機械設計基礎課程設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機械設計基礎課程設計計算說明書設計題目：一級圓柱齒輪減速器學院：材料學院班級：學號：設計者： 指導教師：姜勇日期：2014年7月專心-專注-專業(yè) 目錄1 設計任務書·1二傳動系統(tǒng)方案的擬定1三電動機的選擇1四傳動比的分配2五傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計算3六傳動零件的設計計算4七減速器軸的設計8八軸承的選擇與校核15九鍵的選擇與校核17十聯(lián)軸器的選擇19十一減速器潤滑方式，潤滑劑及密封裝置19十二箱體結(jié)構(gòu)的設計20十三設計小結(jié)22十四參考文獻23設計與計算過程演示結(jié)果一、設計任務書1、設計任務 設計帶式輸送機的傳動系統(tǒng)，采用帶傳動和一級圓柱齒輪減速器。軟齒面、

2、按照工作機 功率計算。2、 原始數(shù)據(jù) 輸送帶軸所需扭矩 =670Nm 輸送帶工作速度 =0.75m/s 輸送帶滾筒直徑 =330mm 減速器設計壽命為8年（兩班制），大修期限四年。3、 工作條件 兩班制工作，空載起動載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)（單向）運轉(zhuǎn)，工作環(huán)境多塵；三相交 流電源，電壓為380/220V。2、 傳動系統(tǒng)方案的擬定帶式輸送機傳動系統(tǒng)方案如圖所示： 1：V帶；2輸送帶；3：圓柱齒輪減速器；4：聯(lián)軸器；5：電動機；6滾筒帶式輸送機由電動機驅(qū)動。電動機5將動力傳到帶傳動1，再由帶傳動傳入一級減速器3，再經(jīng)聯(lián)軸器4將動力傳至輸送機滾筒6，帶動輸送帶2工作。傳動系統(tǒng)中采用帶傳動及一級圓柱齒輪

3、減速器，采用直齒圓柱齒輪傳動。3、 電動機的選擇按設計要求及工作條件選用Y系列三相異步電動機，臥式封閉結(jié)構(gòu)，電壓380V。 1、電動機的功率根據(jù)已知條件由計算得知工作機所需有效效率 設：1聯(lián)軸器效率=0.99； 2閉式圓柱齒輪傳動效率=0.97 3V帶傳動效率=0.96 4對軸承效率=0.99 5輸送機滾筒效率=0.96由電動機至運輸帶的傳動總效率為 工作機所需電動機總功率 由表所列Y系列三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)中可以確定，滿足PmPr條件的電動機額定功率應取為4KW 2、電動機轉(zhuǎn)速的選擇根據(jù)已知條件由計算得知輸送機滾筒的工作轉(zhuǎn)速 額定功率相同的同類型電動機，可以有幾種轉(zhuǎn)速供選擇，如三相異步電動

4、機就有四種常用的同步轉(zhuǎn)速，即、。（電動機空載時才可能達到同步轉(zhuǎn)速，負載時的轉(zhuǎn)速都低于同步轉(zhuǎn)速）。電動機的轉(zhuǎn)速高，極對數(shù)少（相應的電動機定子繞組的極對數(shù)為2、4、6、8），尺寸和質(zhì)量小，價格也便宜，但會使傳動裝置的傳動比加大，結(jié)構(gòu)尺寸偏大，成本也會變高。若選用低轉(zhuǎn)速的電動機則相反。一般來說，如無特殊要求，通常選用同步轉(zhuǎn)速為或的電動機。 選用同步轉(zhuǎn)速為 的電動機，對應于額定功率Pm為4KW的電動機型號應為Y132M1-6型。有關(guān)技術(shù)算據(jù)及相應算得的總傳動比為： 電動機型號：Y132M1-6 額定功率：4KW 同步轉(zhuǎn)速：1000r/min 滿載轉(zhuǎn)速：960r/min 總傳動比：22.115 電動機中

