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同济大学械设计基础课程设计设计计算说明书螺旋输送机传动装置航空航天类 2班设计者 齐海杰指导老师 张强生2010 年 7 月 26 日目 录一、设计任务书2二、电动机的选择3-4三、计算传动装置的运动和动力参数5-7四、圆柱齿轮的设计与核算7-10五、圆锥齿轮的设计与核算11-12六、轴的设计与核算13-21七、联连轴器的选择22八、滚动轴承的选择及计算22-26九、键联接的选择及校核27十、箱体及附件的的设计28-30十一、润滑与密封31十二、设计小结32十三、参考资料目录32一 同济大学机械设计基础课程设计任务书设计题目E：设计螺旋输送机传动装置已知数据： 输送机工作转矩T=270 Nm 输送机工作轴转速n=125 r/min工作条件：连续单向传动，工作时有轻微振动，使用期8年，小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速允许误差为5%。设计内容：1） 减速器装配图一张2） 从动齿轮，从动轴零件图各一张3） 设计计算说明书一份给定简图：计 算 及 说 明结 果二 电动机的选择1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机功率选择：工作所需要功率已知工作机主动轴的输出转矩T=270 Nm和转速nw=125 r/min，工作机主动轴所需功率Pw=Tnw9550=2701259550=3.534 kW1. 电动机的选择2）电动机的输出功率Pd=Pw1,2,3,45,6,7,8为从电动机到输送机工作轴之间的各级传动机构和轴承的效率,查表2-4知弹性联轴器1=0.99，滚动轴承(三对) 2=4=6=0.99，圆柱齿轮3=0.97，弹性联轴器5=0.99，圆锥齿轮7=0.95，滑动轴承（一对）8=0.98，则=12345678=0.990.9930.970.990.950.980.86电动机的输出功率为Pd=Pw=3.5340.86=4.12 kW3）电动机额定功率查表20-3选取电动机的额定功率Ped=5.5 kW。4）电动机的转速由表2-1查得圆柱齿轮传动的传动比范围为36，圆锥齿轮传动的传动比范围为23，电动机的转速可选范围为nd=nwi1i2=7502250 r/min可见同步转速为750 r/min、1000 r/min、1500 r/min的电动机均符合。初步选择同步转速分别为1000 r/min和1500 r/min的两种电动机进行比较，如下表方案电动机型号额定功率（kW）电动机转速（1000 r/min）电动机质量（kg）传动装置的传动比同步满载总传动比圆柱齿轮传动圆锥齿轮传动1Y132M2-65.5 1000960 84 7.683.8422Y132S-45.5 1500 1440 68 11.525.762由表中数据可知两个方案均可行，但方案1的传动比较小，传动装置结构尺寸较小。因此，可采用方案1，选定电动机型号为Y132M2-6。三.计算各级传动比1）传动装置总传动比i=nmnw=9601257.682)分配各级传动比取圆锥齿轮的传动比为i2=2,则圆柱齿轮的传动比为i1=ii2=3.84所以i2符合一般圆柱齿轮传动传动比的常用范围。3)计算传动装置的运动和动力参数(1)圆柱齿轮主动轮所在轴为轴，圆柱齿轮从动轮所在轴为轴，圆锥齿轮主动轮所在轴为轴,圆锥齿轮从动轮所在轴，各轴转速为n=n0=960 r/minn=n0i1=9603.84250 r/minn=n=250 r/minn=n1i2=2502125 r/min(2)各轴输入功率电动机的输出轴P0=Ped=5.5 kW圆柱齿轮主动轮所在轴P=Ped1=5.45 kW圆柱齿轮从动轮所在轴P=P23=5.23 kW圆锥齿轮主动轮所在轴P=P45=5.12 kW圆锥齿轮从动轮所在轴P=P67=4.82 kW按电动机额定功率Ped计算各轴输入功率(3)各轴转矩T0=9550P0n0=95505.5960=54.71 NmT=9550Pn=95505.45960=54.22 NmT=9550Pn=95505.23250=199.74 NmT=9550Pn=95505.12250=195.77 NmT=9550Pn=95504.82125=368.24 Nm 综合以上数据，得表如下：轴名功效率P （KW）转矩T （Nm）转速nr/min传动比 i效率输入输出输入输出电动机轴4.3796010.99轴4.324.2342.953.19600.944轴4.073.99162.0199.92400.98轴3.953.87157.2194.224020.92输送机轴3.71295.3120三、传动件的设计计算（一）、减速器内传动零件设计(1)、选定齿轮材料、热处理方式、精度等级及力学性能选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。