机械设计课程设计-减速器传动装置分析设计.doc

2007年3月18日 机械设计课程设计 机械043班 16号 指导教师： 减速器传动装置分析设计一、 课程设计的目的1、通过机械设计课程设计，综合运用机械设计课程和其它有关选修课程的理论和生产实际知识去分析和解决机械设计问题，并使所学知识得到进一步地巩固、深化和发展。2、学习机械设计的一般方法。通过设计培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力。3、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范。二、 已知条件1、展开式一级齿轮减速器产品。3、动力来源：电压为380v的三相交流电源。4、原始数据 在任务书上。5、使用期：10年，每年按365天计。三、 工作要求1、画减速器装配图一张（a0图纸）；2、零件工作图二张（传动零件、轴、等等）；3、对传动系统进行结构分析、运动分析并确定电动机型号、工作能力分析；4、对传动系统进行精度分析，合理确定并标注配合与公差；5、设计说明书一份。四、 结题项目1、检验减速能否正常运转。2、每人一套设计零件草图。3、减速器装配图：a0；每人1张。4、零件工作图：a3；每人2张、齿轮和轴各1张。5、课题说明书：每人1份。五、 完成时间 共4周参考资料 【1】、机械设计张策 主编 机械工业出版社出版； 【2】、机械设计课程设计 陆玉 主编 机械工业出版社出版； 【3】、机械制图刘小年 主编 机械工业出版社出版； 【4】、课程设计图册编 高等教育出版社出版；计 算 及 说 明结 果一、 减速器结构分析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有均匀的现象。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。 图一:(传动装置总体设计图)初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。计 算 及 说 明结 果二、 传动装置的总体设计（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 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 （3）、所需电动机功率 3、确定电动机转速 型 号y160l-4y180l-4y200l-8y160mz-2额定功率kw15151515电机满载荷 转速 转/分1460970730293滚筒转速 转/分38.238.238.238.2总传动比39.2025.3919.1176.72222219.6012.709.5538.35由此比较，应选y160l4，结构紧凑。由文献2表2.102选取电动机的外形及安装尺寸d42，中心高度h160，轴伸长e110。4、传动比分配（1）、两级齿轮传动比公式 （2）、减速器传动比 5、运动条件及运动参数分析计算 计 算 及 说 明结 果（二）、定v带型号和带轮 1、工作情况系数 由文献【1】由表11.5得 2、计算功率 3、选带型号 由文献【1】表11.15 选取b型 4、小带轮直径 由文献【1】 表11.6 选取 5、大带轮直径 6、大带轮转速 7、验算传动比误差 取b型计 算 及 说 明结 果（1）、理论传动比 （2）、实际传动比 （3）、传动比误差 合适（4）、验算带转速 合适 8、计算带长 （1）、求 （2）、求 （3）、初取中心距 （4）、带长 （5）、基准长度 9、求中心距和包角 （1）、中心距 （2）、小带轮包角 计 算 及 说 明结 果 10、求带根数 （1）、传动比 由表11.8 由表11.7 ；由表11.12 ；由表11.10 （2）、带根数 11、求轴上载荷 （1）、张紧力 （由表11.4 q=0.10kg/m） （2）、轴上载荷 12、结构设计 小带轮； 大带轮 （三）、高速轴齿轮的设计与校核 1、选材 根据文献【1】表12.7知 选小齿轮：40cr，调质处理 选大齿轮：45钢，调质处理 2、初步计算 （1）、转矩 （2）、尺宽系数 由文献【1】表12.13，取 （3）、接触疲劳极限 由文献【1】图12.17c 取z=5根计 算 及 说 明结 果 由文献【1】由表12.16，取 （4）、确定中心距 3、配凑中心距 取合适 （1）、核算 由文献【1】表12.3取 ； （2）、验算 所以取 4、接触强度校核 （1）、圆周速度v （2）、精度等级 由表12.6知：选8级精度 （3）、使用系数 由表12.9知： （4）、动载系数由图12.9知：=1.12 （5）、齿间载荷分配系数 