机械设计基础课程设计.doc

机械设计基础课程设计计算说明书设计题目：用于链式运输机的一级圆柱齿轮减速器的设计学院：中国人民解放军海军航空大学专业：兵器工程（143071）学号：143071011143071022设计者：吕峰 张培尧指导教师：王燕铭完成日期：2017年7月15日目 录一、 传动方案的确定二、 电动机的选择2.1 电动机类型和结构形式选择2.2 确定电动机功率2.3 确定电动机型号三、传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配3.1 计算总传动比3.2 分配各级传动比四、传动装置运动及动力参数的计算4.1 计算各轴转速4.2 计算各轴功率4.3 计算各轴转矩五、减速器外的传动零件的设计链传动的设计计算5.1 确定计算功率5.2 确定链轮齿数5.3 确定链条节数5.4 确定链条型号5.5 确定实际中心距5.6 计算链速5.7作用在轴上的压力六、减速器内的传动零件的设计齿轮传动的设计计算6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数6.2 确定齿轮许用应力6.3 按齿轮弯曲强度设计计算6.4 验算齿面接触强度6.5 齿轮的圆周速度七、轴的设计计算及强度校核7.1 轴的选材及其许用应力的确定7.2 轴的初步设计7.3 联轴器的选择7.4 轴承的选择7.5 大齿轮轴的强度校核7.6 小齿轮轴的强度校核八、键的强度校核8.1 输入轴伸出段固定带轮的键8.2大齿轮处的键8.3小齿轮处的键九、减速器箱体的设计9.1箱体主体结构设计的基本要求9.2 箱体附件的结构设计要求十、减速器的润滑10.1 齿轮的润滑10.2 轴承的润滑十一、设计小结十二、参考资料设计任务书学生姓名：吕峰 张培尧 学号：143071011 143071022 专业：兵器工程 指导教师：王燕铭题目：用于链式运输机的一级圆柱减速器的设计1. 设计项目：用于链式运输机的一级圆柱齿轮减速器。其传动简图如图1所示图1 链式运输机的一级圆柱齿轮减速器2. 工作条件：运输机连续工作，单向运转，载荷变化较小，空载启动，每天三班制工作，使用期限5年，每年按300个工作日计算，小批量生产。运输带速度允许误差5%。3. 原始数据：带曳引力F=2000N，运输带的工作速度v=2.5m/s，传动滚筒直径D=450mm。4. 设计任务：（1）设计内容：电动机选型；链传动设计；减速器设计； 联轴器选型。（2）设计工作量：减速器装配工作图1张（A1幅画）；零件工作图13张（A3或A4幅画）；设计计算说明书1份。5. 设计要求：（1）减速器中齿轮设计成：直齿轮。（2）减速器中齿轮设计成：标准齿轮。6. 设计期限：2017年7月3日至2017年7月16日计算及说明主要结果一、 传动方案的确定传动装置选用链传动和闭式一级圆柱齿轮传动系统，具有结构简单、制造成本低的特点。链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减小轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。本方案中，链的寿命较短，且工作环境较为适宜，故在尺寸要求不高，环境条件允许的情况下，可以采用本方案。二、 电动机的选择2.1 电动机类型和结构形式选择按照已知的动力源和工作条件选用Y系列三相异步电动机。2.2 确定电机功率1）传动装置的总效率查表得：链=0.92（滚子链），轴承=0.99（一对滚动轴承），齿轮=0.97（7级精度）。总=链*轴承2*齿轮=0.92*0.992*0.97=0.8482）工作机所需电动机功率，由公式可得：Pd=Fv1000总=2000*2.51000*0.848=5.9kW2.3 确定电动机型号 滚筒工作转速nw=60*1000vD=60*1000*2.5450=106r/min按表推荐的传动比常用范围，取链传动比i链,=24，一级圆柱齿轮传动比i齿,=35，则总传动比范围为i总,=i带,*i齿,=620。