天津理工大学机械设计课程设计马老师指导减速器大飞哥作品

1、机械设计综合课程设计机械设计部分设计计算说明书设计题目： 开槽机 设 计 者： 徐剑飞 学 号： 20130093 专业班级：机械工程及自动化三班指导教师： 马文朋 完成日期： 2016年 6月 24日 天津理工大学机械工程学院目 录一 课程设计的任务3 1设计目的32设计题目33设计任务3二 电动机的选择4 1电动机类型的选择42确定电动机输出功率43确定电动机转速44确定电动机型号4三 传动装置的总传动比和分配各级传动比5 1传动装置的总传动比5 2分配各级传动比5四 传动装置的运动和动力参数的计算5 1计算各轴的转速5 2计算各轴的输入功率和输出功率5 3计算各轴的输入转矩和输出转矩5五

2、 传动零件的设计计算6 1V带传动的设计计算6 2齿轮传动的设计计算8六 轴的设计、校核16七 滚动轴承的选择和计算18八 键连接的选择和计算19九 联轴器的选择19十 润滑和密封的选择20十一 设计总结22十二 参考资料22谢词 22一、课程设计的任务1设计目的课程设计是机械设计课程重要的教学环节，是培养学生机械设计能力的技术基础课。课程设计的主要目的是：(1)通过课程设计使学生综合运用机械设计课程及有关先修课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。(2)通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置

3、或简单机械的一般设计方法和步骤。(3)提高学生的有关设计能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计(CAD)能力等，使学生熟悉设计资料(手册、图册等)的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。 2设计题目： (1)题目：开槽机 (2)用途：开槽机在印刷行业中是一种常见的机器。 (3)原始数据：序号执行机构输入转速n(r/s).执行机构输入功率(kw)1581.28说明：（1）工作条件：2班制，工作环境良好，有轻微振动； （2）使用期限十年，大修期三年； （3）生产批量：小批量生产（<20台）；采用Y型电动机驱动。 （4）传动装置部分简图 .3、设计任务 (1)总体设计计算 选择电动型号

4、 计算所需电机功率，确定电机转速，选定电机型号； 计算传动装置的运动、动力参数；a.确定总传动比i，分配各级传动比；b.计算各轴转速n、转矩T、功率P；c.传动零件设计计算； d.校核中间轴的强度、轴承寿命、键强度； （2）绘制减速器装配图（草图和正式图各一张)； （3）绘制零件工作图：减速器中齿轮和中间轴零件工作图；（注：当中间轴为齿轮轴时，可仅绘一张中间轴零件工作图即可）； （4）编写设计计算说明书。二、电动机的选择1电动机类型的选择按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。2 确定电动机输出功率P0电动机所需的输出功率P0=Pw/ 其中：Pw-执行机构的输入

5、功率 -由电动机至分配轴的传动总效率总效率 =带·3轴承·2齿轮·联轴器 查表可得：带 =0.96， 轴承=0.99，齿轮=0.98， 联轴器=0.99，则 = 0.96×0.993×0.982×0.99=0.89 电动机所需的功率：P0 = Pw/=1.44 KW3确定电动机转速执行机构输入转速nw =58 r/min 确定电动机转速可选范围:V带传动常用传动比范围为: i带=24，取2.83双级圆柱齿轮传动比范围为i减=840，取1418则电动机转速可选范围为:n0=nw i总=(2.83)×( 1418) nw =(3

6、9.254) nw=2273.63132 r/min其中： i总= i带× i减=(2.83)×( 1418)=39.254电动机的同步转速有750、1000、1500 、3000r/min，符合这一转速范围的是3000 r/min，根据容量和转速，由有关手册查出适用的电动机型号。4.确定电动机型号根据所需效率、转速，由机械设计手册 或指导书选定电动机： Y90S-2 型号（Y系列）数据如下: 额定功率P： 1.5 kw (额定功率应大于计算功率)满载转速：nm = 2840 r/min （nm电动机满载转速）同步转速：3000 r/min电动机输出轴径: 24 mm三、传

