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机械设计课程设计学号：2012401501332019年3月13日2019年3月13日题 目：教 学 院：专 业：班 级：姓 名：指导老师：机械设计课程设计 1前 言1一、设计条件和数据- 1 -二、 确定齿轮传动方案- 1 -三、选择电动机- 2 -（1）选择电动机- 2 -1)选择电动机类型和结构形式- 2 -（2）计算传动装置的总传动比- 3 -（3）计算传动装置的运动参数和动力参数- 4 -四、传动零件的设计和计算- 5 -（1）普通V带传动- 5 -1）计算功率- 5 -2）选择V类型- 6 -3）确定V带基准直径- 6 -4）验算带速V- 7 -5)初定中心距a0- 7 -6）初算带长L0- 7 -7)计算中心距a- 7 -8)验算小带轮的包角- 8 -9）确定带的根数- 8 -查教材表13-3，用插值法求得单根V带的基本额定功率P0=1.07kW，按A型带和d1查得n1=1200r/min与n1=1450r/min时，- 8 -（2） 圆柱齿轮设计- 9 -1）选择齿轮材料- 9 -2）按齿面接触疲劳强度条件计算小齿轮直径d1- 9 -3）齿轮的主要参数和计算几何尺寸- 10 -4）校核轮齿弯曲疲劳强度- 11 -5）验算齿轮的圆周速度- 11 -6）齿轮设计各数据：- 11 -五、高速轴的结构设计- 12 -（1）轴的结构设计- 12 -（2）确定各轴段的尺寸- 13 -（3）按扭转和弯曲组合进行强度效核- 17 -六、低速轴的设计- 18 -七、键的选择及强度校核- 19 -八、选择轴承及校核轴承- 20 -九、选择轴承润滑及密封方式- 22 -十、箱体及附近的设计- 23 -（1）箱体的选择- 23 -（2）选择轴承端盖- 23 -（3）确定检查孔与孔盖- 23 -（4）通气器- 24 -十一、设设计小结- 24 -十二、参考书目录- 25 -0前 言课程设计是机械设计基础课程重要的实践性教学环节。课程设计的基本目的是：1综合运用机械设计基础和其它先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。2通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。3通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。课程设计的基本要求是： 1能从机器功能要求出发，分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零件。2能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。3能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对零件进行结构设计。4. 绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完整、正确，技术要求合理、全面。5. 在客观条件允许的情况下，初步掌握使用计算机进行设计计算和使用计算机绘制装配图、零件图的方法。0一、设计条件和数据（1）工作条件该传动装备单向传送，载荷有轻微冲击，空载起动，两班制工作，使用期限10年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为5%。（2） 原始数据 运输带拉力F（N）运输带速度V（m/s）滚筒直径D（mm）28001.52502、 确定齿轮传动方案机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单机圆柱齿轮减速器由带轮和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。