机械设计基础课程设计 陈晓芸.doc

山东大学能源与动力工程学院机械设计基础 课程设计说明书单级圆柱齿轮减速器年级: 2012级班级:交通运输班作者:陈晓芸学号:201200182003指导老师: 孟剑锋 张磊2015/1/9目录目录1第一章设计题目及任务21.1设计题目21.2设计任务2第二章传动方案的拟定和说明22.1 确定传动方案22.2 选用电动机32.3 传动装置总传动比计算及分配42.4 传动装置的运动参数和动力参数计算42.4.1 各轴的输入功率计算42.4.2各轴转速计算42.4.3各轴输入转矩计算42.4.4 小节5第三章传动零件设计计算53.1 V带传动的设计计算53.2 齿轮传动的设计计算83.2.1按照接触疲劳强度计算83.2.2确定传动尺寸103.2.3弯曲疲劳强度验算113.2.4大小齿轮相关参数确定123.3 链传动的设计计算13第四章轴系零件的设计计算134.1轴的设计计算134.1.1轴的长度估算132 4.1.2 按弯扭合成强度计算144.滚动轴承的计算194.2.1轴I的轴承计算194.2.2轴II的轴承计算214.3键连接和联轴器的计算224.3.1键连接的校核计算224.3.2联轴器的选择计算23第五章箱体设计245.1减速箱体厚度部分245.2 安装地脚螺栓部分245.3安装轴承旁螺栓部分245.4安装上下箱体螺栓部分24第六章润滑和密封256.1 润滑256.2 封装25致谢25参考资料25第一章设计题目及任务1.1设计题目原料车间一运送冷料的带式运输机，由电动机经一减速传动装置带动，该减速传动装置系由单机齿轮减速器配合其他传动件组成。该带式运输机折合每日两班制工作，工作期限五年。设计此传动装置。（本组数据2）原始数据运输机主动鼓轮轴输入端转矩480主动鼓轮直径370运送带速度1.71.2设计任务（1）设计计算说明书一份；（2）设计草图；（3）单级齿轮减速器装配图一份；（4）零件图两份。第二章传动方案的拟定和说明2.1确定传动方案（1）选定电动机的转速为nD=1500 r/min。（2）计算工作机的转速（3）估算减速器整体传动比i=电动机转速/工作机转速=（4）确定该减速器由带传动、单机齿轮传动、链传动三部分组成。装置图如下图 201传动系统平面布置图2.2选用电动机（1）选用电动机的类型。由于Y系列电动机具有较好的启动性能，适用于不易燃。不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，本减速器采用全封闭自扇冷式笼型Y系列异步电动机。（2）确定电动机型号。1) 工作机功率计算PW=TWnW/9550=48087.75/9550=4.41kW2) 减速器效率计算（查表22）3) 电动机功率计算4) 确定电动机具体型号（查设计书表2-3）由上两部计算结果查表2-3可知，选用Y132S-4型电动机：额定功率P0=5. 5kW同步转速nm=1440 r/min，4级。2.3传动装置总传动比计算及分配1) 计算总传动比i=nm/nw=1440/87.75=16.4102) 分配各级传动比为了满足传动减速要求以及计算方便，取如下传动比：i齿=4.1i带=1.7i链=i/(i齿i带)=16.410/(1.74.1)=2.3452.4传动装置的运动参数和动力参数计算2.4.1 各轴的输入功率计算P0=5.29kW2.4.2各轴转速计算n0=1440 r/minn=nm/i带=1440/1.7=847.06r/minn=n/i齿=847.06/4.1=206.60r/minn=n=206.60r/minn=n/i链=206.60/2.345=87.77r/minn=n=87.77r/min2.4.3各轴输入转矩计算T0=9550P0/n0=95505.29/1440Nm=35.08NmT=9550P/n=95505.03/847.06Nm=56.71NmT=9550P/n=95504.83/206.06Nm=223.26NmT=9550P/n=95504.73206.06Nm=218.64NmT=9550P/n=95504.50/87.77Nm=489.63NmT=9550P/n=95504.41/87.77Nm=479.84Nm2.4.4 