机械设计课程设计计算说明书.docx

.装 订 线.机械设计课程设计计算说明书设计题目: 设计一台带式运输机中使 用的单级直尺圆柱齿轮减速器专业：文正学院09热能与动力工程设计者：0917440008邓志刚指导老师：陆生海2011年12月20日目 录一、绪论3二、课程设计要求4三、电动机的选择5四、传动比的分配6五、计算各轴的转速7六、计算各轴的转矩及其他运动参数7七、齿轮的传动设计7八、轴的设计计算13九、轴和键的选择19十、润滑剂、润滑方式选择19十一、箱体设计19十二、总结21参考文献 21一、绪论本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基础、机械制图、工程力学、公差与互换性等多门课程知识，并运用AUTOCAD软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。计算及说明结果二课程设计要求简图设计课题:设计一台带式运输机中使用的单级直齿圆柱齿轮减速器原始数据运输带传递的有效圆周力F=4000N。运输带速度V=0.75m/s滚筒的计算直径D=300mm原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击，工作时间为10年，每年300天计，单班工作（每班8小时）1配图一张（一号纸），（电脑绘图A3纸打印）画零件图1到2张，3号图纸（电脑绘图A4纸打印）2编写计算说明书1份，不少于20页（A4纸打印）步骤1选电动机2传动比分配3计算各轴转速4计算各轴转矩5齿轮传动设计6轴的设计7轴承和键的选择8绘制装配图和零件图计算及说明结果三、电动机的选择(1) 确定工作机功率=0.940.96=0.980.995 =0.960.99=0.950.98=0.96=0.99(齿轮联轴器)(2) 电动机转速总转动比：普通V带=24滚子链=26单级齿轮减速器=36 计算及说明结果（3）确定电动机型号根据容量和转速,查有关手册,综合考虑电动机和转动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选择电动机型号为Y132M1-6,起只要性能如下表:电动机型号额定功率 kW电动机转速r/min电动机重量N参考价格元传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器Y132M1-64100096073035083.772.829.92马达的简图如下：四、传动比的分配原则：各级传动比应在合理的范围内： （选定电动机为960r/min）各级平均传动比：根据上述原则分配传动比：P电机=960r/mini链=2.69计算及说明结果五、计算各轴的转速轴 =轴 =轴 =六、计算各轴的转矩及其他运动参数计算公式：各轴功率： = = = 各轴转矩：T电机=9550P电机n电机=0.36105Nmm T=0.76105Nmm T=2.47105Nmm T=6.43105Nmm七、齿轮的传动设计已知=，i齿=3.4，（1） 选择齿轮材料，确定许用应力，小齿轮用40Cr，调质处理，250HBS，（表11-1），大齿轮用45钢，调质处理,240HBs,（表11-1），由表11-5，取SH=1，SF=1.25=128.3r/min=47.71r/minP=T=0.76105Nmm T=2.47105Nmm T=6.43105Nmm计算及说明结果（2）按齿面接触强度设计因为是运输用齿轮，选用8级精度制造（表11-2） 取载荷系数k=1.4（表11-3），齿宽系数d=1.1（表11-6），小齿轮上的转矩 T=9550Pn=9.551033.34128.3Nm=2.47105Nmm取ZE=188（表11-4） D132kT1du+1uZEZHH2 =321.42.471051.13.4+11.11882.55802mm=81.1mm齿数Z1=30，则Z2=iZ1=3.430=102，故轴实际传动比i齿=10230=3.4，误差为0.模数m=81.130mm=2.7mm齿宽 b=dd1=1.181.1mm=89.2mm,取b2=90mm，则b1=b2+5=95mm(按表4=1)取m=3mm,实际的D1=81.1mm计算及说明结果d1=90mm，d2=Z2m=306mm中心距a=d1+d22=90+3062mm=198mm(1) 验算齿轮弯曲强度 齿形系数YFa1=2.6图11-8，Ysa1=1.62（图11-9） YFa2=2.2图11-8，Ysa2=1.8图11-9由教科书式（11-5）F1=2KT1YFa1Ysa1bm2z1=21.42.471052.61.62903230MPa=120MPaF1=472MPaF2=F1YFa1Ysa1YFa1Ysa1=1202.21.82.61.62MPa=113MPaF2=360Mpa安全（4）齿轮的圆周速度 