5、心高H=132mm，軸伸出部分用于裝聯(lián)軸器段的直徑和長度分別為 D=38mm和E=80mm。4、 傳動比的分配帶式輸送機傳動系統(tǒng)的總傳動比 由傳動系統(tǒng)方案，分配各級傳動比 五、傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計算傳動裝置從電動機到工作機有四軸，分別為、軸，傳動系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩計算如下： 軸（電動機軸）： 軸（減速器高速軸） 軸（減速器低速軸） 軸（輸送機滾筒軸） 將計算結(jié)果和傳動比及傳動效率匯總?cè)绫磔S名功率轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速軸3.5235.02960II軸3.38157.36205.13III軸3.31728.8643.37IV軸3.18699.9243.37六、傳動零件的設計計算傳動裝置中除減速器外

6、，通常先設計減速器外部的傳動零件。 1、 V帶傳動 已知條件：原動機種類和所需的傳遞的功率（或轉(zhuǎn)矩）、轉(zhuǎn)速、傳動比、工作條件和尺寸限制等。 設計計算主要內(nèi)容：確定帶的種類、選擇帶的型號、選擇小帶輪直徑、大帶輪直徑、 中心距、帶的長度、帶的根數(shù)、初拉力和作用在軸上的載荷。 計算功率Pc 由書表13-1查得=1.2,故 選取V帶型號 根據(jù)Pc=4.8KW和小帶輪轉(zhuǎn)速,由書圖13-1可知，工作點處于A型帶間，故首先選擇A型帶。 小輪基準直徑和大輪基準直徑希望結(jié)構(gòu)緊湊，由書表13-1并參考表13-2，取=100mm，選取，則大輪的基準直徑 由書表8-4取=450mm。此時從動輪實際轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速誤差 合適

7、 驗算帶速 合適 初定中心距 因 先根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，取=600mm。 初算帶的基準長度L0 由書表8-1，選取帶的基準長度=2000mm。 實際中心距中心距a可調(diào)整，則因此中心距的變化范圍為512.5602.5mm。 小帶輪包角 ，能滿足要求。 單根V帶所能傳遞的功率由、和A型V帶，查書表13-4，用插值法得=0.96KW。 單根V帶傳遞功率的增量查書得：=0.17KW。 計算V帶的根數(shù) 由小帶輪包角查表13-6得K=0.898；由基準長度及A型V帶 查書表13-3得KL=1.03，故 取z=5根。所采用的V帶為A-2000×5. 作用在帶輪軸上的力求單根V帶的張緊力 查書表13-7得

8、A型帶 ，故 所以作用在軸上的力為 2、齒輪的設計 齒面接觸強度計算 確定作用在小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T1 選擇齒輪材料、確定許用接觸應力。根據(jù)工作要求，采用齒面硬度350HBS。 小齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度為260HBS； 大齒輪選用45鋼，正火，硬度為220HBS。 由書P130表7-5的公式可確定許用接觸應力： 小齒輪 大齒輪 選擇齒寬系數(shù)：由書P250選取0.4。 確定載荷系數(shù)K ：查書P226得K=1.4 計算中心距a 選擇齒數(shù)并確定模數(shù) 取 取標準模數(shù)（書P201）， 齒輪幾何尺寸計算 小齒輪分度圓直徑及齒頂圓直徑 大齒輪分度圓直徑及齒頂圓直徑 中心距 大齒輪寬度 小齒輪寬度 因小齒輪齒

9、面硬度高，為補償裝配誤差，避免工作時在大齒輪齒面 上造成壓痕，一般比寬些，取 確定齒輪的精度等級 齒輪圓周速度 根據(jù)工作要求及圓周速度，由書P251表11.20選用8級精度。 輪齒彎曲強度驗算 確定許用彎曲應力 根據(jù)表9-7查得 查齒形系數(shù)，比較 小齒輪,由P229表11.12查得=2.69； 大齒輪，由P229表11.12查得=2.18。 因為>,所以應驗算小齒輪。 驗算彎曲應力 計算時應以齒寬代入，則 ，安全。七、減速器軸的設計 1、減速器高速軸的設計 （1）軸的材料及熱處理：選用45鋼，正火處理，由書P333表16.1得： 毛坯直徑100mm，硬度241HBS,抗拉強度,屈服 強度

