华南理工大学机械课程设计报告计算

.z.华南理工大学课程设计说明书题目单级圆柱齿轮减速器院（系）专业班级学号学生专业教研室、研究所负责人指导教师2011年1月15日华南理工大学课程设计（论文）任务书兹发给班学生课程设计（论文）任务书，内容如下：设计题目：单级齿轮减速器应完成的项目：（1）减速器的装配图一*（A1）（2）齿轮零件图一*（A3或者A2）（3）轴零件图一*（A3或者A2）（4）设计说明书一份参考资料以及说明：（1）《机械设计课程设计》（2）《机械设计基础》（3）《机械设计手册》本设计（论文）任务书于2011年1月3日发出，应于2011年1月14日前完成，然后进行答辩。专业教研室、研究所负责人审核年月日指导教师签发年月日课程设计（论文）评语：课程设计（论文）总评成绩：课程设计（论文）答辩负责人签字：年月日设计说明书设计及说明结果一、传动方案的确定（如下图）采用普通V带传动加一级斜齿轮传动二、原始数据带拉力：F=6430N带速度：v=1.62m/s滚筒直径：D=430mm滚筒及运输带效率η=0.96。载荷轻微冲击，总传动比误差5%，室内工作，两班制，工作年限5年，环境最高温度35℃，小批量生产。三、确定电动机的型号1．选择电动机类型：选用Y系列三相异步电动机。2．选择电动机功率运输机主轴上所需要的功率：传动装置的总效率：其中，查《课程设计》表2-3，，V带传动的效率，，闭式圆柱齿轮的效率（精度等级8），滚子轴承的效率，，十字滑块联轴器的效率，=0.99，工作机的效率，所以：电动机所需功率：查《课程设计》152页的表16-1，取电动机的额定功率为15kW。3．选择电动机的转速工作机的转速：根据《课程设计》第5页表2-2，V带传动比*围＝2～4，单级圆柱齿轮（闭式，斜齿）传动比＝3～6，电动机转速*围：选择电动机同步转速为1000r/min,满载转速nm=970r/min。四、确定传动装置的总传动比及各级分配传动装置得总传动比：取V带传动比：；单级圆柱齿轮减速器传动比：验证滚筒转速误差：（=/i）1．计算各轴的输入功率电动机轴轴Ⅰ（高速轴）轴Ⅱ（低速轴）2．计算各轴的转速电动机轴nm=970r/min轴Ⅰ轴Ⅱ3．计算各轴的转矩电动机轴轴Ⅰ轴Ⅱ4．上述数据制表如下：参数轴名输入功率（）转速（）输入转矩（）传动比效率电动机轴13.761970135.53.00.95轴Ⅰ（高速轴）13.072323.33864.50.96轴Ⅱ（低速轴）12.68071.9641683五、传动零件的设计计算1．普通V带传动的设计计算①确定计算功率，根据《机械设计基础》216页表12-3，此处为带式运输机，载荷变动小，每天两班制工作16小时，选择工作情况系数＝1.2②选择V带型号根据《机械设计基础》216页图12-10，此处功率=16.513kW与小带轮的转速=970r/min，选择B型V带，d=112～200mm。③确定带轮的基准直径根据《机械设计基础》217页表12-4、12-5，取小带轮直径=160mm，大带轮的直径④验证带速在5m/s～25m/s之间。故带的速度合适。⑤确定V带的基准长度和传动中心距初选传动中心距*围为：0.7（）≤≤2（），即4481280，初定=500mmV带的基准长度：根据《机械设计基础》表12-2，选取带的基准直径长度。实际中心距：⑥验算主动轮的包角故包角合适。⑦计算V带的根数z由，=160mm，根据《机械设计基础》表12-5、12-6，；根据《机械设计基础》表12-7，根据《机械设计基础》表12-2，取z=6根。⑧计算V带的合适初拉力根据《机械设计基础》131页表10-1，q=0.11⑨计算作用在轴上的载荷eq\o\ac(○,10)V带轮的结构设计（根据《机械设计基础》表10-8）（单位：mm）带轮尺寸小带轮大带轮槽型BB基准宽度1414基准线上槽深3.53.5基准线下槽深10.810.8槽间距190.4190.4槽边距11.511.5轮缘厚7.57.5外径内径4040带轮宽度带轮结构实心式轮辐式V带轮采用铸铁HT200制造，其允许的最大圆周速度为25m/s.2．齿轮传动设计计算（1）选择齿轮类型，材料，精度，及参数①选用斜齿圆柱齿轮传动（外啮合）②选择齿轮材料（考虑到齿轮使用寿命较长）：小齿轮材料取为45号钢，调质，(GB699-1988)大齿轮材料取为45号钢，调质，(GB699-1988)③选取齿轮为8级的精度（GB10095－1998）④初选螺旋角β＝16o⑤选小齿轮的齿数28；大齿轮的齿数=4.528=125.8取z=126（2）按齿面接触疲劳强度设计①中心距式中：根据《机械设计基础》图10—24，对小齿轮：对大齿轮：，根据《机械设计基础》表10-5，软齿面。所以：，。选用：K，载荷系数，根据《机械设计基础》表10-5，此处中等冲击，原动机为电动机，选用K=1.2，齿宽系数，中型载荷=0.4U，齿数比，U=4.5取=240mm②计算模数根据《机械设计基础》表10-1，取模数标准值eq\o\ac(○,3)修正螺旋角eq\o\ac(○,4)验算模数：又因为在8度到20度之间，合适。