因此，电动机转速的可选范围为nd,=i*nw=（620）*106=6362120r/min符合这一范围的电动机同步转速有1000r/min、1500r/min。查表选择电动机型号Y160M-6。其满载转速nm=970r/min，额定功率Ped=7.5kW。查表得：电动机的机座中心高H=160mm；电动机的伸出端直径D=42mm；电动机的伸出端长度E=110mm。三、 传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配3.1 计算总传动比i总=nmnw=970106=9.15总=0.848Pd=5.9Kwnw=106r/min电动机选用Y160M-6H=160mmD=42mmE=110mmi总=9.15计算及说明主要结果3.2 分配各级传动比查表可得，链的传动比取为i链=2.8，则圆柱齿轮的传动比i齿=i总i链=9.152.8=3.15四、 传动装置运动及动力参数的计算4.1 计算各轴转速n0=nm=970r/minn=n0i链=9702.8=304.76r/minn=ni齿=304.763.15=108.84r/min4.2 计算各轴功率P0=Pd=5.9kWP=P0*链=5.9*0.92=5.43kWP=P*轴承*齿轮=5.43*0.99*0.97=5.21kW 4.3 计算各轴转矩T0=9550*P0n0= 9550*5.9970=58.7NmTI=9550*Pn=9550*5.43304.76=170.2NmTII=9550*Pn=9550*5.21108.84=457.1Nm各轴的运动及动力参数列于表1表1 各轴的运动及动力参数轴名功率P（kW）转速n(r/min)转矩T（Nm）传动比i效率05.997058.72.80.92I5.43304.76170.23.150.97II5.21108.84457.1五、 减速器外的传动零件的设计链传动的设计计算5.1确定计算功率由主动机为电动机，中等冲击，查表得工况系数KA=1.4，Kz=1.02,选用单排链，查表得Km=1.0,则i链=2.8i齿=3.15n0=970r/minn=304.76r/minn=108.84r/minP0=5.9kWP=5.43kWP=5.21kWT0=58.7NmTI=170.2NmTII=457.1Nm计算及说明主要结果Pca=KAKzKmPI=1.41.021.05.43=7.75404kW5.2 确定链轮齿数由传动比i链=2.8，查表得z1=26。大链轮齿数z2=i链z1=2.826=72.8，取z2=72。实际传动比i=7226=2.77,误差小于5%，故允许。5.3 确定链条节数初定中心距a0=40p,得Lp=2ap+z1+z22+pa(z2-z12)=1305.4 确定链条型号由Pca=7.75404kW、n1=304.76r/min，查图得，取12A链条可满足要求，查表得链的节距p=19.05mm。5.5 确定实际中心距中心距设计为可调节的，根据之前计算结果，可取：aa0=40p=40*19.05=762mm5.6 计算链速v=z1pn1601000=2619.05304.76601000ms=2.5158m/s符合设计要求5.7 作用在轴上的压力取FQ=1.2F，有FQ=1.2F=1.2*1000*PcaV=1.2*1000*7.754042.5158=3698.564N六、 减速器内的传动零件的设计齿轮传动的设计计算6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按传动方案选用直齿标准圆柱齿轮传动，压力角=20；2） 链式运输机为一般工作机器，速度、精度要求不高，故齿轮选用8级精度；3）材料选取，查表可得，大小齿轮均使用45钢，表面淬火处理，齿面硬度为4050HRC；4）选择小齿轮齿数z1=25，大齿轮齿数z2=i齿*z1=3.15*25=78.25，取z2=78;5）齿数比u=z2z1=7825=3.126.2 