由設計任務書要求及圖例可知傳動方案採用一級下置式蝸桿減速器,其結構簡單,尺寸緊湊,但效率低,適用於載荷較小,間歇工作場合。蝸桿圓周速度v≤4~5m/s。裝置工作機為帶式運輸機,對減速器由中等衝擊,且工作場合為有塵,減速器要求密封條件好。
1. 選擇電動機型別
因工作機為帶式運輸機,則對電動機無特殊要求,故電動機選用三相非同步交流電動機,採用y系列。
2. 選擇電動機容量
工作機的有效功率為
工作機各傳動部件的傳動效率及總效率:
查參考書2中表9.1得各個傳動件的效率範圍,分別取:
;;;工作機的總效率為:
3. 確定電動機轉速
查參考書1中表9.2得蝸輪傳動比推薦值如下:
理論總傳動比:
所以電動機轉速的可選範圍為
符合這一範圍的同步轉速為750r/min、1000r/min、1500r/min三種。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、質量及**等因素,為使傳動裝置結構緊湊,決定選用同步轉速為1000r/min的電動機。
根據電動機的型別、容量和轉速,由電機手冊選定電動機型號為y112m-6。
4. 電動機外形及尺寸
電動機的主要外形及安裝尺寸如表所示。
1. 傳動比計算
=2. 傳動裝置各軸的運動和動力引數
1) 各軸的轉速
第一軸轉速:
第二軸轉速:
2) 各軸的輸入功率
第一軸功率:
第二軸功率:
捲筒功率:
3) 各軸的輸入轉矩
電動機軸的輸出轉矩:
第一軸轉矩:
第二軸轉矩:
捲筒的轉矩:
將上述計算結果彙總於表1.3,以備查用
其中ⅰ軸指蝸桿軸,ⅱ軸指蝸輪軸。
由於傳動方案為一級蝸桿減速器,則傳動零件為蝸輪蝸桿。
由於蝸桿傳遞的功率為1.84kw,功率不大,速度也不高,蝸桿選用45號鋼製造,淬火處理,齒面硬度達220~300hbw。
蝸桿材料選用45鋼,整體調質,表面淬火,齒面硬度45~50hrc
蝸輪材料,根據
其中n1為蝸桿轉速,t2為蝸輪轉矩
初估蝸桿副的滑動速度vs=3.2m/s,選擇蝸輪的材料為無錫青銅
,又因小批量生產,則用沙模鑄造。
蝸桿傳動的主要失效形式是齒面膠合、齒麵點蝕和齒面磨損,而且失效通常發生在蝸輪輪齒上。因此採用齒面接觸疲勞強度條件計算蝸桿傳動的承載能力,並在選擇許用應力時,要適當考慮膠合和磨損等失效因素的影響。
故採用公式
確定模數m和蝸桿分度圓直徑。
1. 選擇蝸桿頭數及蝸輪齒數
由傳動比i=15.63,查參考書1書表9.2可知蝸桿頭數取2,
確定轉矩
由於轉矩為蝸輪上轉矩,則查上述計算錶可得=256n·m
2. 確定載荷係數k
由於載荷係數k=
由表9.4查得載荷性質為中等衝擊時,取1.15。
假設蝸輪圓周速度< 3m/s,取動載荷係數=1.0。
由於由中等衝擊,則1.1~1.3,取1.2。
所以k==1.38
3. 確定許用接觸應力
由於蝸輪材料為無錫青銅,則蝸輪齒面失效形式主要是膠合,則由表9.6查取=180mpa。
4. 確定材料彈性係數=160
5. 計算模數和分度圓直徑
將以上資料代入公式計算得2306
由參考書1表9.1取m=6.3,蝸桿分度圓直徑d1=63
6. 計算傳動中心距
