机械设计基础课程设计计算说明书

1、机械设计基础课程设计计算说明书设计课题： 二级圆柱齿轮减速器成都理工大学工程技术学院自动化系 机械工程及自动化 专业2009级 机电1班设计者：孙皓指导老师：董仲良谢欣然2011年11月29日目录设计任务书1. 传动装置总图2. 设计要求3. 已知条件一、原动机的选择二、分配传动比三、传动装置的运动和动力参数计算四、传动零件的设计计算五、轴的结构设计及强度计算六、轴承寿命校核计算七、平键的强度校核八、减速器箱体的设计九、减速器润滑方式、密封形式 十、结尾语参考资料设计任务书1. 传动装置总图sis2. 设计要求：1) 选择电动机类型和规格；2) 设计减速器和展开式齿轮传动；3) 选择联轴类型和

2、型号；4) 绘制减速器装配图和零件图；5) 编写设计说明书。3. 已知条件设计一卷扬机的减速器，卷扬机起吊的重物为 W=15K N起吊为 匀速提升，起提升速 为V=s卷筒直径0 400mm。设卷筒效率 n总=。.所设计的减速器应为二级减速器(电动机与减速器输入轴选用弹性联轴器直联)、电动机的选择:1）输送机主轴效率功率：Pw=Fv=Wv=1500（X =9750W2）输送机主轴转速：nw=60X 1000Xv/n D=60X 1000X/400Xn=/ min3）电动机输出功率：由于减速器的总效率为n总=Po=Pw/ n =9750/ =选择电动机的额定功率Pm= （ 1）Po查表选取Pm=1

3、3kw4）电动机的转速：齿轮传动比i2=840。则总传动比为i总=840故电动机转速的可 选范围nm =i 总 X nW=（840）X/ min=（1242 ） r/min5）电动机类型的选择按已知的工作要求和条件，选用 YZR型绕线转子三相异步电动机。符合这一范围的异步转速有963 r/ min，再根据计算出的容量，由参考 文献【1】查得YZR180L-6符合条件、分配传动比：1估算传动装置的总传动比：i 总=门m/nW=963=312. 根据公式：i1 i2 L in i总试分配传动比：-第一级齿轮传动"=第二级齿轮传动：i2=三、传动装置的运动和动力参数计算:1电动机轴的计算n

4、o=n m=963r/ minPo= Fd =13kwTo= 9550 X Po/no=9550X 13/9632. I轴的计算（减速器高速轴）ni=no=963r/ minPi=PoXn i=13XTi = Ton 1二轴的计算（减速器中间轴）n2=m/i1=963/=146r/ minF2=P1Xn 2=XXT2= 9550X P?/n2=9550 X/146=轴的计算（减速器低速轴）n3=n 2/ i2=146/=31r/ minP3= P2Xn 3T3= 9550X P3/n3=9550 X/ 315.W轴的计算(滚筒轴)n4=n3= 31r/ minP4= P3n 4= xx =T4

5、= 9550X P4/n4=9550 X/ 31设计结果如下轴号参数电动机（0）轴I轴（高 速轴）U轴仲 间轴）川轴（低 速轴）W轴（滚 筒轴）转速 n(r/min)9639631463131功率P(kw)13转矩T （）12936533583四、传动零件的设计计算：（一）高速级圆柱齿轮传动的设计计算1选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用40 Cr表面淬火,硬度为50HRC大齿轮选用40Cr表面淬 火，硬度为52HRC因为是普通减速器 故选用8级精度.2按齿面弯曲强度设计由【2】表11-3查得载荷系数K=选择齿轮齿数小齿轮的齿数取22,则大齿轮齿数Z2=i1 Zi=22X =，圆整得Zi=145,

6、齿面为 非对称硬齿面，由【2】表11-6选取屮d=由【2】表12-1查得（T h =1200MPacr F=720MPa由图11-8得，齿形系数YfE=,应力修正系数乂又表 11-5 得，SF=, SH=即c fi= c f / Sf =720/=554MPac hi = c h/ Sh =1200/=1091MPam三2KTi YFEYSa/W dX Zi 2 c fiiZ3=2XX 128000XX/X 554X2221/3由【 2】表 4-1 知 标准模数 m=3 分度圆直径： d1=m Z1=3X 22=66mmd2=m Z2=3X 145=435mm齿宽：b= Wdd1 =X 66=

