機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計(二級減速器)

1、機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書設(shè)計題目： 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師：完成日期：2013 年 6 月 5 日天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院目錄一 課程設(shè)計的任務(wù)2二 電動機(jī)的選擇3三 傳動裝置的總傳動比和分配各級傳動比4四 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計算5五 傳動零件的設(shè)計計算6六 軸的設(shè)計、校核18七 滾動軸承的選擇和計算25八 鍵連接的選擇和計算26九 聯(lián)軸器的選擇27十 潤滑和密封的選擇27十一 設(shè)計總結(jié)29十二 參考資料30課程設(shè)計的任務(wù)1設(shè)計目的 課程設(shè)計是機(jī)械設(shè)計課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)， 是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課。 課 程設(shè)計的主要目的是：（1）通過課程設(shè)計使學(xué)生

2、綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計課程及有關(guān)先修課程的知識， 起到鞏固、 深化、 融會貫通及擴(kuò)展有關(guān)機(jī)械設(shè)計方面知識的作用，樹立正確的設(shè)計思想。（2）通過課程設(shè)計的實踐，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力，使學(xué)生掌握機(jī)械零 件、機(jī)械傳動裝置或簡單機(jī)械的一般設(shè)計方法和步驟。（3）提高學(xué)生的有關(guān)設(shè)計能力，如計算能力、繪圖能力以及計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）能力等，使學(xué)生熟悉設(shè)計資料 （ 手冊、圖冊等 ）的使用，掌握經(jīng)驗估算等機(jī)械設(shè)計的基本技能。2設(shè)計題目： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計、傳動裝置總體設(shè)計及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖已經(jīng)在機(jī)械原理課程設(shè)計中完成 （詳見機(jī)械原理課程設(shè)計資料，在此略） ，現(xiàn)將對傳動裝置進(jìn)行具體設(shè)計。 設(shè)計題目：玻璃

3、瓶印花機(jī)構(gòu)及傳動裝置原始數(shù)據(jù)：方案號12345678910分配軸轉(zhuǎn)速 n（r/min）60606050505045454545分配軸輸入功率 P（kw）1.41.31.21.21.11.01.11.00.90.8玻璃瓶單程移距（ mm）120115110印花圖章上下移距（ mm）555250定位壓塊左右移距（ mm）302520說明：（1）工作條件： 2 班制，工作環(huán)境良好，有輕微振動； （2）使用期限十年，大修期三年； （3）生產(chǎn)批量：小批量生產(chǎn)（ 12 0v=12.640m/si=3.7取 z=3 根F =49.448NFQ=290.166N2齒輪傳動的設(shè)計計算高速級齒輪校核材料選擇：小齒

4、輪 45 鋼，調(diào)制處理，硬度 229HB286HB，平均 240HB大齒輪 45 鋼，正火處理，硬度 162HB217HB，平均 190HB計算步驟如下：計算項目計算容計算結(jié)果齒面接觸疲勞強(qiáng)度計 算1. 初步計算 轉(zhuǎn)矩 T1齒寬系數(shù) d 接觸疲勞極限 Hlim初步計算的許用接觸 應(yīng)力 HAd值 初步計算小齒輪的直 徑2. 校核計算齒數(shù) Z模數(shù) m6 P16 1.074T1 9.55 106 1 9.55 1061n1766.349由表 12.13 (p222)，取 d=1 由圖 12.17c (p223)H1 0.9 H lim 1 0.9 580H 2 0.9 H lim 2 0.9 540

5、由表 12.16 (p227)估計 =15取 Ad=87 T1u 1d1 Ad 3 2d H u 13384.85 4.71 187 3 2 35.6311 48624.71取 Z1=20， Z2=95d136mncos cos15 1.739n z12013384.850N.mm d=1H lim1 580MpaH lim 2 540Mpa H1 522Mpa H2 486Mpa Ad=87取 d1=36mmZ1=32， Z2=95取 mn=2mm (p206)計算項目計算容計算結(jié)果中心距 a螺旋角小齒輪的直徑 d1大齒輪的直徑 d2齒寬 b圓周速度 vmn (z1 z2 ) 2(30 95