⑤计算两齿轮分度圆直径小齿轮大齿轮⑥计算齿宽小齿轮齿宽（齿轮轴）大齿轮齿宽（大齿轮）（3）校核弯曲疲劳强度①其中，根据《机械设计基础》表10-5，软齿面。K=1.2，根据《机械设计基础》表10-4。，，齿形系数，根据《机械设计基础》图10-23。，，弯曲疲劳强度极限，根据《机械设计基础》图10-24。均满足弯曲疲劳强度要求。②齿轮传动的几何尺寸，制表如下：(详细见零件图)名称代号计算公式结果小齿轮大齿轮中心距240mm传动比4.5法面模数设计和校核得出3．0端面模数3．17法面压力角标准值螺旋角一般为齿顶高3．0mm齿根高3．75mm全齿高6．75mm齿数Z28126分度圆直径87．27mm392．73mm齿顶圆直径=+293．27mm398．73mm齿根圆直径dfdf=-2.579．77mm385．23mm齿轮宽b106mm96mm螺旋角方向查表7-6右旋左旋（4）齿轮的结构设计小齿轮采用齿轮轴，大齿轮采用腹板式六、减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计根据《机械设计课程设计》14页表3-1经验公式，列出下表：名称代号尺寸计算结果（mm）底座壁厚0.025a+1≥7.58箱盖壁厚(0.8~0.85)≥88底座上部凸缘厚度h0(1.5~1.75)14箱盖凸缘厚度h1(1.5~1.75)14底座下部凸缘厚度h2(2.25~2.75)20底座加强肋厚度e(0.8~1)8底盖加强肋厚度e1(0.8~0.85)6.8地脚螺栓直径d216地脚螺栓数目n表3-46轴承座联接螺栓直径d20.75d12箱座与箱盖联接螺栓直径d3(0.5~0.6)d8轴承盖固定螺钉直径d4(0.4~0.5)d8视孔盖固定螺钉直径d5(0.3~0.4)d6轴承盖螺钉分布圆直径D1125,140轴承座凸缘端面直径D2140,155螺栓孔凸缘的配置尺寸c1\c2\D0表3-215,13,20地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸c’1\c’2\D’0表3-325，23，45箱体内壁与齿轮距离△≥1.210箱体内壁与齿轮端面距离△1≥12底座深度H0.5da+(30~50)240外箱壁至轴承座端面距离l1c1+c2+(5~10)33七、轴的设计1．高速轴的设计（1）选择轴的材料：选取45号钢，调质，HBS＝230（2）初步估算轴的最小直径根据《机械设计基础》282页表16-2，取=110，（3）轴的结构设计因为与V带联接处有一键槽，所以直径应增大5%，考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径dmin=40mm，根据密封件的尺寸，选取小齿轮轴径为d=60mm。两轴承支点间的距离：L1=B1+2Δ1+2Δ2+T，式中：，小齿轮齿宽，，箱体内壁与小齿轮端面的间隙，，箱体内壁与轴承端面的距离，T，轴承宽度，选取30212型轴承，T=23.75mm代入上式得，L1=106+2×12+210+23.75=173.75(mm)带轮对称线到轴承支点的距离：L2=T/2+l2+k+l3+B3/2式中：，轴承盖高度ｔ，轴承盖凸缘厚度，ｔ=1.2d4=10mm，，螺栓头端面至带轮端面的距离，，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.6，带轮宽度，解得，（4）按弯扭合成应力校核轴的强度①轴的计算简图（见附图1）②计算作用在轴上的力小齿轮受力分析圆周力：径向力：轴向力：③计算支反力水平面：垂直面：得：Q，传动带作用在轴上的压力，Ｑ=3231.84N④作弯矩图水平面弯矩：垂直面弯矩：合成弯矩：⑤作转矩图当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则：⑥按弯扭合成应力校核轴的强度.轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力由弯矩图可以知道，剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为：D剖面的轴径最小，该处的计算应力为：均满足强度要求。2．低速轴的设计⑴选择轴的材料：选择45号钢，调质，HBS=240⑵初步估算轴的最小直径：取A0=110，⑶轴的结构设计：初定轴径及轴向尺寸：考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，取装联轴器处轴。根据《机械设计课程设计》150页表15-4。十字滑块联轴器处轴径取70mm。安装长度L=125mm。按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=80mm，初选轴承型号为32016型的圆锥滚子轴承轴承。