机械基础综合课程设计设计计算说明书-单级圆柱齿轮减速器和一级带传动

1、机械基础综合课程设计设计计算说明书一、课程设计任务书题目：单级圆柱齿轮减速器和一级带传动工作条件：使用年限8年，工作为二班工作制，载荷平稳，环境清洁。原始数据：滚筒圆周力f=1000n；带速v=2.0m/s；滚筒直径d=500mm；滚筒长度l=500mm。注意事项：（打印时去掉） 将设计人的电子版课程设计任务书（从邮箱中下载）粘贴、整理在此处； 正文中的标题（一、二、三）字体为黑体、小三号、非加粗、居中，且要求不同标题不能放在同一页，下一个标题及其内容要放在下一页； 设计计算内容字体为宋体、小四号、非加粗，按照样例排版即可； 行间距要求：单倍行距； 以下左侧方框内为对应标题及其设计计算过程，右

2、侧方框对应位置写设计计算的结果或结论。二、传动方案的拟定与分析传动方案拟定步骤：（打印时去掉） 根据工作条件和各种传动形式的特点、性能和适用范围拟定几种（三种以上）传动方案； 对已经拟定出的传动方案逐一进行分析比较（优化的过程），选出最好的一个方案作为设计方案； 画出传动系统简图； 设计任务书中已经给定传动方案的，该部分内容不用设计，但必须对给定方案的优缺点作出评价。三、电动机的选择1、电动机类型的选择选择y系列三相异步电动机。2、电动机功率选择（1）传动装置的总效率： =0.960.9820.970.990.96=0.8412（2）电机所需的功率：3、确定电动机转速计算滚筒工作转速：按机械设

3、计课程设计指导书p7表1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围，取v带传动比，则总传动比合理范围为i总=624。故电动机转速的可选范围为：。符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号，因此有三种传动比方案，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为y132s-6。其主要性能：额定功率3kw；满载转速960r/min；额定转矩2.0；质量63kg。

4、四、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比2、分配各级传动比（1） 据指导书p7表1，取齿轮（单级减速器合理）（2）五、动力学参数计算1、计算各轴转速2、计算各轴的功率pi=p电机=2.4 kwpii=pi带=2.40.96=2.304 kwpiii=pii轴承齿轮=2.3040.980.96=2.168kw3、计算各轴扭矩ti=9.55106pi/ni=9.551062.4/960=23875 nmmtii=9.55106pii/nii=9.551062.304/458.2=48020.9 nmmtiii=9.55106piii/niii=9.551062.168/76.4=271000

5、 nmm六、传动零件的设计计算 v带传动的设计计算1、选择普通v带截型由教材p156表8-7取ka=1.2pc=kap=1.23=3.9kw由教材p157图8-11选用a型v带2、确定带轮基准直径，并验算带速由教材教材p157图8-11推荐的小带轮基准直径为：80100mm，则取dd1=100mmdmin=75 mm dd2=n1/n2dd1=960/458.2100=209.5mm由教材p157表8-8，取dd2=200mm 实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960100/200=480r/min转速误差为：n2-n2/n2=458.2-480/458.2 =-0.0481200（适用

6、）5、确定带的根数根据教材p152表（8-4a）查得：p0=0.95kw根据教材p153表（8-4b）查得：p0=0.11kw根据教材p155表（8-5）查得：k=0.96根据教材p146表（8-2）查得：kl=0.96由教材p158式（8-26）得：z=pc/pr=pc/(p0+p0) kkl=3.9/(0.95+0.11) 0.960.96=3.99取z=46、计算轴上压力由教材p149表8-3查得q=0.1kg/m，由教材p158式（8-27）单根v带的初拉力：f0=500pc/zv（2.5/k-1）+qv2=5003.9/（45.03）(2.5/0.96-1)+0.15.032=158

