北航機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計說明書2015

1、機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目 電梯機(jī)械部分相關(guān)系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計 自動化科學(xué)與電氣工程 學(xué)院（系） 120324 班設(shè)計者 * 指導(dǎo)老師 裴旭 2015年5月11日（北京航空航天大學(xué)）前言設(shè)計背景：機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是各大高校工科學(xué)生的必修課，也是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計能力的基礎(chǔ)課程，其重要性和意義是十分顯然的。減速器是用于原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動裝置，作用是降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩來滿足工作需要。在現(xiàn)實(shí)生活中，齒輪減速器廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，是最常見最實(shí)用的機(jī)械傳動裝置之一。目前，國內(nèi)各類通用減速器的標(biāo)準(zhǔn)系列已達(dá)數(shù)百個，基本可滿足各行業(yè)對通用減速器的需求。本設(shè)計采用的是閉式一級圓柱齒輪減速器，

2、以此來完成帶式運(yùn)輸機(jī)的轉(zhuǎn)動任務(wù)。說明書的內(nèi)容包括了：傳動方案的分析以及擬定；電動機(jī)的選擇；傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計算；軸的設(shè)計計算；軸承和鍵的計算選擇；潤滑密封及聯(lián)軸器的計算與選擇；箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算。每部分均進(jìn)行安全校核計算以確保減速器能夠正常平穩(wěn)工作設(shè)計目的：（1）以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計與擬定為結(jié)合點(diǎn)，把機(jī)械設(shè)計課程中分散于各章的理論和方法融會貫通起來，進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理和知識； （2）通過擬定減速器的方案，使我們初步具有機(jī)構(gòu)和零件配合的組合能力； （3）進(jìn)一步提高我們運(yùn)算、繪圖、整理和查閱技術(shù)資料的能力； （4）通過編寫說明書，培養(yǎng)我們的表達(dá)、歸納、總結(jié)和獨(dú)立思考與分析的能

3、力。 目 錄一、 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書··········································4二、 傳動方案的擬定···

4、;···············································5三、 電動機(jī)的選擇、傳動系統(tǒng)的運(yùn)

5、動和動力參數(shù)··························51. 電動機(jī)的選擇2. 傳動比分配3. 各級傳動的動力參數(shù)計算4. 將運(yùn)動和動力參數(shù)計算結(jié)果整理并列表四、 傳動零件的設(shè)計、計算············&

6、#183;·······························71. 傳動齒輪（開式、直齒）設(shè)計2. 減速器齒輪（閉式、斜齒）設(shè)計五、 軸的設(shè)計與校核···········

7、;·······································121. I軸的初步設(shè)計2. I軸的強(qiáng)度校核3. II軸的初步設(shè)計4. II軸的強(qiáng)度校核六、 鍵聯(lián)接的選擇與校核·

8、83;············································181. I軸外伸端處鍵聯(lián)接2. II軸外伸端處鍵聯(lián)接3. I軸與

9、小齒輪配合處鍵聯(lián)接4. II軸與大齒輪配合處鍵聯(lián)接七、 滾動軸承的選擇與校核···········································

10、3;181. I軸滾動軸承的校核2. II軸滾動軸承的校核八、 聯(lián)軸器的選擇···········································

11、3;········20九、 潤滑和密封形式的選擇，潤滑油牌號的選擇··························21十、 其他技術(shù)說明··········

12、;··········································211. 箱體結(jié)構(gòu)相關(guān)尺寸2. 減速器技術(shù)要求十一、 參考文獻(xiàn)··

13、3;·················································22-

14、4 -一、 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書1、任務(wù)三 電梯機(jī)械部分相關(guān)系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計傳動裝置簡圖如右圖所示。原始技術(shù)數(shù)據(jù)：額定載質(zhì)量 m=1100(kg)電梯額定速度 V=1.2 (m/s)拽引卷筒直徑 D=160 (mm) (附：牽引繩繞過拽引卷筒的損失用效率計，取效率=0.96）。工作條件：12小時/天；連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)；允許速度誤差為5%。使用期限及檢修期間隔：工作期限為十年，每年工作；允許三年大修一次。生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件：只生產(chǎn)幾臺，無鑄鋼設(shè)備。2、設(shè)計任務(wù)拽引系統(tǒng)的傳動方案設(shè)計；齒輪式拽引機(jī)的設(shè)計；按比例繪制拽引系統(tǒng)的原理方案簡圖；完成傳動部分的結(jié)構(gòu)裝配圖1張（用A0或A1圖紙）