6、)a 119.057mm 2cos2 cos15mn (z1 z2 )2 (30 95)arccos arccos2a 2 120mnz12 20d1n 1 41.739(mm)cos cos16.598mn z22 95d2n 2 198.261(mm)cos cos16.598bd d1 1 41.739取 a=120mm =16.598=163553”d1=42mmd2=198.261mm取 b2=45mmb1=55mmv=1.675m/s精度等級傳動比相對誤差使用系數(shù) KA 動載荷系數(shù) KV 齒間載荷分配系數(shù)計算項目齒向載荷分配系數(shù) KHd1n1v60 1000由表 12.6 (p20

7、7)95i30i 原 -i實i原由表 由圖 由表Ft4.75841.739 766.349 1.675m / s4.71-4.754.71p215)p216)60 10000.85% 5%選 8 級精度i=4.75相對誤差 1，取 =1，故KH=1.513K=3.916ZE 189.8 MpaZH=2.41Z=0.787Z=0.979SHmin=1.05t h=58400hNL1=2.7x10 9Z411 10.7873 1.616ZCOS COS16.5980.979由表 12.14 （p225）th 10 365 8 2 58400（h）由表 12.15 （p226），N L1 60 nt

8、 h 60 1 766.8 5840092.7 109原故計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。計算項目計算容計算結(jié)果接觸壽命系數(shù) ZN許用接觸應(yīng)力H驗算NL2 NL1/i 2.7 109 /4.75 5.7 108 由圖 12.18 （p224）H lim 1 ZN1580 0.96 H1H lim1 N1 530.285MpaSH min1.05H lim 2 Z N2 540 1.06 H2 545.143MpaSH min1.05NL2=5.7x10 8ZN1=0.96ZN2=1.06 H1 =530.285Mpa H2 =545.143Mpa H=448.386 H2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計 算： 齒形系數(shù)

9、 YFa：應(yīng)力修正系數(shù) Ysa：重合度系數(shù) Y：HZE ZH Z Z2bKdT21 i i 1 H bd12i189.8 2.41 0.787 0.979448.386Mpa2 3.916 13384.8504.75 14.7585 83.1492Zv1Z12022.7243 cos3 cos16.598Zv2Z295107.938cos3cos316.598由圖12.21 (p229)由圖12.22 (p230)v1.8813.2(1)coszv1zv2=1.88 3.2( 11) cos16.598 =1.63822.724 107 .938ZV1=22.724ZV2=107.938YFa

10、1=2.68 YFa2=2.18Ysa1=1.66Ysa2=1.82Y=0.693螺旋角系數(shù) Y0.25 0.750.25 0.75 0.6931.638Y=0.862齒間載荷分配系數(shù)KFY min1 0.251 0.25 0.751時，按1計算1200.862 Y min1-1 16.598120計算項目由表 12.10 注（ p217） 計算容計算結(jié)果齒向載荷分布系數(shù) KF 載荷系數(shù) K：彎曲疲勞極限Fmin：彎曲最小安全系數(shù)SFmin應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NL彎曲壽命系數(shù) YN：尺寸系數(shù) Yx：許用彎曲應(yīng)力F驗算4.954.326 1.743Y 1.616 0.708 故 KF =1.743 由

11、圖 12.14 （p219） b/h=45/（2*2.25）=10 ，KF=1.46K K AKV KH KH 1.35 1.1 1.743 1.46 3.779由圖 12.23c（p231） Fmin1=450Mpa, Fmin2=370Mpa 由表 12.14 （p225） SFmin=1.25 由表 12.15 （p226）N L1 60 nt h 60 1 766.8 5840092.7 109 原故計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。NL2 NL1/i 2.7 109 /4.75 5.7 108 由圖 12,24 （p232）YN1=0.86，YN2=0.88由圖 12.25 （p232）Yx=1F

