有4種 型號 功率 （KW) 轉速 （r/min) 額定電流 （A） 重量 （kg） Y132s2-2 7.5 2900 15 72 Y132M-4 7.5 1440 15.4 79 Y132M-6 7.5 970 17 116 Y160L-8 7.5 720 17.7 140 從價格、電機重量體積和齒輪傳動的強度問題等綜合因素考慮，選擇

11、Y132M-4型電機 1.3傳動比的計算及分配 1.3.1傳動裝置的總傳動比要求應為 傳動裝置的總傳動比為： =nm/nw=1440/20.32=70.866 式中：nm---電動機滿載轉速 1.3.2分配各級傳動比 按照二級傳動比計算方法計算三級齒輪傳動比： 考慮到減速箱內大齒輪浸油深度等因素影響，取分配比系數(shù)為1.3： 1.4傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算 電動機軸 Ⅰ軸（高

12、速軸） Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸 Ⅴ軸（工作軸） 2. 齒輪的設計和計算 2.1高速級齒輪傳動的設計計算 (1)許用應力的計算 ?材料:均選用號鋼，均進行調質處理，小齒輪外加表面淬火處理。小齒輪硬度為表面45HRC，心部240HBS。大齒輪硬度為240HBS。 ?主要失效形式為點蝕，不能立即導致不能繼續(xù)工作，故S==1. N1=60j=6014

13、40 N2=60j=60268 故由教材圖10-21得 =1.0 =1.0 =1.0 =1.01 ?查課本（機械設計，第八版）第207頁圖得： =900Mpa =570Mpa =570Mpa =470Mpa ?綜上有： []==900Mpa []==575.7Mpa []==570Mpa []==470Mpa (2)計算 初選=80mm 初定=22 =119 ?使用系數(shù) 由題設工作載荷比較平緩選：=1.0 ?齒間分配系數(shù) 由教材表10-3選得:==1.4

14、 ?動載荷系數(shù) v==6.03m/s 由教材圖1-0-8得：=1.23 ④齒向分配系數(shù) 由教材表10-7選得=1.0 由教材表10-4得：=1.463 綜上可得： K==2.52 ⑤由教材表10-6選出彈性系數(shù)=189.8 ⑥則： d1≥=53.54mm ⑦取=60mm 則=323mm ⑧ 定 則：m==2.73， 圓整取m=3.0 a==191.5mm h=2.25m=6.75mm ⑨計算齒寬 =42.69mm 再由教材表10-7選得：=52mm =47mm （2） 齒根彎曲

15、疲勞強度 ?齒向載荷分布系數(shù) 由教材圖10-13得：=1.30 則 K==2.24 ?計算齒形系數(shù)和應力校正系數(shù) 由教材表10-5得： Y Fa1=2.57 YFa2=2.14 Y Sa1=1.60 Y Sa2=1.83 ?校核彎曲應力 σ F1=Y Fa1Y Sa1=58.66Mpa< σ F2=σ F1=55.86Mpa< 所以第一對齒輪表面接觸強度和齒根彎曲強度滿足要求。 2.2中速級齒輪設計計算 (1)許用應力的計算 ?材料:材料和工藝和第一對齒輪一樣。 ?主要失效形式為點蝕

16、，不能立即導致不能繼續(xù)工作，故S==1. N1=60j=60268 N2=60j=6065 故由教材圖10-21得 =1.0 =1.0 =1.0 =1.10 ?查課本（機械設計，第八版）第207頁圖得： =900Mpa =570Mpa =570Mpa =470Mpa ?綜上有： []==900Mpa []==627Mpa []==570Mpa []==470Mpa (2)計算 初選=100mm 初定=47 =195 ?使用系數(shù) 由題設工作載荷比較平緩選：=1.

17、0 ?齒間分配系數(shù) 由教材表10-3選得:==1.4 ?動載荷系數(shù) v==1.4m/s 由教材圖1-0-8得：=1.08 ④齒向分配系數(shù) 由教材表10-7選得=1.0 由教材表10-4得：=1.469 綜上可得： K==2.22 ⑤由教材表10-6選出彈性系數(shù)=189.8 ⑥則： d1≥=90.39mm ⑦取=91mm 則=377mm ⑧ 定 ⑨ m==2.93， 圓整取m=3.0 a==234mm h=2.25m=6.75mm ⑩計算齒寬 =89mm 再

18、由教材表10-7選得：=95mm =90mm （3） 齒根彎曲疲勞強度 ?齒向載荷分布系數(shù) 由教材圖10-13得：=1.46 則 K==2.21 ?計算齒形系數(shù)和應力校正系數(shù) 由教材表10-5得： Y Fa1=2.506 YFa2=2。16 Y Sa1=1.625 Y Sa2=1.81 ?校核彎曲應力 σ F1=Y Fa1Y Sa1=144.61Mpa< σ F2=σ F1=138.83Mpa< 所以第二對齒輪表面接觸強度和齒根彎曲強度滿足要求。 2.3低速級齒輪設計計算 (1)許用

