机械结构分析与课程设计设计一级直齿圆柱齿轮

1、机械结构分析与设计课程设计设计说明书设计题目 设计一级直齿圆柱齿轮 学生姓名学号班 级专 业分 院指导教师完成时间目 录分析和拟定传动方案1电动机的选择3计算传动装置的运动和动力参数4传动件的设计计算5轴的设计计算8滚动轴承的选择及计算9键联接的选择及校核计算9联轴器的选择10减速器附件的选择11润滑与密封14参考文献14设计小结14分析和拟定传动方案1.1设计背景：机器通常由原动机，传动装置和工作机三部分组成。传动装置用来传递原动机的运动和力，变换其运动形式以满足工作机的需要，是机器的重要组成部分。传动装置的传动的传动方案是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除了满足工

2、作机的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。拟定一个合理的传动方案，除了综合考虑工作装置的载荷、运动及机器的其他要求外，还应熟悉各种传动机构的特点，以便选择一个合适的传动机构。(1) 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但传动平稳，能缓冲吸振，宜布置在传动系统的高速级，以降低传动的转矩，减少带传动的结构尺寸。(2) 链传动平稳性差，宜布置在低速级。(3) 斜齿轮传动较直齿轮传动平稳，相对应用于高速级。 综上各条件考虑宜选用带传动和齿轮传动1.2原始数据：（1） 工作装置的阻力 =5500（2） 工作装置的线速度 =1.35（3） 输送机滚

3、筒直径 D=250mm（4） 卷筒效率 =0.98二、电动机的选择2.1 选择电动机的类型按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷笼型三相异步电动机2.2 选择电动机的功率由电动机之工作机之间的效率为···式中、分别代表 带传动、齿轮转动的轴承、齿轮转动、联轴器 取=0.96 =0.99 =0.97 =0.992 所以 根据选取电动机的额定功率=（1-1.3）=7.5810.86kW，并由附表10112（机械课程设计P212）查得电动机的额定功率为=7.5Kw。三、计算传动装置的运动和动力参数 3.1 工作机的转速 3.2传动装置总传动比3.3 各级分配传

4、动比=323.3=104.293.4 各轴的输入功率=7.5kW=·=7.5·0.96=7.2kW=··=7.5·0.99·0.97=6.91kW3.5 各轴输入转矩 T=9550=9550=73.84kW转速n（）输入功率（kW）输入转（）传动比电机轴9707.573.849.4轴323.37.2212.683轴104.296.91619.943.1四、传动件的设计计算(V带和齿轮)4.1确定功率Pc根据V带传动工作条件。根据机械设计基础查表97页表2-9，可得工作情况系数KA=1.2，所以Pc=KA P=1.27.5=9kW4.2

5、选取V带型号根据Pc、Nm，由图2-11选用B型V带4.3确定带轮基准直径dd1、dd2选dd1=125mm（根据表2-5） 从动轮的直径为=3·125=375mm4.4验算带速v计算结果在5-25范围内，合适4.5初定中心距由已知条件 0.7（+）2（+）=400mm4.6 初算带长4.7 确定带长由表2-2，取=1600mm4.8 计算中心距=a-0.015=388-0.0151600=364mm=a+0.03=388+0.031600=436mm4.9 验算小带轮包角 合适4.10 确定V带根数查表2-6可知=1.87kW 0.31kW 查表2-7 查表2-2 综上 Z=64.

6、11 单根V带的张紧力Fo4.12 作用在轴上的力4.13 选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用45刚调质，硬度为217255HBW；大齿轮选用45刚正火，硬度为162217HBW。因为是普通减速器 。4.14 确定主要参数，设计几何尺寸3.1=62 取=62 故实际传动比为 =3.1验算传动比误差 =05% 合适 m=2.88 查表 3-1 m=3 d=mz=320=60mm d=mz=362=186=m(z+2)=3 中心距：a=mm 齿距：b=mm 取 =60mm +510=65mm4.15 验算齿根弯曲疲劳强度 查表 3-28 按插值法计算=1.734 小齿轮弯曲疲劳强度足够；故大齿轮的弯

7、曲疲劳强度足够五、轴的设计计算5.1选择轴的材料，确定许用应力由以知条件知,减速器传递功率属于中小功率,对材料无特殊要求,故选用45钢调质处理,由表5-1查得强度极限=295Mpa 许用应力5.2估算轴的最小直径 根据表5-5得C=110 轴上有一个键槽，直径增大3%，查表5-6 取=45mm 5.3 计算齿轮受力 齿轮分度圆直径为转矩为 T=kN·mm 圆周力为 N 径向力为 轴向力 5.4 轴的结构设计 轴上零件的装配和定位方案的确定为便于轴上零件的装配，将轴制成阶梯形。齿轮，左侧轴承、联轴器从左侧装入；定位方式依次为：轴肩、套筒（挡油环）、轴肩；另一轴承从左侧装入、采用轴肩定位

