北航机械设计课程设计说明书

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

2、柱齿轮减速器，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

3、、归纳、总结和独立思考与分析的能力。- 4 - / 22目录一、机械设计课程设计任务书4二、传动方案的拟定5三、电动机的选择、传动系统的运动和动力参数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181. I 轴外伸端处键联接2. II 轴外伸端处键联接3. I 轴与小齿轮配合处键联接4. II 轴与大齿轮配合处

4、键联接七、滚动轴承的选择与校核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211. 箱体结构相关尺寸2. 减速器技术要求H一、参考文献22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

5、间隔：工作期限为十年，每年工作；允许三年大修一次。(4).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)，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。LJn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 一开式齿轮传动5拽引卷筒0、I、II、III一轴减速器说明：该减速器采

6、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P 2p21PWPv 310001100 1.2 9.812.94kWFW 12.94kW1000传动效率3123452p21a1, 2, 3, 4,1 0.992 0.993 0.974 0.965 0.96

7、5分别表示联轴器、滚动轴承、a 0.859闭式圆柱斜齿轮、开式齿轮传动效率、传动滚筒的效率。-18 - / 22实际需要功率Pd工作机转速1p211 nw电动机转速Pd PW02859 15.06kW60 1000vnw D 60 1000 1.2160143.24r/ min由于齿轮传动的传动比i 3 4 ,减速器ia 916 ,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 。2 .传动比分配in m 14701026总

8、传动比iai a10.26nw143.24开式齿轮传动比L由 iai1 i2M取i13减速器传动比i2则 i23.423.各级传动的动力参数计算各轴转速n0,ni, nH ,nm 分别为原动机转nI速，小齿轮轴转n速，大齿轮轴转n ii速，卷筒轴转速）nIIIn0nm 1470r / minn014701470 r / mini0 I1nI1470429.8 r / mini23.42nII429.8143.27r/mini13各轴输入功率Pi , Pii , PiiiPiPd115.060.99 14.91kWPiP 23 14.910.99 0.97 14.32kWPd 15.06kWnw

9、 143.24r / minY180M -4 型额定功率18.5kW满载转速1470r/minia 10.26 ai 31i2 3.42nI 1470r / minnII 429.8r/minnIII143.27 r / minPI 14.91kWPII14.32kWPPI 2 4 14.32 0.99 0.96 13.61kWPII13.61kW各轴输入转矩丁cPdc 15.06T09550 9550 97.8 N mT0 97.8N mnm147041p168TP14.91Ti9550 9550 96.86N mTi96.86N mni1470P1c14.32TII 95509550 31

10、8.14N mTII318.14N mnii429.8P川13.61TIII 95501119550907.21 N mt907 21 N mnIII143.274.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/r min-1传动比i效率输入输出输入输出0电机轴X15.0697.8147010.99I轴14.9114.7696.8695.8914703.420.96II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

11、)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，因此大小齿轮选 用硬齿卸。小、大齿轮均米用40Cr,表向淬火。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：H1 H2 118MPa安全系数H1 H2 1180MPafe1fe2 720MPa考虑电梯实际情况，选取较局可罪度。FE1 FE2 72(MPaSh=1.25, Sf=1.6Sh、Sf许用应力F 1F 2齿数Z1, Z2CM1表 11-5 取 Sh=1.25, Sf=1.6 0.7 720F1F2MPa 315MPa1.6取 Z1 18,Z2 54，查图 11-8、11-9 取F1 F2 350MPa乙

12、 18,Z2 54齿形系数YFa1YFa2YSa1Ysa2YFal3.03/2 2.37Kai1.54兄2 1.68YF 3.03 1.54 0.0148 fi315YFa2 YSa22.37 1.68Fa2 Sa2 0.0126F2315由于 YFa1 YSa1YFa2 YSa2F1F2应对小齿轮进行弯曲强度计算。YFa13.03YSa1 1.54YSa21.68(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T1模数m中心距a分度圆直径di,d2尺宽bi,b2由文献1表11-3取K=1.0由义献1表11-6,取0.25选用8级精度T1 3.1496 105 N m12kl YFa1

