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減速器設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1電動(dòng)機(jī)參數(shù):
電動(dòng)機(jī)JZR2-22-6; ;電動(dòng)機(jī)質(zhì)量115kg
4.2分配各級(jí)傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比i=39.6;主動(dòng)車輪組
對(duì)于兩級(jí)齒輪傳動(dòng),,取,其中i1位減速器高速級(jí)傳動(dòng)比,i2為減速器低速級(jí)傳動(dòng)比,故取i1=7.45,i2=5.32。
4.3計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
(1)計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速
從電動(dòng)機(jī)到主動(dòng)車輪組,依次為電動(dòng)機(jī)軸、I軸、II軸、III軸和主動(dòng)車輪組軸,轉(zhuǎn)速分別為
該轉(zhuǎn)速處在允許的工作機(jī)轉(zhuǎn)速與要求轉(zhuǎn)速的誤差在±(3~5)%之間。
(2)計(jì)算各軸的輸入功率
(N為初選電動(dòng)機(jī)功率)
式中 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》得:各聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率η1=0.99;每對(duì)滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率η2=0.98;各對(duì)齒輪傳動(dòng)效率η3=0.97(8級(jí)精度,稀油潤滑)。
從電動(dòng)機(jī)到主動(dòng)輪之間的傳動(dòng)總效率為
(3)計(jì)算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
以上各軸的計(jì)算結(jié)果如下表所示
軸 名
功率 P/kW
轉(zhuǎn)矩 T/(N·m)
轉(zhuǎn)速n/(r/min)
電動(dòng)機(jī)軸
7.5
77.02
930
I軸
7.35
75.47
930
II軸
6.99
534.76
124.83
III軸
6.64
2700.68
23.48
車輪軸
6.44
2619.33
23.48
4.4高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
1、定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。
1)根據(jù)傳動(dòng)方案,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2)起重機(jī)為一般工作機(jī)械,運(yùn)行速度不高,故選用8級(jí)精度。
3)材料選擇。選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。
4)選小齒輪齒數(shù)z1=24,大齒輪齒數(shù),取,
2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由于高速級(jí)為閉式軟齒面,故按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),由下式得
(1)確定上式各參數(shù)值
1)載荷系數(shù)Kt=1.3
2)小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩由前面得T1=75470N·m
3)由參考文獻(xiàn)[4]表7-5選取齒寬系數(shù)Φd=1
4)由參考文獻(xiàn)[4]表7-4查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2
(2)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
1)由參考文獻(xiàn)[4]表7-16按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
2)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為
由參考文獻(xiàn)[4]圖7-19取接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù),
3) 計(jì)算
取安全系數(shù)SH=1
(3)確定傳動(dòng)尺寸
1)試算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值。
2)計(jì)算圓周速度v
3)計(jì)算齒寬b
4)初步計(jì)算模數(shù)
5)算載荷系數(shù)
由參考文獻(xiàn)[4]查得:,,,。
故載荷系數(shù)為
6)計(jì)算修正d1t
7)確定模數(shù)
3、按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)由參考文獻(xiàn)[4],圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限;
2)由參考文獻(xiàn)[4],圖10-18取彎曲疲勞壽命
3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,得
4)計(jì)算載荷系數(shù)K
5)查取齒形系數(shù)
由參考文獻(xiàn)[4],表10-5查得
6)查取應(yīng)力校正系數(shù)
由參考文獻(xiàn)[4],表10-5查得
7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大
8)代入齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式,得