19、應力的計算 ?材料:考慮到第三對齒輪傳遞轉矩較大，所以選用42GrMo作為小齒輪材料進行調質處理和表面熱處理，表面硬度為260HBS，心部為55HRC。大齒輪與前面一樣。 ?主要失效形式為點蝕，不能立即導致不能繼續(xù)工作，故S==1. N1=60j=6065 N2=60j=6020 故由教材圖10-21得 =1.0 =1.0 =1.12 =1.18 ?查課本（機械設計，第八版）第207頁圖得： =900Mpa =700Mpa =675Mpa =600Mpa ?綜上有： []==1008Mpa []

20、==826Mpa []==675Mpa []==600Mpa (2)計算 初選=120mm 初定=43 =135 ?使用系數(shù) 由題設工作載荷比較平緩選：=1.0 ?齒間分配系數(shù) 由教材表10-3選得:==1.4 ?動載荷系數(shù) v==1.0m/s 由教材圖1-0-8得：=1.01 ④齒向分配系數(shù) 由教材表10-7選得=1.0 由教材表10-4得：=1.475 綜上可得： K==2.09 ⑤由教材表10-6選出彈性系數(shù)=189.8 ⑥則： d1≥=114.5mm ⑦取=120mm 則=382

21、 ⑧ 定 ⑨ m==2.89， 圓整取m=3.0 a==251mm h=2.25m=6.75mm ⑩計算齒寬 =98.74mm 再由教材表10-7選得：=105mm =100mm （3）齒根彎曲疲勞強度 ?齒向載荷分布系數(shù) 由教材圖10-13得：=1.48 則 K==2.10 ?計算齒形系數(shù)和應力校正系數(shù) 由教材表10-5得： Y Fa1=2.390 YFa2=2.16 Y Sa1=1.68 Y Sa2=1.81 ?

22、校核彎曲應力 σ F1=Y Fa1Y Sa1=348.26Mpa< σ F2=σ F1=339.10Mpa< 所以第三對齒輪表面接觸強度和齒根彎曲強度滿足要求。 3. 軸的設計與計算 3.1 Ⅰ軸的設計 3.1.1Ⅰ軸的結構設計 選取軸的材料為45剛,調質處理。 根據(jù)教材表15-3取=105， 得: 軸上有一個鍵槽，增加到17.5～17.8mm。取d=20mm。 軸承選深溝球2系列，型號為62004 通過軸系零件的尺寸查表和合理設計，得出高速軸尺寸如圖： 3.1.2Ⅰ軸的強度校核 ?由

23、教材表15-1得=60Mpa ?求作用在軸上的作用力： 由于選擇的是直齒輪和深溝球軸承，所以只有徑向力。 且已知高速級齒輪的分度圓直徑為 d=60mm 齒輪作用在軸上的水平力即周向力： 齒輪作用在軸上的鉛垂力即徑向力： ?在垂直面上： 左側：N 右側：N 彎矩 ④水平面上： 左側：N 右側：N 彎矩 ⑤總彎矩： 如圖： ⑥進行校核時候，通常只是校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度根據(jù)式及上面的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為靜應力，取0.3，軸的計算應力。

24、 由教材表15-4得：W==1398.13 ⑦ 其中T為軸輸出扭矩。 所以是安全的，但離極限值較近，可以考慮用更好材料 3.2 Ⅱ軸的設計計算 選取軸的材料為45剛,進行調質處理。 根據(jù)教材表15-3取=105， 得: 軸上有三個鍵槽，增加到32.69～34.13mm。取d=35mm。 軸承選深溝球2系列，型號為62007 通過軸系零件的尺寸查表和合理設計，得出Ⅱ軸尺寸如圖： 3.3 Ⅲ軸的設計計算 選取軸的材料為45剛,進行調質處理。 根據(jù)教材表15-3取=105，

25、 得: 軸上有兩個鍵槽，增加到50.20～52.48mm。取d=55mm。 軸承選圓柱軸承2系列，型號為62011 通過軸系零件的尺寸查表和合理設計，得出Ⅲ軸尺寸如圖： 3.4 Ⅳ軸的設計計算 3.4.1 Ⅳ軸的結構設計 選取軸的材料為45剛,進行調質處理。 根據(jù)教材表15-3取=105， 得: 軸上有三個鍵槽，增加到71.65～73.87mm。取d=75mm。 軸承選圓柱軸承2系列，型號為N215E 通過軸系零件的尺寸查表和合理設計，得出高速軸尺寸如圖： 3.4.2

