北航机械设计课程设计说明书

1、机械设计课程设计计算说明书设计题目电梯机械部分相关系统的原理及结构设计_自动化科学与电气工程学院（系）120324班设计者 _*_扌旨导老0帀_裴旭_2015年5月11日- 2 - / 22（北京航空航天大学）、尸、 亠前言设计背景：机械设计课程设计是各大高校工科学生的必修课， 也是培养学生机械设计能力的基 础课程，其重要性和意义是十分显然的。减速器是用于原动机和工作机之间的独立传动装置， 作用是降低转速和增大转矩来 满足工作需要。在现实生活中， 齿轮减速器广泛应用于各行各业中， 是最常见最实用的 机械传动装置之一。 目前， 国内各类通用减速器的标准系列已达数百个， 基本可满足各 行业对通用减

2、速器的需求。本设计采用的是闭式一级圆柱齿轮减速器，以此来完成带式运输机的转动任务。说明书的内容包括了： 传动方案的分析以及拟定； 电动机的选择； 传动装置的运动 和动力参数的计算； 轴的设计计算；轴承和键的计算选择； 润滑密封及联轴器的计算与 选择； 箱体结构的设计计算。 每部分均进行安全校核计算以确保减速器能够正常平稳工 作设计目的：（1）以机械系统运动方案设计与拟定为结合点，把机械设计课程中分散于各章的理论 和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理和知识；（2）通过拟定减速器的方案，使我们初步具有机构和零件配合的组合能力；（3）进一步提高我们运算、绘图、整理和查阅技术资料的能力；（

3、4）通过编写说明书，培养我们的表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。- 3 - / 22目录一、机械设计课程设计任务书.4二、传动方案的拟定.5三、电动机的选择、传动系统的运动和动力参数.51.电动机的选择2.传动比分配3.各级传动的动力参数计算4.将运动和动力参数计算结果整理并列表四、 传动零件的设计、计算.71.传动齿轮（开式、直齿）设计2.减速器齿轮（闭式、斜齿）设计五、 轴的设计与校核.121.I轴的初步设计2.I轴的强度校核3.II轴的初步设计4.II轴的强度校核六、键联接的选择与校核.181.I轴外伸端处键联接2.II轴外伸端处键联接3.I轴与小齿轮配合处键联接4.II轴与大齿轮

4、配合处键联接七、滚动轴承的选择与校核181.I轴滚动轴承的校核2.II轴滚动轴承的校核八、联轴器的选择20九、润滑和密封形式的选择，润滑油牌号的选择21十、其他技术说明211.箱体结构相关尺寸2.减速器技术要求十一、 参考文献22- 4 - / 22机械设计课程设计任务书1、任务三 电梯机械部分相关系统的原理及结构设计 传动装置简图如右图所示。原始技术数据：额定载质量m=1100(kg)电梯额定速度V=1.2 (m/s)拽引卷筒直径D=160 (mm) (附：牵引绳绕过拽引卷筒的损失用效率计， 取效率=0.96)。工作条件：12小时/天；连续单向运转，载荷平稳； 允许速度误差为5%。使用期限及

5、检修期间隔： 工作期限为十年，每年工作； 允许三年大修一次。生产批量及生产条件：只生产几台，无铸钢设备。2、设计任务拽引系统的传动方案设计；齿轮式拽引机的设计；按比例绘制拽引系统的原理方案简图；完成传动部分的结构装配图1张(用A0或A1图纸)，零件图2张；3、具体作业减速器装配图1张；零件工作图2张(大齿轮、输出轴) ；说明书1份。-5 - / 22传动方案的拟定根据设计任务确定传动方案为：闭式一级斜齿轮传动。该方案的设计分成减速器（传动部分）和工作机（执行部分）两部分，如下图所示:1电动机2联轴器3减速器（斜齿）4开式齿轮传动5拽引卷筒0、I、II、III轴减速器说明：该减速器采用一级圆柱齿

6、轮减速器，不仅拥有较高的效率，而且有较高的稳定性以及可 靠性，同时结构紧凑，经济性好。此外，由于闭式减速器采用水平剖分、封闭结构，有利于 在粉尘较大的环境下工作。减速箱中闭式齿轮采用斜齿轮，这是由于斜齿轮相对于直齿轮啮合性能好，重合度大， 机构紧凑，而设计制造成本基本与直齿轮相同。二、电动机的选择、传动系统的运动和动力参数计算项目计算内容计算结果1.电动机的选择工作机所需功率F v 1100 1.2 9.8FW - - 12.94kWFW12.94kWP2p21PW1000 1000传动效率2p21a31234510.9920.9930.9740.9650.96a0.8591,2,3,4,5分