對(duì)于計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān),可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.88并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑,算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
4、幾何尺寸計(jì)算
(1)分度圓直徑
(2)計(jì)算中心距
mm
(3)計(jì)算齒輪寬度
取
(4)計(jì)算齒高齒根
小齒輪:
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
大齒輪:
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
4.4低速級(jí)齒輪傳動(dòng)
1、定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。
1)根據(jù)傳動(dòng)方案,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2)起重機(jī)為一般工作機(jī)械,速度不高,故選用8級(jí)精度
3)材料選擇。小齒輪材料40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。
4)選小齒輪齒數(shù)z1=30,z2=i1×z1=5.32×30=159.6 取z2=160,u=160/30=5.33。
2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù)Kt=1.3
2)計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩
3)選取齒寬系數(shù)
4)材料的彈性影響系數(shù)
5)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
取接觸疲勞壽命系數(shù)。
1) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取安全系數(shù)S=1,得
(2) 計(jì)算
1) 試算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值。
2) 計(jì)算圓周速度v
3) 計(jì)算齒寬b
4)初步計(jì)算模數(shù)
5) 算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.65m/s,8級(jí)精度,由參考文獻(xiàn)[4],圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.12;
直齒輪;
由參考文獻(xiàn)[4],表10-2查得使用系數(shù)KA=1;
由參考文獻(xiàn)[4],表10-4查得8級(jí)精度、小齒輪相對(duì)軸承非對(duì)稱布置時(shí),。
故載荷系數(shù)
6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑,由[23]式10-10a得
10)計(jì)算模數(shù)m
3、按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)由參考文獻(xiàn)[4],圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限;
2)由參考文獻(xiàn)[4],圖10-18取彎曲疲勞壽命
3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,得
4)計(jì)算載荷系數(shù)K
5)查取齒形系數(shù)
由參考文獻(xiàn)[4]圖7-15查得
6)查取應(yīng)力校正系數(shù)
由參考文獻(xiàn)[4]圖7-14查得
7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大
(2)設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)于計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān),可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)3.12并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=4,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑,算出小齒齒數(shù)
取
4、幾何尺寸計(jì)算
(1)算分度圓直徑
(2)計(jì)算中心距
(3)計(jì)算齒輪寬度
取。
(4)計(jì)算齒高齒根
小齒輪:
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
大齒輪:
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
高速級(jí)齒輪
齒數(shù)
z1=30
z2=224
模數(shù)
m=2
分度圓直徑
d1=60mm
d2=448mm
中心距
a=254mm
低速級(jí)齒輪
齒數(shù)
z1=27
z2=144
模數(shù)
m=4
分度圓直徑
d1=108mm
d2=576mm
中心距
a=342mm
4.5 I軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知:軸端用CLZ1半齒聯(lián)軸器通過浮動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)相連,傳遞功率為7.35kW,轉(zhuǎn)速為930r/min,傳遞轉(zhuǎn)矩為75470N· mm,高速級(jí)圓柱齒輪的主要參數(shù)z1=30,z2=224,法面模數(shù)mn=2,,b1=65mm,αn=20°(齒輪壓力角,標(biāo)準(zhǔn)值)
(1)選擇軸的材料
該軸無特殊要求,選用45鋼制造,調(diào)質(zhì)處理,得。
(2)初步估算軸徑
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端聯(lián)軸器處的最小軸徑。由參考文獻(xiàn)[4]表10-2,對(duì)于45鋼,取C=112,則
