金峰机械设计课程设计说明书.doc

南京理工大学泰州科技学院 机械设计课程设计机械设计课程设计 计算说明书计算说明书 姓姓 名名 :金峰 学学 号：号： 08010103120801010312 学 学院 院（ （系 系） ） :机械工程学院 专专 业业:机械工程及自动化 题题 目目:卷扬机传动装置 指导者：指导者： 评阅者：评阅者： 2011 年 6 月 机械设计基础课程设计成绩综合评定表 1减速器装配图总体结构合理性合理 一般 不合理 2 减速器装配图有无零件定位及结构干涉错误 无 较少 有一定数量错误 很多 3减速器装配图中其它结构不合理错误基本无 少 多 4不符合制图规范的制图错误基本无 少 多 5 尺寸标注、零件明细表和技术要求是否齐全、 规范 齐全、基本规范 齐全但存在错 误 不齐全 机械设计 装配图 6装配图绘制的图面质量优 良 中 及格 不及格 7轴零件图结构标注的规范性、完整性 较规范和完整 标注有少量错漏 标注不齐全，有错误 8齿轮零件图标注的规范性、完整性 较规范和完整 标注有少量错漏 标注不齐全，有错误 机械设计 零件图 9零件图的图纸质量好 中 差 机械设计 计算说明 书 10设计计算格式书写规范性、完整性好 中 差 设计工作态度11 不旷课、不迟到、不早退、积极学习、态度 端正 好 中 差 设计工作能力12独立工作能力强弱，设计进度快慢等好 中 差 综合评定成绩综合评定成绩优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 评阅老师签字评阅老师签字 评分标准： 优：带的项目必须达到优、好、合理等，其余评分项为良的不超过 3 项且没有 中及以下的评分项； 良：不够优的标准，各评分项平均达到良好以上（带的项目必须为良） ，且没有 及格及以下的评分项； 中：带的评分项必须达到中及以上，其余各项平均评分为中，且没有不及格的 项； 及格：带的项目必须及格及以上，其余各项平均应为及格，且为差，不及格的项 目应不多于 3 项； 不及格：达不到及格的标准。 运动简图：运动简图： 工作条件：工作条件： 寿命十年，单班制 有中等程度冲击 在室外工作 原始数据：原始数据： 绳索牵引力 F(N) 2400 牵引速度 v(m/s) 0.8 卷筒直径 D(mm) 250 负荷持续率 JC% 40 目 录 1 引言1 2 传动装置设计1 2.1 传动方案1 2.2 选择电机2 2.3 传动比分配2 2.4 传动装置的运动和动力参数3 3 传动零件设计4 3.1 高速级4 3.2 低速级8 4 中间轴的设计12 4.1 中间轴的设计参数及材料12 4.2 轴的结构设计12 4.3 计算力的大小13 4.4 轴的弯矩和扭矩14 4.5 校核轴的强度15 5 滚动轴承的选择15 5.1 选择滚动轴承类型15 5.2 计算当量动载荷15 5.3 轴承寿命15 6 联轴器、键连接的选择16 6.1 联轴器的选择16 6.2 键连接的选择16 7 润滑和密封16 7.1 润滑16 7.2 密封16 8 设计小结17 参考文献18 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 1 1 引言引言 机械设计课程设计是机械系学生的第一次较全面的机械设计 训练，其目的是： ）培养我们综合实际问题的能力，掌握通用机械零件、机械 传动装置或简单机械的设计步骤和进行方式。 2）进行机械设计设计基本技能训练，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，为后继课程学习、毕业设计、今后 工作奠定扎实的基础。 2 2 传动装置设计传动装置设计 2.1 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 第 1 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 2.2 选择电机 2.2.1 类型 Y 系列三相异步电动机。 2.2.2 型号 1、确定电动机容量 工作机所需输入功率：kW Fv P w w 2 . 2 1000 传动装置的总效率 4 3 2 2 2 1 分别为齿轮联轴器效率、圆柱齿轮效率、滚动轴承 1 2 3 (每对)效率，查表得 ， 94.90 1 9.90 2 8.90 3 899.098.09.9094.90 222 电动机所需的功率 45 . 2 W d P P 2、选择电动机转速 卷筒工作转速 nw=68.2r/min D 60v1000 由表 2-3 推荐的传动比合理范围，取二级圆柱齿轮减速器传动范 围=840 则传动装置总传动比范围为（840） 。电动 ， 1 i , 1 , iia 机转速的可选范围为： =（489.122445.6）r/min. wad nin , ， 符合这一转速范围的有 900、1000、1500、3000r/min 四种，综合 考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格，选定电动机型号为 Y-132S-6。 2.3 传动装置总体传动比的确定及各级传动比的分配 总传动比： 899. 