東北大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)ZL_20B

1、.本設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)矩較大，故部分齒輪和軸選用40Cr 為材料，如轉(zhuǎn)矩較小 ，可使用 45# 鋼機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書機(jī)械工程與自動化學(xué)院機(jī)械工程及自動化專業(yè)機(jī)械班學(xué)號：.下載可編輯 .設(shè)計(jì)者：指導(dǎo)老師 ：2013 年6月19日目錄1.設(shè)計(jì)任務(wù)書32.電動機(jī)的選擇計(jì)算33.傳動裝置的運(yùn)動與動力參數(shù)的選擇和計(jì)算44.傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算95. 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算186. 軸的強(qiáng)度校核197. 滾動軸承的選擇和壽命驗(yàn)算24.下載可編輯 .8.鍵聯(lián)接的選擇和驗(yàn)算259. 聯(lián)軸器的選擇2610. 減速器的潤滑及密封形式2611. 參考資料26.下載可編輯 .一設(shè)計(jì)任務(wù)書1） 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)膠帶輸送機(jī)的傳動裝置2）

2、 工作條件 ：工作年限工作班制工作環(huán)境載荷性質(zhì)生產(chǎn)批量102多灰塵稍有波動小批3） 技術(shù)數(shù)據(jù)題號滾筒圓周力帶 速滾筒直徑滾筒長度F(N)v(m/s)D(mm)L(mm)ZL-20480000.244001000二 電動機(jī)的選擇計(jì)算1 ）選擇電動機(jī)系列根據(jù)工作要求及工作條件應(yīng)選用三相異步電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓 380V ，Y 系列 。2 ） 選擇電動機(jī)功率滾筒轉(zhuǎn)動所需要的有效功率為傳動總效率PwFV480000.2411 .52 KW=0.79110001000傳動彈聯(lián)25聯(lián)開齒筒所需的電動機(jī)功齒承按表 4.2-9 取:率 P 14.223KWr彈性聯(lián)軸器效率彈聯(lián)=0.99閉式齒輪嚙合效率齒

3、=0.97選 Y 型三相異聯(lián)軸器效率=0.99步電動機(jī)聯(lián).下載可編輯 .滾動軸承效率承 =0.99Y180L 6 型開式齒輪嚙合效率開齒 =0.94滾筒效率筒 =0.96則傳動總效率0.990.9720.9950.990.940.960.791所需的電動機(jī)的功率為PrPw11.5214.223KW0.7913).選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)速滾筒軸轉(zhuǎn)速為n w60 v600.2411 .64 r / minD0.4查表 4.12-1選 Y 型三相異步電動機(jī)Y180L 6 型，額定功率15kw,同步轉(zhuǎn)速 1000r/min,滿載轉(zhuǎn)速970r/min 。 同時(shí) ，由表4.12-2查得電動機(jī)中心高 H=180mm，

4、外伸軸段 D×E=48mm×110mm 。.下載可編輯 .三 傳動裝置的運(yùn)動及動力參數(shù)計(jì)算（一） . 分配傳動比1）總傳動比 :n0970總傳動比 :i11.6483.33nwi=83.332）各級傳動比的粗略分配根據(jù)總傳動比 （ i=83.33 ）， 以及各種機(jī)械傳動推薦的傳動比范圍，各級傳動比分配如下：由表 4.2-9取 i開6則減速器的傳動比：i 減i83.3313.89i開6取兩級齒輪減速器高速級齒輪傳動比為：i11.35i減1.35 13.894.33減速箱內(nèi)低速級齒輪傳動比為i減13.89i 23.21i14.33（二） 各軸功率 、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算1 0 軸：

5、即電動機(jī)的主動軸P0Pr14 . 223 KWn0970r / minT014 .22310 39.55140 N m9702 軸： 即減速器的高速軸P1P0.0P0彈聯(lián)14 .2230 . 9914 . 081 KW.下載可編輯 .n 1n 0n 0970 r / m ini 01T19.5514.081103138.633N m9703.軸： 即減速器的中軸P2P1 12P1齒承14 .0810 .970 .9913 .522 KW.下載可編輯 .n1970224.02r / minn24.33i12T2 9.55P29.55 13.522 103576.44N mn2224.024.軸：