7、动装置的总传动比和分配各级传动比1传动装置的总传动比i总= i带× i减= n0/ nw =2840/58 = 48.97 nw执行机构IV轴转速2分配各级传动比为使V带传动外部尺寸不要太大，可初步取i带=2.83左右 则：i减=i总/i带=48.97/2.8=17.49 减速器传动比分配原则：各级传动尺寸协调，承载能力接近，两个大齿轮直径接近以便润滑（浸油深度）。i减=i高*i低i高高速级传动比i低低速级传动比建议取： i高=（1.21.3)i低则： i减= （1.21.3) i2低i高=4.58i低=3.82四、传动装置的运动和动力参数的计算1计算各轴的转速轴（高速级小齿轮轴）：

8、n=nm/i带=1014.29 r/min轴（中间轴）：n= n/ i高=221.46 r/min轴（低速级大齿轮轴）：n=n/i低=57.97 r/min轴（与轴通过联轴器相连的轴）: nW= n= 57.97 r/min2计算各轴的输入功率和输出功率轴： P=P0·带=1.44×0.96 =1.38 kw轴： P= P·轴承·齿轮 =1.38×0.99×0.98 =1.34 kw轴： P= P·轴承·齿轮 =1.34×0.99×0.98 =1.30 kw轴（分配轴）: Pw= P·

9、轴承·联轴器 =1.30×0.99×0.99 =1.27 kw3.计算各轴的输入转矩和输出转矩 公式: T=9.55×106×P/n (N·mm)轴： T入=9.55×106×P入/ n=1.299×104 (N·mm) T出= T入·轴承= 1.287×104 (N·mm)轴： T入=9.55×106×P入/ n=5.778×104 (N·mm) T出= T入·轴承=5.720×104 (N·m

10、m)轴： T入=9.55×106×P入/ n=21.416×104 (N·mm) T出= T入·轴承=21.201×104 (N·mm)轴： Tw=9.55×106×Pw/ n=20.922×104 (N·mm) 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率P（kw）转矩T （N·mm）转速n（r/min）传动比i效率 输入输出电机轴1.44-28402.80.96轴1.381.299×1041.287×1041014.294.580.97轴1.3

11、45.778×1045.720×104221.463.820.97轴1.3021.416×10421.201×10457.9710.98 IV轴1.2720.922×104-57.97五、传动零件的设计计算1V带传动的设计计算5.1.V带传动的设计计算已知：小带轮功率P（即电机输出功率P0）和转速n1（即电机满载转速nm）。可初步取i带=2.8 设计带传动：带的型号、根数、大小带轮直径、中心距等参数。 （1）确定计算功率 Pca =K A×P，查表得K A=1.2则Pca =1.2×1.5=1.8KW（2）选择V带的带型n0

12、=2840r/min,Pca =1.8KW,查设计手册选择Z型V带。（3）计算带轮的基准直径dd并验算带速vddmin=50mm，查表初选dd1=56mm,则大带轮dd2=i带.dd1=2.8×56=156.8mm验算带速：v=525m/sv=8.33m/s25m/s.查表圆整：=140mm.（4）确定V带的中心距a和基准长度Ld0.7（+）2（+）150.2427为了使结构紧凑，取偏低值，=250mm.计算带长2+（+）+=846.11mm查表取长度=780.则实际中心距：a=+=216.95mmmmmm（5）验算小带轮上的包角11180°-（+）×57.3&#

13、176;/a=163.28120°（6）计算带的根数zz=,查表得=0.332KW,=1.0， K=0.925p=(1-)=0.101,=0.2925×，=1.1373z=2.96=3（7）计算单根V带的初拉力F0由表得q=0.060（kg/m）, F0=500×（-1）+qv2=500×+0.06×8.332=52.32N.（8）计算压轴力FpFp=2ZF0sin（/2）=2×3×52.32×sin(152.28°/2)=302.12N（9）带轮结构设计查机械设计课程设计手册，确定带轮结构，并确定带轮轮

