行星齿轮减速器-课程设计计算说明书.doc

目录设计任务书：2设计内容：3一、评述传动方案3二、电动机的选择及动力参数计算4三、传动零件的校核计算6一）外啮合齿轮传动6二）内啮合齿轮传动9四、轴的设计11一）减速器输入轴11二）行星轮轴17三）内齿轮轴20五、键连接的选择和计算23六、滚动轴承的选择和计算25七、联轴器的选择28八、齿侧间隙28九、轴加工工艺图29十、参考资料30设计任务书：设计内容：一、 评述传动方案牵引速度为，滚筒直径，可求出滚筒转速，由于工作情况为：室外，环境有灰尘，最高温度40，两班制，间歇双向运转，反向空转，断续周期工作制（S3），负荷持续率FC=56%，载荷有冲击，故应选YZR系列电动机为原动机，它的转速约为7501000r/min，传动装置速比应为可选如下图1-1、1-2两种方案：1、电动机;2、联轴器:3、中心轮a;4、行星轮c；5、滚筒;6、制动器;7、钢丝绳;8、行星轮d;9、内齿轮b；10、制动器；11、机架；卷扬机传动简图图1-1图1-1方案a采用NW分流式行星齿轮传动，卷扬机工作时制动器10制动，此时电动机1通过联轴器2驱动行星齿轮减速器，行星架上的滚筒5使钢丝绳7运动，从而牵引重物移动。不需重物移动时，制动器6制动，制动器10松开，这时行星传动变成定轴传动，电动机和二级同轴式减速器空转，不用频繁地起动和制动电动机。滚筒用滑动轴承支撑在机架上。传动比：，可满足传动要求。优点：外形尺寸小（减速器内置），电动机不用频繁启动适合狭窄工况下工作。缺点：结构复杂，加工安装精度高，成本大，不易维修。图1-2方案b采用一级带传动和一级闭式齿轮传动，电动机带动带传动，齿轮传动，从而带动滚筒运动。传动比：，可满足传动要求。1、电动机;2、带轮a;3、v带;4、带轮b;5、齿轮c;6、齿轮d;7、联轴器;8、滚筒;9、钢丝绳卷扬机传动简图图1-2优点：结构简单，制造维修方便，成本低，带传动有缓冲作用。缺点：外形尺寸大，带传动不能适应繁重劳动，带传动安全性不好。二、 电动机的选择及动力参数计算由于工作情况为：室外，环境有灰尘，最高温度40，两班制，间歇双向运转，反向空转，断续周期工作制（S3），负荷持续率FC=56%，载荷有冲击，故应选YZR系列冶金及起重用三相异步电动机。1、 电动机符合条件下所需功率 kw 式（1） kw 式（2）由（1）（2）得 kw由电动机至滚筒的总效率为1、电动机;2、联轴器:3、中心轮a;4、行星轮c；5、滚筒;6、制动器;7、钢丝绳;8、行星轮d;9、内齿轮b；10、制动器；11、机架；卷扬机传动简图图2-1式中：、分别为联轴器、行星齿轮啮合、滚动轴承和滑动轴承的传动效率。取=0.99（弹性联轴器），=0.98（折中），=0.99（滚子轴承），=0.98（滑动轴承）。则 2、 电动机所需功率式中：起动制动恶化系数 ； 负荷持续率 ；把等效功率转化为的功率3、 确定电动机转速滚筒工作转速为按方案a推荐传动比 算，则电动机转速的可选范围为符合这一范围的YZR电动机同步转速有600、750和1000r/min。据容量和转速，查【4】有两种型号适用的电动机型号。因此有两种方案，如下表2-1（工作制下FC=60%）：表 2-1方案电动机型号额定功率电动机转速r/minD电动机质量 Kg总传动比1YZR160L-69.095215213.302YZR180L-89.072020510.05综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量、价格和传动比，可见方案1较合适。安装尺寸如下图2-2，表2-2：图 2-2表 2-2型号ABCDEFGHYZR160L-6254254108481101442.5160CAKABACHAHDBBLLC3301532032525425335650254、 选择行星轮系各齿轮齿数选行星轮数目K=3，据，查【7】P206页表10-5，的NW型行星传动的齿数组合为：、，满足齿数条件要求。5、 各轴转速（为电动机转速）（以I轴转速为正向）则。