齿轮传动设计(课程设计)学士学位论文.doc

一、电动机的选择与运动参数的计算 1.电动机的选择 电动机类型的选择 选择电动机的容量（1） 工作机所需功率Pw=Fv/1000=4.16kw（见机械设计课程设计P79）（2） 传动装置的总效率为: =1 2 n 按机械设计课程设计P8表2-2确定各部分的效率为：V带传动1=0.95；滚动轴承（每一对）效率：2=0.99，圆柱齿轮传动效率3=0.96；弹性联轴器效率4=0.995，卷筒轴滑动轴承效率: 5=0.96.则： =0.96*0.993*0.962*0.995*0.960.828( 3 ) 确定电动机的转速。由转轮的线速度v=(m/s)可推出转轮的速度为：=95.49一般选用同步转速为1000 r/min或1500r/min的电动机作为原动机。通常V带传动常用传动范围i1=24，圆柱齿轮36，则电机转速nd=nw i带=（2*34*5）*95.497=572.9821909.94因载荷平稳，电动机的额定功率Ped大于Pd即可，由表17-1选Y132S-4型电动机，额定功率为5.5kw，转速为: n=1440 r/min表2-5 电动机主要性能参数、尺寸电动机型号额定功率（kw）电动机满载转速（r/min）启动转矩/额定功率最大转矩/额定功率Y132S-45.514402.22.2 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 2.3.1总传动比： = = 15.07 分配各级传动比选取V带传动的传动比：，则i2为圆柱齿轮减速器的传动比。由，得： , （4）计算机传动装置的运动参数和动力参数0轴电机轴 1轴高速轴 2轴中速轴 3轴低速轴 工作轴： 计算所的动力参数与计算参数电动机轴1轴2轴3轴工作轴转速（r/min）1440720250.8796.113.37输入功率（kw）4.163.953.753.56495.49输入转矩（N*M）27.8552.41142.75354.13337.03传动比22.872.611效率0.950.990.960.9950.962.V带传动的设计计算V带传动的计算功率由参考文献，表8-8得工作情况系数，故：确定V带的截型根据及n1查参考文献确定选用A型带确定带轮的基本直径、( 1 )由参考文献表8-8和表8-6得，（3） 验算带速v为；因为，所以带速合适。（4）计算大带轮直径为：确定带长及V带中心距a（1） 确定中心距由估算公式参考文献公式8-20得：得189540=270mm（2） 确定带长由表82选带的基准长度：（3） 确定实际中心距（4）（5） 验算小带轮包角。 满足条件。（6） 计算带的根数Z。由表84得：由表85得：由表86得： 由表82得：V带的根数： 故选取6根。（7） 计算单根V带的初拉力由表83得: (9)计算压轴力 。齿轮传动设计一 高速齿轮设计：带式输送机减速器的高速齿轮传动。已知输入功率P=3.95kw，小齿轮的转速n=720r/min。输送机在常温下连续工作，单向转动，载荷较平稳。工作寿命8年，每年工作300日，每日工作8h。1. 选齿轮类型、精度等级、材料及尺数。 齿轮的类型直齿圆柱齿轮。 精度等级：参考表10-6，选用7级精度。 材料选择：参考表10-1，选择：小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为：280HBS。大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为：240HBS。 齿数：选小齿轮的齿数,大齿轮齿数。其中2. 按齿面接触疲劳强度设计。 试选。 小齿轮转矩： 由表10-7，齿宽系数。 由图10-20，区域系数ZH=2.5。 由表10-5，弹性影响系数。 接触疲劳强度用重合度系数Z。 接触疲劳许用应力 由图10-25d，小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为：， 。 计算应力循环次数：由图10-23，接触疲劳寿命系数：KHN1=0.96、KHN2=0.94 取失效概率为：1%，安全系数S=1取两者之间的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即： 按公式10-11试算小齿轮分度圆直径： 调整小齿轮分度圆直径圆周速度： 齿宽b： 计算实际载荷系数 由表10-2，使用系数 。 由图10-8，动载荷系数 。 由表10-3，齿间载荷分配系数 其中齿轮圆周力： 用插入法 由表10-4得，齿向载荷分布系数由此，得实际载荷： 按实际载荷计算分度圆直径：3. 按齿根弯曲疲劳强度设计。 试选KFt=1.3。 计算弯曲疲劳强度重合度系数： 计算由图10-17，齿形系数 YFa1=2.69，YFa2=2.25 。由图10-18，应力修正系数 Ysa1=1.58，Ysa2=1.74 。由图10-24c，小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为：， 。由图10-22，弯曲疲劳寿命系数：KFN1=0.86，KFN2=0.89 。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，即： 因为小齿轮的小于大齿轮，所以取： 试算模数： 调整模数圆周速度V 。