14、毂孔径和长度。3.1.2 V带传动的设计参数结果V带传动的设计参数表格（3-1）如下：表3-1 V带传动的设计参数表V带型号V带参数序号名称数值序号名称数值1小带轮基准直径dd160mm6小带轮包角1152.28°2大带轮基准直径dd2140mm7实际传动比i2.853带速v8.33m/s8V带根数z34V带基准长度Ld203.259带轮轮毂孔径d255中心距a214.9510带轮轮毂长度l402 齿轮传动的设计计算1.高速级齿轮的设计（1）选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用8级精度，大齿轮45号钢，正火处理，硬度230HBS；小齿轮45号钢，调质处理，硬度190HBS。初选=

15、15°，压力角=20°，取Z1=24，Z2=i高Z1=4.58×24=109.92，取Z2=111。（2）按齿面接触疲劳强度设计试选载荷系数KHt=1.3；由机械设计手册查取区域系数ZH=2.43，计算接触疲劳强度用重合度Z。*ancos)=螺旋角系数Z=计算接触疲劳许用应力为： 查书可知小齿轮与大齿轮的接触疲劳极限分别为，。 N1=60n1jLh=60×1014.3×1×(2×8×250×10)=2.4343×109 N2=N1/u=2.4343×109/4.58=5.312

16、5;108 查书可取接触疲劳寿命系数KHN1=0.88，KHN2=0.92，安全系数S=1。 取较小，试算小齿轮分度圆直径：调整小齿轮分度圆直径：圆周速度v=齿宽b=计算KH：可查得KA=1.25；KV=1.12；齿轮的圆周力Ft1=，KAFt1/b=1.25×826.946/31.441=32.887<100N/mm,查表得KH=1.4，KH=1.446则载荷系数为KH=KAKVKHKH=2.877d1=d1t=37.428mm, mn=d1cos/Z1=1.755（3） 按齿根弯曲疲劳强度设计 确定公式中的各参数值：试选载荷系数KFt=1.3b=arctan(tancost

17、)=arctan(tan15°cos20.647°)=14.076°计算：由,查表得YFa1=2.68，YFa2=2.16修正系数Ysa1=1.58，Ysa2=1.79，KFN1=0.88,KFN2=0.92,取弯曲疲劳安全系数S=1.4。 ,。取大值，所以把所以数值带入=0.826调整齿轮模数：d1=mntZ/cos=0.826×21/cos15°=17.958mmV=齿宽b=，齿高h=()mnt=(2×1+0.25)×0.826=1.8585mm宽高比b/h=17.958/1.8585=9.66计算实际载荷系数KF：根据

18、V=1.67m/s,8级精度，得KV=1.12，由Ft1=2T1/d1=2×10500/17.958=1.169×103N,KAFt1/b=81.37N/mm<100N/mm。查得KF=1.4，KH=1.443，结合b/h=9.66得KF=1.358。KF=KAKVKFKF=1.25×1.12×1.4×1.358=2.6。mn=mnt，所以mn=1.5,d1=37.426Z1=·，则Z2=i高Z1=4.58×24=109.92111取=111，与互质。（4） 几何尺寸计算中心距：，圆整为105mm，修正螺旋角=。计算小

19、齿轮，大齿轮的分度圆直径：mm，计算齿轮宽度：，取b2=38mm，b1=43mm2.低速级齿轮的设计（1）选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用8级精度，大齿轮45号钢，正火处理，硬度190HBS；小齿轮45号钢，调质处理，硬度230HBS。初选=15°，压力角=20°，取Z3=23，Z4=i低Z3=3.82×23=87.86，取=88。（2）按齿面接触疲劳强度设计试选载荷系数KHt=1.3；由手册查取区域系数ZH=2.43，计算接触疲劳强度用重合度Z。 螺旋角系数Z=计算接触疲劳许用应力为： 查书可知小齿轮与大齿轮的接触疲劳极限分别为, N3=60n3jLh=

20、60×221.5×1×(2×8×250×10)=5.256×108 N4=N3/u=5.256×108÷3.65=1.44×108 查书可取接触疲劳寿命系数KHN1=0.92，KHN2=0.95，安全系数S=1。 取较小，试算小齿轮分度圆直径：调整小齿轮分度圆直径：圆周速度v=齿宽b=计算KH：可查得KA=1.25；KV=1.01；齿轮的圆周力Ft3=，KAFt3/b=1.25×1806.166/51.601=43.753<100N/mm,查表得KH=1.4，KH=1.454则载