D=125，B=29，T=29。考虑到要求箱体内壁平整，根据高速轴尺寸计算低速轴尺寸为：联轴器配合对称线至轴承支点的距离式中：，轴承盖的凸缘厚度，，螺栓头端面至带轮端面的距离，15mm，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3L，轴联器配合长度，4）按弯扭合成应力校核轴的强度①轴的计算简图（见附图2）②计算作用在轴上的力大齿轮受力分析圆周力：径向力：轴向力：③计算支反力水平面：垂直面：得：④作弯矩图水平面弯矩：垂直面弯矩：合成弯矩：⑤作转矩图当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则：⑥按弯扭合成应力校核轴的强度.轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力由弯矩图可以知道，剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为：D剖面的轴径最小，该处的计算应力为：均满足强度要求。八、滚动轴承的选择和计算初定高速轴轴承型号30212，低速轴上轴承型号32016.1．高速轴滚动轴承校核①初步选取的轴承：选取30212Cr=97.8kN，Co=74.5kN②轴承A的径向载荷轴承B的径向载荷：根据《机械设计基础》325页表18-11，S=R/2Y（Y是A/R＞e时的轴向系数）根据《机械设计课程设计》132页表13-1查得Y=1.5外部轴向力：轴承轴向载荷：＜+=+=2493+1499=3992（N）==1499(N)由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A。③计算轴承A的径向当量动载荷径向当量动载荷④轴承寿命的校核因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查根据《机械设计课程》236页表18-8得，按中等冲击载荷，查表18-9得，按设计要求，轴承得寿命为：则：＞选取得轴承合适。2．低速轴滚动轴承校核①初步选取的轴承：选取32016Cr=140kN②轴承A的径向载荷轴承B的径向载荷：根据《机械设计基础》325页表18-11，S=R/2Y（Y是A/R＞e时的轴向系数）根据《机械设计手册》查得Y=1.4外部轴向力：轴承轴向载荷：＜+=+=2414+1591=4005（N）==1591(N)由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A。③计算轴承A的径向当量动载荷径向当量动载荷④轴承寿命的校核因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查根据《机械设计课程》236页表18-8得，按中等冲击载荷，查表18-9得，按设计要求，轴承得寿命为：则：＞选取得轴承合适。九、联轴器得选择和计算电动机，转矩变化小，选取工作系数根据工作条件，选用十字滑块联轴器，查表15—4得，许用转矩，许用转速；配合轴径，配合长度L=125mm，C型键。十、键联接的选择和强度校核1．高速轴与V带轮用键联接①选用单圆头普通平键（C型）轴径d=40mm，及带轮宽。根据《机械设计课程设计》95页表10-1，选择C1090（GB/T1096-1979）②强度校核：键的材料选为45号钢，V带轮材料为铸铁。根据《机械课程设计》184页表13-2，载荷轻微冲击，键联接得许用应力，键的工作长度，挤压应力2．低速轴与齿轮用键联接①选用圆头普通平键（A型）轴径d=90mm，轮毂长。根据表10-1，选键2280GB/T1096-1979②强度校核键材料选用45号钢，齿轮材料为45号钢，查表得许用应力，键的工作长度，挤压应力满足强度要求。3．低速轴与联轴器用键联接（1）选单圆头普通平键（C型）轴径70mm，轮毂长125mm，根据表10-1，选键C18110(GB/T1096-1979)（2）强度校核键材料用45号钢，查表得许用应力键的工作长度，拉压应力满足强度要求。十一、减速器的润滑1.齿轮传动的圆周速度因为，所以采用浸油润滑；由表14-1，选用L－AN68全损耗系统用油（GB443-1989）,大齿轮浸入油中的深度大约1-2个齿，但不应少于10mm。2．轴承润滑因为，采用脂润滑，由表14-2选用钙基润滑酯L－*AAMHA2(GB491-1987)，只需要填充轴承空间的1/2~1/3.并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能浸入轴承稀释润滑酯。十二、课程设计总结课程设计的这两周，天气很冷，而且为了赶进度，经常要熬夜，有些同学甚至连吃饭的时间也节约下来用于课程设计，带着一壶水和几个面包就在画图室呆一整天，不睡中午觉，不休息，直到楼管来关灯锁门，才依依不舍地扛着丁字尺回宿舍。这差不多可