0 kWPd.452 min/2 .68 rnW 型号：Y112M-4 07.14 ia 第 2 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 07.14 2 .68 960 w m a n n i 取则， 21 4 . 1 ii 44. 4 1 i3.17 2 i 2.4 确定传动装置的运动和动力参数 各轴输入功率 轴 kw2.430.9945 . 2 PP 1d1 轴 kw37 . 2 0.980.9942.43PP 3212 轴 kw31 . 2 0.980.99437. 2PP 3223 轴 kw3 . 20.980.9931. 2PP 3134 各轴转速 轴 min/960 1 rnn m 轴 min/ 2 . 216 69. 4 960 1 1 2 r i n n 轴 min/ 2 . 68 35. 3 77.204 2 2 3 r i n n 各轴输入转矩 轴 mN n P m d 2 .24994 . 0 960 2.45 95509550TT 11d1 轴 mNiTT.7 .10544 . 4 98. 0994 . 0 2 . 24 13212 轴 mN. 3 . 3273.170.9940.98 7 . 051iTT 23223 轴 mN.322994 . 0 0.99327.3TT 3134 44. 4 1 i 3.17 2 i 2.43P1 37. 2P2 2.31P3 3 . 2P4 min/960 1 rnn m min/2 .216 2 rn min/ 2 . 68 3 rn mN 2 . 24T1 mNT. 7 . 105 2 mN.3 .327T3 mN.322T4 第 3 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 轴号功率 kw扭矩 N.m转速 r/min传动比 电动机轴2.4524.39601 轴2.4324.29601 轴2.37105.7216.24.44 轴2.31327.368.23.17 轴2.3032268.21 3 传动零件设计传动零件设计 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 3.1 高速级减速齿轮设计 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高， 材料按表 10-1 选取，锻选项毛坯，大齿轮采用 45 号钢，正火处理， 小齿轮采用 40Cr，调质处理，均用软齿面。齿轮精度用 7 级，轮齿 表面精糙度为 Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为点蚀，考虑传动 平稳性，齿数宜取多些，取 Z1=21 则 取24.9344.421Z 112 iZ94Z2 2、按齿面接触疲劳强度设计，由式（7-9） 3 1 2 1 1 2 )( u u d K H a aEH t TZZ d （1）确定公式内各计算数值 1）试选载荷系数 Kt=1.3 2）小齿轮传递的转矩=23.1438N.m 1 T 3）由表 10-7 选取齿宽系数1d 4）由表 10-6 查得材料弹性影响系数 2 1 E .8Mpa189Z 5）由表 10-21d 接齿轮硬度查得小齿轮接触疲劳极限 HILim1=600Mpa 大齿轮接触疲劳极限 HILim2=550Mpa Z1=21 94Z2 Kt=1.3 =24.2N.m 1 T 1d 2 1 E .8Mpa189Z 第 4 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 6）由式 10-13 计算应力循环次数 9 11 103824 . 1 )1030081 (196060jLhn60N 8 9 2 103.11 4.44 101.3824 N 7）由图 10-19 取接触疲劳寿命系数,0.98KHN11.1KHN2 8）计算接触疲劳许用应力，取失效概念为 1%，安全系数 S=1， 由系数（10-12）得Mpa58860098 . 0 lim11 1H S KHN Mpa6055501 . 1 lim22 2H S KHN （2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径,代人中较小的值 t 1 d H mm88.36 58844. 41 8 . 189) 144 . 4 (1042 . 2 3 . 12 d 3 2 24 1 t 2）圆周速度 v m/s853. 1 100060 d v 11t n 3）计算齿宽 b mm88.3688.361db 1d t 4）计算齿宽与齿高之比 b/h 模数mm756 . 1 21 36.88 Z d m 1 1 t t 齿高mm3.88.7245125 . 2 25 . 2 h t m 9.334 3.951 36.88 h b 5）计算载荷系数 根据 V=1.8194m/s，7 级精度。由图 10-8 查得的动载系数 Kv=1.07。