机械设计说明

1、机械设计课程设计说明书课程设计题目：单级圆柱减速器姓名：学号：专业：交流生班级：交流指导教师：完成时间：2018 年 11 月30 日机械设计课程设计说明书目录一、 设计任务书 .错误！未定义书签。二、 机械传动装置的总体设计.错误！未定义书签。三、 计算 V 带传动.4四、 齿轮的计算.7五、 轴的初步计算 .错误！未定义书签。六、 轴承的计算与选择. 错误！未定义书签。七、 键的选择与验算. 错误！未定义书签。八、 联轴器的选择. 错误！未定义书签。九、 润滑与密封设计. 错误！未定义书签。十、 相关参数的验证及误差分析. 错误！未定义书签。十一、箱体的机构设计. 错误！未定义书签。十二、

2、参考资料 .错误！未定义书签。机械设计课程设计说明书一、设计任务书原料车间一运送饮料的带式输运机，由电动机经一级减速传动装置带动，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制工作，工作期限5 年。设计参数如下:运输带主动鼓轮轴输入端转矩Tw=500 N m主动鼓轮直径D=350 mm运输带工作速度Vw=1.5 m/s二、机械传动装置的总体设计（一）确定传动方案Pw=4.285Kw（二）选择电动机1) 工作机的转速nW=60Vw 1000/D=601.5 1000/（ 350） =81.851r/min- 1 -机械设计课程设计说明书2) 工作机的输入功率Pw=

3、TW nW/9550 kw=500 81.851/9550=4.285 kw3) 电动机所需的输出功率 P0 Po=Pw/ 总 (kw)总 =24带轮链条联轴器轴承=0.95 0.98 0.91 0.99320.994=0.802 查课设表 2-2轮 =0.97 （选 7 级精度（稀油润滑）圆柱齿轮传动）带 =0.95 （ V 带传动）链条 =0.91 （开式滚子链）联轴器 =0.993 （ 2 个弹性联轴器 （运送饮料的带式运输机，每日两班工作， 5 年，而非金属寿命短） ）轴承 =0.99 （ 4 个滚子轴承转速较高，旋转精度高）4) 选择电动机查课设表2-3选电动机主要参数：电动机额定功

4、设计功同步转满载转堵载转最大转型号率(kW)率 (kW)速速矩矩(r/minm(r/m额定转额定转n)in)矩矩Y132 5.505.10150014402.22.2-4Nw=86.398r/min =0.811 (7 级精度 ) Po=5.44Kwnm=1440r/min（三）总传动比的确定与分配1) 总传动比inm / nw1440/ 81.85117.5932) 传动比的分配查课设表取 i 链=2.199 ，得 i 齿 =4.000 ，则 i 带= i/ （ i 齿 i 链）=17.593/（ 2.199*4.000 ） =2.000（四）确定各轴的功率、转矩和转速i 总=17.593i

5、 带=2.000i 齿=4.000i 链=2.199- 2 -机械设计课程设计说明书1) 各轴输入功率电动机轴P0 5.297 kW轴 (减速器高速轴 )PI P05.297 0.95 5.032kW带轴 (减速器低速轴)PIIPI齿球5.032 (0.98 0.99)4.882kW2) 各轴转速电动机轴 n0nm1440 r / min轴n1nm / i11440 / 2.000720.000r / min轴n2n1 / i 2720/ 4.000180 r / min3) 各轴转矩 电动机轴T09550P0 / nm9550 5.297 / 144035.129N m轴T19550 P1

6、/ n195505.032 / 72066.744 N m 轴T29550 P2 / n295504.882/ 180259.017 N m把上述计算结果列于下表 :输入功率转速 n (r/min)输入转矩 T Nmkw电动机轴5.297144035.129轴5.03272066.744轴4.882180259.017Po=5.297KwPI =5.032KwPII =4.882KwNo=1440r/minNI=720r/minNII =180r/minT0=35.129NmT1=66.744NmT2=259.017Nm三、计算 V 带传动（一）确定计算功率- 3 -机械设计课程设计说明书根据

7、 V 带工作条件 ,由表 13-6 选工作情况系数KA 1.2所以PcK A P01.25.2976.3564kW（二）选择带的型号根据 Pc 与小带轮转速n,由图 13-12 ,选用 A 型普通 V 带。（三）确定带轮的基准直径d1 和 d21) 选择小带轮基准直径 d1根据图13-12 及表 13-7，在 A 型 V 带的带轮基准直径范围112140mm中选取小带轮基准直径dd 1112 mm2) 选择大带轮基准直径 d2dd 2n0d d 1(1) / n11440 112(10.02) / 720 219.52mm查表 13-7取标准值dd 2220mm（四）验证带速v带dd 1n1

