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1、机械设计课程设计机械设计课程设计 设计计算说明书设计计算说明书 目目 录录 设计任务书：.3 第一章 电动机的选择及运动参数的计算.4 1 11 1 电动机的选择电动机的选择.4 1 12 2 装置运动及动力参数计算装置运动及动力参数计算.5 第二章 斜齿圆柱齿轮减速器的设计.6 2.12.1 高速轴上的大小齿轮传动设计高速轴上的大小齿轮传动设计.6 2.22.2 低速轴上的大小齿轮传动设计低速轴上的大小齿轮传动设计.11 第三章 轴的设计各轴轴径计算.15 3.13.1 轴的选择与结构设计轴的选择与结构设计.16 3 32 2 中间轴的校核中间轴的校核.19 第四章 滚动轴承的选择及计算.2
2、4 4.14.1 轴承的选择与结构设计轴承的选择与结构设计.24 4 42 2 深沟球轴承的寿命校核深沟球轴承的寿命校核.25 第五章 键联接的选择及计算.24 5 51 1 键的选择与结构设计键的选择与结构设计.28 5.25.2 键的校核键的校核.28 第六章 联轴器的选择及计算.30 6.16.1 联轴器的选择和校核联轴器的选择和校核.30 第七章 润滑和密封方式的选择.31 7.17.1 齿轮润滑齿轮润滑.31 7 72 2 滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑.32 第八章 箱体及设计的结构设计和选择.33 第九章 减速器的附件.34 9 91 1 窥视孔和视孔盖窥视孔和视孔盖.34 9 9
3、2 2 通气器通气器.34 9 93 3 轴承盖轴承盖.35 9.49.4 定位销定位销.35 9 95 5 油面指示装置油面指示装置.36 9.69.6 放油孔和螺塞放油孔和螺塞.36 9.79.7 起盖螺钉起盖螺钉.37 9.89.8 起吊装置起吊装置.37 结束语.38 参考文献.39 机械课程设计任务书及传动方案的拟订机械课程设计任务书及传动方案的拟订 一、设计任务书一、设计任务书 设计题目设计题目: :二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器 工作条件及生产条件工作条件及生产条件: : 该减速器用于带式运输机的传动装置。工作时有轻微振动，经常满载，空载启动， 单向运转
4、，单班制工作。运输带允许速度差为5%，减速器小批量生产，使用期限为 5 年（每年 300 天） 。 应完成任务：1.减速器装配图一张（A0） ； 2中间轴上大齿轮和中间轴零件图两张（A2） ； 3设计说明书一份（8000）字。 第 11 组减速器设计基础数据 卷筒直径 D/mm 400 运输带速度 v(m/s) 0.73 运输带所需转矩 T(N) 420 二、传动方案的分析与拟定二、传动方案的分析与拟定 图图 1-11-1 带式输送机传动方案带式输送机传动方案 带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经连轴器将动 力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆
5、柱齿轮减速器，其 结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级 都采用斜齿圆柱齿轮传动。 一、一、电动机的选择电动机的选择 1.11.1 电动机的选择电动机的选择 1.1.1 电动机类型的选择 电动机的类型根据动力源和工作条件,选用 Y 系列三相异步电动机。 1.1.2 电动机功率的选择 根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为： =60*1000*0.73/3.14400=34.87 r/min60 1000/ w nVD 工作机所需要的有效功率为: =Tn/9550=42034.87/9550=1.534kW w P 为了计算电动机的所需功率，先要确定从电动机到工
6、作机之间的总效 d P 率。设为弹性联轴器效率为0.99，为滚动轴承传动效率为 12 0.99，为齿轮传动（ 8 级）的效率为0.97， 为滚筒的效率为 3 4 0.96。则传动装置的总效率为: 0.8166 24212421 1234 0.990.990.970.96 电动机所需的功率为: 1.534/0.8166= 1.879PP dw 在机械传动中常用同步转速为 1500r/min 和 1000r/min 的两种电动机， 根据电动机所需功率和同步转速，由2P148 表 16-1 查得电动机技术数据及计 算总传动比如表 31 所示。 表 11 电动机技术数据及计算总传动比 转速 (r/mi