6、 行星齿轮应力循环次数中心轮a：内齿轮b：行星轮c：行星轮d：7、 小齿轮转矩及圆周力轴I的输入功率 转矩 轴I的输出功率 转矩 NW行星齿轮传动（行星轮均匀分布，考虑载荷不均匀分布）齿轮a与行星轮c齿轮副中齿轮a的输出转矩 （Kc为载荷不均匀系数，取Kc=1.5）行星轮d与内齿轮b啮合中齿轮d转矩 内齿轮b的转矩 8、 动力参数表如下表2-3表 2-3名称转矩（）转速nR/min应力循环次数输入输出轴952轴-197轴0滚筒轴71.6齿轮a（单一啮合）952齿轮b0齿轮c-197齿轮d-197三、 传动零件的校核计算一） 外啮合齿轮传动1、 设计的已知条件和主要参数项目条件和参数小齿轮a啮合转矩齿轮转速小齿轮a大齿轮c工作制折旧期10年每年工作300天，两班制工作条件闭式传动，载荷有冲击，原动机为电动机，室外，环境有灰尘齿轮的材料热处理方法齿面硬度小齿轮20Cr渗碳淬火+低温回火HRC5662大齿轮40Cr调质+表面淬火HRC4855齿轮传动的精度6级模数m=2.5mm齿数小齿轮大齿轮齿宽小齿轮大齿轮计算及说明结果2、 校核齿面疲劳强度圆周速度精度等级 由已知条件知使用系数 由【3】P215 表12.9动载荷系数 由【3】P216图12.9齿间载荷分配系数 由【3】P217表12.10，先求 齿向载荷分布系数 由表12.11 载荷系数K 弹性系数 由【3】P221 表12.12节点区域系数 由【3】P222图12.16接触最小安全系数 由【3】P225表12.14应力循环次数 由表2-3得接触寿命系数 有【3】P224图12.18许用接触应力 验算 3、 校核弯曲疲劳强度重合度系数 齿间载荷分配系数 由【3】P217表12.10齿向载荷分布系数 由表【3】P219图12.14载荷系数 齿形系数 由【3】P229图12.21应力修正系数 由【3】P230图12.22弯曲疲劳极限 由【5】P404得弯曲最小安全系数 由【3】P225 表12.14应力循环次数弯曲寿命系数 由【3】P232图12.24尺寸系数许用弯曲应力 验算 传动无过载，故不用强度校核。6级安全。，安全。，安全。二） 内啮合齿轮传动1、 设计的已知条件和主要参数项目条件和参数小齿轮a啮合转矩齿轮转速小齿轮d 大齿轮b 工作制折旧期10年每年工作300天，两班制工作条件闭式传动，载荷有冲击，原动机为电动机，室外，环境有灰尘齿轮的材料热处理方法齿面硬度小齿轮20CrMnTi渗碳淬火+低温回火HRC5662大齿轮45钢调质+表面淬火HRC4050齿轮传动的精度6级模数m=2.5mm齿数小齿轮大齿轮齿宽小齿轮大齿轮1计算及说明结果2、 校核齿面疲劳强度精度等级 由已知条件知使用系数 由【3】P215 表12.9动载荷系数 由【3】P216图12.9齿间载荷分配系数 由【3】P217表12.10，先求 齿向载荷分布系数 由表12.11 载荷系数K 弹性系数 由【3】P221 表12.12节点区域系数 由【3】P222图12.16接触最小安全系数 由【3】P225表12.14应力循环次数 由表2-3得接触寿命系数 有【3】P224图12.18许用接触应力 验算 3、 校核弯曲疲劳强度重合度系数 齿间载荷分配系数 由【3】P217表12.10齿向载荷分布系数 由表【3】P219图12.14载荷系数 齿形系数 由【3】P229图12.21应力修正系数 由【3】P230图12.22弯曲疲劳极限 由【5】P404得弯曲最小安全系数 由【3】P225 表12.14应力循环次数弯曲寿命系数 由【3】P232图12.24尺寸系数许用弯曲应力 验算 传动无过载，故不用强度校核。6级取安全。，安全。，安全。四、 轴的设计一） 减速器输入轴（尺寸如图4-1-1）图4-1-1计算及说明结果1、 受力分析联轴器：（有弹性元件的联轴器）如图4-1-2方向不定径向力，取；图4-1-2（联轴器）齿轮a端：轴端传递转矩 齿轮分度圆直径 齿轮上径向力：（按受载不均匀条件下的合成计算不定向）假设齿轮c1与齿轮a啮合传递转矩（不均匀条件下最大转矩）齿轮c2、c3与齿轮a啮合传递转矩各啮合处周向力，如图4-1-3其径向力：齿轮所受径向合力、周向合力如图4-1-4（方向不定）图4-1-3（与垂直）图4-1-42、 轴的结构如图4-1-5-a轴采用20Cr钢（由齿轮材料决定），3、 轴的受力简图将两滚动轴承简化成铰支，作用点在轴承中点面上，把作用在联轴器上的力简化成集中力，弯矩从轮缘中点开始，扭矩从轮毂中点开始，受力简图见图4-1-5-b1）左端联轴器属有弹性元件的挠性联轴器，有不定径向力。