机械设计计算说明书--彭程

1、长江师范学院 计算说明书题 目 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导老师 日 期 成 绩 机电工程学院设计计算及说明主要结果一.机械设计课程的目的机械设计课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性教学环节。其基本目的是：1.通过机械设计课程的设计，综合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。2.学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。3.进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟

2、悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。二.机械设计课程任务1.设计课题 设计一用于带式运输机上的二级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续工作,单向运转载荷变化不大，空载启动。减速器小批量生产，使用期限4年，一班制工作，卷筒不包括其轴承效率为97%，运输带允许速度误差为5%，轴承寿命为齿轮寿命三分之一以上。运输带扭矩T=450+A/10 （N.m）(A为12，机制1班取1，机制2班取2)运输带速度V=1+B/10（m/s）（B为学号的十位数字）卷筒直径D=350+C×10（mm）（C为学号的个位数字）2.基本数据和要求(学号:20101426

3、1139)（1）运输带扭矩T=450+A/10=450+1/10=450.1（N.m）（2）运输带速度V=1+B/10=1+3/10=1.3（m/s）；（3）卷筒直径D=350+C×10=350+9×10=440（mm）；（4）工作寿命：4年单班8小时制工作；轴承寿命为齿轮寿命三分之一以上。（5）工作条件：运输机连续工作,单向运转载荷变化不大，空载启动。3.传动装置设计传动方案展开式二级圆柱齿轮减速器，如图1所示图1 减速器传动方案 展开式二级圆柱齿轮减速器传动路线如下：电动机带传动减速器联轴器带式运输机采用二级圆柱齿轮设计，其效率高，工作耐久，且维修简便。高，低速级均采用

4、直齿齿轮，传动较平稳，动载荷也较小，可以胜任工作要求。但其齿轮相对于支承位置不对称，当轴产生弯扭变形时，载荷在齿宽上分布不均匀，因此在设计时应将轴设计的具有较大的刚度。同时由于减速传动，使输出端扭矩较大，在选择轴和轴承的时候要特别注意。三、选择电机1.电机类型Y系列三相异步电动机。2.电机型号 3.计算电动机功率Pd （1）工作机所需功率Pw V=1.3（m/s），T=450.1（N.m），D=440（mm）；（N） （2）电动机的输出功率查课程设计书得：-带传动效率：0.95-每对轴承传动效率：0.98-圆柱齿轮的传动效率：0.97-联轴器的传动效率：0.99-卷筒的传动效率：0.97说明：

5、-电动机至工作机之间的传动装置总效率：=0.784 (3)电动机的额定功率由课程设计指导书P193表19-1得选取Y112M-4型号电动机额定功率 4.确定电动机的转速 （1）卷筒转速 （2）各级传动比可选范围 查课程设计指导书p7表2-1得取V带传动比i=24两级展开式圆柱齿轮减速器的传动比范围i=8-40 （3）电动级转速的确定 电动机可选转速范围符合这一范围的转速有1000r/min、1500r/min、3000r/min综合考虑从课程设计指导书P193表19-1查得如下：电动机型号额定功率（kw）电动机转速（r/min）同步满载Y112M-4315001420 （4）电动机的主要技术数

6、据和外形、安装尺寸 由课程设计指导书P193表19-1至表19-3得到电动机型号为Y100L2-4，主要技术数据和外形尺寸和安装尺寸如下表：型号额定功率（kW）满载转速（r/min）同步转速（r/min）Y100L2-4314201500。ADEFGHLAB1602860824100380205四、确定传动装置的总传动比和分配传动比1.总传动比2.分配各级传动比为高速级传动比, 为低速传动比取3 五.五.计算传动装置的运动和动力参数1.各轴转速n（r/min）电动机轴为0号轴，高速到低速各轴依次为1、2、3号轴2各轴输入功率P（kW）3.各轴扭矩T（） 4.最终数据如下：项目电动机轴1234转

7、速（r/min）1420568150.6656.2956.29输出功率（kw）32.792.62.472.31输入功率（kw）2.852.652.522.42输出转矩（）20.1846.97168.22430.15413.07输入转矩（）47.93171.65438.93421.5 六.设计V带1.确定V带型号查课本表7-7得： 则根据, ,由课本P139图7-12，选择A型V带，取。查课本P130表7-5取。重新分配各级传动比为高速级传动比, 为低速传动比 为带传动的滑动率。2.验算带速： 带速在范围内，合适。3.取V带基准长度和中心距a：初步选取中心距a：，取mm由课本第139页式7-21