7、别表示联轴器、滚动轴承、1 2点 _ 一3-6 - / 22闭式圆柱斜齿轮、开式齿轮传动效率、传动滚筒的 效率。实际需要功率PdPdPW02894 156kWFd15.06kW-7- / 22由于齿轮传动的传动比i 3 4,减速器ia916,所以电动机的转速范围1289.162291.84r/min。综合考虑选用1500r/min较 为合适。由文献2表6-164，电动机型号可选为Y180M -4型，其额定功率为18.5kW，满载转速1470r/min。工作机转速1p211nw60 1000vnw -D60 1000 1.2nw143.24r / min160143.24r/ min2.传动比分

8、配总传动比ia开式齿轮传动比i1减速器传动比i2nm1470 nw143.2410.26各轴输入功率pi, pii,PIIIPI由ia2取b 3则i23.42n。nm1470r / minn1470n,1470 r / mini0 I1nI1470n,i429.8 r / mini23.42nIIIn429.8143.27r/mini133.各级传动的动力参数计算 各轴转速n, ni, nn分别为原动机转速，小齿轮轴转速，大齿轮轴转速，卷筒轴转速）PIFd ,15.06 0.9914.91 kW14.91 0.99 0.97 14.32kWia10.26i 31i23.42n,1470r /

9、minn,429.8r / minn, , ,143.27 r / minP 14.91kWP,14.32kW电动机转速Y180M -4型额定功率18.5kW满载转速1470r/min实际需要功率PdPdPW02894 156kWFd15.06kW-8- / 22-9- / 224将运动和动力参数计算结果进行整理并列表轴名功率P/kW转矩T/kNmm转速n/r min-1传动比i效率输入输出输入输出0电机轴X15.0697.8147010.99I轴14.9114.7696.8695.8914703.420.96I I轴14.3214.18318.14314.96429.830.95I I I卷

10、筒轴13.6113.47907.21898.14143.3四、传动零件的设计、计算1开式直齿轮传动的设计（1）材料选择及确定设计方案P P2414.32 0.99 0.96 13.61kW各轴输入转矩T【1P1689550PdTI9550TII9550TIII9550nm955097.8 N m1470955014.9196.86N m9550147014.32318.14N m9550429.813.61907.21 Nm143.2715.06PIPnini iPmnmPII13.61kWT097.8N mTI96.86N mT 318.14N mTI I I907.21 N m-10 -

11、/ 22材料选择弯曲疲劳极限由于开式齿轮的磨损比较快，因此大小齿轮选 用硬齿面。小、大齿轮均采用40Cr，表面淬火。硬度4855HRC由文献1表11-1,对相应疲劳强度取均值：H1FE1H21180MPaFE2720MPa安全系数SH、SF许用应力考虑电梯实际情况，选取较高可靠度。由文献1表11-5取SH=1.25,SF=1.60.7 720F2MPa 315MPa1.6F1齿数Z1, Z2取Z118乙54，查图11-8、11-9取H1H2118(MPaFE1FE272(MPaSH=1.25,SF=1.6F1 F2350MPa乙18, Z254-11 - / 22齿形系数YFa1YFa2Fal

12、3.03,YFa22.371.54,Ysa21.68YFa13.03YsalYFa1YSa13.03 1.540 0148YFa22.37Ysa2F1w. 1 TO315Ysa11.54Ysa21.68Fa 2 Ysa22.37 1.680.0126F2315由于YFa1YscdFa 2Ysa2F1F2应对小齿轮进行弯曲强度计算。（2）按弯曲疲劳强度初步计算载荷系数K由文献1表11-3取K=1.0K=1.0齿宽系数由文献1表11-6,取0.250.25选用8级精度小齿轮转矩T1T13.1496 105N m5T13.1496 10 N mmi2kT1诈a1md2YSa14.865mmq dZ；

13、F1模数m按第II系列，考虑10%余量，取m=5.5m=5.5已取乙18,Z254,d.m乙99mm,d2297mm,中心距a分度圆直径a 198mm中心距圆整后，取a 200mma200mmdidd1100mm,d2300mm,得到12d1100mm4得士ybdd125mm,d2300mm尺宽bb所以d0.25b225mm则b225mm, b130mmb130mm（3）校验齿轮精度齿轮圆周速度v切65.122 4001 364m/sV 1.364n/sV1364m/ s60 1000 60 1000所以取8级制造精度满足要求（4）齿轮其他传动参数-12 - / 22齿顶咼ha齿根高hf全齿高