12、 lim1 YN1 Yx 450 0.86 1 F1 309.6 MpaF1SF min1.25F lim 2 YN 2Yx 450 0.97 1 F 2415.714MpaF 2SFmin1.052KT1F1 1 YFa1 Ysa1 Y Y bd1mn2 3.779 13384.8502.68 1.57 0.708 0.86245 41.739 2 69.153Mpa F 1YFa2Ysa22.15 1.82F 2F1 Fa2 sa2 69.153F 2F1 YFa1Ysa12.68 1.5764.311Mpa F 2KF=1.743KF=1.46K=3.779 Fmin1=450Mpa F

13、min2=370MpaSFmin=1.259NL1=2.7x10 9NL2=5.7x10 8YN1=0.86YN2=0.88Yx=1 F1 =309.6Mpa F1 =415.714Mpa F1 F1 F2 F2 故滿足要求低速級齒輪校核材料選擇：小齒輪 45 鋼，調(diào)制處理，硬度 229HB286HB，平均 240HB大齒輪 45 鋼，正火處理，硬度 162HB217HB，平均 190HB計算步驟如下：計算項目計算容計算結(jié)果齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算2. 初步計算轉(zhuǎn)矩 T16 P16 1.053T1 9.55 106 1 9.55 10661705.529N.mm齒寬系數(shù) dn1162.97由表 1

14、2.13 （p222），取 d=1d=1接觸疲勞極限 Hlim由圖 12.17c （p223）H lim 1 580Mpa初步計算的許用接觸Hlim 2 540Mpa應(yīng)力 HH1 0.9 Hlim 1 0.9 580 H1 522MpaH 2 0.9H lim 20.9 540 H 2 486MpaAd值由表 12.16 （p227）估計 =15取 Ad=87Ad=87初步計算小齒輪的直T1u 1d1 Ad 3 d H 2 u徑87 3 61705.529 3.62 1 60.327取 d1=61mm2. 校核計算87 2 60.3271 486 2 3.62Z1=32，Z2=95齒數(shù) Z取

15、Z1=30， Z2=109模數(shù) md1109mncos cos15 1.96z130取 mn=1.96mm（p206）計算項目計算容計算結(jié)果中心距 aamn (z1 z2 ) 2(30 109) 143.903mm取 a=144mm2cos2cos15螺旋角arccosmn (z1 z2 ) 2a2 (30 109) arccos2 144=15.143 =15835”小齒輪的直徑d1d1mnz12 3062.158( mm)d1=62.158mmcoscos15.143大齒輪的直徑d2d2mnz2 cos2 109 cos15.143225.842(mm)d2= 225.842 mm齒寬 b

16、bdd11 62.158取 b2=65mm b1=75mm圓周速度 vvd1n162.158 162.97v=0.53m/s60 1000 601000精度等級由表 12.6 (p207)選 8 級精度傳動比i1093.63330i=3.633相對誤差i原-i實 i原3.633- 3.623.620.36% 5%相對誤差 1，取 =1，故Z411 10.7713 1.683ZCOS COS15.1430.983由表 12.14 （p225）th 10 365 8 2 58340（h）由表 12.15 （p226），N L1 60 nth 60 1 162.97 5840085.7 108原故計

17、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。KH=1.792KH=1.499K=3.989ZE 189.8 MpaZH=2.41Z=0.771Z=0.983SHmin=1.05t h=58400h8NL1=5.7x10 8計算項目計算容計算結(jié)果接觸壽命系數(shù) ZN許用接觸應(yīng)力H驗算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計 算： 齒形系數(shù) YFa：應(yīng)力修正系數(shù) Ysa：重合度系數(shù) Y：螺旋角系數(shù) Y齒間載荷分配系數(shù) KFNL2 NL1 /i 5.79 108 / 3.633 1.6 108 由圖 12.18 （p224）H lim 1 Z N1 580 1.06 H1585.524MpaSH min1.05H lim 2 Z N2 580 1.