7、n) 方 案型 号 额定功 率 (kW) 同步满载 总 传 动 比 外 伸 轴 径 外伸轴长 度 1Y100L1-42.215001430032.71 28mm 009 . 0 004 . 0 60 2Y112M1-62.2100094021.645 28mm 009 . 0 004 . 0 60 总传动比 := / =1430/34.87=41.009 1 i m n w n = /=940/34.87=26.957 2 i m n w n 由表可知，方案 1 虽然电动机转速高，价格低，但总传动比大；为了能合理地 分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案 2，即电动机型号为 Y112M-
8、 6。 1.21.2 装置运动及动力参数计算装置运动及动力参数计算 1.2.1 分配各级传动比 双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为： =5.92 1 ii 3 . 1957.26*3 . 1 低速级的传动比为： = /=26.957/5.92=4.55 2 ii 1 i 1.2.2 传动装置的运动和动力参数计算： a) 各轴的转速计算： = =940r/min 1 n m n = / =940/5.92=158.784r/min 2 n 1 n 1 i =/=158.784/4.55=34.898r/min 3 n 2 n 2 i =34.898r/min 4 n 3 n b) 各轴的输入功率
9、计算： =1.879 0.99=1.8602kW 1 P d P 1 =1.8602 0.97 0.98=1.768kW 2 P 1 P 2 3 =1.768 0.97 0.98=1.681kW 3 P 2 P 2 3 =1.681 0.99 0.97=1.614kW 4 P 3 P 1 2 c) 各轴的输入转矩计算： =9550*/=9550 1.8602/940=18.899Nm 1 T 1 P 1 n =9550*/=95501.768/158.784=106.336NmT 22 P 2 n =9550* / =95501.681/34.898=460.013NmT 33 P 3 n =
10、9550*/=95501.614/34.898=441.678 Nm 4 T 4 P 4 n 由以上数据得各轴运动及动力参数见表 13。 13 各轴运动及动力参数 2158.7841.768106.336 4.55 334.8981.681460.013 434.8981.614441.678 1.00 二二 、 传传动动零零件件的的设设计计计计算算 2.1 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 1)1) 选择齿轮材料及热处理方式：选择齿轮材料及热处理方式： 由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速 场合。根据设计要求现选软齿面组合： 根据1
11、P102 表 8-1 得： 小齿轮选择 45 钢调质,HBS =217255； 1 大齿轮选择 45 钢常化,HBS =162217； 2 此时两齿轮最小硬度差为 217-162=55；比希望值略小些，可以初步试算。 2)2) 齿数的选择：齿数的选择： 现为软齿面齿轮，齿数以比根切齿数较多为宜，初选 =24 1 z = =5.92 24=142.08 2 z1i1z 取大齿轮齿数=143，则齿数比（即实际传动比）为 2 z =/=143/24=5.96。与原要求仅差(5.96-5.92)/5.96=0.67%，故可以满足 2 z 1 z 要求。 3)3) 选择螺旋角选择螺旋角 ： 按经验 ，8
12、1，按1 计算得： Y 1-110.998 120 13 120 计算齿形系数与许用应力之比值： HBS1=240 HBS2=200 6 9 8 6 861.3 4 10 601.31 10 4 10 1 F FN h FN S K N Nnt N K 由 1 P106表取安全系数 lim1 1 lim2 1 144.864 134.615 FNF F F FNF F F K S K S Y/=2.622/150=0.01748 1Fa 1F Y/=2.15/139.746=0.01539 2Fa 2F 由于 Y/较大，用小齿轮的参数 Y/代入公式，计算齿 1Fa 1F1Fa 1F 轮所需的法
13、面模数： 3 1 1 2 1 2 1 n cos2 m F Fa d Y z YKT =0.899 3 697 . 1 *24*24*0 . 1 18899*cos11*11cos.908 . 0 *5 . 1*2 11)11) 决定模数决定模数 由于设计的是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效是齿面疲劳点蚀，若模数 过小，也可能发生轮齿疲劳折断。所以对比两次求出的结果，按接触疲劳强度 所需的模数较大，齿轮易于发生点蚀破坏，即应以 mn1.53mm 为准。根据标准 模数表，暂定模数为： m =2.0mm n 12)12) 初算中心距：初算中心距： 2.0 (24+143)/2cos11=170.12