传动装置的布置如图1所示图1三、选择电动机（1）选择电动机1)选择电动机类型和结构形式 根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构为卧室封闭结构 2）确定电动机功率 工作机所需的功率Pw（kW）按下式计算 电动机所需功率按下式计算 式中，为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率，根据传动特点，由表1-5查的 参考书目【2】：带传动=0.96,一对滚动轴承轴承=0.99，弹性联轴器联轴器=0.99，一对齿轮传动齿轮=0.97，卷筒=0.96，因此总效率为 确定电动机额定功率Pm（kW），使Pm=（11.3）xP0 =5.212（11.3）=5.2126.116KW 查表2-1，取Pm=5.5(kW)3）确定电动机转速工作机卷筒轴的转速nw为取V带传动的传动比 i带=24一级齿轮减速器i齿轮=35传动装置的总传动比i总=620故电动机的转速可取范围为选择同步转速为1500r/m的Y系列电动机Y132S-4，其中nm=1440r/min电动机的参数见表1表1型号额定功率/kW满载转速/rmin-1最大转矩额定转矩5.514402.02.2（2）计算传动装置的总传动比1）传动装置的总传动比为 2)分配各级传动比为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑，必须是各级传动比都在各自的合理范围内，且使各自传动件尺寸协调合理匀称，传动装置总体尺寸紧凑，重量最小，齿轮侵油深度合理本传动装置有带轮和齿轮传动组成，因i总= i带i齿轮，为使减速器部分设计方便，取齿轮传动比i齿轮=3，则带传动的传动比为 /=12.2/4=3.05（3）计算传动装置的运动参数和动力参数1) 各轴转速轴 轴 滚筒轴n滚筒=n2=118r/min2）各轴功率轴轴 滚筒轴 P滚筒= P22滚= P2轴承联轴器=4.9040.990.96=4.66kW3)各轴转速 电动机轴 轴 轴 T2=T1i1212=T1i齿轮齿轮轴承 滚筒轴 T滚筒 = T2i2滚筒2滚筒= T2轴承联轴器=根据以上计算列出本传动装置的运动参数和动力参数数据表，见表2表2参数 轴号电动机轴轴轴滚筒轴转速n/rmin-11440354118118功率P/kW 5.2125.0044.9044.66转矩T/Nm35.15134.98373.20369.46传动比i431效率0.960.981四、传动零件的设计和计算（1）普通V带传动1）计算功率本次设计高速级采用普通V带传动，应根据已知的减速器参数确定带的型号、根数和长度，确定带的传动中心距，初拉力及张紧装置，确定大小带轮的直径、材料、结构尺寸等内容带传动的参数见表3 表A-3项目P0/kWnm/ rmin-1i01参数5.2414403.14 根据工作条件，查教材 参考书目【1】表13-8 取KA=1.2Pc= KA P。=1.2*5.212kW =6.12kW2）选择V类型由nm=1440 rmin-1、PC=6.12Kw，查教材 参考书目【1】图13-15，确定为A型3）确定V带基准直径由教材 参考书目【1】表13-9选带轮基准直径，小带轮直径d1不小于75mmmd1=90mm、大带轮将d2取标准为355mm。4）验算带速V实际从动轮转速： n=n* d1 /d2=1440*90/355 r/min=365 r/min转速误差：带轮速度在525m/s之间，合适。5)初定中心距a0取中心距 0.7（d1+ d2） a02（d1+ d2）a0=1.5(d1+d2)=1.5X(90+355)mm=667.5mm 根据前面所计算的取中心距a0=700mm6）初算带长L0 由下式计算带的基准长度L0 查教材 参考书目【1】表8-8得相近的基准长度L0=2240mm7)计算中心距a计算实际中心距a=a-0.015=700mm-0.015*2240mm=666.4mma+0.03=700mm+0.03*2240mm=767.2mm8)验算小带轮的包角带轮合适。9）确定带的根数查教材 参考书目【1】表13-3，用插值法求得单根V带的基本额定功率P0=1.07kW，按A型带和d1查得n1=1200r/min与n1=1450r/min时，P0的值分别为0.93、1.97，当n1=1440r/min查表13-5，用插值法求得增量功率P0=0.17kW查表13-7，用插值法求得包角系数K=0.924查表13-2，带长修正系数kL=1由式得 ZPC/(P。+P。)KL*K =6.12/(0.68+0.17)*0.95*1.03 =4.9Z取5。