机械设计基础课程设计.doc

1、机械设计基础课程设计计算说明书设计题目：用于链式运输机的一级圆柱齿轮减速器的设计学院：中国人民解放军海军航空大学专业：兵器工程（143071）学号： 71022设计者：吕峰张培尧指导教师：王燕铭完成日期： 2017 年 7 月 15 日目录一、传动方案的确定二、电动机的选择电动机类型和结构形式选择确定电动机功率确定电动机型号三、传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配计算总传动比分配各级传动比四、传动装置运动及动力参数的计算计算各轴转速计算各轴功率计算各轴转矩五、减速器外的传动零件的设计链传动的设计计算确定计算功率确定链轮齿数确定链条节数确定链条型号确定实际中心距计算链速作用在轴上的压力六、减

2、速器内的传动零件的设计齿轮传动的设计计算选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数确定齿轮许用应力按齿轮弯曲强度设计计算验算齿面接触强度齿轮的圆周速度七、轴的设计计算及强度校核轴的选材及其许用应力的确定轴的初步设计联轴器的选择轴承的选择大齿轮轴的强度校核小齿轮轴的强度校核八、键的强度校核输入轴伸出段固定带轮的键大齿轮处的键小齿轮处的键九、减速器箱体的设计箱体主体结构设计的基本要求箱体附件的结构设计要求十、减速器的润滑齿轮的润滑轴承的润滑十一、设计小结十二、参考资料设计任务书学生姓名：吕峰张培尧学号： 1 2专业：兵器工程指导教师：王燕铭题目：用于链式运输机的一级圆柱减速器的设计1. 设计项目：用于链式

3、运输机的一级圆柱齿轮减速器。其传动简图如图1 所示图 1 链式运输机的一级圆柱齿轮减速器2. 工作条件：运输机连续工作，单向运转，载荷变化较小，空载启动，每天三班制工作，使用期限 5 年，每年按 300 个工作日计算，小批量生产。运输带速度允许误差 5%。3. 原始数据：带曳引力F=2000N，运输带的工作速度v=s，传动滚筒直径D=450mm。4. 设计任务：（1）设计内容：电动机选型；链传动设计；减速器设计； 联轴器选型。（2）设计工作量：减速器装配工作图1 张（A1幅画）；零件工作图 13 张（ A3 或 A4 幅画）；设计计算说明书1 份。5. 设计要求：（1）减速器中齿轮设计成：直齿

4、轮。（2）减速器中齿轮设计成：标准齿轮。6. 设计期限： 2017年 7 月 3 日至 2017 年 7 月 16日计算及说明一、传动方案的确定传动装置选用链传动和闭式一级圆柱齿轮传动系统，具有结构简单、 制造成本低的特点。 链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减小轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。本方案中，链的寿命较短，且工作环境较为适宜，故在尺寸要求不高，环境条件允许的情况下，可以采用本方案。二、电动机的选择电动机类型和结构形式选择按照已知的动力源和工作条件选用Y 系列三相异步电动机。确定电机功率1）传

5、动装置的总效率查表得：=（滚子链），=（一对滚动轴承） ，=（ 7 级精度）。=*=2）工作机所需电动机功率，由公式可得：=确定电动机型号滚筒工作转速=106r/min主要结果=106r/min按表推荐的传动比常用范围，取链传动比=24，一级圆柱齿轮传动比=35，则总传动比范围为=620。因此，电动机转速的可选范围为=i*=（ 620） *106=6362120r/min电动机选用Y160M-6符合这一范围的电动机同步转速有1000r/min 、1500r/min 。查表选择电动机H=160mm型号 Y160M-6。其满载转速r/min ，额定功率kW。查表得：D=42mm电动机的机座中心高H

6、=160mm ；E=110mm电动机的伸出端直径D=42mm ；电动机的伸出端长度E=110mm。三、传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配=计算总传动比=计算及说明分配各级传动比查表可得，链的传动比取为=，则圆柱齿轮的传动比=四、传动装置运动及动力参数的计算计算各轴转速= =970r/min= = =min= =min计算各轴功率= =*= *=*=计算各轴转矩各轴的运动及动力参数列于表1表 1各轴的运动及动力参数轴名功率 P转速转矩 T传动比 i效率（ kW）n(r/min)（ N）0970I主要结果=970r/min=min=min=II五、减速器外的传动零件的设计链传动的设计计算确定

7、计算功率由主动机为电动机，中等冲击，查表得工况系数，,选用单排链，查表得,则计算及说明主要结果=确定链轮齿数由传动比，查表得。大链轮齿数，取实际传动比 i=,误差小于 5%，故允许。确定链条节数初定中心距,得=130=2 + ()2=130确定链条型号选用 12A 链条由、r/min ，查图得，取12A 链条可满足要求，查表得链的节距p=。确定实际中心距中心距设计为可调节的，根据之前计算结果，可取：v=sa=40p=40*=762mm计算链速=符合设计要求作用在轴上的压力取 =，有=*1000* =*1000*=压力角 =20六、减速器内的传动零件的设计齿轮传动的设计计算齿轮 8 级精度6.1

