北航机械设计课程设计说明书2015

1、机械设计课程设计计算说明书设计题目 电梯机械部分相关系统的原理及结构设计 自动化科学与电气工程 学院（系） 120324 班设计者 * 指导老师 裴旭 2015年5月11日（北京航空航天大学）前言设计背景：机械设计课程设计是各大高校工科学生的必修课，也是培养学生机械设计能力的基础课程，其重要性和意义是十分显然的。减速器是用于原动机和工作机之间的独立传动装置，作用是降低转速和增大转矩来满足工作需要。在现实生活中，齿轮减速器广泛应用于各行各业中，是最常见最实用的机械传动装置之一。目前，国内各类通用减速器的标准系列已达数百个，基本可满足各行业对通用减速器的需求。本设计采用的是闭式一级圆柱齿轮减速器，

2、以此来完成带式运输机的转动任务。说明书的内容包括了：传动方案的分析以及拟定；电动机的选择；传动装置的运动和动力参数的计算；轴的设计计算；轴承和键的计算选择；润滑密封及联轴器的计算与选择；箱体结构的设计计算。每部分均进行安全校核计算以确保减速器能够正常平稳工作设计目的：（1）以机械系统运动方案设计与拟定为结合点，把机械设计课程中分散于各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理和知识； （2）通过拟定减速器的方案，使我们初步具有机构和零件配合的组合能力； （3）进一步提高我们运算、绘图、整理和查阅技术资料的能力； （4）通过编写说明书，培养我们的表达、归纳、总结和独立思考与分析的能

3、力。 目 录一、 机械设计课程设计任务书··········································4二、 传动方案的拟定···

4、;···············································5三、 电动机的选择、传动系统的运

5、动和动力参数··························51. 电动机的选择2. 传动比分配3. 各级传动的动力参数计算4. 将运动和动力参数计算结果整理并列表四、 传动零件的设计、计算············&

6、#183;·······························71. 传动齿轮（开式、直齿）设计2. 减速器齿轮（闭式、斜齿）设计五、 轴的设计与校核···········

7、;·······································121. I轴的初步设计2. I轴的强度校核3. II轴的初步设计4. II轴的强度校核六、 键联接的选择与校核·

8、83;············································181. I轴外伸端处键联接2. II轴外伸端处键联接3. I轴与

9、小齿轮配合处键联接4. II轴与大齿轮配合处键联接七、 滚动轴承的选择与校核···········································

10、3;181. I轴滚动轴承的校核2. II轴滚动轴承的校核八、 联轴器的选择···········································

11、3;········20九、 润滑和密封形式的选择，润滑油牌号的选择··························21十、 其他技术说明··········

12、;··········································211. 箱体结构相关尺寸2. 减速器技术要求十一、 参考文献··

13、3;·················································22-

14、4 -一、 机械设计课程设计任务书1、任务三 电梯机械部分相关系统的原理及结构设计传动装置简图如右图所示。原始技术数据：额定载质量 m=1100(kg)电梯额定速度 V=1.2 (m/s)拽引卷筒直径 D=160 (mm) (附：牵引绳绕过拽引卷筒的损失用效率计，取效率=0.96）。工作条件：12小时/天；连续单向运转，载荷平稳；允许速度误差为5%。使用期限及检修期间隔：工作期限为十年，每年工作；允许三年大修一次。生产批量及生产条件：只生产几台，无铸钢设备。2、设计任务拽引系统的传动方案设计；齿轮式拽引机的设计；按比例绘制拽引系统的原理方案简图；完成传动部分的结构装配图1张（用A0或A1图纸）

15、，零件图2张；3、具体作业减速器装配图1张；零件工作图2张（大齿轮、输出轴）；说明书1份。二、 传动方案的拟定根据设计任务确定传动方案为：闭式一级斜齿轮传动。该方案的设计分成减速器（传动部分）和工作机（执行部分）两部分，如下图所示：1电动机2联轴器3减速器(斜齿)4开式齿轮传动5拽引卷筒0、I、II、III轴减速器说明：该减速器采用一级圆柱齿轮减速器，不仅拥有较高的效率，而且有较高的稳定性以及可靠性，同时结构紧凑，经济性好。此外，由于闭式减速器采用水平剖分、封闭结构，有利于在粉尘较大的环境下工作。减速箱中闭式齿轮采用斜齿轮，这是由于斜齿轮相对于直齿轮啮合性能好，重合度大，机构紧凑，而设计制造成

16、本基本与直齿轮相同。三、 电动机的选择、传动系统的运动和动力参数计算项目计算内容计算结果1. 电动机的选择工作机所需功率传动效率分别表示联轴器、滚动轴承、闭式圆柱斜齿轮、开式齿轮传动效率、传动滚筒的效率。实际需要功率工作机转速电动机转速由于齿轮传动的传动比，减速器，所以电动机的转速范围1289.162291.84r/min。综合考虑选用1500r/min较为合适。由文献2表6-164，电动机型号可选为Y180M-4型，其额定功率为18.5kW，满载转速1470r/min。Y180M-4型额定功率18.5kW满载转速1470r/min2传动比分配总传动比开式齿轮传动比减速器传动比由取则3各级传动

