北航機械設計課程設計說明書

1、機械設計課程設計計算說明書設計題目電梯機械部分相關系統(tǒng)的原理及結構設計自動化科學與電氣工程學院（系）120324 班設計者 *指導老師裴旭2015年5月11日（北京航空航天大學）、?. 、.前言設計背景：機械設計課程設計是各大高校工科學生的必修課， 也是培養(yǎng)學生機械設計能力的基礎課程，其重要性和意義是十分顯然的。減速器是用于原動機和工作機之間的獨立傳動裝置， 作用是降低轉速和增大轉矩來滿足工作需要。 在現實生活中， 齒輪減速器廣泛應用于各行各業(yè)中， 是最常見最實用的機械傳動裝置之一。 目前， 國內各類通用減速器的標準系列已達數百個， 基本可滿足各行業(yè)對通用減速器的需求。本設計采用的是閉式一級圓

2、柱齒輪減速器，以此來完成帶式運輸機的轉動任務。說明書的內容包括了： 傳動方案的分析以及擬定； 電動機的選擇； 傳動裝置的運動和動力參數的計算； 軸的設計計算； 軸承和鍵的計算選擇； 潤滑密封及聯(lián)軸器的計算與選擇； 箱體結構的設計計算。 每部分均進行安全校核計算以確保減速器能夠正常平穩(wěn)工作設計目的：（ 1）以機械系統(tǒng)運動方案設計與擬定為結合點，把機械設計課程中分散于各章的理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深學生所學的理和知識；（ 2）通過擬定減速器的方案，使我們初步具有機構和零件配合的組合能力；（ 3）進一步提高我們運算、繪圖、整理和查閱技術資料的能力；（ 4）通過編寫說明書，培養(yǎng)我們的表達

3、、歸納、總結和獨立思考與分析的能力。- 4 - / 22目錄一、機械設計課程設計任務書4二、傳動方案的擬定5三、電動機的選擇、傳動系統(tǒng)的運動和動力參數51. 電動機的選擇2. 傳動比分配3. 各級傳動的動力參數計算4. 將運動和動力參數計算結果整理并列表四、傳動零件的設計、計算71. 傳動齒輪（開式、直齒）設計2. 減速器齒輪（閉式、斜齒）設計五、軸的設計與校核121. I 軸的初步設計2. I 軸的強度校核3. II 軸的初步設計4. II 軸的強度校核六、鍵聯(lián)接的選擇與校核181. I 軸外伸端處鍵聯(lián)接2. II 軸外伸端處鍵聯(lián)接3. I 軸與小齒輪配合處鍵聯(lián)接4. II 軸與大齒輪配合處

4、鍵聯(lián)接七、滾動軸承的選擇與校核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、其他技術說明211. 箱體結構相關尺寸2. 減速器技術要求H一、參考文獻22機械設計課程設計任務書1、任務三 電梯機械部分相關系統(tǒng)的原理及結構設計傳動裝置簡圖如右圖所示。.原始技術數據：額定載質量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)單向運轉，載荷平穩(wěn)；允許速度誤差為 5% 。.使用期限及檢修期

5、間隔：工作期限為十年，每年工作；允許三年大修一次。(4).生產批量及生產條件：只生產幾臺，無鑄鋼設備。2、設計任務.拽引系統(tǒng)的傳動方案設計；.齒輪式拽引機的設計；.按比例繪制拽引系統(tǒng)的原理方案簡圖；.完成傳動部分的結構裝配圖1張(用A0或A1圖紙)，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設計任務確定傳動方案為：閉式一級斜齒輪傳動。LJn該方案的設計分成減速器（傳動部分）和工作機（執(zhí)行部分）兩部分，如下圖所示:1電動機2 聯(lián)軸器3 減速器（斜齒）4 一開式齒輪傳動5拽引卷筒0、I、II、III一軸減速器說明：該減速器采

6、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，同時結構緊湊，經濟性好。此外，由于閉式減速器采用水平剖分、封閉結構，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, 機構緊湊，而設計制造成本基本與直齒輪相同。三、電動機的選擇、傳動系統(tǒng)的運動和動力參數計算項目計算內容計算結果1.電動機的選擇工作機所需功率P 2p21PWPv 310001100 1.2 9.812.94kWFW 12.94kW1000傳動效率3123452p21a1, 2, 3, 4,1 0.992 0.993 0.974 0.965 0.96