10、,彎曲疲勞極限 （2）初算軸的最小直徑，并進行初步結(jié)構(gòu)設計： 由書P341表16.2查得C=118107。 取 =29mm，,最小直徑還要符合相配零件的孔徑（此處是V帶 輪）標準尺寸，在此處開一鍵槽，所以d=1.03×28mm=29.87mm，取 d=30mm。 （3）確定軸的各段直徑：采用階梯軸，尺寸按由小到大，由兩端到中央 的順序確定 A外伸端（與V帶輪相連）：取最小直徑=30mm； BV帶輪定位軸肩高H=0.08=2.4mm,故=+2H=34.8mm；取 35mm C安裝兩滾動軸承處的軸頸直徑為=40mm； D要固定齒輪，需要安裝一個套筒，取內(nèi)徑，外 徑為50mm； E為便于齒

11、輪安裝，取齒輪輪轂與軸配合處直徑d5=d3+2=42mm； F考慮軸承固定要求，取軸環(huán)直徑； 取50mm G。 （4）選擇軸承類型： 由上述一系列直徑，查手冊P66表6-1得：軸承代號為6308。 基本尺寸d=40mm,D=90mm，B=23mm。 安裝尺寸。 基本額定動載荷，基本額定靜載荷 （5）軸承蓋的設計： 帶有密封件的軸承蓋，軸承外徑D=90mm，?。患碝8 時， （6）軸各段的長度設計： A.箱蓋壁厚，故 mm； B.箱體內(nèi)壁與大齒輪頂圓應留有空隙,取 ； C.箱體內(nèi)壁與小齒輪端面應留有空隙=8mm，故??； D.因為內(nèi)壁至軸承座端面的距離,查手冊P149 表11-2得： E.根據(jù)，查

12、手冊P15表1-29得：外伸軸長度 F.軸承寬度B=23mm， G. ，5mm為套筒寬度； H.小齒輪寬度，故取 I.查手冊P17表1-31得軸環(huán)寬度，取 J. （7）擋油環(huán) 所以軸承采用脂潤滑，需要擋油環(huán)。取 （8）軸的強度校核 按彎矩，扭矩合成強度計算軸的計算簡圖如圖所示： A決定作用在軸上的載荷： 圓周力（d為小齒輪的節(jié)圓直徑） 徑向力（為嚙合角） B決定支點反作用力及彎曲力矩： 支承反力 截面I-I的彎曲力矩 支承反力 截面I-I的彎曲力矩 合成彎矩 軸上的轉(zhuǎn)矩,畫出軸的當量彎矩圖，如圖所示。 從圖中可以判斷截面I-I彎矩值最大，而截面承受純扭，故校 核這兩個截面。 C計算截面I-I與

13、的直徑： 已知軸的材料為45鋼，正火，其；查書P262表12-3 得：，。則 截面I-I處的當量彎矩 軸截面-處的當量彎矩 故軸截面I-I處的直徑 因為在截面I-I處有一鍵槽，所以軸的直徑要增加3%，即為33.82mm。 mm>34.09mm 軸截面的直徑 因為在截面處有一鍵槽，所以軸的直徑要增加3%，即為26.27mm 前面取，故強度合適。 2、減速器低速軸的設計 （1）軸的材料及熱處理：選用45鋼，正火處理，由書P259表12-1 得： 毛坯直徑100mm，硬度241HBS,抗拉強度MPa, 屈服強度MPa,彎曲疲勞極限MPa （2）初算軸的最小直徑，并進行初步結(jié)構(gòu)設計： 由書P26

14、1表12-2查得C=118107。 取 =48mm，,最小直徑還要符合相配零件的孔徑（此處是聯(lián)軸器 標準尺寸，在此處開一鍵槽，所以d=1.03×48mm=49.44mm，取d=50mm。 （3）確定軸的各段直徑：采用階梯軸，尺寸按由小到大，由兩端到中央 的順序確定 A外伸端（與V帶輪相連）：取最小直徑=50mm； BV帶輪定位軸肩高H=0.08=3.6mm,故=+2H=58mm； C安裝兩滾動軸承處的軸頸直徑為=60mm； D要固定齒輪，需要安裝一個套筒，取內(nèi)徑，外 徑為70mm； E為便于齒輪安裝，取齒輪輪轂與軸配合處直徑d5=d3+2=62mm； F考慮軸承固定要求，取軸環(huán)直徑；