直齿轮由表 10-2 查得使用系数 K =1.51KK FH A 由表 10-4 用插值法查得 7 级精度，小齿轮相对布置时1.31KH 9 1 103824 . 1 N 8 2 103.11N 0.98KHN1 1.1KHN2 588 1H 605 2H sm/853 . 1 v 88.36b 756 . 1 m t 3.951h Kv=1.07 1KK FH K =1.5 A 1.31KH 第 5 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 由，得：9.334 h b 1.25KF 故载荷系数2.11.3111.071.5KKKKK HHVA 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径由式（10-10a）得 mm3 .43d3 11 t t k k d 7）计算模数 m mm06 . 2 m 1 1 n Z d 3、按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为) ( 2 m3 F aa 2 1 d 1 SF a YY Z YKT （1）确定公式内各计算数值 1）由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限Mpa，500FE1 大齿轮的弯曲强度极限Mpa380FE2 2）由图 10-18 取弯曲疲劳系数 ,0.86KFN10.91KFN2 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 由式（10-12）得Mpa307.143 1.4 50086 . 0 FE11 1F S KHN Mpa247 1.4 03819 . 0 FE22 2F S KHN 4）计算载荷系数 K 2.011.2511.071.5KKKKK FFVA 5）查取齿形系数 由表 10-5 查得 =2.1976 . 2 Y 1Fa 2Fa Y 6)查取应力校正系数 查表 10-5 查得=1.56 =1.785 Sa1 Y 2Sa Y 1.25KF 2.1K 3 . 43d1 06 . 2 mn 0.86KFN1 0.91KFN2 307.143 1F 247 2F 2.01K 第 6 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 7)计算大小齿轮的并加以比较 YY F FaSa 14.00 143.307 6.5176. 2 YY 1F Fa1Sa1 158.00 247 789 . 1 178 . 2 YY 2F Fa2Sa2 大齿轮的数值大 （2）设计计算 mm516 . 1 158.00 211 10 2 . 2401 . 2 2 m 3 2 4 取 m=1.5mm 按接触疲劳强度算得的分度圆直径mm43.3d1 算出小齿轮齿数取65.21 d Z 1 1 n m 22Z1 大齿轮齿数984.4422Z2 4、几何尺寸计算 （1）中心距mm120 2 19644 2 a 21 dd （2）分度圆直径442221d1mZ 196298m2Zd2 （3）计算齿轮宽度44441db 1d 圆整后取mm,mm44B249B1 m=1.5 43.3d1 22Z1 98Z2 120a 44d1 196d2 44b 49B1 44B2 第 7 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 3.2 低速级减速齿轮设计 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高， 材料按表 10-1 选取，锻选项毛坯，大齿轮采用 45 号钢，正火处 理，小齿轮采用 40Cr，调质处理，均用软齿面。齿轮精度用 7 级， 轮齿表面精糙度为 Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为点蚀，考 虑传动平稳性，齿数宜取多些，取 Z1=21 则 取9444.421Z 112 iZ94Z2 2、按齿面接触疲劳强度设计，由式（7-9） 3 1 2 1 1 2 )( u u d K H a aEH t TZZ d （1）确定公式内各计算数值 1）试选载荷系数 Kt=1.3 2）小齿轮传递的转矩=103.987N m 2 T 3）由表 10-7 选取齿宽系数1d 4）由表 10-6 查得材料弹性影响系数 2 1 E .8Mpa189Z 5）由表 10-21d 接齿轮硬度查得 小齿轮接触疲劳极限HILim1=600Mpa 大齿轮接触疲劳极限 HILim2=550Mpa 6）由式 10-13 计算应力循环次数 8 H23 10113 . 3 )1030081 (1 2 . 21660jLn60N 8 8 4 10982. 0 3.17 103.113 N 7）由图 10-19 取接触疲劳寿命系数,1.08KHN31.15KHN4 8）计算接触疲劳许用应力，取失效概念为 1%，安全系数 S=1， 由系数（10-12）得Mpa6486008.01 lim33 3H S KHN 94Z2 21Z1 1d 8 3 10113 . 