v=d1n齿601000=3.1490128.360000m/s=0.6m/s对照表（11-2）可知选用8级精度是适宜的(5)齿轮的几何尺寸的确定齿轮园直径da1由机械零件设计手册得ha*=1，c*=0.25da1=d1+2ha1=(z1+2ha*)m=(30+21)3mm=96mmda2=d2+2ha2=(z2+ha*)m=102+213mm=312mm计算及说明结果齿距 P=m=33.14=9.42mm齿根高 hf=ha*+c*m=1+0.253mm=3.75mm齿顶高 ha=ha*m=13mm=3mm齿根圆直径df： （6）齿轮的结构设计因为小齿轮因齿根圆直径与轴径接近，所以小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构大齿轮的关尺寸计算如下：轮轴厚度c1=0.3b1=0.395mm=28.5mm c2=0.3b2=0.390mm=27mm因为lhb，所以长度 lh1=100mm lh2=95mm ds1=lh11.5=66.7mmds2=lh21.5=63.3mm轮毂直径 dh1=1.6ds1=1.666.7=106.7mm dh2=1.6ds2=1.663.3=101.3mm 1=3m=9mm2=3m=9mm所以，轮毂内径为D1=da1-2h-21=96-23.75+3-29=64.5mmD2=da2-2h-22=312-23.75+3-29=280.5mm他们的中心距a=198mm，模数m=3，其他数据如下表：齿轮种类齿数z分度圆直径d齿宽b齿顶圆直径da齿根圆直径df轮毂内径D大齿轮102306mm90mm312mm298.5mm280.5mm小齿轮3090mm95mm96mm82.5mm64.5mm齿轮工作图如下图所示：采用油池润滑，因齿轮的圆周速度不是太大，根据设计要求，大齿轮浸油深度150mm时，k=9.5则轮毂厚度h=K+dk6+0.01d=16.85mml链=3.3h=3.316.85mm=55.62mm八、轴的设计计算1、初步计算轴径先按课本式（14-2）初步估算轴的最小直径。选取的材料为45钢，调制处理。根据课本表14-2，取C=110，于是得dc3pn已知P=3.477kw，n=436.7rmin P=3.34kw，n=128.3r/min可得 dc3Pn=11033.477436.4=21.97mm dc3Pn=11033.34128.3=32.6mm考虑轴和联轴器用一个键连接，故将轴放大5%并且取标准值，及取d=25mm，d=35mmA高速轴的设计下图为高速轴的简图:l链=55.62mmd=25mm，d=35mm计算及说明结果因为高速轴上的齿轮齿根圆直径与轴径接近，故高速轴设计成齿轮轴（1）确定轴上零件的位置与固定方式单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置。因小齿轮直径较小，做成齿轮轴。两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位。小齿轮的两端设置轴肩给挡油环定位。（2）确定轴各段的直径 轴段1的直径为轴的最小直径，故选定d1=25mm；轴段2要考虑到密封圈的安装需要，以及带轮定位的需要取轴肩高h=5mm，则d2=35mm；轴段3为安装轴承，为便于安装应取d3d2，且与轴承内径标准系列相符，取d3=40mm（其中选择轴承型号为6208，其尺寸为：dDB=40mm80mm18mm，安装尺寸为47mm）；轴段4小齿轮与轴为整体，不计；轴段5，安装轴承，应与3同直径，故d5=40mm（3）、确定个轴段的长度轴段4，齿轮与轴一体，可设计L4=80mm；轴段5，齿轮两端面，轴承端面应与箱体内壁保持一定的距离，故轴环，套筒宽度均为20mm。可设计轴段5长度，L5=38mm；则同理，轴段3安装轴承，故轴段3长度L3=38mm；轴段2，考虑到轴承盖螺钉的装拆空间，以及箱体结构的需要和带轮距箱体外壁要有一定的距离要求，穿过盖的轴段长度L2=50mm；轴段1，根据安装的带轮的需要，取L1=48mm全轴长为L总=48+50+38+80+38=254 mm（4）、两轴承之间的跨距L=80+38+38-18=148 mmB、低速轴的结构设计（1）选择轴的材料 选轴的材料为45号钢，调质处理。查课本表14-1可知：B=640Mpa,s=355Mpa, 许用弯曲应力-1=60Mpa计算及说明结果（2）轴上零件的周向定位单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。大齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。