8、得查课本P128表7-2取。由课本第140页式7-23计算实际中心距：。取整：a=4224.验算小带轮包角：由课本P140式7-24得：。5.求V带根数Z单根V带基本额定功率 由课本第137页表7-6查得单根V带额定功率增量 由课本第141页表7-8查得小轮包角修正系数 由课本第141页表7-9查得带长修正系数 由课本第129页表7-2查得V带根数由课本140公式7-25： 取Z=56.计算初拉力V带单位质量 由课本P128表7-1查得q=0.10Kg/m单根V带初拉力取7.计算作用在轴上的载荷七. 齿轮的设计（一）.高速级1.选择齿轮材料并确定初步参数（1）按照给定的设计方案可知齿轮类型为直

9、齿圆柱齿轮；（2）材料选择 由课本P152表8-1选取选取：小齿轮的材料为钢（调质），硬度为250HBS，大齿轮的材料为45钢（正火），硬度为220HBS，（3）初选齿数选小齿轮的齿数为大齿轮的齿数为取 （4）选择齿宽系数和精度等级 初估小齿轮直径参照教材P166表8-8取齿宽系数，则齿轮圆周速度参照教材P167表8-9，齿轮精度选为8级（5）计算两齿轮应力循环次数N小齿轮 大齿轮 （6）寿命系数 由教材P169图8-24得 ，（7）接触疲劳极限 由教材P168图8-20a，8-21a查得MQ线得， （8）安全系数 参照教材P170表8-11，取（9）许用接触应力 根据教材P168式8-14得

10、2.按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数（1）确定各相关参数值1）计算小齿轮的转矩N.mm2）确定载荷系数k使用系数 按电动机驱动，载荷平稳，查教材P157表8-4，取动载荷系数 按8级精度和速度，查教材P158图8-11齿间载荷分配系数由教材P159表8-5，取齿向载荷分布系数 由教材P159图8-14a，取载荷系数3）确定弹性系数。由教材P162表8-6得4）确定节点区域系数。由教材P162图8-16得5）确定重合度系数。由教材P161式8-8，重合度由教材P161式8-7，重合度系数（2）求所需小齿轮直径 由教材P161式8-6与估计相符（3）确定中心距a、模数m等主要参数1）模数m由教

11、材P165表8-7取标准模数m=22）中心距a3)分度圆直径、4）确定齿宽b 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 小齿轮齿宽比大齿轮大510mm3.校核齿根弯曲疲劳强度（1）计算许用弯曲应力1）寿命系数。由教材p172图8-29取2）极限应力。由教材P171图8-25a取，3）尺寸系数。由教材P172图8-30，取4）安全系数。参照教材P170表8-11，取5）许用弯曲应力。由教材P170式8-16得（2）计算齿根弯曲应力1)齿形系数。由教材P164图8-18，取，2）应力修正系数。由教材P165图8-19，取，3）重合系数。由教材P164式8-11得4）齿根弯曲应力。由教材P163式8-9结论：齿根弯曲

12、应力满足强度（二）低速级1.选择齿轮材料并确定初步参数（1）按照给定的设计方案可知齿轮类型为直齿圆柱齿轮；（2）材料选择 由课本P152表8-1选取选取：小齿轮的材料为45钢（调质），硬度为250HBS，大齿轮的材料为45钢（正火），硬度为220HBS，（3）初选齿数选小齿轮的齿数为大齿轮的齿数为取 （4）选择齿宽系数和精度等级 初估小齿轮直径参照教材P166表8-8取齿宽系数，则齿轮圆周速度参照教材P167表8-9，齿轮精度选为8级（5）计算两齿轮应力循环次数N小齿轮 大齿轮 （6）寿命系数 由教材P169图8-24得 ，（7）接触疲劳极限 由教材P168图8-20a，查得MQ线得， （8）

13、安全系数 参照教材P170表8-11，取（9）许用接触应力 根据教材P168式8-14得2.按齿面接触强度设计齿轮的主要参数（1）确定各相关参数值1）计算小齿轮的转矩2）确定载荷系数k使用系数 按电动机驱动，载荷平稳，查教材P157表8-4，取动载荷系数 按8级精度和速度，查教材P158图8-11齿间载荷分配系数由教材P159表8-5，取齿向载荷分布系数 由教材P159图8-14a，取载荷系数3）确定弹性系数。由教材P162表8-6得4）确定节点区域系数。由教材P162图8-16得5）确定重合系数。由教材P161式8-8，重合度由教材P161式8-7，重合度系数（2）求所需小齿轮直径 由教材P

