北航机械设计课程设计.doc

机械设计课程设计计算说明书 设计题目 一级圆柱齿轮减速器 自动化科学与电气工程 学院 XXXX 班 设计者 XX 指导教师 XX 2015年5月11日北京航空航天大学前言本设计为机械设计基础课程设计的内容，是学习过机械原理、机械设计、工程材料、加工工艺学等课程之后的一次综合的练习和应用。本设计说明书是对电梯机械部分相关系统设计的说明。随着社会进步，人们的生活水平的不断提高，高楼大厦已经变得不稀奇，电梯也成为了人们生活必不可少的一部分。电梯一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。本次设计是使用已知的使用和安装参数自行设计机构形式以及具体尺寸、选择材料、校核强度，并最终确定形成减速器图纸的过程。通过设计，我们回顾了之前关于机械设计的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。目录前言2第一章 设计任务书11.1课题题目11.2传动方案分析及原始数据1第二章 传动方案的拟定22.1整体方案22.2 减速器说明2第三章 电动机的选择3第四章 传动系统的运动和动力参数5第五章 传动零件的设计计算和校核65.1 闭式齿轮传动设计65.2 开式齿轮传动设计9第六章 轴的设计计算和校核116.1高速轴的设计与校核116.2低速轴的设计与校核14第七章 滚动轴承的选择和寿命计算187.1高速轴轴承的选择187.2低速轴轴承的选择19第八章 键的选择21第九章 润滑的选择239.1闭式减速齿轮的润滑239.2滚动轴承的润滑23第十章 密封形式的选择23第十一章 减速器机体各部分结构尺寸其它技术说明2411.1 减速器集体各部分尺寸2411.2其它技术说明及要求25参考文献25第一章 设计任务书1.1课题题目u 电梯机械部分相关系统的原理与结构设计1.2传动方案分析及原始数据u 设计要求：1) 设计电梯曳引系统的传动装置。2) 假设不考虑双向运转带来的冲击，每天工作12小时，允许速度误差5%，使用期限10年，可3年进行一次大修。3) 电梯工作要求安全可靠，乘坐舒适，噪声小，平层准确。u 原始数据：1) 额定载质量F：1600kg2) 额定速度v：1m/s3) 卷筒中心高D：120mmu 设计任务：1) 曳引系统的传动方案设计。2) 齿轮式曳引机的设计。3) 按比例绘制曳引系统的原理方案简图。4) 完成传动部分结构装配图1张（用A0或A1图纸），零件图2张。5) 编写设计说明书1份。第二章 传动方案的拟定2.1整体方案根据设计任务书，该方案的设计分成减速器（传动部分）和工作机（执行部分）两部分，如下图所示。3轴0轴2轴1轴滚筒电动机联轴器2.2 减速器说明i. 减速器为一级闭式圆柱齿轮和一级开式齿轮组成，以实现在满足较大传动比的同时拥有较高的效率与稳定性、可靠性，同时闭式减速器采用水平剖分、封闭结构，这样有利于在粉尘较大的环境下工作。ii. 由于齿轮传动承载能力高，结构紧凑，斜齿轮相对于直齿轮啮合性能好，传动比较平稳，闭式传动润滑条件好，可置于高速级，所以采用一级斜齿圆柱齿轮减速器作为高速级。iii. 直齿轮、开式传动一般放在低速级，结构简单，易于装配。第三章 电动机的选择项目内容设计计算依据和过程计算结果1. 选择电动机类型一般工程上常用三相异步交流电动机，其中Y系列用于非易燃、易爆、腐蚀性工作环境，无特殊要求的机械设备选用Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机，电压380V2. 选择电动机容量(1) 电动机所需工作功率(2) 工作机所需功率(3) 传递装置的总效率(4) 电动机所需工作功率(5) 电动机的额定功率3. 确定电动机转速(1) 滚动轴工作转速(2) 一级齿轮传动比(3) 总传动比(4) 电机转速范围(5) 选定电动机型号Pd=PwPw=Fv1000=123345其中，开式齿轮传动效率1=0.96；闭式齿轮传动效率2=0.97；滚动轴承效率（三对）3=0.99；联轴器效率 4=0.99；传动滚筒效率5=0.96代入得：=0.960.970.9930.990.96Pd=Fv1000=160010001.010000.859 kw因载荷平稳，电动机额定公路Ped略大于Pd即可。通过查询课本机械设计综合课程设计第六章表6-164“Y系列三相异步电动机技术数据”取值nw=601000vD=6010001.0120m/s i1为34ia=916 nd=ianw=（916）159.15/min由第六章表6-164相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于下表：=0.859Pd=18.25kwPed=18.5kwnw=159.15 r/min nd=(1432.352546.4)r/min符合范围的同步转速只有：1500r/min选用Y180M-4型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）Y180M-418.51500，4级14702.02.2第四章 传动系统的运动和动力参数项目-内容设计计算依据和过程计算结果1. 分配传动比(1) 总传动比(2) 分配各级传动比2. 