7、5分別表示聯(lián)軸器、滾動軸承、a 0.859閉式圓柱斜齒輪、開式齒輪傳動效率、傳動滾筒的效率。-18 - / 22實際需要功率Pd工作機轉速1p211 nw電動機轉速Pd PW02859 15.06kW60 1000vnw D 60 1000 1.2160143.24r/ min由于齒輪傳動的傳動比i 3 4 ,減速器ia 916 ,所以電動機的轉速范圍1289.162291.84r/min。綜合考慮選用 1500r/min 較 為合適。由文獻2表6-164,電動機型號可選為 Y180M -4型，其額定功率為18.5kW,滿載轉速1470r/min 。2 .傳動比分配in m 14701026總

8、傳動比iai a10.26nw143.24開式齒輪傳動比L由 iai1 i2M取i13減速器傳動比i2則 i23.423.各級傳動的動力參數計算各軸轉速n0,ni, nH ,nm 分別為原動機轉nI速，小齒輪軸轉n速，大齒輪軸轉n ii速，卷筒軸轉速）nIIIn0nm 1470r / minn014701470 r / mini0 I1nI1470429.8 r / mini23.42nII429.8143.27r/mini13各軸輸入功率Pi , Pii , PiiiPiPd115.060.99 14.91kWPiP 23 14.910.99 0.97 14.32kWPd 15.06kWnw

9、 143.24r / minY180M -4 型額定功率18.5kW滿載轉速1470r/minia 10.26 ai 31i2 3.42nI 1470r / minnII 429.8r/minnIII143.27 r / minPI 14.91kWPII14.32kWPPI 2 4 14.32 0.99 0.96 13.61kWPII13.61kW各軸輸入轉矩丁cPdc 15.06T09550 9550 97.8 N mT0 97.8N mnm147041p168TP14.91Ti9550 9550 96.86N mTi96.86N mni1470P1c14.32TII 95509550 31

10、8.14N mTII318.14N mnii429.8P川13.61TIII 95501119550907.21 N mt907 21 N mnIII143.274.將運動和動力參數計算結果進行整理并列表軸名功率P/kW轉矩 T/kN - mm轉速n/r min-1傳動比i效率輸入輸出輸入輸出0電機軸X15.0697.8147010.99I軸14.9114.7696.8695.8914703.420.96II軸14.3214.18318.14314.96429.830.95III卷 筒軸13.6113.47907.21898.14143.3四、 傳動零件的設計、計算1.開式直齒輪傳動的設計(1

11、)材料選擇及確定設計方案材料選擇由于開式齒輪的磨損比較快，因此大小齒輪選 用硬齒卸。小、大齒輪均米用40Cr,表向淬火。硬度4855HRC彎曲疲勞極限由文獻1表11-1,對相應疲勞強度取均值：H1 H2 118MPa安全系數H1 H2 1180MPafe1fe2 720MPa考慮電梯實際情況，選取較局可罪度。FE1 FE2 72(MPaSh=1.25, Sf=1.6Sh、Sf許用應力F 1F 2齒數Z1, Z2CM1表 11-5 取 Sh=1.25, Sf=1.6 0.7 720F1F2MPa 315MPa1.6取 Z1 18,Z2 54，查圖 11-8、11-9 取F1 F2 350MPa乙

12、 18,Z2 54齒形系數YFa1YFa2YSa1Ysa2YFal3.03/2 2.37Kai1.54兄2 1.68YF 3.03 1.54 0.0148 fi315YFa2 YSa22.37 1.68Fa2 Sa2 0.0126F2315由于 YFa1 YSa1YFa2 YSa2F1F2應對小齒輪進行彎曲強度計算。YFa13.03YSa1 1.54YSa21.68(2)按彎曲疲勞強度初步計算載荷系數K齒寬系數小齒輪轉矩T1模數m中心距a分度圓直徑di,d2尺寬bi,b2由文獻1表11-3取K=1.0由義獻1表11-6,取0.25選用8級精度T1 3.1496 105 N m12kl YFa1

13、 YSa1 ，c” m 3(2- -FaSa14.865mm dZ1F1按第II系列，考慮10%余量，取m=5.5已取乙 18,Z2 54,d1 mZ1 99mm,d2 297mm, a 198mm中心距圓整后，取a 200mmd1 100mm,d2 300mm,得到12b d d1 25mm,所以d 0.25則 b2 25mm,b1 30mmK=1.00.255 T1 3.1496 10 N mm=5.5a 200mmd1 100mmd2 300mmb2 25mmb1 30mm(3)校驗齒輪精度齒輪圓周速度dm65.122 400，v1.364m/s60 100060 1000所以取8級制造