14、161式8-6与估计相符。（3）确定中心距a、模数m等主要参数1）模数m由教材P165表8-7取标准模数m=42）中心距a3)分度圆直径、4）确定齿宽b 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 小齿轮齿宽比大齿轮齿宽大510mm3.校核齿根弯曲疲劳强度（1）计算许用弯曲应力1）寿命系数。由教材p173图8-29取2）极限应力。由教材P171图8-25a取，3）尺寸系数。由教材P172图8-30，取4）安全系数。参照教材P170表8-11，取5）许用弯曲应力。由教材P170式8-16得（2）计算齿根弯曲应力1)齿形系数。由教材P164图8-18，取，2）应力修正系数。由教材P165图8-19，取，3）重合系数。

15、由教材P164式8-11得4）齿根弯曲应力。由教材P163式8-9结论：齿根弯曲应力满足强度齿轮参数如下：高速级 大266213316842小703547低速级大27246818660小1002565八.减速器箱体与附件的设计减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚10箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺钉直径M20地脚螺钉数目课程设计指导书P224轴承旁联接螺栓直径M16箱盖与箱座联接螺栓直径=（0.50.6）M12轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）8.5（M10）视孔盖螺钉直径=（0.30.4）7（M8）定位销直径=（0.7 0.8）8，至外机壁距

16、离课程设计指导书P23262216，,至凸缘边缘距离课程设计指导书P23262020外箱壁至轴承座端面距离=+（58）44大齿轮顶圆与内机壁距离15齿轮端面与内机壁距离10机盖，机座肋厚轴承端盖外径+（55.5）中:115低:133高:97.5九.轴的设计1.中间轴的设计（1）中间轴轴2上的运动参数功率转速转矩（2）初步确定轴的最小直径采用齿轮轴故选取轴材料45号钢，调质处理。由教材P250可得=35Mpa=(1+0.07) =30.46由课程设计指导书P131 表15-3 取35mm，选用6207轴承=B+3+（23）=17+10+3=30mm（3）轴的结构设计1）方案如下图所示2）根据轴向

17、定位的要求确定轴的各段直径和长度轴承承受径向力，选用深沟球轴承。装配低速级小齿轮且>，低速级小齿轮宽度=63mm，要比齿轮孔长度少23mm段主要是定位高速级大齿轮，取=50mm =10mm装配高速级大齿轮，取=40mm 高速级大齿轮宽度=42-2=40mm要装配轴承，=35mm =B+3+（23）+3=30mm初选深沟球轴承6207 ，其 3)轴上零件的周向定位小齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。，由课程设计指导书P123表14-24得配合选用平键， ；大齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。，配合选用平键， ；4）确定轴上的圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为圆角半径为1mm （4）中心轴的校核 按

18、当量弯矩法校核 1）画轴的受力图 2）画垂直受力图，求出轴上垂直的载荷，求的垂直支反力 齿轮1上的切向力 齿轮2上的切向力 由 =0得 由 3)画出水平受力图,求出轴上水平的载荷,求得水平面的支反力齿轮1上的径向力 齿轮2上的径向力 由=0得 由 4)绘制垂直面弯矩图 5)绘制水平面弯矩图6)绘制合成弯矩M图I截面合成弯矩II截面合成弯矩III截面合成弯矩7)绘制转矩T图8)绘制当量弯矩图轴的转矩可按脉动循环考虑,已知轴材料为45号钢调质处理,由教材P241表11-1查的=60Mpa =100Mpa I截面 II截面III截面9)校核危险截面处轴的直径 由轴的结构图和当量弯矩图可知，I 、II

19、、 III处可能是危险截面由教材P251式11-7得I截面计入键槽的影响II截面III截面10）结论：经与图所示尺寸比较,各截面的计算直径分别小于其结构设计确定的直径。2.低速轴的设计(1)低速轴的运动参数功率转速转矩(2)初步确定轴的最小直径输出轴的最小直径是安装联轴器处的直径。选取轴的材料为45钢调质处理。为使所选轴的直径 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器计算转矩由教材P324表14-2，考虑到转矩变化很小，取转矩 应小于联轴器公称转矩，选用TL8型弹性套柱销联轴器，其 ，半联轴器孔径 ，故取 ，半联轴器长度 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度。(3)轴的结构设计1）拟定方案