18、13 H 2 581.143MpaSH min1.05NL2=1.6x10 8ZN1=1.06ZN2=1.13 H1 =585.524Mpa H2 =581.143MpaH=548.119 H2ZV1= 33.355ZV2=121.191YFa1=2.49YFa2=2.19Ysa1=1.64Ysa2=1.83Y=0.692Y=0.8742KT1 u 1H ZE ZH Z Z 2 H bd1u189.8 2.41 0.771 0.9832 3.989 61705.529 3.633 12 548.119Mpa65 62.15823.633Z130Z v1313 33.355cos3cos3 15

19、.143Z2 109Z v2323 121.191cos3cos3 15.143由圖 12.21 （p229）由圖 12.22 （p230）11v 1.88 3.2（ ）cos zv1 zv211=1.88 3.2（ ） cos 15.14333 .355 121.191Y 0.25 0.75 0.25 0.75 0.692v 1.697Y min 1 0.25 1 0.25 0.75當(dāng)1時，按1計算15.143Y 1 1-1120 1200.874 Y min由表 12.10 注（ p217）計算項目計算容計算結(jié)果齒向載荷分布系數(shù) KF載荷系數(shù) K： 彎曲疲勞極限Fmin： 彎曲最小安全系數(shù)

20、SFmin應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NL彎曲壽命系數(shù) YN：尺寸系數(shù) Yx： 許用彎曲應(yīng)力F驗算4.3852.981 1.792Y 1.683 0.874 故 KF =1.792 由圖 12.14 （p219） b/h=65/（2*2.25）=14.44 ，KF=1.6K K AKV KH KH 1.35 1.1 1.792 1.6 4.258由圖 12.23c（p231） Fmin1=450Mpa, Fmin2=370Mpa 由表 12.14 （p225）SFmin=1.25由表 12.15 （p226）N L1 60 nth 60 1 162.97 5840085.7 108 原故計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。

21、NL2 NL1 /i 5.7 108 / 3.633 1.6 108 由圖 12,24 （p232）YN1=0.88，YN2=0.91由圖 12.25 （p232）Yx=1F lim1 YN1 Yx 450 0.88 1 F1 316.8Mpa SF min1.25 F2 Flim 2 YN2Yx 370 0.91 1 269.36Mpa SF min1.252KT1F1 1 YFa1 Ysa1 Y Y bd1mn2 4.258 61705.5292.49 1.64 0.692 0.87465 62.158 2 160.613Mpa F1KF=1.792KF=1.6K=4.258Fmin1=4

22、50MpaFmin2=370MpaSFmin=1.258NL1=5.7x10 8NL2=1.6x10 8YN1=0.88YN2=0.91Yx=1 F1 =316.8Mpa 2 =415.714Mpa F1 F1計算項目計算容計算結(jié)果YFa2Ysa22.19 1.83F 2 F1 Fa2 sa2 160.613F2 F1 YFa1Ysa12.49 1.64157.628Mpa F2 F2 F2 故滿足要求六、軸的設(shè)計、校核、高速級軸的設(shè)計計算1、求軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，由之前數(shù)據(jù)得得到以下數(shù)據(jù)：3P1 1.085 Kw, n1 766.80 r/min, T1 13.499 103 N mm2

23、、選軸的材料：初選軸的材料為3、初步計算軸的最小直徑 d C45 鋼調(diào)質(zhì)處理，由表 16-2 得 c=112mm1121.085766.8012.5，由于連接帶輪需要鍵連接，則 d 12.5 (1 5%) 13.125,又此段軸與大帶輪裝配，綜合考慮兩者要求取dmin =20mm。4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(已知軸上有兩個軸承，一個帶輪，一個齒輪，初設(shè)結(jié)構(gòu)如下)軸上各段直徑的確定 :1) d1=20mm, 此軸段與大帶輪裝配2) d2 =22mm，為了滿足大帶輪的軸向定位要求，帶輪左側(cè)制出一軸肩故3) d3=25mm, 初步選擇滾動軸承。因為軸承只承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。由 軸承產(chǎn)品目錄中初