7、.01n则作用在轴承的压力fp，由教材p159式（8-28）得：fp=2zf0sin1/2=24158.01sin167.60/2=1256.7n 齿轮传动的设计计算1、选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40cr调质，齿面硬度为240260hbs。大齿轮选用45钢调质，齿面硬度220hbs；根据教材p210表10-8选7级精度。齿面粗糙度ra1.63.2m2、按齿面接触疲劳强度设计根据教材p203式10-9a：d176.43(kt1(u+1)/duh2)1/3进行计算确定有关参数如下： 传动比i齿=6取小齿轮齿数z1=20。则大齿轮齿数：z2=iz1=

8、620=120实际传动比i0=120/20=6传动比误差：i-i0/i=6-6/6=0%2.5% 可用齿数比：u=i0=6 由教材p205表10-7取d=0.9 转矩t1t1=9.55106p/n1=9.551062.4/458.2=50021.8nmm 载荷系数k取k=1 许用接触应力hh=hlimkhn/sh由教材p209图10-21查得：hlimz1=570mpa hlimz2=350mpa由教材p206式10-13计算应力循环次数nn1=60njlh=60458.21(163658)=1.28109n2=n1/i=1.28109/6=2.14108由教材p207图10-19查得接触疲劳

9、的寿命系数：khn1=0.92 khn2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求，选取安全系数sh=1.0h1=hlim1 khn1/sh=5700.92/1.0mpa=524.4mpah2=hlim2 khn2/sh=3500.98/1.0mpa=343mpa故得：d176.43(kt1(u+1)/duh2)1/3d1=76.43150021.8(6+1)/0.9634321/3mm=48.97mm模数：m=d1/z1=48.97/20=2.45mm取标准模数：m=2.5mm3、校核齿根弯曲疲劳强度根据教材p201公式10-5a：f=(2kt1/bm2z1)yfaysah确定有关参

10、数和系数 分度圆直径：d1=mz1=2.520mm=50mmd2=mz2=2.5120mm=300mm齿宽：b=dd1=0.950mm=45mm取b=45mm b1=50mm 齿形系数yfa和应力修正系数ysa根据齿数z1=20，z2=120由表10-5得：yfa1=2.80 ysa1=1.55yfa2=2.14 ysa2=1.83许用弯曲应力f根据公式：f= flim/sfflim1=290mpa flim2 =210mpa按一般可靠度选取安全系数sf=1.25计算两轮的许用弯曲应力f1=flim1 /sf=290/1.25=232mpaf2=flim2 /sf=210/1.25=168mp

11、a 将求得的各参数代入式f1=(2kt1/bm2z1)yfa1ysa1=(2150021.8/452.5220)2.801.55=77.2mpaf1f2=(2kt1/bm2z2)yfa1ysa1=(2150021.8/452.52120)2.141.83=11.6mpaf2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够4、计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(z1+z2)=2.5/2(20+120)=175mm5计算齿轮的圆周速度vv=d1n1/601000=3.1450458.2/601000=1.2m/s七、轴的设计计算 输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45调质，硬度217255hbs根据教材p370（15

12、-2）式，并查表15-3，取a0=115d115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm考虑有键槽，将直径增大5%，则：d=19.7(1+5%)mm=20.69选d=22mm2、轴的结构设计（1）轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称布置，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，周向用平键连接。两轴承分别以轴肩和套筒定位。（2）确定轴各段直径和长度i段：d1=22mm 长度取l1=50mmh=2c c=1.5mmii段：d2=d1+2h=22+221.5=28mmd2=28mm初选用7206c型角接触球轴承，其内径为30mm，宽度为16mm。考

13、虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm，故ii段长：l2=（2+20+16+55）=93mmiii段：直径d3=35mml3=l1-l=50-2=48mm段：直径d3=35mm由手册得：c=1.5 h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm长度与右面的套筒相同，即l4=20mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3该段直径应取：（30+32）=36mm因

