机械设计课程设计

1、机械设计课程设计 计算说明书设计题目:二级展开式圆柱齿轮减速器 设计者:郑东驰学号:0900203312指导老师:王玉刚2011年 9月 9日目录一、 设计任务书 ····································&#

2、183;···························2二、 传动装置的设计 ····················&#

3、183;·······································2三、 电动机的选择 ········

4、83;·················································

5、83;···2四、 传动比的计算及分配过程 ············································

6、;········3五、 传动装置的运动参数和动力参数的设计 ······································&

7、#183;·4六、 V 带传动的设计 ··············································

8、···············5七、 齿轮的设计 ·································&#

9、183;······························7八、 轴的设计 ··················

10、;···············································12九、 轴承的校核 ·

11、··················································

12、············17十、 键的设计 ····································&#

13、183;····························17十一、 箱体设计及说明 ···················

14、······································18十二、 减速器的润滑及密封 ·········&#

15、183;···········································19十三、 减速器的附件 ····&

16、#183;·················································&

17、#183;····20 十四、 小结 ···········································

18、83;·······················20十五、 参考文献 ························

19、3;······································21一、设计任务书。1、课程设计的目:机械设计课程设计是机械设计课程一个重要环节。其目的是:(1 、 进一步巩固和加深学生所学的理论知识,通

20、过本环节把 机械设计 及其他有关先修 课程(如机械制图 、 理论力学 、 材料力学 、 工程材料及机械制造基础等中 所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用,使理论知识和生产实践密切地结合起来。 (2 、 机械设计课程设计是高校工科相关专业学生首次进行完整综合的机械设计,通过 设计实践, 树立正确的设计思想; 初步培养学生对机械工程设计的独立工作能力; 使学生具 有初步的结构选型与组合和确定传动方案的能力; 使学生借助于计算机掌握机械运动、 动力 分析和设计的基本方法和步骤, 为今后的设计工作打下良好的基础; 培养团结合作、 相互配 合的工作作风。(3 、通过设计实践,提高学生的计算、制图能力

21、;使学生能熟练地应用有关参考资料、计 算图表、手册、图集、规范;熟悉有关的国家标准和行业标准(如 GB 、 JB 等 ,以完成一个 工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基本技能训练。2、 设计参数:(1 、运输工作带拉力 F=3500N。(2 、运输带工作速度 V=0.8m/s。(3 、滚筒直径 D=320mm。(4 、工作寿命:八年,每日两班制工作。(5 、工作条件:载荷平稳。二、传动装置的设计。传动方案:展开式二级圆柱齿轮减速器。 三、电动机的选择。1、选择电动机类型。根据题意,选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。 2、选择电动机容量。根据已知条件,取工作机的效率

22、94. 097. 097. 0=带 滚 w ,则工作机功率为kW F P w 98. 294. 010008. 035001000v w w w =电动机的输出功率(工作机所需功率为W P P P wk 47. 398. 097. 099. 096. 098. 22323w0=联齿 滚 带 根据附录 K (机械设计课程设计 选取电动机的额定功率 W P k 4ed =。 3、确定电动机的转速及传动比。由 s m Dn v w /100060=得输送带滚筒的转速min /75. 4710320608. 03r D v n w w =- 各种传动的传动比范围分别为 42=总 i ;齿轮传动的传动比

23、范围为 53i =总 。总传动比的范围为 1001853422= ( (总 i ,电动机的转速范围为r/min47755. 8591001875. 47n 0= (总 i n w 符合这一要求的电动机同步转速有 r/min1500和 r/min3000两种。 四、传动比的计算及分配过程。 方案 1.根据展开式二级圆柱齿轮减速器各传动比的关系计算如下: (1 、总传动比 52. 60=wmn n i 总 。 (2 、传动比分配。根据各种传动的传动比范围,去带传动的传动比 2=带 i 。51. 627. 62/52. 604. 13. 1i 4. 13. 1i 2= 取 30. 6212=-i i