2）轴垂直面的受力分布图及弯矩图（如图4-1-5-c、图4-1-5-d）轴承C、D的支反力为：D点弯矩3）轴水平方向的受力分布图及弯矩图（如图4-1-5-e、图4-1-5-f）D点弯矩4）初步合成弯矩图（如图4-1-5-g）D点弯矩5）联轴器径向力弯矩图（如图4-1-5-h）轴承支反力： 6）合成弯矩图（如图4-1-5-i） 7）扭矩图（如图4-1-5-j）扭矩切应力按脉动循环变化，应力校正系数8）计算弯矩图（如图4-1-5-K）4、 按弯矩校核轴的强度根据来选择危险截面，由计算简图可看出C、D间距C10mm处为危险截面，直径为d=30mm。截面的抗弯截面系数 查【3】P315表16.3（20Cr钢，）5、 疲劳强度安全系数选轴承C左侧轴端挡圈沟槽边缘截面为危险截面，到C距离7mm，此截面从右边有过盈配合产生的应力集中，从左看有阶梯型形成的应力集中。1、 从截面右侧校核抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩 扭矩弯曲应力 ，（按对称循环变化）扭转应力 （按脉动循环变化）由D/d=35/33=1.06，取r/d=0.02，r=0.02x33=0.66mm，t/r=1/0.66=1.52，查【3】P329附表1 有效应力集中系数查【3】P331附表5 表面状态系数查【3】P331附表6 尺寸系数取寿命系数 查【3】P41表3.2 等效系数 安全系数2、 从截面左侧校核抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯曲应力 ，（按对称循环变化）扭转应力 （按脉动循环变化）查【3】P330 附表3 配合零件的综合影响系数安全系数6、 静强度校核选C截面为危险截面，弯曲应力 扭转应力 查【3】P41 ，安全=0.92安全。安全。安全。二） 行星轮轴传递的转矩，转速，齿轮C轮毂宽，图4-2-1，齿轮d轮毂宽，轴向尺寸如图4-2-1计算及说明结果图4-2-21、 受力分析（如图）齿轮c端： 齿轮d端： 2、 轴的结构如图4-2-3-a轴采用40Cr钢调质处理，3、 轴的受力简图将两滚动轴承简化成铰支，作用点在轴承中点面上，把作用在齿轮上的力简化成集中力，弯矩从轮缘中点开始，扭矩从轮毂中点开始，受力简图见图4-1-5-b1）轴垂直面的受力分布图及弯矩图（如图4-2-3-c、图4-2-3-d）轴承A、C的支反力为：C点弯矩 B点弯矩 2）轴水平方向的受力分布图及弯矩图（如图4-2-3-e、图4-2-3-f）C点弯矩 B点弯矩 3）合成弯矩图（如图4-2-3-g）4）扭矩图（如图4-2-3-h）扭矩切应力按脉动循环变化，应力校正系数5）计算弯矩图（如图4-1-5-i）4、 按弯矩校核轴的强度根据来选择危险截面，由计算简图可看出B、C间距C11.5mm处为危险截面，直径为d=32mm。截面的抗弯截面系数 查【3】P315表16.3（40Cr钢，），安全三） 内齿轮轴传递的转矩，转速 ，轴向尺寸如图4-2-1图4-3-1计算及说明结果1、 受力分析1） 内齿轮b受力（受力不均匀）：假设与内齿轮b啮合的齿轮1的转矩则与内齿轮b啮合的另外两齿轮转矩各啮合处受力如图4-3-2（左视）内齿轮周向力：各径向力：图4-3-2内齿轮b受径向力合力、周向合力（如图4-3-3）则轴受到内齿轮对其的径向力和弯矩如图4-3-4图4-3-4图4-3-3制动轮受力制动轮受力方向不定（按弹性联轴器径向力计算）取取制动器外径D=470mm,（联轴器）2、 轴的结构如图4-3-5-a轴采用60钢调质处理，3、 轴的受力简图将内齿轮对轴的力简化到腹板中心面上一点和弯矩M，弯矩从轮缘中点开始，扭矩从轮毂中点开始，受力简图见图4-3-5-b（最危险条件下）1）力合成后集中于垂直面（如图4-2-3-b）轴承A、C的支反力为：2）弯矩图（如图4-3-3-c）O点弯矩 B点弯矩 3）扭矩图（如图4-3-3-d）扭矩切应力按脉动循环变化，应力校正系数5）计算弯矩图（如图4-1-5-e）4、 按弯矩校核轴的强度根据来选择危险截面，由计算简图可看出B截面为危险截面B，直径为d=55mm。B截面的抗弯截面系数 查【3】P315表16.3（40Cr钢，），安全五、 键连接的选择和计算计算及说明结果1、 联轴器键d=300mm则键长 （键8x7，静联接，冲击载荷，铸铁，取）取键长 L=50mm，即：键8x7x50，普通平键。2、 与齿轮c配合的键d=32mm则键长 （键10 x8，静联接，冲击载荷，铸钢，取）改用双键取键长 L=32mm，即：键8x7x32，普通平键，双键。