机械设计课程设计.doc

南京航空航天大学机械设计课程设计计算说明书机械设计课程设计计算说明书设计题目：一级闭式圆柱齿轮减速器 机电学院 系 工业设计 专业 202 班 设计者： 051320205李姝慧 指导教师： 王体春 完成日期： 2015 年 06 月 19 日 学校： 南京航空航天大学 目录一 课程设计任务书 5 1 运动简图 5 2 原始数据 5 3工作条件 5 4设计任务 5二 传动方案的拟定及说明 6三 相关计算及说明和计算结果 6 1 电动机的选择 7 1.1 选择电动机的类型 7 1.2 电动机的选择 7 1.3 确定电动机转速 8 2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 9 2.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比 9 2.2 计算传动装置的运动和动力参数 9 2.3 运动和动力参数计算结果整理表 11 3 V带传动设计 11 3.1 确定计算功率 11 3.2 选取带的截型 11 3.3 确定带的基准直径和 12 3.4 验算带的速度v 12 3.5 确定带的中心距a和带的基准长度 12 3.6 验算小带轮上的包角 13 3.7 确定带的根数z 13 3.8 确定带的张紧力 14 3.9 计算压轴力 14 3.10 v带主要参数 14 4 齿轮的设计计算 14 4.1 材料的选择 14 4.2 参数选择 14 4.3 确定许用应力 14 4.4 计算齿轮的转矩 14 4.5按齿面接触疲劳强度计算 16 4.6 按齿根弯曲疲劳强度计算 16 4.7 确定模数 17 4.8 计算齿轮的主要几何尺寸和基本参数 17 4.9 齿轮的结构设计 18 5 传动轴的设计 18 5.1 轴的材料 18 5.2 按扭转矩估算最小直径 19 5.3 轴的结构设计 19 5.4 危险截面的强度校核 20 6 键的设计 24 6.1 选择键的尺寸 24 6.2 校核键联接的强度 25 7 轴承的选择及寿命的计算 25 7.1 轴承的选择 25 7.2 寿命的计算 25 8 箱体结构的设计 26 8.1 机体有足够的刚度 26 8.2 考虑到机体内零件的润滑，密封散热 26 8.3 机体结构有良好的工艺性 26 8.4 附件设计 26 8.5 减速器的机体结构尺寸 28 9 润滑密封设计 30 10 联轴器设计 30 10.1 类型选择 30 10.2载荷计算 30 10.3 选取联轴器 31四 设计小结 31参考资料 31一、课程设计任务书1、运动简图： 2、原始数据： 运输带工作拉力：2600N 输送带工作速度：1.1m/s 滚筒直径：200mm3、工作条件： 轻微振动载荷 室内 成批 单向传动； 使用期限：长期使用 轴承使用寿命：10000小时4、设计任务： ：装配图（含草图）； A0图纸、方格纸各一张 三视图（参考P174图例） 标题栏、明细表、技术要求尺寸标注（外形尺寸，安装、配合、特征尺寸）：零件工作图2张（大齿轮、轴，A3图纸）；：设计计算说明书1份；60008000字。说明书内容应包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴的计算、键的强度校核，联轴器的选择、设计总结、参考文献、设计小结等内容。二、传动方案的拟定及说明合理的传动方案首先应满足工作机的性能（例如传递功率、转速及运动方式）的要求。另外，还要与工作重要条件（例如工作环境。工作场地、工作时间）相适应。同时还要求工作可靠，结构简单，尺寸紧湊，传动效率高，使用维护方便，工艺性和经济性。合理安排和布置传动顺序是拟定传动方案中的另外一个重要环节。由题目所知传动机构类型为：一级闭式圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。3、 相关计算及说明和计算结果计算及说明结果1 电动机的选择1.1 选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三机笼型电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。选择V带传动和一级圆柱直齿轮减速器（展开式）。传动装置的总效率；根据机械设计课程设计P69表2-5查得：为V带的效率=0.96,为深沟球轴承效率=0.992=0.98，为闭式齿轮传动效率=0.97，为联轴器的效率,卷筒效率=0.96(包括其支承轴承效率的损失)。1.2 电动机的选择负载功率: 折算到电动机的功率为:传动装置的总效率：电动机功率计算及说明结果1.3 确定电动机转速卷筒轴工作转速为：根据机械设计课程设计P69表2-5，可选择V带传动的传动比，一级圆柱直齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为，电动机转速的可选范围为n（624）105.10630.572522.29r/min。符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。 