小节表 2-1传动装置各轴的运动参数和动力参数参数轴号0IIIIIIIVV输入功率/kW5.295.034.834.734.504.41.433转速/rmin-11440847.06206.60206.6087.7787.77输入转矩 /Nm35.0856.71223.26218.64489.63479.84第三章传动零件设计计算3.1 V带传动的设计计算（1）计算功率由题目可知，机器为两班制工作，也就是机器每日工作16小时，工作机为带式运动机，查课本表13-6可知，工作情况系数KA=1.2。计算功率PC=KAP0=1.25.29kW=6.35kW。（2）选择带型号已知PC=6.6kW，nm=1440r/min，查课本图13-12，选择普通A型V带。（3）选择小带轮直径dd1由图13-12，表13-7，以及表13-4，选择小带轮推荐最小直径dd1=112mm。（4）计算大带轮直径dd2当带传动比要求比较严格的时候，应该考虑滑动率的影响根据课本表13-7将大带轮直径圆整为180mm。（4）验证带速，带速在525m/s间，满足要求。（6）确定中心距和带长已知中心距满足，即，初步选定a0=400mm，初步确定带长查课本表13-2可知，基准带长Ld=1250mm（7）验算小带轮包角小带轮包角不宜过小，以免降低带传动的工作能力。满足设计要求。（8）确定V带根数查课本表13-5可知，每根所选V带的功率为1.62kW，其中传动比查课本表13-8、13-9、13-10、13-2可知Kb=1.0310-3Ki=1.12=0.98KL=0.93=0.16kWz=，由于带数只能是整数，可以得知，带的数目为4根。（9）计算张紧力查课本表13-1可知，q=0.10，（10）计算作用在轴上的压轴力带轮传动示意图如下图 301带轮结构简图3.2齿轮传动的设计计算3.2.1按照接触疲劳强度计算（1）由已知条件设计其他未知条件本单级齿轮传动，小齿轮选用45钢，调制处理230HBS；大齿轮选用ZG310-570钢，正火处理后200HBS，7级精度制造；由于是单级齿轮传动，齿轮在轴上对称分布，轴的刚性足够大；本传动属于单向传动，传动平稳。初设所用斜齿轮的螺旋角为15，传动比i齿为4.1。取a=0.4，d=(i齿+1)a/2=1.02，z1=25，z2=103。（2）计算小齿轮转矩TI（3）确定载荷系数K由于载荷平稳，查课本表11-4，可知KA=1。初设齿轮为7级精度，圆周速度小于3m/s，软齿轮调制钢，查课本表11-5可知Kv=1。7级软齿面，查课本表11-9可知，K=1.25，d=1.4，查课本图11-7可知，K=1.1。K=KAKKK=1.2511.321.1=1.69（4）确定弹性系数ZE、节点区域系数ZH、重合度系数Z、螺旋角系数Z查课本表11-6可知，ZE=188.9，由于螺旋角为15，查课本图11-9可知，ZH=2.43。重合度Z=0.818.对于斜齿轮，可以取X=0.9，t=1.88-3.2（）=1.88-3.2（）cos15=1.66，由此可得螺旋角系数公式Z=0.983（5）计算许用接触应力H由于大齿轮的材料和硬度、强度较差，所以接触疲劳强度只需要按照大齿轮的计算就行。大齿轮选用ZG310-570钢，正火处理后200HBS，由课本图11-10可知，Hlim=480MPa。按照表11-7定失效概率为1得SH=1.大齿轮的许用接触应力H2=480MPa（6）计算小齿轮分度圆直径d1=51.70mm（7）验算带速=2.29m/s3m/s满足题目设定。3.2.2确定传动尺寸（1）确定模数mnmn=2.00mm，取标准值mn=2mm（2）确定中心距=132.52mm，中心距应圆整为133mm。