6、 即減速器的低速軸P3P223P2齒承13 .5220.970.9912.985 KWn2224.02n33.2169.79 r / mini23P312.985 103T3 9.559.551776 .86 N mn369.795. 軸： 即傳動軸P4P3. 34P3. 承. 聯(lián)12 .9850.990.9912.72 KWn4n369 .79r / minT49.55P49.5512.7271031741.55Nmn469.796.軸： 即傳動滾筒軸P5P4. 45 P4. 承 . 開齒12 .7270.990.9411.831KWn5n469.7911.63 / mini 456rT59

7、.55P59.5511.8311039715.05N .mn511.63.下載可編輯 .各軸運(yùn)動及動力參數(shù)軸功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳動形傳動比效率 序P(kw)n(r/min)(N.m)式號014.223970140彈性聯(lián)1.00.9914.081970138.63軸器閉式齒4.330.9613.522224.02576.44輪閉式齒3.210.9612.98569.791776.8輪6聯(lián)軸器1.00.9812.72769.791741.55開式齒60.9411.83111.639715.0輪5（三）設(shè)計(jì)開式齒輪.下載可編輯 .小齒輪40Cr表面淬火齒面硬度48-55HRC大齒輪45# 鋼表面淬火齒面硬

8、度40-50HRC按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度確定模數(shù)初選小輪的齒數(shù)為Z5=20 ，那么 ，Z 6Z 5i 56206120應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 1 =60 ×n 4×j×Lsh=60 ×69.79 ×1×(10 ×300 ×16)=2.0 ×10 8N 2 =N 1 /i=3.3 ×107初選K t Yst1.10.2, a由圖 5-18b，得F lim 5325N / mm2F lim 6450N / mm2由圖 5-19 ，得 YN6YN 51.0由圖 5-15，得 Ysa51.55,Ysa 61.80由

9、圖 5-14，得 YFa 52.8, YFa 62.225初取 mn6mm由式 5-32 ，得 YX=1.0 。取 YST=2.0 ， SFmin =1.4由式 5-31 計(jì)算許用彎曲應(yīng)力F 6F lim 6YST YN 6YX 632521.01.0464N / mm2SF min1.4F 5F lim 5 YST YN 5YX 545021.01.0642 N / mm2SF min1.4YFa 5YSa52.8 1.55 / 6420.0067F 5.下載可編輯 .YFa 6YSa62.225 1.8 / 464 0.0086F 6YFa 6YSa6YFa 5YSa5>F 6F 5

10、取 YFa 6YSa6 計(jì)算 F 6取 KYE=1.1 ，m34 KT1YFa YsaY34 1.11741.550.008610 3 5.1a(u1) z2F0.27 4001可以取 m6mm則 d 5mZ 5620120 mm中心距au1420 mm(2) d 5由表 5-3 ，按電機(jī)驅(qū)動載荷稍有波動取 KA =1.10按 baa0.242084, 取 b6b (5 10)90d901200.75,得 k1.06d5 n5120 69.790.438m/ sv60 10360 103vz5 /1000.438 20 / 100 0.0816m / s得 Kv=1.001 。由表 5-4 ，

11、 K=1.2kkAkVkk1.1 1.0011.061.201.4按機(jī)械原理知識計(jì)算重合度齒頂圓直徑.下載可編輯 .da5d5h* m12021.05132mm2a nda6d62h* m72021.06732 mma n壓力角20齒輪基圓直徑db 5d5cos120cos 20 112.76mmdb 6d6cos720cos20 676.58mm齒頂壓力角a 5 arccos ddb 5 a 5arccos 112 .7631 .3132a6 arccosdb6arccos676.5822.4da 67321z4 (tg a 4tg) z5 (tg a 5 tg)2120(tg 31.3tg