24、 , 80. 42/52. 602323=-i i i 。 同理可得:方案 2中的各传动装置的传动比:16. 30=总 i , 59. 443. 42=i ,取45. 4322=-i i ,则 39. 33=i 。列表如下。表 1 方案 1传动比过大,因此选择方案 2。五、传动装置的运动参数和动力参数的设计。 1、各轴转速。min /14400r n n m =min /72021440101r i n n m =- min /80. 16145. 42144021102112r i i n i n n m =- min /73. 4739- min /74. 473r n n w =2、各轴

25、功率。W P P P k 33. 396. 047. 301021=-带 kW P P P 20. 397. 099. 033. 312112=-齿 滚 W 07. 397. 099. 020. 323223k P P P =-齿 滚 kW P P P w w 98. 298. 099. 007. 3333=-联 滚 3、各轴扭矩。m N n P T =01. 23144047. 39550000 m N n P T =17. 4472033. 39550111 m N n P T =88. 18880. 16120. 39550222 m N n P T =26. 61473. 4707.

26、395503335m N n P T w w w =25. 59673. 4798. 29550其中 带 =-10为带传动的效率; 齿 滚 =2-1、 齿 滚 =3-2为滚动轴承效率与齿轮传动效 率的乘积; 联 滚 =w -3。将以上结果汇总列表备用。表 2 六、 V 带传动的设计。 1、带轮直径和带速。设 c P 为传动的额定功率 (W k , A K 为工作情况系数,则计算功率为P K P A c =根据表 13-8(机械设计基础 查得 V 带的工作情况系数 2. 1=A K 。 W P K P A k 164. 447. 32. 10c = m i n /14401r n = 根据图 1

27、3-15(机械设计基础 普通 V 带选型图,得 mm d d 901=,则mm id d d d 18090212=验算带速度 s m d n v d /78. 610006014409014. 310006010=,在 s m /255范围内。2、中心距、带长和包角。 初步确定中心距 0a ,即(2 (7. 021210d d d d d d a d d +<<+代入数据得: mm a mm 5401890<< 取 mm a 8. 3840=62004 ( (221221a d d d d a L d d d d -+=代入数据得:mm L 76. 11988. 38

28、44 90180( 18090(28. 384220=-+=根据初定的 0L ,有表 13-2(机械设计基础 选取接近的基准长度 mm L d 1250=。近似计算所需的中心距 20L L a a d -+代入数据得: mm a 42. 410276. 119812508. 384=-+= 小轮包角计算3. 57180121-=ad d d d 代入数据得:12043. 1673. 5742. 410901801801>=-=,主动轮包角合适。3、 V 带根数 z 。根据 mm d d 901=, min /14401r n =,查表 13-3(机械设计基础 得到单根普通 V 带的 基本

29、额定功率 kW P 07. 10=。根据 2=i , min /14401r n =,查表 13-5(机械设计基础 得到单根普通 V 带 1i 时额 定功率的增量 kW P 17. 00=。根据包角 43. 1671=,查表 13-7(机械设计基础 得到包角修正系数 97. 0=K 。 根据基准长度 mm L d 1250=, 查表 13-2(机械设计基础 得到带长修正系数 93. 0=L K 。 V 带根数计算 Lcc K K P P P P P z (000+=代入数据得: 7. 393. 097. 0 17. 007. 1(164. 4=+z z 取 4条。4、 单根普通 V 带合宜的初

30、拉力。20 15. 2(500qv K zv P F c +-=N 查表 13-1(机械设计基础 得单位长度质量 m kg q /1. 0=,代入数据得:N F 69. 1253201. 0 197. 05. 2(3204164. 450020=+-=75、 作用在带轮轴上的压力 2sin210zF F Q =。代入数据得:N F 48. 999243. 167sin69. 125420=七、齿轮的设计。 1、高速级。 由表 2得:min /7201r n = min /80. 1612r n = kW P 33. 31= m N T =17. 441 45. 421=-i寿命 h t 365