14、精度滿足要求v 1.364m/s(4)齒輪其他傳動參數齒頂局ha 齒根高hf 全齒高h 頂隙c 齒頂圓直徑dal da2齒根圓直徑dfi df2齒輪結構ha=mn=5.5mmhf=1.25mn=6.875mmh= ha+ hf=12.375mmc= hf-ha=1.325mmda1=d1+2ha=111mmda2=d2+2ha=311mmdf1 =d 1 2hf=86.25mmdf2=d2 2hf=286.25mm小齒輪為實心式大齒輪為腹板式ha= 5.5mm hf=6.875mmh=12.375mm c=1.325mm da1=111mm da2= 311mm df1=86.25mm df2

15、=286.25mm(5)開式齒輪的傳動參數尺寸列表中心距a/mm模數mn/mm2005.5齒數齒覽/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)設計(1)選擇材料及確定許用應力材料選擇彎曲疲勞極限安全系數Sh、Sf許用應力 H1 H 2 F1 F 2由于對傳動要求小局，大小齒輪選用軟齒面 小齒面選用45號鋼調質，硬度197286HBs 大齒面選用45號鋼正火，硬度156217HBs由1表11-1,對相應疲勞強度取均值：H 1

16、ml 585MPa, FE1 445MPaHlim2 375MPa, FE2 310MPa由1 表 11-5 取 Sh=1.25 , SF=1.6riH lim1585 /ccn”H1468MpaSh1.25FE1 445fi -E1 278.125MpaSf1.6r1Hlim2375nH2300MpaSh1.25F2FE2310 193.75MpaSf1.6he 585MPa fei 445MPa川松 375MPa fe2 310MPaSh=1.25, Sf=1.6H1 468Mpa F1 278.12MpaH2 300MpaF2 193.7Mpa(2)按齒面接觸疲勞強度初步計算精度選擇載荷

17、系數K齒寬系數先選取8級精度由義獻1表11-3取K=1.0由義獻1表11-6,取d0.8小齒輪轉矩T1T6 P9.55 106 6 14.769.55 106 n114709.59 104N mm大小齒輪齒數取小齒輪齒數Z1=36 ,Z1, Z2則大齒輪齒數z2乙 i 123.12 124實際傳動比iiZ2 124 3 44乙 36初定螺旋角初定15區(qū)域系數ZhH- H由義獻1表11-4ZE 189.8 MPa螺旋角系ZZ7 COSFcos174850 0.983分度圓直徑d1，KT u 1N u2ZhZH2d1”點.0 9.59 104 3.42 12189.8 0.9830.83.4230

18、090.8nm模數 1P173d1cos mn乙90.8cos15o -2.4mm36取 mn=2.5mm確定中心距amn(4 Z2) a2cos2 (36 124)207.06mm2cos15取整數值a 210mm確定螺旋角On- arccos2aZ2)2(124 36)1 17 45,102 210分度圓直徑d1d2mnZ12.53694.500mm325.495mmd1, d2cos cos17 4510mnZ22 124cos cos17 4510齒寬b1, b2bd d1 0.8 94.50075.6mmK=1.0d 0.8T1 9.59 104 N mmzi=36Z2=124i 3

19、.4415ZE 189.8Z =0.983d 90.8nmmn=2.5mma 210mm17 4510d1 94.500mmd2325.495 mmb1 80mm取 b2=76mmb1 b2 (5 10) 80 mmb2 76mm(3)校驗齒輪彎曲強度當量齒數Zvi , Zv2齒型系數Y Fai , Y Fa2Y Sai, Y Sa2驗算大、小齒 輪的彎曲強度齒輪圓周速度ZviZ1341.67cosZ2Zv23143.54cos查圖11-8、11-9取YFa1=2.38, YFa2=2.19Ysa1=1.68, Ysa2=1.852 1.0 9.59 1 04 1.68 2.38-f 12 3

20、6.41 MPa95 2.5360.7fi194.69 MPaF2F1上a2-YSa2 36.89MPav v YFa1 YSa10.7 F2 135.63MPa因此設計時所取參數都是合適的。din94.500 400 一 ,v 7.27m/s60 100060 1000所以取8級制造精度滿足要求zv141.67Zv2 143.54YFai=2.38YFa2=2.19Ysai=1.68Ysa2=1.85設計強度符合要 求v 7.27m/s(4)齒輪其他傳動的參數端面壓力角t齒頂高ha 齒根高hf 全齒高h 頂隙c齒頂圓直徑da齒根圓直徑dfi齒輪結構t 20ha=mn=2.5mmhf=1.25

