機械設(shè)計課程設(shè)計說明書(共25頁)

1、 機械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目圓錐圓柱齒輪二級齒輪減速器學(xué)院（系）：制造科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化班 級：*姓 名：*學(xué) 號：*指導(dǎo)老師：*完成日期：2015年7月8日 計 算 及 說 明計算結(jié)果第一部分 緒論 本課程設(shè)計主要內(nèi)容是進(jìn)行一級圓柱直齒輪的設(shè)計計算，在設(shè)計計算中運用到了機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制圖、工程力學(xué)、公差與互換性等多門課程知識并運用 AUTOCAD 軟件進(jìn)行繪圖， 因此是一個非常重要的綜合實踐環(huán)節(jié), 也是一次全面的、 規(guī)范的實踐訓(xùn)練。通過這次訓(xùn)練，使我們在眾多方面得到了鍛 煉和培養(yǎng)。主要體現(xiàn)在如下幾個方面： （1）培養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓(xùn)練了

2、綜合運用機械設(shè)計課程和 其他相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論并結(jié)合生產(chǎn)實際進(jìn)行分析和解決工程實際問題的能力， 鞏固、深化和擴展了相關(guān)機械設(shè)計方面的知識。 （2）通過對通用機械零件、常用機械傳動或簡單機械的設(shè)計，使我們掌握了 一般機械設(shè)計的程序和方法，樹立正確的工程設(shè)計思想，培養(yǎng)獨立、全面、科 學(xué)的工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。 （3）另外培養(yǎng)了我們查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊及相關(guān)技術(shù)資料的 能力以及計算、繪圖數(shù)據(jù)處理、計算機輔助設(shè)計方面的能力。（4）加強了我們對Office軟件中Word功能的認(rèn)識和運用。第二部分 課題題目及主要技術(shù)參數(shù)說明2.1 課題題目某帶式運輸機采用雙班連續(xù)工作，載荷有輕微振動，小批量

3、生產(chǎn)，工作年限5年，速度允許誤差±5%，要求電動機軸線與運輸帶鼓輪軸線垂直，試設(shè)計該帶式運輸機傳動裝置，原始數(shù)據(jù)如下。2.2 主要技術(shù)參數(shù)說明 運輸帶牽引力F = 3800N，運輸帶速度V=0.85m/s,滾筒直徑D=420mm。n = 1000×60×0.85/420=38.65 r/min2.3 工作臺示意圖 三、 確定傳動方案 方案1為兩級傳動，電動機直接與初論相聯(lián)結(jié)，傳動比及結(jié)構(gòu)尺寸較大，所以不合適。 方案2第一級用帶傳動，后接兩級齒輪傳動，帶傳動能緩沖、吸振，過載時形成保護(hù)，結(jié)構(gòu)尺寸稍大，但優(yōu)點更多，本題選擇方案2 。3.2 電動機選擇由于該生產(chǎn)單位采用

4、三相交流電源，可考慮采用 Y 系列三相異步電動機。三 相異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單， 工作可靠， 價格低廉， 維護(hù)方便， 啟動性能好等優(yōu)點。傳動裝置總效率 ：=1·2·3·43·51=0.96 V帶效率；2=0.96 圓錐齒輪傳動效率；3=0.97 圓柱齒輪傳動效率；4=0.99 滾動軸承效率；5=0.99 剛性聯(lián)軸器效率； 電動機所需功率：P=FV/1000=3800×0.851000=3.23KwPd = P= 3.230.859 = 3.76 Kw確定電動機型號：Y132M1-6其相關(guān)參數(shù)如下：額定功率：P = 4 Kw電動機滿載轉(zhuǎn)速：nw =

5、 960 r/min電動機軸伸出直徑：D = 38 mm電動機軸伸出長度：L = 80 mm 四、運動學(xué)和動力學(xué)計算1、 總傳動比及其分配 i總=nm/n = 960/38.65 = 24.84 i總=i1·i2·i3= 2×3.2×3.88i1 V帶傳動比；i2 圓錐齒輪傳動比；i3 圓柱齒輪傳動比；2、 減速器各軸轉(zhuǎn)速計算：n= 960/2 = 480 r/minn= 480/3.2 = 150 r/minn= 150/3.88 = 38.66 r/min3、 減速器各軸功率計算：P=Pd·1 = 3.76×0.96 = 3.61

