山东大学机械设计计算说明书.doc

机械设计基础课程设计 单级圆柱齿轮减速器专 业 ：能源与动力工程学院热能工程班 级 ：2012级能源D姓 名 ：张起学 号 ：201200181237指导老师 ：张磊、孟剑锋 能源与动力工程学院 12级能源目录第一章 设计任务及题目11.1设计任务11.2设计题目1第二章 机械传动装置的总体设计12.1确定传动方案12.2 选择电动机22.3总传动比的计算及分配22.4传动装置的运动及动力参数计算3第三章 传动零件设计计算43.1V带传动的设计计算43.2齿轮传动设计计算6第四章 轴系零件的设计计算114.1轴的设计计算114.2轴的结构设计144.3滚动轴承的设计计算154.4键联接的选择与计算174.5 联轴器的选择与计算18第五章 减速器草图设计195.1箱体的结构设计195.2大带轮结构设计【附录三】21第六章 齿轮减速箱的润滑与密封设计21第七章 设计小结227.1本次课程设计进程：227.2课程设计的收获22【参考资料】23【附录一】平面运动简图布置24【附录二】轴受力弯矩图25【附录三】大带轮结构设计简图26第一章、 设计任务及题目1.1设计任务设计说明书装配图零件图1221.2设计题目类型一：原料车间一运输冷料的带式运输机，由电动机经一级减速传动装置，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工作制，工作期限五年。设计此传动装置。技术参数运输机主动鼓轮轴输入端转矩Tw/Nm480主动鼓轮直径D/mm400运输带速度V m/s1.8工作条件：工作年限为5年；工作班制为两班制第二章 机械传动装置的总体设计2.1确定传动方案1.确定同步转速考虑到电动机转速、级数、尺寸、重量、价格及传动装置的传动比、级数、传动尺寸和成本等诸多因素，初步确定电动机的同步转速1500r/min。2.拟定总传动比i由电动机同步转速以及工作机输入转速 3.确定传动方案和级数参考传动机械的性能及运用范围结构，结核性能要求和工作特点，采用V带传动、圆柱齿轮、链传动相结合的三级传动形式i=i齿*i带*i链4.画传动系统平面布置图【附录一】参考GB14460-84机构运动简图符号【表1-3机械设计常用标准】2.2 选择电动机1.确定电动机类型根据装置的工作条件用途、性能等特点，选用Y系列异步电动机。2.确定电动机型号（1）确定工作机输入功率 （2）计算电动机所需输出功率查机械设计课程设计式2-4得 因此电动机所需输入功率为3.确定电动机型号 2.3总传动比的计算及分配1.计算传动装置总传动比查机械设计课程设计式2-6得i=1440/85.944=16.7552.分配传动比 所以2.4传动装置的运动及动力参数计算1.各轴的输入功率=4.920kw2.各轴的转速3.各轴的输入转矩轴号0输入功率5.3935.1234.9204.832转速1440791198198输入转矩35.76661.852237.303233.051第3章 传动零件设计计算3.1V带传动的设计计算1.计算功率由于要求为Y系列异步电动机；双班工作制；带式运输机载荷变动；查机械设计基础表13-6得2.选取普通V带根据数据查机械设计基础图13-12选用A型V带3.选择带轮基准直径（1）选择小带轮基准直径对于A型V带，查机械设计基础表13-4得查机械设计基础图13-12取查机械设计基础表13-7取（2）确定大带轮直径取=0.02，由机械设计基础式13-17得查机械设计基础表13-7取（3）验算带速带速在525m/s范围内，所以带速合适（4）确定带长和中心距初步确定中心距初定V带基准长度查机械设计基础式13-18得选取带的基准长度查机械设计基础表13-2取确定实际中心距查机械设计基础式13-19得（5）中心距变化范围（6）验算小带轮包角查机械设计基础式13-20得故包角符合要求（7）确定V带根数查机械设计基础式13-21得 查单根V带基本额定功率Po由于对于A型V带，查机械设计基础表13-5得计算功率增量查机械设计基础式13-22得A型V带查表13-8取确定传动比系数由于查机械设计基础式13-9取则定包角修正系数查机械设计基础表13-10取查机械设计基础表13-2取则Z取Z=4（8）计算张紧力确定V带每米质量q，查表13-1取q=0.10kg/m查机械设计基础式13-23得=158.31计算压轴力查机械设计基础式13-14得（9）带轮基本参数型号带轮直径长度根数中心距A小带轮大带轮1400mm4452.65mm112mm200mm压轴力1260.53N大带轮宽B=65mm3.2齿轮传动设计计算1.传动参数的确定（1）传动方式确定齿轮采用闭式斜齿圆柱齿轮传动、载荷平稳、单向传动、对称布置。（2）齿轮材料小齿轮选用45钢调制处理230HBS，大齿轮选用45钢正火处理200HBS。（3）齿轮参数确定P=5.123kw， n=791r/min， u=i=4.000， T=61852N.mm，并初设 2.