北航机械设计说明书-齿轮减速器.docx

北京航空航天大学2012年机械综合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 薄壁零件冲床机构设计 交通科学与工程 学院 391321 班设计者 王坤 学号 39132124 指导老师 马纲 2012 年 5 月 29 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，是先后学习过画法几何、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。本设计说明书是对薄壁零件冲床机构设计的说明，薄壁零件冲床有：生产率高，操作简单，易实现机械化与自动化；质量稳定；可以根据模具获得复杂零件；节能和节约材料；冲压零件的表面质量较好。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机械零件课程设计任务书4一、题目：薄壁零件冲压机床机构4二、设计任务4三、具体作业4主要零部件的设计计算5一、传动方案的确定5二、电动机的选择、传动系统的运动和动力参数51电动机的选择52传动比分配63各级传动的动力参数计算64将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表7三、传动零件的设计、计算71.V带传动的设计72带的参数尺寸列表93减速器齿轮（闭式、斜齿圆柱齿轮）设计9四、轴的设计与校核131轴的初步设计132I轴的校核133II轴的校核15五、键联接的选择与校核171I轴外伸端处键联接172I轴与大齿轮配合处键联接173II轴外伸端处键联接174II轴与大齿轮配合处键联接18六、轴承的选择与校核191、高速轴承192、低速轴承19七、润滑与密封形式，润滑油牌号及用量说明20八、箱体结构相关尺寸21九、减速器附件列表21十、参考资料22机械零件课程设计任务书 一、设计题目：薄壁零件冲床机构设计 1工作原理 薄壁零件冲床的组成框图如图1所示。图1 薄壁零件冲床的组成框图工作原理如图2a所示。在冲制薄壁零件时，上模（冲头）以较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，接着上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。 图2 薄壁零件冲制工作原理图设计条件与要求动力源为电动机，上模做上下往复直线运动，其大致运动规律如图2b所示，要求有快速下沉、匀速工作进给和快速返回的特征。上模工作段的长度L=40100mm,对应曲柄转角=6090；上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上，行程速比系数K1.5。上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置（下模上方），如图2a所示。送料距离L=60250mm。要求机构具有良好的传力特性，特别是工作段的压力角应尽可能小，一般取许用压力角=50。生产率为每分钟70件。按平均功率选用电动机。需要5台冲床。室内工作，载荷有轻微冲击，动力源为三相交流电动机。使用期限为10年，每年工作250天，每天工作16小时。每半年保养一次，每三年大修一次。生产状况为中等规模机械厂，可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。2设计原始技术参数冲压载荷/N 8500上模工作段长度L/mm 50上模工作段对应曲柄转角/() 622、设计任务1选出电动机型号；2确定带传动的主要参数及尺寸；3设计该减速器；4选出联接减速器输出轴与运输机轴的联轴器。主要零部件的设计计算一、传动方案的确定项目-内容设计计算依据和过程计算结果优点：缺点：采用一级带传动和二级闭式齿轮传动。（1）带传动具有成本低，维护方便的优点。（2）带传动有减震和过载保护功能。（1）外形尺寸大，传动比不恒定。（2）效率较低，寿命短，不是在繁重的工作要求和恶劣的工作条件下工作。 采用一级带传动和二级闭式齿轮传动。二、电动机的选择、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电动机的选择工作机所需功率传动效率实际需要功率工作机转速电动机转速由于带传动的传动比，减速器，所以电动机的转速范围592.22368.8r/min。常用的电动机转速为1000r/min和1500r/min，而选用1500r/min较为经济。综上，电动机型号可选为Y112M-6 型，其额定功率为2.2kW，满载转速940r/min。Y112M-6型额定功率2.2kW满载转速940r/min2传动比分配总传动比带传动比减速器传动比由取则3各级传动的动力参数计算各轴转速（分别为小齿轮轴转速和大齿轮轴转速）各轴输入功率各轴输入转矩4将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表轴名功率P/kW转矩T/kNmm转速r/min传动比i输入输出输入输出电机轴1.98520.29402.54高速轴1.90649.20370.13.11低速轴1.830146.9119.01卷筒轴1.722138.2119.0三、传动零件的设计、计算项目-内容设计计算依据和过程计算结果1.V带传动的设计工作系数KA查表4-7得KA=1.0电动机计算功率PcV带型号由，查图4-15，选用A型普通V带A型普通V带大小带轮基准直径d2，d1取d1=112mm，则取d2=280mmd1=112mmd2=280mm验证V带带速带速，v在525m/s之内，合适。