由于最小軸徑處存在聯(lián)軸器,且聯(lián)軸器為標(biāo)準(zhǔn)件和軸徑圓整,得。
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)確定各段軸徑和長度
①由于從鍵槽底面到齒根的距離e過小,且為了便于裝配,所以齒輪與軸應(yīng)做成一體,成為齒輪軸。
②為了滿足聯(lián)軸器和軸承的軸向定位要求,a-b軸段右端、c-d軸段右端、g-h軸段左端需要制出軸肩,軸肩高度a>0.07d+3=5mm,故b-c段軸的直徑
如下圖示意圖
圖 I軸結(jié)構(gòu)尺寸示意圖
2)考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性,在軸的兩端均制成C2倒角。
3)軸承的初選
因?yàn)檩S承所受到的徑向力很小,所以選用角接觸球軸承;軸承處軸徑d=50mm,故選用角接觸球軸承7010C,其基本尺寸為D=80mm,B=16mm。
4)鍵的選擇
聯(lián)軸器端軸徑為,由參考文獻(xiàn)[4]表15-1,故選擇圓頭平鍵(A),其尺寸為:鍵寬b×鍵高h(yuǎn)=12×8,鍵長為l=45mm,有效工作長度L=45-12=33mm。
(4) 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后,各軸段作用力的大小和作用點(diǎn)的位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知,通過計(jì)算作出彎扭矩圖,并進(jìn)行危險(xiǎn)截面安全系數(shù)校核。
先作出軸的受力計(jì)算示意圖(即力學(xué)模型),如下圖所示,取集中載荷作用于齒輪。
圖 I軸的受力計(jì)算簡圖
1)求齒輪上作用力大小
轉(zhuǎn)矩為
T=75470N·m
齒輪端面分度圓直徑為
圓周力為
徑向力為
2)求鉛垂面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
支反力為
則
3)求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
支反力為
則
4)截面C處鉛垂面和水平面的合成彎矩
合成彎矩為
5)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度,取α=0.6,該截面上的計(jì)算應(yīng)力為
前面已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理由參考文獻(xiàn)[4]表10-1得,由于,故安全
6)I軸的彎矩和扭矩圖
I軸的彎矩和扭矩圖如下圖所示
圖 I軸的彎矩和扭矩圖
6)聯(lián)軸器處鍵校核
K——鍵與輪轂槽的接觸高度
L——鍵的工作長度
——鍵所在位置軸的直徑
故,驗(yàn)算通過。
7)軸承的校核
由于I軸存在傳動(dòng)零件處于外伸端,實(shí)際支點(diǎn)跨距變大,故選用角接觸球軸承7010C反裝;
C——軸承7010C的額定動(dòng)載荷,C=26.5KN
P——軸承7010C的載荷,P=0.36KN
故,滿足要求
4.6 II軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知:傳遞功率為6.99kW,轉(zhuǎn)速為124.83r/min,傳遞轉(zhuǎn)矩為534760N·mm,高速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)z1=30,z2=224,模數(shù)mn=2,,b1=66mm,b2=60mm,αn=20°(齒輪壓力角,標(biāo)準(zhǔn)值);低速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)z1=27,z2=144,法面模數(shù)mn=4,b1=112mm,b2=108mm,αn=20°
(1)選擇軸的材料
該軸無特殊要求,選用45鋼制造,調(diào)質(zhì)處理,得。
(2) 初步估算軸徑
按按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端聯(lián)軸器處的最小軸徑。由參考文獻(xiàn)[4]表10-2,對(duì)于45鋼,取C=112,則
取dmin=60mm。
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)確定各段軸徑和長度
①考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性,在軸的兩端均制成C2倒角;為便于加工,鍵槽布置在同一母線上。
②為了滿足聯(lián)軸器和軸承的軸向定位要求,a-b軸段右端、b-c軸段右端、d-e軸段左端、e-f軸段左端需要制出軸肩,軸肩高度a>0.07d+3=5mm,故直徑
圖 II軸的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖
2)軸承的初選
因?yàn)檩S承所受到的徑向力很小,所以選用角接觸球軸承;軸承處軸徑d=60mm,故選用角接觸球軸承7012C,其基本尺寸為D=95mm,B=18mm。
3)鍵的選擇
高速級(jí)大齒輪端軸徑為,由參考文獻(xiàn)[4]表15-1,故選擇圓頭平鍵(A),其尺寸為:鍵寬b×鍵高h(yuǎn)=18×11,鍵長為l=56mm,有效工作長度L=56-18=38mm。
低速級(jí)小齒輪端軸徑為,由參考文獻(xiàn)[4]表15-1,故選擇圓頭平鍵(A),其尺寸為:鍵寬b×鍵高h(yuǎn)=18×11,鍵長為l=100mm,有效工作長度L=100-18=82mm。
(4)軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后,各軸段作用力的大小和作用點(diǎn)的位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知,通過計(jì)算作出彎扭矩圖,并進(jìn)行危險(xiǎn)截面安全系數(shù)校核。
先作出軸的受力計(jì)算簡圖(即力學(xué)模型),如下圖所示,取集中載荷作用于齒輪。
圖 II軸的受力計(jì)算簡圖
①求齒輪上作用力大小
轉(zhuǎn)矩為
T=534760N·mm
齒輪端面分度圓直徑為
圓周力為
徑向力為
②求鉛垂面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