由表12.10知，先求：8级精度=1.12计 算 及 说 明结 果 由上所得：（6）、齿向载荷分布系数 由文献【1】表12、11 (7)、载荷系数 （8）、弹性系数 由文献【1】表12、12 （9）、节点区域系数 由文献【1】图12、16 （10）、重合度系数 （11）、螺旋角系数 （12）、接触最小安全系数 （13）、总工作时间 （14）、应力循环次数 =1.708=2.114=3.822=2.06=1.48273=3.989=0.765=0.988计 算 及 说 明结 果 （15）、接触寿命系数 由文献【1】图12、18 （16）、许用接触应力及验算 计算结果表明，接触疲劳强度足够5、弯曲疲劳强度验算 （1）、齿数系数 （2）、应力修正系数 （3）、重合度系数 （4）、螺旋角系数 （5）齿间载荷分配系数 =0.69=0.897计 算 及 说 明结 果 （6）、齿向载荷分布系数 （7）、载荷系数 （8）、弯曲疲劳极限 由图12、13c得 （9）、弯曲最小安全系数 （10）、应力循环系数 （11）、弯曲寿命系数 （12）、尺寸系数 （13）、许用弯曲应力 （14）、验算6、几何尺寸计算 k=3.71=367mpa=350mpa=154mpa=149mpa计 算 及 说 明结 果（四）、中间轴齿轮的设计与校核1、选材 根据文献【1】表12.7知 选小齿轮：40cr，调质处理 选大齿轮：45钢，调质处理 2、初步计算 （1）、转矩 （2）、尺宽系数 由文献【1】表12.13，取 （3）、接触疲劳极限 由文献【1】图12.17c 由文献【1】由表12.16，取 （4）、确定中心距 3、配凑中心距 取合适（1）、核算 由文献【1】表12.3取 计 算 及 说 明结 果 （2）、验算 所以取 4、接触强度校核 （1）、圆周速度v （2）、精度等级 由表12.6知：选8级精度 （3）、使用系数 由表12.9知： （4）、动载系数由图12.9知：=1.10 （5）、齿间载荷分配系数 由表12.10知，先求： （6）、齿向载荷分布系数 由文献【1】表12、11 (7)、载荷系数 （8）、弹性系数 由文献【1】表12、12 8级精度=1.10=1.4=1.703=2.00=3.703=1.51=3.14计 算 及 说 明结 果 （9）、节点区域系数 由文献【1】图12、16 （10）、重合度系数 （11）、螺旋角系数 （12）、接触最小安全系数 （13）、总工作时间 （14）、应力循环次数 （15）、接触寿命系数 由文献【1】图12、18 （16）、许用接触应力及验算 计算结果表明，接触疲劳强度足够5、弯曲疲劳强度验算（1）、齿数系数 （2）、应力修正系数=0.766=0.989=计 算 及 说 明结 果 （3）、重合度系数 （4）、螺旋角系数 （5）齿间载荷分配系数（6）、齿向载荷分布系数 （7）、载荷系数 （8）、弯曲疲劳极限 由图12、13c得 （9）、弯曲最小安全系数 （10）、应力循环系数 （11）、弯曲寿命系数 （12）、尺寸系数 （13）、许用弯曲应力 =0.694=0.9k=3.14=367mpa=350mpa计 算 及 说 明结 果（14）、验算6、几何尺寸计算 （五）、高速轴的设计与校核1、选 材c=102 2、初估直径 轴上有单个键槽，轴径应增加3 所以27.66（13）28.49 圆整取d=303、结构设计 由文献【1】得初估轴得尺寸如下： 4、强度校核 （1）、确定力点与支反力与求轴上作用力（图示附后） （2）、齿轮上作用力=171mpa=165mpa（3）、水平支反力 从上到下第二幅图 （4）、垂直面内的支反力 从上到下第四幅图 （5）、绘水平弯矩图 第三幅图，最高点弯矩为：（6）、求垂直弯矩并绘垂直弯矩图 第五幅图，从左往右的突出点弯矩分别为：291020n 168177n，117150n（7）、合成弯矩图 第六幅图 从左往右的突出点的弯矩分别为：295772n，259900n 286544n（8）、绘扭矩图 第七幅图 （9）、求当量弯矩 计 算 及 说 明结 果 （10）、确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面i，危险截面ii （六）、高速轴轴承校核 1、选轴承 根据文献【1】附录表18.1可得轴承的型号为：6208。