14、2mm 12 a()/2cos n m zz 标准化后取 a=170mm 13)13) 修正螺旋角修正螺旋角 按标准中心距修正 ： 15)15) 计算传动的其他尺寸：计算传动的其他尺寸： 11 2.0532347.219 t dmzmm 22 2.053 127260.731 t dmzmm 21 0.847.21938 d bdmm 12 2 338240bbmm 16)16) 计算齿面上的载荷：计算齿面上的载荷： 1 1 2220100 851 47.219 t T FN d tan851tan20.5158 318 rtt FF N tan851 tan12.2103198 at FFN
15、 17)17) 选择精度等级选择精度等级 齿轮的圆周转速： 3.558 m/s 1 1 3.14159 47.219 1440 60 100060 1000 d n v 对照1P107 表 8-4,因运输机为一般通用机械，故选齿轮精度等级为 8 级 是合宜的。 1818）齿轮图：）齿轮图： (1)2.22.2 低速级斜齿圆低速级斜齿圆柱齿轮的传动设柱齿轮的传动设 计计算计计算选用标准斜齿 轮圆柱齿轮传动： 选小齿轮选择 45#钢调质,HBS =217255； 1 大齿轮选择 45#钢正火,HBS =162217； 2 此时两齿轮最小硬度差为 217-162=55；比希望值略小些，可以初步试 算
16、。 因输送为一般通用机械，故选齿轮精度等级为 8 级。 (2) 齿数的选择： 现为软齿面齿轮，齿数应比根切齿数较多为宜，初选 z =27 1 z =i z =4.55*27=122.85 21 取大齿轮齿数 z =123 则齿数比为 u=z /z =123/27=4.56。 221 与原要求仅差(4.556-4.55)/4.556=0.6% 与原要求误差小故可以满足要求。 (3) 选择螺旋角 ： 按经验 ，81，所以按 1 计算得： Y 1-110.908 120 120 13 计算齿形系数与许用应力之比值： Y/=2.162/150=0.0144 1Fa 1F Y/=2.577/191.82
17、=0.0133 2Fa 2F 用大齿轮的参数 Y/代入公式 4Fa 4F 计算齿轮所需的法面模数： n 2 2 1 3 2 31 m 2cos Fa dF KT Y Y z 3 2 682 . 1 260 . 1 01748 . 0 949 . 0 892 . 0 1053202 . 12 1.479 (9) 按接触强度决定模数值，取 m =2.5 n (10) 初算中心距： a=m(z + z )/2 cos=2 (27+123 )/2cos=191.01 12 标准化后取 a=190 (11) 修正螺旋角 ：arccos2.5(27+123)/2*cos11=9.305 =918 (12)
18、 计算端面模数： Mt=mn/cos9.305=2.5/ cos9.305=2.533 (13) 计算传动的其它尺寸： D1=mt*z1=2.533*27=68.391 D2=m2*z2=2.533*123=311.559 B2=d*d1=1.0*68.391=68.391 B1=b2+(5-10)=75mm 齿顶圆直径 da1=d1+2ha= 68.391+22.5=73.391 da2=d2+2ha=311.559+2*2=316.559 齿根圆直径 df1=d1-2hf=68.391-23.25=62.141 df2=d2-2hf=311.559-23.25=305.309 (14) 计
19、算齿面上的载荷：Ft=2T1/d1=2*106336/68.391=3109.649 Fr=Ft tant=3109.649*tan20.35=1153.38 Fa=Ft*tan9.305=509.50 按照同样的方法可以得到各级齿轮的主要参数。具体数值如下 高速级低速级 小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮 齿数 Z 2314327123 模数 mn 22.5 初选螺旋角 11 11 修正后螺旋角 10470691818 分度圆直径 d 48.862291.13868.391311.557 齿根圆直径 df 43.862286.13862.141305.309 齿顶圆直径 da 52.862295.13
