機械設計課程設計用于螺旋輸送機的一級圓柱齒輪減速器

齊齊哈爾大學普通高等教育機械設計課程設計題目題號： 一級圓柱齒輪減速器學院： 機電工程學院 專業(yè)班級： 機械112班 學生姓名： 指導教師： 成績： 2013年12月16日齊齊哈爾大學機械設計制造及其自動化專業(yè)

機械設計課程設計任務書學生姓名：班級：機械112學號一設計題目：設計一用于一級圓柱齒輪減速器給定數(shù)據(jù)及要求已知條件：運輸機工作軸扭矩T=820N.m，運輸機工作軸轉(zhuǎn)速n=130r/min。（允許運輸帶速度誤差為±5%）；使用年限10年，工作為二班工作制，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔。小批量生產(chǎn)。二應完成的工作減速器裝配圖1張（A0圖紙）；零件工作圖1—2張；設計說明書1份。指導教師：蔡有杰發(fā)題日期2013年12月10日

完成日期2013年12月16日

機械設計課程設計成績評閱表題目評分項目分值評價標準評價等級得分A級（系數(shù)1.0）C級（系數(shù)為0.6）選題合理性題目新穎性10課題符合本專業(yè)的培養(yǎng)要求，新穎、有創(chuàng)新基本符合，新穎性一般內(nèi)容和方案技術(shù)先進性10設計內(nèi)容符合本學科理論與實踐發(fā)展趨勢，科學性強。方案確定合理，技術(shù)方法正確有一定的科學性。方案及技術(shù)一般文字與圖紙質(zhì)量20設計說明書結(jié)構(gòu)完整，層次清楚，語言流暢。設計圖紙質(zhì)量高，錯誤較少。設計說明書結(jié)構(gòu)一般，層次較清楚，無重大語法錯誤。圖紙質(zhì)量一般，有較多錯誤獨立工作及創(chuàng)造性20完全獨立工作，有一定創(chuàng)造性獨立工作及創(chuàng)造性一般工作態(tài)度20遵守紀律，工作認真，勤奮好學。工作態(tài)度一般。答辯情況20介紹、發(fā)言準確、清晰，回答問題正確，介紹、發(fā)言情況一般，回答問題有較多錯誤。評價總分總體評價注：1、評價等級分為A、B、C、D四級，低于A高于C為B,低于C為D。2、 每項得分=分值X等級系數(shù)（等級系數(shù)：A為1.0，B為0.8,C為0.6,D為0.4）3、 總體評價欄填寫“優(yōu)”、“良”、“中”、“及格”、“不及格”之一。摘要一級圓柱齒輪減速器在所有減速器中應用最廣。它傳遞功率的范圍可從很小40000kW,圓周速度也可從很低至60m/s一70m/s,甚至高達150m/s。傳動功率很大的減速器最好采用雙驅(qū)動式或中心驅(qū)動式。這兩種布置方式可由兩對齒輪副分擔載荷，有利于改善受力狀況和降低傳動尺寸。設計雙驅(qū)動式或中心驅(qū)動式齒輪傳動時，應設法采取自動平衡裝置使各對齒輪副的載荷能得到均勻分配，例如采用滑動軸承和彈性支承關鍵詞：圓柱齒輪圓周速度傳動系統(tǒng)雙驅(qū)動一、 機械設計課程設計任務書二、 傳動方案擬定三、 電動機的選擇四、 計算總傳動比及分配各級的傳動比五、 運動參數(shù)及動力參數(shù)計算六、 傳動零件的設計計算七、 軸的設計計算八、 滾動軸承的選擇及校核計算九、 鍵聯(lián)接的選擇及計算十、聯(lián)軸器的選擇十一、潤滑方法和密封形式，潤滑油牌號的選擇十二、設計小結(jié)、機械設計課程設計任務書計算與說明計算結(jié)果一、傳動方案擬定設計用于螺旋輸送機的一級圓珠齒輪減速器工作條件：使用年限10年，工作為二班工作制，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔。原始數(shù)據(jù):運輸機工作軸扭矩T=820N.m，運輸機工作軸轉(zhuǎn)速n=130r/min。T=820N.m三、電動機選擇1、 電動機類型的選擇：Y系列三相異步電動機2、 電動機功率選擇：(1)傳動裝置的總功率：n總=n2聯(lián)軸器Xn3軸承Xn圓珠輪Xn圓珠輪XnH作機n=130r/min=0.992X0.983X0.97X0.93X0.96=0.80工作機所需的工作功率：丁820x130Tn =P工作=9550= 9550 =7.4KWn總=0.80(3)電動機所需的工作功率：P工作=7.4KW-工作TAP電機=七總=0.8=9.25KW3、 確定電動機轉(zhuǎn)速：查表按推薦值取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍3~6。圓錐齒輪傳動比范圍2?3,則總傳動比理時范圍為6~18。故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=(6?18)X130=780?2340r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1000、和1500r/min。綜合考慮選n=1500r/min電機。4、 確定電動機型號(查設計書196頁)根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為Y160M-4。其主要性能:額定功率：11KW，滿載轉(zhuǎn)速1460r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.2。質(zhì)量123kg。電動機型號Y160M-4四、計算總傳動比及分配各級的傳動比1、 總傳動比：L^=n電動/n=1460/130=11.22、 分配各級傳動比取齒輪i圓柱齒=5(單級減速器i=3?6合理)Vi總?cè)請A柱齒Xi圓錐齒?..i圓錐齒=i總/i圓柱齒=11.2/5=2.24i總=11.2據(jù)手冊得i圓柱齒=4五、運動參數(shù)及動力參數(shù)計算i圓錐齒=2.24