根据机械设计课程设计P171表2-167,可供选择的电机有三种：卷筒轴工作转速为：n=105.10r/min序号电动机型号同步转速/(r/min)额定功率/kW满载转/(r/min)堵转转矩最大转矩参考价格/元额定转矩额定转矩1Y160M1-875047202.02.011752Y132M1-6100049602.02.08233Y112M-41500414402.22.2541计算及说明结果综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第3方案比较适合，其主要性能如上表。2 确定传动装置的总传动比和分配传动比2.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比减速器总传动比 由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为。分配传动装置传动比式中分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取3，则减速器传动比为13.70/34.57。2.2 计算传动装置的运动和动力参数：各轴转速输入轴轴：1440/3480r/min输出轴轴：480/4.57105.03r/min 卷筒轴轴：=105.03r/min电动机型号：Y112M-4电动机满载转速：=1440r/min总传动比=13.70带传动比=3减速器传动比=4.57=480r/min=105.03r/min=105.03r/min计算及说明结果：各轴功率各轴输入功率： 轴：3.300.963.17kW 轴：23.170.990.973.04kW 轴：=24=3.040.990.992.98kW各轴输出功率： 轴：=3.170.990.973.04kW 轴：3.040.990.992.98kW 轴：=5=2.980.962.86kW:各轴转矩电动机轴的输出转矩：=9550 =95503.30/1440=21.89Nm各轴输入转矩： 轴： =21.8930.96=63.04Nm 轴：=63.044.570.990.97= 276.66Nm 轴：=276.660.990.99=271.15 Nm=3.17kw=3.04kw=2.98kw=3.04kw=2.98kw=2.86kw=63.04Nm=276.66Nm=271.15Nm计算及说明结果各轴输出转矩：轴： =63.044.570.990.97=276.66Nm轴：=276.660.990.99=271.15Nm轴：=271.150.96=260.30 Nm2.3 运动和动力参数计算结果整理表：=276.66Nm=271.15Nm=260.30Nm轴名功率 P/KW转距T/N*M转速nr/min转动比i效率输入输出输入输出电机轴3.3021.89144030.96轴3.173.0463.04276.664804.570.96轴3.042.98276.66271.15105.0310.98轴2.982.86271.15260.30105.0310.963 V带传动设计3.1 确定计算功率：根据机械设计基础P165表9-6查得工作情况系数=1.1，故 3.2 选取带的截型：=3.63kw计算及说明结果根据功率3。63kw，1440r/min，由机械设计基础P165图9-9选取V带型号为A型。3.3 确定带的基准直径和根据V带截型，参考机械设计基础P163表9-3和P165图9-9选取小带轮的基准直径，=75mm，取=80mm。大带轮基准直径,取，根据V带轮的基准直径系列表机械设计基础P163表9-3得，=250mm。3.4 验算带的速度v在5-25m/s的范围内，带速合适。3.5 确定带的中心距a和带的基准长度 由0.7（+）2（+）,得231mm660mm，初步确定=400mm,选择A型带=80mm=250mmV=6.03m/s计算及说明结果由机械设计基础P162表9-2选用基准长度计算实际中心距：3.6 验算小带轮上的包角3.7 确定带的根数z根据机械设计基础P162表9-2，P163表9-4a，P164表9-4b和表9-5查得单根普通V带的基本额定功率则取z=4,根数为四根。a=531.92mm=161.69z=4计算及说明结果3.8 确定带的张紧力由机械设计基础P161表9-1查得 q=0.10kg/m单根V带张紧力3.9 计算压轴力3.10 V带主要参数=126.41N=998.40N小轮直径（mm）大轮直径（mm）中心距a（mm）基准长度（mm）带速（m/s）带的根数z80250531.9216006.0344 齿轮的设计计算4.1 材料的选择因为减速器工作载荷比较平稳，对减速器的外廓尺寸没有限制，因此为了便于加工，采用软齿面齿轮传动。根据机械设计基础P113表7-3初选小齿轮材料为45钢经调质处理其硬度为217-255 HBS，取240 HBS,大齿轮材料为45钢经正火处理其硬度为162-217 HBS，取190 HBS；齿轮等级精度为8级。小齿轮材料为45钢经调质处理其硬度240 HBS，大齿轮材料为45钢经正火处理其硬度190HBS。