20、873.391316.559 齿轮宽度 b 55507570 端面模数 t m 2.03592.553 中心距 a 170190 实际传动比 i 5.5224.269 圆周力 ft 769.0023109.649 径向力 fr 285.2261153.38 齿 面 载 荷 轴向力 fa 169.836509.50 轴承型号 7207c7207c7211c 旋向左旋右旋右旋左旋 第三章第三章 联轴器的校核联轴器的校核 联轴器是机械传动常用的部件，它主要用来是联接轴与轴（有时也联接其 它回转零件） 。以传递运动与转矩。用联轴器连接的两根轴只有在机器停车后用 拆卸的方法才能把两轴分离。 3.13.1
21、 联轴器的选择和结构设计 联轴器是机械传动常用的部件，它主要用来是联接轴与轴（有时也联接其它 回转零件） 。以传递运动与转矩。用联轴器连接的两根轴只有在机器停车后用拆 卸的方法才能把两轴分离。 以输入轴为例进行联轴器的介绍。根据所选的电动机的公称直径和设计所 要求的 机械特性选择（因转矩较小） ，选弹性套柱销联轴器。 联轴器的型号具体参数如下 轴孔长度型 号公称转矩 Tn N.m 许用转速钢 n r/min 轴孔直径 d1、d2、dz J 型 LT4635700 25，28 44 LT8 710300045,48,50,55,56,84 3 32 2 联轴器的选择及计算 I 轴：选用弹性联轴器
22、。用 LT4 型号。许用转速 5700r/min , Tn =63N.m 实际 n=940r/minn=5700r/min ,所以 T=28.348N.mTn=63N.m III 轴：选用弹性联轴器 LT8，许用转速 3000 r/min，公称转矩Tn =710.m n=40.1r/minn=3000r/min ,T=690.020.07d。为了加工装配方便而设置非定 位轴肩，一般为 23mm。 4.与联轴器相联。 5.为扳手位置和端盖。 6.为轴承位置。 7.为低速齿轮的空间，以不发生干涉为主。 8.为齿轮轴。 9.为齿轮端面和内壁的空隙和部分内壁距离。 10.为轴承位置。 轴承的尺寸如图所
23、示 II 轴的设计 1根据前述所算的最小的轴径为 25.88mm。选轴承型号为 GB/T29793 7207C 角接触球轴承。 2.按轴肩规格。设置轴的结构，及定位关系。 为轴承安装空间，轴承为 GB/T93 7207C 型号 为齿轮端面和内壁的空隙和部分内壁距离。 为齿轮轴。 为低速齿和高速齿端面距离。 为低速齿安装处。 为套筒定位和安放轴承。 轴承的具体尺寸如图所示 III 输出轴的设计 1根据算的轴径最小值 。选取 d=55mm。 2轴的结构及定位关系取法步骤同前。 段为套筒定位和安放轴承。 段为高速级齿轮和安装空间以不发生干涉为主。 段为齿轮定位轴间。 为高速齿轮的空间，以不发生干涉为
24、主。 为轴承位置。 段为扳手空间位置和轴承端盖。 与联轴器相联。 轴承的具体尺寸如图所示 3 3. .3 3 中中间间轴轴的的校校核核： 1) 中间轴的各参数如下： =106.34Nm =260.87r/min =2.904kW T22 n 2 P 2) 中间轴上的各力： 低速级小齿轮： Ft1=3319N Fr1=1235N Fa1=747N 高速级大齿： Ft2=851N Fr2=318N Fa2=198N 3）绘制轴的计算简图 （1）计算支反力 1705NR 0F N2465R 0RFACFM 0M 力力力力力A力 H1 H2 H2t2t1A A ADAB 水平面： 剪剪力力图图： 弯弯
25、矩矩图图： 垂垂直直面面： N AD d FAB d F aa 468R 0F 449NR R 2 F 2 ACFM 0M 力力力力力A力 v1 v2 2 2r2 1 1r1A A 垂直面： 剪剪力力图图： 弯弯矩矩图图： 扭扭矩矩图图： 合合弯弯矩矩图图： 校校核核轴轴的的强强度度： 由上述可知，危险截面在C 截面处。 按第三强度理论求出弯矩M图，由公式 M= CA CA 2 2 )( M M=155.275 ca 2 )( 1 C M 2 2 )34.106*6 . 0()56.141( 轴为 45 号钢，查表可知 = 60 Mpa 1 由公式可得： MPaWMca ca 576.1804
26、4 . 0 14 . 3 /275.155*32/ 3 1 所以中间轴满足强度要求。 三、三、滚动轴承的选择及计算滚动轴承的选择及计算 轴承是支承轴的零件，其功用有两个：支承轴及轴上零件，并保 持轴的旋转精度；减轻转轴与支承之间的摩擦和磨损。 与滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小、效率高、 润滑简便及易于互换等优点，所以应用广泛。它的缺点是抗冲击能力 差，高速时有噪声，工作寿命也不及液体摩擦滑动轴承。 4 4. .1 1 轴轴承承的的选选择择与与结结构构设设计计 : : 由于转速较高，轴 向力又比较小，故选用深沟球轴承。下面 以高速级轴为例初选轴承型号为6207，具体结构图如下。
