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機械設(shè)計課程設(shè)計說明書設(shè)計計算及說明主要結(jié)果 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計一用于帶式運輸機傳動裝置中的三軸線雙級斜齒圓柱齒輪減速器原始數(shù)據(jù)鼓 輪 的扭矩T(m/s)鼓 輪 的直 徑D(mm)運輸帶 速 度V(m/s)帶允許 偏差(%)使 用 期限 (年)工 作制 度(班/日) 7003500.85552（1） 工作條件兩班制工作,空載啟動，載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)(單向)運轉(zhuǎn)，三相交流電源，電壓為380/220V傳動系統(tǒng)總體設(shè)計1 傳動系統(tǒng)方案的擬定。帶式運輸機傳動系統(tǒng)方案如下圖所示。 圖2-1 帶式傳動系統(tǒng)方案帶式運輸機由電動機驅(qū)動。電動機1通過聯(lián)軸器2將動力傳入兩級圓柱減速器3，再通過聯(lián)軸器4將動力傳至輸送機轂輪6，帶動輸送帶5工作。傳動系統(tǒng)中采用兩級展開式圓柱齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)簡單，但是齒輪相對于軸承位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度，高速級為斜齒圓柱齒輪傳動，低速級為直齒圓柱齒輪傳動。一 電動機的選擇按照設(shè)計要求以及工作條件選用Y型三相異步電動機，臥式封閉結(jié)構(gòu)，電壓380伏。（1）：電動機的容量選擇工作機的轉(zhuǎn)速 工作機所需功率 工作機的效率=0.96所以工作機需要的電動機的輸入功率 設(shè)： c聯(lián)軸器效率，c=0.99g閉式圓柱齒輪傳動效率，g=0.97b對滾動軸承效率，b=0.99其中總效率則（2）：電動機的轉(zhuǎn)速選擇 其中為傳動比的合理范圍 去840 所以 371.041855.2 單位：r/min所以選取同步轉(zhuǎn)速為750r/min的電動機綜合以上： 選取的電動機的型號為Y160M2-8 其具體的數(shù)據(jù)如下：額定功率滿載轉(zhuǎn)速堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩5.5kw720r/min2.02.0二、傳動裝置的主要運動和動力參數(shù)。1、傳動裝置的總傳動比： 2、對于兩級展開式圓柱齒輪減速器，當(dāng)兩級齒輪的材質(zhì)相同，齒寬系數(shù)相等時，為使高低速級大齒輪浸油深度大致相同，應(yīng)使兩個大齒輪分度圓直徑想接近，且低速級大齒輪直徑略大，傳動比可按下式分配 故高速級傳動比為低速級傳動比 3、故可以有以下計算結(jié)果軸號功率P/kw轉(zhuǎn)矩T轉(zhuǎn)速n r/min傳動比效率電動機軸3.956252.5972010.9913.916651.957204.49230.960323.7611224.11160.2743.45560.960333.6118733.73446.3810.9801工作機軸3.54719.1346.38三、斜齒輪圓柱齒輪的設(shè)計計算。 （一）、高速級齒輪的設(shè)計 1、選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1) 按運動簡圖所示的傳動方案，選用斜齒輪圓柱齒輪傳動 2） 零件輸運設(shè)備為一般工作器，速度不高，選用8級精度級。 3）材料選擇 選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)制），硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼（調(diào)制），硬度為240HBS，二者的硬度差為40HBS. 4）選小齒輪的齒數(shù)，則大齒輪的齒數(shù) 取5） 選取螺旋角，初選螺旋角為。 2 按齒面接觸強度設(shè)計，即確定公式內(nèi)的各計算值 1） 試選用載荷系數(shù) 2） 由區(qū)域系數(shù)知，=2.433 3） 由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動的端面重合度知： 4) 由調(diào)質(zhì)處理的剛知，小齒輪接觸疲勞強度極限 =600Mpa，=550Mpa 5）由計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 6） 由接觸疲勞壽命系數(shù) 知 =0.90，=1.02 7）由計算接觸許用應(yīng)力，取失效概率為安全系數(shù)，則8） 由圓柱齒輪的齒寬系數(shù)知，9） 