DOC《一、减速器结构分析》

一、减速器结构分析 目的:分析传动系统的工作情况.

1、传动系统的作用 作用:介于机械中原动机与工作机之间,主要将原动机的运动和动力传给工作机,在此起减速作用,并协调二者的转速和转矩.

2、传动方案的特点 特点:结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便.由于电动机、减速器与滚筒并列,导致横向尺寸较大,机器不紧凑.但齿轮的位置不对称,高速级齿轮布置在远离转矩输入端,可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消,以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象.

3、电机和工作机的安装位置 电机安装在远离高速轴齿轮的一端;

工作机安装在远离低速轴齿轮的一端.

二、传动装置总体设计 一)选择电动机

1、选择电动机系列 按工作要求及工作条件,选用三相异步电动机,封闭式扇式结构,即:电压为380V的Y系列的三相交流电源电动机.

2、选电动机功率 (1)传动滚筒所需有效功率 (2)传动装置总效率 联轴器,齿轮,轴承 (3)所需电动机功率

3、确定电动机转速 滚筒转速: 根据各传动机构的传动比范围:单级圆柱齿轮传动比3~5,则总传动比3*3~5*5=9~25,可见电机转速的可选范围 选用Y132M1L-6型号,电机尺寸查表(8-170~8-172).

4、计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 (1)总传动比 (2)分配各级传动比 根据两级齿轮传动比原则,取,.

5、计算传动装置的运动和动力参数 (1)各轴转速 电机轴: 高速轴: 中间轴: 低速轴: 工作轴: (2)各轴输入功率 高速轴: 中间轴: 低速轴: 工作轴: (3)各轴输出转矩 电机轴: 高速轴: 中间轴: 低速轴: 工作轴: 将以上算的运动和动力参数计算结果列表如表1. 表

1、装置运动和动力参数 轴名 参数 电动机轴 高速轴 中间轴 低速轴 工作轴 转速n(r/min)

960 960 247.42 95.60 95.60 功率P(KW) 4.04 3.996 3.856 3.7216 3.666 转矩T(N・m) 40.18 39.75 148.85 371.77 367.038 传动比i

1 3.88 2.588

1 效率 0.99 0.96 0.96 0.98

四、高速轴齿轮的设计与校核

1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 按照传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动,选用7级精度. 选小齿轮:40Cr,调质处理 选大齿轮:45钢,调质处理 选小齿轮齿数=24,则大齿轮齿数,取94

2、按齿面接触强度设计 由公式进行试算 确定公式内各数 试选=1.6,节圆螺旋角(=14° 由文[2]图10-30选取区域系数=2.433 由文[2]图10-26查得=0.78,=0.88,则=+=1.66 由表1查得小齿轮传动的转矩T1=39750 N?mm 由文[2]图10-7选取齿宽系数=1 文[2]图10-6查得=189.8 由文[2]图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa;

大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa 计算应力循环次数 =60*960*1*(2*8*300*10)=2.765*109 由文[2]图10-19取接触疲劳寿命系数=0.90,=0.95 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数S=1 , 计算 试算小齿轮分度圆直径,由计算公式得 计算圆周速度 计算齿宽b及模数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 已知使用系数,根据,7级精度,查表10-8动载系数;

由表10-4查得;

由图10-13查得;

由表10-3查得.故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式(10-10a)得 计算模数

3、按齿根弯曲强度设计 由公式(10-17) (1)确定计算参数 计算载荷系数 根据纵向重合度,从图10-28查得 计算当量齿数 , 查取齿形系数 由表10-5查得, 查取应力校正系数 由表10-5查得, 由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限,大齿 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数, 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数,由式(10-12)得,计算大小齿轮并加以比较 , 大齿轮的数值大. (2)设计计算 mm 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取mm,满足弯曲强度,为了满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来算齿数,于是由 取,

4、几何尺寸计算 (1)计算中心距 mm 将中心距圆整为114mm (2)按圆整后的中心距修正螺旋角 因值变化不大,参数不必修正. (3)计算大、小齿轮的分度圆直径 (4)计算齿宽 圆整后取,.

五、中间轴齿轮传动的设计与校核

1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 按照传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动;

选用7级精度 选小齿轮:40Cr,调质处理 选大齿轮:45钢,调质处理 选小齿轮齿数=24,则大齿轮齿数,取,u=4.31.

2、按齿面接触强度设计 由公式进行试算 (1)确定公式内各数 1)试选=1.6,节圆螺旋角(=14° 2)选取区域系数=2.433 3)查得=0.78,=0.87,则=+=1.65 4)计算小齿轮传动的转矩T2=57710 N?mm 5)选取齿宽系数=1 6)查得=189.8 7)按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa;

大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa 8)计算应力循环次数 =6.768*108, 9)取接触疲劳寿命系数=0.90,=0.95 10)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数S=1, , (2)计算 1)试算小齿轮分度圆直径,由计算公式得 2)计算圆周速度 3)计算齿宽b及模数 4)计算纵向重合度 4)计算载荷系数K 已知使用系数,根据,7级精度,查表10-8动载系数;

由表10-4查得;

由图10-13查得;

由表10-3查得.故载荷系数 5)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式(10-10a)得6)计算模数

3、按齿根弯曲强度设计 (1)由式(10-17) (2)确定计算参数 1)计算载荷系数 2)根据纵向重合度,从图10-28查得 3)计算当量齿数 , 4)查取齿形系数 由表10-5查得, 5)查取应力校正系数 由表10-5查得, 6)由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限,大齿 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数, 7)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数,由式(10-12)得,8)算大小齿轮并加以比较 , 大齿轮的数值大. 9)计算 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取mm,满足弯曲强度,为了满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来算齿数,于是由 取,,