（3）确定螺旋角=（4）确定齿轮分度圆直径d1、d2和齿宽b1，b2d1=51.953mmd2=214.0461mmb2=dd1=1.0251.953mm=52.992mm将其圆整为55mmb1=（b2+5）mm=60mm3.2.3弯曲疲劳强度验算（1）确定齿形系数、应力修正系数、重合度系数、螺旋角系数小齿轮当量齿数zv1=28.05大齿轮当量齿数zv2=115.55查课本图11-12和11-13得YFa1=2.54YFa2=2.15YSa1=1.62YSa2=1.80重合度因数因为已知X=0.9，t=1.66Y=0.669螺旋角系数Y=1-=1-=0.887（2）计算许用弯曲应力小齿轮45钢调质230HBS，查课本图11-14得Hlim1=430MPa；大齿轮ZG310-570正火200HBS，查课本图11-14得Hlim2=340MPA。因为mn=2mm，查图11-15，可取尺寸系数YX=1。该装置的失效概率为1，查表11-7可知安全系数SF=1。计算许用弯曲应力F1=YX=430MPaF2=Y=340MPa（3）验算弯曲疲劳强度该对齿轮的传动弯曲疲劳强度满足要求。3.2.4大小齿轮相关参数确定序号名称符号计算公式参数选择1法面模数mn取标准值2mm2端面模数mtmt=2.052mm3法面压力角nn=20204端面压力角tt=20.435螺旋角取值8206齿顶高ha2mm7齿根高hf2.5mm8全齿高hh=ha+hf4.5mm9分度圆直径dd1=mtz1d2=mtz251.953mm241.046mm10齿顶圆直径dada=d1+2ha55.953mm11齿根圆直径dfdf=d1-2hf46.953mm12中心距aa=133mm3.3链传动的设计计算由于链传动未作要求，这里只给出链传动的传动比i链=2.345第四章轴系零件的设计计算4.1轴的设计计算4.1.1轴的长度估算1) 选用45钢并经正火处理，由课本表15-1查得硬度为170217HBS，抗拉强度，查课本表15-3可知其许用弯曲正应力，。2) 装置图如下(图4-0-1)图 401轴的装置图图中相关参数说明如下：符号含义数值/mmA箱内齿轮端面至箱内壁距离12B1高速级齿轮宽度60B2低速级齿轮宽度55D轴承端面到箱内壁距离12E粗估轴承宽度20F箱体轴承座凸缘宽度F=+C1+C2+(58)mm54下箱座壁厚C1、C2剖分面凸缘尺寸G轴承盖凸缘壁厚10H轴承盖螺钉头高度6K大带轮端面至轴承盖螺钉的距离20M大带轮宽度(由带传动计算确定，表13-11)M=(z-1)e+2f65初步计算轴的长度轴I的总长度L总1=M+K+H+G+E+F+2A+B1+D=65+20+6+10+20+54+212+60+12mm=271mm轴I外伸的受力段长度L1外=+K+H+G+F-D-=+20+6+10+55-12-10=101.5mm轴I箱内的受力段长度L1内=B1+2D+E+2A=60+212+20+212mm=128mm轴II主要受力段长度L2=B1+2D+E+2A=60+212+20+212mm=128mm4.1.2 按弯扭合成强度计算（1）轴I强度计算1) 画出轴的空间受力简图(图4-0-2a)周向力径向力轴向力2) 求水平支座反力(图4-0-2b)3) 求水平弯矩MH，作弯矩MH图(图2-0-4c)4) 求垂直面支座反力(图2-0-4d)，作垂直弯矩MV图(图2-0-4e)5) 作合成弯矩M图(图4-0-2f)6) 作转矩T图(图4-0-2g)T=56.71Nm7) 作当量弯矩ME图(图4-0-2h)因单向传动，可认为是脉动循环变化，故校正系数，则图 402轴I的受力分析8) 计算危险截面处的轴径O处：因O处存在普通平键，存在键槽，为安全起见故该轴段危险轴径扩大5%，即A处：P处：因P处存在普通平键，存在键槽，为安全起见故该轴段危险轴径扩大5%，即（2）轴的结构设计1) 确定轴上零件的位置和轴上零件的定位方式因为是单级减速器，故将齿轮布置在箱体内壁中央，轴承对称地布置在齿轮的两边，轴的外边安装带轮。齿轮靠轴环和套筒实现轴向定位和轴向固定。靠平键和过盈配合实现周向固定。两端轴承分别靠轴肩、套筒实现轴向固定，靠过盈配合实现周向固定。轴通过两端轴承盖实现轴向定位。带轮靠轴肩、平键和过盈配合实现周向定位。