运动和动力参数计算(1) 0轴（电动机轴）(2) 1轴（高速轴）(3) 2轴（中间轴）(4) 3轴（低速轴）ia= nmnw =1420117.53=12.08取齿轮减速器高速级的传动比i12=3则低速级的传动比i23=iai12=9.243=3.080轴：P0=Pd=18.25kwn0=nm=1470r/minT0=9550P0n0=118.56Nm1轴：P1=P001=18.250.99kw=18.07kwn1=n0=1470r/minT1=9550P1n1=117.39Nm2轴：P2=P112=P123 =18.070.970.99kw =17.35kwn2=n1i12=14703r/min=338.15r/minT2=9550P2n2=338.15Nm3轴：P3=P223=P213 =17.35kw0.960.99=16.49kwn3=n2i23=4903.08r/min=159.09r/mini12=3i23=3.08P0=18.25kwn0=1470r/minT0=118.56NmP1=18.07kwn1=1470r/minT1=117.39NmP2 =17.35kwn2=338.15r/minT2=338.15NmP3=16.49kwn3=159.09r/min运动和动力参数的计算结果汇总的到如下表格：轴名功率P/kw转矩T/Nm转速n/r/min传动比i效率输入输出输入输出电动机轴18.25118.561470133.080.990.960.951轴18.0717.89117.39116.2214702轴17.3517.18338.15334.774903轴16.4916.33989.88979.98159.09第五章 传动零件的设计计算和校核5.1 闭式齿轮传动设计（注：表中参考图表来自机械设计基础第六版第11章）项目-内容设计计算依据和过程计算结果1. 选择材料及确定许用应力(1) 小齿轮(2) 大齿轮(3) 确定许用应力机械设计基础第六版11章由表11-5，取SH=1.25, SF=1.6，则：H1=Hlim1SH=5851.25=468MPaH2=3751.25=300MPaF1=0.7FE1SH=0.74451.6=194.7MPaF1=0.73101.6=135.6MPa小齿轮用45钢调质，齿面硬度197286HBS，Hlim1=585Mpa, FE1=445MPa；大齿轮用45钢正火，齿面硬度156217HBS，Hlim2=375MPa, FE2=310MPa大小齿轮均采用软齿面2. 按齿面接触强度设计(1) 选取制造精度(2) 参数选择计算小齿轮上转矩初选螺旋角弹性系数计算直径范围齿数实际传动比法面模数中心距实际螺旋角分度圆直径确定齿宽设齿轮按8级精度制造，大小齿轮均采用锻造取载荷系数K=1.5，齿宽系数d=0.8T1=116.22Nm=116220Nmm=15，Z=cos15=0.983取ZE=189.9MPa，u=i12=3d12.323KT1du+1uZEH2=97.80mm取Z1=30，Z2=303=90i12=3mn=d1Z1cos=3.38mma=mnZ1+Z22cos=3.530+902cos15mm =217.41mm=arccosmn(Z1+Z2)2a=172029d1=mnZ1cos=3.530cos172029mm=110.00mmd2=3.590cos172029330.00mmb=dd1=0.8110.00mm=88mmZ1=30，Z2=90按标准取mn=3.5mm圆整：a=220mm=172029取b2=89mm,b1=95mm3. 验算轮齿弯曲强度(1) 齿形系数(2) 应力修正系数(3) 弯曲强度Zv1=Z1(cos)3=34.49Zv2=Z2(cos)3=103.48查图11-8得YSa1=2.55,YFa2=2.21YSa1=1.64,YSa2=1.80F1=2KT1YFa1YSa1bd1mn=28.05MPaF1F2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=26.68MPaF2弯曲强度是安全的4. 验算齿轮精度齿轮的圆周速度v=d1n1601000=110.001470601000ms=8.47m/s结合表11-2,选8级制造精度是合宜的小结：闭式齿轮主要传动尺寸列表压力角模数3.5mm螺旋角172029分度圆直径d1=110.00mm,d2=330.00mm中心距220mm齿宽b1=95mmb2=89mm5.2 开式齿轮传动设计（注：表中参考图表来自机械设计基础第11章）项目-内容设计计算依据和过程计算结果1. 选择材料及确定许用应力(1) 小齿轮(2) 大齿轮(3) 确定许用应力机械设计基础第六版11章由表11-5，取SH=1.25, SF=1.6，则：H3=Hlim3SH=11801.25=944MPaF3=0.7FE3SF=0.77201.6=315MPa小齿轮和大齿轮均用40Cr淬火，齿面硬度4855HRS，Hlim3=1180Mpa, FE3=720MPa；大小齿轮均采用硬齿面2. 