機(jī)械課程設(shè)計(jì)(一級(jí)圓柱輪減速器)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 設(shè)計(jì)題目 電動(dòng)攪拌機(jī)用一級(jí)圓柱輪減速器所在學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 日 期 目錄一設(shè)計(jì)任務(wù)書1二電動(dòng)機(jī)的選擇2三斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)2四高速軸設(shè)計(jì)4五低速軸設(shè)計(jì)7六滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算8七鍵聯(lián)接選擇10八潤(rùn)滑與密封10九箱體的選擇11十參考文獻(xiàn)11131 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.設(shè)計(jì)目的 (1)對(duì)齒輪、軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一次開卷性考試； (2)運(yùn)用、鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的初步能力； (3)掌握一般機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)； (4)運(yùn)用和初步熟悉設(shè)計(jì)資料，了解有關(guān)部門的國(guó)標(biāo)、部標(biāo)及設(shè)計(jì)規(guī)范等 。 2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2、1電動(dòng)機(jī) 2輸入聯(lián)軸器 3減速器 4軸承 5輸出聯(lián)軸器 3.原始數(shù)據(jù) 電動(dòng)機(jī)額定功率P=4.5kw 輸出轉(zhuǎn)速 n1=1450r/min n2=290r/min 大齒輪節(jié)圓直徑d2'=300mm 4.工作情況 工作壽命15年，每年300個(gè)工作日，兩班制 減速器工作平穩(wěn)，運(yùn)轉(zhuǎn)方向不變 5.設(shè)計(jì)要求 (1)電動(dòng)機(jī)類型的選擇和功率、轉(zhuǎn)速的選擇，總傳動(dòng)比分配； (2)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（參數(shù)計(jì)算）； (3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（包括強(qiáng)度計(jì)算）； (4)滾動(dòng)軸承的選擇，壽命計(jì)算； (5)鍵、聯(lián)軸器的選擇及強(qiáng)度校核； (6)箱體、潤(rùn)滑裝置及減速器附屬零件的設(shè)計(jì)； 6.設(shè)計(jì)任務(wù) (1)總裝圖一張 (2)主要零件圖2

3、張 (3)設(shè)計(jì)說明書一份二電動(dòng)機(jī)的選擇 Y系列(IP44)封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)型號(hào)功率P/kW滿載轉(zhuǎn)速nr/min堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩N·m最大轉(zhuǎn)矩N·m質(zhì)量/kgY132S-45.514402.22.368 機(jī)座號(hào)級(jí)數(shù)D/mm132S438+0.018+0.002安裝及外形尺寸三斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì) 1.齒輪選材及初值 選用7級(jí)精度 由表10-1,大小齒輪選材如下齒輪材料牌號(hào)熱處理方法硬度(HBS)小齒輪40Cr調(diào)質(zhì)280 大齒輪45調(diào)質(zhì)240 初選螺旋角=12°，小齒輪齒數(shù) Z1=20，則大齒輪齒數(shù)Z2=Z1=100 2.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)(參考文獻(xiàn)1) （1）確定計(jì)算

4、參數(shù) 查得=2.1，由表10-7選取齒寬系數(shù)=1 縱向重合度=1.352 由=1.352從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)=0.90 小齒輪轉(zhuǎn)矩=2.964104 N·mm 當(dāng)量齒數(shù)ZV1=21.37, ZV2=106.85 （2）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖10-20C查得小齒輪=500MPa,大齒輪=380MPa 由圖10-18查得小齒輪=0.85，大齒輪=0.86 彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 =303.57MPa =233.43MPa 由表10-5查得YFa1=2.745，YFa2=2.175 YSa1=1.564，YSa2=1.796 =0.01414<=0.01673 =

5、2.71 取=3 中心矩a=184.02mm 取a=184mm 螺旋角=arc cos=11.97° 齒輪分度圓直徑d1 = m n Z1 / cos = 61.3mm 圓整后d1=61mm,則d2=305mm 齒輪寬度b=d1=61mm 取B1=65mm, B2=61mm 3.驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度 （1）確定計(jì)算參數(shù) 由圖10-30選取ZH=2.450 由表10-6查得材料彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa½ 由應(yīng)力循0環(huán)次數(shù)N1=60n1jLn=6.264×109,N2=N1/5=1.253×109 查圖10-19取KHV1=0.88，KHV2=0.