确定齿轮许用应力1） 大小齿轮均采用45钢，表面淬火处理，则Hlim1=1135MPa，FE1=445MPa；Pca=7.75404kWLp=130选用12A链条v=2.5158m/sFQ=3698.564N压力角=20齿轮8级精度z1=25，z2=78u=3.12Hlim1=1135MPaFE1=445MPa计算及说明主要结果2） 由表可得，取SF=1.25，SH=1，取ZE=189.8MPa，则有F1=F2=0.7FE1SF=0.7*4451.25=356MPaH1=H2=Hlim1SH=11351=1135MPa 6.3 按齿轮弯曲强度设计计算1）根据之前设计要求，齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.3，齿宽系数d=0.7；2）小齿轮上的转矩T1=9.55*106*Pn1=5.87*104 Nmm查图可得YFa1=2.74,YFa2=2.24,YSa1=1.59,YSa2=1.74，YFa1YSa1F1=2.74*1.59356=0.0122YFa2YSa2F2=2.24*1.741135=0.0109法向模数 m32KT1dz12YFa1YSa1F1=32*1.3*5.87*104*2.74*1.590.7*252*356=1.62mm取m=2.5mm，则d1=mz1=62.5mmd2=mz2=195mmb1=dd1=43.75mmu=3.12取b2=30mm6.4 验算齿面接触强度由公式可得H=2.5ZE2KT1bd12u1uZE=189.8MPa，K=1.3H=2.5ZE2KT1bd12u1u=2.5*189.82*1.3*5.87*104*(3.12+1)43.75*62.52*3.12=515.28MPaH1所以安全6.5 齿轮的圆周速度v=d1n160*1000=*62.5*97060*1000=3.17m/s选择8级制造精度合适。七、轴的设计计算及强度校核7.1 轴的选料及其许用应力的确定因减速器整体传递的功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，所以初选轴的材料为45钢，调质处理。查表得：轴材料的硬度为217255HBW，抗拉强 F1=F2= 356MPaH1=H2=1135MPHaT1=5.87*104 Nmmm=2.5mmd1=62.5mmd2=195mmb1=43.75mmb2=30mmH=515.28MPa计算及说明主要结果度极限B=640MPa，屈服强度极限s=355MPa，弯曲疲劳极限-1=275MPa，剪切疲劳极限-1=155MPa，许用弯曲应力-1=60MPa。7.2 轴的初步设计1）高速轴最小直径单级齿轮减速器的高速轴为转轴，输入端与大带轮相连接，所以输入端轴径应最小。查表可得，取C=113，则d1=C3Pn=113*35.9970=20.627d1=20.627*(1+5%)=21.658取d1=25mm。2）低速轴最小直径 低速轴的输出端与联轴器相连，所以低速轴输出端轴径应最大，查表可得，取C=113，则d2=C3Pn=113*35.43304.76=29.5d1=29.5*(1+5%)=30.98取d2=35mm。7.3 联轴器的选择联轴器类型：选用刚性联轴器查表可得，对于工作机为运输机，原动机为电动机，取工作情况系数KA=1.3 ，TC =58.7*1.3=76.31 Nm由上述条件可得，根据查表，选择联轴器型号GY3.7.4 轴承的选择1）6206AC型轴承 确定基本额定动载荷，Cr=14000N， 球轴承查表可得，取ft=1，fp=1.3，n=970r/min解得Lh=10660*970*(1*140001.3*999.48)=21717h预期寿命Lh=8*300*5=12000所以选择6206AC型轴承合适。 