3 N 8 4 10982 . 0 N 648 3H 第 8 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 Mpa 5 . 63255015 . 1 lim44 4H S KHN （2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径,代人中较小的值 t 1 d H mm98.58 5 . 63217. 3585 . 1 1 ) 8 . 189() 13.17(1057.103 . 12 d 3 2 24 2 t 2）圆周速度 v m/s67 . 0 100060 d v 21t n 3）计算齿宽 b mm98.5858.981db 1d t 4）计算齿宽与齿高之比 b/h 模数mm.82 21 58.98 Z d m 1 1 t t 齿高mm2025 . 6 .7567225 . 2 25 . 2 h t m 332 . 9 6.32 58.98 h b 5）计算载荷系数 根据 v=0.62m/s，7 级精度。由图 10-8 查得的动载系数 Kv=1.05。直 齿轮1KK FH 由表 10-2 查得使用系数 K =1.5 A 由表 10-4 用插值法查得 7 级精度，小齿轮相对布置时1.421KH ，由，332 . 9 h b 1.423KF 故载荷系数2.2381.42111.051.5KKKKK HHVA 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径由式（10-10a）得 mm8 .70 3 . 1 2.238 58.98d 3 3 11 t t k k d 5 .632 4H 67 . 0 v 98.58b .82m t 32 . 6 h 2.238K 8 . 70d1 第 9 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 7）计算模数 m mm2.81 21 98.58 m 3 1 n Z d 3、按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为) ( 2 m3 F aa 2 3 d 1 SF a YY Z YKT （1）确定公式内各计算数值 1）由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限Mpa，500FE1 大齿轮的弯曲强度极限Mpa380FE2 2）由图 10-18 取弯曲疲劳系数 ,0.9KFN30.92KFN4 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 由式（10-12）得Mpa4286.321 1.4 5009 . 0 FE33 3F S KHN Mpa7143.249 1.4 38092 . 0 FE44 4F S KHN 4）计算载荷系数 K 11 . 2 1.3411.051.5KKKKK FFVA 5）查取齿形系数 由表 10-5 查得 71 . 2 YFa319 . 2 Y 4Fa 6）查取应力校正系数 查表 10-5 查得 56 . 1 YSa3785. 1Y 4Sa 7）计算大小齿轮的并加以比较 YY F FaSa 大齿轮.0130 42.321 6.5171 . 2 YY 3F Fa3Sa3 0.0157 YY 4F Fa4Sa4 的数值大 2.81mn 0.9KFN3 0.92KFN4 4286.321 3F 7143.249 4F 11 . 2 K 第 10 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 （2） 设计计算 mm2.514.0150 211 1057.10111. 22 m 3 2 4 n 取3m t 按接触疲劳强度算得的分度圆直径mm69d2 算出小齿轮齿数23 2 692d Z3 n m 大齿轮齿数73Z4 4、几何尺寸计算 （1）分度圆直径 mm69323d 11 n mZ mm207369d 22 n mZ （2）中心距mm138 2 20769 2 a 43 dd （3）计算齿轮宽度69691db 1d 圆整后取mm,mm69B274B1 表 1 齿轮参数 参数dmza B 大 1969744 高速级 小 44 2 22 120 49 大 2077369 低速级 小 69 3 23 138 74 3m t 23Z3 73Z4 69d1 207d2 138a 69b 74B1 69B2 第 11 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 4 4 中间轴设计中间轴设计 4.1 中间轴的设计参数及材料 由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故 选择常用材料 45 钢,调质处理. 1.初估轴径 按扭矩初估轴的直径,查表 12-2,得 A=106 至 117,取 A=112， 则: mm9 .24 2 . 216 37 . 