21、mn=3.125mmh= ha+ hf=5.625mmc= hf-ha=0.625mmdai=di+2ha=99.5mmda2=d2+2ha=330.495mm dfi =d 1 2hf=88.25mm df2=d22hf=319.245mm小齒輪為實心式 大齒輪為腹板式t 20ha= 2.5mm hf=3.125mm h= 5.625mm c= 0.625mmdai=99.5mmda2=330.495mm dfi=88.25mm df2=319.245mm計算項目計算內容計算結果(5)齒輪傳動參數列表中心距a/mm模數mn/mm螺旋角3端面壓力角t2102.517 45 10”20齒數齒覽/

22、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、軸的設計與校核1. I軸的初步設計材料選取選用45號鋼，調質處理45號鋼調質初估最小直徑d1 1P245聯(lián)軸器的選擇2p145 表 6-993萬t14.76110 J- 23.73mm11470考慮到該軸段上有鍵槽，需在dmin基礎上取1.05 倍，因此 d124.42mm。選J型LT5。具體參數：許用轉速 4600r min 1 ,d2 25mm, D 106mm, L 44

23、mmdI 24.42 mm選J型LT5初選軸承選用 6208, d=40mm選用62082. I軸的強度校核小齒輪受力周向力 Ft 型 2 95.89 32029.40Nd194.500 10 3正向十Ft tan n 2029.40 tan20o徑同力 Fr n ,775.57Ncoscos174510軸向力 FaFt tan 649.62NFt 2029.40 NFr 775.57NFa 649.62N aI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量彎矩圖垂直間支撐反 力d1Fr b Fa F1V2L94.5775.57 70 64

24、9.62 2133177.4NF2VFr F1V 775.57 177.4 589.2N垂直面彎矩計 管MavF2V b 589.2 0.07 41.87N m1M aV Ev l 177.4 63 11.2 N m水平回支撐反lFt l 2029.4 63 八力F2H - 961.29Nl b133水平面平矩計F1HFt F2H 1068.11NM aHF1H l 1068.11 0.07 74.77 N m算合成彎矩計算 .1. . 2.2軸I收到聯(lián)軸 器給的扭矩Ma y MaHM aVJ74.772 41.872 85.69N mMa Jm；hM,；vJ74.772 11.22 75.6

25、0N mT1 96.86N mJ,0危險截面當量 彎矩取“ =0.6對截面a,b分別校核a截面校核Mea ,.M2 ( T)2X 85.69 (0.6 96.86f 103.54N m由文獻1表14-3, 45鋼的1b 60MPa,則d 3 Mea0.11b-103.54 10003 0.1 6025.84mm考慮鍵槽影響d=d 1.05=27.13mm ,設計時取46mm,合適。F1V 177.4 NF2V 589.2NM aV 41.87N m1MaV 11.2N mavF2H 961.29NF1H 1068.11NMaH 74.77N mMa 85.69N mM a 75.60 N m

26、aT1 96.86N mT1 0M3 103.54N m ead 25.84mm危險截面的校 核b截回校核 同上過程得Meb 58.12N md 21.32mmI軸結構合理Meb Jm： ( T)2 58.12N md 31Meb21.32mm丫0.1 ib設計日取40,合適。3. II軸的初步選擇材料選取初估最小直徑1p245 dii初選軸承選用45號鋼，調質處理3 1dII Ac,114.18110 J 35.28mmY 429.8考慮到該軸段上有鍵槽，需在dmin基礎上取1.05 倍，因此 dII 37mm。取最小處d=40mm選用 6311, d=55mm。45號鋼調質dI 37mm4

27、. II軸的強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 Ft1 2029.40N徑向力 Fr1 775.57N軸向力 Fa1 649.62N聯(lián)接開式齒輪處：切向力 Ft2 6299.2N徑向力 Fr2 2992.7NFt1 2029.40NFr1 775.57NFa1 649.62NFt2 6299.2NF2 2992.7N-19- / 22II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量彎矩圖-27 - / 22垂直面支撐反Lld2LF1 y Fa1 - Fr 2 xF2v 2y z325.94

28、 775.57 70 649.62 2992.7 792 140544.75NFiv Fr1F2v Fr24313.02NMaVFr2 x 236.40N mMaV1 MaV (Fr2 F1V) 70 150.00N mMaV2 F2V 70 38.13N mFt2 79 Ft1 70F2H2t1 2359.87N140F1H Ft2 F2H Ft1 6629.67NMaHFt2 79 497.6N mMaH1F2H 70 165.2 N mMa MaV2 M 2H 550.90N m力垂直面彎矩計算水平回支撐反 力水平面平矩計 算合成彎矩計算Ma1,MaV12 M；H1223.14N m危險

29、截面當量 彎矩危險截面的校 核Ma2,MaV22 M：H1 169.54N md2T Ft1 314.96N m 2取 a =0.6M e Jm ；( T)2J550.90 2(0.6314.96) 2582.41 N m由義獻1表14-3, 45鋼的1b 60MPa,則,I Me 1p247 : 582.41 1000，痕以 d 3 3 45.96mm0.1 1b00.1 60鍵槽影響d 1.05 45.96=48.26mm,設計時取 55合適。F1v 4313.02 NF2v 544.75NM aV 236.40N mMaV1 150.00N mMaV2 38.13N mF2H 2359.