2）6308AC型轴承 确定基本额定动载荷，Cr=40800N， 球轴承查表可得，取ft=1，fp=1.3，n2 =108.84r/min解得Lh=10660*108.84*(1*408001.3*7554.98)=10977h预期寿命Lh=12000d1=25mmd2=35mm选择6206AC型轴承计算及说明主要结果 因为此处计算的是极限条件下的使用寿命，一般不会发生，略小于可以正常使用，故选择6308AC型轴承合适。 7.5 大齿轮轴的强度校核 1）大齿轮轴各段长度 由联轴器孔径尺寸可得，轴径d-= d-=40mm； l-=25mm； d-=d-=45mm； l-=9mm； d-=50mm； l-=5mm； d-=45mm l-=37mml-=95mm； d-=35mm； l-=37mm 2）大齿轮轴的强度校核 Ft=1000*pv=1000*5.21300*108.8460*1000=3047.4N Fr=Fttan=3047.4tan20=1109.16N水平面内支反力及弯矩： FNH1=FNH2=0.5Ft=0.53047.4=1523.7N MH=FNH18410-3=127.99Nm垂直面内支反力及弯矩： FNV1=FNV2=0.5Fr=0.52303.79=554.58N MV=FNV18410-3=46.58Nm选择6308AC型轴承d-= d-=40mml-=25mmd-=45m l-=9mmd-=50mm l-=5mmd-=45mm l-=37mml-=95mm d-=35mm l-=37mm 计算及说明主要结果 高速轴M总弯矩：M=MH2+MV2=127.992+46.582=136.21Nm按弯扭合成强度校核： ca=M2+(T)2W=136.21+0.6*170.20.1*40=2.13MPa-1=60MPa符合要求7.6 小齿轮轴的强度校核1）小齿轮轴各段长度由联轴器孔径尺寸可得，轴径d-=25mm； l-=45mm； d-= d-=30mm； l-=85mm d-=d-=35mm； l-=41mm；d-=25mml-=45mmd-= d-=30mml-=85mmd-=d-=35mml-=41mm计算及说明主要结果 d-=40mm； l-=5mm； l-=7mm； l-=24mm2）小齿轮轴的强度校核 Ft=2T1d1=258.70.0625=1878.4N Fr=Fttan=1878.4tan20=683.68N水平面内支反力及弯矩： FNH1=FNH2=0.5Ft=0.51878.4=939.2N MH=FNH169.510-3=78.89Nm垂直面内支反力及弯矩： FNV1=FNV2=0.5Fr=0.5683.68=341.84N MV=FNV18410-3=28.71Nm总弯矩：M=MH2+MV2=78.892+28.712=83.95Nm按弯扭合成强度校核： ca=M2+(T0)2W=83.95+0.6*58.70.1*35=1.39MPa-1=70MPa符合要求d-=40mml-=5mml-=7mml-=24mm计算及说明主要结果八、键的强度校核8.1 输入轴伸出段固定链轮的键(10835)mm链轮轮毂为铸铁材料，键承受轻微冲击。 l1=L1-b1=35-10=25mmd1 =35mm T1=58.7 Nmp1=4000Thld=4000*58.78*25*35=33.5Mpap=5060Mpa该键的挤压强度满足要求。8.2 大齿轮处的键(14945)mm大齿轮轮毂为钢材，键承受轻微冲击。 l2=L2-b2=45-14=31mmd1 =45mm T2=170.2Nmp2=4000Thld=4000*170.29*31*45=54.2Mpap=100120Mpa该键的挤压强度满足要求。8.3 小齿轮处的键(10835)mm小齿轮轮毂为钢材，键承受轻微冲击。 l3=L3-3=35-10=25mmd3 =35mm T1=58.7 Nm p3=4000Thld=4000*58.78*25*35=33.5Mpap=100120Mpa 该键的挤压强度满足要求九、减速器箱体的设计9.1箱体主体结构设计的基本要求1）箱体要有足够的刚度（1）采用铸造的方法制造减速器，考虑到安装方便，采用剖分式结构，使剖分面通过轴心线。