15、，零件圖2張；3、具體作業(yè)減速器裝配圖1張；零件工作圖2張（大齒輪、輸出軸）；說明書1份。二、 傳動方案的擬定根據(jù)設(shè)計任務(wù)確定傳動方案為：閉式一級斜齒輪傳動。該方案的設(shè)計分成減速器（傳動部分）和工作機(jī)（執(zhí)行部分）兩部分，如下圖所示：1電動機(jī)2聯(lián)軸器3減速器(斜齒)4開式齒輪傳動5拽引卷筒0、I、II、III軸減速器說明：該減速器采用一級圓柱齒輪減速器，不僅擁有較高的效率，而且有較高的穩(wěn)定性以及可靠性，同時結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)性好。此外，由于閉式減速器采用水平剖分、封閉結(jié)構(gòu)，有利于在粉塵較大的環(huán)境下工作。減速箱中閉式齒輪采用斜齒輪，這是由于斜齒輪相對于直齒輪嚙合性能好，重合度大，機(jī)構(gòu)緊湊，而設(shè)計制造成

16、本基本與直齒輪相同。三、 電動機(jī)的選擇、傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)計算項(xiàng)目計算內(nèi)容計算結(jié)果1. 電動機(jī)的選擇工作機(jī)所需功率傳動效率分別表示聯(lián)軸器、滾動軸承、閉式圓柱斜齒輪、開式齒輪傳動效率、傳動滾筒的效率。實(shí)際需要功率工作機(jī)轉(zhuǎn)速電動機(jī)轉(zhuǎn)速由于齒輪傳動的傳動比，減速器，所以電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍1289.162291.84r/min。綜合考慮選用1500r/min較為合適。由文獻(xiàn)2表6-164，電動機(jī)型號可選為Y180M-4型，其額定功率為18.5kW，滿載轉(zhuǎn)速1470r/min。Y180M-4型額定功率18.5kW滿載轉(zhuǎn)速1470r/min2傳動比分配總傳動比開式齒輪傳動比減速器傳動比由取則3各級傳動

17、的動力參數(shù)計算各軸轉(zhuǎn)速分別為原動機(jī)轉(zhuǎn)速，小齒輪軸轉(zhuǎn)速，大齒輪軸轉(zhuǎn)速，卷筒軸轉(zhuǎn)速）各軸輸入功率 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 4將運(yùn)動和動力參數(shù)計算結(jié)果進(jìn)行整理并列表軸名功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/kN·mm轉(zhuǎn)速n/rmin-1傳動比i效率輸入輸出輸入輸出0電機(jī)軸15.0697.8147010.99I軸14.91 14.7696.8695.8914703.420.96II軸14.3214.18318.14314.96429.830.95III卷筒軸13.6113.47907.21898.14143.3四、 傳動零件的設(shè)計、計算1開式直齒輪傳動的設(shè)計（1）材料選擇及確定設(shè)計方案材料選擇由于開式齒輪的磨損比較快，

18、因此大小齒輪選用硬齒面。小、大齒輪均采用40Cr，表面淬火。硬度4855HRC彎曲疲勞極限由文獻(xiàn)1表11-1，對相應(yīng)疲勞強(qiáng)度取均值：安全系數(shù)SH、SF考慮電梯實(shí)際情況，選取較高可靠度。由文獻(xiàn)1表11-5取SH=1.25，SF=1.6SH=1.25，SF=1.6許用應(yīng)力 齒數(shù) 齒形系數(shù)取 ,查圖11-8、11-9取 由于 ，應(yīng)對小齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計算。（2）按彎曲疲勞強(qiáng)度初步計算載荷系數(shù)K齒寬系數(shù) 小齒輪轉(zhuǎn)矩 模數(shù)m中心距a分度圓直徑 尺寬 由文獻(xiàn)1表11-3取K=1.0由文獻(xiàn)1表11-6，取 選用8級精度 按第II系列，考慮10%余量，取m=5.5已取， 中心距圓整后，取 得到 所以 則K=1

19、.0m=5.5（3）校驗(yàn)齒輪精度齒輪圓周速度所以取8級制造精度滿足要求（4）齒輪其他傳動參數(shù)齒頂高h(yuǎn)a齒根高h(yuǎn)f全齒高h(yuǎn)頂隙cha=mn=5.5mmhf=1.25mn=6.875mmh= ha+ hf=12.375mmc= hf-ha=1.325mmha= 5.5mmhf=6.875mmh=12.375mmc=1.325mm齒頂圓直徑da1 da2da1=d1+2ha=111mmda2=d2+2ha=311mmda1=111mmda2= 311mm齒根圓直徑df1 df2df1=d12hf=86.25mmdf2=d22hf=286.25mmdf1=86.25mmdf2=286.25mm齒輪結(jié)構(gòu)