2) 确定轴的各段直径根据结构强度及要求做成阶梯轴3) 确定各轴段长度轴的示意图见附图（3）轴强度计算1) 由作用力与反向作用力可求得：周向力Ft2=2183.13N；径向力Fa2=825.63N；轴向力Fr2=616.12N2) 求水平面的支座反力(图4-0-3a)3) 求水平面弯矩MH，作水平面弯矩MH图(图4-0-3b)MHQ1=FRHA=-382.26Nm=-24.46NmMHQ2=FRHB=998.38Nm=63.90Nm4) 求垂直面支座反力(图4-0-3c)，作垂直弯矩MV图(图4-0-3d)FRVC=FRVD=1091.57NMVQ=FRVC=1091.57Nm=69.86Nm5) 作合成弯矩M图(图4-0-3e)MQ1=MQ2=6) 作转矩T图(图4-0-3f)T=T=223.26Nm7) 作当量弯矩ME图(图4-0-3g)因为是单向传动，可认为转矩为脉动循环变化，故校正系数=0.58，则危险截面Q处的当量弯矩MeQ=Nm=144.40Nm危险截面C、D处当量弯矩MeC=MeD=0.58223.26Nm=129.50Nm8) 计算危险截面处的轴径截面Q处直径dQmm=29.72mm因为Q处键槽，故将直径加大5，即32.393mm105%=31.21mm截面D处的直径dD=mm=28.66mm同理，直径应该扩大5，即30.261mm105%=30.09mm（4）轴的结构设计1) 确定轴上零件的位置及轴上零件的固定方式因为是单级齿轮减速器，故将齿轮布置在箱体内壁的中央，轴承对称的分布在齿轮的两边，轴的外伸端安装联轴器。齿轮靠轴环和套筒实现轴向固定，靠平键和过盈配合实现周向固定。两端轴承分别靠轴肩、套筒实现轴向固定，靠过盈配合实现周向固定。轴通过两端轴承盖实现轴向定位。联轴器靠轴肩、平键和过盈配合分别实现周向和轴向定位。2) 确定轴的各段直径由计算所得危险截面处最小直径及定位与非定位轴肩等各轴段结构强度要求进行初步设计。3) 确定各轴段的长度轴的示意图见附图图 4-03轴II受力分析4.2 滚动轴承的计算4.2.1轴I的轴承计算轴I 选用角接触球轴承轴承受力图如下：计算轴承1,2的轴向负荷 轴向力Fa=616.12N 径向力 选70000AC型轴承，由表17-9得 因为 所以轴承被放松，轴承被压紧。 计算轴承1.2的当量动负荷 由表17-8查得70000AC型轴承e=0.68.而 查表17-8得：故径向当量动负荷为计算所需的径向基本额定动负荷,因为Pr1 Pr2，故应以轴承1的径向当量动负荷Pr1作为计算依据，由式（17-4）得 （4）选择轴承型号 查手册选得7208AC J轴承，其轴II，选用深沟球轴承 轴承受力图如下：先求出当量动负荷Pr 轴向力Fa=825.63N 径向力 轴向力： 计算所需的径向基本额定动负荷，由式（17-4）得 选择轴承型号查手册 选得6208的轴承 4.3键连接和联轴器的计算4.3.1键连接的校核计算（1）轴与大带轮的键连接1) 选类型A型普通平键2) 带轮处轴径d为32mm，查课本表10-10可得b=10mm，h=8mm。因为大带轮宽度B=65mm，轮毂长（1.52）d，取轮毂长为55mm。键长=轮毂长（510）mm，取键长为L=43mm。受力部分长度L受力=L-b=43-10mm=33mm。3) 校核强度键和轴的材料都是45号碳钢，查课本表10-11可知，键的许用挤压应力为。该处的平键满足要求（2）轴与大齿轮的键连接1) 选类型A型普通平键2) 大齿轮处轴径d为44mm，查课本表10-10可得b=12mm，h=8mm。因为齿轮长度55mm，齿轮处轴长60-2=58mm，轮毂长(1.52)d，取轮毂长为53mm。键长=轮毂长-(510)mm，取键长为 L=48mm。受力部分长度L=L-B=48-10mm=38mm。3) 校核强度键和轴的材料都是45号碳钢，查课本表10-11可知，键的许用挤压应力为=90MPA。该处的平键满足要求（3）轴与小齿轮的连接由于前面已经算出小齿轮的分度圆为51.953mm，而已知小齿轮处轴的直径为44mm，两者相差很少，所以将此处设计成齿轮轴，不需要键连接。4.3.2联轴器的选择计算（1）选定类型考虑到转速较低，传递功率不是很大，安装时不易保证完全同轴线，故选用弹性柱销联轴器。