v=5.51m/sV带基准长度Ld和中心距a初步选取中心距a0=1.5(d1+d2)=700mm得带长查表4-2，取Ld=2000mm，得实际中心距，圆整取690小带轮包角的验算合适。单根普通V带的基本额定功率由n满=940r/min及d1=112mm，查表4-3得，传动比ii=2.53额定功率增量查表4-4得，包角修正系数由，查表4-9得，带长修正系数由Ld=2000mm，查表4-2得V带根数z圆整，取z=2根数单根V带的初拉带的单位质量：q=0.1kg/mq=0.1kg/m力F0传动带在轴上的作用力FQ带轮结构大带轮采用腹板式，小带轮采用整体式。2带的参数尺寸列表A型带小带轮直径d1/mm大带轮直径d2/mm中心距a/mm带长Ld/mm1122806902000带根数z初拉力F0/N轴上载荷FQ/N2150.0595.83减速器齿轮（闭式、斜齿圆柱齿轮）设计材料选择由于对传动要求不高，故大小齿轮选用软齿面。小齿面选用40Cr调质处理，硬度HB=241286HBS大齿面选用45号钢调质处理，硬度HB=229286HBS小齿面硬度比大齿面大20HBS左右，符合要求。同侧齿面精度等级选8级精度小齿面选用40Cr调质大齿面选用45号钢调质（1）按齿面接触疲劳强度初步计算接触极限查图11-7，取小齿轮接触疲劳极限大齿轮接触疲劳极限安全系数SH取SH=1.05SH=1.05许用接触应力HP1=0.9Hlim1HP2=0.9Hlim2载荷系数K取K=1.04K=1.04齿宽系数Ad中型减速器，取估计13 Ad=756大小齿轮齿数z2，z1取小齿轮齿数z1=35，则大齿轮齿数z1=35z2=109实际传动比i初步计算小齿轮直径d1初步齿宽bd1Ad3KT1dHP2i+1i=75631.449.21.252223.11+13.11b=dd1=86.4mmd1=50.14mm取d1=72mmb=86.4mm模数mnmt=d1z1查表4-1取标准值确定齿数z1=d1mtz2=iz1=arccosmnmt取=13.35mn=2mm确定中心距a取整分度圆直径d1，d2接触应力验算取最小安全系数SHlim总工作时间th=103658盈利循环次数NL1=60n2th 单向运转=1NL2=NL1i2取接触寿命系数ZNT齿面工作硬化系数ZW接触强度尺寸系数ZX润滑油膜影响系数取值HP=HlimZNTZLZVZRZWZXSHlimH=ZHZEZZKAKVKHKHFtbd1u+11=530 MPaSHlim=1.05th=29200hNL1=5.08108NL2=2.05108ZNT1=1.04ZNT2=1.09ZW1=ZW2=1.14ZX1=ZX2=1.0ZL1=ZL2=1.0ZR1=ZR2=1.0ZV1=ZV2=1.0HP1=802MPaHP2=686MPaHHP1HHP2合格（2）校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数zv1，zv2齿向载荷分配系数齿型系数YF1，YF2应力修正系数重合度系数Y螺旋角系数Ybh=8422.25=18.67取YF1=2.48，YF2=2.21YSa1=1.64YSa2=1.78Y=0.25+0.75cos2bY=0.91KF=1.6YF1=2.48YF2=2.21YSa1=1.64YSa2=1.78 Y=0.684Y=0.91验算弯曲强度由图取试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限Flim由表取最小安全系数SFmin由表确定尺寸系数YX由图确定弯曲寿命系数YNT另外取值如右FP=FlimYNTYSTYVrelTYRrelTYXSFlimFlim1=300N/mm2Flim2=270N/mm2SFmin=1.25YX1=YX2=1.0YNT1=0.86YNT2=0.90YST1=YST2=2YVrelT1=YVrelT2=1.0YRrelT1=YRrelT2=1.0FP1=413N/mm2FP2=389N/mm2验算F=KAKVKFKFYFaYSaYYFtb1mnF1=120MPaF2=117MPa合格（3）齿轮其他传动的参数端面压力角齿顶高ha齿根高hf全齿高h顶隙cha=mn=2mmhf=1.25mn=2.5mmh= ha+ hf=4.5mmc= hf-ha=0.5mmha= 2mmhf=2.5mmh= 4.5mmc= 