31、281=;(1 齿轮材料及其精度等级的确定。 设齿轮按 8级精度制造。 小齿轮选择 Cr 40调质, 查表 11-1(机械设计基础 得:硬度 HBS HBS 350286217<, 软齿面, MPa H 7401lim =, MPa FE 6001=。大齿轮选择 45号钢调质, 查表 11-1(机械设计基础 得:硬度 HBS HBS 350286197<, 软齿面, MPa H 5802lim =, MPa FE 4502=。查表 11-5(机械设计基础 得最小安全系数 0. 1=H S , 25. 1=F S 。MPa S HH H 7401lim 1=MPa S HH H 58

32、02lim 2=MPa S FFE F 48025. 160011=MPa S FFE F 36025. 145022= (2按齿面接触疲劳强度设计。 根据表 11-3(机械设计基础 选取载荷系数 4. 1=K 。查表 11-4(机械设计基础 得弹8性系数 8. 189=E Z 。 5. 2=H Z 。查表 11-6(机械设计基础 得齿宽系数 8. 0=d 。 初选小齿轮齿数 241=z ,则大齿轮齿数 8. 1062445. 41212=-z i z ,取 1082=z 。 实际传动比 5. 4241080=i 。 传动比误差 %5%12. 145. 45. 445. 421021<=

33、-=-=-i i i ,可用。齿数比 45. 40=i 。211 (12H H E dZ Z uu KT d + 代入数据得: mm d 19. 50 5805. 25. 189(5. 415. 48. 0441704. 1221=+模数 mm z d m 091. 22419. 50111=根据表 4-1(机械设计基础 选取标准模数 5. 21=m 。 中心距 mm z z m a 165 10824(25. 2 (22111=+=+=按照标准模数和中心距校正分度圆直径。mm z m d 605. 224111=, mm z m d 2705. 2108212=。中心距 mm d d a 1

34、652270602211=+=+=。 齿宽 mm d b d 48608. 012=, mm mm b b 5853 105(21=+=,取 mm b 561=。 (3验算齿轮的弯曲强度。查图 11-8(机械设计基础 得齿形系数 76. 21=Fa Y , 23. 22=Fa Y 。 查图 11-9(机械设计基础 得齿根修正系数 59. 11=Sa Y , 83. 12=Sa Y 。MPa MPa z m b Y Y KT F Sa Fa F 48038. 75245. 24859MPa MPa Y Y Y Y F Sa Fa Sa Fa F F 36010. 7059. 176. 283.

35、123. 238. 752112212=<=,安全。(4齿轮的圆周速度。s m s m n d v /6/261. 21000607206014. 3100060111<=对照表 11-2(机械设计基础 可知选用 8级精度是合宜的。9(5其他几何尺寸。齿顶高 mm m h h a a 5. 25. 20. 11*=齿根高 mm m c h h a f 125. 35. 2 25. 00. 1( (1*=+=+=齿顶圆 mm h d d a a 655. 2260211=+=+= mm h d d a a 2755. 22270222=+=+= 齿根圆 mm h d d f f 75

36、. 53125. 3260211=-=-= mm h d d f f 75. 263125. 32270222=-=-=轮毂长 mm d L h 604840 5. 12. 1(5. 12. 1=,取 mm L 50= 轮毂外径 mm d D h 64406. 16. 11= 轮缘内经 mm d D f 246202=-=腹板厚 mm b c 4. 14483. 03. 0=,取 mm c 16= 2、低速级。 由表 2得:min /80. 1612r n =min /73. 473r n = kW P 20. 32= m N T =88. 188239. 332=-i寿命 h t 36528

