长江师范学院机械设计课程说明书

第 页 共 38 页 0 长江师范学院机械设计课程说明书 主要结果 一 机械设计课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性教学环节。其基本目的是： 合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。 握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。 能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。 二 设计一用于带式运输机上的二级展开式圆柱齿轮减速器。运输机连续工作 ,单向运转载荷变化不大，空载启动。减速器小批量生产，使用期限 4 年，一班制工作，卷筒不包括其轴承效率为 97%，运输带允许速度误差为 5%，轴承寿命为齿轮寿命三分之一以上。 运输带扭矩 T=450+A/10 （ (2，机制 1班取 1，机制 2班取 2) 第 页 共 38 页 1 运输带速度 V=1+B/10（ m/s） （ B 为学号的十位数字） 卷筒直径 D=350+C 10（ （ C 为学号的个位数字） 第 页 共 38 页 2 学号 :201014261134) （ 1）运输带扭矩 T=450+A/10=450+1/10= （ 2）运输带速度 V=1+B/10=1+3/10=m/s）； （ 3）卷筒直径 D=350+C 10=350+4 10=390（ （ 4）工作寿命： 4年单班 8小时制工作；轴承寿命为齿轮寿命三分之一以上。 （ 5） 工作条件：运输机连续工作 ,单向运转载荷变化不大，空载启动。 传动方案 展开式二级圆柱齿轮减速器，如图 1 所示 图 1 减速器传动方案 展开式二级圆柱齿轮减速器传动路线如下： 采用二级圆柱齿轮设计，其效率高，工作耐久，且维修电动机 带传动 减速器 联轴器 带式运输机 第 页 共 38 页 3 简便。高，低速级均采用直齿齿轮，传动较平稳，动载荷也较小，可以胜任工作要求。但其齿轮相对于支承位置不对称，当轴产生弯扭变形时，载荷在齿宽上分布不均匀，因此在设计时应将轴设计的具有较大的刚度。同时由于减速传动， 使输出端扭矩较大，在选择轴和轴承的时候要特别注意。 三、选择电机 d （ 1） 工作机所需功率 V=m/s）， T= D=390（ 0 022 N） )( （ 2）电动机的输出功率P 查课程设计书得： 1 明： )(0935.3 w 1 = =第 页 共 38 页 4 动装置总效率： = 1 42 23 4 5 =(935.3 d (3)电动机的额定功率 由课程设计指导书 9112额定功率 （ 1）卷筒转速 （ 2）各级传动比可选范围 查课程设计指导书 取 i=24 两级展开式圆柱齿轮减速器的传动比范围 i=8 3）电动级转速的确定 电动机可选转速范围 108()42( 符合这一范围的转速有 1000r/1500r/3000r/合考虑从课程设计指导书 9 电动机型号 额定功率（ 电动机转速（ r/ 同步 满载 1500 1440 （ 4）电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸 由课程设计指导书 99到 电动机型号为 要技术数据 和外形尺寸和安装尺寸 同步转速 1500r/载转速 1440r/112第 页 共 38 页 5 如下表 ： 型号 额定功率（ 满载转速（ r/ 同步转速 （ r/ 1440 1500 。 A D E F G H L 90 28 60 8 24 112 400 245 四、确定传动装置的总传动比和分配传动比 动比 2取 3 五 计算传动装置的运动和动力参数 n（ r/ 电动机轴为 0号轴，高速到低速各轴依次为 1、 2、 3号轴 第 页 共 38 页 6 4403421带31带2带102各轴输入功率 P（ （ ） 4955 0955 00 d d d 项目 电动机轴 1 2 3 4 转速（ r/ 1440 出功率（ 入功率（ 44043210 第 页 共 38 页 7 输出转矩（ ） 入转矩（ ） 带 带型号 查课本 138P 表 7： K 则 )( 根据 , 4400 ,由课本 7择 带，取 51 。 (1212 查课本 7 702 。 为带传动的滑动率 。 44075100060 11 带速在 55 范围内，合适。 带基准长度 中心距 a： 初步选取中心距 a ：7075(10 ，取 3680 a 课本第 139 页式 7 ()(2202122100 查课本 250由课本第 140 页式 7算实际中心距： 51 702 3680 a mm 第 页 共 38 页 8 d 92 00 。取整： a=430 4. 