1、 計算各軸轉(zhuǎn)速nI=n電機=1460r/minnII=nO=nI/i圓柱齒=1460/5=292r/minnW=nIII/i圓柱齒=292/2.24=130r/min2、 計算各軸的功率PI=P電機Xn聯(lián)軸器=11X0.99=10.89KWPII=PIXn軸承Xn圓柱齒=10.89X0.98X0.97=10.35KWPIII=PIIXn軸承Xn聯(lián)軸器=10.35X0.98X0.99=10.04KWPW=PHlXn軸承Xn圓錐齒=10.04X0.98X0.93=9.15KW3、 計算各軸扭矩（N?mm）TI=9.55X106PI/nI=9.55X106X10.89/1460=71233N?mmTII=9.55X106PII/nII=9.55X106X10.35/292=338502N?mmTIII=9.55X106PIII/nIII=9.55X106X10.04/292=328363N?mm六、傳動零件的設計計算1、圓柱齒輪傳動的設計計算（1） 選擇齒輪材料及精度等級齒輪采用軟齒面，小齒輪選用40MnB調(diào)質(zhì)，齒面硬度為241-286HBS。大齒輪選用40Cr鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度217?286HBS。選8級精度，齒面精糙度RaW1.6?3.2um（2） 按齒面接觸疲勞強度設計y乎牛（窖］*由公式'd H 確定參數(shù)如下：傳動比i圓柱齒=5取小齒輪齒數(shù)Z1=22。則大齒輪齒數(shù)：Z2=i圓柱齒Z1=5X22=110實際傳動比i0=110/22=5傳動比誤差：i圓柱齒-i0/i圓柱齒=5-5/5=0%<2.5%（可用）齒數(shù)比：u=i0=5取隊=1.2取k=1.2ZE=189.8ZH=2.5接觸疲勞極限查表有。Hlim1=720Mpa 。Hlim2=700Mpa取安全系數(shù)SH=1.0，由［。H］=。Hlim/SH得：［。H］1=。Hlim1/SH=720/1.0=720Mpa［。H］2=。Hlim2/SH=700/1.0=700MpanI=1460r/min