按齿面弯曲强度设计(1) 选取制造精度(2) 参数选择计算小齿轮上转矩齿数实际传动比齿形系数选择计算对象(3) 小齿轮弯曲强度计算模数分度圆直径中心距确定齿宽设齿轮按8级精度制造，大小齿轮均采用锻造取载荷系数K=1（表11-3），齿宽系数d=0.22（表11-6）T3=334.77Nm=334770Nmm取Z3=18，Z4= 183.0856i34=56183.11YFa3=3.02,YFa4=2.33YSa3=1.54,YSa4=1.70因YFa3YSa3F3=0.0115YFa4YSa4F4=0.0098故应对小齿轮进行弯曲强度计算m32KT3dz33YFa3YSa3F3=4.77mm为补偿磨损，取m=4.77(1+10%)mm=5.25mmd3=mZ3=5.518mm=99.0mmd4=mZ4=308.0mma=(d3+d4)/2=203.5mmb=dd3=0.2299.0mm=21.78mmZ3=18，Z4=56按标准取m=5.5mm圆整：a=205mm取b3=45mm,b4=40mm3. 验算齿轮精度齿轮的圆周速度v=d3n3601000=99.0490601000m/s =2.54m/s结合表11-2，选8级制造精度是合宜的小结：开式齿轮主要传动尺寸列表压力角模数m5.5mm分度圆直径d3=99.0mm,d4=308.0mm中心距203.5mm齿宽b3=45mm,b4=40mm第六章 轴的设计计算和校核6.1高速轴的设计与校核(注：表中参考图表来自于机械设计基础第六版第14、15章)项目-内容设计计算依据和过程计算结果1. 确定最小轴径材料的选择材料系数查表14-2选用45钢，调质处理，硬度217255HBS C=108已知条件P=17.89kw, n=1470r/mind1=110.00mm,估算轴径考虑到单键槽，取d=(1+3%)24.84=25.58mm取2. 计算齿轮上受力小齿轮圆周力小齿轮径向力小齿轮轴向力3. 轴的校核垂直面反力水平面反力反力图垂直面弯矩垂直面弯矩图水平面弯矩=73.4Nm水平面弯矩图最大合成弯矩合成弯矩图转矩图应力校正系数由于是脉动循环应力，取查表14-3得：当量弯矩截面1处是危险面当量弯矩图弯扭合成应力校核轴的强度危险截面处：考虑到单键削弱作用，d=(1+3%)26.5mm=27.3mm3年寿命合格7.2低速轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的低速轴，故支点采用两端单向固定的方式，选用一对深沟球轴承，按轴径初选3尺寸系列的深沟球轴承6312。下面进行校核：项目-内容设计计算依据和过程计算结果1. 计算3、4轴承受力情况(1) 主要性能参数(2) 轴承受力d=60m,D=130mm,B=31mm，； 2. 计算3、4轴承的当量动载荷(1) 确定X、Y(2) 轴承当量动载荷， 查表16-11得取较大载荷P4为计算依据3. 计算轴承寿命(1) 载荷系数温度系数(2) 轴承寿命查表16-9得查表16-8得球轴承取年3年寿命合格第八章 键的选择键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。项目-内容设计计算依据和过程计算结果1. 高速轴与联轴器连接键的选择和校核(1) 键的选择和参数转矩键长接触长度(2) 许用挤压应校核静联接,选用普通平键A型，由d=30mm选用键1045查表10-11可得45号钢轻微冲击下的许用挤压应力为=120MPa满足要求2. 高速轴与小齿轮连接键的选择和校核(1) 键的选择和参数转矩键长接触长度(2) 许用挤压应校核静联接,选用普通平键A型，由d=50mm选用键1670查表10-11可得45号钢轻微冲击下的许用挤压应力为=120MPa满足要求3. 低速轴与闭式大齿轮连接键的选择和校核(1) 键的选择和参数转矩键长接触长度(2) 许用挤压应校核静联接,选用普通平键A型，由d=64mm选用键1870查表10-11可得45号钢轻微冲击下的许用挤压应力为=120MPa满足要求4. 低速轴与开式齿轮连接键的选择与校核(1) 键的选择和参数转矩键长接触长度(2) 许用挤压应校核静联接,选用普通平键A型，采用双键，由d=45mm选用键1436查表10-11可得45号钢轻微冲击下的许用挤压应力为=120MPa考虑到是双键，应按1.5个键计算：满足要求第九章 润滑的选择9.1闭式减速齿轮的润滑减速器中的闭式减速齿轮,由于齿轮外缘的回转速度（8.47m/s）小于12m/s，因此采用浸油润滑，选用全损耗系统用油（GB443-1989）,浸油深度应没过至少1个齿高，但不超过气氛度圆半径的1/3。为避免传动零件转动时将沉积在油池底部的污物搅动，造成齿面磨损，大齿轮齿顶距油池底面距离不小于3050mm。9.2滚动轴承的润滑深沟球轴承轴承处的零件轮缘线速度大于23m/s，所以应使用油润滑。第十章 密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。在本设计中：(1) 由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，高速轴与轴承盖间V3m/s，采用半粗羊毛毡封油圈，低速轴与轴承盖间也为V 取2=轴承端盖外径 取D2小=122m，D2大=176mm轴承端盖凸缘厚度t1=10mm，t2=12mm11.2其它技术说明及要求1. 装配前要求：减速器装配前，必须按图纸检