机械设计基础课程设计计算说明书

1、机械设计基础课程设计计算说明书设计课题：二级圆柱齿轮减速器成都理工大学工程技术学院自动化系 机械工程及自动化 专业2009级机电1班设计者：孙皓指导老师：董仲良谢欣然2011年11月29日目录设计任务书1. 传动装置总图2. 设计要求3. 已知条件1、 原动机的选择2、 分配传动比3、 传动装置的运动和动力参数计算4、 传动零件的设计计算5、 轴的结构设计及强度计算6、 轴承寿命校核计算7、 平键的强度校核8、 减速器箱体的设计九、减速器润滑方式、密封形式十、结尾语参考资料设计任务书1.传动装置总图嬴 M2 .设计要求：1) 选择电动机类型和规格；2) 设计减速器和展开式齿轮传动；3) 选择联

2、轴类型和型号；4) 绘制减速器装配图和零件图；5) 编写设计说明书。3 .已知条件设计一卷扬机的减速器，卷扬机起吊的重物为W=15KNfe吊为匀速提升，起提升速 为V=s；卷筒直径C 400mm设卷筒效率 不总=。.所设计的减速器应为二级减速器(电动机与减速器输入轴选用弹性联轴器直联)一、电动机的选择：1) 输送机主轴效率功率：P/=Fv=Wv=15000=9750W2) 输送机主轴转速：nw=60X 1000X V/兀D=60X 1000X/400X 兀=/ min3) 电动机输出功率：由于减速器的总效率为T息=P0=Pw/ 刀=9750/=选择电动机白额定功率Pm= (1)P0查表选取Pm

3、=13kw4)电动机的转速：齿轮传动比i 2=840。则总传动比为i总=840故电动机转速的可 选范围nm=i 总 x nw=(840 ) x / min=(1242 ) r/min5)电动机类型的选择按已知的工作要求和条件，选用 YZR型绕线转子三相异步电动机。符合这一范围的异步转速有 963 r /min,再根据计算出的容量，由参考文献【1】 查得YZR180L-6符合条件二、分配传动比：1 .估算传动装置的总传动比：i 总"nMn w=963/=312 .根据公式：i1 i2 L i n i总试分配传动比：-第一级齿轮传动i 1=第二级齿轮传动：i 2=三、传动装置的运动和动力

4、参数计算：1 .电动机轴的计算n0=nm=963r/minP（= Pd =13kwTo = 9550 X Po/ no= 9550X 13/9632 . I轴的计算（减速器高速轴）ni=no=963r/minPi=P0X n i二 13x丁1 = 丁0=轴的计算（减速器中间轴）n2=n1/i 1=963/=146r/minP2=P1 X 4 2=x XT2= 9550X P2/n2= 9550X/146=轴的计算（减速器低速轴）n3=n2 /i 2=146/= 31r/minP3= R X 4 3=X XT3= 9550X R/n3= 9550X/315. IV轴的计算(滚筒轴)m=n3=31

5、r/minP4= R X 4 4=x X =T4= 9550X P4/n4= 9550X/31设计结果如下轴号参数电动机（0）轴I轴（高速轴）II轴（中问轴）田轴（低速轴）IV轴（滚筒轴）转速 n(r/min )9639631463131功率P(kw)13转矩T （）12936533583四、传动零件的设计计算：（一）.高速级圆柱齿轮传动的设计计算1. 选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用40 Cr表面淬火，硬度为50HRC大齿轮选用40Cr表面淬火，硬度为52HRC因为是普通减速器 故选用8级精度.2. 按齿面弯曲强度设计由【 2】表11-3 查得载荷系数K=选择齿轮齿数小齿轮的齿数取22,则大

6、齿轮齿数Z2=ii - Zi=22X =,圆整得乙二145,齿面为非对称硬齿面，由【2】表11-6选取Wd=由【 2】表12-1 查得(th =1200MPa(TF=720MPa由图11-8得，齿形系数Yfe=,应力修正系数Ysa=又表 11-5 得， SF=， SH=即(tf1=(tf / S f =720/=554MPa(th 1 =(th/ S h =1200/=1091MPam呈2KYFEYsa/ W d X 乙 26 f 1 13=2X X 128000X X / X 554 X 222 1 /3由【 2】表 4-1 知 标准模数 m=3分度圆直径：d1=m Zi=3X 22=66m