12、 20) 120(tg 22 .4tg 20 )21.77Y0.250.750.750.250.6741.77kY1.40.6740.9436與 Kt YEt 相近，無需修正則m=6F 52k T Y Fa 5Y Sa 5Y2 1.41741 . 552 .8 1. 55 0 .674bd 590120 5264 .14 N/ mm 2642 .85 N / mm 2F 6F 5YFa 5Y sd 5264 .14YFa 6Y sd 6286 N / mm 2464 N / mm 22 .81 .552 .2251 .8開式齒輪主要參數(shù)Z5=20i=6d 5=120d a5=132d f5 =

13、105b 5=84Z6=120m=6d 6=720da6=732d f6 =705b 6=90.下載可編輯 .開式齒輪i=6m=6mmz4 =20,z 5=120.下載可編輯 .四 傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）減速器高速級齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1）材料的選擇 ：高速級的小齒輪選擇40Cr,表明淬火 。齒面硬度為48-55HRC大齒輪材料選用45 鋼 ,表明淬火 。齒面硬度為40-50HRC計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N160n1jL h60 970 1(8 30016)2.2 109N 2N12.21095.081084.33i12查圖 5-17， ZN1 =1.0ZN2 =1.05由式 5-29， ZX1=Z X2

14、=1.0 ，取 SHmin =1.0ZW =1.14ZLVR=0.92由圖 516 得H lim 11300N / mm2 ,H lim 21100N / mm2計(jì)算許用接觸應(yīng)力H1H lim 1 ZN1ZX 1ZW Z LVR13001.0 1.0 1.14 0.92 1363.44N / mm2SH min1.0H 2H lim 2 ZN 2 ZX 2 ZW ZLVR1100 1.05 1.0 1.14 0.92 1211.26N / mm2SH min1.0因H 2H1 ，故取HH 2 1211.26N / mm22）按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距.下載可編輯 .小輪轉(zhuǎn)矩T1=138000N

15、·mm初定螺旋角 = 13Zcos130.989初取 K t Z 21.0由表 5-5 得 ZE189.8N / mm2減速傳動 ui4.33,取 a0.4。由式 （ 5-41 ）計(jì)算 ZH端面壓力角t arctg (tgn / cos)arctg (tg 20 / cos13)20.48基圓螺旋角barctg (tgcos t )arctg (tg13cos 20.48 ) 12.22 cos bZ Hcos t sint2cos12.22.44215cos20.48 sin 20.48由式 （ 5-39 ）計(jì)算中心距a2at (uKT1ZHZEZ Z1)3a u2H1.01380

16、002.44189.82(4.330.9891)30.44.331211.2695.41mm2取中心距a=140mm。估算模數(shù)mn =(0.007 0.02)a=1.05 3 mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m n =2mm 。2a cos2140 cos13小齒輪齒數(shù)z1225.59mn u 14.33 1.下載可編輯 .取整，Z126大齒輪齒數(shù)z2 uz1 4.33 25 110.81 。取整，Z2111實(shí)際傳動比i實(shí)z2u =4.26z1傳動比誤差i0.07 ，在允許范圍內(nèi) 。修正螺旋角arccos mn ( z2z1 )arccos 2 (111 26)11.882a2120與初選 =13 0 相近

17、,ZHZ可不修正 .齒輪分度圓直徑中心距a=140mm.下載可編輯 .模數(shù)mn =2mmz1 =26 ，z2 =111螺旋角11.88.下載可編輯 .下載可編輯 .d1mn z1 / cos226 / cos11.8853.36mmd 2mn z2 / cos2 111/ cos11.88 227.83mm圓周速度d1 n13.14 53.36 9702.71m / s ,v1036010 360(3) 驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度由表 5-3, 取 KA =1.35 。由圖 5-4b ，按 8 級精度和 vz1 /1000.542m / s，得 Kv=1.04齒寬 ba a0.414056mm。b/

18、d 1 =56/50.88=1.1006由圖 5-7a ，得 K=1.113 。由表 5-4 ，得 K=1.4 。載荷系數(shù)KK A K v K K1.35 1.04 1.113 1.42.19計(jì)算重合度齒頂圓直徑da1d12ha*mn50.8821.0254.88mmda2d22ha* mn217.2421.02221.24mm端面壓力角tarctg(tg n / cos )arctg(tg20 / cos11.88 )20.40齒輪基圓直徑db1d1 cos t50.88cos20.4047.69mm齒輪分度圓直徑d153.36 mmd 2227.83mm齒輪精度為8 級.下載可編輯 .db