齿轮精度初选8级。由表11-1查得：小齿轮 Hlim=700Mpa FE=600Mpa大齿轮 Hlim=600Mpa FE=450Mpa由表11-5，选取SH=1，SF=1.25【Hl】= HlimSH=750 【F1】= FESF=480【H2】= HlimSH=600 【F2】= FESF=360（2）按齿面弯曲强度设计齿轮按8级精度制造，由表11-1，取载荷系数K=1.3，由表11-6，取齿宽系数d=0.8，小齿轮上转矩T=4.23104N/mm，由表11-4，选取弹性系数ZE=188，初选螺旋角=15，齿数Z1=21,Z2=Z1i=84.计算齿形系数：ZV1=Z1cos3= 23.30 ZV2=Z2cos3=93.20查图11-8，11-9得：YFa1=2.77，YFa2 =2.22,YSa1=1.59, YSa2=1.80.因：YFa1YSa1【F1】=0.0091YFa2YSa2【F2】=0.0079，故应对小齿轮进行进行弯曲强度计算：法向模数mn32kT1YsaYFadZ2Fcos2=1.38由表4-1，取mn=2，中心距：a=mn2cos(z1+z2)=108.7mm,取a=110mm确定螺旋角=cos-1mn2a(z1+z2)=172029齿轮分度圆直径：d1=mnz1/cos=44mm, d2=mnz2/cos=176mm,齿宽：b=1d1=35.2mm故取b1=40mm,b2=35mm.按接触强度校核：H=ZHZEZ2KT1bd12u+1u=654.5H1=700Mpa,安全计算齿轮的圆周速度：V=d1n1601000=2.21m/s,对照表11-2，选8级精度是合适的。T=270 Nmnw=125 r/minPw=3.534Kw=0.86Pd=4.12 kWPed=5.5 kWi=7.68i1=3.84n=960 r/minn=250 r/minn=250 r/minn=125 r/minP0=5.5 kWP=5.45 kWP=5.23 kWP=5.12 kWP=4.82 kWT0=954.71 NmT=54.22 NmT=199.74 NmT=9550Pn=95505.12250=195.77 NmT=9550Pn=95504.82125=368.24 Nm计算结果汇总填入下表备用项目电动机轴高速轴I低速轴II高速轴II低速轴II转速（r/min）960960250250125功率（kW）5.55.42转矩（Nm）5.4.7154.22199.74195.77368.2传动比13.8412效率0.990.960.980.94T=195.77 NmT=368.24 Nm四圆柱齿轮的设计与核算1.工作条件分析：带你动机传动，8年工作期，单向传动，工作时有轻微振动，小批量生产，转速误差5%2.齿轮工作时的受力情况：（1） 齿部承较大的弯曲应力。（2） 齿面相互滚动滑动并承受接触应力。（3） 启动或啮合时不均匀承受冲击力。故齿材有以下主要性能：（1） 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。（2） 齿面高强度和耐磨性（3） 齿轮心部有足够的强度3.选材：结合2中分析及经济成本，故初步选定：小齿轮材料用40Cr钢，调制处理。HBS=280大齿轮材料用 45 钢，调制处理。