13、 YSa1 ，c” m 3(2- -FaSa14.865mm dZ1F1按第II系列，考虑10%余量，取m=5.5已取乙 18,Z2 54,d1 mZ1 99mm,d2 297mm, a 198mm中心距圆整后，取a 200mmd1 100mm,d2 300mm,得到12b d d1 25mm,所以d 0.25则 b2 25mm,b1 30mmK=1.00.255 T1 3.1496 10 N mm=5.5a 200mmd1 100mmd2 300mmb2 25mmb1 30mm(3)校验齿轮精度齿轮圆周速度dm65.122 400，v1.364m/s60 100060 1000所以取8级制造

14、精度满足要求v 1.364m/s(4)齿轮其他传动参数齿顶局ha 齿根高hf 全齿高h 顶隙c 齿顶圆直径dal da2齿根圆直径dfi df2齿轮结构ha=mn=5.5mmhf=1.25mn=6.875mmh= ha+ hf=12.375mmc= hf-ha=1.325mmda1=d1+2ha=111mmda2=d2+2ha=311mmdf1 =d 1 2hf=86.25mmdf2=d2 2hf=286.25mm小齿轮为实心式大齿轮为腹板式ha= 5.5mm hf=6.875mmh=12.375mm c=1.325mm da1=111mm da2= 311mm df1=86.25mm df2

15、=286.25mm(5)开式齿轮的传动参数尺寸列表中心距a/mm模数mn/mm2005.5齿数齿览/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弯曲疲劳极限安全系数Sh、Sf许用应力 H1 H 2 F1 F 2由于对传动要求小局，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由1表11-1,对相应疲劳强度取均值：H 1

16、ml 585MPa, FE1 445MPaHlim2 375MPa, FE2 310MPa由1 表 11-5 取 Sh=1.25 , SF=1.6riH lim1585 /ccn”H1468MpaSh1.25FE1 445fi -E1 278.125MpaSf1.6r1Hlim2375nH2300MpaSh1.25F2FE2310 193.75MpaSf1.6he 585MPa fei 445MPa川松 375MPa fe2 310MPaSh=1.25, Sf=1.6H1 468Mpa F1 278.12MpaH2 300MpaF2 193.7Mpa(2)按齿面接触疲劳强度初步计算精度选择载荷

17、系数K齿宽系数先选取8级精度由义献1表11-3取K=1.0由义献1表11-6,取d0.8小齿轮转矩T1T6 P9.55 106 6 14.769.55 106 n114709.59 104N mm大小齿轮齿数取小齿轮齿数Z1=36 ,Z1, Z2则大齿轮齿数z2乙 i 123.12 124实际传动比iiZ2 124 3 44乙 36初定螺旋角初定15区域系数ZhH- H由义献1表11-4ZE 189.8 MPa螺旋角系ZZ7 COSFcos174850 0.983分度圆直径d1，KT u 1N u2ZhZH2d1”点.0 9.59 104 3.42 12189.8 0.9830.83.4230

18、090.8nm模数 1P173d1cos mn乙90.8cos15o -2.4mm36取 mn=2.5mm确定中心距amn(4 Z2) a2cos2 (36 124)207.06mm2cos15取整数值a 210mm确定螺旋角On- arccos2aZ2)2(124 36)1 17 45,102 210分度圆直径d1d2mnZ12.53694.500mm325.495mmd1, d2cos cos17 4510mnZ22 124cos cos17 4510齿宽b1, b2bd d1 0.8 94.50075.6mmK=1.0d 0.8T1 9.59 104 N mmzi=36Z2=124i 3

19、.4415ZE 189.8Z =0.983d 90.8nmmn=2.5mma 210mm17 4510d1 94.500mmd2325.495 mmb1 80mm取 b2=76mmb1 b2 (5 10) 80 mmb2 76mm(3)校验齿轮弯曲强度当量齿数Zvi , Zv2齿型系数Y Fai , Y Fa2Y Sai, Y Sa2验算大、小齿 轮的弯曲强度齿轮圆周速度ZviZ1341.67cosZ2Zv23143.54cos查图11-8、11-9取YFa1=2.38, YFa2=2.19Ysa1=1.68, Ysa2=1.852 1.0 9.59 1 04 1.68 2.38-f 12 3

20、6.41 MPa95 2.5360.7fi194.69 MPaF2F1上a2-YSa2 36.89MPav v YFa1 YSa10.7 F2 135.63MPa因此设计时所取参数都是合适的。din94.500 400 一 ,v 7.27m/s60 100060 1000所以取8级制造精度满足要求zv141.67Zv2 143.54YFai=2.38YFa2=2.19Ysai=1.68Ysa2=1.85设计强度符合要 求v 7.27m/s(4)齿轮其他传动的参数端面压力角t齿顶高ha 齿根高hf 全齿高h 顶隙c齿顶圆直径da齿根圆直径dfi齿轮结构t 20ha=mn=2.5mmhf=1.25