3、 与齿轮d配合的键d=36mm则键长 （键10 x8，静联接，冲击载荷，铸钢，取）改用双键取键长 L=28mm，即：键8x7x28，普通平键，双键。4、 与内齿轮b配合的键d=53mm则键长 （键10 x8，静联接，冲击载荷，铸钢，取）改用矩形花键（花键8x52x58x10）取键长 L=50mm，即：花键8x52x58x10 x50。5、 与制动器配合的键用矩形花键8x46x50 x9（花键8x52x58x10）取键长 L=45mm，即：花键8x52x58x10 x45。键8x7x50，普通平键键8x7x32，普通平键，双键键8x7x28，普通平键，双键花键8x52x58x10 x50花键8x52x58x10 x45六、 滚动轴承的选择和计算1、 输入轴轴承1）滚动轴承的工作条件和主要参数项目条件和参数名称深沟球轴承型号6007基本额定动载荷Cr25.5KNe0.19X,YX=1，Y=0径向载荷C轴承1114ND轴承1677N载荷性质载荷有冲击转速(952-71.6)r/min寿命2） 计算简图3）校核计算计算及说明结果D轴承受力较大，按D轴承校核冲击载荷系数 （【3】表18.8）当量载荷 D轴承 所需动载荷 ，安全2、 行星轴轴承1）滚动轴承的工作条件和主要参数项目条件和参数名称深沟球轴承型号62066407基本额定动载荷Cr19.5KN56.8KNe0.19X,YX=1，Y=0径向载荷A轴承2293NC轴承7695N载荷性质载荷有冲击转速(-197-71.6)r/min寿命2） 计算简图3）校核计算计算及说明结果冲击载荷系数 （【3】表18.8）当量载荷 A轴承 C轴承 所需动载荷 安全，安全3、 输出轴轴承1）滚动轴承的工作条件和主要参数项目条件和参数名称深沟球轴承型号60086011基本额定动载荷Cr21KN30.2KNe0.19X,YX=1，Y=0径向载荷A轴承2248NC轴承1507N载荷性质载荷有冲击转速(0-71.6)r/min寿命2） 计算简图3）校核计算计算及说明结果冲击载荷系数 （【3】表18.8）当量载荷 A轴承 B轴承 所需动载荷 安全，安全七、 联轴器的选择据电动机轴颈选择联轴器：LX3联轴器 GB/T 5014-2003该联轴器公称转矩为输入轴转矩，强度满足要求。八、 齿侧间隙选齿轮a与齿轮c啮合：（齿轮C）齿轮的齿宽b=12mm，齿轮基准孔的基本尺寸为，滚动轴承孔的跨距L=69mm，齿轮为钢制，机体为铸铁。1、 确定齿轮精度等级由齿轮校核中已确定齿轮精度等级为6级，考虑减速器齿轮的运动准确性精度要求不高和载荷分布均匀性精度一般不低于平稳性精度，因此确定齿轮c传递运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性精度等级均为6级。2、 确定齿轮必检偏差项目及其允许值对传递运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性精度的必检参数分别为、与和。由【6】表10.1查的齿距累积总偏差、单个齿距偏差、齿廓偏差，由表10.2得螺旋线总偏差。3、 确定齿轮的最小法向侧隙和齿厚上、下偏差（1）最下法向侧隙的确定先计算出齿轮中心距a参考表10.6，a=96.25介于50与100之间，因此，采用插值法得。（2）齿厚上、下偏差的计算由【6】表10.1、表10.2查得，。和L=69mm，b=12mm得： 由【6】表10.8查的，则齿厚上偏差为：由【6】表10.1查得，由【6】表10.7查得因此齿厚公差为最后可得齿厚下偏差为（3）公法线长度及其上、下偏差卡量齿数 则 公法线长度上、下偏差为按计算结果，图样标注为九、 轴加工工艺图序号说明见图1车两端面，打中心孔2中心孔定位；车36，长353切槽；倒角4掉头；车35，长885车32，长636车30，长247切槽；倒角8铣键槽9磨外圆，35，32，3010掉头；磨外圆36十、 参考资料【1】 龚桂义等编 机械设计课程设计指导书，高等教育出版社，1990年【2】 龚桂义等编 机械设计课程设计图册，高等教育出版社。1989年【3】 邱宣怀编 机械设计，高等教育出版社，1997年【4】 吴宗泽等编 机械设计课程设计手册，高等教育出版社，1999年【5】 杜白石、杨福增编 机械设计习题集，2005年【6】 刘品、李哲主编 机械精度设计与检测基础，哈尔滨工业大学出版社，2009年【7】 杨福增、杜白石等编 机械设计课程设计指导书，2006年32