8、/( 60 1000)112 1440/(60 1000)8.445m / s带速在 5 25 m/s 范围内 ,故带轮的基准直径选取合适。（五）确定中心距和带长1) 初步确定中心距0.7(dd1dd 2 )a02(dd1dd 2 )232.4a0664故初定中心距a0400mm2) 初定 V 带基准长度L02a0(dd1dd 2 ) / 2(dd 2dd1 )2 / 4a02 400 (112 220) / 2 (220 112)2 /( 4 450) 1328.794mmdd1=112mmdd2=220mm- 4 -机械设计课程设计说明书根据初定的带长,查表 13-2 选取相近的基准长度:

9、 L1400mm近似计算实际所需中心距a a0 (Ld L0 ) / 2 435.603mm 2Ld=1400mma=435.603mm=165.807o .（六）验算小带轮包角1180( dd 2dd 1 ) / a57.3165.807120故主动轮上包角合适2 。（七）确定 V 带的根数z Pc / K K L ( P0P0 )查表13-5得A型普通 V带P01.62kW查表 13-8得 A 型普通 V 带K b1.0310 3根据表 13-9 选取传动比系数 K i1.12则功率增量为P0K b n1 (11/ Ki )0.159kW查表 13-10 得 K0.98查表 13-2 得

10、KL0.96因为z Pc / K K L ( P0P0 )6.412 /(1.62 0.159) 0.96 0.96 3.911所以带的根数为Z=4（八）计算张紧力Fo由表 13-1 查得 q=0.1kg/mF0500Pc( 2.5 1) qv25006.3564( 2.51) 0.1 8.4452158.060ZvK48.4450.96- 5 -机械设计课程设计说明书 o=158.060N（九）计算作用在轴上的压轴力FQ2ZF0 sin 12 4 158.060 sin 165.8071188.378 N22（十）确定大带轮的结构Bz1 e2fZ=4315210 65mmB=65mm四、齿轮

11、的计算（一）选 择 齿 轮类型、材料和精度结构：选用闭式斜齿圆柱齿轮材料：小齿轮选用 45钢，调质处理230HBS参数结果参数结果Pc6.3564KWdd1112mmdd 2220mmv8.445 m/sa0436mmZ4 根F0158.06NFQ1198.378N大齿轮选用45 钢，正火处理200HBS精度： 7 级精度Z1=26齿数：小齿轮齿数Z1=26Z2=104大齿轮齿数Z2=*Z1 104- 6 -机械设计课程设计说明书螺旋角： 12（假定）（二）按接触疲劳强度计算1) 小齿轮转矩T166.743N m2) 确定载荷系数由于载荷平稳 查表 11-4取KA 1齿轮 7 级精度，调质处理

12、，查表11-5取 KV1 （初设 ）对称布置，轴刚性大，软齿面查表 11-8 取d1查表 11-9取 K1.23查图 11-7取 K1.05则该斜齿圆柱齿轮传动的载荷系数K 为K KAKVK K1 11.231.051.292K=1.693) 确定弹性系数 Ze 、节点区域系数 Zh、重合度系数 Z 和螺旋角系数 Z钢对铸钢的弹性系数查表11-6 的 ZE189.8 M Pa ；查图 11-9 得节点区域系数ZH=2.45 ；重合度系数 Z1/X t其中，对斜齿轮可取X=0.9,t1.883.2(1/ z11/ z2) cos1.883.2(1/261/ 104) cos121.688由此可得

13、 Z1/Xt1/ (0.9 1.688) 0.811;螺旋角系数 Zcoscos120.9894) 计算许用接触应力 H因大齿轮接触疲劳强度较差，所以接触疲劳强度只要按大齿轮计算。大齿轮 45 钢，由图11-10 取 Hlim2=530MPa查表 11-7，定失效概率为1%得 SH=1 。所以大齿轮许用接触应力为 H2=530/1=530MPa- 7 -机械设计课程设计说明书5) 计算小齿轮分度圆直径ZEZH Z Z2 2KT1 u 1d13 H2du189.82.450.8110.9892 21.29266743 4135301446.09536) 验证速度v d1n1 /(60 1000)