21、mn=3.125mmh= ha+ hf=5.625mmc= hf-ha=0.625mmdai=di+2ha=99.5mmda2=d2+2ha=330.495mm dfi =d 1 2hf=88.25mm df2=d22hf=319.245mm小齿轮为实心式 大齿轮为腹板式t 20ha= 2.5mm hf=3.125mm h= 5.625mm c= 0.625mmdai=99.5mmda2=330.495mm dfi=88.25mm df2=319.245mm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3端面压力角t2102.517 45 10”20齿数齿览/

22、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、轴的设计与校核1. I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d1 1P245联轴器的选择2p145 表 6-993万t14.76110 J- 23.73mm11470考虑到该轴段上有键槽，需在dmin基础上取1.05 倍，因此 d124.42mm。选J型LT5。具体参数：许用转速 4600r min 1 ,d2 25mm, D 106mm, L 44

23、mmdI 24.42 mm选J型LT5初选轴承选用 6208, d=40mm选用62082. I轴的强度校核小齿轮受力周向力 Ft 型 2 95.89 32029.40Nd194.500 10 3正向十Ft tan n 2029.40 tan20o径同力 Fr n ,775.57Ncoscos174510轴向力 FaFt tan 649.62NFt 2029.40 NFr 775.57NFa 649.62N aI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间支撑反 力d1Fr b Fa F1V2L94.5775.57 70 64

24、9.62 2133177.4NF2VFr F1V 775.57 177.4 589.2N垂直面弯矩计 管MavF2V b 589.2 0.07 41.87N m1M aV Ev l 177.4 63 11.2 N m水平回支撑反lFt l 2029.4 63 八力F2H - 961.29Nl b133水平面平矩计F1HFt F2H 1068.11NM aHF1H l 1068.11 0.07 74.77 N m算合成弯矩计算 .1. . 2.2轴I收到联轴 器给的扭矩Ma y MaHM aVJ74.772 41.872 85.69N mMa Jm；hM,；vJ74.772 11.22 75.6

25、0N mT1 96.86N mJ,0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Mea ,.M2 ( T)2X 85.69 (0.6 96.86f 103.54N m由文献1表14-3, 45钢的1b 60MPa,则d 3 Mea0.11b-103.54 10003 0.1 6025.84mm考虑键槽影响d=d 1.05=27.13mm ,设计时取46mm,合适。F1V 177.4 NF2V 589.2NM aV 41.87N m1MaV 11.2N mavF2H 961.29NF1H 1068.11NMaH 74.77N mMa 85.69N mM a 75.60 N m

26、aT1 96.86N mT1 0M3 103.54N m ead 25.84mm危险截面的校 核b截回校核 同上过程得Meb 58.12N md 21.32mmI轴结构合理Meb Jm： ( T)2 58.12N md 31Meb21.32mm丫0.1 ib设计日取40,合适。3. II轴的初步选择材料选取初估最小直径1p245 dii初选轴承选用45号钢，调质处理3 1dII Ac,114.18110 J 35.28mmY 429.8考虑到该轴段上有键槽，需在dmin基础上取1.05 倍，因此 dII 37mm。取最小处d=40mm选用 6311, d=55mm。45号钢调质dI 37mm4

27、. II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 Ft1 2029.40N径向力 Fr1 775.57N轴向力 Fa1 649.62N联接开式齿轮处：切向力 Ft2 6299.2N径向力 Fr2 2992.7NFt1 2029.40NFr1 775.57NFa1 649.62NFt2 6299.2NF2 2992.7N-19- / 22II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-27 - / 22垂直面支撑反Lld2LF1 y Fa1 - Fr 2 xF2v 2y z325.94

28、 775.57 70 649.62 2992.7 792 140544.75NFiv Fr1F2v Fr24313.02NMaVFr2 x 236.40N mMaV1 MaV (Fr2 F1V) 70 150.00N mMaV2 F2V 70 38.13N mFt2 79 Ft1 70F2H2t1 2359.87N140F1H Ft2 F2H Ft1 6629.67NMaHFt2 79 497.6N mMaH1F2H 70 165.2 N mMa MaV2 M 2H 550.90N m力垂直面弯矩计算水平回支撑反 力水平面平矩计 算合成弯矩计算Ma1,MaV12 M；H1223.14N m危险