8、 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按传动方案选用直齿标准圆柱齿轮传动，压力角=20；2） 链式运输机为一般工作机器，速度、精度要求不高， 故齿轮选用8 级精=25，=78度；3）材料选取，查表可得，大小齿轮均使用45 钢，表面淬火处理，齿面硬u=度为 4050HRC；=1135MPa4）选择小齿轮齿数=25，大齿轮齿数=*=*25= ，取=78;=445MPa5）齿数比u= = =确定齿轮许用应力1）大小齿轮均采用45 钢，表面淬火处理， 则=1135MPa，=445MPa；计算及说明主要结果2） 由表可得，取=，=1，取=，则有=356MPa= 356MPa=1135MPa按齿轮弯曲强

9、度设计计算=1135MPHa1）根据之前设计要求， 齿轮按 8 级精度制造。 取载荷系数 K=，齿宽系数=；2）小齿轮上的转矩=*=*查图可得，=*=法向模数 m=取 m=，则=m=m=m=195mm=195mmu=取 =30mm验算齿面接触强度=30mm由公式可得= ， K=*=所以安全齿轮的圆周速度v=s选择 8 级制造精度合适。七、轴的设计计算及强度校核轴的选料及其许用应力的确定因减速器整体传递的功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，所以初选轴的材料为45 钢，调质处理。查表得：轴材料的硬度为217255HBW，抗拉强计算及说明主要结果度极限=640MPa，屈服强度极限疲劳极限=155

10、MPa，许用弯曲应力=355MPa，弯曲疲劳极限=60MPa。=275MPa，剪切轴的初步设计1）高速轴最小直径单级齿轮减速器的高速轴为转轴，输入端与大带轮相连接，所以输入端轴径应最小。查表可得，取C=113，则=C=113*=25mm=*(1+5%)=取 =25mm 。2）低速轴最小直径低速轴的输出端与联轴器相连， 所以低速轴输出端轴径应最大，查表可得，取 C=113，则=35mm=C=113*=*(1+5%)=取 =35mm 。联轴器的选择联轴器类型：选用刚性联轴器查表可得，对于工作机为运输机，原动机为电动机，取工作情况系数= ，=*=由上述条件可得，根据查表，选择联轴器型号GY3.轴承的

11、选择选择 6206AC 型轴承1） 6206AC 型轴承确定基本额定动载荷，=14000N，106ft C球轴承3LhfP P60n查表可得，取=1，=， n=970r/min解得=*()3=21717h预期寿命=8*300*5=12000所以选择6206AC 型轴承合适。2） 6308AC 型轴承确定基本额定动载荷，=40800N，Lh106f t C60n球轴承3f P P查表可得，取=1， =，=min解得 =*()3=10977h预期寿命 =12000计算及说明主要结果因为此处计算的是极限条件下的使用寿命，一般不会发生，略小于可以选择 6308AC 型轴承正常使用，故选择6308AC

12、型轴承合适。大齿轮轴的强度校核1）大齿轮轴各段长度=40mm由联轴器孔径尺寸可得，轴径=40mm ；=9mm=9mm ；50mm50mm ；=5mm=5mm ；95mm95mm ；2）大齿轮轴的强度校核=水平面内支反力及弯矩：垂直面内支反力及弯矩： m计算及说明主要结果=25mmM高速轴总弯矩：按弯扭合成强度校核：符合要求小齿轮轴的强度校核1）小齿轮轴各段长度由联轴器孔径尺寸可得，轴径=25mm ；计算及说明主要结果；2）小齿轮轴的强度校核水平面内支反力及弯矩：垂直面内支反力及弯矩：总弯矩：按弯扭合成强度校核：符合要求计算及说明八、键的强度校核输入轴伸出段固定链轮的键(10 835)mm链轮轮

13、毂为铸铁材料，键承受轻微冲击。= - =35-10=25mm=35mmT1= = =5060Mpa该键的挤压强度满足要求。大齿轮处的键(149 45)mm大齿轮轮毂为钢材，键承受轻微冲击。= - =45-14=31mm=45mmT2= m= = =100120Mpa该键的挤压强度满足要求。小齿轮处的键(108 35)mm小齿轮轮毂为钢材，键承受轻微冲击。= - =35-10=25mm=35mmT1= = =100120Mpa该键的挤压强度满足要求九、减速器箱体的设计箱体主体结构设计的基本要求1）箱体要有足够的刚度（1 ）采用铸造的方法制造减速器，考虑到安装方便，采用剖分式结构，主要结果=使剖分