19、2d2 cos t217.24 cos20.40203.66mm端面齒頂壓力角at1 arccosd b147.69d a1arccos29.6654.88at 2arccosd b2arccos203.6623.00d a2221.24.下載可編輯 .1z1 (tg at1tg t )z2 (tgat 2tg t )2126(tg 29.66tg20.40 )111(tg23.00 tg 20.40 )21.746b sin56sin11.881.84mn3.14 2則Z110.7571.746Zcoscos11.880.989b arctg(tg cos t ) arctg(tg11.88

20、 cos20.4 ) 11.152 cos bZ Hcos t sint2cos11.15.2.451cos20.4 sin 20.4則齒面接觸應(yīng)力H ZHZEZ Z2KT1u 1bd12u2.451 189.80.7572.1921380004.3310.98953.3624.3356752.34N / mm2H1211N / mm,安全。（ 4 ）驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由圖 5-18b，得 1325N / mm22 450 N / mm2由圖 5-19 ，得 YN6YN 5 1.0由圖 5-15，得 Ysa51.55,Ysa 6 1.80取 YST=2.0 ， SFmin =1.4由式 5-

21、31 計(jì)算許用彎曲應(yīng)力F 6F lim 6YST YN 6YX 6325 21.0 1.0 464N / mm2SF min1.4.下載可編輯 .F 5F lim 5YST YN 5YX 5450 2 1.0 1.0 642 N / mm2SF min1.4zv1z1 / cos327.74zv 2z2 / cos3118.45由圖 5-14 得 YFa1=2.65 ，YFa2=2.22由圖 5-15 得 YSa1=1.93 ， YSa2=1.961.84 1.0， Y 11 1.84 11.880.817120120Y0.250.75cos2b0.6424bF 12KT1YFa1 Ysa1Y

22、 Y2 2.19 1380002.65 1.93 0.6424 0.871bd1 mn56 53.36 222289.43N / mmF1464N / mm ,安全。YFa 2Ysa 2289 .432.651.96350 .86 N / mm2F 2F 1 YFa 1Ysa 12.221.93F 2642 N / mm 2 , 安全（ 5 ）齒輪主要幾何參數(shù)z1 =26,z 2=111,u=4.33m n=2mm, =11.88 0,mt=m n /cos =2/cos11.88 0 =2.04mm,d 1 =53.36mm,d 2 =227.83mm,d a1=54.88mm,d a2=2

23、221.24mm,d f1 =48.36mm,df2 =222.83mma=140mm,b 2=b=56mm,b1=b 2+(5 10)=65mm（二） 減速器低速級齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1).材料的選擇 ：HH安全.下載可編輯 .高速級的小齒輪選擇40Cr,表明淬火 。齒面硬度為48-55HRC大齒輪材料選用45 鋼 ,表明淬火 。齒面硬度為40-50HRC計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N360njL h60224.021 (10 300 16)6.4 108N4N36.41081.998i 233.2110查圖 5-17， ZN3 =1 Z N4 =1.05，由式 5-29， ZX3=Z X4=1.0，取 SH

24、min =1.0ZW =1.14ZLVR=0.92按齒面硬度 50HRC ， 45HRC ，由圖 5-16b，.下載可編輯 .得H lim 31300N / mm2 ，H lim 41100N / mm2計(jì)算許用接觸應(yīng)力H 3H lim 3 ZN 3 Z X 3 ZLVR13001.0 1.0 0.921196N / mm2SH min1.0H 4H lim 4 Z N 4Z X 4Z LVR11001.05 1.0 0.921062.6N / mm2SH min1.0因H 3H4 ，故取HH 4 1062.6N / mm2 。2） 按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距小輪轉(zhuǎn)矩T1=576440N