14、46.0953 720 /(60 1000) m / s1.788m / s与初设 v3m/s 相符。（三）确定传动尺寸1) 确定模数 mnmnd1 cos/ z149.462 cos12 / 261.785mm按标准取 mn2.0 mm2) 确定中心距amn ( z1z2 ) / 2 cos2 ( 26104) / 2 cos12 mm132.904mm中心距应圆整成整数，取a133mm3) 确定螺旋角arccosmn (z1z2 ) / 2a004) 确定分度圆直径 d1、 d2d1mn z1 / cos226 / cos12 1133 mm53.200 mmd2mn z2 / cos29

15、0 / cos12 1133 mm212.800 mm5) 确定齿宽 b1、 b2b2d d11 53.200mm53.200mm取 b255mm ,b1b2560mm（四）弯曲疲劳强度计算mn=2.0mmd1=53.200mmd2=212.800mmb2=55mmb1=60mm- 8 -机械设计课程设计说明书1) 确定齿形系数YFa、应力修正系数Ysa 、重合度系数 Y 及螺旋角系数 Y 齿轮当量齿数：zv1z1 / cos327.842大齿轮当量齿数：zz/ cos3111.367v22查图 11-12、图 11-13 得YFa12.58YSa11.61YFa 22.14YSa11.80重

16、合度为：t1.688X=0.9重合度系数为 Y1/ X t1/(0.9 1.688) 0.658螺旋角系数 Y1/140 112.192o /140o0.9142)确定许用弯曲应力 F小齿轮为45 钢调制 230HBS ，查图11-14 得 Flim1=420MPa;大齿轮为45 钢正火 200HBS ，查图11-14 得 Flim2=400Mpa因 mn 2 mm查图 11-15，可取尺寸系数 Y X =1.0；设失效概率为1%,查表 11-7 得安全系数 SF=1。计算许用弯曲应力 F1= Flim 1Y X /SF=(420 1/1)MPa=420MPa F2= Flim 2Y X /S

17、F=(400 1/1)MPa=400MPa3)验算弯曲疲劳强度2KT1F 1YFa 1YSa1Y Ybd m1n21.29266.743(2.581.610.6850.917)MPa5553.200273.623MPa430MPa- 9 -机械设计课程设计说明书YFa 2YSa2F 2F 1YFa 1YSa1( 73.623 2.141.80 )MPa 68.274MPa 340MPa2.581.61所以对齿轮传动弯曲疲劳强度已足够。综上所述齿轮参数为材料模数 mn齿 数齿面硬度齿轮45 钢2mm26230HBS齿轮45 钢2mm104200HBS分度螺旋角齿旋向齿宽分度圆直径齿轮12.192

18、o右旋60mm53.200mm齿轮左旋55mm212.800mm齿顶圆直径中心距精 度齿根圆直径等级齿轮57.200mm133mm748.200齿轮216.800207.800五、轴的初步计算（一）高速轴的设计1) 选择轴的材料选用 45 号钢，正火处理查表 15-1HBS=210 ， b=600Mpa,查图 15-3 1b=55Mpa ， 0b=95Mpa2) 初定轴向尺寸和轴上载荷的作用位置 箱体轴承座凸缘宽度 F=52mm箱内齿宽端面至箱内壁距离a=12mm轴承端面到箱内壁的距离D=14mm大带轮端面至轴承端面螺钉的距离K=20mm轴承端盖螺钉头厚度H=6mm轴承端盖凸缘厚度G=10mm

19、轴承宽度E=20mm大带轮宽度M=65mm轴长L总 E D 2a F G H K M b1L 总=271mm-10-L=130mmX=98.5mm机械设计课程设计说明书=20+13+2*12+53+10+6+20+65+60=271mm轴支撑跨距：LE2D2ab12021321260130mm11 带轮宽度中心到临近轴承宽度中心的距离：=（ 52-14-20/2+10+5+65/2+20 ） mm=94.5mm3) 轴的受力分析 做水平面的受力简图 (a)2000 T12000 66 .743Ft 1 = d153.2002509 NFa1 Ft1 tan02509 tan12.192542.

20、098N0tantan20Fr 1Ft 1 cos2509cos12.192o934.273N求支座反力对A点有：ld1（）FRHB1l - Fr 1 2Fa1 2Xl0FQFRHB113053.200（）130 - 934.273542.09821198.175 98.5130 02对B点有：ld1Fr1 2Fa1 2- FRHA1l FQ X 0934.273 130542.098 53.200 - FRHA1 130 1198.175 98.5 022因此：FRHA11485.906NFRHB11749.808N做平面内弯矩图(b)Ft1=2509NFa1=542.098NFr1=934