按照接触疲劳强度计算分度圆最小值（1）确定载荷系数K确定工作状况系数因电动机驱动、载荷平稳，查机械设计基础表11-4取确定动载系数由于齿轮精度取8级；初设v3m/s，调制处理；查机械设计基础表11-5取确定齿间载荷分配系数对于8级，精度软齿面，查机械设计基础表11-9取确定齿向载荷分布系数对于软齿面、对称分布，查机械设计基础表11-8取.2查机械设计基础图11-7取计算载荷系数K（2）确定弹性系数对于小齿轮调制处理45钢230HBS，大齿轮正火处理45钢200HBS，查机械设计基础表11-6取（3）确定节点区域系数由于初设=15，且皆为非变位斜齿圆柱齿轮，查机械设计基础图11-9取（4）确定重合度系数对于斜齿圆柱齿轮取接触线总长度变化系数X=0.9查机械设计基础式11-25、11-23得（5）确定螺旋角系数查机械设计基础式11-26得（6）计算许用接触应力查机械设计基础式11-10得确定接触疲劳极限小齿轮为45钢调制处理230HBS，查机械设计基础图11-10取大齿轮为45钢正火处理200HBS，查机械设计基础图11-10取确定接触疲劳强度最小安全系数一般是小概率为1%由机械设计基础表11-7取许用接触应力为（7）计算小齿轮分度圆直径（8）验算线速度因此速度假设合理。3.确定传动尺寸（1）确定模数查机械设计基础表4-1取模数为2mm（2）确定中心距（3）确定螺旋角与假设误差在1以内，假设合适。（4）确定齿轮分度圆直径（5）确定齿宽4.弯曲疲劳强度校核（1）计算当量齿数（2）确定齿形系数根据大小齿轮的当量齿数查机械设计基础图11-12取（3）确定应力修正系数根据大小齿轮当量齿数查机械设计基础图11-12取（4）确定重合度系数由于斜齿圆柱齿轮按接触线总长度X=0.9，查机械设计基础式11-24得（5）确定螺旋角系数查机械设计基础式11-27得（6）计算许用弯曲应力小齿轮45钢，调制处理，230HBS，查机械设计基础图11-14取大齿轮45钢，正火处理，200HBS，查机械设计基础图11-14得确定弯曲疲劳强度最小安全系数一般是小概率1%，查机械设计基础图11-7得确定尺寸系数由于模数为2，查得（7）验算弯曲疲劳强度该尺寸对于齿轮传动弯曲疲劳强度已经足够。5.齿轮的几何尺寸参数小齿轮大齿轮模数2mm齿数2496分度圆直径49.6mm198.4mm齿顶圆直径53.6mm202.4mm齿根圆直径44.6mm193.4mm旋向左右螺旋角143533中心距124mm精度8压力角20第四章 轴系零件的设计计算 4.1轴的设计计算1.选择轴的材料，确定许用应力轴的材料选用45钢，调制处理，由机械设计基础表15-1查得硬度为217255HBS，抗拉强度；查机械设计基础表15-3得2.轴长的估算参照机械设计课程设计对轴长进行估算轴总长：轴承跨度外伸长度3.轴的设计计算（按照弯扭合成强度计算）【附录三】（1）画轴的空间受力简图斜齿受力分析转矩T=61852N.mm（2）做水平面上的剪力图、弯矩图（3）做垂直面上的剪力图、弯矩图（4）做合成弯矩图（5）做转矩图TT=T1=61852N.mm（6）做当量弯矩图脉动循环修正系数将数据代入公式得：（7）求得危险界面直径4.轴的设计计算【附录二】（1）画轴的空间受力简图斜齿受力分析转矩T=237303N.mm（2）做水平面上的剪力图、弯矩图（3）做垂直面上的剪力图、弯矩图（4）做合成弯矩图（5）做转矩图TT=T2=237303N.mm（6）做当量弯矩图脉动循环修正系数将数据代入公式得：（7）求得危险界面直径4.2轴的结构设计1.轴I的设计确定轴上零件位置及固定方式因为单级齿轮减速器，故齿轮位置在箱体内壁中央，轴 承对称布置在齿轮两边，轴外伸端安装带轮。对称靠轴环和封油环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，两端轴承靠封油环实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴两端通过轴承盖实现轴向定位。带轮靠轴肩，平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。确定轴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。2.轴II的设计确定轴上零件位置及固定方式因为单级齿轮减速器，故大齿轮位置在箱体内壁中央，轴承对称布置在齿轮两边，轴外伸端安装联轴器。大齿轮靠轴环和封油环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，两端轴承靠封油环实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴两端通过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轴向定位和周向定位。确定轴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。4.3滚动轴承的设计计算1.