7、26mm故：大齿轮的齿宽取 b1=26mm 小齿轮的齿宽取b2=31mma=m （ Z1 + Z2 ）/ 2=3X（ 22 + 145）/ 2=3. 按齿面接触强度校核对于标准齿轮， ZH=查表 11-4，ZH =188 cH = ZH ZH2KT（u1） / b1 d1 2 u 1/2=188XX2XX128000X（1） / 31X662 X 1/2 =851MPa< c H1所以齿面接触强度校核足够。4. 检验齿轮圆周速度V=n d1 X m/60000 =nX 66X 963/60000= m/s 对照表 11-2， 所以选 8级精度是合适的（二） .低速级圆柱齿轮传动的设计计算

8、1. 选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用40 Cr表面淬火,硬度为50HRC大齿轮选用40Cr表面淬 火，硬度为52HRC因为是普通减速器 故选用8级精度.2. 按齿面弯曲强度设计 由【2】表 1 1 -3查得载荷系数 K= 选择齿轮齿数小齿轮的齿数取24,则大齿轮齿数Z4=i2 Z3=24X =，圆整得 乙=128,齿面为 对称硬齿面，由【2】表11-6选取W d =由【 2】表 12-1 查得o- h =1200MPa er F=720MPa由图11-8得，齿形系数YfE=,应力修正系数乂又表 11-5 得，SF=, SH=即e f2= e f / Sf =720/=554MPae h2 =

9、e h/ Sh =1200/=1091MPam三2KT1 YFEYsa/W dX Z3 2 e 也1/3=2XX 800000XX/X 554X2421/3由【2】表4-1知 标准模数m=4分度圆直径：d3=m Z3=3X 24=96mmd4=m Z4=3X 112=448mm齿宽：b=Wdd3=X 96=58mmb3=63mm故：大齿轮的齿宽取b4=58mm小齿轮的齿宽取a=m ( Z3 + Z4)/ 2=4X( 24 + 128)/ 2=272mm 3按齿面接触强度校核对于标准齿轮，ZH=查表 11-4, Zh =188 e h = Zh ZH2KT (u + 1) / b3 d32 u

10、1/2=188XX 2xx 800000X(+ 1) / 63X 962 X 1/2=1017MPa< e h2所以齿面接触强度校核足够。4.检验齿轮圆周速度V=n d1 X m/60000=nX 96X 146/60000= m/s对照表11-2,所以选8级精度是合适的设计结果如下齿数分度圆齿顶圆齿宽模数中心距X数 齿轮直径mm直径mmmmmm高速 小齿 轮226672313高速 大齿 速 小齿 轮2496104634272低速 大齿 轮11244845658五、轴的结构设计及强度计算：(一) 输入轴的结构设计和强度计算：1. 选择轴的材料及热处理由已知条件知

11、减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求，因 为高速轴设计为齿轮轴，故选用 40Cr钢并经调质处理。2. 按钮转强度估算直径根据表【2】表14-2得C= 98107，取C=100, Pi=,又由式 di三CX( Pi/ni ) 1/3di 三,100X( / 963)1 3= mm考虑因素到轴的最小直径要连接联轴器，会有键槽存在故将估算直径加 大3%5%。取为26mm；3. 轴的结构设计(1)确定轴的结构方案：此轴为齿轮轴，无须对齿轮定位。轴承安装于齿轮两侧的轴段采用轴 肩定位，周向采用过盈配合。确定各轴段的直径，由整体系统初定各轴直径。轴段主要用于安装联轴器，其直径应于联轴器的孔径相配合

12、，因此 要先选择联轴器。联轴器的计算转矩为 Tea Ka Ti，根据工作情况选取 Kx 则：Tca=X =0又由于机座号为180L的电动机安装尺寸为55mm,弹性联轴器中轴孔直径为 55mm的有LT8和LT9系列，考虑到节约成本，故选用 LT8型号的弹性联轴 器。(2)确定各轴段的直径和长度：轴段：为配合轴颈，按半联轴器孔径，选取轴段直径为45mm, 由J型轴孔查得L=84mm。轴段：为安装轴承端盖，其直径取48mm，轴段长度初定为L=40mm，。轴段：此轴段为安装轴承，查表选用滚动轴承6010,可得其直径为50mm，由于此轴段的长度应比轴承宽度长 12mm,故取其长度为18mm。轴段：为了保