20、小齒輪為實(shí)心式大齒輪為腹板式（5）開式齒輪的傳動參數(shù)尺寸列表中心距a/mm模數(shù)mn/mm2005.5齒數(shù)齒寬/mm分度圓直徑/mmz1z2b1b2d1d218543025100300齒高/mm齒頂圓/mm齒根圓/mmhahfda1da2df1df25.56.87511131186.25286.252減速器齒輪（閉式、斜齒）設(shè)計（1）選擇材料及確定許用應(yīng)力材料選擇由于對傳動要求不高，大小齒輪選用軟齒面小齒面選用45號鋼調(diào)質(zhì)，硬度197286HBS大齒面選用45號鋼正火，硬度156217HBS彎曲疲勞極限由1表11-1，對相應(yīng)疲勞強(qiáng)度取均值：安全系數(shù)SH、SF由1表11-5取SH=1.25，SF=

21、1.6SH=1.25，SF=1.6許用應(yīng)力（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度初步計算精度選擇載荷系數(shù)K先選取8級精度由文獻(xiàn)1表11-3取K=1.0K=1.0齒寬系數(shù)由文獻(xiàn)1表11-6，取小齒輪轉(zhuǎn)矩大小齒輪齒數(shù)z1，z2取小齒輪齒數(shù)z1=36，則大齒輪齒數(shù)z1=36z2=124實(shí)際傳動比i初定螺旋角區(qū)域系數(shù)螺旋角系 分度圓直徑初定由文獻(xiàn)1表11-4 MPa=0.983模數(shù)取mn=2.5mmmn=2.5mm確定中心距取整數(shù)值確定螺旋角分度圓直徑，齒寬b1，b2取b2=76mm（3）校驗(yàn)齒輪彎曲強(qiáng)度當(dāng)量齒數(shù)zv1，zv2齒型系數(shù)YFa1，YFa2YSa1，YSa2查圖11-8、11-9取YFa1=2.38，Y

22、Fa2=2.19YSa1=1.68，YSa2=1.85YFa1=2.38YFa2=2.19YSa1=1.68YSa2=1.85驗(yàn)算大、小齒輪的彎曲強(qiáng)度 因此設(shè)計時所取參數(shù)都是合適的。設(shè)計強(qiáng)度符合要求齒輪圓周速度所以取8級制造精度滿足要求（4）齒輪其他傳動的參數(shù)端面壓力角齒頂高h(yuǎn)a齒根高h(yuǎn)f全齒高h(yuǎn)頂隙cha=mn=2.5mmhf=1.25mn=3.125mmh= ha+ hf=5.625mmc= hf-ha=0.625mmha= 2.5mmhf=3.125mmh= 5.625mmc= 0.625mm齒頂圓直徑dada1=d1+2ha=99.5mmda2=d2+2ha=330.495mmda1=

23、99.5mmda2=330.495mm齒根圓直徑df1df1=d12hf=88.25mmdf2=d22hf=319.245mmdf1=88.25mmdf2=319.245mm齒輪結(jié)構(gòu)小齒輪為實(shí)心式大齒輪為腹板式計算項(xiàng)目計算內(nèi)容計算結(jié)果（5）齒輪傳動參數(shù)列表中心距a/mm模數(shù)mn/mm螺旋角端面壓力角t2102.517°4510”20°齒數(shù)齒寬/mm分度圓直徑/mmz1z2b1b2d1d236124807694.500325.495齒高/mm齒頂圓/mm齒根圓/mmhahfda1da2df1df22.53.12599.5330.49588.25319.245五、 軸的設(shè)計與校

24、核1I軸的初步設(shè)計材料選取選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理45號鋼調(diào)質(zhì)初估最小直徑考慮到該軸段上有鍵槽，需在dmin基礎(chǔ)上取1.05倍，因此 。聯(lián)軸器的選擇2p145表6-99選J型LT5。具體參數(shù)：許用轉(zhuǎn)速 ， 選J型LT5初選軸承選用6208，d=40mm選用62082I軸的強(qiáng)度校核小齒輪受力周向力徑向力軸向力I軸簡圖簡化為簡支梁垂直面支撐反力垂直面彎矩圖水平面支撐反力水平面彎矩圖合成彎矩計算軸受扭矩圖當(dāng)量彎矩圖垂直面支撐反力垂直面彎矩計算水平面支撐反力水平面彎矩計算合成彎矩計算軸I收到聯(lián)軸器給的扭矩危險截面當(dāng)量彎矩取=0.6 對截面a,b分別校核a截面校核由文獻(xiàn)1表14-3，45鋼的，則 考慮鍵槽