与轴相配合的滚动轴承设计计算轴受轴向、径向载荷，选用角接触轴承、正装、受力图如下：（1）计算轴承1、2的轴向负荷 轴向力Fa=649.30N 径向力 选70000AC型轴承，查机械设计基础表17-9得 因为 所以轴承2被压紧，轴承1被放松。（2）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（3）计算所需的径向基本额定动负荷.因为Pr1小于Pr2，故应以轴承2的径向当量动负荷Pr2作为计算依据，查机械设计基础由式（17-4）得 因轻微冲击，查表17-6得fp=1.1，因工作温度不高，查表17-5得fT=1，（4）选择轴承型号查机械设计常用标准表5-4选得7208AC 轴承，合适 2.与轴相配合的轴承的设计计算轴受轴向、径向载荷，选用角接触轴承、正装、受力图如下：（1）计算轴承1、2的轴向负荷 轴向力Fa=480.067N径向力 选70000AC型轴承，查机械设计基础表17-9得 因为 所以轴承1被压紧，轴承2被放松。（2）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（3）计算所需的径向基本额定动负荷.因为Pr1大于Pr2，故应以轴承1的径向当量动负荷Pr1作为计算依据，查机械设计基础由式（17-4）得 因轻微冲击，查表17-6得fp=1.1，因工作温度不高，查表17-5得fT=1，（4）选择轴承型号查机械设计常用标准表5-4选得7010AC 轴承，合适4.4键联接的选择与计算1.轴与大带轮的键联接（1）键的类型、材料、尺寸的选择键材料选择45钢，普通A型平键轴径取30mm，由表10-10应取b=8mm h=7mm；大带轮宽B=65mm；轮毂长l=(1.52)d，取55mm；所以键长=毂长-（510）mm，取50mm，工作长度为50-8=42mm（2）键的校核查机械设计基础式10-7得轮毂为铸铁强度小，按照挤压应力进行校核，该处键联接有轻微冲击，查机械设计基础表10-11得键850GB1096-79符合设计要求。2.小齿轮与轴的键联接，轴径取42mm查表10-10得b=10mm，h=8mm，此处应设计成齿轮轴。3.大齿轮与轴的键联接（1）键的类型、材料、尺寸的选择键材料选择45钢，普通A型平键轴径取50mm，由表10-10应取b=14mm h=9mm；齿宽为60mm，轮毂长取60mm，轴段长58mm，所以键长=毂长-（510）mm，取50mm，工作长度为50-14=36mm（2）键的校核查机械设计基础式10-7得该处键联接有轻微冲击，查机械设计基础表10-11得键1450GB1096-79符合设计要求。4.联轴器与轴的键联接键选用45钢A型平键，联轴器轴径32mm，查10-10得b=10mm，h=8mm，轮毂长80mm，键长取70mm，工作长度70mm选用1070GB1096-79键合适。4.5 联轴器的选择与计算1.类型转速较低，功率不大，安装时不易保证完全同轴。选用 弹性柱销联轴器2.转矩查机械设计基础式18-1得（1）T=237.303N.m（2）名义转矩查表18-1得，工作机是转矩变化小的运输机且原动机为电动机（3）型号轴径30mm，查机械设计常用标准表6-4，选用联轴器第五章 减速器草图设计5.1箱体的结构设计根据机械设计课程设计表6-1减速器铸铁箱体的结构尺寸结合减速器实体图可知1.减速箱体厚度部分下箱座、上箱盖壁厚下箱座剖分面处凸缘厚度上箱盖剖分面处凸缘厚度地脚螺栓底脚厚度箱座上的肋厚箱盖上的肋厚2.安装地脚螺栓部分单机圆柱齿轮减速器中心距小于200mm地脚螺栓通孔直径地脚螺栓直径地脚螺栓沉头座直径地脚凸缘尺寸地脚螺栓数目n=43.安装轴承旁螺栓部分轴承旁联接螺栓直径M12轴承旁联接螺栓通孔直径轴承旁联接螺栓沉头座直径剖分面凸缘尺寸4.安装上下箱体螺栓部分上下箱联接螺栓直径M10上下箱联接螺栓通孔直径上下箱联接螺栓沉头座直径箱缘尺寸（扳手空间）5.轴承端盖部分轴承盖螺钉直径轴承座外径箱体外壁距离轴承盖端面距离=44mm箱体内壁距离轴承座端面距离6.其他尺寸圆锥定位销直径减速器中心高H=（11.12）a，取135mm大齿轮端面与箱内壁间距离为 大齿轮齿顶圆与箱内壁距离5.2大带轮结构设计【附录三】根据带轮设计尺寸，结合机械设计课程设计表6-3V带轮的结构形式及辐板的结构形式及辐板厚度则应设计成孔板式，尺寸如下第6章 齿轮减速箱的润滑与密封设计1.齿轮传动采用油润滑，油的种类为机械油（GB443-84）代号为462.滚动轴承处采用脂润滑，脂的种类为滚珠轴承脂（SY1514-82）代号为ZGN69-23.轴伸出端采用毡圈密封4.轴承靠箱体内侧用封油环密封5.箱盖与箱座接合面上涂密封胶或水玻璃6.轴承端盖与箱体接触面处采用一组调整垫片进行密封，检查孔盖处采用垫片进行密封，放油螺塞处采用垫圈进行密封第七章 设计小结7.1本次课程设计进程：数据计算：17周周，周二草图绘制：17周周三至周日正式图绘制18周周一至周三零件图绘制：18周周四课程设计说明书：17周18周7.2课程设计的收获1.锻炼了用专业知识解决实际问题的能力，在课程设计中综合运用了机械设计、机械制图等知识，对这方面知识有了更加综合的理解。2.