30、87NF1H 6629.67NM aH 497.6 N mM aH1 165.2 N mMa 550.90N mMa1 223.14N mMa2 169.54N mMe 582.41N mII軸結構合理六、 鍵聯(lián)接的選擇與校核材料選擇許用擠壓應力選用45鋼，取J 120MPa p45鋼p 120MPa p p J1 . I軸外伸端處鍵聯(lián)接鍵的選擇鍵的校核選用圓頭普通平鍵(鍵8X33 GB/T10952003)其中 b=8mm , h=7mm , L=33mm , t二4.0mm , t2=3.3mm4Tl 1p158LL JH88.56MPa pp d hlp鍵 8X33鍵選取合適2. I軸與

31、小齒輪配合處鍵聯(lián)接鍵的選擇鍵的校核選用圓頭普通平鍵(鍵14X64GB/T1095-2003)其中b=14mm , h=9mm,L=64mm ,t1=5.5mm, t2=3.8mmp包 18.72MPappd1hlp鍵 14X64鍵選取合適3. II軸外伸端處鍵聯(lián)接鍵的選擇鍵的校核選用單圓頭普通平鍵(鍵 C12X 28GB/T1095 -2003)雙鍵連接其中 b=12mm , h=8mm , L=28mm , t二5.0mm, t2=3.3mm4Tu pd2hl 1.5112.84MPa D p p雙鍵C12X 28鍵選取合適4. II軸與大齒輪配合處鍵聯(lián)接鍵的選擇鍵的校核選用圓頭普通平鍵(鍵

32、 18X 50 GB/T10952003) 其中 b=18mm, h=11mm, L=50mm , t二7.0mm, t2=4.4mm4Thpd2hl56.14MPa p鍵 18X50鍵選取合適七、滾動軸承的選擇與校核1. I軸軸承（6208）校核軸承受力圖徑向載荷Fr軸承受的軸向載 荷對載荷較大的軸 承2進行校核 當量動載荷P溫度系數ft 載荷系數fp軸承壽命LhFri 版 F1HJ177.42 1068.112 1074.54NFr2 JF2V F2H F2FJ589.S 961.292 1127.49NFa2 Fa 649.62NFa1 0N a 1由2表 6-63,6208軸承的 Cr

33、=29.5KN , C0r18.0kN由 Fa2_649.6230.036 查表取 e=0.26C0r 18 103J 649 62Fa20.576 e 0.26,1 表 16-11,Fr2 1127.49所以校驗查表取 X=0.56,Y=1.71。P2 XFr2 YFa2 1 2098 1742.24 N 21 2a 2由1表 16-9,取 ft=1, fP=1由于心 P ,所以以軸承2的徑向當量動載荷為 計算依據，1 ftC 1p279h 60n (fpP) p10629.5 103 360 1470( 1742.24)6.28年滿足工作時間要求.Fr1 1970.8NFr2 3294.3

34、NFa2 782.3NFa1 0NP2 2098Nft=1fP=1Lh 6.28 年2. II軸軸承(6207)校核軸承受力圖徑向載荷Fr軸承受的軸向載 荷對載荷較大的 軸承1進行校 核當量動載荷Pi溫度系數ft 載荷系數fp 額定動載荷C軸承壽命LhFri，FiV FiH 7909NI 尼FT 2421NFa2 ONFa1Fa 649.62Na ia由2表 6-63,6311 軸承的 Cr=71.5KN , COr 44.8由于Fa = Fr ,取 X=1 , Y=0。P1 Fr1 7909N由1表 16-9,取 ft=1, fp=1Cr=71.5KN以軸承1的徑向當量動載荷為計算依據，院普喻)6310,71.5 10、3()60 429.879093.54滿足工作時間要求。Fr1 1521NF2 1144NFa1 729NFa2 0NP 1671.29 Nft=1 fp=1.1Cr=71.5KNLh 3.54 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型的參數公稱轉矩Tn (N m)許用轉速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