7、md2=m Z2=3X 145=435mm齿宽：b= W dd1= x 66=26mm故：大齿轮的齿宽取b1=26mm 小齿轮的齿宽取b 2=31mma=m (Zi + Z2)/2=3X ( 22+145) /2=3. 按齿面接触强度校核对于标准齿轮，ZH=查表 11-4 ， ZH =188(TH = Zh Zh2KT (u+1) / b 1 d 1 2 u 1 2=188 X X 2 X X 128000X (+ 1) / 31 X662 X12=851MPa< (T hi所以齿面接触强度校核足够。4. 检验齿轮圆周速度V =兀 diX ni/60000=兀 X 66X 963/600

8、00= m/s对照表 11-2 ， 所以选 8级精度是合适的(二) . 低速级圆柱齿轮传动的设计计算1 . 选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用40 Cr表面淬火，硬度为50HRC大齿轮选用40Cr表面淬 火，硬度为52HRC因为是普通减速器 故选用8级精度.2 . 按齿面弯曲强度设计由【 2】表 ii-3 查得载荷系数K=选择齿轮齿数小齿轮的齿数取24,则大齿轮齿数Z4n 2乙=24X =,圆整得Zi=128,齿面为 对称硬齿面，由【2】表11-6选取Wd=由【 2】表 i2-i 查得(th =1200MPa(TF=720MPa由图11-8得，齿形系数YfE=,应力修正系数YSa=又表 11-5

9、 得， SF=， SH=即(tf2=(tf / S f =720/=554MPa(7日2 =(th/ S H=1200/=1091MPam呈2KYfEYsh/W d X Z3 26 f 213=2XX 800000X X /X 554X 242 1Z3由【 2】表4-1 知 标准模数 m=4分度圆直径：d3=m Z3=3X 24=96mmd4=m Z4=3X 112=448mm齿宽：b= W dd3= x 96=58mm故：大齿轮的齿宽取b4=58mm 小齿轮的齿宽取 b 3=63mma=m(乙+ Z4 ) /2=4X ( 24+128) /2=272mm3 .按齿面接触强度校核对于标准齿轮，

10、Z= 查表 11-4 , Zh =188(TH = Zh Zh2KT (u+1) / b 3 d32 u 12=188 X X 2 X X 800000X (+ 1)/ 63 X962 X12=1017MPa< (T h2所以齿面接触强度校核足够。4 .检验齿轮圆周速度V =九 dX m/60000=兀 X 96X 146/60000= m/s对照表11-2,所以选8级精度是合适的设计结果如下 参? 齿轮齿数分度圆直径mm齿顶圆直径mm齿宽mm模数中心距mm高速小齿轮226672313高速大低速小齿轮2496104634272低速大齿轮11244845658五、

11、轴的结构设计及强度计算：(一)输入轴的结构设计和强度计算:1 .选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求，因为高速轴设计为齿轮轴,故选用 40Cr钢并经调质处理。2 .按钮转强度估算直径根据表【2】表14-2得C= 98107,取C=10Q P产，又由式d i二CX ( R/ni )d i 呈，100 X ( /963)13= mm考虑因素到轴的最小直径要连接联轴器， 会有键槽存在故将估算直径加大3%5%。取为26mm3 .轴的结构设计(1)确定轴的结构方案：此轴为齿轮轴，无须对齿轮定位。轴承安装于齿轮两侧的轴段采用轴肩定位，周向采用过盈配合。确定各轴段的直

12、径，由整体系统初定各轴直径。轴段主要用于安装联轴器，具直径应于联轴器的孔径相配合，因此 要先选择联轴器。联轴器的计算转矩为 Tca KA T1 ,根据工作情况选取 Ka =，则：TC/A X = o又由于机座号为180L的电动机安装尺寸为55mmM性联轴器中轴孔直径为 55mmi勺有LT8和LT9系列，考虑到节约成本，故选用 LT8型号的弹性联轴 器。(2)确定各轴段的直径和长度：轴段：为配合轴颈，按半联轴器孔径，选取轴段直径为45mm,由J型轴孔查得L=84mm轴段：为安装轴承端盖，其直径取48mm轴段长度初定为L=40mmio轴段：此轴段为安装轴承，查表选用滚动轴承6010,可得其直径为5