8、(可加挡油环)。各件的定位方式为：齿轮右侧用轴肩，左侧用套筒（挡油环）；左侧轴承右侧用套筒（挡油环），左侧用轴承盖；联轴器右侧用轴肩，左侧用轴端挡圈；右侧轴承左侧用轴肩（挡油环），右侧用轴承盖。5.4.2 确定轴的各段直径从左向右看，第一段与联轴器配合，选择弹性柱销轴器的规格为ZL4，联轴器J型轴孔的孔径为40mm，孔长 所以确定=40mm要符合轴承内径标准系列，选用深沟球轴承，代号7211C，故；确定轴的各段长度与传动零件（如齿轮、联轴器等）相配合的轴段长度应比传动零件的轮毂宽度略小2mm左右，；第二段轴长考虑轴承盖螺钉至联轴器距离为10-15mm，取。其余各段轴长与箱体的设计有关，可由齿轮

9、开始向两端逐步确定。齿轮端面与箱壁的距离取10-15mm，这里取15mm；轴承端面与箱体内壁的距离与轴承的润滑有关，这里取；轴承宽10mm。；轴环宽度六、联轴器的选择6.1 联轴器类型的选择常用联轴器大多已标准化，选用时先根据工作条件确定合适的类型，再按转矩、轴径及转速选择联轴器的型号，必要时再校核其承载能力。根据工作载荷的大小和性质、转速高低、两轴相对偏移的大小和装拆维护等方面的因素，结合各类联轴器的而性能，并参照同类机器的使用选择弹性柱销齿式联轴器。6.2 联轴器的型号选择联轴器的类型确定后，应根据轴端直径、转矩大小、转速、空间尺寸等要求确定联轴器型号（1） 计算名义转矩T：（2） 计算转

10、矩：，式中查机械设计基础P227表4-21取K=1.3。（3） 选择联轴器型号 根据轴端直径、转速n、计算转矩等参数，查手册标准，选择适当型号。所选型号应满足： 计算转矩应小于等于所选型号的许用最大转矩，即，查机械手册取4000 转速n应小于等于所选型号的许用最高转速，即n，查机械手册取4000 综上所述，应选取ZLD4 Y型轴，轴孔直径为80mm，轴孔长度为142mm七、键联接的选择及校核计算设计键连接时，先根据工作要求选择键的类型，再根据装键处轴的直 径d从标准（机械设计基础P58表1-19）中查得键的宽度b和高度h，并参照轮毂长度从标准中选取键的长度L，最后进行键联接的强度校核。 键的材

11、料一般选用抗拉强度不低于600的碳素钢。普通平键联接的主要失效形式是工作面的压溃，除非有严重的过载，否则一般不会出现键的剪断。因此对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的平键联接通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。7.1类型及尺寸的选择（1）类型选择 该连接为静连接，为了便于装配和固定，选择A型普通平键 （2）尺寸选择 根据轴的直径d=60mm，查机械设计基础P58表1-19得，键宽：b=18mm，键高：h=11mm 根据轮毂长度，查机械设计基础P58表1-19，取键长：=80mm7.2 强度计算 强度公式：，机械设计基础P59表1-20得，键的工作长度l=L-b=80-18=62mm

12、，所以键的强度足够八、滚动轴承的选择及计算 滚动轴承具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑方便及更换方便等优点，在各类机器中得到了广泛应用。考虑到承受载荷的大小、方向和性质，转速与工作环境、调心性能要求经济性和其他特殊要求等，所以选择深沟球轴承。 估算轴径，故选用代号为61911的深沟球轴承，D=80mm,B=13mm九、减速器附件的选择箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器的各种零，并保证传动件的啮合精度，使箱内零件具有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约占整台减速器的一半，所以箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、重量及成本等有很大影响，因此，对箱体设计必须

13、给予足够重视。9.1 减速器铸铁箱体主要结构尺寸关系箱座（体）壁厚：，箱盖壁厚：，箱座：箱盖：箱座底凸缘厚度：地脚螺栓直径：，箱盖、箱座连接螺栓直径：螺栓的间距：150-200轴承端盖螺钉直径： 螺钉数目为4检查孔盖螺钉直径：单级减速器：、至箱外壁距离 、至凸缘边缘距离：螺栓直径取M10、轴承座外径:轴承旁凸台半径：轴承旁凸台高度：根据低速轴轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定箱外壁至轴承座端面距离：箱盖、箱座筋厚：；大齿轮顶圆与箱内壁距离：齿轮端面与箱内壁距离:9.2 窥视孔盖和窥视孔为了检查传动件的啮合、润滑、接触斑点、齿侧间隙及向箱内注册油等，在箱盖顶部应设置便于观察传动件啮合区的位置并