14、h顶隙c齿顶圆直径dalda2齿根圆直径dfidf2齿轮结构ha=mn=5.5mm hf=1.25mn=6.875mm h= ha+ hf=12.375mmc= hf-ha=1.325mm da1=d1+2ha=111mmda2=d2+2ha=311mm df1=d12hf=86.25mm df2=d22hf=286.25mm小齿轮为实心式 大齿轮为腹板式ha= 5.5mmhf=6.875mmh=12.375mmc=1.325mmda1=111mm da2=311mm df1=86.25mmdf2=286.25mm(5)开式齿轮的传动参数尺寸列表中心距a/mm模数mn/mm2005.5齿数齿宽

15、/mm分度圆直径/mmZ1Z2b1b2d1d218543025100300齿高/mm齿顶圆/mm齿根圆/mmhahfda1da2df1df25.56.87511131186.25286.252.减速器齿轮(闭式、斜齿)设计(1)选择材料及确定许用应力材料选择弯曲疲劳极限安全系数SH、SF许用应力HlH 2F1F 2由于对传动要求不高，大小齿轮选用软齿面小齿面选用45号钢调质，硬度197286HBS大齿面选用45号钢正火，硬度156217HBS由1表11-1，对相应疲劳强度取均值：Hlim1585MPa,FE1445MPaHlim2375MPa,FE2310MPa由1表11-5取SH=1 .25

16、,SF=1 .6riH lim1585H1SH1.25468MpaFE1445F1一278.125MpaSF1.6rrH lim2375cccn ”H2300MpaSH1.25310F2FE2193.75MpaSF1.6Hlim1585MPaFE1445MPaHlim2375MPaFE2310MPaSH=1.25,SF=1.6H1 46测paF1 278.12MpaH2 30(MpaF2 193.7Mpa(2)按齿面接触疲劳强度初步计算-13 - / 22先选取8级精度由文献1表11-3取K=1.0由文献1表11-6，取d0.86P614.76T 9.55 106- 9.55 106-1n11

17、4709.59 104N mm取小齿轮齿数Z1=36，则大齿轮齿数z2z1i 123.12124由文献1表11-4ZE189.8MPaZ、cos、cos17 48500.9832KT u 1 ZHZdUH2c“1.0 9.59 1043.42 1189.8 0.98322.32-v 0.83.4230090.8nmd1cos90.8 COS155小mn- - 2.4mmZ136取mn=2.5mma应鱼2 (36 124)207.06mm 2cos2cos15精度选择载荷系数K齿宽系数小齿轮转矩T1大小齿轮齿数Z1,Z2实际传动比i初定螺旋角区域系数ZH螺旋角系Z分度圆直径di模数1p173m1

18、确定中心距a确定螺旋角分度圆直径di，d2齿宽bi,b2Z2124Z 363.44初定15-14 - / 22取整数值a 210mmK=1.0d0.8T19.59 104N mmZ1=36Z2=124i 3.4415ZE189.8Z=0.983d 90.8nmmn=2.5mma 210mm17 4510d194.500mmd2325.495 mmb180mm2a2 210gz2.5 36d194.500mmcoscos17 4510mnZ?2 124d2325.495mcoscos17 4510bdd10.8 94.50075.6mmmn(z1Z2)2 (124 36)arccosn12丿)1

19、7 4510-15 - / 22取b2=76mmb1b2（510） 80mmb276mm(3)校验齿轮弯曲强度z1Z141 67zv141.67COS当量齿数Zv1,Zv2Z2z -2143 54Zv2143.54-v 2 -3- i r uur齿型系数查图11-8、11-9取YFa1=2.38YFa1,YFa2YFa1=2.38,YFa2=2.19YFa2=2.19YSal,YSa2YSa1=1.68,Ysa2=1.85Ysa1=1.68YSa2=1.85验算大、小齿2 1.0 9.59 1 041.68 2.38“ OR A 4轮的弯曲强度F 1-2-36.4 1 IVIPa95 2.53

20、60.7F1194.69 MPa设计强度符合要F2 F1YFa2 YSa236.89MPavvTFa1TSa1求0.7F2135.63MPa因此设计时所取参数都是合适的。齿轮圆周速度d1n94.500 400 r “ ,v7 27m/ sv 7.27m/sVfIllllO60 1000 60 1000所以取8级制造精度满足要求(4)齿轮其他传动的参数端面压力角tt20t20齿顶咼haha=mn=2.5mmha= 2.5mm齿根高hfhf=1.25mn=3.125mmhf=3.125mm全齿高hh= ha+ hf=5.625mmh= 5.625mm顶隙cc= hf-ha=0.625mmc= 0.