取

4、几何尺寸计算 (1)计算中心距 mm 将中心距圆整为93mm (2)按圆整后的中心距修正螺旋角 因值变化不大,参数不必修正. (3)计算大、小齿轮的分度圆直径 (4)计算齿宽 圆整后取,

六、高速轴的设计与校核

1、整理中间轴上的齿轮的参数如下表2: 模数 螺旋角 齿宽 小齿轮 1.5 14.6°

50

2、由表1得高速轴上的功率、转速、扭矩如下:

3、初步确定轴的最小直径:

4、求作用在齿轮上的力 求作用在小齿轮上的力 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 初选轴的最小直径为35mm,在两边轴承处. 小齿轮和大齿轮处轴的直径初选为45mm,中间轴肩处直径取为55mm,轴肩部分宽度为10mm(根据轴肩高度h>

0.07d,轴环宽度原则). 这里不确定齿轮距箱体内壁的距离,而初步确定左边轴承中间受力点到齿轮的距离30mm,右边轴承中间受力点到齿轮的距离为40mm.

5、根据初步确定的尺寸要求,计算轴承的支反力, 受力分析见图 水平面上: 解得 垂直面上: 代入数据解得. 轴向力: 轴承合成支反力

6、轴承的选择 因轴承主要承受径向力,少量轴向力,这里选择深沟球轴承.参照工作要求并根据轴承处轴的直径查表,有6207,6307,6407三种轴承符合要求. 计算轴径比(轴承支反力取大值): 计算当量载荷,根据工作条件取 求轴承应有的基本额定动载荷,深沟球轴承取 =33010 根据基本额定动载荷查表选取6407,此型号的轴承的基本额定静载荷为29.50KN. 相对轴向载荷 对应的取X=1,Y=0(可用插值法求出精确值,这里估取). 求当量动载荷 验算轴承6407型的使用寿命 选用的轴承合格. 确定轴上倒角和倒圆角角 轴端倒角为2*45°,轴肩处倒圆角见图 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算图,再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图,从轴的机构图以及弯矩和扭矩图中可以看出小齿轮处是轴的危险截面,现将计算出的截面出的值列于下表3. 载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩 按弯矩合成应力较核轴的强度,W查表,扭转切应力为脉动循环变应力,取取0.6. 轴的材料为45钢,调质处理,查得,,

故安全.

七、中间轴的设计与校核

1、整理中间轴上的齿轮的参数如下表2: 模数 螺旋角 齿宽 小齿轮 2.5 14.59° 55mm 大齿轮 1.5 14.6° 50mm

2、由表1得中间轴上的功率、转速、扭矩如下:

3、初步确定轴的最小直径:

4、求作用在齿轮上的力 求作用在小齿轮上的力 求作用在大齿轮上的力 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 初选轴的最小直径为35mm,在两边轴承处. 小齿轮和大齿轮处轴的直径初选为45mm,中间轴肩处直径取为55mm,轴肩部分宽度为10mm(根据轴肩高度h>

0.07d,轴环宽度原则). 这里不确定齿轮距箱体内壁的距离,而初步确定左边轴承中间受力点到齿轮的距离30mm,右边轴承中间受力点到齿轮的距离为40mm.

5、根据初步确定的尺寸要求,计算轴承的支反力,受力分析见图. 水平面上: 解得 垂直面上: 代入数据解得 负号表示与图示方向相反. 轴向力: 轴承合成支反力

6、轴承的选择 因轴承主要承受径向力,少量轴向力,这里选择深沟球轴承.参照工作要求并根据轴承处轴的直径查表,有6205,6305,6405三种轴承符合要求. 计算轴径比(轴承支反力取大值): 轴径比小于e 计算当量载荷,根据工作条件取 求轴承应有的基本额定动载荷,深沟球轴承取 =39564.5 根据基本额定动载荷查表选取6305,此型号的轴承的基本额定静载荷为11.50KN. 相对轴向载荷 查表取e=0.23 对应的取X=0.56,Y=1.9(可用插值法求出精确值,这里估取). 求当量动载荷 验算轴承6305型的使用寿命 选用的轴承合格. 轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位均采用圆头平键连接.根据轴的直径查表取平键,键参数如下 键宽b*键高h:14*9;

键长:小齿轮L=50mm,大齿轮L=45mm 键与轮毂的接触高度:k=0.5h=4.5 键的工作长度:小齿轮l=L-b=36,大齿轮l=L-b=31 根据普通平键连接的强度较核计算公式: 只需较核大齿轮上的平键,代入数据得 查表,故所取的键符合强度要求. 确定轴上倒角和倒圆角角 轴端倒角为2*45°,轴肩处倒圆角见图 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算图,再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图,从轴的机构图以及弯矩和扭矩图中可以看出小齿轮处是轴的危险截面,现将计算出的截面出的值列于下表3. 载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩 按弯矩合成应力较核轴的强度,W查表,扭转切应力为脉动循环变应力,取取0.6. 轴的材料为45钢,调质处理,查得,,

故安全.

八、低速轴的设计与校核

1、整理低速轴上的齿轮的参数如下表2: 模数 螺旋角 齿宽 齿轮 2.5 14.59° 55mm

2、由表1得中间轴上的功率、转速、扭矩如下:

3、初步确定轴的最小直径:

4、求作用在齿轮上的力 求作用在齿轮上的力 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 初选轴的最小直径为40mm,在两边轴承处. 小齿轮和大齿轮处轴的直径初选为50mm,中间轴肩处直径取为60mm,轴肩部分宽度为10mm(根据轴肩高度h>

0.07d,轴环宽度原则). 这里不确定齿轮距箱体内壁的距离,而初步确定左边轴承中间受力点到齿轮的距离30mm,右边........