14、有足够大得窥视孔。窥视孔平时用盖板盖上并用螺钉予以固定，盖板与箱盖接合面间加装防漏的纸质封油垫片。盖板材料可用钢板、铸铁或有机玻璃制成。为避免油中杂质侵入箱内，可在孔口装一滤油网a=150-250 A=100 B=75 C=125 K=80 R=12 螺钉尺寸：M620 螺钉数：49.3 排油孔与油塞为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱座底部设有排油孔，平时排油孔 用油塞及封釉垫封住。排油孔应设置在油池最低处，以便排净油污。并避免与其他机件相靠近，以便于排油，排油孔的箱壁上应制有凸台以便加工。排油孔油塞的直径约为箱座壁厚的2-3倍，采用细牙螺纹以保证紧密性。9.4 通气器为沟通想内外的气流，使箱

15、体内的气压不会因减速器运转时的升温而增大，从而造成减速器密封处渗漏，应在箱盖顶部或窥视孔盖板上安装通气器，可以使箱内的热胀气体自由的逸出。通气器的结构应具有防止灰尘进入箱体以及足够的通气能力。通气孔不要直通顶部，较完善的通气器内部应做成各种曲路并有金属网，防止停机后灰尘吸入箱内。9.5 油标为了检查减速器内的油面高度，应在箱体便于观察、油面较稳定的部位设置游标。对于多级传动则需安置在低速级传动件附近；长期连续工作的减速器，在游标尺的外面常装有游标尺套，可以减轻油的搅油干扰，以便能在不停车的情况下随时检查油面。游标尺结构简单，在减速器中应用最广。游标尺上刻有最高和最低游标线。观察时拔出游标尺，由

16、上面的油痕判断油面高度是否适当。设计时应注意游标尺的安置高度和倾斜位置。若油标尺太低及倾斜度太小，则箱内的油易于溢出；若油标尺太高或倾斜度太大，则油标尺难于拔出，插座上得插孔也难于加工。9.6 定位销为确定箱座与箱盖的相互位置，保证轴承座孔的镗孔精度和装配精度，应在箱体的连接凸缘上距离尽量远处安置两个圆锥定位销，并尽量设置在不对称位置。定位销孔是再箱盖和箱座剖分面加工完毕并用螺栓固连后进行配钻和配铰的。其位置应便于钻、铰和装拆，不应与邻近箱壁和螺栓等相碰。定位销的公称直径（小端直径）可取，（为箱座、箱盖凸缘连接螺栓的直径）并圆整为标准值。定位销的总长度应稍大于箱体连接凸缘的总厚度，一利安装拆。

17、9.7起盖螺钉箱盖、箱座装配时在剖分面上所涂密封胶给拆卸箱盖带来不便，为此常在箱盖侧边的凸缘上装一或两个起盖螺钉，在起盖时，首先拧动螺钉顶起箱盖。螺钉的直径一般与箱体凸缘连接螺栓直径相同，其螺纹长度必须大于箱盖凸缘的厚度，螺钉端部制成直径较细的圆柱端或半圆形。小型减速器亦可不用起盖螺钉。十、润滑与密封根据课本附表7.1，再根据齿轮的圆周速度,轴承可以用脂润滑和油润滑润滑,由于齿轮的转速是小于2m/s, 故轴承润滑采用脂润滑，为防止箱体内的轴承与润滑脂的配合，防止润滑脂流失，应在箱体内侧装挡油环，润滑脂的装填量不应超过轴承空隙体积的，在减速器中，齿轮的润滑方式根据齿轮的圆周速度而定，由于V<

18、;12m/s，所以采用油池润滑，箱体内采用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。轴承盖中采用毡圈油封密封。十一、参考文献机械设计基础 隋秀梅、张庆铃、郭佳萍主编 北京理工大学出版社 机械设计基础课程设计 张建中、何晓玲主编 高等教育出版社 机械设计综合课程设计 王之标、王大康主编 机械工业出版社 机械设计基础课程设计指导书 陈立德主编 高等教育出版社十二、设计小结这是我第一次完成的机械设计基础课程设计任务书，当我得到任务题目时，真无从下手，从电动机的选择，到减速箱的设计，完全需要借助大量公式计算，以及细心仔细的选择，才能完成。某个地方出错，就会导致一连串数据需要重新修改计算，比如当轴承选择不合适，导致应力过大，使用寿命不足，就需要更换方案，改变轴的长度，重新计算轴的许用应力，还有键的选择，也要重新考虑。因此，看似简单的一级减速器，蕴含的知识真是博大精深。虽然花了不少时间，不少心血完成了任务书，但是收获的知识量是千金难买的。从开始什么都不懂，到现在完