25、83;mm初定螺旋角 = 13， Zcoscos130.987初取 K t Z 2t1.0 ， 由表 5-5得 Z E189.8N / mm2減速傳動 ， ui3.21;取 a0.4由式 （ 5-41 ）計(jì)算 ZH端面壓力角tarctg(tgn / cos )arctg (tg20 / cos13 )20.48基圓螺旋角barctg(tgcos t )arctg (tg13cos20.48 )12.2042 cos bZ Hcos t sint2cos12.2042.44cos20.48 sin 20.48由式 （ 5-39 ）計(jì)算中心距a.下載可編輯 .2KT2ZHZEZ Zat (u 1)

26、32 a uH(3.21 1)3133.63mm21.05764402.44 189.80.98720.43.211211取中心距a=170mm。估算模數(shù)m n=(0.0070.02)a=1.19 3.4mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m n =2.5mm 。中心距a=170mm模數(shù) m n=2.5mm.下載可編輯 .小齒輪齒數(shù) z32a cos2 170 cos13mn u12.531.473.21 1大齒輪齒數(shù) z4uz33.2132102取 z3=32 ， z4=102實(shí)際傳動比i 實(shí)z4102z33.1832傳動比誤差z3=32 ， z4=102i理i實(shí)100%0.186% 5%ii理在允許范圍內(nèi) 。修

27、正螺旋角mn ( z4z3 )arccos12.05與初選 =13 0 相近 ,ZHZ可不修正 .齒輪分度圓直徑d 3m n z3 / cos2.532 / cos12.0582.10 mmd 4mn z4 / cos2.5102 / cos12.05263.71mmd3 n23.14 82.10 224.04圓周速度 v103601030.96m / s,60由表 5-6, 取齒輪精度為8 級 .(3) 驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度由表 5-3, 取 KA =1.25 。由圖 5-4d ，按 8 級精度和 vz1 /1000.31m / s ，得 Kv=1.024 。.下載可編輯 .齒寬 ba a0

28、.417068mmb/d 3 =68/82.10=0.828由圖 5-7a ，得 K =1.08 。由表 5-4 ，得 K=1.4 。載荷系數(shù)KK A K v KK1.25 1.024 1.08 1.41.935齒輪精度為8 級齒頂圓直徑.下載可編輯 .da3d32h*amn82.102 1.02.587.10mmda4d42ha* mn263.712 1.02.5268.71mm端面壓力角tarctg(tg n / cos )arctg(tg20 / cos12.05 )20.41齒輪基圓直徑db3d3 cost82.10cos20.4176.94mmdb4d4 cost263.71cos2

29、0.41247.15mm端面齒頂壓力角at 3arccos d b 327.95d a 3at 4arccosdb 423.10da 41tgt ) z2 (tg at4tg t )z1 (tg at 321 32(tg 27.95tg20.41 ) 102(tg 23.10 tg20.41 )21.69b sin68sin12.051.81mn3.14 2.5Z10.77Zcos0.989barctg(tgcos t )arctg(tg13.93cos20.56 )11.312 cos bZ Hcos t sint2cos12.052.45cos20.41 sin 20.41由式 5-39,

30、 計(jì)算齒面接觸應(yīng)力.下載可編輯 .2KT2u 1H ZHZEZ Zbd 32u21.9355764403.2112.45189.80.770.9896882.1023.21894.69N / mm2H1211N / mm2 ,安全。（ 4 ）驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由圖 5-18c ，得 F lim 3450N / mm2 ， F lim 4 320N / mm2由圖 5-19，得 YN3=1.0N4，Y =1.0由式 5-32， m n=2.5mm<5mm, 故 YX3=Y X4=1.015 。取 YST=2.0 ，SFmin =1.4由式 5-31 計(jì)算許用彎曲應(yīng)力F 3F lim 3Y

31、ST YN3YX 3450 2.0 1.015 1.0652.5N / mm2SF min1.4F lim 4YSTYN 4YX 4320 2.02F 4SF min1.41.015 1.0464N / mmzv3z3/ cos332 / cos3 12.0534.21zv 4z4 / cos3102 / cos3 12.05109.05由圖 5-14 得 YFa3=2.55 ，YFa4=2.23由圖 5-15 得 YSa3=1.63 ， YSa4=1.82 。因1.51 1.0 ，Y11112.930.90120120Y0.75cos2b0.250.75 cos2 11.310.250.6767b1.69.下載可編輯 .F32KT2 YFa