21、.273N-11-机械设计课程设计说明书截面左处的弯矩为:M HB左FQ X 1198.175 98.5118.020N m截面 C 处左侧弯矩为：M HC左FQ(Xl )FRHB1 l221198.175 (98.5130 / 2)1749.802130/282.164N截面 C 处右侧弯矩为：lM HC右FRHA1 21485.906130/296.584N做垂直面受力图 (c)FRVA1FRVB1- Ft1-1254.5N2做垂直面弯矩图 (d)截面处的弯矩：lM VCFRVA1 2-1254.50.13/ 2Nm81.5425 N m做合成弯矩图(e)截面 C 左侧合成弯矩：M C左M

22、 VC2M HC2左116.465Nm截面 C 右侧合成弯矩：M C右M VC2M HC2右126.403Nm 做转矩图 (f)T66.743N m1做当量弯矩图(g)因单向传动，可认为转矩为脉动循环变化，故校正系数1b550.5790b95则危险面处的当量弯矩为M eBM B2(T1)2124.124Nm危险截面C 左处的当量弯矩为：M eC左M C2左(T1) 2122.709NmMHB 左=118.020NmMHC 左=82.164NmMHC 右=96.584NmM VC =-81.5425N.mM C 左= 116.465N.mM C 左= 126.403N.m-12-机械设计课程设计

23、说明书危险截面 C 右处的当量弯矩为：M eC右M C2右 ( T1)2126.708N m危险截面 D 处的当量弯矩为：M eDT10.579 66.743 38.644N m 计算危险截面处的轴径截面 D 处直径d D3M eD19.153mm0.11b截面处直径dB3M eB28.259mm0.11b截面 C 处直径dC 3M eC28.454mm0.11b因 D 、C 处各有一个键槽，故应直径放大5%，即d D1.05 19.15320.111mmdC1.0528.45429.877mm为了便于轴承安装，轴颈处直径同步放大5%，即dB1.0528.25929.672mm（二）低速轴的设

24、计1) 选择轴的材料选用 45 号钢，正火处理查表 15-1HBS=210 ， b=600Mpa,查图 15-3 1b=55Mpa ， 0b=95Mpa2) 轴的受力分析 做水平面的受力简图【 1】F t 2 = 2000 T22000 259 .0172434 .370 Nd 2212 .800dD 20.111mmdC 29.877mmdB 29.672mmFt2=2434.370NFa2=525.973NFr2=906.484N-13-机械设计课程设计说明书Fa 2Ft 2tan2434.370tan0525.973N12.1920Fr 2Ft 2tan2434.370tan 20906

25、.484Ncoscos12.1920求支座反力对A点有：ld 2FRHB 2lFr 2 2- Fa 220FRHB 2130212.800130 - 906.4842525.97320对B点有：Fr 2 lFa2d2FRHA2l022130212.800FRHA1130 0906.4842525.9732因此：FRHA2-883.731NFRHB211.753N做平面内弯矩图【2】截面 C 右处的弯矩为 :M H右FR 2l22.7530.1321.479N m2截面 C 左处的弯矩为 :lM H左FRA 2 2883.7310.13257.443Nm做垂直面受力图【3】FRVA 2FRVB

26、2Ft 21217.185N2做垂直面弯矩图【4】截面处的弯矩：lM VCFRVA2 21217.1850.13/ 2Nm79.117 Nm做合成弯矩图【5】截面 C 左侧合成弯矩：M 左M VC2M2左 97.771NmCHC截面 C 右侧合成弯矩：MHC右=-1.479NmMHC左=-57.443NmM VC=79.117NmM C 左=97.771NmM C 右=79.131Nm-14-机械设计课程设计说明书MC右MVC2M HC2右 79.131N m 做转矩图【 6】T2259.017N m做当量弯矩图【7】因单向传动，可认为转矩为脉动循环变化，故校正系数1b550.5790b95则

27、危险面处的当量弯矩为M eBT10.579259.017 149.971N m危险截面 C 右处的当量弯矩为：M eC右M C2右( T2)2169.567 N m危险截面C 左处的当量弯矩为：MeC左MC左N m97.771危险截面 D 处的当量弯矩为：M eDT1 0.579 66.743 38.644N m计算危险截面处的轴径截面 D 处直径M eD30.099mmdD 30.11b截面 B 处直径dB3M eB30.099mm0.11b截面 C 处直径dC3M eC31.356mm0.11b因 C、 D 处各有一个键槽，故应直径放大5%，即dC 1.0531.356 32.9238mm