0.5mm齿轮结构大齿轮为腹板式（4）齿轮传动参数列表中心距a/mm模数mn/mm螺旋角端面压力角t148213.3520.51齿数齿宽/mm分度圆直径/mmz1z2b1b2d1d235109848071.94224.05齿高/mm齿顶圆/mm齿根圆/mmhahfda1da2df1df221.575.94228.0567.9422005（5）大齿轮结构简图（见零件图）（6）大齿轮结构尺寸参数列表ds(mm)dh=1.6ds(mm)lh=(1.21.5)ds(mm)b(mm)5080取7068c=0.3b(mm)=(2.54)mn(mm)d0(mm)d(mm)取10取1016040四、轴的设计与校核项目-内容设计计算依据和过程计算结果1轴的初步设计材料选取选用45号钢，调质处理45号钢调质初估最小直径I轴：II轴：考虑I轴连接带轮，取dI=34mm考虑II轴连接联轴器，取dII=38mmdI=34mmdII=38mm初选轴承I轴轴承选用6206，d=62mm，B=16mmII轴选用6307，d=80mm，B=21mmI轴选用6206II轴选用6307轴的结构设计根据轴上零件的定位及轴承等零件的标准确定轴结构如下：2I轴的校核切向力径向力轴向力垂直面：水平面：由受力分析知FAV=665N FBV=702N FAH=168N FBH=346N MVC=50544Nmm MHC=24912Nmm Mc=MV2+MH2=56350Nmmb=600MPa -1b=55MPa 0b=95MPa=-1b0b=5595=0.579脉动危险截面的校核Mec=Mc2+T12=63142Nmmbc=Mec0.1d3=Mec0.1303=23.4MP-1b安全I轴结构合理3II轴的校核大齿轮受力切向力径向力轴向力垂直面水平面由受力分析可知：FAV=639N FBV=672N FAH=477.3N FBH=-15.7N MVC=53088Nmm MHC=37707NmmMHC=1303NmmMC=MVc2+MHC2=65117Nmmb=600MPa -1b=55MPa 0b=95MPa=-1b0b=5595=0.579脉动危险截面的校核Mec=Mc2+T12=63142Nmmbc=Mec0.1d3=Mec0.1303=23.4MP-1b合格MVC=53088Nmm MHC=37707NmmII轴结构合格五、键联接的选择与校核项目-内容设计计算依据和过程计算结果材料选择许用挤压应力选用45号钢，取45号钢1I轴外伸端处键联接键的选择选用圆头普通平键（GB1096-79）根据dI=22mm及外伸端长度，选择键832，其中b=8mm，h=7mm，L=32mm，t=4mm，t1=3.3mm键832键的校核键选取合适2I轴与大齿轮配合处键联接键的选择选用圆头普通平键（GB1096-79）根据轴径d=34mm及台阶长度，选择键1070，其中b=10mm，h=8mm，L=70mm，t=5.0mm，t1=3.3mm键1070键的校核键选取合适3II轴外伸端处键联接键的选择选用圆头普通平键（GB1096-79）根据dII=28mm及外伸端长度，选择键855，其中b=8mm，h=7mm，L=55mm，t=5.0mm，t1=3.3mm键855键的校核键选取合适4II轴与大齿轮配合处键联接键的选择选用圆头普通平键（GB1096-79）根据轴径d=38mm及台阶长度，选择键1270，其中b=12mm，h=8mm，L=70mm，t=5.0mm，t1=3.3mm键1270键的校核满足要求键选取合适六、轴承的选择与校核项目-内容设计计算依据和过程计算结果1、高速轴承轴承主要性能参数轴承6206性能参数 Cr=19.5KN轴承受力情况FA=FAH2+FAV2,FB=FBH2+FBV2Fa=338N，FA=686NFB=783NFa=338NFFFaFA=0.49eX=1Y=0冲击载荷系数 fd=1.1,fd=1.1当量动载荷PA=fdFAPA=754.6NFFFaFB=0.435.8*104h合格2、低速轴承轴承主要性能参数轴承6307性能参数 Cr=33.2KN轴承受力情况FA=FAH2+FAV2,FB=FBH2+FBV2Fa=338N，FA=798NFB=673NFa=338N，FFFaFA=0.43eX=1Y=0冲击载荷系数 fd=1.1,fd=1.1当量动载荷PA=fdFAPA=877.8NFFFaFB=0.515.8*104h合格七、联轴器的选择与计算项目-内容设计计算依据和过程计算结果联轴器的选择II轴外伸端需使用联轴器选用弹性柱销联轴器LX2型(GB5014-2003)弹性柱销联轴器LX2型HL3联轴器参数公称转矩Tn（Nm）许用转矩n(r/min)轴孔直径d（mm）560630028轴孔长度外径D(mm)轴孔类型键槽类型LL16244120JA八、润滑与密封形式，润滑油牌号及用量说明项目-内容设计计算依据和过程计算结果润滑方式齿轮线速度故齿轮选用油润滑，需油量2L左右，最高-最低油面相距15mm轴承采用脂润滑齿轮选用油池润滑轴承采用脂润滑润滑油牌号润滑脂牌号选用中负荷工业齿轮油代号220(GB5903-86)选用钠基润滑脂牌号ZN-3(GB492-89)220ZN-3密封形式机座与机盖凸缘结合面的密封选用在接合面涂密封胶或水玻璃的方式观察孔和放油孔等处的密封选用石棉橡胶纸垫片密封轴承端盖处的密封采用毡圈油封轴承处用挡油环防止润滑油甩入轴承内部九、箱体结构相关尺寸项目-内容设计计算依据和过程计算结果长宽高370mm353mm305mm机座壁厚机盖壁厚1机座凸缘厚b机盖凸缘厚b1机座底凸缘厚b2=10mm1=10mmb=1.5=15mmb1=1.51=15mmb2=2.5=25mm=10mm1=10mmb=15mm