计算及说明结果4.2 参数选择齿数 由于采用软齿面闭式传动，故取=24，=4.57*24=109.68，取110。齿宽系数 由于是单级齿轮传动，两轴承相对齿轮为对称布置，且两轮均为软齿面，根据机械设计基础P116表7-4，取=1.1。载荷系数 因为载荷比较平稳，齿轮为软齿面，轴承对称布置，故取K=1.4。齿数比 对于单级减速传动，齿数比u=4.57。4.3 确定许用应力小齿轮的齿面平均硬度为240HBS。根据机械设计基础P113表7-3通过线性插值法来计算，即=513+=532MPa=301+=309MPa大齿轮的齿面平均硬度为190HBS，同理由线性插值法得=491MPa,=291MPa。4.4 计算齿轮的转矩小齿轮转矩为：T=9.5510/n=9.55103.17/480=6.3110=24=110=1.1K=1.4u=4.57=532MPa,=309MPa,=491MPa,=291MPa。T=6.3110计算及说明结果大齿轮转矩为：T=9.5510/n=9.55103.04/105.03=2.7610 4.5 按齿面接触疲劳强度计算取较小的许用接触应力计算，得小齿轮的分度圆直径为： 齿轮的模数为4.6 按齿根弯曲疲劳强度计算由齿数=24，=110，根据机械设计基础P117表7-5，得复合齿形系数。复合齿形系数与许用弯曲应力的比值为： 因为较大，故以此比值代入计算，得齿轮的模数为：T=2.7610 m2.36mm计算及说明结果4.7 确定模数由上述计算结果可见，该齿轮传动的接触疲劳强度较薄弱，故应以m2.36mm为准。根据机械设计基础P104表7-1，取标准模数m=2.5mm。4.8 计算齿轮的主要几何尺寸和基本参数故取b=66mm,b=b+(210),取b=70mm。m1.56mmm=2.5mm名称符号公式齿轮1齿轮2齿数24110分度圆直径60275分度圆齿距PP= m 7.857.85齿顶高=* m2.52.5齿根高3.1253.125齿顶圆直径65280齿根圆直径53.75268.75中心距167.5齿宽7066计算及说明结果4.9 齿轮的结构设计小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构。大齿轮的有关尺寸计算尺寸如下：轴孔直径d=60 mm轮毂直径=1.6d=1.660=96 mm轮毂长度L=66mm轮缘厚度=（34）=7.510mm 取=10 mm轮缘内径：=-2h-2=280-25.625-210=248.75 mm取=248mm腹板厚度c=0.4=0.466=26.4 mm取c=26mm腹板中心直径：=0.5(+)=0.5(248+96)=172mm腹板孔直径=0.25(-)=0.25(248-96)=38mm取=38mm齿轮倒角n=0.5=0.52.5=1.25 mm取n=1mm5 传动轴的设计5.1 轴的材料选用45号钢，调制处理，硬度为217255HBS。d=60 mm=96 mmL=66mm=10 mm=248 mmc=26mm=172mm=38mmn=1 mm计算及说明结果5.2 按扭矩估算最小直径根据机械设计基础P242表14-1得为3040Mpa,取=30Mpa。 主动轴若考虑键=21.91*1.07=23.44mm,取=26mm。 从动轴若考虑键=35.85*1.07=38.36mm,取=40mm。5.3 轴的结构设计 主动轴按照从右到左的顺序：第一段：与带轮连接，则轴应该增加0.07，得= 26mm,=63mm。第二段：=30mm,=50mm。第三段：选用轴承6208，则=40mm, =20mm。=26mm=40mm=26mm=63mm=30mm=50mm=40mm=20mm计算及说明结果第四段：其直径应小于轴承内圈外径，取=48mm, =20mm。第五段：为齿轮轴段，=65mm,=70mm。第六段：为轴承定位轴肩，=48mm,=21mm。第七段：=40mm,=18mm。 从动轴按照从右到左的顺序：第一段：连接联轴器，有键，则=40mm,=82mm第二段：=46mm,=60mm。第三段：选用轴承6210，=50mm,=43mm。第四段：连接大齿轮，=60mm,=64mm。第五段：轴向定位大齿轮，=70mm,=10mm。第六段：=60mm,=10mm。第七段：选用轴承6210，=50mm,=20mm。5.4 危险截面的强度校核主动轴主动轴上的功率=3.17 kw,转矩=63.1 Nm转速=480 r/min =48mm=20mm=65mm=70mm=40mm=18mm=40mm=82mm=46mm=60mm=50mm=43mm=60mm=64mm=70mm=10mm=60mm=10mm=50mm=20mm计算及说明结果计算齿轮受力： 圆周力= =26.3110000/60=2103.33N径向力2103.33=765.55N轴向力0L=119mm 求支反力： 水平支反力 =1051.67N 垂直支反力 =765.55/2=382.78N1051.67119/2=62574.37Nmm=382.78119/2=22775.41Nmm=382.78119/2=22775.41Nmm=66590.32Nmm=66590.32Nmm主动轴:=2103.33N=765.55N=0水平支反力:=1051.67N垂直支反力:=382.78N=382.78N水平弯矩=62574.37Nmm垂直面弯矩=22775.41Nmm22775.41Nmm计算及说明结果T=/2=2103.3360/2=63100Nmm该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.6.