14、此将段设计成阶梯形，左段直径为36mm段直径：d5=30mm. 长度l5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距l=100mm（3）按弯矩复合强度计算求小齿轮分度圆直径：已知d1=50mm求转矩：已知t2=50021.8nmm求圆周力：ft根据教材p198（10-3）式得：ft=2t2/d2=50021.8/50=1000.436n求径向力fr根据教材p198（10-3）式得：fr=fttan=1000.436tan200=364.1n因为该轴两轴承对称，所以：la=lb=50mmn 绘制轴的受力简图（如图a）n 绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：fay=fby=fr/2=182.05n

15、faz=fbz=ft/2=500.2n由两边对称，知截面c的弯矩也对称。截面c在垂直面弯矩为：mc1=fayl/2=182.0550=9.1nmn 绘制水平面弯矩图（如图c）截面c在水平面上弯矩为：mc2=fazl/2=500.250=25nmn 绘制合弯矩图（如图d）mc=(mc12+mc22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6nmn 绘制扭矩图（如图e）转矩：t=9.55（p2/n2）106=48nmn 绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭转切应力按脉动循环变化，取=1，截面c处的当量弯矩：mec=mc2+(t)21/2=26.62+(148)21/2=99.6nmn 校核危险截

16、面c的强度由式（15-5）e=mec/0.1d33=99.6/0.1413=14.5mpa -1b=60mpa该轴强度足够。 输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255hbs）根据教材p370页式（15-2），表（15-3）取c=115dc(p3/n3)1/3=115(2.168/76.4)1/3=35.08mm取d=35mm2、轴的结构设计（1）轴上的零件定位，固定和装配 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶

17、梯状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度 初选7207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。（3）按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=300mm求转矩：已知t3=271nm求圆周力ft：根据教材p198（10-3）式得ft=2t3/d2=2271103/300=1806.7n求径向力fr根据教材p198（10-3）式得fr=fttan=1806.70.36379=657.2n两轴承对称la=lb=

18、49mmn 求支反力fax、fby、faz、fbzfax=fby=fr/2=657.2/2=328.6nfaz=fbz=ft/2=1806.7/2=903.35nn 由两边对称，截面c的弯矩也对称，截面c在垂直面弯矩为mc1=fayl/2=328.649=16.1nmn 截面c在水平面弯矩为mc2=fazl/2=903.3549=44.26nmn 计算合成弯矩mc=（mc12+mc22）1/2=（16.12+44.262）1/2=47.1nmn 计算当量弯矩：根据教材选=1mec=mc2+(t)21/2=47.12+(1271)21/2 =275.06nmn 校核危险截面c的强度由式（15-5

19、）e=mec/（0.1d3）=275.06/(0.1453)=1.36mpa-1b=60mpa此轴强度足够八、滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命：163658=48720小时1、计算输入轴轴承（1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：fr1=fr2=500.2n初选两轴承为角接触球轴承7206ac型根据教材p322表13-7得轴承内部轴向力fs=0.68fr 则fs1=fs2=0.68fr1=315.1n（2）fs1+fa=fs2 fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端fa1=fs1=315.1n fa2=fs2=315.1n（3）求系数x、yfa1/fr1=3

20、15.1n/500.2n=0.63fa2/fr2=315.1n/500.2n=0.63根据教材p321表13-5得e=0.68fa1/fr1e x1=1 fa2/fr248720h预期寿命足够2、计算输出轴轴承（1）已知n=76.4r/min fa=0 fr=faz=903.35n试选7207ac型角接触球轴承根据教材p322表13-7得fs=0.68fr，则fs1=fs2=0.68fr=0.68903.35=569.1n（2）计算轴向载荷fa1、fa2fs1+fa=fs2 fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：fa1=fa2=fs1=569.1n（3）求系数x、y