6、 KwP= P·2·4 = 3.61×0.96×0.99= 3.43 KwP=P·3·4 = 3.43×0.97×0.99 = 3.29 Kw減速器各軸功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速如下： 軸號 功率(Kw) 轉(zhuǎn)速（r/min） 轉(zhuǎn)矩 T（N·m） 3.61 480 71.824 3.43 150 218.380 3.29 38.66 812.713五、V帶傳動設(shè)計1、確定V帶型號和帶輪直徑 工況系數(shù)KA 由表11-5確定 計算功率PC PC = KA·Pd 選帶型號 圖11.15 A型 小帶輪直徑 D1mi

7、n = 75mm 取D1 = 100 mm 大帶輪直徑 D2 = （1-）D1·n1/n2 =（1-0.01）×100×960480= 198mm 取200mm 大帶輪轉(zhuǎn)速 n2 = （1-）·D1·n1/D2 = （1-0.01）×100×960200 = 475.2 mm 2、計算帶長 Dm = （D1+D2）/2 = 100200÷2 = 150 mm = （D2-D1）/2 = 50 mm 初取中心距：a = 500 mm 帶長 Ld =·Dm + 2a + 2/a =×150+2

8、15;500+502÷500 = 1476.24mm 取Ld=1600mm3、確定中心距和包角中心距a a = (L-·Dm)/4+（L-·Dm）2-82）1/2/4 =1600-×150+1600-×1502-821/2/4 = 562.16mm包角11 = 18060D2-D1/a = 180-60(200-100)/562.16= 169.33>1204、 求帶根數(shù)帶速：V = ·D1·n1/60·1000 ×100×960÷60×1000 = 5.03m/s 傳

9、動比：i =960/475.2=2.02 帶根數(shù)： 表 11-8 P0=0.97 ； 表11-7 K=0.978 ； 表11-12 KL =0.99 ； 表11-10 P0 = 0.11 Kw Z = PC/（(P0+P0)·K·KL） = 4.88/(0.97+0.11)·0,98·0.99 = 4.665、 軸上載荷張緊力F0 表11-4 q=0.10Kg/mF0=500PC·（2.5-K）/2.5vz + qv2 =153.79N軸上載荷FQ=2ZF0sin（1/2） =1531.238N帶論結(jié)構(gòu)：B=(Z-1)e + 2f = 78 m

10、m六、錐齒輪傳動設(shè)計 1、選擇錐齒輪材料： 直齒錐齒輪加工多為刨齒，不宜采用硬齒面。小齒輪選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB 286HB，取平均硬度260HB；大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度217HB 255HB，取平均硬度240HB。 2、初步計算： 齒數(shù)Z和精度等級 取Z1=24 ；Z2 =i·Z1=3.2×24=76.8 取Z2=76 估計V4m/s,選8級精度 使用壽命系數(shù)KA 由表12.9 KA=1.25 動載系數(shù)Kv 圖12.9 Kv =1.15 齒間載荷分配系數(shù)KH 表12.10 b· KA/Ft 未知 Cos1 = u/u2+11/2 =3.

11、2/3.22+11/2 =0.954 Cos2 = 1/u2+11/2 =0.298 Zv1=Z1/cos1 = 24÷0.954 =25.16 Zv2=Z2/cos2 = 76÷0.298 =255.03 V = 1.88-3.2·1/Zv1+1/Zv2cos = 1.88-3.2×1÷25.16+1÷255 ×1 =1.74 Z=4-V/31/2 =4-1.74÷31/2 =0.868 KH =1/Z2 =1÷0.8682 =1.327 齒向載荷分布系數(shù)K 表12.20 及標(biāo)注3 K=1.9 載荷系數(shù)