齿宽b。 宽高比b/h。 b/h=33.12/3.105=10.67计算实际载荷系数 其中：.根据v=1.24m/s，7级精度，由图10-8得动载系KV=1.05. 由表10-3得齿间载荷分配系数 其中：, .由图10-4用查值法得，结合b/h=10.67查图10-13得，。则载荷系数：按实际载荷算得的齿轮模数： 有上述结果可得：取由弯曲疲劳强度算得的模数m=1.49mm，并就近圆整为标准值m=2mm。按接触疲劳强度算得的分度圆直径的d1=58.6mm。则小齿轮齿数 取Z1=30。大齿轮的齿数 取Z2=86。4. 几何尺寸计算。 分度圆直径： 中心距： 齿轮宽度： 取b1=68mm b2=b=60mm5.齿面接触疲劳强度校核。由上述可得：,u=2.87，ZH=2.5，将他们带入式（1010） 得：故齿面接触疲劳强度满足。6.齿根弯曲疲劳强度校核。由上述可得：、YFa1=2.69、YFa2=2.25 Ysa1=1.58、Ysa2=1.74、m=2mm、Z1=30将它们带入式（10-6），得：故齿根弯曲疲劳强度满足要求。7.齿轮性能参数：齿轮模数 m齿数 z分度圆直径 d齿宽 b中心距 a小齿轮2306068116大齿轮28617260齿轮传动设计二 低速齿轮设计：带式输送机减速器的高速齿轮传动。已知输入功率P=3.75kw，小齿轮的转速n=250.87r/min。输送机在常温下连续工作，单向转动，载荷较平稳。工作寿命8年，每年工作300日，每日工作8h。1.选齿轮类型、精度等级、材料及尺数。 齿轮的类型直齿圆柱齿轮。 精度等级：参考表10-6，选用7级精度。 材料选择：参考表10-1，选择：小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为：280HBS。大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为：240HBS。 齿数：选小齿轮的齿数,大齿轮齿数 取整Z2=78.3。其中2按齿面接触疲劳强度设计。 试选。 小齿轮转矩： 由表10-7，齿宽系数。 由图10-20，区域系数ZH=2.5。 由表10-5，弹性影响系数。 接触疲劳强度用重合度系数Z。 接触疲劳许用应力 由图10-25d，小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为：， 。 计算应力循环次数：由图10-23，接触疲劳寿命系数：KHN1=0.93、KHN2=0.95 取失效概率为：1%，安全系数S=1取两者之间的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即： 按公式10-11试算小齿轮分度圆直径： 调整小齿轮分度圆直径圆周速度： 齿宽b： 计算实际载荷系数 由表10-2，使用系数 。 由图10-8，动载荷系数 。 由表10-3，齿间载荷分配系数 其中齿轮圆周力： 用插入法 由表10-4得，齿向载荷分布系数由此，得实际载荷： 按实际载荷计算分度圆直径：3.按齿根弯曲疲劳强度设计。 试选KFt=1.3。 计算弯曲疲劳强度重合度系数： 计算由图10-17，齿形系数 YFa1=2.54，YFa2=2.25 。由图10-18，应力修正系数 Ysa1=1.58，Ysa2=1.74 。由图10-24c，小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为：， 。由图10-22，弯曲疲劳寿命系数：KFN1=0.85，KFN2=0.88 。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，即： 因为小齿轮的小于大齿轮，所以取： 试算模数： 调整模数圆周速度V 。齿宽b。 宽高比b/h。 b/h=49.8/3.735=13.34计算实际载荷系数 其中：.根据v=0.65m/s，7级精度，由图10-8得动载系KV=1.02. 由表10-3得齿间载荷分配系数 其中：, .由表10-4用查值法得，结合b/h=13.35查图10-13得，。则载荷系数：按实际载荷算得的齿轮模数： 有上述结果可得：取由弯曲疲劳强度算得的模数m=1.77mm，并就近圆整为标准值m=2mm。按接触疲劳强度算得的分度圆直径的d1=83.52mm。则小齿轮齿数 取Z1=42。大齿轮的齿数 取Z2=110 。4.几何尺寸计算。 分度圆直径： 中心距： 齿轮宽度： 取b1=90mmb2=b=84mm 5.齿面接触疲劳强度校核。由上述可得：,u=2.61，ZH=2.5，将他们带入式（1010） 得： 故齿面接触疲劳强度满足。6.齿根弯曲疲劳强度校核。由上述可得：，YFa1=2.54，YFa2=2.25 Ysa1=1.58，Ysa2=1.74，m=2mm，Z1=42将它们带入式（10-6），得：故齿根弯曲疲劳强度满足要求。6.齿轮性能参数：齿轮模数 m齿数 z分度圆直径 d齿宽 b中心距 a小齿轮2428490152大齿轮211022084 轴的设计一 高速轴：1. 轴上的功率P、转速n和转矩T 2求作用在齿轮上的力 3.初步确定轴的最小直径。 先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得：考虑到轴端出开有键槽，轴颈应增大4%5%，则初步选取。4.