由彈性影響系數(shù)知，10） （2）計算1） 試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得 2） 計算圓周速度 3） 計算齒寬及模數(shù) 齒寬， 模數(shù) ， 4） 計算縱向重合度 5） 計算載荷系數(shù)由使用條件可知使用系數(shù)，根據(jù)，8級精度，查圖可得故載荷系數(shù)6） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑7） 計算模數(shù)3、按齒根彎曲強度設(shè)計 即 1） 計算載荷系數(shù)2） 根據(jù)縱向重合度 知，查表螺旋角影響系數(shù)得 3） 計算當(dāng)量齒數(shù) 4） 查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 5）計算許用彎曲應(yīng)力 查齒輪的彎曲疲勞強度極限可得，根據(jù)彎曲疲勞壽命系數(shù)取彎曲壽命系數(shù)，取安全系數(shù)S=1.4，6）計算大小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值較大。7） 設(shè)計計算 對比計算結(jié)果，由齒面接觸強度算出的法向模數(shù)大于按彎曲強度計算的法向模數(shù)，故取mn=2，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸強度條件，應(yīng)該按照齒面接觸強度計算的分度圓直徑計算應(yīng)有的齒數(shù)。 ，所以取 ，所以取 4、幾何計算1）計算中心距，圓整為。 2）按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不多，故其他參數(shù)不必修正。 3）計算大小齒輪分度圓直徑 4）計算齒輪齒寬 ，圓整后得 （二） 低速級齒輪的設(shè)計 1、選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）選用8級精度等級。 2）材料選擇 選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)制），硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼（調(diào)制），硬度為240HBS，二者的硬度差為40HBS. 3）選小齒輪的齒數(shù)，則大齒輪的齒數(shù) 取4） 選取螺旋角，初選螺旋角為。 2 按齒面接觸強度設(shè)計，即確定公式內(nèi)的各計算值 1） 試選用載荷系數(shù) 2） 由區(qū)域系數(shù)知，=2.433 3） 由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動的端面重合度知： 4) 由調(diào)質(zhì)處理的剛知，小齒輪接觸疲勞強度極限 =600Mpa，=550Mpa 5）由計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 6） 由接觸疲勞壽命系數(shù) 知 =1.08，=1.15 7）由計算接觸許用應(yīng)力，取失效概率為安全系數(shù)，則8） 由圓柱齒輪的齒寬系數(shù)知，9） 由彈性影響系數(shù)知，10） （2）計算1） 試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得 2） 計算圓周速度 3） 計算齒寬及模數(shù) 齒寬， 模數(shù) ， 4） 計算縱向重合度 5） 計算載荷系數(shù)由使用條件可知使用系數(shù)，根據(jù)，8級精度，查表、圖可得故載荷系數(shù)6） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑7） 計算模數(shù)3、按齒根彎曲強度設(shè)計 即 1） 計算載荷系數(shù)2） 根據(jù)縱向重合度 知，查表螺旋角影響系數(shù)得 3） 計算當(dāng)量齒數(shù) 4） 查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 5）計算許用彎曲應(yīng)力 查齒輪的彎曲疲勞強度極限可，根據(jù)彎曲疲勞壽命系數(shù)取彎曲壽命系數(shù)，取安全系數(shù)S=1.4，6）計算大小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值較大。7） 設(shè)計計算 對 比計算結(jié)果，由齒面接觸強度算出的法向模數(shù)大于按彎曲強度計算的法向模數(shù)，故取mn =2.5 ，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸強度條件，應(yīng)該按照齒面接觸強度計算的分度圓直徑計算應(yīng)有的齒數(shù)。 ，所以取 ，所以取 4、幾何計算1）計算中心距，圓整為。 2）按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不多，故其他參數(shù)不必修正。 3）計算大小齒輪分度圓直徑 4）計算齒輪齒寬 ，圓整后得齒輪參數(shù)表齒輪號模數(shù)（mm）齒數(shù)直徑（mm）螺旋角齒寬（mm）中心距（mm）低速級122347.46031415551302103212.539750高速級3252769.619814103075156494242380270四、軸及軸上相關(guān)零件的設(shè)計與校核（一） 高速軸（輸入軸） 一、 求作用在齒輪上的力 高速軸小齒輪分度圓直徑=47.4603mm 則圓周力 徑向力 軸向力 二、初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，取則 由于軸截面上開有鍵槽，所以取d=20mm, 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑,取聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取=1.5 則則通過查手冊選用HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為160Nm，三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、擬定軸上零件的裝配方案 2、根據(jù)軸向定位要求，確定各段直徑和長度1） 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位的要求，1-2段左端需制出一個軸肩，故取2-3段直徑為24mm，右端取及1-2的長度為52mm。2） 講齒輪與軸做成整體，形成齒輪軸。3） 軸承端蓋的總厚度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆方便及對軸承添加潤滑脂的要求，去端蓋的外端面與聯(lián)軸器右端面間的距離為30mm，故去2-3的長度為50mm。4）去齒輪距箱體內(nèi)壁距離a=14mm，考慮到箱體的制造誤差，在確定滾動軸承的位置時，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離，去s=8mm5）由于中間軸上小齒輪的輪轂長為75mm，則4-5的長度為94mm3，選擇滾動軸承已知:正裝(面對面)安裝兩個角接觸球軸承；切向力,徑向力,；齒輪分度圓直徑,齒輪轉(zhuǎn)速；運轉(zhuǎn)中沒有沖擊載荷,則,取,初選兩個軸承型號為:7206C則基本額定動載荷,基本額定靜載荷,判斷系數(shù),1） 求兩軸承的徑向載荷將軸系部分受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系，受力圖如下圖所示 由分析可知：N2） 球兩軸承的計算軸向力對于角接觸軸承，軸承派生軸向力，e為判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)在軸承軸向力未知，故先取e=0.4，因此可估算 故1軸承被壓緊所以N 根據(jù)插值法求的N兩次計算的值相差不大，因此確定3) 求軸承的當(dāng)量動載荷P1和P2對軸承1，則對軸承2，則3） 驗算軸承壽命，因為 所以按軸承1受力的大小驗算 所以該軸承滿足壽命要求4、求軸上載荷根據(jù)受力分析可以得到彎扭圖，如下圖所示 載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩T51950Nm 5、按彎扭合成校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，由于軸為單向旋轉(zhuǎn)，則扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取， 故軸的計算應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知，因此 故安全。 四、軸上零件的軸向定位。 1、選擇鍵的連接的類型和尺寸 聯(lián)軸器與軸的軸向定位采用圓頭普通平鍵A型連接 由普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸知 選用的鍵的類型為： 2、校核鍵的連接強度 鍵、軸承和輪轂材料部分都為鋼，查表得： ，取中間值 鍵的作用長度l=L-b=28-8=20 mm 鍵和輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=3.5 mm 則 所以，故安全 （二）中間軸的設(shè)計校核及軸上零件的設(shè)計與校核 一、求作用在齒輪上的力 中間軸大齒輪2的分度圓直徑 中間軸小齒輪3的分度圓直徑 小齒輪 圓周力 徑向力 軸向力 大齒輪圓周力 徑向力 軸向力 二、初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，取則中間軸的最小直徑顯然是安裝軸承處的直徑，三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、擬定軸上零件的裝配方案2.