带的计算结果见表4表4型号d1/mmd2/mmV/ms-1Ld/mma/mmZ/根A903555.562240700159.85（2） 圆柱齿轮设计1）选择齿轮材料已知齿轮传动的系数，见表5 表5项目P1/kWN1/rmin-1i参数5.0043543减速器是闭式传动，可以采用齿面硬度350HBS的软齿面钢制齿轮。该齿轮传动无特殊要求，故可采用普通齿轮材料，根据表11-1 参考书目【1】，并考虑小齿轮的齿面硬度大于大齿轮的齿面硬度3050HBS的要求，选小齿轮的材料35SiMn,调质处理，齿面硬度207286HBS，大齿轮的材料45钢，调质处理，齿面硬度197286HBS；选用8级精度.2）按齿面接触疲劳强度条件计算小齿轮直径d1首先确定式中各参数；式查表11-3 取K=1.2查表11-6 取d=0.9u=i=3,外啮合时设计公式中的“正负”号取“正”号。=134000Nmm。查表11-11 = 700 Mpa ，=600Mpa查表11-5 =1由式计算得= 700 Mpa ，=600 Mpa使用较小的=460 Mpa按公式计算小齿轮直径：3）齿轮的主要参数和计算几何尺寸1)确定齿轮齿数：取小齿轮Z1=30，则大齿轮Z2= Z1i=30*3=902）确定齿轮模数：m=d1/ Z1=2.3mm查教材 参考书目【1】表4-1取标准m=2.5mm3）计算齿轮传动中心距：a=m（z+z）/2=2.5*300/2=150mm4)计算齿轮的几何参数：分度圆直径 d1=m*z1=2.5*30=75mm,d2=m*z=2.5*90=225mm;齿宽：b=b*d=62.1mm,小齿轮齿宽b1=65mm,大齿轮齿宽b2=70mm4）校核轮齿弯曲疲劳强度查教材 参考书目【1】图11-8，查取Ysa1=4.17,Ysa2=3.90。查教材 参考书目【1】11-1得 lim1=700Mpa,lim2=600Mpa;查教材 参考书目【1】表11=5取SFmin=1.25由式计算D得【F1】=464MPa，6F2=360Mpa按式验算齿根弯曲疲劳强度F1=2KT1/bd1m*YF1*YS1=111.6MpaF1F2=2KT1/bd2m*YF2*YS2=105MpaF2经验算，齿轮弯曲强度满足要求，故合格5）验算齿轮的圆周速度V=3.14*d*n/60*1000=1.4m/s2m/s根据圆周速度V=1.8m/s查教材 参考书目【1】表11-2可取齿轮传动为8级精度6）齿轮设计各数据：模数齿数分度圆中心距大齿轮2.590225150小齿轮3075五、高速轴的结构设计课程设计一般是先设计高速轴，把高速轴设计出来后根据高速轴的长度尺寸就可以确定箱体的宽度等尺寸，故先设计高速轴的参数见表6表6项目P/kWn/ rmin-1参数5.004134.98（1）轴的结构设计1） 轴上零件的布置：对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮，一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置;两个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套筒2） 零件的装拆顺序轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆，也可以从右侧装拆。本题目从方便加工的角度选轴上的零件从轴的右端装拆，之论，套筒，轴承。轴承盖，联轴器依次从轴的左端装入3） 轴的结构设计为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，高速轴的具体设计如下轴段安装带轮，用键周向固定轴段高于轴段形成轴肩，用来定位带轮轴段高于轴段，方便安装轴承轴段高于轴段，方便安装齿轮；齿轮在轴段上用键周向固定轴段高于轴段形成轴环，用来定位齿轮轴段直径应该和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。轴段高于轴段形成轴肩用来定位轴承；轴段高于轴段的部分取决于轴承标准。轴段与轴段的高度差没有什么直接影响，只是一般的轴身连接高速轴的结构如图2所示 图2（2）确定各轴段的尺寸1）各轴段的直径因本减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选择45钢，正火处理查教材 参考书目【1】表14-2知 45钢的A=118107带入设计公式(118107)25.8728.53mm考虑到该轴段上有一个键槽，故应将轴径增大5%，d=（25.8728.53）（1+0.05）=（27.229.9）mm查教材，按带轮标准直径系列取d1=32mm轴段1的直径确定为d1=32mm轴段2的直径d2应在d1的基础上加上两倍的定位轴肩高。