蝸輪分度圓直徑=m,其中取31,
中心距變位係數
1. 驗算蝸輪速度
蝸桿倒程角
蝸輪圓周速度
蝸桿副滑動速度
與初估蝸桿副的滑動速度相符合。
蝸輪圓周速度
故選擇減速器的型別為蝸桿下置
2. 驗算效率
符合初取的效率值0.77
蝸桿傳動的幾何尺寸如下表所示
由於=47.88 <1.7×35=59.5,則蝸桿製成蝸桿軸,並採用車製蝸桿。如圖所示。
蝸桿軸簡圖
1. 軸的材料選擇
因傳遞功率不大,並對質量及結構尺寸無特殊要求,考慮到經濟性選用常用材料45#鋼,調質處理
2. 初算軸徑
對於轉軸,按扭轉強度初算軸徑,查參考書1表10.2得c=106~118,考慮到軸端的彎矩和轉矩的大小,故取c=110則
考慮到鍵槽的影響,取
3. 結構設計
軸承部件的結構形式:蝸桿減速器的中心距a=130mm,通過查表選擇減速器的機體採用剖分式結構。因傳遞功率小,故軸承的固定方式可採用兩端固定方式。
因此,所設計的軸承部件的結構形式如上圖所示。然後可按轉軸軸上零件的順序,從dmin處開始設計;
a) 聯軸器及軸段1:
dmin就是軸段1的直徑,又考慮到軸段1上安裝聯軸器,因此,軸段1的設計和聯軸器的設計同時進行。
由於聯軸器的一端連線工作機一端連線軸,其轉速比較高,傳遞轉矩比較小。考慮到安裝時不一定能保證同心度,且載荷為中等衝擊,故採用能補償兩軸軸線的相對位移和緩和載荷衝擊的彈性聯軸器。
由參考書2表13.1,選取hl型彈性柱銷聯軸器(gb5014-1985)。
則轉矩由參考書1表13.1取,
由參考書2表13.1查得hl型彈性柱銷聯軸器(gb5014-1985)j1型軸孔長度為60mm,許用轉矩為500n·m許用轉速為250r/min,軸徑可取35、38mm,故取l1=60mm ,d1=35mm;
b) 密封圈與軸段2:
考慮到聯軸器右端的固定和密封圈的標準,由參考書2表14.4,取軸段d2=38mm,密封圈為毛氈油封密封圈fz/t92010-1991中直徑是37mm;
c) 軸段3與軸段6:
考慮到蝸桿減速器有軸向力,軸承型別選用圓錐滾子軸承,軸段3上安裝軸承,要使軸承便於安裝又符合軸承內徑系列,暫取軸承型號為30208,有參考書2表12.4得,其內徑d=40mm,外徑d=80mm,寬度b=18mm,故取d3=d6=40mm,考慮到安裝甩油環和套筒時的位置,取l3=40mm,軸段6無需安裝套筒,故l6=30mm;
d) 蝸輪與軸段4:
軸段4上安裝蝸輪,按照蝸輪的設計,蝸輪的輪轂寬為(1.5~1.9)d,取輪轂寬為80mm,則軸段5的長度略小於蝸輪輪轂寬度,取l5=78mm;
軸段5的設計:為了軸向固定蝸輪並承受一定的軸向力,因此軸肩的高度為5mm,所以d5=54mm考慮到軸承受力的對稱性,軸肩5的長度l5=10mm;
e) 軸段2的長度:
軸段2的長度根據箱體的壁厚、軸承凸台的厚度、軸承端蓋的厚度以及聯軸器型別確定,由於軸承端蓋連線螺栓的長度為25mm,可取l2=60mm
f) 鍵連線:
聯軸器及蝸輪的軸向連線均採用普通平鍵連線,分別為鍵10×50 gb/t1096-1990及鍵14×70 gb/t1096-1990.