（2）保证足够的壁厚，为保证箱体的支撑刚度，轴承座上应有足够的厚度，并设置加强肋，在此选用外肋结构。（3）为提高轴承座处的联接刚度，座孔两侧的连接螺栓应尽量靠近轴承，为此轴承座附近做出凸台，有一定高度以留出足够的扳手空间，但不超过轴承座外圆。2）箱体设计要满足客户需求减速器主要是面向客户使用，应当满足性价比高，可靠性高的特点，还应根据客户需求设计箱体形状，材料等3）箱体结构要有良好的工艺性采用铸造箱体，应特别考虑到铸造的工艺要求。如壁厚应均匀，过渡平缓，外形简单，考虑到金属的流动性，避免缩孔、气孔的出现，壁厚要求 10，铸造圆角要求 ，还要考虑到箱体沿起模方向应有1：20的起模斜度，以方便起模。p1=33.5Mpap2=54.2Mpap3=33.5Mpa计算及说明主要结果（1）设计箱体结构形状时还应尽量减小机械加工面积，减少工件和刀锯的调整次数；（2）保证同一轴心线上的两轴承座孔的直径应尽量一致，以便镗孔并保证镗孔精度；（3）各轴承座外端面应位于同一平面，箱体两侧应对称，便于加工检验；（4）螺栓头部或螺母接触处做出沉头座坑，以减少加工面积；（5）螺纹连接处留出足够的扳手空间总之结构设计要满足连接和装配两个方面的要求，在此基础上，箱体形状力求均匀、美观。9.2 箱体附件的结构设计要求1）凸台为保证剖分式箱体轴承座孔的加工与装配精度，在箱体联接凸台的长度方向两端各设一圆锥定位销。两销间的距离尽量远，以提高定位精度。定位销直径一般取 ，长度应大于箱盖和箱座联接凸台的总厚度，以利于装拆。2）吊钩为调运整台减速器，在箱座两端凸台下面直接铸出吊钩。3）油标油标的设计主要以方便装拆为设计准则，使箱座油标的倾斜位置便于加工和使用即可。油标的作用是保持向内正常的油量。在此选用带有螺纹的杆式油标。最低油面为传动零件正常运转时所需的油面，最高油面为油面静止时高度；4）窥视孔窥视孔的设计应保证可以看到两齿轮的啮合点，以便观察工是否正常。还要考虑窥视孔盖的高度的合理性。5）通气器（1）功能概述通气器主要作用为降低箱体内的压力，自由排气，保证减速器正常工作。减速器运转时，由于摩擦发热，箱内温度升高、气体膨胀，压力增大，对减速器的密封极为不利，因此在箱盖顶部的窥视孔盖上设置通气器，使箱体内的热胀气体自由排出，以保证箱体内外压力相等，提高箱体油缝隙处的密封性能。（2）装置类型选择在此选用简单的通气器即可。特别注意通气孔不能直通顶端，以避免灰尘侵入。此类通气器结构简单，适用于比较清洁的场合。6）放油孔及螺栓（1）功能概述为将污油排放干净，应在油池的最低位置处设置防油孔，这样才可以将废油及污垢尽。平时放油孔用螺塞及封油垫圈密封。（2）装置组件选择在此采用纸制封油圈，材料为石棉橡胶纸；螺塞直径约为箱体壁厚的2-3倍即可。计算及说明主要结果7）油面指示器 （1）功能概述箱体设计中，考虑到齿轮需要一定量的润滑油，为指示减速器内油面的高度，保持箱内正常的油量，应在便于观察和利于油面稳定的设置油面指示器。（2）装置类型选择在此选用带有螺纹的杆式油标。应使箱座油标的倾斜位置便于加工和使用。油标插座的位置及角度既要避免箱体内的润滑油溢出，又要便于油标的插取及插座上沉头座孔的加工。最低油面为传动零件正常运转时所需的油面，最高油面为油面静止时高度。游标位置不能过低，油标内杆与箱体内壁的交点应高于油面即可。十、减速器的润滑10.1 齿轮的润滑由于齿轮的圆周速度v=d1n160*1000=*62.5*97060*1000=3.17m/s12m/s故齿轮采用油池浸油润滑，查表可得，选用L-CKC150润滑油，大齿轮浸油深度约为12mm。10.2 轴承的润滑根据该减速器设计要求及工作环境，以及相关的齿轮圆周速度，依据经济实惠，性价比高，稳定性强，滴点相对较高，客户易得的原则，轴承选择使用润滑脂润滑，查表可得，选择4号钙基润滑脂。十一、设计小结此次的课程设计是由吕峰和张培尧合作完成，在这次的减速器设计过程中