12、K K=KA·Kv·KH·K=1.25×1.15×1.327×1.9=3.62 轉(zhuǎn)矩T1=71824N·mm 彈性系數(shù)ZE 表12.12 ZE=189.8 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 圖12.16 接觸疲勞極限 圖12.17c 最小安全系數(shù)SHmin 表12.14 接觸壽命系數(shù)ZN 工作時間 Th = 5×300×16=24000h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1 = 60×480×24000 =6.9×108 N2 = 60×480×24000÷3.17=2.1&#

13、215;108 許用接觸應(yīng)力H H1 =Hlim1·ZN1/SHmin=720×0.9÷1=648 H2 =560×0.9÷1=504 小輪大端分度圓直徑d1 取R = 0.3 d14.7K·T·（ZE·ZH·Z/H）2/R/u/（1-R） =105.23mm 3、驗算圓周速度KA·Ft/b dm1 = （1-0.5R）·d1 = （1-0.15）×105.23 = 89.45 mm Vm =·dm1·n1/60000 = 2.25 m/s Ft = 2T

14、1/dm1 = 1605.9 N b = 0.3R = 52.65 mm KA·Ft/b = 38.13< 100 N/mm 與估計值相符 4、確定傳動尺寸 大端模數(shù)m m = d1/Z1 =105.23/24 = 4.38 表12.3 取m = 4 實際大端分度圓直徑d1 d1 = m·Z1 = 4×24 = 96 mm d2 = m·Z2 = 4×76 = 304 mm 錐距R R = （Z12+Z22）1/2·m/2 = （242+762）1/2·/2 = 159.4 mm 齒寬b b = R·R =

15、159.4×0.3 = 47.82 mm5、 齒根彎曲疲勞強度計算齒形系數(shù)YFa 圖12.30應(yīng)力修正系數(shù)YSa 圖12.31重合度系數(shù)Y Y=0.25+0.75/v =0.25+0.75/1.74 =0.681齒間載荷系數(shù)KF 表12.10 KF=1/Y=1/0.681 = 1.47載荷系數(shù)K K=KA·Kv·KF·K = 1.25×1.15×1.47×1.9 =4.01彎曲疲勞極限Flim 圖12.23c彎曲最小安全系數(shù)SFmin 表12.14彎曲壽命系數(shù)Yn 由題意尺寸系數(shù)Yx 圖12.25許用彎曲應(yīng)力F F1= Fl

16、im1·Yn1·Yx/SFmin =600×0.88×1.0÷1.25=422.4MpaF2=324Mpa驗算 F1= = =151.24MpaF1 F2=F1· =151.24× =150.77MpaF2六、斜齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算材料選擇：小齒輪 40Cr 調(diào)質(zhì) 241-286HB 平均260HB 大齒輪 45鋼 調(diào)質(zhì) 217-255HB 平均240HB1、 初步計算轉(zhuǎn)矩T1齒寬系數(shù)d 表12.13Ad值 表12.16 初取15 初步計算許用接觸應(yīng)力H 圖12.17cH1=0.9Hlim1=0.9×710=6

17、39MpaH2=0.9Hlim2=0.9×560=504Mpa初步計算小齒輪直徑d1 d1Ad·（）1/3 =84.16 取85 mm初步齒寬b b=d·d1=85 mm2、 校核計算圓周速度v v=0.667m/s齒數(shù)Z、模數(shù)m和螺旋角 取Z1=27，Z2=iZ1=3.88×27=104.8 取Z2=105Mt=d1/Z1=85/27=3.036 mm表12.3，取Mn=3 mm=arccos（Mn/Mt） =arcos(3/3.036) =17.6° 使用系數(shù)KA 表12.9 動載系數(shù)Kv 圖12.9 齒間載荷分配系數(shù)KH Ft=2T1/d