验 算 小 带 轮 包 角 ：由课本 7：0000000120 a 带根数 Z 单根 V 带基本额定功率 由课本第 137 页表 7得 P 单根 V 带额定功率增量 由课本第 141 页表 7得 由课本第 141 页表 7得 由课本第 129 页表 7得 K V 带根数由课本 140 公式 7 11Z取 Z=6 V 带单位质量 由课本 7得 q=m 单根 V 带初拉力000220 取 060 10 七 . 齿轮的设计 （一） （ 1）按照给定的设计方案可知齿轮类型为直齿圆柱齿轮； a=430 Z=6 060 第 页 共 38 页 9 （ 2）材料选择 由课本 选取：小齿轮的材料为 45 钢（调质），硬度为 250 大齿轮的材料为 45钢（正火），硬度为 220 （ 3）初选齿数 选小齿轮的齿数为 351 z 大齿轮的齿数为 z 取 1332 z （ 4）选择齿宽系数d和精度等级 初估小齿轮直径 d 参照教材 8.0d ，则 1估 齿轮圆周速度 m/ 5 4 . 5 57010060 1估 167 表 8轮精度选为 8 级 （ 5）计算两齿轮应力循环次数 N 小齿轮 811 3008( 大齿轮 78112 （ 6）寿命系数169 图 8 ， （ 7）接触疲劳极限 由教材 8得 得 001 ， 302 （ 8）安全系数 参照教材 8 1（ 9）许用接触应力 H 根据教材 601 351 z 1332 z m/v 001302 601 第 页 共 38 页 10 731 （ 1）确定各相关参数值 1）计算小齿轮的转矩 1T 461161 ）确定 载荷系数 k 使用系数 按电动机驱动，载荷平稳，查教材 1动载荷系数级精度和速度，查教材 k 11由教材 数159图 8 定弹性系数 由教材 4）确定节点区域系数 由教材 5）确定重合度系数Z。由教材 合度 7 6 4 33 1351( 8 8) 2 ( 8 821 由教材 合度系数 732 41 k k k 40.1k 第 页 共 38 页 11 （ 2）求所需小齿轮直径 1d 由教材 -6 73 (12 3 243 211与估计相符 （ 3）确定中心距 a、模数 1）模数 m 由教材 标准模数 m=2 2）中心距 a 1682 )13335(22 )( 21 3)分度圆直径 1d 、 2d 035211 66133222 4）确定齿宽 b d 大齿轮齿宽 22 小齿轮齿宽 71 小齿轮齿宽比大齿轮大 510（ 1）计算许用弯曲应力 1）寿命系数 1由教材 11 Y 2）极限应力 。由教材 301 ， 902 3）尺寸系数 由教材 121 Y 2m 01 662 2 22 71 1111 1121 第 页 共 38 页 12 4）安全系数 参照教材 S 5）许用弯曲应力 F 。由教材 1123022 111 1119022 222 （ 2）计算齿根弯曲应力 1)齿形系数 由教材 8 2）应力修正系数 由教材 8取 3）重合系数 Y 。由教材 Y 4）齿根弯曲应力。由教材 结论：齿根弯曲应力满足强度 （二）低速级 （ 1）按照给定的设计方案可知齿轮类型为直齿圆柱齿轮； （ 2）材料选择 由课本 选取：小齿轮的材料为 45钢（调质），硬度为 250 大齿轮的材料为 45钢（正火），硬度为 220 S Y 第 页 共 38 页 13 （ 3）初选齿数 选小齿轮的齿数为 253 z 大齿轮的齿数为 684 z （ 4）选择齿宽系数d和精度等级 初估小齿轮直径 d 参照教材 8.0d ，则 3估 齿轮圆周速度 m/3估 v 参照教材 8轮精度选为 8 级 （ 5）计算两齿轮应力循环次数 N 小齿轮 723 3004( 大齿轮 7234 6）寿命系数169 图 8 ，（ 7）接触疲劳极限 由教材 8得 得 003 ， 304 （ 8）安全系数 参照教材 8 1（ 9）许用接触应力 H 根据教材 253 z 684 z 估d 6.0d b m/v 73 N 74 N 003304 603 734 第 页 共 38 页 14 601 731 （ 1）确定各相关参数值 1）计算小齿轮的转矩3 定载荷系数 k 使用系数 按电动机驱动，载荷平稳，查教材 1动载荷系数 级精度和速度，查教材 8k 齿间载荷分配系数k 1006510060 33 由教材 载荷分布系数159图 8 定弹性系数 由教材 4）确定节点区域系数 由教材 5）确定重合系数Z。由教材 合度 81251(53 T 1k k k 35.1k 第 页 共 38 页 15 由教材 合度系数 （ 2）求所需小齿轮直径 1d 由教材 -6 73 (12 3 253 233与估计相符。 （ 3）确定中心距 a、模数 1）模数 m 由教材 标准模数 m=4 2）中心距 a 862 )6825(42 )( 43 3)分度圆直径 3d 、 4d 0 025433 7268444 4）确定齿宽 b d 大齿轮齿宽 04 小齿轮齿宽 53 小齿轮齿宽比大齿轮齿宽大 510（ 1）计算许用弯曲应力 1）寿命系数 3由教材 43 Y 2）极限应力 。