17、的动力参数计算各轴转速分别为原动机转速，小齿轮轴转速，大齿轮轴转速，卷筒轴转速）各轴输入功率 各轴输入转矩 4将运动和动力参数计算结果进行整理并列表轴名功率P/kW转矩T/kN·mm转速n/rmin-1传动比i效率输入输出输入输出0电机轴15.0697.8147010.99I轴14.91 14.7696.8695.8914703.420.96II轴14.3214.18318.14314.96429.830.95III卷筒轴13.6113.47907.21898.14143.3四、 传动零件的设计、计算1开式直齿轮传动的设计（1）材料选择及确定设计方案材料选择由于开式齿轮的磨损比较快，

18、因此大小齿轮选用硬齿面。小、大齿轮均采用40Cr，表面淬火。硬度4855HRC弯曲疲劳极限由文献1表11-1，对相应疲劳强度取均值：安全系数SH、SF考虑电梯实际情况，选取较高可靠度。由文献1表11-5取SH=1.25，SF=1.6SH=1.25，SF=1.6许用应力 齿数 齿形系数取 ,查图11-8、11-9取 由于 ，应对小齿轮进行弯曲强度计算。（2）按弯曲疲劳强度初步计算载荷系数K齿宽系数 小齿轮转矩 模数m中心距a分度圆直径 尺宽 由文献1表11-3取K=1.0由文献1表11-6，取 选用8级精度 按第II系列，考虑10%余量，取m=5.5已取， 中心距圆整后，取 得到 所以 则K=1

19、.0m=5.5（3）校验齿轮精度齿轮圆周速度所以取8级制造精度满足要求（4）齿轮其他传动参数齿顶高ha齿根高hf全齿高h顶隙cha=mn=5.5mmhf=1.25mn=6.875mmh= ha+ hf=12.375mmc= hf-ha=1.325mmha= 5.5mmhf=6.875mmh=12.375mmc=1.325mm齿顶圆直径da1 da2da1=d1+2ha=111mmda2=d2+2ha=311mmda1=111mmda2= 311mm齿根圆直径df1 df2df1=d12hf=86.25mmdf2=d22hf=286.25mmdf1=86.25mmdf2=286.25mm齿轮结构

20、小齿轮为实心式大齿轮为腹板式（5）开式齿轮的传动参数尺寸列表中心距a/mm模数mn/mm2005.5齿数齿宽/mm分度圆直径/mmz1z2b1b2d1d218543025100300齿高/mm齿顶圆/mm齿根圆/mmhahfda1da2df1df25.56.87511131186.25286.252减速器齿轮（闭式、斜齿）设计（1）选择材料及确定许用应力材料选择由于对传动要求不高，大小齿轮选用软齿面小齿面选用45号钢调质，硬度197286HBS大齿面选用45号钢正火，硬度156217HBS弯曲疲劳极限由1表11-1，对相应疲劳强度取均值：安全系数SH、SF由1表11-5取SH=1.25，SF=

21、1.6SH=1.25，SF=1.6许用应力（2）按齿面接触疲劳强度初步计算精度选择载荷系数K先选取8级精度由文献1表11-3取K=1.0K=1.0齿宽系数由文献1表11-6，取小齿轮转矩大小齿轮齿数z1，z2取小齿轮齿数z1=36，则大齿轮齿数z1=36z2=124实际传动比i初定螺旋角区域系数螺旋角系 分度圆直径初定由文献1表11-4 MPa=0.983模数取mn=2.5mmmn=2.5mm确定中心距取整数值确定螺旋角分度圆直径，齿宽b1，b2取b2=76mm（3）校验齿轮弯曲强度当量齿数zv1，zv2齿型系数YFa1，YFa2YSa1，YSa2查图11-8、11-9取YFa1=2.38，Y

22、Fa2=2.19YSa1=1.68，YSa2=1.85YFa1=2.38YFa2=2.19YSa1=1.68YSa2=1.85验算大、小齿轮的弯曲强度 因此设计时所取参数都是合适的。设计强度符合要求齿轮圆周速度所以取8级制造精度满足要求（4）齿轮其他传动的参数端面压力角齿顶高ha齿根高hf全齿高h顶隙cha=mn=2.5mmhf=1.25mn=3.125mmh= ha+ hf=5.625mmc= hf-ha=0.625mmha= 2.5mmhf=3.125mmh= 5.625mmc= 0.625mm齿顶圆直径dada1=d1+2ha=99.5mmda2=d2+2ha=330.495mmda1=