37、2=(1 齿轮材料及其精度等级的确定。 设齿轮按 8级精度制造。 小齿轮选择 Cr 40调质, 查表 11-1(机械设计基础 得:硬度 HBS HBS 350286217<, 软齿面, MPa H 740'1lim =, MPa FE 600'1=。大齿轮选择 45号钢调质, 查表 11-1(机械设计基础 得:硬度 HBS HBS 350286197<, 软齿面, MPa H 580'2lim =, MPa FE 450'2=。查表 11-5(机械设计基础 得最小安全系数 0. 1'=H S , 25. 1'=F S 。10MPa S

38、HH H 740'' 1lim '1=MPa SHH H 580'' 2lim '2=MPa S F FE F 48025. 1600' ' 1'1=MPa S FFE F 36025. 1450' ' 2'2= (2按齿面接触疲劳强度设计。根据表 11-3(机械设计基础 选取载荷系数 4. 1'=K 。查表 11-4(机械设计基础 得弹性系数 8. 189'=E Z 。 5. 2'=H Z 。查表 11-6(机械设计基础 得齿宽系数 8. 0' =d 。 初选小齿轮

39、齿数 28'1=z ,则大齿轮齿数 92. 942839. 3' 132' 2=-z i z ,取 92'2=z 。实际传动比 29. 32892'0=i 。 传动比误差 %5%9. 239. 329. 339. 332'32<=-=-=-i i i ,可用。齿数比 39. 3'0' =i u 。2''' ' ' '2'1(12H H E d Z Z u u KT d + 代入数据得: mm d 24. 83 5805. 25. 189(29. 3129. 38. 01

40、888804. 122' 1=+模数 mm z d m 97. 22824. 83' 1' 12=根据表 4-1(机械设计基础 选取标准模数 32=m 。 中心距 mm z z m a 180 9228(23 (2'2' 122=+=+=按照标准模数和中心距校正分度圆直径。mm z m d 84328' 12' 1=, mm z m d 276923'22' 2=。 中心距 mm d d a 1802276842'2' 12=+=+=。 齿宽 mm d b d 2. 67848. 0' 1'

41、 ' 2=, 取 mm b 68' 2=, mm mm b b 7873 105('2' 1=+=,11取 mm b 74' 1=。(3验算齿轮的弯曲强度。查图 11-8(机械设计基础 得齿形系数 66. 2' 1=Fa Y , 22. 2'2=Fa Y 。 查图 11-9(机械设计基础 得齿根修正系数 62. 1' 1=Sa Y , 81. 1' 2=Sa Y 。MPa MPa z m b Y Y T K Fa Sa Fa Fa 48099. 1322836862. 166. 21888804. 122' 12&

42、#39; 122' 2'1' 1' 1' '1=<=MPa MPa Y Y Y Y Fa Sa Fa Sa Fa F Fa 36001. 12462. 166. 281. 122. 299. 132' ' 2'1' 1' 2' 2' 12=<=,安全。 (4齿轮的圆周速度。s m s m n d v /6/71. 010006080. 1618414. 31000602' 12<=对照表 11-2(机械设计基础 可知选用 8级精度是合宜的。 (5其他几何尺寸。齿顶高

43、 mm m h h a a 330. 12*' =齿根高 mm m c h h a f 75. 33 25. 00. 1( (2*' =+=+=齿顶圆 mm h d d a a 9032842' ' 1' 1=+=+= mm h d d a a 282322762' ' 2' 2=+=+= 齿根圆 mm h d d f f 5. 7675. 32842'' 1' 1=-=-= mm h d d f f 5. 26875. 322762'' 2' 2=-=-=轮毂长 mm d L h

44、726. 5748 5. 12. 1(5. 12. 1' ' =,取 mm L 65'= 轮毂外径 mm d D h 8. 76486. 16. 1' ' 1=,取 mm D 78'1=轮缘内经 mm d D f 5. 25220' ' 2=-= ,取 mm D 254'2= 腹板厚 mm b c 4. 20683. 03. 0'=,取 mm c 22= 得到高速级、低速级齿轮各系数如下表: 12 八、轴的设计。 1、轴的材料选择。输入轴、中间轴、输出轴均选用 45号钢,调质处理。查表 14-1(机械设计基础 得到

