1.传动方案的分析及论证
原理图如下图所示,该传动方案是常见的减速方案,高速级采用三角带轮传动,低速级采用一级圆柱齿轮减速器,该传动方案传递效率高,结构紧凑,制造简单,通用性好,承载能力强,具有过载保护能力,价格便宜,标准化程度高,能大幅降低成本。
V带有缓冲吸振作用,能在振动环境中工作,能减小振动对工作机及减速器带来的影响,减速器部分为闭式传动,传递效率高,不受环境灰尘影响。
2.电动机选择
工作条件场合有三相电源,采用Y系列三相交流异步电动机,
计算工作机所需功率:
工作机所需转速:
计算传动装置总效率:
V带传动效率
齿轮传动效率
联轴器效率
轴承效率
所以
电动机的输出功率:
取
选择电动机为Y132S-4型 (见[2]表20-1)
技术数据:额定功率:5.5()
额定转速:1440 ()
3. 传动装置的运动和动力参数的选择和计算
3.1 总传动比和各级传动比分配:
其中:为齿轮传动比, 为V带传动比,
取:;
3.2 各轴传动装置的运动和动力参数
1)高速轴:;
;
;
2)低速轴:;
;
;
4. V带传动的设计
1 确定计算功率
由书表8-7得: 故
2 选V带带型
根据,
由〔1〕图8-11得:选择SPA型带
3 确定带轮基准直径并验算带速v
1)由〔1〕表8-6 8-8 取小带轮基准直径
2)验算带速v:
因为 所以合适
3)根据〔1〕8-15a得:
由〔1〕表8-8 ,确定为250mm
4 确定V带中心距a和基准长度
据式
取
由〔1〕式8-22,计算所需基准长度
选取基准长度
按〔1〕式8-23,计算实际中心距
变动范围
5 验算小带轮的包角
6 计算带的根数
1)计算单根
由和根据〔1〕表8-4a得
根据,,SPA型带,由〔1〕表8-4b得
〔1〕表8-5得:,表8-2得:
2) V带根数 根 取Z=3
7 计算单根V带的初拉力的最小值
根据〔1〕表8-3 SPA型带取
所以
8 计算压轴力
5.齿轮传动设计(斜齿传动)
5.1 选精度等级、材料及齿数
1)为提高传动平稳性及强度,选用斜齿圆柱齿轮
小齿轮材料:45钢调质 HBS1=280
接触疲劳强度极限MPa (由[1]P207图10-21d)
弯曲疲劳强度极限 Mpa (由[1]P204图10-20c)
大齿轮材料:45号钢正火 HBS2=240
接触疲劳强度极限 MPa (由[1]P206图10-21c)
弯曲疲劳强度极限 Mpa (由[1]P204图10-20b)
2)精度等级选用7级精度
3)初选小齿轮齿数
大齿轮齿数Z2 = Z1= 21×3.29=69.1 取 70
4)初选螺旋角
按齿面接触强度设计
计算公式:
(由[1]P216式10-21)
1)确定公式内的各计算参数数值
初选载荷系数
小齿轮传递的转矩 N·mm
齿宽系数 (由[1]P201表10-7)
材料的弹性影响系数 Mpa1/2 (由[1]P198表10-6)
区域系数 (由[1]P215图10-30)
, (由[1]P214图10-26)
应力循环次数
接触疲劳寿命系数
(由[1]P203图10-19)
接触疲劳许用应力
取安全系数
∴ 取
1.计算
(1)试算小齿轮分度圆直径
=55.44mm
(2)计算圆周速度
1.67mm/s
(3)计算齿宽b及模数mnt
mm
b/h=9.66
﹙4﹚计算纵向重合度
=2.0932
(5) 计算载荷系数
① 使用系数
<由[1] P190表10-2> 根据电动机驱动得
② 动载系数
<由[1] P192表10-8> 根据v=1.67m/s、 7级精度
1
③ 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数
<由[1]P194表10-4> 根据小齿轮相对支承为对称布置、7级精度、=1.0、 mm,得
=1.42
④ 按齿根弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数
<由[1]P195图10-13> 根据b/h=9.66、
⑤ 齿向载荷分配系数、
<由[1]P193表10-3> 假设,根据7级精度,软齿面传动,得
∴=2.267
(6) 按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径
<由[1]P200式(10-10a)>
mm
(7) 计算模数
三 按齿根弯曲强度设计 <由[1]P198式(10-5)>
1 确定计算参数
(1)计算载荷系数K
(2)螺旋角影响系数
<由[1]P215图10-28> 根据纵向重合系数,得
0.91
(3)弯曲疲劳系数KFN
<由[1]P202图10-18> 得
(4)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.2 <由[1]P202式(10-12)>得
(5)计算当量齿数ZV
取24
取78
(6)查取齿型系数YFα 应力校正系数YSα
<由[1]P197表10-5> 得
(7)计算大小齿轮的 并加以比较
比较
<
所以大齿轮的数值大,故取0.014269。
2 计算
=1.86mm
取2
四 分析对比计算结果
对比计算结果,取=2已可满足齿根弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的d1=来计算应有的
取31
取103
需满足、互质
五 几何尺寸计算
1 计算中心距阿a
将a圆整为140mm
2 按圆整后的中心距修正螺旋角β
3 计算大小齿轮的分度圆直径d1、d2
mm
mm
4计算齿宽度
B=mm
取B1=70mm,B2=65mm
6 轴的设计
6.1高速轴的设计
1).已知输入轴上的功率P 、转速n 和转矩T
1)高速轴:;
;
;
材料:选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取 C=108。