21、625mm齿顶圆直径dada1=d1+2ha=99.5mmda1=99.5mmda2=d2+2ha=330.495mmda2=330.495mm齿根圆直径df1df1=d12hf=88.25mmdf1=88.25mmdf2=d22hf=319.245mmdf2=319.245mm齿轮结构小齿轮为实心式 大齿轮为腹板式计算项目计算内容计算结果(5)齿轮传动参数列表-16 - / 22中心距a/mm模数mn/mm螺旋角3端面压力角at2102.5174510”20齿数齿宽/mm分度圆直径/mmZ1Z2b1b2d1d236124807694.500325.495齿高/mm齿顶圆/mm齿根圆/mmha

22、hfda1da2df1df22.53.12599.5330.49588.25319.245五、轴的设计与校核1.I轴的初步设计材料选取选用45号钢，调质处理45号钢调质初估最小直径d1P245联轴器的选择2p145表6-993pd人+J14.76110 J- 23.73mmY 1470考虑到该轴段上有键槽，需在dmin基础上取1.05倍，因此d|24.42mm。选J型LT5。具体参数：许用转速4600r min1,d225mm, D 106mm, L 44mmdI24.42 mm选J型LT5初选轴承选用6208,d=40mm选用62082.I轴的强度校核小齿轮受力周向力Ft空2 95.8932

23、029.40Nd194.500 103莎白十Fttann2029.40 tan20o径向力Fr-n-,775.57NcosCOS1/4510轴向力FaFttan649.62 NFt2029.40 NFr775.57NFa649.62 N-17 - / 22I轴简图简化为简支梁 垂直面支撑反力垂直面弯矩图 水平面支撑反力水平面弯矩图 合成弯矩计算 轴受扭矩图 当量弯矩图-18 - / 22垂直面支撑反力垂直面弯矩计算水平面支撑反力水平面弯矩计算合成弯矩计算轴I收到联轴器给的扭矩危险截面当量 弯矩FrbFadi2775.57 70 649.62133177.4N94.52F2VFrF1V775.5

24、7 177.4 589.2NMavF2Vb 589.2 0.07 41.87N mMavF1Vl 177.46311.2 N mFtl2029.4 63F2Ht961.29Nl b 133F1HFtF2H1068.11NMaHF1Hl 1068.11 0.07 74.77 N mMaMa2HM；V.74.7V241.87285.69N mMaMaHMaV、74.77211.2275.60 N m=96.86N m,0取a=0.6对截面a,b分别校核a截面校核Me.M：( T)2X 85.69 (0.6 96.86f 103.54N m由文献1表14-3,45钢的1b 60MPa，则d3103.

25、54 1000 0.1 6025.84mm考虑键槽影响d=d1.05=27.13mm，设计时取46mm，合适。F1V177.4 NF2V589.2NMaV41.87N mMaV11.2N mF2H961.29NF1H1068.11NMaH74.77N mMa85.69N mMa75.60 N maT196.86N mT10Mea103.54N md 25.84mm-19 - / 22危险截面的校 核b截面校核同上过程得MebJM：( T)258.12N mMeb58.12N md21.32mmd财21-32mm设计时取40,合适。I轴结构合理3.II轴的初步选择材料选取选用45号钢，调质处理4

26、5号钢调质初估最小直径3l d A d1p245dii3 -一 c14.18110J-Y 429.835.28mm考虑到该轴段上有键槽， 需在dmin基础上取1.05倍，因此d|37mm。dI37mm取最小处d=40mm初选轴承选用6311,d=55mm。4.II轴的强度校核大齿轮受力联接大齿轮处：计算方法同上一个轴一致。切向力Ft12029.40NFt12029.40N径向力Fr1775.57NFr1775.57N轴向力Fa1649.62NFa1649.62N联接开式齿轮轴段受力联接开式齿轮处：切向力Ft26299.2NFt26299.2NFr22992.7N径向力Fr22992.7N-20

27、 - / 22II轴简图简化为简支梁 垂直面支撑反力垂直面弯矩图 水平面支撑反力水平面弯矩图 合成弯矩计算 传递扭矩图 当量弯矩图-21 - / 22垂直面支撑反垂直面弯矩计算水平面支撑反力水平面弯矩计算合成弯矩计算危险截面当量弯矩危险截面的校核d2Fr1y Fa12Fr 2Xy z775.57 70 649.622992.7 79_ 2_140544.75NF1vFr 1F2vFr24313.02NMaVFr2X236.40N mMaV1MaV(Fr2FS 70 150.00NMaV2F2V70 38.13N mFt279 Ft170F2H口2359.87N140F1HFt2F2HFt166