29、截面当量 弯矩危险截面的校 核Ma2,MaV22 M：H1 169.54N md2T Ft1 314.96N m 2取 a =0.6M e Jm ；( T)2J550.90 2(0.6314.96) 2582.41 N m由义献1表14-3, 45钢的1b 60MPa,则,I Me 1p247 : 582.41 1000，痕以 d 3 3 45.96mm0.1 1b00.1 60键槽影响d 1.05 45.96=48.26mm,设计时取 55合适。F1v 4313.02 NF2v 544.75NM aV 236.40N mMaV1 150.00N mMaV2 38.13N mF2H 2359.

30、87NF1H 6629.67NM aH 497.6 N mM aH1 165.2 N mMa 550.90N mMa1 223.14N mMa2 169.54N mMe 582.41N mII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J 120MPa p45钢p 120MPa p p J1 . I轴外伸端处键联接键的选择键的校核选用圆头普通平键(键8X33 GB/T10952003)其中 b=8mm , h=7mm , L=33mm , t二4.0mm , t2=3.3mm4Tl 1p158LL JH88.56MPa pp d hlp键 8X33键选取合适2. I轴与

31、小齿轮配合处键联接键的选择键的校核选用圆头普通平键(键14X64GB/T1095-2003)其中b=14mm , h=9mm,L=64mm ,t1=5.5mm, t2=3.8mmp包 18.72MPappd1hlp键 14X64键选取合适3. II轴外伸端处键联接键的选择键的校核选用单圆头普通平键(键 C12X 28GB/T1095 -2003)双键连接其中 b=12mm , h=8mm , L=28mm , t二5.0mm, t2=3.3mm4Tu pd2hl 1.5112.84MPa D p p双键C12X 28键选取合适4. II轴与大齿轮配合处键联接键的选择键的校核选用圆头普通平键(键

32、 18X 50 GB/T10952003) 其中 b=18mm, h=11mm, L=50mm , t二7.0mm, t2=4.4mm4Thpd2hl56.14MPa p键 18X50键选取合适七、滚动轴承的选择与校核1. I轴轴承（6208）校核轴承受力图径向载荷Fr轴承受的轴向载 荷对载荷较大的轴 承2进行校核 当量动载荷P温度系数ft 载荷系数fp轴承寿命LhFri 版 F1HJ177.42 1068.112 1074.54NFr2 JF2V F2H F2FJ589.S 961.292 1127.49NFa2 Fa 649.62NFa1 0N a 1由2表 6-63,6208轴承的 Cr

33、=29.5KN , C0r18.0kN由 Fa2_649.6230.036 查表取 e=0.26C0r 18 103J 649 62Fa20.576 e 0.26,1 表 16-11,Fr2 1127.49所以校验查表取 X=0.56,Y=1.71。P2 XFr2 YFa2 1 2098 1742.24 N 21 2a 2由1表 16-9,取 ft=1, fP=1由于心 P ,所以以轴承2的径向当量动载荷为 计算依据，1 ftC 1p279h 60n (fpP) p10629.5 103 360 1470( 1742.24)6.28年满足工作时间要求.Fr1 1970.8NFr2 3294.3

34、NFa2 782.3NFa1 0NP2 2098Nft=1fP=1Lh 6.28 年2. II轴轴承(6207)校核轴承受力图径向载荷Fr轴承受的轴向载 荷对载荷较大的 轴承1进行校 核当量动载荷Pi温度系数ft 载荷系数fp 额定动载荷C轴承寿命LhFri，FiV FiH 7909NI 尼FT 2421NFa2 ONFa1Fa 649.62Na ia由2表 6-63,6311 轴承的 Cr=71.5KN , COr 44.8由于Fa = Fr ,取 X=1 , Y=0。P1 Fr1 7909N由1表 16-9,取 ft=1, fp=1Cr=71.5KN以轴承1的径向当量动载荷为计算依据，院普喻)6310,71.5 10、3()60 429.879093.54满足工作时间要求。Fr1 1521NF2 1144NFa1 729NFa2 0NP 1671.29 Nft=1 fp=1.1Cr=71.5KNLh 3.54 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