24、步選擇 6205 型軸承，由參考資料得其尺寸為d D B 25mm 52mm 15mm4) d4 =28mm, 該段軸向固定軸承形成軸肩，所以 d4 =d3+3。5) d5=41.739mm(分度圓)，并設(shè)該軸為齒輪軸。6) d 6 =31mm, 該段軸向固定軸承形成軸肩。7) d7 =d3=25mm, 初步選擇 6205型軸承，由參考資料得其尺寸為d D B 25mm 52mm 15mm軸上各段長度的確定 :1) l1 38mm， 查表知大帶輪寬為 B=40mm，為了保證軸端擋圈只壓在大帶輪上而不壓在軸的 端面上，故此段的長度應(yīng)比 B 略小一些，現(xiàn)取 l1 38mm。2) l2 60mm，

25、初步估算軸承端蓋的總寬度為 40mm，根據(jù)軸承端蓋的拆裝及便于對軸承添加 潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與大帶輪左端面的距離 l =15mm，故取 l 2 60mm。3) l3 15mm, 由軸承 B。4)l4 102 mm, l 4 3 2 B低速小 7 102mm 。5) l5 55mm, 有齒輪裝配而定。6) l6 4mm， 軸肩寬度。7) l7 29mm, l 7 l 擋 B軸承 14 15 29mm二、中間軸的設(shè)計計算1、求軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，由之前數(shù)據(jù)得得到以下數(shù)據(jù)：P1 1.053 Kw, n1 162.97 r/min, T1 61.706 10 N mm2、選軸的材料：初選

26、軸的材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)處理，由表 16-2 得 c=112mm3、初步計算軸的最小直徑 d C P1 112 1.053 20.861 ，由于連接帶輪需要鍵連接， n1162.97則 d 20.861 (1 7%) 22.321,綜合考慮兩者要求取 dmin =25mm。4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸上各段直徑的確定 :1) d1=25mm, 該段安裝并固定軸承，初選軸承 6205, 由參考資料得其尺寸為 d D B 25mm 52mm 15mm2) d2 =30mm, 此處安裝齒輪 (分度圓直徑為 198.261mm)。3) d 3 =38mm, 齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度 h 0.07 d ，

27、故取 h =5mm，則軸環(huán)處的直 徑 d 3 =38mm。軸環(huán)寬度 b 1.4h，取 9mm 。4) d4 =30，此處安裝齒輪 (分度圓直徑為 62.158mm)。5) d5 =25，該段安裝并固定軸承， d5 =d1，初選軸承 6205, 由參考資料得其尺寸為 d D B 25mm 52mm 15mm軸上各段長度的確定 :1) l1 41mm， l1 B軸承 3 2 3 40mm 。2)l2 72mm, l2 B高速大齒輪 - 3 =43mm。3)l3 9mm, 則軸環(huán)處的直徑 d3=38mm。軸環(huán)寬度 b 1.4h,取9mm 。4)l4 72mm， l4 B低速大齒輪 - 3 =72mm

28、。5) l5 41mm， l5 B軸承 3 2 3 40mm ， 修正值為 41mm。、低速軸設(shè)計計算1、求軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，由之前數(shù)據(jù)得得到以下數(shù)據(jù)：P1 1.022 Kw, n1 45.02 r/min, T1 216.795 10 N mm2、選軸的材料：初選軸的材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)處理，由表 16-2 得 c=112mm31.713mm ，由于連接需要雙鍵連接，dmin =40mm。3、初步計算軸的最小直徑 d C P1 112 1.022 n1 45.02則 d 31.713 (1 7%) 33.933,綜合考慮兩者要求取4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸上各段直徑的確定 :1) d1 =40