2 112D 33 2min n p A 2.初选轴承 轴选轴承为 6005 根据轴承确定各轴安装轴承的直径为:D=25mm 4.2 轴的结构设计 （1）各轴直径的确定 初估轴径后,句可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直 径.该轴轴段 1 安装轴承 6005,故该段直径为 25mm。2 段装齿轮， 为了便于安装，取 2 段为 29mm。齿轮右端用轴肩固定，计算得轴 肩的高度为 3mm，取 3 段为 35mm。4 段轴与 2 段一样装齿轮为 29mm。5 段装轴承直径和 1 段一样为 25mm。 （2）各轴段长度的确定 轴段 1 的长度为轴承 6005 的宽度和轴承到箱体内壁的距离加 上箱体内壁到齿轮端面的距离加上 2mm， =41mm。2 段为 1 l 9 .24D2min =75mm。3 段的长度=6mm，4 段：=41.5mm。和轴段 1 相差 2 l 3 l 4 l 5 l 2mm 取=43mm。 5 l 第 12 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 （3）轴上零件的周向固定 为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈配合 H7/n6。与轴 承内圈配合轴劲选用 k6，齿轮与大带轮均采用 A 型普通平键联接， 分别为键 8 7 GB1096-1979。 （4）轴上倒角与圆角 为保证 6005 轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手 册的推荐，取轴肩圆角半径为 1.5mm 根据标准 GB6403.4-1986，轴 的左右端倒角均为。 452 4.3 计算力的大小 画轴的受力简图如下： (1) 计算支座反力。 高速级大齿轮1080 196 1057002 d 2 2 2 2 T Ft 1 . 39320tan 22 tr FF 低速级小齿轮3063 69 7 . 1052 d 2 3 3 3 T Ft 8 .111420tan 33 tr FF 1080 2 t F 1 .393 2 r F 3063 3 t F 8 . 1114 3 r F 第 13 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 在水平面上 3221ttNHNH FFFF 5 .164 5 . 10525.41 223 NHtt FFF NFNH57.1907 1 NFNH43.75 2 在垂直面上 025.41 5 . 164 5 . 105 322 rNVr FFF 3221rrNVNV FFFF NFNV26.694 1 NFNV44.27 2 4.4 轴的弯矩和扭矩 轴的扭矩与弯矩图如下 NFNH57.1907 1 NFNH43.75 2 NFNV26.694 1 NFNV44.27 2 74785 第 14 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 4.5 校核轴的强度 1.判断危险截面 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 A 为危险截 面。先将计算出的截面 C 处的值列于下表： 载 荷水平面 H 垂直面 V 支反力 F F=1907.57N 1NH F=75.43N 2NH F=694.26N 1NV F=27.44N 2NV 弯矩 M M=78687.3N mm H M=28638.2N mm V 总弯矩 M=N mm8 .73290 2 . 28638 3 . 78638 22 扭矩 T T3=105700N mm 2.轴的弯扭合成强度校核 根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切 应力为脉动循环变应力，曲 =0.6，轴的计算应力 Mpa M 8 . 35 34.2048 )1057006 . 0( 3 . 78638 W T)( 222 2 1 ca 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 15-1 查得 。因此，故安全。MPa60 1 1 -ca 5 5 滚动轴承的选择滚动轴承的选择 由于轮齿为直齿，承受径向载荷，选用深沟球轴承。 三轴所用轴承型号及尺寸列表如下： 轴号轴承型号 dDB 轴 6005254712 Mpa8 .35ca 轴 6005254712 轴 6007305513 第 15 页 共 18 页 机械设计课程设计计算说明书 计 算 内 容计算结果 6 6 联轴器、键连接的选择联轴器、键连接的选择 6.1 联轴器的选择 输出轴的最小直径是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴直 径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的 计算转矩,查表 14-1.考虑到转矩很小，取。则： 3 TkT c