20、如下图所示2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a.为了满足半联轴器的轴向定位要求,1轴段右端需制出一轴肩，故取2段的直径，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取密封圈直径d=50mm。半联轴器与轴配合的彀孔长度为84mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故取1段的长度应比配合长度略短一些，取。b.初步选择滚动轴承因轴承承受径向力的作用，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据,由轴承产品目录初步选取0尺寸系列，标准精度等级的深沟球轴承6011，则，故；而。各轴径段长度由箱体内部结构和联轴器轴孔长度确定。 则轴的各段直径和长度。 c.轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定

21、位采用平键联接。按和由课程设计指导书P123表14-24查得平键，配合为H7/r6。按和由课程设计书P123表14-24查得平键，配合为H7/r6。d.确定轴上圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为圆角半径为1mm3.高速轴的设计（1）高速轴的运动参数功率转速转矩（2）作用在齿轮上的力 高速级大齿轮的分度圆直径为（3）初步确定轴的最小直径输出轴的最小直径是安装带轮处的直径。由于设计为齿轮轴，选取轴的材料为45号钢调质处理。取轴的小端直径为20mm。（4）轴的结构设计1)拟定方案如下图所示2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度轴承承受径向力，选用深沟球轴承。参照工作要求并根据 初选深沟球轴承6006，

22、 其. 3)小齿轮的分度圆直径为70mm,其齿根圆直径(70-2.5× 2=65mm)到键槽底部的距离e<2.5×mt 5mm,故I轴上的齿 轮必需和轴做成一体，为齿轮轴，故为齿顶 圆直径，各轴径段长度由箱体内部结 构和联轴器轴孔长度确定。 则轴的各段直径和长度： （4）轴上零件的周向定位齿轮、带轮与轴的周向定位采用平键联接。按和由课程设计指导书P123表14-24查得 ,长为25mm ，配合 ；（5）确定轴上的圆角和倒角尺寸轴端倒角皆为圆角半径为1mm 4. 滚动轴承的选择1.低速轴上的轴承轴承的选择 轴承承受径向力，选用深沟球轴承。参照工作要求并根据,由课程设计指

23、导书P131选取深沟球轴承6011，则。2.高速轴上的轴承轴承的选择由轴的设计中已选定的轴承型号为深沟球轴承。参照工作要求，选取深沟球轴承6006其尺寸为 。3.中间轴上的轴承轴承的选择由轴的设计中已选定的轴承型号为深沟球轴承。参照工作要求，选取深沟球轴承6207 其尺寸为 。校核 轴上齿轮1受力轴转速 ，运转中有轻微冲击，要求寿命 ，查深沟球轴承样本可知6207深沟球轴承的基本额定载荷 基本额定静载荷轴承受到的径向载荷 和 求当量动载荷 和 由课程设计指导书P131表15-3查得因轴承在运转过程中有为轻微冲击，因此, ，取。则 验算轴承寿命因为 ，所以按照轴承1受力大小验算故所选轴承满足工作

24、要求，安全。十.键连接的选择1.低速轴上的键键的选择由轴的设计可知，低速轴上左端的键尺寸为右端的键的尺寸为 2.高速轴上的键键的选择由轴的设计可知， 高速轴上的键的尺寸为3中间轴上的键键的选择由轴的设计可知，左端的键尺寸为右端的键的尺寸为 十一.润滑与密封1.传动件的润滑对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，齿轮圆周速度小于等于12m/s,所以采用浸油润滑，将传动件的一部分浸入油中，传动件回转时，粘在其上的润滑油被带到啮合区进行润滑。同时，有吃中的油被甩到箱壁上，可以散热。 2.滚动轴承的润滑 所以滚动轴承采用油润滑。轴承内侧端面与箱体内壁留出35mm3.密封性为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精装，其表面粗度应为密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。附:低速轴大齿轮的设计基本尺寸 参考课程设计指导书P41齿轮结构设计得如下数据(单位:mm)因 da=312mm<500mm采用腹板式结构代号结构尺寸和计算公式结果轮毂处直径d1d1=1.6d=1.6×6096轮毂轴向长度L=b60倒角尺寸=0.5×42齿根圆处的厚度=4×416腹板最大直径D1=262-2×16230板孔