其中轴承参数为： d80mm；b18mm；cr29.5kn；cor18.0kn （七）、中间轴的设计与强度校核1、选 材c=1122、初估直径 圆整d=50计 算 及 说 明结 果3、结构设计 由文献【1】得初估轴得尺寸如下： 4、强度校核 （1）、确定力点与支反力与求轴上作用力（图示附后） （2）、齿轮上作用力（3）、水平支反力 从上到下第二幅图（4）、垂直面内的支反力 从上到下第四幅图 （5）、绘水平弯矩图 第三幅图；（如下所示）（6）、求垂直弯矩并绘垂直弯矩图 第五幅图（如下所示）（7）、合成弯矩图 第六幅图（如下所示）（8）、绘扭矩图 第七幅图 （如下所示）（9）、求当量弯矩 （10）、确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面a，危险截面b 计 算 及 说 明结 果（八）、中间轴轴承校核1、选轴承 根据文献【1】表18.1可得轴承的型号为：6310。d110mmb27mm；cr61.8kn；cor38kn（九）、低速轴的设计与强度校核1、选 材c=1122、初估直径 圆整取d=753、结构设计 由文献【1】得初估轴得尺寸如下： 4、强度校核（1）、确定力点与支反力与求轴上作用力（图示附后）（2）、齿轮上作用力 （3）、水平支反力 从上到下第二幅图 （4）、垂直面内的支反力 从上到下第四幅图 （5）、绘水平弯矩图 第三幅图 （6）、求垂直弯矩并绘垂直弯矩图 第五幅图 （7）、合成弯矩图 第六幅图 （8）、绘扭矩图 第七幅图 （9）、求当量弯矩计 算 及 说 明结 果 （10）、确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面a，b（十）、低速轴轴承校核1、选轴承 根据文献【1】表18.1可得轴承的型号为：6317。其中轴承参数为： d180mm；b41mm；cr132kn；cor96.5kn（十一）、键联接的选择与计算1、 电动机小带轮端的键 电动机de=42110mm,e=110mm,由文献【2】表2.4-30得 键为 128 gb1096-90 即圆头普通平键（a型），键的参数为：b=12mm;h=8mm; l=100mm (1)、键校核 键的接触长度；则键联接所能传递的转矩 为：由文献【1】表7.1得 120mp；强度符合要求选择键为：圆头普通平键（a型）计 算 及 说 明结 果2、高速轴大带轮端的键 高速轴带轮端尺寸：30101；由文献【2】表2.4-30得键为108 gb1096-90 即圆头普通平键（a型），键的参数为：b=10mm;h=8mm;l=80mm(1)、键校核 键的接触长度；则键联接所能传递的扭矩为：由文献【1】表7.1得120mp；强度符合要求3、中间轴的键 轴的尺寸为：6593；由文献【2】表2.4-30得键为： 1811 gb1096-90 即圆头普通平键（a型），键的参数为：b=18mm;h=11mm;l=70mm(1)、键校核 键的接触长度；则键联接所能传递的扭矩为：由文献【1】表7.1得120mp；强度符合要求 小齿轮处轴的尺寸为：65147；由文献【2】表2.4-30得键为：2012 gb1096-90 即圆头普通平键（a型），键的参数为:b=20mm;h=12mm;l=125mm(2)、键校核 键的接触长度；则键联接所能传递的扭矩为：由文献【1】表7.1得120mp；强度符合要求4、低速轴键 大齿轮处轴的尺寸为：95135；由文献【2】表2.4-30得键为： 2816 gb1096-90 即圆头普通平键（a型），键的参数为：b=28mm;h=16mml=125mm(1)、键的校核 键的接触长度为：；则键联接所能传递的扭矩为：由文献【1】表7.1得120mp；强度符合要求 联轴器处的轴的尺寸为：75140；由文献【2】表2.4-30得键为：2012 gb1096-90 单圆头普通平键（c型），键的参数为：b=20mm;h=12mml=125mm(2)、键的校核 键的接触长度为：;则键联接所能传递的扭矩为：由文献【1】表7.1得120mp；强度符合要求5、联轴器的选择与校核公称转矩：选择键为：圆头普通平键（a型）选择键为：圆头普通平键（a型）选择键为：圆头普通平键（a型）选择键为：圆头普通平键（a型）选择键为：单圆头普通平键（c型）计 算 及 说 明结 果由文献【2】表2.6-3选用ml8型梅花形弹性联轴器 gb5272-85。