26、Ⅳ軸的強度校核 ?由教材表15-1得=60Mpa ?求作用在軸上的作用力： 由于選擇的是直齒輪和深溝球軸承，所以只有徑向力。 且已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 d=382mm 齒輪作用在軸上的水平力即周向力： 齒輪作用在軸上的鉛垂力即徑向力： ?在垂直面上： 左側：N 右側：N 彎矩 ④水平面上： 左側：N 右側：N 彎矩 ⑤總彎矩： 如圖： ⑥進行校核時候，通常只是校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度根據(jù)式及上面的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為靜應

27、力，取0.3，軸的計算應力。 由教材表15-4得：W==40409 ⑦ 其中T為軸輸出扭矩。 所以是安全的。 4. 軸承的校核 4.1Ⅰ軸軸承的校核 由于選擇的軸承是6204型軸承，只存在徑向力。所以： P==1050N 其中 為軸校核軸軸承在水平和垂直方向的受力。 由教材可知深溝球軸承的ε=3 查機械零件表有：C=12800N 則有： =20967 h 則軸承可用：L==3.39年。 滿足三年小修換軸承的要求 4.2Ⅳ軸軸承的校核 由于選擇的軸承是6015型軸承，只存在徑向力。所以： P==714

28、1N 其中 為軸校核軸軸承在水平和垂直方向的受力。 由教材可知圓柱軸承的ε= 查機械零件表有：C=68000N 則有： =70823h 則軸承可用：L==12年。 滿足三年小修換軸承的要求 5.聯(lián)軸器的選擇 5.1輸入端聯(lián)軸器 由于三級減速器是由電機與減速器直接通過聯(lián)軸器連接的，所以要對電機進行過載保護，所以要在輸入端選擇安全聯(lián)軸器。 根據(jù)聯(lián)軸器的計算公式查表14-1（機械設計 第八版），取工作情況系數(shù)=1.5;則有 =1.5×38.209=57.31Nm 則選擇KR-SC型鋼球半扭矩安全聯(lián)軸器中的型號為：KR-SC19

29、06H型聯(lián)軸器。 5.2輸出端聯(lián)軸器 根據(jù)聯(lián)軸器的計算公式查表14-1（機械設計 第八版），取工作情況系數(shù)=1.5;則有 =1.5×2397.52=3659.81Nm 選用LH7彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為。 6.箱體設計 6.1減速箱參數(shù) 箱體是用HT200鑄造而成，其相關參數(shù)如下： 箱座壁厚 12 箱蓋壁厚 10 箱座凸緣厚度 18 箱蓋凸緣厚度 15 箱座底凸緣厚度 30 底腳螺栓直徑 24 底腳螺栓數(shù)目 6 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 18 箱蓋與

30、箱座聯(lián)接螺栓直徑 12 軸承端蓋螺釘直徑 由軸承外徑決定 定位銷直徑 12 凸臺高度 根據(jù)扳手操作方便為準 大齒輪頂圓與內壁距離 15 齒輪端面與內壁距離 15 箱蓋、箱座肋厚 8,10 軸承端蓋外徑 與軸承有關 軸承端蓋凸緣厚度 10 螺栓扳手空間與凸緣寬度 安裝螺栓直徑 M8 M10 M12 M18 M24 至外箱壁距離 13 16 18 24 34 至凸緣邊距離 11 14 16 22 28 沉頭座直徑 10 24 26 36 48

31、 6.2減速器的潤滑 6.2.1 齒輪的潤滑 采用浸油潤滑的潤滑方式。因為三級減速箱中大齒輪直徑差距較大，所以浸油深度不能過高，以免出現(xiàn)因低速級大齒輪浸油過深而造成過大的油損。但浸油深度也不能過小以防止其他齒輪潤滑不到或傳動零件在轉動時將沉入箱底的污物攪起，所以選次高級大齒輪浸油一個齒高為準，油面到池底30mm。 6.2.2軸承的潤滑 通過計算得到的所有軸承的dn值小于，所以選用油脂潤滑（機械設計，第八版，表14-10）。軸承與內箱采用擋油環(huán)隔絕。 7.經濟性分析 一般來說三級減速器的價格相對于其他減速器要貴一些。主要體現(xiàn)在加了第三對齒輪的造價和

32、增加一對齒輪引起的一系列如箱體體積、潤滑油增多、各種精度要求提高等額外費用。對于三級齒輪減速器造價問題采取了一下措施: ?.三級減速器與經典的二級帶輪減速器主要在于第三對齒輪價格和一對帶輪加帶的價格的差別。所以初略計算第三對齒輪價格和一對帶輪加帶的價格，進行對比以進行下面措施。 ?齒輪等級精度在滿足要求的情況下采用最低級精度等級，都為8級精度等級齒輪。 ?.材料方面在滿足功能和強度要求方面選擇最便宜材料：齒輪和軸除了低速級小齒輪采用42GrMo外都用45號鋼。箱體用灰鑄鐵鑄造。 ④.結構設計方面如箱體盡量避免凸臺等架構以增加鑄造成本。 通過這些措施使得