（2）计算转矩名义转矩TII=223.26Nm查课本表18-1，KA=1.5，则联轴器的计算转矩为TC=KAT=1.5T=1.5223.26Nm=334.89Nm（3）选择型号按照GB/T5014-2003，根据计算转矩和轴径联轴器GB/T5014-2007，其许用转矩T=560Nm，n=6300r/min。第五章箱体设计查机械设计课程设计表6-1减速器铸铁箱体的结构尺寸可知，5.1减速箱体厚度部分下箱座壁厚，上箱盖壁厚=1=10mm下箱座剖分面处凸缘厚度B=1.5=1.510mm=15mm下箱座剖分面处凸缘厚度B1=1.51=1.510mm=15mm地脚螺栓底脚厚度P=2.5=2.510mm=25mm箱底座上，箱盖上的助厚m0.85，取m=10mm5.2 安装地脚螺栓部分地脚螺栓直径d=16mm，选择M16地脚螺栓通孔直径d=20mm地脚螺栓沉头座直径D0=45mm地脚凸缘尺寸L1=25mm，L2=22mm地脚螺栓数目N=45.3安装轴承旁螺栓部分轴承旁联接螺栓直径d1=12mm，选择M12轴承旁联接螺栓通孔直径d1=13.5mm轴承旁联接螺栓沉头座直径D0=26mm剖分面凸缘尺寸C1=20mm，C2=16mm5.4安装上下箱体螺栓部分上下箱体联接螺栓直径d2=10mm，选择M10上下箱体联接螺栓通孔直径d2=11mm上下箱联接螺栓沉头座直径D0=22mm箱缘尺寸C1=18mm，C2=14mm轴承端盖外径D2=轴承孔直径D+(55.5)d3 =140mm箱体外壁到轴承盖端面的距离K=C1+C2+(58)=42mm轴承孔长度F=K+=52mm轴承旁凸台高度h=50mm（根据结构需要假定）轴承旁凸台半径R=16mm减速器中心高H=180mm大齿轮顶圆与箱内壁间距离1=12mm齿轮端面与箱内壁距离2=12mm第六章润滑和密封6.1润滑1.齿轮传动采用油润滑，由课本表11-11可知，油的种类为极压工业齿轮油，润滑方式为油池润滑。（GB443-84）代号为46.2.滚动轴承采用脂润滑，种类为滚珠轴承油。脂润滑因不易流失，故便于封装和维护。（SY1514-82）代号为ZGN69-26.2封装1.滚动轴承的密封，查课本表17-12，采用毡圈密封，因为其结构简单，但压紧力不能调整。2.箱盖和箱座结合面上涂密封胶或是水玻璃。3.轴承盖端与箱体接触面处采用一组调整垫片进行密封，检查空该处采用垫片进行密封，放油螺塞处采用垫圈进行密封。个人小结机械课程设计是我们机械课程知识综合应用的实践训练，我们在老师的帮助下，经过两周紧张的课程设计，终于完成了我们的减速箱设计，我们对机械知识有了更深的了解，也获得了很多精神财富。一，机械课程设计是一项严谨细致的工作，每一步都需要细心认真的检查核算，这使我们对所学知识有了更深的了解，也是我们这在细致耐心程度上得到了锻炼。在今后的学习工作中有更严谨认真的态度。二，课程设计要求我们必须要有全局观念，老师要求我们先画好草图就是想让我们先对所设计的减速箱有个比较全面的了解，在明确各零件关系，各装配关系后，才能有一个更好的全局意识，才能设计出更完善的作品。三，课程设计要求我们对机械设计课本，设计手册熟悉掌握，我们遇到的很多问题都是因为没有认真翻阅课本，其实课本中对课程设计有很详细的描述。另外，很多零件都有标准，我们必须按照设计手册的标准来，才能设计出更合理的减速箱。四，课程设计对知识的要求非常广，需要用到金属材料金属工艺，机械制图，机械原理等很多知识。让我们明白了知识不仅需要融会贯通，也需要结合实践，实践出真知，实践才能有新发现新创新。五，设计减速箱远没有实际工程设计难，但我们已感到很吃力，我们需要继续加强这方面的锻炼，将来更好地上手工作。致谢在本次课程设计当中，首先要感谢我们的指导老师孟剑锋与张磊，再次感谢我们组的所有成员坚持不懈的努力和支持，小组协作很重要。在本次课程设计当中，我学到了很多东西，耐心，细心，协作都很重要。参考资料1.陆萍主编机械设计基础济南山东科学技术出版社20032.廖希亮,邵淑玲主编机械制图济南山东科学技术出版社20023.机械设计常用标准济南山东大学机械学院20084.黄珊秋主编机械设计课程设计北京机械工业出版社，1990nW=86.398 r/mini=17.361PW=4.41kW=0.833P0=5.29kWi=16.410i齿=4.