13、0mm由于此轴段的长度应比轴承宽度长 12mm故取其长度为18mm轴段：为了保证定位轴肩一定的高度和轴承有足够的支撑跨距其直径为55mm长度确定为：L= o轴段：为齿轮轴的齿轮部分，其分度圆的直径为66mm因此其尺寸L=31mm轴段：也是为了保证定位轴肩一定的高度和轴承有足够的支撑跨距其直径为55mm长度确定为：L= o轴段：此轴段也为安装轴承，查表选用滚动轴承6010,可得其直径为50mm由于此轴段的长度应比轴承宽度长 12mm故取其长度为18mm4 .按弯扭合成强度校核轴径画出轴的受力图。(如图)做水平面内的弯矩图。圆周力 F t= 2/d=X 2/66= 3870N径向力 F r = F

14、ttan a =3870Xtan20 =1408N支点反力为 F ha= LzFt/( L1+L2 ) =3870X40/ ( 40+108)=1046NFHc= LiFt/ ( L1+L2 ) =3870X 108/ ( 40+ 108)=2824NB-B截面的弯矩 M hb左=FhaX Li = 1046X 108= 112968HB右 = FhcX L2= 2824X 40= 112960做垂直面内的弯矩图。支点反力为 Fva= L2Fr/( L1 + L2) = 1408X40/( 108+40)二NFvc=LFr/ ( L1+L2 ) = 1408X108/ ( 108+40)二NB

15、-B 截面的弯矩 M vb：£=FvaX L1=X108=M丫8右=5丫。乂 U=X40 =做合成弯矩图。合弯矩 M e 左=(Mb左)2+ ( Mb左)2 1/2=(112968)2+ ( 41094 ) 2 12= 120210Mj 右=(Mb右)？+( Mb右)2 1/2=(112960)2+ ( 41098)2 1/2求转矩图。T 3=Rd"2=求当量弯矩。修正系数a =M e= ( Me)2+ ( a T)212=(120210) 2+ ( X 127000) 2 12=126103轴的材料选用40Cr,调质处理。查表得(T b= 750MPa ,6-司=70MP

16、a.1/3d>(Me/x jb)=故设计的轴有足够的强度，并有一定的余量(二) 中间轴的结构设计：1 . 选择轴的材料及热处理，对材料无特殊要求故选用45号钢并经调质处理2 .按钮转强度估算直径根据表【2】表14-2得C= 98107,取C=10Q P2=,又由式d i二Cx ( P2/n2)di 呈，100 x ( /146)13= mm考虑因素到轴上会连齿轮，会有键槽存在故将估算直径加大3%5%取为45mm3 .轴的结构设计(1)确定轴的结构方案：此轴安装2个齿轮，如图2-1所示，从两边安装齿轮，两边用套筒进行 轴向定位，周向定位采用平键连接，轴承安装于齿轮两侧，轴向采用套筒定 位，

17、周向采用过盈配合固定。确定各轴段的直径，由整体系统初定各轴直径.(2)确定各轴段的直径和长度：轴段安装轴承，因此要先选择轴承。由估算直径选取轴承 6210，可知其直径50mm轴段安装齿轮，可取其直径为 52mm轴段对两齿轮轴向定位，可取其直径为 55mm由齿轮2和轴齿轮1中心线重合，齿轮3需要与内壁有10mnfiE离,可求出各段的轴长。如图(三)输出轴的结构设计1 .选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求 故选用45号钢并经调质处理。2 .按钮转强度估算直径根据表【2】表14-2得C= 98107,取C=10Q P3=,又由式 d3呈CX ( P3/n3

18、)1/3d3三,100 x ( /31)13= mm考虑因素到轴的最小直径要连接离合器， 会有键槽存在故将估算直径加 大3%5%。且要与离合器配合，故取为 d3=80mm3 .轴的结构设计(1)确定轴的结构方案：齿轮的左右两边分别用轴肩和套筒对其轴向固定，齿轮的周向固定采 用平键连接，轴承安装于轴段和轴段处，分别用轴肩和套筒对其轴向固 定，周向采用过盈配合固定.(2)确定各轴段的直径和长度：轴段：为配合轴颈，按半离合器孔径，选取轴段直径为80mm,由表可查得L=110mm.轴段：为安装轴承端盖，其直径取 83mm轴段长度初定为L=40mmio轴段：此轴段为安装轴承，查表选用滚动轴承6017,可