由教材 303 ， 904 m=4 86 003 724 004 53 1143 3039041143 S 第 页 共 38 页 16 3）尺寸系数 由教材 143 Y 4）安全系数 参照教材 S 5）许用弯曲应力 F 。由教材 1123022 333 1119022 444 （ 2）计算齿根弯曲应力 1)齿形系数 由教材 8 2）应力修正系数 由教材 8 3）重合系数 Y 。由教材 Y 4）齿根弯曲应力。由教材 结论：齿根弯曲应力满足强度 齿轮参数如下： d m z a b 高速级 大 266 2 133 168 42 20小 70 35 47 Y 第 页 共 38 页 17 低 级 大 272 4 68 186 60 小 100 25 65 八 减速器机体结构尺寸如下： 名称 符号 计算公式 结果 箱座壁厚 a 8 箱盖壁厚 1 a 8 箱盖凸缘厚度 1b 11 b 12 箱座凸缘厚度 b 5.1b 12 箱座底凸缘厚度 2b b 20 地脚螺钉直径 5d 脚螺钉数目 n 课程设计指导书 轴承旁联接螺栓直径 15.0 盖与箱座联接螺栓直径 2（ 承端盖螺钉直径 3d 3d =（ 孔盖螺钉直径 4d 4d =（ 位销直径 d d =（ 2d 8 1d ， 2d 至外 课程设计指导书 6 第 页 共 38 页 18 机壁距离 1C 22 18 1d , 2d 至凸缘边缘距离 2C 课程设计指导书 4 20 16 外机壁至轴承座端面距离 1 1C + 2C +（ 510） 46 大齿轮顶圆与内机壁距离 1116 齿轮端面与内机壁距离 22 10 机盖，机座肋厚 1 81 m8m 轴承端盖外径 2D 2 +（ 53d 中 :122 低 :140 高 :105 轴承旁联结螺栓距离 67 133 九 （ 1） 中间轴轴 2上的运动参数 功 率 转速 转矩 第 页 共 38 页 19 （ 2） 初步确定轴的最小直径 采用齿轮轴故选取轴材料 45号钢，调质处理。由教材 =353220 1d =(1+课程设计指导书 15d 取 35用 6207轴承。 1l =B+ 1+（ 23） =17+20+3=40轴头要比轴承宽长（ 2 3） 为 42。 （ 3） 轴的结构设计 1）方案如下图所示 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 轴承承受径向力，选用深沟球轴承。 装配低速级小齿轮且 2d 1d ， 02 低速 级小齿轮宽度 2l =77比齿轮孔长度少 23d 段主要是定位高速级大齿轮，取 3d =50 3l =10d 装配高速级大齿轮，取 4d =40高速级大齿轮宽度4l =420d 要装配轴承， 5d =35 5l =B+ 2+（ 23） =40头要比轴承宽长（ 23） 为 42。 初选深沟球轴承 6207 ，其 177235 51 21 中间轴尺寸结果 第 页 共 38 页 20 02 32 03 03 04 04 55 25 3)轴上零件的周向定位 小齿轮 与轴的周向定位均采用平键连接。 02 ， 由课程设计指导书 14配合选用平键5812 ， 76 大齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。 04 ， 配合选用平键 8812 ， 76 4） 确定轴上的圆角和倒角尺寸 轴端倒角皆为 1 45 圆角半径为 1 4）中心轴的校核 按当量弯矩法校核 1）画轴的受力图 2）画垂直受力图，求出轴上垂直的载荷，求的垂直支反力 齿轮 1上的切向力 121 5 6 2622 齿轮 2上的切向力 F t 322 由 =0得 1 平键 5812 平键 8812 4712 第 页 共 38 页 21 V 由 得0 2 4 3)画出水平受力图 ,求出轴上水平的载荷 ,求得水平面的支反力 齿轮 1上的径向力 424 齿轮 2上的径向力 由0得 1 H 由 得0 4)绘制垂直面弯矩 1 8 6 4 1 763 5)绘制水平面弯矩 6 6 763 9 5 6)绘制合成弯矩 M 图 I 截面合成弯矩 V 2959 4241 NF r H H V 20012186417 第 页 共 38 页 22 0 1 5 022 面合成弯矩 I 3 4 6 122 面合成弯矩 I I I I 2 6 6 522 7)绘制转矩 T 图 8)绘制当量弯矩 轴的转矩可按脉动循环考虑 ,已知轴材料为 45 号钢调质处理 ,由教材 11的 =60 =100 01 I 截面 7 9 6 7)( 22右 222左 面 6 4 6 5)( 22 面 5 6 0 3)( 22左 I I 22右 9)校核危险截面处轴的直径 20150 I 03461 20150左e I 56465e 第 页 共 38 页 23 由轴的结构图和当量弯矩图可知， I 、 可能是危险截面由教材 11 I 截面 计入键槽的影响 面 面 10）结论：经与图所示尺寸比较 ,各截面的计算直径分别小于其结构设计确定的直径。 