21、荷系数为KH=KAKVKHKH=1.25×1.01×1.4×1.454=2.537按实际载荷系数的分度圆直径为：d3=d3t=60.089mm, mn=d3cos/Z3=2.246（3）按齿根弯曲疲劳强度设计 确定公式中的各参数值：试选载荷系数KFt=1.3b=arctan(tancost)=arctan(tan15°×cos20.647°)=14.076°计算：由,查表得YFa1=2.63，YFa2=2.21修正系数Ysa3=1.58,Ysa4=1.78,KFN3=0.9,KFN4=0.94,取弯曲疲劳安全系数S=1.4。

22、 ,。取大值，所以把所以数值带入=1.248调整齿轮模数：d3=mntZ/cos=1.248×23/cos15°=29.716，V=,齿宽b=,齿高h=()mnt=(2×1+0.25)×1.248=2.808mm，宽高比b/h=29.716/2.808=10.58计算实际载荷系数KF：根据V=0.332m/s,8级精度，得KV=1.01，由Ft3=2T2/d3=2×4.45×104/29.329=3.035×103,KAFt3/b=129.332N/mm>100N/mm。查得KF=1.4，KH=1.447，结合b/h=

23、9.664得KF=1.39。KF=KAKVKFKF=2.457。mn=mnt，所以mn=2 ,d3=55.904Z3=，则Z4=i低Z1=3.82×27=103.68104（4）几何尺寸计算中心距：。修正螺旋角=。计算小齿轮，大齿轮的分度圆直径：mm，计算齿轮宽度：，取b4=56mm，b3=61mm表3-2 齿轮传动的设计计算数据表1序号名称高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮1材料454545452齿数198725923齿宽454070654分度圆直径38172562145齿顶圆直径42176642346齿根圆直径32167542257法面模数1.528端面模数1.62.19螺旋角

24、15.42114.07010齿顶高2211齿根高2.52.512全齿高4.54.513顶隙0.50.514中心距105135级别齿宽高速级241111.515.421=43mm,= 38mm低速级27104214.070=61mm,= 56mm6、 轴的强度校核6.1中间轴轴的计算6.1.1按弯扭合成强度条件校核(1)力学模型 (2)求齿轮上的力输出轴转矩： 圆周力： 轴向力：径向力：(3)计算支承反力：水平支承反力： 垂直支承反力：(4)画弯矩图，转矩图，计算弯矩转矩：计算弯矩图：转矩按脉动循环变化处理：（5）确定危险剖面，校核强度剖面的计算应力 剖面的计算应力 按8-3查。6.1.2按疲劳

25、强度安全系数校核轴强度 剖面疲劳安全系数校核 根据教材附表查取应力集中系数、绝对尺寸影响系数和表面质量系数根据： ，并取 ，取s=1.5-1.8,S>S,所以满足要求。剖面疲劳强度安全系数校核同上，满足要求。七、滚动轴承的选择和计算7.1轴承的选型 选择为63系列的深沟球轴承。周径为30mm，选取6306 轴承的相关数据为d=30mm D=72mm B=19mm7.2中间轴上的轴承寿命校核1.对于输出轴轴承6306，查询机械设计手册得到：基本额定动载荷：Cr27.0kN基本额定静载荷：C0r15.2kN合成支反力 查手册可知：基本额定静载荷Cor=15200N，基本额定动载荷Cr=270

26、00N轴的轴向力FA=Fa2-Fa1=587.9-198.9=389N查手册知：运用插值法得出e=0.2007 X1=0.56 Y1=1.67 X2=0.56 Y2=1.36求当量动载荷P：轻微冲击，所以fd=1.2 P1<P2 ,按轴承2进行验算， 深沟球轴承 使用寿命：h预期使用寿命：h因为，所以寿命符合要求，即选用6306轴承。八、键连接的选择和计算键的选择中间轴II轴键的选择： 高速级大齿轮与II轴配合处使用键，低速级小齿轮与II轴配合处使用键 材料:45号钢 A型键 d1=34mm d2=34mm 查手册b×h=10×8 L1=36 mm L2=63 mm中