28、dD1.0530.09931.60395mm为了便于轴承安装，轴颈处直径同步放大5%，即dB1.0530.09931.60395mmdD 31.079mmdC 32.705mmdB 31.079mm-15-机械设计课程设计说明书六、轴承的计算与选择（一）高速轴轴承的设计1) 轴的受力分析轴向力： FA = Fa1 =542.098N径向力：Fr1FRHA2FRVA21944.66NFr 2FRHB2FRVB22153.044N2. 确定轴承型号选 7000AC 型轴承，（ =25），采用正装。由机械设计基础表 17-8 得 7000AC 型轴承的 e=0.68。轴承受力图如下：2) 计算当量动

29、负荷内部轴向力为：Fa1FS1，FS2Fa max1322.3688NFa2FS 2，FS1Fa max1864.4668NFa 10.68eFr 1Fa 20.83eX11 X 20.41Fr 2故： Y10 Y20.87计算径向当量动负荷Pr 1X1 Fr 1Y1Fa11944.66NPr 1 Pr 2 ,所以应以轴承 2Pr 2X 2 Fr 2Y2 Fa 2由于2504.8N的径向当量动负荷作为计算依据。-16-机械设计课程设计说明书3)计算所需的径向基本额定动负荷Cr1f P Pr 1nL10hCrfT16670上式中：原动机为电动机，工作机为带式运输机，故为轻微冲击负荷，查机械设计基

30、础表17-6 取负荷系数f P1 。工作温度正常， 查机械设计基础 表 17-5 温度系数取fT1机器每天工作16h 由机械设计基础表17-7 取轴承预期寿命 L10h 30000h n1 =720r/min故有1 2156.489720 300001C/r1=23.5KN/3Cr11667023510.036N23.5KN14) 选择轴承型号由机械设计手册表5-4 查得 7208AC 型轴承的径向基本额定动负荷 Cr 35.2KN因 CrCr ，故所选 7208AC型轴承符合设计要求基本尺寸： Cr =35.2kN ，轴承的内径 d=40mm， 轴承的外径 D=80mm ，轴承的宽度 B=1

31、8mm ， damin47mm（二）低速轴轴承的设计1) 轴的受力分析轴向力： FA = Fa2 =525.973N径向力：Fr1FRHA2FRVA21504.167NFr 2FRHB2FRVB21217.389N2) 2. 确定轴承型号选 70000AC 型轴承，（ =25），采用正装。由机械设计基础表 17-8 得 7000AC 型轴承的 e=0.68。-17-机械设计课程设计说明书轴承受力图如下：3) 计算当量动负荷内部轴向力为：Fa1FS1，FS2Fa max1353.804NFa2FS 2，FS1Fa max 827.831NFa10.849 eFr 1Fa 20.68eX10.41

32、 X 21Fr 2故： Y10.87 Y20计算径向当量动负荷Pr1X1 Fr 1Y1Fa11794.518NPr 2X 2 Fr 2Y2 Fa 21217.398N由于 Pr 1Pr 2,所以应以轴承 1 的径向当量动负荷作为计算依据。4)计算所需的径向基本额定动负荷Cr1f P Pr 1nL10hCr16670fT上式中：原动机为电动机，工作机为带式运输机，故为轻微冲击负荷，查机械设计基础表17-6 取负荷系数f P 1 。工作温度正常， 查机械设计基础 表 17-5 温度系数取fT1机器每天工作16h 由机械设计基础表17-7 取轴承预期寿-18-机械设计课程设计说明书命 L10h 30

33、000h n1 =720r/min/19563.8N 19.6KN/故有 C r 1C r1=19.6KN5) 选择轴承型号由机械设计手册表5-4 查得 7208AC 型轴承的径向基本额定动负荷 Cr 35.2KN因 CrCr ，故所选 7208AC型轴承符合设计要求基本尺寸： Cr =kN ，轴承的内径 d=40mm， 轴承的外径 D=80mm ，轴承的宽度 B=18mm ， damin47mm计算结果汇总：结果高速轴7208AC低速轴7208AC七、键的选择与验算（一）高速轴与大带轮的键连接1) 选择类型、材料、尺寸选择A 型普通平键，材料用45 钢由第三章V 带的设计及带轮的结构设计可知，L=50mm带轮宽 B=65mm ， 轮毂长 l=(1.5-2)d, 取 l =56mmGB1096-90故键长为L=l -(5-10)mm, 取 L=50mm2) 强度校核材料为 45 钢，轻微冲击，查表 10-11 得许用挤压应力P 110MPa4TP26.072MPadlhP故选 GB109690键1050 符合实际情况。-19-机械设计课程设计说明书（二）轴 I 齿轮键的选择和计算齿根圆直径为48.200mm ，轴的直径为43mm