23、99.5mmda2=330.495mm齿根圆直径df1df1=d12hf=88.25mmdf2=d22hf=319.245mmdf1=88.25mmdf2=319.245mm齿轮结构小齿轮为实心式大齿轮为腹板式计算项目计算内容计算结果（5）齿轮传动参数列表中心距a/mm模数mn/mm螺旋角端面压力角t2102.517°4510”20°齿数齿宽/mm分度圆直径/mmz1z2b1b2d1d236124807694.500325.495齿高/mm齿顶圆/mm齿根圆/mmhahfda1da2df1df22.53.12599.5330.49588.25319.245五、 轴的设计与校

24、核1I轴的初步设计材料选取选用45号钢，调质处理45号钢调质初估最小直径考虑到该轴段上有键槽，需在dmin基础上取1.05倍，因此 。联轴器的选择2p145表6-99选J型LT5。具体参数：许用转速 ， 选J型LT5初选轴承选用6208，d=40mm选用62082I轴的强度校核小齿轮受力周向力径向力轴向力I轴简图简化为简支梁垂直面支撑反力垂直面弯矩图水平面支撑反力水平面弯矩图合成弯矩计算轴受扭矩图当量弯矩图垂直面支撑反力垂直面弯矩计算水平面支撑反力水平面弯矩计算合成弯矩计算轴I收到联轴器给的扭矩危险截面当量弯矩取=0.6 对截面a,b分别校核a截面校核由文献1表14-3，45钢的，则 考虑键槽

25、影响d=d1.05=27.13mm，设计时取46mm，合适。危险截面的校核b截面校核同上过程得 设计时取40，合适。I轴结构合理3II轴的初步选择材料选取初估最小直径初选轴承选用45号钢，调质处理考虑到该轴段上有键槽，需在dmin基础上取1.05倍，因此 。取最小处d=40mm选用6311，d=55mm。45号钢调质4II轴的强度校核大齿轮受力联接开式齿轮轴段受力联接大齿轮处：计算方法同上一个轴一致。切向力径向力轴向力联接开式齿轮处：切向力径向力II轴简图简化为简支梁垂直面支撑反力垂直面弯矩图水平面支撑反力水平面弯矩图合成弯矩计算传递扭矩图当量弯矩图垂直面支撑反力垂直面弯矩计算水平面支撑反力水

26、平面弯矩计算合成弯矩计算危险截面当量弯矩取=0.6危险截面的校核由文献1表14-3，45钢的，则 键槽影响1.0545.96=48.26mm,设计时取55合适。II轴结构合理六、 键联接的选择与校核材料选择许用挤压应力选用45钢，取45钢1I轴外伸端处键联接键的选择选用圆头普通平键（键8×33 GB/T1095-2003）其中b=8mm，h=7mm，L=33mm，t1=4.0mm，t2=3.3mm键8×33键的校核键选取合适2I轴与小齿轮配合处键联接键的选择选用圆头普通平键（键14×64GB/T1095-2003）其中b=14mm，h=9mm，L=64mm，t1=

27、5.5mm，t2=3.8mm键14×64键的校核键选取合适3II轴外伸端处键联接键的选择选用单圆头普通平键（键C12×28 GB/T1095-2003）双键连接其中b=12mm，h=8mm，L=28mm，t1=5.0mm，t2=3.3mm双键C12×28键的校核键选取合适4II轴与大齿轮配合处键联接键的选择选用圆头普通平键（键18×50 GB/T1095-2003）其中b=18mm，h=11mm，L=50mm，t1=7.0mm，t2=4.4mm键18×50键的校核键选取合适七、 滚动轴承的选择与校核1I轴轴承（6208）校核轴承受力图Fr2径向

28、载荷Fr轴承受的轴向载荷由2表6-63,6208轴承的Cr=29.5KN，对载荷较大的轴承2进行校核当量动载荷P由查表取e=0.26，由文献1表16-11，所以校验查表取X=0.56,Y=1.71。温度系数ft载荷系数fP由1表16-9，取ft=1，fP=1ft=1fP=1轴承寿命 由于，所以以轴承2的径向当量动载荷为计算依据， 年满足工作时间要求.年2II轴轴承（6207）校核轴承受力图径向载荷Fr轴承受的轴向载荷由2表6-63,6311轴承的Cr=71.5KN，对载荷较大的轴承1进行校核当量动载荷由于 ，取X=1，Y=0。温度系数ft载荷系数fP由1表16-9，取ft=1，fP=1ft=1fP=1.1额定动载荷CCr=71.5KNCr=71.5KN轴承寿命 以轴承1的径向当量动载荷为计算依据，满足工作时间要求。年八、 联轴器的选择联轴器的选择I轴外伸端需使用联轴器选用弹性套柱销联轴器LT5型(GB/T4323-2002)弹性套柱销联轴器LT5型弹性套柱销联轴器LT5型的参数公称转矩Tn（N·m）许用转速n (r/min)轴孔直径d（mm）125460025轴孔长度外径D(mm)轴孔类型键槽类型LL16244106JA九、 润滑和密封形式的选择，润滑油及润滑脂牌号的选择润滑方式大齿轮线速度故齿轮选用油池润滑，需油量2L左右，最高最低油面相距10mm左右轴承采用油润