nII=nIII=292r/minnW=130r/minPI=10.89KW

PII=10.35KW

PIII=10.04KW

PWnI=1460r/min

nII=nIII=292r/minnW=130r/minPI=10.89KW

PII=10.35KW

PIII=10.04KW

PW=9.15KWTI=71233N?mmTII=338502N?mmTIII=328363N?mmi圓柱齒=5Z1=22Z2=110u=5[oH]1=720Mpa[。H]2=700Mpa,-2KTu+1ZZ ,'2x1.2x712335+1,189.8x2.5、叩 (2=3―12—-(f^)2ld H=42.9模數(shù)：m=d1/Z1=43/2=1.95m取標準模數(shù)：m=2mm校核齒根彎曲疲勞強度由試。F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaW[。H]確定相關參數(shù)如下：分度圓直徑：d1=mZ1=2X22=44md2=mZ2=2X110=220mm齒寬：b=edd1=1.2X44=53mm取b2=53mm b1=58mm查表得齒形系數(shù)YFa和應力修正系數(shù)YSaYFa1=2.83 YSa1=1.58YFa2=2.2 YSa2=1.83查表得彎曲疲勞極限oFE1=595Mpa。FE2=590Mpa取SF=1.25由[oF]=oFE/SF計算兩輪的許用彎曲應力[。F]1=。Flim1/SF=595/1.25=476Mpa[。F]2=。Flim2/SF=590/1.25=472Mpa將求得的各參數(shù)代入式中。F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2X1.2X71233/53X22X22)X2.83X1.58=163.9Mpa<[oF]1。F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2X1.2X71233/58X22X110)X2.2X1.83=26.9Mpa<[。F]2故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠計算齒輪的相關參數(shù)中心距a=m/2(Z1+Z2)=2/2(22+110)=132mm取ha*=1c*=0.25則齒頂圓直徑：da1=(Z1+2ha*)m=(22+2X1)X2=48mmda2=(Z2+2ha*)m=(110+2X1)X2=224mm齒根圓直徑：df1=(Z1-2ha*-2C*)m=(22-2-2X0.25)X2=39mmdf2=(Z2-2ha*-2C*)m=(110-2-2X0.25)X2=215mm計算齒輪的圓周速度VV=nd1n1/60X1000=3.14X44X1460/60X1000=3.36m/s查表可知，齒輪精度選擇是合適的。2.圓錐齒輪傳動的設計計算齒輪采用軟齒面，小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240?260HBS。大齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度210?230HBS。選8級精度，齒面精糙度RaW1.6?3.2umm=2mmd1=44mmd2=220mmb1=58mmb2=53mmYFa1=2.83YFa2=2.2YSa1=1.58YSa2=1.83[m=2mmd1=44mmd2=220mmb1=58mmb2=53mmYFa1=2.83YFa2=2.2YSa1=1.58YSa2=1.83[oF]1=476Mpa

[。F]2=472Mpa。F1=163.9Mpa。F2=26.9Mpaa=132mmda1=48mmda2=224mmdf1=39mmdf2=215mmV=3.36m/sZ1=17Z2=41u=2.41取Z1=17,已知圓錐齒輪傳動比i圓錐齒=2.4，則大齒輪齒數(shù)Z2=17X2.4=40.8。取大齒輪齒數(shù)為41。實際傳動比i0=41/17=2.41傳動比誤差：i圓錐齒-i0/i圓柱齒=2.4-2.41/2.4=-0.42%（可用）齒數(shù)比：u=i0=2.41， 4KT 七q由公式mJ^/*1—0.5%）2E2+1[?！╙確定參數(shù)如下：取K=1.2中R=0.25Z2 4182=arctan彳=arctan17=68度61=90-82=90-68=22度由ZV=Z/COS8有：ZV1=Z1/COS81=17/COS22。=18.3ZV2=Z2/COS82=41/COS68。=109.3查表有：YFa1=3.04 YSa1=1.53YFa2=2.25 YSa2=1.83。FE1=700Mpa。FE2=580Mpa[。H]1=0.7。FE1=0.7X700=490Mpa[。H]2=0.7。FE2=0.7X580=406Mpa已知T1=Tm=328363N-mm故：: 4KT 七站m>3氣Z「（1—0.5氣）2人2+1[°H]: 4x1.2x328363 2.25x1.83_30.25x172（1—0.5x0.25）^2.42+1 406=4.78取me=5（2）圓錐齒輪的其它參數(shù)計算d1=meXZ1=5X17=85d2=meXZ2=5X41=205性tZ2+Z25板172+412RE=2 1 2=2 =110.95bWRe/3=110.95/3=36.9mm （取36mm）齒頂圓直徑：81=22度82=68度ZV1=18.3ZV2=109.3YFa1=3.04YFa2=2.25YSa1=1.5381=22度82=68度ZV1=18.3ZV2=109.3YFa1=3.04YFa2=2.25YSa1=1.53YSa2=1.83。FE1=700Mpa。FE2=580Mpa[oH]1=490Mpa[。H]2=406Mpame=5d1=85