齒輪與軸承之間均采用封油盤套筒定位，且大小齒輪的輪轂寬度分別為50mm，75mm通過計算我們可以得到軸上各段的具體長度和直徑，見下圖3、選定滾動軸承初選兩個軸承的型號為7207c，則1) 運動中沒有沖擊載荷 取2) 選取的軸承的額定動載荷為C=30.5KN額定靜載荷為C0=20.0KN （1） 求兩軸承的徑向載荷 將軸系部分受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系，受力圖如上圖所示 （2）求平面力N（3）球兩軸承的計算軸向力對于角接觸軸承，軸承派生軸向力，e為判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)在軸承軸向力未知，故先取e=0.4，因此可估算 故1軸承被壓緊所以N 根據(jù)插值法求的N兩次計算的值相差不大，因此確定4) 求軸承的當(dāng)量動載荷P1和P2對軸承1，則對軸承2，則4） 驗算軸承壽命，因為 所以按軸承1受力的大小驗算 因為一般8h工作的機械，起軸承預(yù)計的壽命在12000-20000h 即符合要求，不過工作機所需要的工作時間是29200h，所以次工作機在工作14460小時后，應(yīng)該進行一次檢修，及要跟換軸承。 4、求軸的載荷 載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩T224110Nmm5、按彎扭合成校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，由于軸為單向旋轉(zhuǎn)，則扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取， 故軸的計算應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知，因此 故安全。 四、軸上零件的軸向定位。 1、選擇鍵的連接的類型和尺寸 齒輪與軸的軸向定位采用圓頭平鍵連接 小齒輪： 大齒輪： 2、校核強度，取中間值 小齒輪：鍵的作用長度 所以符合要求 大齒輪：鍵的作用長度 所以符合要求 五、精確校核 1、因為扭矩只產(chǎn)生在里昂齒輪之間，而小齒輪與軸為過盈配合，引起的應(yīng)力集中嚴(yán)重，從受載情況來看，小齒輪上應(yīng)力最大，2截面上的應(yīng)力集中影響和3相近，但截面2不受扭矩作用，故不用校核，比較其他面得該軸只需要校核截面3右側(cè)即可 2、截面3右側(cè) 抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù)： 截面3右側(cè)的彎矩M為采用插值法計算得到截面右側(cè)的彎矩為 截面上的扭矩 彎曲應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)，按軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)查：因由插值法得由軸上患槽處的理論應(yīng)力集中系數(shù)可得，軸的敏性系數(shù)故有效應(yīng)力集中系數(shù) 由鋼材的尺寸與截面形狀系數(shù)得 由由圓截面鋼材的扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)得 由剛才的表面質(zhì)量系數(shù)得 所以 又可得： 所以 所以知軸是安全的 （三）、低速軸 一、求作用在齒輪上的力 二、初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，取則由于開有鍵槽，所以去d=50mm輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑,取聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取=1.5 則則通過查手冊選用HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250Nm，三、軸的機構(gòu)設(shè)計1、擬定軸上零件的裝備方案。2、根據(jù)軸向定位要求，確定軸的各段直徑的長度。