14、面通过轴心线。（ 2 ）保证足够的壁厚，为保证箱体的支撑刚度，轴承座上应有足够的厚度，并设置加强肋，在此选用外肋结构。（ 3 ）为提高轴承座处的联接刚度， 座孔两侧的连接螺栓应尽量靠近轴承，为此轴承座附近做出凸台，有一定高度以留出足够的扳手空间，但不超过轴承座外圆。2）箱体设计要满足客户需求减速器主要是面向客户使用，应当满足性价比高，可靠性高的特点，还应根据客户需求设计箱体形状，材料等3）箱体结构要有良好的工艺性采用铸造箱体，应特别考虑到铸造的工艺要求。如壁厚应均匀，过渡平缓，外形简单，考虑到金属的流动性，避免缩孔、气孔的出现， 壁厚要求10，铸造圆角要求，还要考虑到箱体沿起模方向应有 1：

15、20 的起模斜度，以方便起模。计算及说明主要结果（ 1 ）设计箱体结构形状时还应尽量减小机械加工面积，减少工件和刀锯的调整次数；（ 2 ）保证同一轴心线上的两轴承座孔的直径应尽量一致，以便镗孔并保证镗孔精度；（ 3）各轴承座外端面应位于同一平面，箱体两侧应对称，便于加工检验；（ 4）螺栓头部或螺母接触处做出沉头座坑，以减少加工面积；（ 5）螺纹连接处留出足够的扳手空间总之结构设计要满足连接和装配两个方面的要求，在此基础上，箱体形状力求均匀、美观。箱体附件的结构设计要求1）凸台为保证剖分式箱体轴承座孔的加工与装配精度，在箱体联接凸台的长度方向两端各设一圆锥定位销。两销间的距离尽量远，以提高定位精

16、度。定位销直径一般取，长度应大于箱盖和箱座联接凸台的总厚度，以利于装拆。2）吊钩为调运整台减速器，在箱座两端凸台下面直接铸出吊钩。3）油标油标的设计主要以方便装拆为设计准则，使箱座油标的倾斜位置便于加工和使用即可。 油标的作用是保持向内正常的油量。在此选用带有螺纹的杆式油标。 最低油面为传动零件正常运转时所需的油面，最高油面为油面静止时高度；4）窥视孔窥视孔的设计应保证可以看到两齿轮的啮合点，以便观察工是否正常。还要考虑窥视孔盖的高度的合理性。5）通气器（ 1）功能概述通气器主要作用为降低箱体内的压力，自由排气，保证减速器正常工作。减速器运转时，由于摩擦发热，箱内温度升高、气体膨胀，压力增大，

17、对减速器的密封极为不利，因此在箱盖顶部的窥视孔盖上设置通气器，使箱体内的热胀气体自由排出，以保证箱体内外压力相等，提高箱体油缝隙处的密封性能。（ 2）装置类型选择在此选用简单的通气器即可。特别注意通气孔不能直通顶端，以避免灰尘侵入。此类通气器结构简单，适用于比较清洁的场合。6）放油孔及螺栓（ 1）功能概述为将污油排放干净，应在油池的最低位置处设置防油孔，这样才可以将废油及污垢尽。平时放油孔用螺塞及封油垫圈密封。（ 2）装置组件选择在此采用纸制封油圈，材料为石棉橡胶纸；螺塞直径约为箱体壁厚的 2-3 倍即可。计算及说明主要结果7）油面指示器（ 1）功能概述箱体设计中，考虑到齿轮需要一定量的润滑油

18、，为指示减速器内油面的高度，保持箱内正常的油量，应在便于观察和利于油面稳定的设置油面指示器。（ 2）装置类型选择在此选用带有螺纹的杆式油标。应使箱座油标的倾斜位置便于加工和使用。油标插座的位置及角度既要避免箱体内的润滑油溢出，又要便于油标的插取及插座上沉头座孔的加工。最低油面为传动零件正常运转时所需的油面，最高油面为油面静止时高度。游标位置不能过低，油标内杆与箱体内壁的交点应高于油面即可。十、减速器的润滑齿轮的润滑由于齿轮的圆周速度v=s 12m/s故齿轮采用油池浸油润滑，查表可得，选用L-CKC150润滑油，大齿轮浸油深度约为 12mm 。轴承的润滑根据该减速器设计要求及工作环境，以及相关的

19、齿轮圆周速度，依据经济实惠，性价比高，稳定性强，滴点相对较高，客户易得的原则，轴承选择使用润滑脂润滑，查表可得，选择4 号钙基润滑脂。十一、设计小结此次的课程设计是由吕峰和张培尧合作完成，在这次的减速器设计过程中，我们第一次完成了从头至尾、从无到有的设计。我们二人互相配合，互相帮助，从最开始的数据计算，核对计算结果， 绘制草图，确定最终方案， 到通过 SolidWorks齿轮采用油池浸油润滑轴承采用润滑脂润滑设计各个零件，形成建模，完成装配，渲染效果，制作动画，到最后制作设计说明书，在这个过程中的每一步我们都经历了不同的困难、遇到了大量的问题。比如，进行零件强度校核的时候，大量的数学公式让我们晕头转向；确定最终设计方案时，由于意见不同，产生分歧，我们甚至发生了争吵；在用电脑绘制工程图的过程中，我们又发现了很多原来设计的不合理，经过一番讨论，还要返工修改。在遇到问题，解决问题的过程中，我们