HBS=250Hlim1=741MPa; Hlim2=592MPa； FE1=615MPa; FE2=452Mpa；（参照GB03480-1997）取一般可靠度：SH=1.1; SF=1.3许用接触应力：H1=Hlim1SF=7411.1=673.6MPa;H2=Hlim2SF=5921.1=538.2MPa;许用弯曲应力：F1=FE1SF=6151.3=473.1MPa;F2=EF2SF=4521.3=347.6MPa;4,按齿轮弯曲程度计算：取载荷系数k=1.3；齿宽系数为0.8主动轮上的转矩 T1=54.22Nm初选螺旋角 =15齿数：试取Z1=19 则Z2=3.841973，i=7319=3.84试取Z1=20 则Z2=3.842077，i=7720=3.85故取Z1=19 则Z2=73，较为合适u-ii5%齿形系数：ZV1=Z1cos3=19cos3=21.08； ZV2=Z2cos3=81.00查图11-8知：YF1=2.88, YF2=2.24查图11-9知：YS1=1.57, YS2=1.78YF1YS1F1=2.881.57473.1=0.00960YF2YS2F2=2.241.78347.6=0.0115 (较大)需要对大齿轮进行弯曲计算mn32KT1dZ12YF2YS2F2cos2=321.354.2210000.0115cos2150.8192=2.29mm由表4-1取mn=3mm中心矩a=mn(Z1+Z2)2cos=3(19+73)2cos=142.8mm取a=145mm确定：=cos-1mn(Z1+Z2)2a=cos-1276290=175220齿轮分离圆直径d1=m1Z1cos=319cos175220=59.89mm齿宽：b=dd1=47.912mm取：b2=50mm; b1=55mm5， 验算齿面接触强度：H=ZEZHZ2KT1bd12u+1u=1882.5cos17522021.354.221030.859.892=456.39PaH2= 538.2Pa 安全6， 齿轮的圆周速度：V=d1n1601000=59.8996060000=3.01m/sFS1所以，轴承1为压紧端Fa1=Fs2+FA=695.3+589=12843 N轴承2为放松端Fa2=Fs2=695.3N（2）计算轴承的当量动载荷由表16-11知：e=o.68,而Fa1Fr1=1284.3941.58=1.380.68Fa2Fr2=695.31022.55=0.68=0.68查表16-11可知X1=0.41，Y1=0.87，X2=1，Y2=0P1=X1Fr1+Y1Fa1=1503.4 N P2=X2Fr2+Y1Fa2=1022.55 N P1P2, 对P1进行校核查表16-9， fp=1.1,查表16-8，ft=1.1, n=960 r/min轴承每天工作16小时，每年工作300天，Lh=16300=4800hCr1= fpftP1(60n106Lh)13=29.93 kNFS1所以，轴承1为压紧端Fa1=Fs2+FA=1211.76 N轴承2为放松端Fa2=Fs2=622.76N（2）计算轴承的当量动载荷由表16-11知：e=o.68,而Fa1Fr1=1211.761201.83=1.000.68Fa2Fr2=622.76915.83=0.68=0.68查表16-11可知X1=0.41，Y1=0.87，X2=1，Y2=0P1=X1Fr1+Y1Fa1=1546.98 N P2=X2Fr2+Y1Fa2=915.83 N P1P2, 对P1进行校核查表16-9， fp=1.1,查表16-8，ft=1.1, n=960 r/min轴承每天工作16小时，每年工作300天，每四年检修更换一次Lh=163004=19200hCr1= fpftP1(60n106Lh)13= 24.23kN38.85 kN故选取轴承7211AC符合条件（每年检修一次，第四次检修更换轴承）。九、键联接的选择及校核1.输出轴与大齿轮联接用平键联接轴径d=60mm L=48 由GB1096-79,选A型平键，键1840GB1096-79 T=199.74103 Nmm p=4Tdhl=4199.74103601140=30 MPa（50 MPa）2.输入轴与联轴器联接采用平键联接轴径d=38mm L=80mm T=54.22103 Nmm,由GB1096-79,选A型平键，键1070GB1096-79. p=4Tdhl=454.2210338870=10.2 MPa （50 MPa）3.输出轴与联轴器联接采用平键联接轴径d=45mm L=110mm T=199.74103 Nmm,由GB1096-79,选A型平键，键14100GB1096-79. p=4Tdhl=4199.7410345870=19.73 MPa （50 MPa） 综上所述，键的强度全部符合要求。十、箱体及附件的的设计1. 窥视孔和窥视孔盖在减速器上部。为了看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。2. 放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。