这里取定位轴肩高h12=（0.070.1）d1=3.5mm,即d=d+2h=39mm轴段3的直径d3应在d2的基础上增加两倍的非定位轴肩高，但因该轴段要安装滚动轴承，故其取直径要与滚动轴承内径相符合。这里取d3=d7=40mm轴段4上安装齿轮，为安装齿轮的方便，取h34=1mm，取d4=42mm轴段5的直径d5=42mm+2*4mm=50mm轴段6的直径d6应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得，预选该轴段用6208轴承（深沟球轴承，轴承数据见参考书 参考书目【2】表6-1），查得d6=64mm。2）各轴段的长度计算根据带轮标准，轴段1安装带轮，其长度L1与带轮的长度有关，因此先选择带轮的型号和类型，才能确定L1的长度。为了补偿和安装等的误差及两轴线的偏差，优先考虑弹性套柱销带轮，根据安装带轮轴段的直径，查表可知带轮安装长度L=84mm，考虑到带轮的链接和固定的需要，因此取L1=82mm。轴段2的长度包括三部分：，其中部分为联轴器的内端面至轴承端盖的距离，通常取=1520mm。e为轴承端盖的厚度，查参考书 参考书目【2】表6-1（6208轴承D=90mm，d3=8mm），；m部分为轴承盖的止口端面至轴承座孔边缘距离，此距离应按轴承盖的结构形式、密封形式及轴承座孔的尺寸来确定，要先确定轴承座孔的宽度，轴承座孔的宽度减去轴承宽度和轴承距箱体内壁的距离就是这一部分的尺寸。轴承座孔的宽度，为下箱座壁厚，这里取=8mm；c1、c2为轴承座旁连接螺栓到箱体外壁及箱边的尺寸，应根据轴承座旁连接螺栓的直径查表5-3，这里取轴承座旁连接螺栓M=12mm，计算得：c1=20mm、c2=16mm；为加工轴承座孔端面方便，轴承座孔的端面应高于箱体的外表面，一般可取两者的差值为510mm；故最终的则L=36mm。轴段3的长度包括三部分，再加上L4小于齿轮轮廓的数值（L齿轮-L4）=(67.79-65.79)mm=2mm），即。B为滚动轴承的宽度，查附录B可知6208轴承的B=18mm；2为齿轮端面至箱体内壁的距离，通常取2=510mm；3为滚动轴承内端面至减速器内壁的距离，轴承的润滑方式不同3的取值不同，这里选择润滑方式脂润滑，可取3=1015mm，在此取 2=8mm，3=10mm ，=36mm轴段L4与齿轮宽度有关L4略小于齿轮轮廓的宽度L齿轮-L4=23mm则L4=70-3=67mm轴段5的长度L5及轴环的宽度b（一般b=1.4h45），h45=6mm取L5=8mm轴段6长度L6由2、3的尺寸减去L5的尺寸来确定，L6=10mm轴段7的长度L7应等于或略大于滚动轴承的宽度B,B=18mm，取L7=21mm 轴的总长度高速轴轴承的支点之间的距离为(3)绘制轴的计算简图 为了计算轴的强度，应将载荷化简处理，直齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力F，径向力F。俩端轴承可化简为一端活动铰链，一端固定铰链。如图A-1b，为计算方便，选择俩个危险截面，II，IIII,II危险截面选择安装齿轮的轴段中心位置，位于俩个支点的中间，距B支座的距离为136/2mm=68mm IIII危险截面选择在轴段4和轴段的截面处，距B支座的距离为21/2mm+20mm+3mm=33.5mm2)计算轴上的作用力T=134980N.m齿轮分度圆直径为齿轮的圆周力F=2T/d=2*134980/75=3599Nmm齿轮的径向力（3）按扭转和弯曲组合进行强度效核（1)计算垂直平面内的支反力及弯矩a、求支反力：对称分布，只受一个力，故b、求垂直平面的弯矩截面：截面：（2）计算水平平面内的支反力及弯矩a、求支反力：对称分布，只受一个力，故 b、求水平平面的弯矩截面： 截面：（3）求各截面的合成弯矩截面截面（4）计算转矩 T=134980Nmm（5）确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取。按两个危险截面校核：截面的应力截面的应力查教材表知。