轴的结构设计：确定各段的直径和长度:轴段：已知初步确定轴的最小直径，因为其与带轮装配。带轮的宽度。所以初定轴段的长度L=41mm。轴段：因为轴段的右端必须为轴肩，所以为了满足带轮轴的定位要求，故取轴段的直径，取整。因为轴段处安装轴承盖，所以轴段的长度。轴段：在轴段处安装轴承（深沟球轴承），因为轴承内径要与轴段直径保持一致，查机械设计课程设计选型号为6207的滚动轴承，基本几何尺寸为。所以轴段处的直径，长度。轴段：因为轴段的右端有轴肩，则轴段的直径为，即取轴段的直径为轴段：轴段的右端面为齿轮的轴肩固定面，有轴颈查表15-2得R=1.6。由轴肩高度，轴环宽度，得轴段的直径，长度轴段：轴段上安装齿轮，因为轴段的右端为轴承的定位轴肩，所以初定，齿轮的右端采用套筒固定，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，已知齿轮的宽度，轴段的长度，故取轴段的长度。轴段：轴段与轴段都是安装轴承的位置，故轴段的直径。在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离S,由机械设计课程设计P37取S=5mm，取齿轮距箱体内壁之距离；则轴段的长度各段的直径和长度入下表：轴段轴段轴段轴段轴段轴段轴段直径d/mm23283542524235长度l/mm455017107865415.轴上零件的周向定位齿轮、V带带轮与轴的周向定位均采用平键连接。按d1=23mm查得平键截面，轴颈处配合为，。按d6=42m查得平键截面，齿轮处配合为，。6.轴上的载荷作用在齿轮上的力圆周力：径向力：轴向力：Fa=0N取齿轮齿宽的中间、轴承宽中点为受力点，则： 计算支承反力： 在水平面上：由, , 得： 弯矩： 在垂直面上（v）：由， , 得： 弯矩： 合成弯矩： 故取 。计算扭矩：(5)弯矩图和扭矩图7.按弯扭合成应力校核轴的强度：由合成弯矩图可知，危险截面在安装齿轮的截面上（危险截面C）。 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）当量转矩： 因为扭转切应力为脉动循环变应力，取。则：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。轴的强度条件： 故该轴安全。 8.校核轴承和计算寿命 校核轴承1和计算寿命 径向载荷 轴向载荷 故，由表13-5选取。 则，由表13-5查得X=1;Y=0 由表13-6选取载荷系数 故当量载荷:计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷 在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且轴承能工作3737354小时。校核轴承2和计算寿命 径向载荷 轴向载荷 故，由表13-5选取。 则，由表13-5查得X=1;Y=0 由表13-6选取载荷系数 故当量载荷:计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷 在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且能工作146430小时。 二 中速轴： 1. 轴上的功率P、转速n和转矩T 2求作用在齿轮上的力 高速大齿轮2 （，） 低速小齿轮3 （，） 3.初步确定轴的最小直径。 先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得：考虑到轴端出开有键槽，轴颈应增大4%5%，则初步选取。4.轴的结构设计 确定各段直径长度： 轴段：因为在轴段上安装轴承，且初步确定轴的最小直径。由机械设计课程设计选取选型号为6207的滚动轴承，基本几何尺寸为。则轴段的直径，长度。 轴段：因为在轴段上安装齿轮，且应该与高速轴上的齿轮相啮合，为了安装方便轴段的右端应该有轴肩。轴段的直径，取。齿轮的右端采用套筒固定，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，已知齿轮的宽度，轴段的长度，故取轴段的长度。 轴段：轴段的右端面为齿轮的轴肩固定面，有轴颈查表15-2得R=1.6。由轴肩高度，轴环宽度，得轴段的长度，直径，取整。 轴段：轴段上安装低速小齿轮，齿轮的右端用轴肩固定，左端用套筒固定。则取。齿轮的左端采用套筒固定，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，已知齿轮的宽度，轴段的长度，故取轴段的长度。 轴段：轴段上安装轴承，取。长度。各段的直径和长度入下表：轴段轴段轴段轴段轴段直径d/mm3542504235长度l/mm41881056415.轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。按d2=42mm查得平键截面，轴颈处配合为，。按d4=42m查得平键截面，齿轮处配合为，。6.轴上的载荷 作用在齿轮上的力 高速大齿轮2 （，） 低速小齿轮3 （，） 取齿轮齿宽的中间、轴承宽中点为受力点，则： 64.5mm (2)计算支承反力 根据平面平行力系平衡方程在水平面上（H）：, ,由上述公式可得： 弯矩：在齿轮3处：在齿轮2处：在垂直面上（V）：由， , 得： 弯矩：在齿轮3处：在齿轮2处： 合成弯矩： 计算扭矩：(5)弯矩图和扭矩图7.