4. 軸受力分析
在水平面上
負號表示力的方向於受力簡圖中所設方向相反。
在垂直平面上
軸承ⅰ上的總支承反力
軸承ⅱ上的總支承反力
在水平面上
a-a剖面左側:
a-a剖面右側:
在豎直平面上
合成彎矩
a-a剖面左側:
a-a剖面右側:
5. 校核軸的強度
a-a剖面左側因彎矩大、有轉矩,還有鍵引起的應力集中,故a-a剖面左側為危險截面。
由附表10.1,抗彎剖面模量
抗扭剖面模量
彎曲應力
扭剪應力
對於調質處理的45鋼,由參考書1表10.1查得,,,
由參考書1表10.1注查得材料的等效係數,。
鍵槽引起的應力集中係數,由參考書1表10.4查得
絕對尺寸係數,由參考書1附圖10.1查得
軸磨削加工時的表面質量係數由參考書1附圖10.2查得。
安全係數
查表10.5得許用安全係數,顯然,故a-a剖面安全。
校核鍵連線的強度
6. 聯軸器處鍵連線的擠壓應力
取鍵、軸、聯軸器的材料都為鋼,查表6.1得。顯然,,故強度足夠。
齒輪處鍵連線的擠壓應力
取鍵、軸、齒輪的材料都為鋼,查表6.1得。顯然,,故強度足夠。
7. 校核軸承壽命
計算軸承的軸向力。由參考書1表11.13查得70308軸承內部軸向力計算公式,則軸承ⅰ、ⅱ的內部軸向力分別為
根據軸承手冊查得
cr =63.0kn
圖一:軸承布置及受力
的方向如圖一所示,同向,則
顯然,,因此軸有左移趨勢,但由軸承部件的結構圖分析可知軸承ⅰ將保持平衡,故兩軸承的軸向分力分別為
比餃兩軸承的受力,因,故只需校核軸承ⅰ。
計算當量動載荷。
因為所以
當量動載荷
校核軸承壽命。軸承在以下工作,查參考書1表11.9得。由於載荷有中等衝擊,查參考書1表11.10,得。
軸承的壽命
已知減速器使用4年,2班制工作,則預期壽命
顯然,故軸承壽命很充裕。
8. 蝸輪設計計算
由於齒圈採用鋁青銅,且蝸輪分度圓直徑d=195.3mm,大於100mm。故採用齒圈壓配式。
齒圈與輪芯採用過盈配合h7/u6,並加台階和沿接合面周圍加裝4個螺釘,以增強連線的可靠性。如圖所示。
蝸輪結構尺寸大小如下表所示。
蝸輪簡圖
1. 材料選擇
因傳遞功率不大,並對質量及結構尺寸無特殊要求,故選用常用材料45號鋼,調質處理。
2. 結構設計
1) 初算軸頸
對於轉軸,按扭轉強度初算軸頸,查表10.2得c=106~118,考慮軸端彎矩比轉矩小,故取c=110,則=,考慮鍵槽影響,取=15.26mm。
2) 軸段設計
a) 軸承部件的結構形式設計:
由輸出軸設計可知,機體採用剖分式,且傳動方式為下置式,則蝸桿部分為整體式。因傳遞的功率不大,估計軸不會長,故軸承部件的固定方式可採用兩端固定式。由此,所設計的軸承部件的結構形式如圖所示。
然後,可按軸上零件的安裝順序,從處開始設計。
b) 聯軸器及軸段1設計:
就是軸段1的直徑,又考慮到軸段1上安裝聯軸器,因此,軸段1的設計應與聯軸器的設計同時進行。
為補償聯軸器所連線的兩軸的安裝誤差,隔離震動,選用彈性柱銷聯軸器。查表13.1取=1.
5,則計算轉矩=33.3n·m。又因聯軸器與電動機連線,其軸頸為28mm,由機械設計手冊查得gb 5014——2003中的hl2型符合要求:
公稱轉矩為560n·m,許用轉速為6300r/min,軸孔直徑範圍20~35mm。考慮電動機軸頸,故取聯軸器軸孔直徑28mm,j1型軸孔長度為44mm,a型鍵,選hl2聯軸器 28×44 gb 5014-1985。
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