13、证定位轴肩一定的高度和轴承有足够的支撑跨距其 直径为55mm,长度确定为：L=o轴段：为齿轮轴的齿轮部分，其分度圆的直径为 66mm,因此其尺 寸 L=31mm。轴段：也是为了保证定位轴肩一定的高度和轴承有足够的支撑跨距 其直径为55mm，长度确定为：L=o轴段：此轴段也为安装轴承，查表选用滚动轴承 6010,可得其直 径为50mm，由于此轴段的长度应比轴承宽度长 12mm,故取其长度为 18mm。4. 按弯扭合成强度校核轴径 画出轴的受力图。(如图)做水平面内的弯矩图。圆周力Ft= 2T1/d =x 2/66= 3870N径向力Fr = Fttan a= 3870X tan20= 1408N

14、支点反力为Fha= L2Ft/( L1 + L2 )= 3870X 40/( 40+ 108)= 1046NFhc= L1Ft/( L1+ L2)= 3870X 108/( 40+ 108) = 2824N B-B截面的弯矩 Mhb左=FhaX L1= 1046X 108=112968Mhb右=FhcX |_2= 2824X 40= 112960做垂直面内的弯矩图。支点反力为 Fva= L2F-/( Li+ 匕)=1408X40/( 108+ 40)=NFvc= LiFr/( Li + Lz)= 1408X 108/( 108 + 40 )=NB-B 截面的弯矩Mvb左=FvaX L1 = X

15、 108=M vb右=FvcX Lz=X 40 =做合成弯矩图。合弯矩 M e 左=(M hb左)2+( Mvb左)22=( 112968) 2+( 41094) 2 1/2= 120210Me 右=(Mhb右)2 +( M vb右)2 1 2= ( 112960) 2+( 41098) 2 1/2求转矩图。T3 = Ftd1/2=求当量弯矩。修正系数a=Me= ( Me)2+(a T) 21/2=( 120210) 2+(X 127000) 2 1/2=126103轴的材料选用40Cr调质处理。查表得c b= 750MPa , gb = 70MPa. d>(Me/ X c -1b)1/

16、3 =故设计的轴有足够的强度，并有一定的余量(二) 中间轴的结构设计：1. 选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率 ，对材料无特殊要求 故选用 45 号钢并经调质处理。2. 按钮转强度估算直径根据表【2】表14-2得C= 98107，取C=100,巨二，又由式 d1 三 CX( P2/n2) 1/3d1 三,100X( / 146 ) 1/3= mm考虑因素到轴上会连齿轮， 会有键槽存在故将估算直径加大 3 5 取为45mm;3轴的结构设计（1）确定轴的结构方案：此轴安装2个齿轮，如图2-1所示，从两边安装齿轮，两边用套筒进行 轴向定位，周向定位采用平键连接，轴承安装于齿轮

17、两侧，轴向采用套筒定 位，周向采用过盈配合固定。确定各轴段的直径，由整体系统初定各轴直径（2）确定各轴段的直径和长度：轴段安装轴承，因此要先选择轴承。由估算直径选取轴承6210,可知其直径50mm。轴段安装齿轮，可取其直径为 52mm。轴段对两齿轮轴向定位，可取其直径为55mm。由齿轮2和轴齿轮1中心线重合，齿轮3需要与内壁有10mm距 离，可求出各段的轴长。如图（三）输出轴的结构设计1. 选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求，故选用45号钢并经调质处理。2. 按钮转强度估算直径根据表【2】表14-2得C= 98107，取C=100,巳二，又由式 d3三

18、cx（ P3/n3）1/3d3三，100x（/ 31）1/3= mm考虑因素到轴的最小直径要连接离合器，会有键槽存在故将估算直径加大3%5%。且要与离合器配合，故取为 d3 = 80mm3轴的结构设计(1)确定轴的结构方案：齿轮的左右两边分别用轴肩和套筒对其轴向固定，齿轮的周向固定采 用平键连接，轴承安装于轴段和轴段处，分别用轴肩和套筒对其轴向固 定，周向采用过盈配合固定(2)确定各轴段的直径和长度：轴段:为配合轴颈，按半离合器孔径，选取轴段直径为80mm,由表可查得L=110mm.轴段：为安装轴承端盖，其直径取83mm，轴段长度初定为L=40mm,。轴段：此轴段为安装轴承，查表选用滚动轴承