15、 取74mm。 G。 （4）選擇軸承類型： 由上述一系列直徑，查手冊P63表6-1得：軸承代號為6312。 基本尺寸d=60mm,D=130mm，B=31mm。 安裝尺寸。 基本額定動載荷，基本額定靜載荷 （5）軸承蓋的設計： 帶有密封件的軸承蓋，軸承外徑D=130mm，??；即 M10. 時， （6）軸各段的長度設計： A.箱蓋壁厚， 故 mm； B.箱體內(nèi)壁與大齒輪頂圓應留有空隙,取 ； C.箱體內(nèi)壁與小齒輪端面應留有空隙=8mm，故??； D.因為內(nèi)壁至軸承座端面的距離,查手冊P149 表11-2得： E.根據(jù)，查手冊P15表1-29得：外伸軸長度 F.軸承寬度B=31mm 則 G. ，8m

16、m為套筒寬度； H.大齒輪寬度，故取 I.查手冊P17表1-31得軸環(huán)寬度，取 J. （7）擋油環(huán) 所以軸承采用脂潤滑，需要擋油環(huán)。取 （8）軸的強度校核 按彎矩，扭矩合成強度計算軸的計算簡圖如圖所示： A決定作用在軸上的載荷： 圓周力（d為大齒輪的節(jié)圓直徑） 徑向力（為嚙合角） B決定支點反作用力及彎曲力矩： 支承反力 截面I-I的彎曲力矩 支承反力 截面I-I的彎曲力矩 合成彎矩 軸上的轉(zhuǎn)矩,軸的當量彎矩圖同高速軸，同理可以 判斷截面I-I彎矩值最大，而截面承受純扭，故校核這兩個截 面。 C計算截面I-I與的直徑： 已知軸的材料為45鋼，正火，其；查書P262表 12-3得：，。則 截面I

17、-I處的當量彎矩 軸截面-處的當量彎矩 故軸截面I-I處的直徑 因為在截面I-I處有一鍵槽，所以軸的直徑要增加3%，即為44.98mm。 前面取，故強度合適。 軸截面的直徑 因為在截面處有一鍵槽，所以軸的直徑要增加3%，即為43.80mm 前面取，故強度合適。八、軸承的選擇與校核 1、高速軸的軸承校核 （1）前面已選擇代號為6308的深溝球軸承 基本尺寸d=40mm,D=90mm，B=23mm。 安裝尺寸。 基本額定動載荷，基本額定靜載荷 （2）計算當量動載荷： 徑向載荷 軸向載荷 因為，所以查書P298表13-7得 又因為,所以查書P298表13-7得 根據(jù)軸承的工作情況，查書P299表13

18、-8得載荷系數(shù) 當量載荷 （3）計算必需的額定動載荷： （4）求軸承壽命： 故所選軸承滿足要求。 2、低速軸的軸承校核 （1）前面已選擇代號為6312的深溝球軸承 基本尺寸d=60mm,D=130mm，B=31mm。 安裝尺寸。 基本額定動載荷，基本額定靜載荷 （2）計算當量動載荷： 徑向載荷 軸向載荷 因為，所以查書P298表13-7得 又因為,所以查書P298表13-7得 根據(jù)軸承的工作情況，查書P299表13-8得載荷系數(shù) 當量載荷 （3）計算必需的額定動載荷： （4）求軸承壽命： 故所選軸承滿足要求。9、 鍵的選擇與校核 1、高速軸與帶輪的連接鍵 （1）選擇鍵的類型和基本尺寸 一般8級