19、得其直径为85mm由于此轴段右端用套筒固定齿轮，齿轮 4与齿轮3的中心线应重 合，可取其长度L=45mm轴段：为安装齿轮部分，取其直径为 90mm因此其尺寸应比齿轮的 宽度短23mm取L=56mm轴段：为轴承的安装尺寸，因此查轴承 6017可得其直径为90mm轴段：此轴段为安装轴承，查表选用滚动轴承6017,可得其直径为85mm由于此轴段的长度应比轴承宽度长 12mm故取其长度为24mm六、轴承寿命校核计算1 .输入轴轴承型号6010的寿命校核计算：1) .支反力：由轴的结构可知，支反力Fr为FBY,对轴列力的平衡方程FaYL+Fr1L2=0FbL+FrL=0由上式，可解得Fby-=1022N

20、即 Fr=1022N2) .轴承寿命：按公式 C=fpP(60n1Lh/10 6)1 / '/ft,求得 C,查表取 fp=, f t=1P=XF=1X 1022=1022NC=f pP(60niLh/106)1 3/f t =又轴承型号6010的额定动载荷为22KN,故满足设备的使用要求，寿 命足够！2 .中间轴轴承型号6210的寿命校核计算：1) .支反力：由轴的结构可知，支反力Fr为Fay,对轴列力的平衡方程FbL Fr2Li+FrL2=0Fr2_23 Fr3_2 FayL=0Fr广一Fri (齿轮啮合中的相互作用力)由上式，可解得FAY=- 3200N即 Fr= 3200N2)

21、 .轴承寿命：按公式 C=fpP(60n2Lh/10 6)1 / c/f t,求得 C,查表取 fp=, f t=1(=3, L h=15000h. X=1.P=XFr=1X3200=3200NC=f pP(60niLh/106)1 3/f t =又轴承型号6210的额定动载荷为35KN,故满足设备的使用要求，寿 命足够！3 .输入轴轴承型号6017的寿命校核计算：1) .支反力：由轴的结构可知，支反力Fr为Fay,对轴列力的平衡方程Fr4_2- FayL = 0Fr4= Fr3(齿轮啮合中的相互作用力)由上式，可解得Fay=3570N即 Fr=3570N2) .轴承寿命：按公式 C=fpP(

22、60n3Lh/10 6)1 / c/f t,求得 C,查表取 fp=, f t=1 (=3, L h=15000h. X=1.P=XF=1X3570=3570NC=f pP(60niLh/106)1 3/f t =又轴承型号6017 的额定动载荷为 , 故满足设备的使用要求，寿命足够！七、平键的强度校核：已知：(Tp = 120 MPa,(rp = 4T / d l h<a P. 在输出轴中：D3=90mm, h=14mm, l=50mm键初选用 GB/T1096 键 25X 14X50,(tp = 4T / d l h=231MPa> 6 p故应采用双键，且应加大键长bp = x

23、 120= 180 MPa由公式 l>4T / dh (TP,解得， l>选取 l=78mm.八、减速器箱体的设计低速级中心距a=272mm箱座壁厚=+3=取为10mm箱盖壁厚1=+3=取为9mm箱座凸缘厚度b=15mm箱盖凸缘厚度b1=1=箱座底凸缘厚度b2= =25mm箱座上的肋厚m= =，取 m=9mm箱盖上的肋厚m1 = 1 =，取 m1 =8mm地脚螺栓直径d =+12=,取 M22轴承旁连接螺栓直径d1 =d =，取M16上下箱连接螺栓直径d2=d=11mm取M12定位销孔直径d=d2 = ,取d=8mm地脚螺栓数目 n n>250mm,n=6轴承盖螺钉直径d3

24、d3 (0.4 0.5)df =, 取 d3=8mm窥视孔螺钉直径d4 d4 (0.3 0.4)d f =,取 d4=8mm轴承旁凸台半径R1R1 C2外机壁至轴承座端面距离l1l1 C1 C2(812)齿轮端面与内机壁距离22=10mm通气器：简易通气器M 12 1.5九、减速器润滑方式、密封形式1. 润滑本设计采用油润滑， 润滑方式为飞溅润滑， 并通过适当的油沟来把油引入各个轴承中。1) . 齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度小，所以浸油高度约为3050 mm。取为30 mm02) . 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度小，所以宜开设油沟、飞溅润滑。2. 密封形式轴与轴承盖之间用接触式毡圈密封，型号根据轴段选取。十、结尾语通过本学期的课程设计，自己在设计的过程中体会到了很多，使自己从原来对自主设计的生疏变得对设计方法的逐渐掌握, 同时在设计的过程中学到了很多，也逐渐的学会掌握以前学过的知识。（ 1）从整体上, 这次