6、95 （2）計(jì)算接觸疲勞用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1， =528MPa =522.5MPa =525.3MPa H=ZE ZH =517MPa<H=525.3MPa 取ha*=1.0,c*=0.25 c= c*m=0.75mm，ha= ha*m=3mm, hf=( ha* +c*)m=3.75mm, h= ha +hf=6.75mm da1= d1 +2ha=67mm, da2= d2 +2ha =311mm df1= d12hf=53.5mm, df2= d22hf=297.5mm,名稱小齒輪(mm)大齒輪(mm)模數(shù)m33齒數(shù)Z20100壓力角2020分度圓直徑d6130

7、5齒頂高h(yuǎn)a33齒根高h(yuǎn)f3.753.75齒頂圓直徑da67311齒根圓直徑df53.5297.5標(biāo)準(zhǔn)中心距a184齒寬b6561四高速軸設(shè)計(jì) 1.計(jì)算最小軸徑 選擇材料：選用40Cr調(diào)質(zhì) 初步確定軸的最小直徑，由表15-3取A0=110 由聯(lián)軸器效率1=0.99，滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率 （一對(duì)）2=0.98，得 P1=4.512=4.37KW =15.9mm 2.聯(lián)軸器 因與電動(dòng)機(jī)相連接，取dmin=(0.81)d電=(0.81) ×38=30.438（mm） 選用彈性套柱銷聯(lián)軸器 由表14-1取KA=1.7 則計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca=KAT1=4.9×104N·mm型號(hào)公稱

8、轉(zhuǎn)矩/(N·m)許用轉(zhuǎn)速/(r/min)軸孔直徑/mm軸孔長(zhǎng)度/mm質(zhì)量/kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/(kg·m2)Y型J型LT512546003282606.050.012 故取dI-II=32mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=60mm 3.軸承選擇 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，dII-III=38mm， 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸斷面上取LI-II=58mm軸承代號(hào)dDTaBeY動(dòng)載荷Cr/KN靜載荷Cor/KN極限轉(zhuǎn)速/(r/min)30208408019.7516.9180.371.663.074.06300 參照工作要求由GB/T297-1994選取軸承

9、如下 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) LI-II段 dI-II=32mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=60mm，為了保證 軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸斷面上取LI-II=58mm。 LII-III段 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，采用軸肩定位，取軸肩 高度h=3m，故軸肩直徑mmdII-III=dI-II+ 3×2=38mm，LII-III=50mm. LIII-IV段 根據(jù)所選軸承取dIII-IV=40mm，LIII-IV=a+s+T+B1-LIV-V=44.75mm。 LIV-V段 為使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，取 LIV-V=62mm，取dIV-V=44mm

10、 LV-VI段 軸肩高度h>0.07d，故取h=4mm，則d=52mm，軸環(huán)寬度b>1.4h， 取LV-VI=8mm. LVI-VII段 LVI-VII=4mm，dVI-VII=48mm LVII-VIII段 LVII-VIII=T=19.75mm. dVII-VIII=40mm 5.軸上載荷載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=460N，F(xiàn)NH2=484NFNV1=224NFNV2=127N彎矩MMH=27056NmmMV1=13182NmmMV2=7093Nmm總彎矩M1=30096NmmM2=27970Nmm扭矩TT2=28781Nmm 6.彎矩圖 7.按彎矩合成應(yīng)力校核軸的

11、強(qiáng)度 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6 =4.1MPa 由表15-1查得=70MPa,因?yàn)?lt;,故安全。五低速軸設(shè)計(jì) 1.計(jì)算最小軸徑 選擇材料：選用45號(hào)鋼 調(diào)質(zhì) 初步確定軸的最小直徑，由表15-3取A0=112 P2=1·22·3 =4.28KW =27.3mm 2.聯(lián)軸器 根據(jù)工作情況要求，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器 由表14-1取KA=1.7 則計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca=KAT2=2.44×105N·mm型號(hào)公稱轉(zhuǎn)矩/(N·m)許用轉(zhuǎn)速/(r/min)軸孔直徑/mm軸孔長(zhǎng)度/mm質(zhì)量/kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/(kg·m2)Y型J型LT6250

12、380040112849.570.028 故取dI-II=40mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=84mm 3.軸承選擇 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，dII-III=46mm， 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸斷面上取lI-II=82mm 參照工作要求由GB/T297-1994選取軸承如下軸承代號(hào)dDTaBeY動(dòng)載荷Cr/KN靜載荷Cor/KN極限轉(zhuǎn)速/(r/min)30210509021.7520200.421.473.292.05300 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) LI-II段 dI-II=40mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=84mm，為了保證軸 端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在

13、軸斷面上取lI-II=82mm LII-III段 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，采用軸肩定位，取軸肩高 度h=3m故軸肩直徑mmdII-III=dI-II+ 3×2=46mm LIII-IV段 根據(jù)所選軸承取dIII-IV=50mm，齒輪距箱體內(nèi)壁距離a=16mm，滾 動(dòng)軸承距箱體內(nèi)壁s=8mm。故LIII-IV=a+s+T+B2-LIV-V=48.75mm. LIV-V段 為使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故 取LIV-V=58mm，取dIV-V=55mm LV-VI段 軸肩高度h>0.07d，故取h=4mm，則d=63mm，軸環(huán)寬度b>1.4h，