18、1=2×218380/85=5138.35NKA·Ft/b=5138.35×1.35/85 = 81.61 N/mm<100 N/mm=1.88-3.2（1/27+1/105）cos=1.649 = =2.73=+=1.65+2.73=4.38t =arctan（tann/cos） = 20.9° Cosb=cos·cosn/cost=0.953由此得 KH=KF=/cos2b=1.85 齒向載荷分布系數(shù)KH 表12.11KH=A+B(b/d1)2+C·10-3·b=1.17+0.16+0.61×85

19、5;10-3=1.3788動載系數(shù)K K=KA·Kv·KH·KH=1.35×1.02×1.815×1.3788=3.45彈性系數(shù)ZE 表12.12節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 圖12.16重合度系數(shù)Z 式12.31 >1，=1 Z=（+/） =0.779螺旋角Z=cos=0.953 =0.976許用彎曲應(yīng)力F總工作時間Th Th=16×300×5=24000h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL NL1=24000×60×1502.16×108 NL2=NL1i=2.16×108÷3.88=

20、5.57×107 接觸壽命系數(shù)ZN H1=642.4MpaH2=560MpaH=ZE·ZH·Z·Z·（）1/2 =189.8×2.38×0.779×0.976×（）1/2 =611.03H2 尺寸調(diào)整 取d1=90 mm b=90按以上校核計算相同的步驟，再次求得各參數(shù)如下：V=0.707m/sZ1=29 Z2=112Mt=3.103 Mn=3=14.832°KA=1.35 Kv=1.02=1.68 =2.44=4.127KH=KF=1.785KH= 1.3788K=3.389ZE=189.8M

21、paZH=2.42Z=0.77Z=0.98H=189.8×2.42×0.77×0.98×1/2550.6<560Mpa 4、確定傳動主要尺寸中心距a a= =219.6 實際分度圓直徑d1 d1=90mm d2=349.2mm 齒寬b b=1×90=90 mm6、 齒根彎曲疲勞強度計算齒形系數(shù)YFa Zv1=Z1/cos3=32 Zv2=Z2/cos3=115 圖12.21應(yīng)力修正系數(shù)YSa 圖12.22重合度系數(shù)Y v=1.883.2（1/32+1/115）cos =1.694 Y=0.25+0.75/v =0.693螺旋角系數(shù)Y Ym

22、in=1-0.25· =0.75 Y=1-·°/120°=1-14.832°/120°=0.876齒間載荷分配系數(shù)KF =3.538KF<KF=1.785 齒向載荷分布系數(shù)KF 圖12.14b/h=90/(3×2.25)=13.3KF=1.38載荷系數(shù)K K=Ka·Kv·KF·KF=1.35×1.02×1.785×1.38=3.392 許用彎曲應(yīng)力FF1= =422.4 MpaF2=342Mpa 驗算 F1=·YFa1·Ysa1·

23、Y·Y= =150.68 Mpa F1F2=F1· =146.8MpaF2六、軸的初步計算 1、軸的材料選擇：45鋼，調(diào)質(zhì)處理 2、按許用切應(yīng)力計算軸的最小直徑： 軸：dmin112·=22.02 軸：dmin112·=31.78 軸：dmin112·=49.2七、初選聯(lián)軸器和軸承1、聯(lián)軸器選擇：輸出軸與工作機輸入軸采用剛性聯(lián)軸器，型號為 GYS7 公稱扭矩Tn=1600 N/m 許用轉(zhuǎn)速n=6000 r/min2、軸承選擇： 軸 6207 軸 6207 軸 6212八、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 小錐齒輪采用鍛造結(jié)構(gòu)，其尺寸如下 ds=30 mm 輪轂直徑

24、D1=1.6×30=48 mm 輪轂長度L=1.21.5ds，取L=50 mm 大錐齒輪采用鍛造結(jié)構(gòu)，其尺寸如下 ds=45 mm 輪轂直徑D1=1.6×45=72mm 輪轂長度L=68 mm 腹板厚度C=12 mm 小斜齒輪做成齒輪軸 大齒輪采用鍛造結(jié)構(gòu)，其尺寸如下 ds=65 mm 輪轂直徑D1=1.6×65 = 104 mm 輪轂長度L=100 mm d0=55 mm D0=214mm D2=316mm 九、軸按許用彎曲應(yīng)力計算（以軸為例） 1、齒輪作用力計算： 、錐齒輪受力計算： Ft1=Ft2=2T1/d1=71824×2÷96=14