=7600.6 Nmm= =7600.6 Nmm=35.60mm合成弯矩=66590.32Nmm=66590.32Nmm轴传递的转矩:T=63100Nmm当量弯矩=7600.6 Nmm=7600.6 Nmm计算及说明结果考虑到键槽对轴的削弱，d值增大5%d37.38mm而该危险截面的轴径为48mm，符合要求。 从动轴 圆周力=2007.3N径向力730.6NL=127mm 水平支反力 =1003.65N垂直支反力365.3N365.3N63731.775Nmm=23196.55Nmm=23196.55Nmm67822NmmT=276000Nmm危险截面的轴径，符合要求。圆周力=2007.3N径向力730.6NL=127mm 水平支反力 =1003.65N垂直支反力365.3N365.3N63731.775Nmm=23196.55Nmm=23196.55Nmm计算及说明结果经计算得，轴的尺寸符合要求。6 键的设计6.1 选择键的尺寸，如下表：67822NmmT=276000Nmm序号bhL工作长度l1（联轴器） 12 870 582（齿轮） 18 1156 383（带轮） 8 756 48计算及说明结果6.2 校核键联接的强度根据机械设计基础表11-6，由轴和齿轮材料，选取许用挤压应力=120MPa。键1（联轴器）: =59.5MPa键2（齿轮）: = 44.02MPa键3（带轮）: =43.27MPa故满足挤压强度条件，所以所有键均符合设计要求，可用。7 轴承的选择及寿命计算7.1 轴承的选择选用了6208和6210两种轴承。7.2 寿命的计算6208轴承：6210轴承：两种轴承的寿命都大于10000h,都符合要求。所有键均符合设计要求。两种轴承都符合要求。计算及说明结果8 箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合.8.1 机体有足够的刚度：在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度8.2 考虑到机体内零件的润滑，密封散热：因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H应不小于3050mm, 取H为40mm。为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为。8.3 机体结构有良好的工艺性：铸件壁厚为8，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.8.4 附件设计： A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，计算及说明结果有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固。B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提计算及说明结果高定位精度.G 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以搬运机座或整个减速器.8.5 减速器的机体结构尺寸名称符号计算公式结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M18地脚螺钉数目查机械设计课程设表34轴承旁联接螺栓直径M14机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M12轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）10视孔盖螺钉直径=（0.30.4）8定位销直径=（0.70.8）8，至外机壁距离查机械设计课程设计表1-10182022，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书表1-101616外机壁至轴承座端面距离=+（812）50大齿轮顶圆与内机壁距离1.214齿轮端面与内机壁距离20机盖，机座肋厚6 7轴承端盖外径+（55.5）120（1轴）124（2轴）轴承旁联结螺栓距离100（1轴）100（2轴）计算及说明结果9 润滑密封设计对于一级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度0.8m/sv12m/s，采用浸油润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，