19、以上精度的尺寸的齒輪有定心精度要求，應用平鍵. 根據(jù)d=30mm,查手冊P51表4-1得 ，根據(jù)鍵的標準長度，選擇 軸=4.0mm, 轂=3.3mm，R=b/2=4m （2）校核鍵聯(lián)接的強度 工作長度=45-8=37mm 由書P105公式（7-20）驗算鍵的擠壓強度： 由書P105公式（7-21）驗算鍵的剪切強度： 由書P106表7-3查得不動的連接45鋼,載荷平穩(wěn),=125150MPa, 且=120MPa 因為,所以所選鍵符合條件。 取鍵標記為：8×7×45AGB/T 1096-2003 2、低速軸與大齒輪的連接鍵 （1）選擇鍵的類型和基本尺寸 一般8級以上精度的尺寸的齒

20、輪有定心精度要求，應用平鍵. 根據(jù)d=62mm,查手冊P53表4-1得 ，根據(jù)鍵的標準長度，選擇 軸=7.0mm, 轂=4.4mm，R=b/2=9mm。 （2）校核鍵聯(lián)接的強度 工作長度=90-18=72mm 由書P105公式（7-20）驗算鍵的擠壓強度： 由書P105公式（7-21）驗算鍵的剪切強度： 由書P106表7-3查得不動的連接45鋼,載荷平穩(wěn),=125150MPa, 且=120MPa 因為,所以所選鍵符合條件。 取鍵標記為：18×11×90AGB/T 1096-2003 3、低速軸與聯(lián)軸器的連接鍵 （1）選擇鍵的類型和基本尺寸 一般8級以上精度的尺寸的齒輪有定心

21、精度要求，應用平鍵. 根據(jù)d=50mm,查手冊P51表4-1得 ，根據(jù)鍵的標準長度，選擇 軸=6.0mm, 轂=4.3mm，R=b/2=8mm。 （2）校核鍵聯(lián)接的強度 工作長度=70-16=54mm 由書P105公式（7-20）驗算鍵的擠壓強度： 由書P105公式（7-21）驗算鍵的剪切強度： 由書P106表7-3查得不動的連接45鋼,載荷平穩(wěn),=125150MPa, 且=120MPa 因為,所以所選鍵符合條件。 取鍵標記為：16×10×70AGB/T 1096-200310、 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器主要是用來連接兩軸，傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的部件，也可以用于軸和其它零 件的連接以

22、及兩個零件（如齒輪和齒輪）的相互連接。 1、類型選擇：為了隔離振動和沖擊，選用彈性柱銷聯(lián)軸器 2、載荷計算： 考慮機器啟動時的慣性力及過載等影響，在選擇和校核聯(lián)軸器時，應以計算轉(zhuǎn) 矩為根據(jù)。 前面已經(jīng)求得公稱轉(zhuǎn)矩： 查書P313表14-1,選取 轉(zhuǎn)矩 查手冊P92表8-5,選LT9型彈性套柱銷聯(lián)軸器,公稱轉(zhuǎn)矩為1000,許用 轉(zhuǎn)速為2850r/min。 十一、減速器潤滑方式、潤滑劑及密封裝置 1、潤滑劑及潤滑方式：潤滑的目的在于減少磨損，減少摩擦損失及發(fā)熱，以保 證減速器正常工作。對于一級圓柱齒輪減速器：(1) 由于轉(zhuǎn)速較低，因此減速器的齒輪需要采用浸油潤滑,浸油深度為大齒輪的齒頂圓到油池底面

23、的距離不小于3050mm。由手冊P85表7-1選全損耗系統(tǒng)用油（GB443-1989），代號為L-AN15，40時的運動黏度為13.516.5，傾點-5，閃點（開口）150，此油主要用于小型機床齒輪箱，傳動裝置軸承，中小型電機以及風動電具等。(2) 由于大齒輪的圓周速度.因此減速器的滾動軸承可以用潤滑脂潤滑，由手冊P81表7-2選取通用鋰基潤滑脂(GB 7324-87),代號為ZL-1,滴點不低于170，有良好的耐熱性和耐水性。適用于溫度在-20120范圍內(nèi)各種機械的滾動軸承、滑動軸承及其他摩擦部位的潤滑2、密封性是為了保證機蓋與機座連接處密封，聯(lián)接凸緣應有足夠的寬度，聯(lián)接表面應精細，其表面粗