45、硬 度 HBS 255217,强度极限 MPa B 650=,屈服极限 MPa S 360=,弯曲疲劳极限MPa 3001=-。2、计算各轴的最小直径。mm nPC d 输入轴:mm d 83. 1772033. 3107min =输入 ,(外伸轴, 107=C ,表 14-2, 机械设计基 础 ,下同 。中间轴:mm d 10. 318. 16120. 31153min =中间 ,(非外伸轴, 115=C 。 输出轴:mm d 87. 3974. 4707. 3107min =输出 ,(外伸轴, 107=C 。 3、轴承润滑方式的选择。高速级齿轮的圆周速度:s m s m n d v /2/

46、26. 21000607206014. 31006011>=高速级 ,故轴承润滑采用油脂润滑,并采用挡油环。 4、输入轴的设计。 初步设计:13 mm l 461=输入 , mm d 301=输入 , 初选滚动轴承 6206, 内径 mm d 30=, 外径 mm D 62=, 宽度 mm B 16=;mm l 542=输入 , mm d 362=输入 ;mm l 143=输入 , mm d 503=输入 ;mm l 844=输入 , mm d 364=输入 ;mm l 225=输入 , mm d 305=输入 , 初选滚动轴承 6206, 内径 mm d 30=, 外径 mm D 62

47、=, 宽度 mm B 16=;mm l 506=输入 , mm d 246=输入 ; mm l 507=输入 , mm d 207=输入 。5、中间轴的设计。初步设计: 14mm l 501=中间 , mm d 351=中间 , 初选滚动轴承 6207, 内径 mm d 35=, 外径 mm D 72=,宽度 mm B 17=;mm l 462=中间 , mm d 402=中间 ; mm l 143=中间 , mm d 563=中间 ; mm l 724=中间 , mm d 484=中间 ;mm l 385=中间 , mm d 355=中间 , 初选滚动轴承 6207, 内径 mm d 35=

48、, 外径 mm D 72=,宽度 mm B 17=。 6、输出轴的设计。 初步设计: mm l 601=输出 , mm d 401=输出 ;mm l 502=输出 , mm d 442=输出 ;mm l 263=输出 , mm d 503=输出 , 初选滚动轴承 6210, 内径 mm d 50=, 外径 mm D 90=, 宽度 mm B 20=;mm l 774=输出 , mm d 564=输出 ; mm l 105=输出 , mm d 645=输出 ;mm l 666=输出 , mm d 566=输出 ;mm l 417=输出 , mm d 507=输出 , 初选滚动轴承 6210, 内

49、径 mm d 50=, 外径 mm D 90=, 宽度 mm B 20=。7、中间轴的校核。 高速级大齿轮:mm d 2702=, m N T =88. 1882N d T F t 11. 13992701888802222=N F F t r 23. 50920tan 11. 1399tan = 低速级小齿轮:mm d 84' 1=, m N T =88. 1882N d T F t 14. 44978418888022'12' =N F F t r 83. 163620tan 14. 4497tan ' ' = 求支座反力:Z F 、 ' Z

50、 F 、 y R 、 'y R 。 垂直平面:'' r r y y F F R R +=+'' 737572( 7572(72yr r R F F +=+ 得:N R y 36. 1260'=N R y 70. 885= 水平面:' ' Z Z t t F F F F +=+' ' 737572( 7572(72Z t t F F F +=+得:N F Z 80. 3462' =N F Z 45. 2433= 截面 A :垂直弯矩 m N R M y A =77. 6310723-垂直 水平弯矩 m N F

51、 M Z A =21. 17510723-水平 截面 B :垂直弯矩 m N R M y B =-00. 9210733'垂 直 水平弯矩 m N F M Z B =78. 25210733-'水平 垂直弯矩图: 水平弯矩图: 合成弯矩:m N M M M A A CA =+=+=45. 18621. 17577. 632222水平 垂直 m N M M M B B CB =+=+=00. 26978. 25200. 2222水平 垂直 合成弯矩图: 根据表 2得:m N T =88. 188中间轴 危险截面 B 的当量弯矩: 222中间轴 T M M CB e +=认为轴的扭