支反力為
則
③求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
支反力為
則
④截面B處鉛垂面和水平面的合成彎矩為
截面A處鉛垂面和水平面的合成彎矩為
⑤按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
B截面的抗彎截面系數(shù)
進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度,取α=0.6,B截面上的計(jì)算應(yīng)力為
A截面的抗彎截面系數(shù)
進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度,取α=0.6,A截面上的計(jì)算應(yīng)力為
前面已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理由參考文獻(xiàn)[4]表10-1得,由于,故安全
⑥鍵的校核
高速級(jí)大齒輪處的鍵的校核:
低速級(jí)小齒輪處的鍵的校核:
K——鍵與輪轂槽的接觸高度
L——鍵的工作長度
——鍵所在位置軸的直徑
故,驗(yàn)算通過。
⑦軸承的校核
由于II軸傳動(dòng)零件位于兩支承之間,實(shí)際支點(diǎn)跨距小,故選用角接觸球軸承7012C正裝;
C——軸承7012C的額定動(dòng)載荷,C=38.2KN
P——軸承7012C的載荷,P=1.02KN
故,滿足要求
⑧軸的彎矩和扭矩圖
II軸的彎矩和扭矩圖如下圖所示
圖 II軸的彎矩和扭矩圖
4.7 III軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知:軸端用CLZ6半齒輪聯(lián)軸器通過浮動(dòng)軸與車輪組相連,傳遞功率為6.64kW,轉(zhuǎn)速為23.48r/min,傳遞轉(zhuǎn)矩為2700680N·mm,低速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)z1=27,z2=144,法面模數(shù)mn=4,,b2=108mm,αn=20°(齒輪壓力角,標(biāo)準(zhǔn)值)
(1)選擇軸的材料
該軸無特殊要求,選用45鋼制造,調(diào)質(zhì)處理,得。
(2)初步估算軸徑
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端聯(lián)軸器處的最小軸徑。由參考文獻(xiàn)[4]表10-2,對(duì)于45鋼,取C=112,則
由于最小軸徑處存在聯(lián)軸器,且聯(lián)軸器為標(biāo)準(zhǔn)件和軸徑圓整,得。
(3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)確定各段軸徑和長度
為了滿足聯(lián)軸器、軸套和軸承的軸向定位要求,a-b軸段右端、b-c軸段右端、e-f軸段左端、g-h軸段左端需要制出軸肩,軸肩高度a>0.07d+3=5mm,故直徑
如下圖示意圖
圖 III軸結(jié)構(gòu)尺寸示意圖
2)考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性,在軸的兩端均制成C2倒角。
3)軸承的初選
因?yàn)檩S承所受到的徑向力很小,所以選用角接觸球軸承;軸承處軸徑d=85mm,故選用角接觸球軸承7017C,其基本尺寸為D=130mm,B=22mm。
4)鍵的選擇
聯(lián)軸器端軸徑為,由參考文獻(xiàn)[4]表15-1,故選擇圓頭平鍵(A),其尺寸為:鍵寬b×鍵高h(yuǎn)=20×12,鍵長為l=125mm,鍵的有效工作長度為L=125-20=105mm。
低速級(jí)大齒輪端軸徑為,由參考文獻(xiàn)[4]表15-1,故選擇圓頭平鍵(A),其尺寸為:鍵寬b×鍵高h(yuǎn)=25×14,鍵長為l=100mm,有效工作長度L=100-25=75mm。
(4)軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后,各軸段作用力的大小和作用點(diǎn)的位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知,通過計(jì)算作出彎扭矩圖,并進(jìn)行危險(xiǎn)截面安全系數(shù)校核。
先作出軸的受力計(jì)算簡圖(即力學(xué)模型),如下圖所示,取集中載荷作用于齒輪。
圖 III軸的受力計(jì)算簡圖
①求齒輪上作用力大小
轉(zhuǎn)矩為
T=2700680N·mm
齒輪端面分度圓直徑為
圓周力為
徑向力為
②求鉛垂面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
支反力為
則
③求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
支反力為
則
④截面B處鉛垂面和水平面的合成彎矩
合成彎矩為
⑤按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度,取α=0.6,該截面上的計(jì)算應(yīng)力為
B截面的抗彎截面系數(shù)
進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度,取α=0.6,B截面上的計(jì)算應(yīng)力為
前面已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理由參考文獻(xiàn)[4]表10-1得,由于,故安全
5)鍵的校核
K——鍵與輪轂槽的接觸高度
L——鍵的工作長度
——鍵所在位置軸的直徑
故,驗(yàn)算通過。
6)軸承的校核
由于III軸存在傳動(dòng)零件處于外伸端,實(shí)際支點(diǎn)跨距變大,故選用角接觸球軸承7017C反裝;
C——軸承7017C的額定動(dòng)載荷,C=60.2KN
P——軸承7017C的載荷,P=1.07KN
故,滿足要求
7)軸的彎矩和扭矩圖
III軸的彎矩和扭矩圖如下圖所示
圖 III軸的彎矩和扭矩圖
4.8齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
高速級(jí)小齒輪由于鍵槽底面到齒根的距離e
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