19、6017,可得其直径 为85mm，由于此轴段右端用套筒固定齿轮，齿轮 4与齿轮3的中心线应重 合，可取其长度L=45mm。轴段：为安装齿轮部分，取其直径为90mm,因此其尺寸应比齿轮的 宽度短 23mm.取 L=56mmo轴段：为轴承的安装尺寸，因此查轴承 6017可得其直径为90mm轴段：此轴段为安装轴承，查表选用滚动轴承6017,可得其直径为85mm，由于此轴段的长度应比轴承宽度长 12mm,故取其长度为24mm六、轴承寿命校核计算1输入轴轴承型号6010的寿命校核计算:1).支反力：由轴的结构可知，支反力Fr为FBY对轴列力的平衡方程FaY_+FRiI_2=0FbY_+FRiLi=O由上

20、式，可解得Fby-=1022N即 Fr=1022N2).轴承寿命: 按公式 C=P(60niLh/106)1 / z/ft，求得 C,查表取 fp=, ft=1Z =3,Lh=15000h. X=1.P=XF=1X 1022=1022NC=f)P(60niLh/106)1 / Z /ft=又轴承型号6010的额定动载荷为22KN故满足设备的使用要求，寿 命足够！2中间轴轴承型号6210的寿命校核计算：1).支反力：由轴的结构可知，支反力Fr为Fay对轴列力的平衡方程FbY_ Fr2L1 + Fr3L.12=0Fr2I_23 Fr3_2 FaYL=OFr2= Fri(齿轮啮合中的相互作用力) 由

21、上式，可解得Fay= 3200N即 Fr= 3200N2).轴承寿命: 按公式 C=P(60rtLh/106)1 / z/ft，求得 C,查表取 fp=, ft=1Z =3,Lh=15000h. X=1.P=XF=1X 3200=3200NC=f)P(60nLh/106)1 / Z /ft=又轴承型号6210的额定动载荷为35KN故满足设备的使用要求，寿 命足够！3输入轴轴承型号6017的寿命校核计算:1).支反力：由轴的结构可知，支反力Fr为Fay对轴列力的平衡方程Fr4|_2 FaYL = 0Fr4=吊3(齿轮啮合中的相互作用力) 由上式，可解得Fay=3570N即 Fr=3570N2).

22、轴承寿命:按公式 CrfPQOnBLh/IO6)1 / Z/ft，求得 C,查表取 fp=, ft=1 Z =3,Lh=15000h. X=1.P=XF=1X 3570=3570NC邙P(60mLh/106)1 'z /ft=又轴承型号 6017 的额定动载荷为 ,故满足设备的使用要求， 寿命足够！ 七、平键的强度校核：已知：cp = l20MPa, g = 4T / d l h<g.在输出轴中：D3=90mm, h=14mm, l=50mm,键初选用 GB/T1096 键 25x 14X 50, cp = 4T / d l h=231MPa>c p故应采用双键，且应加大键

23、长 cp = x120= 180MPa 由公式 l>4T / dhcp,解得， l>选取 l=78mm.八、减速器箱体的设计低速级中心距 a=272mm箱座壁厚 =+3= 取为 10mm箱盖壁厚 1=+3= 取为 9mm箱座凸缘厚度 b= =15mm箱盖凸缘厚度 b1= 1=箱座底凸缘厚度 b2= =25mm箱座上的肋厚 m= =，取 m=9mm箱盖上的肋厚 m1= 1=，取 m1 =8mm地脚螺栓直径 d =+12=,取 M22 轴承旁连接螺栓直径 d1 =d =，取 M16上下箱连接螺栓直径d2=d =11mm,取M12定位销孔直径 d=d2 =，取 d=8mm 地脚螺栓数目

24、n n>250mm,n=6轴承盖螺钉直径d3 d3(0.4o.5)df二取d3=8mm窥视孔螺钉直径d"4(0.3 0.4)d f =取d4=8mm轴承旁凸台半径 R1 R1 C2 外机壁至轴承座端面距离 l 1l1 C1 C2 (8 12)齿轮端面与内机壁距离 22 =10mm通气器：简易通气器 M12 1.5九、减速器润滑方式、密封形式1.润滑本设计采用油润滑， 润滑方式为飞溅润滑， 并通过适当的油沟来把油引入各 个轴承中。1).齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度小，所以浸油高度约为3050伽。取为30伽。2).滚动轴承的润滑 由于轴承周向速度小，所以宜开设油沟、飞溅润滑。2.密封形式 轴与轴承盖之间用接触式毡圈密封，型号根据轴段选取。十、结尾语 通过本学期的课程设计，自己在设计的过程中体会到了很多，使自己 从原来对自主设计的生疏变得对设计方法的逐渐掌握 ,同时在设计的过程中 学到了很多，也逐渐的学会掌握以前学过的知识。(1) 从整体上 ,这次设计的过程使