52、切应力是脉动循环变应力,取折合系数 6. 0=,代入上式得: m N M =+=90. 29188. 1886. 000. 269222e校核危险截面 B 的强度:由表 14-1得:45号钢调质强度极限 MPa B 650=,查得表 14-3(机械设计基础 得:MPa b 601-=MPa MPa d M b e e 6039. 26048. 01. 090. 2911. 0133=<=-,安全。 九、轴承的校核。寿命 h t 46720836528=查附录 E.1滚动轴承 6207的基本额定动载荷 kN C r 5. 25=。 因为轴向力很小, 所以 1=X ,0=Y ; N R F

53、P y Z 04. 36852' 2' =+=, min /80. 1612r n =。h t h P C n L r h 4672034132 04. 368525500(8. 1616010 (6010366=<=,符合要求,安全。十、键的设计。查附录 I.1(机械设计课程设计 可得:1、高速级小齿轮:mm l 542=输入 , mm d 362=输入 , m N T =17. 441,在 mm 3830范 围内,选公称尺寸 810=h b , 45' =l 。2、高速级大齿轮:mm l 462=中间 , mm d 402=中间 , m N T =88. 18

54、82在 mm 4438范围内,选公称尺寸 812=h b , 36'=l 。3、低速级小齿轮:mm l 724=中间 , mm d 484=中间 , m N T =88. 1882,在 mm 5044范 围内,选公称尺寸 914=h b , 63'=l 。4、低速级大齿轮:mm l 665=输出 , mm d 565=输出 , m N T =26. 6143,在 mm 5850范 围内,选公称尺寸 1016=h b , 56' =l 。查表 10-10得:MPa P 120100=,P P MPa dhlT <=35. 7856105661426044',

55、符合要求,安全。 5、 输入轴连接的从动轮:mm l 507=输入 , mm d 207=输入 , m N T =17. 441, 在 mm 2217范围内,选公称尺寸 66=h b , 40'=l 。6、 输出轴连接的主动轮:mm l 601=输出 , mm d 401=输出 ,m N T =26. 6143, 在 mm 4438范围内,选公称尺寸 812=h b , 50'=l 。十一、箱体设计及说明。表 5 mm 轴承座孔长度 （即箱体内壁至轴承座 端面的距离） 大齿轮顶圆与箱体内壁的距离 齿轮端面与箱体内壁间的距离 十二、减速器的润滑及密封。 十二、减速器的润滑及密封。

56、 （1） 、齿轮的润滑 低速级大齿轮的圆周速度： v2 = 高速级大齿轮的圆周速度： v1 = 所以，齿轮传动采用油池润滑。 （2） 、轴承的润滑及密封 ' d 2 n2 K + 52 10 10 1 2 60 ×1000 = = 3.14 × 276 ×161.80 = 2.34m / s < 12m / s ， 60 ×1000 3.14 × 270 × 720 = 10.17 m / s < 12m / s 60 × 1000 d 2 n1 60 × 1000 dn = 35 ×

57、 161.80 = 5663 < (1.5 2 × 10 5 mm r / min ， 采用润滑脂润滑。 轴颈圆周速度 v 不 大于 4 5m / s 工作温度不超过 90 ，采用毛毡圈密封。 （3） 、减速器的密封 在箱盖和箱座结合面处开回油沟，让渗入结合面的油通过回油沟流回油池。 十三、减速器的附件 十三、减速器的附件。 名称 规格或参数 作用 为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入 润滑剂，应在箱体的适当位置设置检查孔。 图中检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿 轮啮合部位。平时，检查孔的盖板用螺钉固 定在箱盖上。 检查孔检查孔盖、 通气塞、通气器 56 ×120 材料 Q 23