21、fa1/fr1=569.1/903.35=0.63fa2/fr2=569.1/930.35=0.63根据教材p321表11-8得：e=0.68fa1/fr1e x1=1 y1=0fa2/fr248720h此轴承合格九、键连接的选择及校核计算1、大带轮与轴连接采用平键连接轴径d1=22mm，l1=50mm查手册p51 选用c型平键，得：b=8 h=7 l=50即：键c850 gb/t1096-2003 l=l1-b=50-4=46mm t2=48nm 根据教材p106式6-1得p=4t2/dhl=448000/22746=27.10mpap(110mpa)2、输入轴与齿轮连接采用平键连接轴径d3

22、=35mm l3=48mm t=271nm查手册p51 选a型平键，得：b=10 h=8 l=48即：键1048 gb/t1096-2003l=l3-b=48-10=38mm h=8mmp=4t/dhl=4271000/35838=101.87mpap(110mpa)3、输出轴与齿轮2连接用平键连接轴径d2=51mm l2=50mm t=61.5n.m查手册p51 选用a型平键，得：b=16 h=10 l=50即：键1650gb/t1096-2003l=l2-b=50-16=34mm h=10mm根据教材p106（6-1）式得p=4t/dhl=46100/511034=60.3mpap (11

23、0mpa)十、联轴器的选择及校核计算联轴器选择的步骤：1、 类型选择；2、 载荷计算；3、 型号选择。可参考教材第十四章进行十一、减速器的润滑与密封1、齿轮的润滑因齿轮的圆周速度45%，长度60%；（4）角接触球轴承7213c、7218c、7220c的轴向游隙均为0.100.15mm；用润滑油润滑；（5）箱盖与接触面之间禁止用任何垫片，允许涂密封胶和水玻璃，各密封处不允许漏油；（6）减速器装置内装ckc150工业用油至规定的油面高度范围；（7）减速器外表面涂灰色油漆；（8）按减速器的实验规程进行试验。 电动机型号：y132s-6pi=2.4kwpii=2.304kwpiii=2.168kwti

24、=23875nmmtii=48020.9nmmtiii=271000nmmdd1=100mmdd2=200mmn2=480r/minv=5.03m/s210mma0600mm取a0=500ld=1400mma=462mmz=4根f0=158.01nfq =1256.7ni齿=6z1=20z2=120u=6t1=50021.8nmmhlimz1=570mpahlimz2=350mpan1=1.28109n2=2.14108khn1=0.92khn2=0.98h1=524.4mpah2=343mpad1=48.97mmm=2.5mmd1=50mmd2=300mmb=45mmb1=50mmyfa1=

25、2.80ysa1=1.55yfa2=2.14ysa2=1.83flim1=290mpaflim2 =210mpasf=1.25f1=232mpaf2=168mpaf1=77.2mpaf2=11.6mpaa =175mmv =1.2m/sd=22mmd1=22mml1=50mmd2=28mml2=93mmd3=35mml3=48mmd4=41mml4=20mmd5=30mml=100mmft =1000.436nfr=364.1nfay =182.05nfby =182.05nfaz =500.2nmc1=9.1nmmc2=25nmmc =26.6nmt=48nmmec =99.6nme =14

26、.5mpa-1bd=35mmft =1806.7nfr=657.2nfax=fby =328.6nfaz=fbz=903.35nmc1=16.1nmmc2=44.26nmmc =47.1nmmec =275.06nme =1.36mpa-1b轴承预计寿命48720hfs1=fs2=315.1nfa1=fs1=315.1n fa2=fs2=315.1nx1=1y1=0x2=1y2=0p1=750.3np2=750.3nlh=1047500h预期寿命足够fr =903.35nfs1=fs2=569.1nfa1=fs1=569.1nfa2=fs2=569.1nx1=1y1=0x2=1y2=0p1=1355np2=1355nlh=2488378.6h轴承合格键c850 gb/t1096-2003 p=27.10mpa键1048gb/t1096-2003p=101.87mpa键1650gb/t1096-2003p=60.3mpa设计小结经过几周的课程设计，我终于完成了自己的设计，在整个设计过程中，感觉学到了很多的关于机械设计的知识，这些都是在平时的理论课中不能学到的。还将过去所