、都小于，故轴的强度满足要求六、低速轴的设计 高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图做准备。有些轴段的长度可以根据轴上的零件来确定；有些轴段的长度在确定高速轴处的箱体后，取箱体内壁为一直线就可确定。 经设计，高速轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。为使零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为七段，各轴段直径尺寸为：低速轴的结构设计各轴的直径尺寸 七、键的选择及强度校核（1）选择键的尺寸低速轴上在轴段1和4各安装有一个键，按一般使用情况选择采用A型普通平键联接，查参考书 参考书目【2】表4-1选择键的参数，见表7 表7 轴段1轴段4标记为键：键 10836键：键 12863（2）校核键的强度轴段1上安装有带轮，带轮上安装有钢，载荷性质为轻微冲击，查教材 参考书目【1】表6-3 100120MPa 轴段4上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质为轻微冲击，查教材表6-3 =100120MPa.静连接校核挤压强度：轴段1 略大于许用应力，因相差不大，尺寸可用轴段4 所选键的强度满足要求。八、选择轴承及校核轴承1） 轴承型号的选择高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6208低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为62102） 轴承的校核计算3） 低速轴：低速轴的外端安装有带轮，中间安装有齿轮，要计算轴承的寿命，就要先求出轴承支座的支反力，进一步求出轴承的当量动载荷，然后计算轴承的寿命 画出低速轴的受力图并确定支点之间的距离见图A-5，带轮安装在轴上的轮懿宽L=（1.52）L=（1.52）d0，d0为安装带轮处的轴径，即低速轴的第一段轴径，d0= d1=30mm,L=4045mm,取第一段轴的长度为40mm.第二段轴的长度取和低速轴的第二段轴长一样的对应关系，但考虑该轴段上的轴承宽度（6210的B=18mm）故该轴段的长也为44mm,带轮中心到轴承A支点的距离L3=40mm/244mm18mm/2=73mm.低速轴两轴承支点距离为原低速轴的两支点的距离减去两轴承宽度之差，应为73mm-3mm=70mm因对称布置故L1=L2=70mm/2=35mm低速轴上齿轮的受力和低速轴的大小相等，方向相反，即：=977N，=2683N.注：低速轴上安装有带轮，带对轴的压力,作用在低速轴上，对轴的支反力计算有影响，安装不同，该力对轴的支反力影响不同。在这里有三种情况，在这可选一种本示列具体情况不明，故方向不确定，采用在求出齿轮受力引起的支反力后直接和该压力引起的支反力相加来确定轴承最后的受力因齿轮相对于轴承对称布置，A,B支座的支反力数值一样，故只计算一边即可。求轴承A处支反力：水平平面：垂直平面：求合力考虑到带的压力对轴承支反力的影响，因方向不定，以最不利因素考虑：轴承受到的最大的力为正常使用情况，查教材 参考书目【1】表16-8和16-9得：、查附录附表1：轴承6208的基本额定动载荷，代入公式高速轴：正常使用情况，查教材 参考书目【1】表16-8和16-9得：、，查附录附表1：轴承6210的基本额定动载荷,因齿轮相对于轴承对称布置，轴承的受力一样，可知算一处，计算A处，当量动载荷, 代入公式 从计算结果看，低速轴轴承使用时间较短。按最短时间算，如按每天两班制工作，每年按250天机算，约使用四年，这只是理论计算，实际情况比较复杂，应根据使用情况，注意检查，发现破损及时更换。低速轴轴承因转速太低，使用时间较长，实际应用中会有多种因素影响，要注意观察，发现破损及时更换。九、选择轴承润滑及密封方式轴承的润滑方式取决于侵油齿轮的圆周速度，即大齿轮的的圆周速度，小齿轮的圆周速度应选择脂润滑因轴的转速不高，低速轴轴颈的圆周速度为 选用脂润滑，选择接触式毡圈密封。高速轴轴颈的圆周速度选择接触式毡圈密封注：确定润滑方式后，就可以确定，段的轴长，装配图的俯视图就基本完成。十、箱体及附近的设计（1）箱体的选择一般使用情况下，为制造和加工方便，采用铸造箱