（3）、确定各段轴的直径轴段1处为轴的最小直径，将估算轴d1=35mm作为外伸端直径与小链轮相接，其长度L1=54mm；轴段2要考虑链轮的固定和安装密封圈的需要，取其轴肩高h=5mm，故d2=45mm，为保证联轴器不与轴承箱体和轴承端盖的尺寸冲突而去定轴段2的长度， 查取L2=50mm；轴段3安装轴承，为安装轴承，为便于安装应取d3d2，且与轴承内径标准系列相符，故d3=50mm（其中选择轴承型号为6210，其尺寸为：dDB=50mm90mm20mm，安装尺寸为57mm），据轴承内圈宽度B=20mm，可取轴环段为20mm，因为两轴承相对齿轮对称，取轴段L3=(20+20)=40mm；轴段4用于安装齿轮，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=55mm，为保证大齿轮的固定的可靠性，取轴段4的长度应该稍微短于齿轮的宽度，故L4=72mm（大齿齿宽为90mm）；轴段5应与段3同样的直径为d5=50mm，L5=8+12+20=40mm。故全轴长为L=54+50+40+72+20+20=256mm两轴承之间的跨距L 因为深沟球轴承的支反力作用点在轴承宽度的中点，故两轴承之间的跨距L=(72+40+20+20-20)=132mm。2、对进行弯扭合成强度验算轴简图如下：因为该轴两轴承对称，所以：L1=L2= L/2=132/2=66mm的设计计算1、 低速轴上的功率P、转数n和转矩T分别为P=3.34kw计算及说明结果n=128.3rminT=2.47105Nmm2、求作用在齿轮上的力因已知低速大齿轮的分度圆直径为d2=306mmFt=2Td2=22.47105306=1614NFr=Fttan20=588N(1) 轴承支反力(图b)垂直的支承反力：F1v=F2v=Fr2=5882N=294N（2）（图c）水平面的支承反力：F1H=F2H=Ft2=16142N=807N（3）（图d）F力在支点产生的反力：F1F=200087132=1318NF2F=F+F1F=2000+1318=3318N外力F作用方向与链传动的布置有关，再具体布置尚未确定之前，可按最不利的情况考虑。（4）绘制垂直面弯矩图（图b）MaH=F2vL12=2941322=19404Nmm=19.4NmMav,=F1v.L12=Mav=19.4Nmm绘制水平面的弯矩（图c）MaH=F1HL12=8071322=53.3N（6）F力产生的弯矩为（图d）M2F=Fk=200087=174Nmma-a截面F力产生的弯矩为：MaF=F1F2=13181372=87Nmm（7）求合成弯矩图（图e）考虑最不利情况，把MaF与Mav2+MaH2直接相加Ma=Mav2+MaH2+MaF =19.42+53.32+87NmF1v=F2v=294NF1H=F2H=807NF1F=1318NF2F=3318NMaH=53.3NMaF=87Nmm计算及说明结果 =144NmMa=Mav,+MaH2+MaF =19.42+53.32+87Nm =144NmM2=M2F=174Nm（8）求轴的传递转矩（图f）T=Ftd22=16140.3062Nmm=247Nmm（9）求危险截面的当量弯矩由图可知，a-a截面最危险，其当量弯矩为Me=T2+Ma2如认为轴的扭矩切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6，带入上式可得 Me=1442+0.62472Nm=207Nm（10）校核危险截面e=M2+T2w=Me0.1-1=2070.160MPa=34.5MPa-1=60MPa所以该轴强度足够。Ma=144NmM2=M2F=174NmMe=207Nme=34.5MPa计算及说明结果 九、轴和键的选择查设计手册得轴轴承选用深沟球轴承，型号36207 轴轴承选用深沟球轴承，型号36209根据轴径的尺寸，由课本表10-9可选择高速轴与V带轮联接的键为：平键bh=87，长度系列L=36,t=3.5,r=0.2大齿轮与轴连接的键为：键 bh=149，长度系列L=45,t=5.5,r=0.3 轴与链齿轮的键为：键bh=108，长度系列L=45,t=5.0,r=0.3(表10-9)十、润滑剂、润滑方式选择1、润滑选择齿轮传动用油润滑，可选用全损耗系统用油L-AN32，滚动轴承用脂润滑，选用钙基润滑脂。2、密封选择a.箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法b.观察孔和油孔等处接合面的密封在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封c.轴承孔的密封闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部轴的外伸端与透盖的间隙，由于V3（m/s），故选用半粗羊毛毡加以密封d.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部十一、箱体设计名 称符号减速器型式、尺寸关系/mm结 果齿轮减速器箱座壁厚0.025a+188箱盖壁厚0.025a+188箱盖凸缘厚度1.512箱座凸缘厚度b1.512箱座底凸缘厚度2.520地脚螺钉直径0.036a+1220地脚螺钉数目nA250时，n=64轴承旁连接螺栓直径0.7516盖与座连接螺栓直径（0.50.6）12连接螺栓的间隔150200150轴承端盖螺钉直径（0.40.5）10检查孔盖螺钉直径（0.30.4）8定位销直径d(0.