弹性硬度c94 主动端：z型轴孔，c型键槽 从动端：y型轴孔，b型键槽 校核：；由文献【1】表19.5，取 适合 （十二）、对中间轴进行安全系数法校核联轴器选择为：ml8型梅花形弹性联轴器0.012mp3252.119nm安全系数法校核轴强度符 号 单 位 截 面a 截 面b说 明1、扭 矩2、合成弯矩3、轴 径4、抗弯截面模量5、抗扭截面模量6、弯曲应力副7、扭转应力副8、弯曲平均应力9、扭转平均应力t nmm 802770 802770m nmm 989204 565633d mm 65 65w 23133 23133 50080 50080 42.76 24.45 16.03 16.03 0 0 8.015 8.015有键槽时：10、强度极限11、弯曲疲劳极限 12、扭转疲劳极限 13、等效系数符 号截 面a 截 面b 说 明14、弯曲有效应力集中系数1.68 1.68附录表215、扭转有效应力集中系数 1.24 1.24附录表116、表面状态系数0.92 0.92附录表517、尺寸系数0.88 0.880.81 0.81附录表618、弯曲综合影响系数2.08 2.0819、扭转综合影响系数1.66 1.6620、弯曲配合影响系数2.64 3.51附录表321、扭转配合影响系数1.98 2.5122、弯曲配合影响系数2.64 3.51比较后取值23、扭转配合影响系数2.19 2.5124、寿命系数1 125、弯曲安全系数3.22 5.6226、扭转安全系数6.81 6.8127、许用安全系数1.5 1.51.31.5由安全系数法可以得到安全系数如下： （a）截面 （b截面） 完全符合强度要求 综合当量弯矩法和安全系数法得出：该轴体的尺寸完全符合强度要求，符合生产所需的强度，所以无需将原尺寸修改。计 算 及 说 明结 果三、 装配图设计 （一）、装配图的作用作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。（二）、减速器装配图的绘制1、装备图的总体规划：（1）、视图布局：、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。布置视图时应注意：a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。（2）、尺寸的标注：、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。查文献【2】p121、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。计 算 及 说 明结 果（3）、标题栏、序号和明细表：、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查gb10609.1-1989和gb10609.2-1989标题栏和明细表的格式、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。（4）、技术特性表和技术要求：、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式可查文献【2】例题，布置在装配图右下方空白处。、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。2、绘制过程：（1）、画三视图：、绘制装配图时注意问题： a先画中心线，然后由中心向外依次画出轴、传动零件、轴承、箱体及其附件。b、先画轮廓，后画细节，先用淡线最后加深。c、3个视图中以俯视图作基本视图为主。d、剖视图的剖面线间距应与零件的大小相协调，相邻零件剖面线尽可能取不同。e、对零件剖面宽度的剖视图，剖面允许涂黑表示。f、同一零件在各视图上的剖面线方向和间距要一致。、轴系的固定：a、轴向固定：滚动轴承采用轴肩和闷盖或透盖，轴套作轴向固定；齿轮同样。b、周向固定：滚动轴承采用内圈与轴的过渡配合，齿轮与轴除采用过盈配合还采用圆头普通平键。可查文献【2】p85（2）、润滑与密封、润滑：齿轮采用浸油润滑。当齿轮圆周速度时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的计 算 及 说 明结 果采用稠度较小润滑脂。、密封：防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。可参考文献【2】p111。（3）、减速器的箱体和附件：、箱体：用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭工作空间，防止外界灰砂侵入和润滑逸出，并起油箱作用，保证传动零件啮合过程良好的润滑。、附件：包括窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞、起吊装置。3、完成装配图：（1）、标注尺寸：可参考文献【2】p147，标注尺寸反映其的特性、配合、外形、安装尺寸。（2）、零件编号（序号）：由重要零件，按顺时针方向依次编号，并对齐。（3）、技术要求：参考文献【2】p147（4）、审图（5）、加深四、零件图设计（一）、零件图的作用：作用：1、反映设计者的意图，是设计、生产部门组织设计、生产的重要技术文件。 2、表达机器或部件运载零件的要求，是制造和检验零件的依