24、度應為6.3。密封的表面要經(jīng)過刮研。而且，凸緣聯(lián)接螺柱之間的距離不宜太大，并勻均布置，保證部分面處的密封性。 當軸伸出機體外面時，軸承端蓋通孔處必須有可靠的密封裝置，以防止?jié)櫥瑒┬孤┘盎覊m，水分進入軸承。此設計中選用氈圈油封，材料為粗羊毛。 (1) 因為高速軸中，查取手冊P85表7-12 氈圈油封基本尺寸為 槽的基本尺寸為 （2） 因為低速軸中，查取手冊P85表7-12 氈圈油封基本尺寸為 槽的基本尺寸為 十二、箱體結(jié)構(gòu)的設計減速器的箱體采用灰鑄鐵（HT200）制成，采用剖分式結(jié)構(gòu)為了保證齒輪嚙合質(zhì)量，大部分端蓋分機體采用配合. 1. 箱體本身須有足夠的剛性，以免箱體在內(nèi)力或外力作用下產(chǎn)生過大

25、的變形。為了增 加減速器的剛性以及散熱面積，箱體上外常加有外肋。為了便于安裝，箱體通常做成 剖分式，箱蓋與底座的剖分面應與齒輪軸線平面重合。 2. 考慮到機體內(nèi)零件的潤滑，密封散熱。因其傳動件速度較小于，故采用浸油潤滑， 同時為了避免油攪得沉渣濺起，大齒輪頂圓與油底面的距離H取40mm；為保證機蓋 與機座連接處密封，聯(lián)接凸緣應有足夠的寬度，聯(lián)接表面粗糙度為。3.對附件設計 A窺視孔蓋和窺視孔：在機蓋頂部開有窺視孔，是為檢查齒輪嚙合情況及向箱內(nèi)4而設置的。不僅能看到傳動零件嚙合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進行操作，窺視孔有蓋，機體上開窺視孔與凸緣一塊，便于機械加工出支承蓋板的表面并用墊

26、片加強密封，蓋板用鑄鐵制成。 B油塞：放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便放油，平時放油孔用油塞堵住，因此油孔處的機體外壁應凸起一塊，由機械加工成油塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封。C油標：油標位于便于觀察減速器油面及油面的穩(wěn)定之處。油尺安置的部位不能太低，以防油溢出.D通氣孔：由于減速器運轉(zhuǎn)時，機體內(nèi)溫度升高,氣壓增大,為便于排氣，在機蓋頂部的窺視孔蓋上安裝通氣器，以便達到體內(nèi)為壓力平衡.E起蓋螺釘：起蓋螺釘上的螺紋長度要大于機蓋聯(lián)結(jié)凸緣的厚度。釘桿端部要做成圓柱形，以免破壞螺紋.F定位銷：為保證剖分式機體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機體聯(lián)結(jié)凸緣的長度方向各安

27、裝一圓錐定位銷，以提高定位精度.G吊環(huán)及吊鉤：吊環(huán)是用來提升箱蓋的，吊鉤則是用來提升整個減速器的。為了便于揭開箱蓋，常在箱蓋凸緣上制有兩個螺紋孔，拆卸箱蓋時用螺釘擰入，即可頂起箱蓋。減速器機體結(jié)構(gòu)尺寸如下：名稱符號計算公式結(jié)果箱座壁厚8箱蓋壁厚8箱蓋凸緣厚度12箱座凸緣厚度12箱座底凸緣厚度20地腳螺釘直徑M20地腳螺釘數(shù)目4軸承旁聯(lián)接螺栓直徑M16機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑M10連接螺栓的間距150200150軸承端蓋螺釘直徑=（0.40.5）8（高速軸）10（低速軸）視孔蓋螺釘直徑=（0.30.4）7（孔數(shù)為4）視孔蓋基本尺寸查手冊P149表11-4,定位銷直徑=（0.70.8）8，至外機壁距離查手冊P149表11-214（高速軸）16（低速軸），至凸緣邊緣距離查手冊P149表11-212（高速軸）14（低速軸）軸承旁凸臺半徑12（高速軸）14