25、影響d=d1.05=27.13mm，設(shè)計時取46mm，合適。危險截面的校核b截面校核同上過程得 設(shè)計時取40，合適。I軸結(jié)構(gòu)合理3II軸的初步選擇材料選取初估最小直徑初選軸承選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理考慮到該軸段上有鍵槽，需在dmin基礎(chǔ)上取1.05倍，因此 。取最小處d=40mm選用6311，d=55mm。45號鋼調(diào)質(zhì)4II軸的強(qiáng)度校核大齒輪受力聯(lián)接開式齒輪軸段受力聯(lián)接大齒輪處：計算方法同上一個軸一致。切向力徑向力軸向力聯(lián)接開式齒輪處：切向力徑向力II軸簡圖簡化為簡支梁垂直面支撐反力垂直面彎矩圖水平面支撐反力水平面彎矩圖合成彎矩計算傳遞扭矩圖當(dāng)量彎矩圖垂直面支撐反力垂直面彎矩計算水平面支撐反力水

26、平面彎矩計算合成彎矩計算危險截面當(dāng)量彎矩取=0.6危險截面的校核由文獻(xiàn)1表14-3，45鋼的，則 鍵槽影響1.0545.96=48.26mm,設(shè)計時取55合適。II軸結(jié)構(gòu)合理六、 鍵聯(lián)接的選擇與校核材料選擇許用擠壓應(yīng)力選用45鋼，取45鋼1I軸外伸端處鍵聯(lián)接鍵的選擇選用圓頭普通平鍵（鍵8×33 GB/T1095-2003）其中b=8mm，h=7mm，L=33mm，t1=4.0mm，t2=3.3mm鍵8×33鍵的校核鍵選取合適2I軸與小齒輪配合處鍵聯(lián)接鍵的選擇選用圓頭普通平鍵（鍵14×64GB/T1095-2003）其中b=14mm，h=9mm，L=64mm，t1=

27、5.5mm，t2=3.8mm鍵14×64鍵的校核鍵選取合適3II軸外伸端處鍵聯(lián)接鍵的選擇選用單圓頭普通平鍵（鍵C12×28 GB/T1095-2003）雙鍵連接其中b=12mm，h=8mm，L=28mm，t1=5.0mm，t2=3.3mm雙鍵C12×28鍵的校核鍵選取合適4II軸與大齒輪配合處鍵聯(lián)接鍵的選擇選用圓頭普通平鍵（鍵18×50 GB/T1095-2003）其中b=18mm，h=11mm，L=50mm，t1=7.0mm，t2=4.4mm鍵18×50鍵的校核鍵選取合適七、 滾動軸承的選擇與校核1I軸軸承（6208）校核軸承受力圖Fr2徑向

28、載荷Fr軸承受的軸向載荷由2表6-63,6208軸承的Cr=29.5KN，對載荷較大的軸承2進(jìn)行校核當(dāng)量動載荷P由查表取e=0.26，由文獻(xiàn)1表16-11，所以校驗(yàn)查表取X=0.56,Y=1.71。溫度系數(shù)ft載荷系數(shù)fP由1表16-9，取ft=1，fP=1ft=1fP=1軸承壽命 由于，所以以軸承2的徑向當(dāng)量動載荷為計算依據(jù)， 年滿足工作時間要求.年2II軸軸承（6207）校核軸承受力圖徑向載荷Fr軸承受的軸向載荷由2表6-63,6311軸承的Cr=71.5KN，對載荷較大的軸承1進(jìn)行校核當(dāng)量動載荷由于 ，取X=1，Y=0。溫度系數(shù)ft載荷系數(shù)fP由1表16-9，取ft=1，fP=1ft=1fP=1.1額定動載荷CCr=71.5KNCr=71.5KN軸承壽命 以軸承1的徑向當(dāng)量動載荷為計算依據(jù)，滿足工作時間要求。年八、 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇I軸外伸端需使用聯(lián)軸器選用彈性套柱銷聯(lián)軸器LT5型(GB/T4323-2002)彈性套柱銷聯(lián)軸器LT5型彈性套柱銷聯(lián)軸器LT5型的參數(shù)公稱轉(zhuǎn)矩Tn（N·m）許用轉(zhuǎn)速n (r/min)軸孔直徑d（mm）125460025軸孔長度外徑D(mm)軸孔類型鍵槽類型LL16244106JA九、 潤滑和密封形式的選擇，潤滑油及潤滑脂牌號的選擇潤滑方式大齒輪線速度故齒輪選用油池潤滑，需油量2L左右，最高最低油面相距10mm左右軸承采用油潤