29、mm, 安裝聯(lián)軸器 dmin =40mm，由參考書取彈性套柱聯(lián)軸器，型號 HL4，軸孔直徑取 40mm，即 d1 =40mm。2) d2 =46mm，該段設(shè)置軸肩，定位聯(lián)軸器，取 d2 =46mm。3) d3 =50mm，該段安裝軸承，初選軸承 6210, 由參考資料得其尺寸為d D B 50mm 90mm 20mm4) d4 =56mm，根據(jù)軸承的定位要求確定 d4 =56mm。5) d 5 =60mm, 齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度 h 0.07 d ，故取 h =5mm，則軸環(huán)處的直 徑 d 5=60mm。軸環(huán)寬度 b 1.4h，取 14mm 。6) d6 =56mm, 此段安裝齒輪

30、(分度圓直徑為 225.842mm)，取 d6=56mm。7) d7 =40mm, 該段安裝并固定軸承 , 因d7 =d3, 初選軸承 6210, 由參考資料得其尺寸為 d D B 50mm 90mm 20mm軸上各段長度的確定 :1) l1 82mm，查手冊得聯(lián)軸器長度為 84mm, 為滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求取 l1 82mm。2)l2 50mm，初步估算軸承端蓋的總寬度為 40mm，取端蓋的外端面與聯(lián)軸器的距離 l =10mm， 取 l 2 50mm。3)l3 34mm， l 3 l 擋 B軸承 =34mm。4)l4 54mm, l 4 B高速大齒輪9 54mm。5)l5 14mm, 此

31、段需設(shè)軸肩，則軸環(huán)處的直徑 d5 =60mm。軸環(huán)寬度 b 1.4h，取 14mm6)l6 62mm, 此段安裝齒輪，l6B低速大齒輪 -3 62mm。7)l 7 51mm。 l 7 ( 2 5)3 B軸承 2 50mm ， 其修正值為 51mm。中間軸的校核計算軸的材料為 45鋼調(diào)質(zhì)處理， P入=1.053Kw，n =162.97r/min, T 入= 61.706 103 Nmm計算項目計算容計算結(jié)果小齒輪作用力圓周力徑向力軸向力大齒輪作用力圓周力徑向力軸向力計算支撐反力水平面支反力垂直面支反力水平面受力圖垂直面受力圖 水平面彎矩圖 計算項目 合成彎矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩圖2T 2 61.70

32、6 103 Ft3=d 低速小齒輪 62.158FFt1 tan n 1985 tan20Fr1cos 1 cos16.598Fa1 Ft1 tan 1 1986 tan16.5982T 2 61.706 103 Ft2=d 高速大齒輪198.261FFt2 tan n 1896 tan20Fr2cos 2 cos15.143Fa2 Ft2 tan 1 623 tan15.143FR2 181 Fr1 69.5 Fr2 127 Fa1 31.079 Fa2 99.131Ft1 =1986NFr1 =754NFa1=592NFt2 =623NFr2 =235NFa2=169NFR1 316NFR

33、2 201NFR1 518.8NFR2 844.2N計算結(jié)果T= TFR1R1 181FR2 FR1 Fr 2 Fr1FR2 181 Ft2 127 Ft3 69.5FR1181FR2 Ft3 F R3 Ft2見下圖見下圖見下圖計算容見下圖T= T 見下圖許用應(yīng)力值軸選 45 鋼 b=600MPa 0b=95MPa -1b =55MPa應(yīng)力校正系數(shù)當(dāng)量轉(zhuǎn)矩當(dāng)量彎矩當(dāng)量彎矩圖校核軸徑齒根圓直徑軸徑1b0b0.579T=0.57961706在小齒輪中間截面處2 2 2 2 MIV M 2 (aT)2541212 357282在大齒輪中間截面處MI II M 2 (aT)2468612 357282見下圖d f 3 d3 2(ha c) mn62.158 2(1 0.25) 2dIVMIV3 648500.1 1b0.1 6022.110dI II3 MI II 3 589270.1 1b 0.1 60