I I 92665右e I 第 页 共 38 页 24 第 页 共 38 页 25 (1)低速轴的运动参数 功率 转速 转矩 33 (2)初步确定轴的最小直径 3330 输出轴的最小直径是安装联轴器处的直径。 选取轴的材料为 45 钢调质处理。 为使所选轴的直径 1d 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器计算转矩3 5024503 第 页 共 38 页 26 由教材 14虑到转矩变化很小，取 K 6 5 3 1 8 3转矩 用 弹性套柱销联轴器，其 半联轴器孔径51 ，故取 51 ，半联轴器长度 12 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度 41 。 (3)轴的结构设计 1）拟定方案如下图所示 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 向定位要求 ,1 轴段右端需制出一轴肩，故取 2 段的直径 02 ，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取密封圈直径 d=50联轴器与轴配合的彀孔长度为 84了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故取 1段的长度应比配合长度略短一些，取 21 。 因轴承承受径向力的作用，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据 02 ,由轴承产品目录初步选取 0 尺寸 系 列 ， 标 准 精 度 等 级 的 深 沟 球 轴 承 6011 ，则89055 ，故 573 ；而51 41 02 21 深沟球轴承6011573 第 页 共 38 页 27 05 。 各轴径段长度由箱体内部结构和联轴器轴孔长度确定。 则轴的各段直径和长度。 51 1 82l 52 82 03 63 04 04 05 85 56 26 齿轮、半联轴器与轴的周向定位采用平键联接。 按 1d 和 1l 由课程设计指导书 4得 平键 0914 ，配合为 H7/ 按6123表 14平键 51118 ，配合为 H7/ 轴端倒角皆为 451 圆角半径为 1（ 1）高速轴的运动参数 功率 转速 转矩 554421 （ 2）作用在齿轮上的力 低速轴尺寸结果 554421 第 页 共 38 页 28 高速级大齿轮的分度圆直径为 662 （ 3）初步确定轴的最小直径 3110 输出轴的最小直径是安装联轴器处的直径。 由于设计为齿轮轴，选取轴的材料为 45 号钢调质处理。 为使所选轴的直径 1d 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器计算转矩1由文献 1表 14虑到转矩变化很小，取 K 0 7 45 5 4 4 转矩 用 弹性套柱销联轴器，其 半联轴器孔径 01 ，故取01 ，半联轴器长度 2 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度 81 （ 4）轴的结构设计 1)拟定方案如下图所示 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 轴承承受径向力，选用深沟球轴承。 662 K L4 01 第 页 共 38 页 29 参照工作要求并根据 03 初选深沟球轴承 6006， 其 135530 3)小齿轮的分度圆直径为 70齿根圆直径 ( 2=65键 槽底部的距离 e2 4 I 轴上的齿 轮必需和轴做成一体，为齿轮轴，故 45 为齿顶 圆直径， 073 ， 各轴径段长度由箱体内部结 构和联轴器轴孔长度确定。 则 轴的各段直径和长度： 01 81 02 82 63 43 44 74 65 05 06 56 （ 4）轴上零件的周向定位 齿轮、带轮与轴的周向定位采用平键联接。 按 1d 和 1l 由课程设计指导书 146 ,长为 25配合 76 （ 5）确定轴上的圆角和倒角尺寸 轴端倒角皆为 1 45 圆角半径为 1. 滚动轴承的选择 03 深沟球轴承 6006 高速轴尺寸结果 第 页 共 38 页 30 轴承的选择 轴承承受径向力，选用深沟球轴承。 参照工作要求并根据 52 ,由课程设计指导书 取深沟球轴承 6011， 则 89055 。 轴承的选择 由轴的设计中已选定的轴承型号为深沟球轴承。 参照工作要求，选取深沟球轴承 6006 其尺寸为 35530 。 轴承的选择 由轴的设计中已选定的轴承型号为深沟球轴承。 参照工作要求，选取深沟球轴承 6207 其尺寸为