d2=205b=36da1=94.27da2=208.7Df1=75.73Df2=201.25da2=d2+2mecos&2=205+2X5cos68。=208.7齒根圓直徑：Df1=d1-2mecos51=85-2X5cos22。=75.73Df2=d2-2mecos52=205-2X5cos68。=201.25七、軸的設計計算輸出軸的設計計算1、 按扭矩初算軸徑選用40Cr調(diào)質(zhì)，硬度241?286HBS、ob=750Mpa、[。-1]b=75Mpa,取c=105。:P 10.35dNC.*n=105X3360=32.16mm考慮有鍵槽，將直徑增大4%,則dN32.16X(1+4%)=33.45mm所以選dmin=35mm2、 軸的結(jié)構(gòu)設計軸上零件的定位，固定和裝配將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過渡配合固定。聯(lián)軸器選擇根據(jù)T=338502N?mm和dmin=35mm，初選聯(lián)軸器為TL6彈性套柱銷聯(lián)軸器，主動端d1=35mm。確定軸各段直徑和長度，見圖aI段：d1=35mm 由聯(lián)軸器確定L1=82mmII段：考慮氈圈軸徑取d2=40mm，安裝凸緣式軸承蓋和彈性套柱銷聯(lián)軸器，考慮必要的安裝距離取L2=75mmIII段:初選用6209型深溝球軸承，其內(nèi)徑為45mm，查表得B=19mm，D=85mm，所以d3=45mm。L3=40mmW段：直徑d4=50mm,L4=55mm(比齒寬小2mm)V段：d5=60mm,L5=10mmW段：d6=55mm,L6=8mmW段：d7=45mm,L7=20mmdmin=35mmd1=35mmL1=82mmd2=40mmL2=75mmd3=45mmL3=40mmd4=50mmL4=55mmd5=60mmL5=10mmd6=55mmL6=8mmd7=45mmL7=20mmL=290mma=55mm

b=57.5mm

c=126mm整段軸長L=290mmdmin=35mmd1=35mmL1=82mmd2=40mmL2=75mmd3=45mmL3=40mmd4=50mmL4=55mmd5=60mmL5=10mmd6=55mmL6=8mmd7=45mmL7=20mmL=290mma=55mm