3. 油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。4. 为便于取盖，在箱座凸缘上钻有起盖空，用来顶起箱盖，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。5. 定位销为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置如装配图所示。6. 档油盘。因小齿轮布置在轴承近旁，而且直径小于轴承座空直径，为防止齿轮啮合过程中挤出的润滑油大量进入轴承，故在小齿轮与轴承之间装设档油盘。7. 环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。8. 密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。此减速器采用毡圈及橡胶圈密封，以保证密封性。箱体结构尺寸选择如下表：名称符号尺寸（mm）机座壁厚14机盖壁厚114机座凸缘厚度b21机盖凸缘厚度b121机座底凸缘厚度b221地脚螺钉直径df20地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径d115机盖与机座联接螺栓直径d210轴承端盖螺钉直径d36窥视孔盖螺钉直径d48定位销直径d6df，d1, d2至外机壁距离C130,27,20df，d1, d2至凸缘边缘距离C220，23，15轴承旁凸台半径R123凸台高度h 53外机壁至轴承座端面距离l1 55大齿轮顶圆与内机壁距离118齿轮端面与内机壁距离2 32.5机盖、机座肋厚m1 ,m222.5轴承端盖外径D2130， 140轴承端面到箱体内壁的距离310大齿轮顶到箱底内壁的距离640轴承端盖凸缘厚度e10十一、润滑与密封1润滑种类的选择（1）齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为10mm。采用中负荷工业润滑油320。（2） 滚动轴承的润滑采用脂润滑钠基润滑脂2号（GB492-89）2.润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。3.密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用轴承盖上安装毡圈及橡胶圈的方法实现密封。十二、设计小结短短两周的实习生活结束了，在实习中我体会到了作为一名机械设计师的辛劳和乐趣。从得到设计任务书的那一天起，我知道此项任务是十分繁重的。从参考资料的收集到相关知识的复习，从总体的设计到零部件的完善，每个细节我都感受到作为一名工程人员要有严谨，耐心，细致的精神，心中时刻拿严谨，求实，团结，创新的同济校训要求自己。由于前几日的进度缓慢，致使延迟了交作业的时间，这让我意识到工作中制定详细的工作计划的必要性，并要有执行力去完成制定的目标。在实习的过程中我也遇到了许多困难，由于自己平时学习不严谨，导致计算出错，对设计参照表的误读，这些都让我感到成为一名好的工程师是要付出大量努力的。所以经过这次实习，我收获良多，工作学习要有严谨求实的态度，平时的学习要踏实认真。最后，感谢老师的指导。十三、参考资料目录 1机械设计课程设计机械工业出版社，陆玉主编2机械设计基础（第五版）杨可帧H1= 673.6MPa;H2= 538.2MPa;F1= 473.1MPa;F2 =347.6MPa;Z1=19Z2=73ZV1=21.08ZV2=81.00mn=3mma=145mm=175220b2=50mm; b1=55mmH=538.2PaV=3.01m/s h=6.75mm ha=3mm hf=3.75mmdf1=52.5mm df2=222.5mmda1=66mm da2=236mmH1= 673.6MPa;H2= 538.2MPa;F1= 473.1MPa;F2 =347.6MPa;2=632631=263357 Z1=25 Z2=50Zv1=27.95Zv2=111.8me=6mmRe=167.7mmb=41.93mm；d1=150mm； d2=300mm； ha=6mm； hf=7.2mm；h=13.2mm；c=1.2mm；a=f=202720 f1=24633 f2=605843a1=29117 a2=655323 da1=305.34mm df1=137.12