按弯扭合成应力校核轴的强度：由合成弯矩图可知，危险截面在的3上（承受最大弯矩和扭矩）。 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）当量转矩： 因为扭转切应力为脉动循环变应力，取。则：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。轴的强度条件： 故该轴安全。 8.校核轴承和计算寿命 校核轴承1和计算寿命 径向载荷 轴向载荷 故，由表13-5选取。 则，由表13-5查得X=1;Y=0 由表13-6选取载荷系数 故当量载荷:计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷） 在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且轴承能工作23932小时。（2）校核轴承2和计算寿命径向载荷 轴向载荷 故，由表13-5选取。 则，由表13-5查得X=1;Y=0 由表13-6选取载荷系数 故当量载荷:计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷 在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且轴承能工作68836小时。三 低速轴1. 轴上的功率P、转速n和转距T 2求作用在齿轮上的力（，）3.初步确定轴的最小直径。 先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得：输出轴的最小直径显然是安装联轴器出的直径d1。为了使所选的轴直径与联轴器的孔相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩,查表14-1考虑转矩变化很小，故取,则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计课程设计,选取HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取。半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度,取轴的长度。4.轴的结构设计 确定各段轴的直径和长度 轴段：轴段上安装联轴器，由上述可知：轴段的直径为，长度。 轴段：轴段的右端应为联轴器的固定轴肩，且在轴段上安装轴承端盖，初步确定轴承端盖总宽度。则轴段的直径，取；轴段的长度。 轴段：轴段上安装轴承，查机械设计课程设计，选取6212型深沟球轴承；基本参数,故轴段的直径，长度。 轴段：轴段的右端应为轴承的固定轴肩，则轴段的直径，长度 轴段：轴段的右端为齿轮的固定轴肩，取。由轴环宽度，取。 轴段：轴段上安装齿轮，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位，取。为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，则轴段的长度轴段：轴段上安装轴承。故轴段的直径，长度。轴段轴段轴段轴段轴段轴段轴段直径d/mm40486072887260长度l/mm110502281128246各段的直径和长度入下表：5.轴上零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d1=40mm查得平键截面，轴颈处配合为，。按d6=72m查得平键截面，齿轮处配合为，。6.轴上的载荷作用在齿轮上的力圆周力：径向力：轴向力：Fa=0N取齿轮齿宽的中间、轴承宽中点为受力点，则： 计算支承反力： 在水平面上：由, , 得： 弯矩： 在垂直面上（v）：由， , 得： 弯矩： 合成弯矩： 故取 。计算扭矩：(5)弯矩图和扭矩图7.按弯扭合成应力校核轴的强度：由合成弯矩图可知，危险截面在安装齿轮的截面上（危险截面C）。 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）当量转矩： 因为扭转切应力为脉动循环变应力，取。则：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。轴的强度条件： 故该轴安全。 8.校核轴承和计算寿命 校核轴承1和计算寿命 径向载荷 轴向载荷 故，由表13-5选取。 则，由表13-5查得X=1;Y=0 由表13-6选取载荷系数 故当量载荷:计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷 在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且轴承能工作16473178小时。校核轴承2和计算寿命 径向载荷 轴向载荷 故，由表13-5选取。 则，由表13-5查得X=1;Y=0 由表13-6选取载荷系数 故当量载荷:计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷 在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且能工作1416433小时。