14、取LV-VI=8mm LVI-VII段 LVI-VII=16mm，dVI-VII=55mm LVII-VIII段 LVII-VIII=T=21.75mm. 5.軸上載荷載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=474N，F(xiàn)NH2=450NFNV1=-89NFNV2=433N彎矩MMH=25952NmmMV1=-4873NmmMV2=25006Nmm總彎矩M1=26406NmmM2=36039Nmm扭矩TT2=1.409×105Nmm 6.按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6 =5.55MPa 由表15-1查得=60MPa,因?yàn)?lt;,故安全。六、滾動(dòng)軸承的

15、壽命計(jì)算 1高速軸的軸承 選用型號(hào)30208，其主要參數(shù)有：d=40,Cr=63.0KN. Y=1.6查機(jī)械設(shè) 計(jì)當(dāng)Fa/Fre時(shí)，X=1，Y=0；當(dāng)Fa/Fr>e時(shí)，X=0.4,Y=1.6 計(jì)算軸承受力 ，如 圖 （1）根據(jù)“軸的設(shè)計(jì)”中已算出： Fa= 200.6N, FNV1=224N,FNV2=127N FNH1=460N，F(xiàn)NH2=484N ,e=0.37 Fr1=512N, Fr2=500N Fs1= Fr1 /（2Y）=160N, Fs2= Fr2 /（2Y）=156N 因Fa+ Fs2> Fs1, 使軸承1被壓緊，2放松 Fa1= Fa+ Fs2=357N， Fa2

16、= Fs2=156N （2）求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P Fa1 / Fr1=0.70> e=0.37， Fa2 / Fr2=0.31< e=0.37 X1=0.4,Y1=1.6； X2=1,Y2=0 軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P1= X1 Fr1 + Y1Fa1=461N，P2= X2 Fr2+ Y2Fa2=500N 因兩個(gè)軸承尺寸相同且P1<P2,故應(yīng)以P2作為軸承壽命計(jì)算的依據(jù)。 已知滾子軸承=10/3，查得溫度系數(shù)ft=1 ,載荷系數(shù)fp=1.1 基本額定動(dòng)載荷C=63.0kN （3）軸承的實(shí)際壽命 Lh=2.1×107h >8.39×107>15年 故

17、所選軸承滿足要求。 2.低速軸的軸承 選用型號(hào)30210，其主要參數(shù)有：d=50,Cr=73.2KN，Y=1.4 當(dāng)Fa/Fre時(shí)，X=1，Y=0；當(dāng)Fa/Fr>e時(shí)，X=0.4,Y=1.4 計(jì)算軸承受力 如下圖 （1）根據(jù)“軸的設(shè)計(jì)”中已算出 Fa =196N, FNH1=474N，F(xiàn)NH2=450N,FNV1=-89N,FNV2=433N,e=0.42 Fr1=482N, Fr2=625N Fs1= Fr1 /（2Y）=172N, Fs2= Fr2 /（2Y）=233N 因Fa+Fs1 >Fs2 , 使軸承2被壓緊，1放松 Fa1= Fa1=172N， Fa2= Fa+ Fa1

18、=368N （2）求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P Fa1 / Fr1=0.36<e=0.42， Fa2 / Fr2=0.59< e=0.42 X1=1,Y1=0； X2=0.4,Y2=1.4 軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P1= X1 Fr1 + Y1Fa1=482N，P2= X2 Fr2+ Y2Fa2=576N 因兩個(gè)軸承尺寸相同且P1>P2,故應(yīng)以P1作為軸承壽命計(jì)算的依據(jù)。 已知滾子軸承=10/3，查得溫度系數(shù)ft=1 ,載荷系數(shù)fp=1.1 基本額定動(dòng)載荷C=73.2kN （3）軸承的實(shí)際壽命 Lh=4.32×108h>15年 故所選軸承滿足要求。 七鍵聯(lián)接的選擇 1.聯(lián)軸器與高速軸軸伸的鍵聯(lián)接 采用圓頭普通平鍵（GB1096-2003），由d=32，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 b×h=10×8, 鍵長(zhǎng)L=50，即d=20,h=8,l=Lb=40,T1=4.37N·m 由輕微沖擊p=110MPa, p=2.7MPa<p=110MPa 故此鍵聯(lián)接強(qiáng)度足夠。 2.小齒輪與高速軸的鍵聯(lián)接 同聯(lián)軸器 3.大齒輪與低速軸的鍵聯(lián)接 采