27、间轴上键的强度校核 键的材料为45号钢，查手册得键的挤压应力=110Mpa 按挤压强度进行校核： II轴：TII=58200，b×h=10×8 L1=36mm， L2=63mm h1=L1-h=36-8=28mm,h2=L2-h=55mm d1=34mm, d2=34mm 符合要求 符合要求九、联轴器的选择初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45号钢,相应的热处理方式为调质处理,取A0=110输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴与联轴器吻合，故需同时选取联轴器的型号LT因为计算转矩小于联轴器公称转矩，所以查表，选取LT6型弹性套柱销联轴器其公称转矩为25

28、0Nmm，得到相应的联轴器的配合尺寸。10、 润滑和密封的选择1.减速器的润滑（1） 齿轮的润滑：除少数低速（v0.5m/s）小型减速器采用脂润滑外，绝大多数减速器的齿轮都采用油润滑。本设计高速级圆周速度v12m/s，采用浸油润滑。为避免浸油润滑的搅油功耗太大及保证轮赤啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，一般浸油深度以浸油齿高为适度，但不应小于10mm。浸油润滑的油池应保持一定的深度和贮油量。油池太浅易激起箱底沉查和油污。一般齿顶圆至油池底面的距离不应小于3050mm。为有利于散热，每传递1KW功率的需油量约为0.350.7L。齿轮减速器的润滑油黏度可按高速级齿轮的圆周速度V

29、选取：V2.5可选用中极压齿轮油N320。 （2）轴承的润滑当减速器中浸油齿轮的圆周速度v1.52m/s时，油飞溅不起来，应选用脂润滑。本轴承选用脂润滑。 2减速器的密封轴伸出处的密封：选用粘圈式密封，粘圈式密封简单，价廉，主要用于脂润滑以及密封处轴颈圆周速度较低的油润滑。箱盖与箱座接合面的密封：在箱盖与箱座结合面上涂密封胶密封最为普遍，效果最好。其他部位的密封：检查孔盖板、排油螺塞、油标与箱体的接合面均需加纸封油垫或皮封油圈。8.箱体及其附件的结构的设8.1减速器箱体的结构设计箱体采用剖分式结构，剖分面通过轴心。下面对箱体进行具体设计：表8-1箱体结构数据表名称符号计算公式/mm结果/mm箱

30、座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径16地脚螺钉数目查手册4轴承旁联接螺栓直径12机盖与机座联接螺栓直径10连接螺栓的间距150200轴承端盖螺钉直径无视孔盖螺钉直径8定位销直径d6、至外机壁距离查机械课程设计指导书26,18,16、至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书24,14轴承旁凸台半径16凸台高度h查机械课程设计指导书由结构定外机壁至轴承座端面距离50大齿轮顶圆与内机壁距离>1.210齿轮端面与内机壁距离>10机盖，机座肋厚m1、m8轴承端盖外径62,72,90注：1、多级传动，a取低速级中心距。8.2减速器附件的结构设计（1） 检

31、查孔和视孔盖 A=100mm,A1=140mm,A2=120mm,螺栓直径d=8mm（2）放油螺塞 d=M16×1.5,D0=26mm,L=23mm,l=12mm,a=3mm D=19,6mm,s=17mm,D1=16mm,d1=17mm（3）油标 杆式油标M12,d1=4mm,d2=12mm,d3=6mm h=28mm,a=10mm,b=6mm,c=4mm,D=20mm,D1=16mm（4）通气器 M16×1.5,D=22mm,D1=19.6mm,s=17mm L=23mm,l=12mm,a=2mm,d1=5mm（5）起吊装置 吊耳环:d=b,b=16,R=20,e=16（6）起盖螺钉 内六角圆柱头螺钉M10（7）定位销 圆锥销A型十一、设计总结 这学期cad/cam二级圆柱斜齿轮减速器设计实习，从零件的基本尺寸的设计计算。我们熟悉了机械设计的基本步骤，机械设计要考虑许多工程设计问题。零件的设计要考虑零件的基本强度、刚度要求。轴承的设计计算要计算轴承的寿命。除此之外，齿轮减速箱的设计要考虑