2) 确定轴的最小直径
,(外伸轴,C=108),根据联轴器参数选择 ;
轴最小直径处与带轮配合,取配合的毂孔长度L =38mm
3)结构设计
1)拟定轴上零件的装配方
采用图示的装配方案
4)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
d2=d1+(3~5)mm 因为带轮要靠轴肩定位,且还要配合密封圈,所以查手册85页表7-12取,L2=m+e+l+5=55。
d3=d2+(2~3)mm,段装配轴承且,所以查手册62页表6-1取。选用30306轴承。
L3=B++2=21。
段主要是定位轴承,d4=d3+(5~10)mm,取。L4根据箱体内壁线确定后在确定。
齿轮段直径:判断是不是作成齿轮轴:
m查手册51页表4-1得:不做成齿轮轴形式
段装配轴承所以
5)校核该轴:
L1=63.3 L2=63.3
作用在齿轮上的圆周力为:
径向力为
轴向力
求垂直面的支反力:
求垂直弯矩,并绘制垂直弯矩图:
求水平面的支承力:
N
N
求并绘制水平面弯矩图:
求合成弯矩图:
求危险截面当量弯矩:
从图可见,m-m处截面最危险,其合成弯矩为:(取折合系数)
所以该轴是安全的。
6.2低速轴的设计
低速轴的设计:
⑴确定各轴段直径
①计算最小轴段直径。
因为轴主要承受转矩作用,所以按扭转强度计算,由式14-2得:
同时,需要选取联轴器,跟据联轴器孔径来确定轴径,
查〔2〕269表17-1取查手册94页表8-7选用型号为HL3的弹性柱销联轴器。
并且考虑到该轴段上开有键槽,因此取
,长度L1=58mm.
②为使联轴器轴向定位,在外伸端设置轴肩,则第二段轴径。查手册85页表7-2,此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值,因此取。
③设计轴段,为使轴承装拆方便,查手册62页,表6-1,取,采用挡油环给轴承定位。选轴承30309。mm ,L3=51.8mm
④设计轴段,考虑到挡油环轴向定位,故取, L4=61mm
⑤设计另一端轴颈,取,轴承由挡油环定位,挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。
⑵确定各轴段长度。
有联轴器的尺寸决定(后面将会讲到).
因为,所以
其它各轴段长度由结构决定。
(4).校核该轴和轴承:
求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩。
作用在齿轮上的圆周力:
径向力:
轴向力:
求水平面的支承力。
计算、绘制水平面弯矩图。
求垂直面的支反力:
计算垂直弯矩:
合成弯矩。
扭转切应力是脉动循环变应力,则折合系数,则
轴的计算应力:
轴的材料为45钢,调质处理,由(2)表15-1查得:,因此 ,故安全。
六.精确校核轴的疲劳强度
判断危险截面
校核危险截面左侧:
抗弯截面系数:
抗扭截面系数:
弯矩及弯曲应力:
扭矩及扭转切应力:
轴的材料为45钢,调质处理,由(2)表15-1查得:
,,
应力集中系数:,,查附表3-2得:,
由附表3-1得轴的敏性系数为:
,
故有效应力集中系数:
35
由附图3-2得尺寸系数:
由附图3-3得扭转尺寸系数:
查附图3-4表面质量系数为:
轴未经表面强化处理,则:
综合系数值:
碳钢的特性系数:
,取:5
,取:
则计算安全系数,得:
轴左截面安全
3.校核危险截面右侧
抗弯截面系数:
抗扭截面系数:
弯矩及弯曲应力:
扭矩及扭转切应力:
过盈配合处的值,由附表3-8用插入法求出,并取
,于是得:
,
轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为:
故得综合系数为:
所以轴在危险截面右侧的安全系数为:
故该轴在危险截面的右侧的强度也是足够的。(5).
7、轴承的校核
1 低速轴轴承校核
由于低速轴受力最大,传递转矩最大,本文只校核低速轴
轴承30309的校核
求两轴承受到的径向载荷
径向力,
查[1]表15-1,得Y=1.6,e=0.37,
派生力,
轴向力,右侧轴承压紧
由于,
所以轴向力为,
当量载荷
由于,,
所以,,,。
由于为一般载荷,所以载荷系数为,故当量载荷为
,
轴承寿命的校核
8 键的设计与校核:
(1)低速轴齿轮处的键校核:
因为d=50装联轴器查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L1=90初选键长为,校核所以所选键为: 安全合格。
(3)低速轴联轴器处的键校核:
因为d=80装联轴器查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L1=56初选键长为,校核所以所选键为: 安全合格。
9. 润滑方式的确定
因为传动装置属于轻型的,且传速较低,所以其速度远远小于,所以采用油润滑,箱体内选用SH0357-92中的50号润滑,装至规定高度。
10箱体尺寸
由[机械设计课程设计手册p173]查得
箱体尺寸:
由[2]p173查得
箱座壁厚:,
所以,取。
箱盖壁厚:,所以,取。
箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度:
箱座、箱盖的肋厚:
轴承旁凸台的半径:
轴承盖外径:(其中,D为轴承外径,为轴承盖螺钉的直径)。
中心高:
取:;
地脚螺钉的直径:(因为:);数目:4。
轴承旁联接螺栓的直径:;
箱盖、箱座联接螺栓的直径:
轴承盖螺钉的直径:数目:4;
窥视孔盖板螺钉的直径:。
至箱外壁的距离:
至凸缘边缘的距离:。
外箱壁到轴承座端面的距离:。
齿轮顶圆与内箱壁距离:,取:。
齿轮端面与内箱壁距离:,取:。