初選軸承型號為7312AC，軸上各段的直徑和長度的尺寸如下圖所示 3、選定滾動軸承已知:正裝(面對面)安裝兩個角接觸球軸承；切向力,徑向力,；齒輪分度圓直徑,齒輪轉(zhuǎn)速；運轉(zhuǎn)中沒有沖擊載荷,則,取,初選兩個軸承型號為:7312AC則基本額定動載荷,基本額定靜載荷,判斷系數(shù), 1）求兩軸承的徑向載荷 將軸的力分解為水平面和垂直面得下圖： N2） 球兩軸承的計算軸向力 故1軸承被壓緊所以N 3） 求兩軸承的當(dāng)量載荷P1和P2對軸承1，則對軸承2，則 4） 驗算軸承壽命，因為 所以按軸承1受力的大小驗算 所以該軸承滿足壽命要求4、求軸上的載荷將軸上的力分解為水平面和垂直面上的力，得如下的圖 載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩TT=733734Nm5、按彎扭合成校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，由于軸為單向旋轉(zhuǎn)，則扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取， 故軸的計算應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知，因此 故安全。 四、軸上零件的軸向定位。 1、齒輪的連接，用普通圓頭平鍵A型 根據(jù)軸的直徑可以選用的鍵的類型為： 校核鍵的連接強度 鍵、軸承和輪轂材料部分都為鋼，且為穩(wěn)定工作，查表得： ，取中間值 鍵的作用長度l=L-b=28-8=20 mm 鍵和輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=6 mm 則 所以，故安全2、聯(lián)軸器的連接根據(jù)軸的直徑可以選用的鍵的類型為： 校核鍵的連接強度 鍵、軸承和輪轂材料部分都為鋼，且為穩(wěn)定工作，查表得： ，取中間值 鍵的作用長度l=L-b=28-8=20 mm 鍵和輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=6 mm 則 所以，故安全五、機座（箱體）機構(gòu)尺寸的計算名稱符號減速器類型級尺寸關(guān)系箱座壁厚，取8mm箱蓋壁厚，取8mm箱座凸緣厚度箱蓋凸緣厚度箱底座凸緣厚度地腳螺栓直徑，取18mm地腳螺栓數(shù)目n取6軸承旁連接螺栓直徑，取14mm箱蓋與箱座連接螺栓直徑，取10mm連接螺栓間距軸承端蓋螺釘直徑，取8mm視孔蓋螺釘直徑，取6mm定位銷直徑，取10mm至外箱壁距離24mm24mm21mm20mm16mm16mm至凸緣邊緣距離38mm22mm14mm16mm軸承旁凸臺半徑外箱壁至軸承座端面距離凸臺高度根據(jù)低速級軸承座外徑確定，以便扳手操作為準(zhǔn)大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離，取8mm齒輪端面與內(nèi)機壁距離，取8mm箱蓋、箱座肋厚軸承端蓋外徑凸緣式端蓋：軸承旁連接螺栓距離盡量靠近，以和互不干涉為準(zhǔn)，一般取六、潤滑劑及齒輪、軸承的潤滑方法及密封方法 （一）齒輪的潤滑 1、潤滑的方式的選擇減速器為閉式齒輪傳動高速級齒輪的圓周速度 故采用大齒輪浸油潤滑，大齒輪浸油深度為12mm 2、潤滑劑的選擇 結(jié)合裝置的工作條件，選用中負荷工業(yè)齒輪油（GB5903-1995） 高速級齒輪的圓周速度：低速級齒輪的圓周速度為：平均速度：又因為齒輪的材料為45鋼，所以運動粘度，故潤滑油的型號為：GB5903-1995-100(二) 軸承的潤滑高速級齒輪的速度為，最大速的小于2m/s，所以三根軸上的三對軸承都采用脂潤滑。在采用脂潤滑時，要在每個軸承處加封油盤，方式箱體內(nèi)的潤滑油進入軸承而使?jié)櫥♂屃鞒?，同時也防止軸承流入潤滑脂流入箱體而造成油脂混合。（三）密封方法1、軸伸出處的密封軸伸出處密封的作用是使?jié)L動軸承以箱體外隔絕，防止?jié)櫥停ㄖ┞┏?，箱體外雜質(zhì)和水及灰塵等浸入軸承室，避免軸承急劇磨損和腐蝕，采用凸緣式軸承蓋，用氈圈油封實現(xiàn)密封。2、軸承室內(nèi)側(cè) 密封采用擋油環(huán)密封方式，其作用是防止過多的油，雜質(zhì)以及嚙合處的熱油沖入軸承室。3、箱蓋與箱座結(jié)合面的密封：采用封油環(huán)與氈圈密封七、齒輪與軸、聯(lián)軸器與軸的配合選擇為了保證齒輪與軸的配合有良好的對中性，選擇配合H7/r6，滾動軸承和軸的配合和軸的軸向定位是有過度配合來保證的，此處軸的直徑公差為k6，孔的直徑公差為H7，軸承蓋與軸承座的配合為H7/f9，八、設(shè)計總結(jié)為期三個星期的課程設(shè)計結(jié)束了，讓我們每個人切身的體驗到了機械設(shè)計的基本模式和相關(guān)的流程，這是我第一次接觸這類型的課程，經(jīng)過自己親手制作，感受良多。首先，這是一門實踐課程，自己動手做的時間遠遠大于聽課的時間。它十分鍛煉人，考驗人的細心和耐心。課程的設(shè)計任務(wù)是雙級圓柱齒輪減速器，雖然是個小機器，但讓我第一次完整的體驗了設(shè)計過程，從初步計算，選零件，畫裝配圖，直到零件圖的整個過程中，都得查機械設(shè)計手冊，不斷答疑，不斷修改，犯錯也是難免的。畢竟是一個機器系統(tǒng)，零