28、29.67NMaHFt279 497.6 N mMaH1F2H70165.2 N mMaMav2M；H550.90N mMa1, MaV12M；H1223.14N mMa2MaV22MaH1169.54N md2T Ft12314.96N m2取a=0.6M e . M a ( T)2550.902(0.6314.96)2582.41 N m由文献1表14-3,45钢的1b 60MPa，则3Me1p2473582.41 10003.0.11b 0.1 6045.96mm键槽影响d1.0545.96=48.26mm,设计时取55合适。F1v4313.02 NF2v544.75NMaV236.40

29、N mMaV1150.00N mMaV238.13N mF2H2359.87NF1H6629.67NMaH497.6 N mMaH1165.2 N mMa550.90N mMa1223.14N mMa2169.54N mMe582.41N mII轴结构合理-22 - / 22六、键联接的选择与校核材料选择 许用挤压应力选用45钢，取p 120MPa45钢p 120MPa1.1轴外伸端处键联接键的选择键的校核选用圆头普通平键(键8X33 GB/T109&2003)其中b=8mm,h=7mm,L=33mm,t1=4.0mm,t2=3.3mm4T,1p158pL止88.56MPappd hl

30、p键8X33键选取合适2.I轴与小齿轮配合处键联接键的选择键的校核选用圆头普通平键(键14X64GB/T1095-2003)其中b=14mm,h=9mm,L=64mm,t1=5.5mm,t2=3.8mmP企18.72MPa pd1hl键14X64键选取合适3.II轴外伸端处键联接键的选择键的校核选用单圆头普通平键(键C12X 28GB/T1095 -2003)双键连接其中b=12mm,h=8mm,L=28mm,t1=5.0mm,t2=3.3mm4T“pd2hl 1.5112.84MPa p双键C12X 28键选取合适4.II轴与大齿轮配合处键联接键的选择键的校核选用圆头普通平键(键18X50

31、GB/T10952003) 其中b=18mm,h=11mm,L=50mm,b=7.0mm,t2=4.4mm4TIIpd2hl56.14MPa p键18X50键选取合适七、滚动轴承的选择与校核1.1轴轴承（6208）校核轴承受力图-23 - / 22径向载荷Fr轴承受的轴向载 荷对载何较大的轴承2进行校核 当量动载荷P温度系数ft载荷系数fP轴承寿命LhFr1JFivF1HJ177.421068.1121074.54NFr2JF2VF2HF2FJ589.F 961.2921127.49NFa2Fa649.62NFa10N由2表6-63,6208轴承的Cr=29.5KN,C0r18.0kN由Fa2

32、649.62-0.036查表取e-0.26Cr18 103F649 620.576 e 0.26，由文献1表16-11,Fr21127.49所以校验查表取X=0.56,Y=1.71。P2XFr2YFa2120981742.24 N由1表16-9,取ft=1,fP=1由于BP，所以以轴承2的径向当量动载荷为计算依据，.106(ftC)1p279h60n(fpP)106(29.5 103)360 1470(1742.24)6.28年满足工作时间要求.Fr11970.8NFr23294.3NFa2782.3NFa10NP22098Nft=1fP=1Lh6.28年2.II轴轴承（6207）校核-24

33、- / 22轴承受力图径向载荷FrFMJFIVFIH7909NFr11521NFr2JF：F2H2421NFr21144N轴承受的轴向载 荷Fa2ONFa1729NFa1Fa649.62NFa20N由2表6-63,6311轴承的Cr=71.5KN，COr44.8对载何较大的 轴承1进行校由于Fa= Fr，核取X=1，Y=0。P1671.29N当里动载何P-!P1 Fr17909N温度系数ft由1表16-9，ft=1载荷系数fp取ft=1，fP=1fP=1.1额定动载荷CCr=71.5KNCr=71.5KN轴承寿命Lh以轴承1的径向当量动载荷为计算依据，Lh60n(fpP)6310/71.5 10、3Lh3.54年( )60 429.879093.54满足工作时间要求。八、联轴器的选择联轴器的选择I轴外伸端需使用联轴器弹性套柱销联轴器选用弹性套柱销联轴器LT5型(GB/T4323-2002)LT5型-25 - / 22九、润滑和密封形式的选择，润滑油及润滑脂牌号的选择润滑方式大齿轮线速度d1n!94.500 400o/v -L-7.27m/s 2m/s60 100060 1000故齿轮选用油池润滑，需油量2L左右，最咼最低油面相距10mm左右轴