27、4 4. .2 2 高高速速轴轴轴轴承承的的校校核核： ， NCr25500NC r 15200 0 NFt851NFr318NF198 Fa/Fr=198/318=0.623e 查表利用插值法得： e=0.204，则有 e e 则有 X=0.56，利用插值法： Y=2.16 623 . 0 / ar FF 由公式 P=(X+Y)可得 p f r F a F P=1.2（0.56 318+2.16 198）=726.912 由公式h12000h 499645 912.726 25500 1440*60 10 60 10 3 6 3 6 h P C n L 所以满足要求。即高速级选用6207 型
28、号的轴承 4 4. .3 3 中中间间轴轴轴轴承承的的校校核核 : : 中间轴选择 6208: ， NCr29500NC r 18000 0 NRRR Hv 17684681705 222 1 2 11 NRRR Hv 25064492465 222 2 2 22 高速级大齿轮： NFr318NF198 低速级小齿轮： NFr1235NF1747 0305 . 0 18000/549/ 0 CFa 所以利用插值法得e=0.227 Fa/Fr=549/917=0.59e 所以选用 X=0.56，Y=1.93 由公式得： P=(X+Y) =1.2(0.56 917+1.93 549)=1887.7
29、08N p f r F a F 由公式h12000h 243708 708.1887 29500 1440*60 10 60 10 3 6 3 6 h P C n L 所以满足要求。即中间轴选用6208 型号的轴承 4 4. .4 4 低低速速轴轴轴轴承承的的校校核核： 初选低速级选用7209AC 型号的轴承正装 ， NCr38500NC r 680 0 求得：=1768N R =2506N 1 R 2 Fa=Fa -Fa =747-198=549N 12 S =0.68R =0.681768=1202.24N 1 1 S =0.68R =0.68-2506=1704.08N 2 2 Fa+S
30、 =549+1704.48=2253.08S 故 1 被压缩， 2 被放松。 21 求轴向载荷： A =Fa+S =2253.08N 1 2 A =S =1704.0822 求当量动载荷 P ,P 1 2 A /R =2253.08/1768=1.27e X =0.41 Y =0.87 1111 A /R =1704.08/2506=0.68=e X =1 Y =0 2222 P =(X R +Y A )=1.2(0.41 1768+0.87 2253.08)=3222.1N 1 p f 1111 型号 P =(X R +Y A ) =1.2(1 2506)=3007.2N 2 p f 222
31、2 由公式12000h1046 . 4 1 . 3222 38500 694.6360 10 60 10 8 3 6 3 6 h P C n L 所以满足要求。即低速级选用7209AC 型号的轴承 五、键联接的选择及计算五、键联接的选择及计算 键是标准件，通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作 用并传递转矩。有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向 移动。根据所设计的要求。此次设计所采用的均为平键联接。 5 5. .1 1 键键选选择择原原则则： 键的两侧面是工作面，工作时候，靠键与键槽侧面的挤压来传递 转矩；键的上表面与轮毂槽底面之间则留有间隙。平键联结不能承受 轴向力，因而对轴
32、上的零件不能起到轴向固定的作用。常用的平键有 普通平键和导向平键两种。平键联结具有结构简单，装拆方便，对中 良等优点，因而得到广泛的应用。普通平键用于静联结。A 型号或 B 型号平键，轴上的键槽用键槽铣刀铣出，键在槽中固定良好，但当 轴工作时，轴上键槽端部的应力集中较大。 5 5. .2 2 键键的的选选择择与与结结构构设设计计 取本设计中间轴段的平键进行说明。 由于本设计装置，键所承受的应力不是很大，我们选择A 型 号圆头普通平键。根据中间轴段的轴径选择 键的具体结构如下图 （1）.键的校核 校核： 先根据设计出轴的直径从标准中查的键kldT p 3 102 的剖面尺寸为：键宽b=14mm, 键高 h=9mm,在上面的公式中k 为 键与轮毂键槽的接触高度等于0.5h, 为键的工作长度：=L-bll 查表键联结的许用挤压应力，许用压力（Mpa） =100120，取中间值=110。PP 由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=46mm 校核 app MplhTkldT110076.57465 . 0102102 3 2 3 轴键键槽 宽度 b深度 极限偏差 一般键联接 公称直径 d 公称尺寸 bh 键长 L 键的标记 公称尺寸 b 轴 N9榖 JS9 轴 t 榖 t1 00.018 2230