33、三級齒輪減速器的造價降低很多，可以達到甚至低于某些二級減速器的造價。 7.設計心得 通過這次減速器的設計，使我學到很多以前東西，以下是我的心得體會： ?這是一門綜合性很強的課程，其中包含了很多門科目有機械設計、理論力學、工程材料、材料成型、機械制造、制圖等知識，通過設計過程可以把以前學的知識進行更加深入的理解，同時大大提高個人訓練能力。 ?設計一個零件或結構，要先了解其功能原理，然后在使其滿足使用功能的基礎上進行設計和創(chuàng)新，不能毫無根據(jù)漫無目的的瞎想、亂改。 ?結構設計中的所有結構的有無、位置、尺寸都是有根據(jù)甚至有標準的，不能看到別人有而有，也不能亂加或隨意編寫數(shù)據(jù)。否則可能

34、對整體功能或使用維修等帶來影響。 ④通過這門課程，我的二維、三維制圖能力大大提高。 9.參考資料目錄 [1]《機械設計（第八版）》，高等教育出版社， 楊可楨 程光蘊 李仲生 主編；普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材 [2]《機械設計課程設計手冊（第三版）》，高等教育出版社，清華大學 吳忠澤 北京科技大學 羅圣國 主編 [3]《機械機械設計綜合課程設計 第二版》，王之樂 王大康 主編 [5]《solidworks 2012機械設計實例精解—減速器設計》，段志堅 李改靈主編

35、 傳動方案選方案三 =0.859 =5.82kw =20.32r/min 選Y132M-4型電機 =1440 r/min =70.866 =5.380 =4.138 =3.183 =1440 r/min =38.594 Nm =5.762 kw =1

36、440r/min =38.209Nm =5.533 Kw =267.658r/min =197.396Nm =5.313 kw =64.683r/min =784.346Nm =5.102 kw =20.32r/min =2397.517Nm =5.00kw =20.32r/min =2349.540Nm 大小齒輪用45號調質鋼，小齒輪表面淬火 N1= N2= =900Mpa =570Mpa =570Mpa =470Mpa []=900Mpa

37、[]=575.7Mpa []=570Mpa []=470Mpa =1.0 =2.52 =189.8 =60mm =323mm m=3.0 a=191.5mm h=6.75mm =52mm =47mm =2.24 Y Fa1=2.57 YFa2=2.14 Y Sa1=1.60 Y Sa2=1.83 =58.66Mpa< =55.86Mpa< 第一對齒輪表面接觸強度和齒根彎曲強度

38、滿足要求。 N1= N2= =900Mpa =570Mpa =570Mpa =470Mpa []=900Mpa []=627Mpa []=570Mpa []=470Mpa =1.0 =2.22 =189.8 =91mm =377mm m=3.0 a=234mm h=6.75mm =95mm =90mm =2.21 Y Fa1=2

39、.506 YFa2=2。16 Y Sa1=1.625 Y Sa2=1.81 =144.61Mpa< =138.83Mpa< 第二對齒輪表面接觸強度和齒根彎曲強度滿足要求。 N1= N2==1.0 =1.0 =1.12 =1.18 =900Mpa =700Mpa =675Mpa =600Mpa []=1008Mpa []=826Mpa []=600Mpa =1.0 =2.09 =12

40、0mm =382 m=3.0 a=251mm h=6.75mm =105mm =100mm =2.10 Y Fa1=2.390 YFa2=2.16 Y Sa1=1.68 Y Sa2=1.81 =348.26Mpa< =339.10Mpa< d=20mm =60Mpa 軸承選深溝球2系列，型號為62004 =60Mpa

41、 = M= W=1398.13 < 所以是安全的。 d=35mm 軸承選深溝球2系列，型號為62007 d=55mm 軸承選深溝球2系列，型號為N211E =6

42、0Mpa d=75mm 軸承選圓柱軸承2系列，型號為N215E Nm Nm = Nm Nm = M=660Nm < 所以是安全的。 P=1050N ε=3 C=12800N L=3.39年。 滿足要求 P=7141N ε= C=68000N L=12年 滿足要求 57.31Nm 聯(lián)軸器 選擇KR-SC型鋼球半扭矩安全聯(lián)軸器中的型號為：KR-SC1906H型聯(lián)軸器。 =3659.81Nm 選用LH7彈性柱銷聯(lián)軸器 =30Mpa 專心---專注---專業(yè)