b=57.5mm

c=126mm由上述軸各段長度可算得軸支承跨距a=55mmb=57.5mm c=126mm(4)按彎矩復合強度計算已知分度圓直徑d2=220mm、扭矩T2=338502N?mm則：圓周力Ft=2T2/d2=2X338502/220=3077N徑向力Fr=Ft?tana=3077Xtan200=1120N繪制軸受力簡圖，見圖b繪制垂直面彎矩圖(如圖c)軸承支反力：FAV=FBV=Fr/2=1120/2=560NFAH=FBH=Ft/2=3077/2=1538.5N由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為MCV=FAVXa=560X55=30800N?mm繪制水平面彎矩圖，見圖d。截面C在水平面上彎矩為：MCH=FAHXa=1538.5X55=84618N?mm繪制合成彎矩圖，見圖eMC=(MCV2+MCH2)1/2=(308002+846182)1/2=90049N?mm繪制扭矩圖，見圖f轉(zhuǎn)矩：T=338502N-mm繪制當量彎矩圖，見圖g轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應力按脈動循環(huán)變化，取a=0.6,截面C處的當量彎矩：Mec=[MC2+(aT)2]1/2=[900492+(0.6X338502)2]1/2=222168N?mm校核危險截面。的強度。e=Mec/0.1d43=222168/0.1X503=17.78MPa<[。-1]b=75MPa所以該軸強度足夠。(5)輸入軸最小直徑確定選用40Cr調(diào)質(zhì)，硬度241?286HBS、ob=750Mpa、[。-1]b=75Mpa，取c=105。；.P 110.89dNC.*n=105X31460=20.52mm考慮有鍵槽，將直徑增大4%，則dN20.52X(1+4%)=21.34mm所以選dmin=22mm(由聯(lián)軸器確定d=22mm)Ft=3077NFr=1120NFAV=FBV=560NFAH=FBH=1538.5NMCV=30800N?mmMCH=84618N?mmMC=90049N?mmMec=222168N.mm。e=17.78MPa該軸強度足夠dmin=22mmLfi=S.軸承預計壽命軸承預計壽命40000hFAR=FBR=1637N八、滾動軸承的選擇及校核計算根據(jù)已知條件，軸承預計壽命為16X250X10=40000h計算輸出軸承：已知nII=360r/minCr=24500NLh=89815h此軸承合格A型平鍵16XCr=24500NLh=89815h此軸承合格A型平鍵16X10。p=90.27Mpa該鍵安全A型平鍵10X8。p=128.95Mpa該鍵安全輸入軸聯(lián)軸器TL4X52GB4323輸入軸聯(lián)軸器TL6X82GB4323Fa=0 FAR=FBR=(FA/2+FAH2)1/2=(5602+1538.52)1/2=1637N試選6209型深溝球軸承,Cr=24500N取J3 取溫度系數(shù)ft=1 fP=1.2計算軸承壽命LhLh=(106/60n)X(ftCr/fpP)e=(106/60X360)X(1X24500/1637X1.2)3=89815h>40000h?.?此軸承合格九、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算1、 校核輸出軸與齒輪的平鍵聯(lián)接軸徑d4=50mm L4=55mm T=338502Nmm選用A型平鍵，鍵16X10GB1096-79鍵長取l=30mm鍵高h=10mm從課本表10-10查得：[。p]=140MPa據(jù)課本P243式(10-5)得。p=4T/dhl=4X338502/(50X10X30)=90.27Mpa<[。p]?.?該鍵安全。2、 校核輸出軸與聯(lián)軸器的平鍵聯(lián)接軸徑d4=35mm L4=82mm T=338502Nmm選用A型平鍵，鍵10X8GB1096-79鍵長取l=30mm鍵高h=10mm從課本表10-10查得：[。p]=140MPa據(jù)課本P243式(10-5)得。p=4T/dhl=4X338502/(35X10X30)=128.95Mpa<[op]?.?該鍵安全。十、聯(lián)軸器的選擇輸入軸聯(lián)軸器選擇根據(jù)T=71233N?mm和dmin=22mm,選聯(lián)軸器為TL4X52GB4323彈性套柱銷聯(lián)軸器，主動端d1=22mm,從動端d2=22mm,Y型軸孔，A型鍵槽。輸出軸聯(lián)軸器選擇根據(jù)T=338502N-mm和dmin=35mm，初選聯(lián)軸器為TL6X82GB4323彈性套柱銷聯(lián)軸器，主動端d1=35mm，從動端d2=35mm，Y型軸孔，A型鍵槽。十一、潤滑方法和密封形式，潤滑油牌號的選擇因齒輪的圓周速度V=3.36m/s，所以齒輪采用油潤滑。其接觸應力小于500MPa，潤滑油牌號選用L-CKB,采用氈圈密封。十二、設計小結(jié)將近三周的機械設計課程設計不僅是對書本上學過的知識的運用，更增強了我的自學能力。通過這些天來的實踐，我深刻地體會到機械設計一門非常綜合的課程，涉及的知識相當廣，幾乎將以前所學的專業(yè)基礎課程都結(jié)合在了一起?！独碚摿W》的受力分析、《材料力學》的應力作用、《互換性測量》的公差配合、《工程材料》的材料選擇等等，都需要溫故知新，靈活運用。從將一張空白圖紙逐漸點綴上零件到最終完成，內(nèi)心不覺涌動一種激情，似乎看到積流成河的壯麗景象。這次的課程設計是腦力與體能毅力的考驗更是一次提高。最后，要感謝耐心指導的老師！通過本次課程設計，我收獲頗豐，同時也發(fā)現(xiàn)了自己在專業(yè)知識與技能上的不足與欠缺。我會在今后的學習中繼續(xù)努力。參考文獻1王世剛.《機械設計實踐》 （修訂版）哈爾濱工程大學出版社20032《機械設計手冊》第2版，徐灝主編.北京：機械工業(yè)出版社，20013《機械設計課程設計》，殷玉楓主編.北京：機械工業(yè)出版社,20004《機械原理》第6版，孫桓，陳作模主編.北京：高等教育出版社，20015《機械設計手冊》，機械設計手冊編委會主編.北京：機械工業(yè)出版社，20046《互換性與質(zhì)量控制基礎》，林景凡，王世剛，李世恒主編.北京：中國科學技術(shù)出版社，19997《材料力學》第4版，劉鴻文主編.北京：機械工業(yè)出版社,19928《機械設計課程設計》，朱文堅，黃平主編.華南理工大學出版社，20039范元勛，宋梅利，梁醫(yī).《機械設計課程設計指導書［M］》.南京：南京理工大學，2010.2