25、96.3NFr1=Fa2=Ft1·tan·cos1=519.6NFa1=Fr2=Ft1·tan·sin1=163.7N、圓柱斜齒輪受力計算：Ft1=2T1/d =2×218380÷90=4852.9N Fr=Ft·tant=1853.1N Fa=Ft·tan=1444.3N 軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，B=650Mpa，s=360Mpa，作出軸的初步設(shè)計：如上圖所示1、確定軸上各力作用點及支點跨距L1=60.5 mm L2 = 90 mm L3=82.5 mm2、支座反力、彎矩及轉(zhuǎn)矩計算水平面：水平面主要受徑向力

26、對C1處求矩：C2·（L1+L2+L3）+Fr1·L1=Fr2·（L1+L2） 得 C2=1154.5 N C1=-C2-Fr1+Fr2=-1154.5-163.7+1853.1=534.9 N彎矩圖如圖垂直面：主要受周向力對C1處求矩有：Ft1·L1+Ft2·（L1+L2）=C2·（L1+L2+L3） 得 C2= =3512.7N C1=4852.9+1496.3-3512.7=2836.5N彎矩圖如圖所示合成彎矩圖：3、轉(zhuǎn)矩：T=218.380N/m4、許用應(yīng)力：表16-3查得0b=102.5Mpa -1b=60Mpa 應(yīng)力校正系

27、數(shù)：=-1b0b=0.595、當(dāng)量彎矩圖： 在錐齒輪中截面處=216.99N/m 在斜齒輪中截面處=333.2N/m校核軸徑：小齒輪齒根圓直徑 df=d1-2·（ha*+C*）Mn=90-2×1.25×3=82.5 mm da=38.182.5 mm dc=32.582.5 mm十、軸承壽命計算（以軸為例計算） 6207軸承主要性能參數(shù)如下： 基本額定動載荷：Cr=25.7KN 基本額定靜載荷：Co=15.3KN極限轉(zhuǎn)速No=8500 r/min軸承面地面安裝，由于前面已求得支座反力，則軸承受力為：Fr1=2886.5 N Fr2= =3697.5 N 軸向力Fa

28、2=1444.3-519.6=924.7 N Fa1=0 Fa2/Cor=924.7/15300=0.06 Fa2/Fc2=924.7/3643.02=0.254e=0.268 X2=1，Y2 =0 fd=1.1 P2=fd·（X2·Fr2+Y2·Fa2） =1.1×3697.5 =4067.3N P1=1.1×2886.5=3675.1N 軸承壽命計算：只需驗證P2處 L10h=· =· =27939.4 h預(yù)期壽命=5×16×300=24000 hL10h十一、選鍵并校核（以軸為例） 1、錐齒輪處鍵的

29、類型和尺寸 鍵14×9 GB1096-79 具體參數(shù)：b=14mm h=9mm L=60mm 鍵的擠壓強度校核： 表7-1查得：p=110Mpa 所能傳遞的扭矩為：T=·h··d·p =45×9×46×110÷4 =5512325N/mm十二、齒輪和軸承潤滑 1、齒輪 V12 m/ske 可采用油池潤滑50號機械潤滑油。 2、軸承 dn = 35×150=5250（23）×105 選用脂潤滑。 十四、選擇軸承、帶輪、齒輪配合(以軸為例) 軸與軸承內(nèi)圈配合采用k6 箱體座孔與軸承外圈配合采用H7 齒輪與軸的配合采用H7/r6 帶輪與軸的配合采用H7/n6 =0.859Pd=3.76Kwi總 = 24.84i1=2i2=3.2i3=3.88KA = 1.3PC = 4.89A型D1=100mmD2=200mm n2=475.2 r/minDm=150mm=50mmLd=1600mma=562.16mm1=169.33V=5.03m/sZ=5F0=153.79NFQ=1531.238NZ1