机械设计基础课程设计-机械设计基础课程设计

机械设计基础课程设计..-机械设计基础课程设计机械设计基础课程设计计算说明书设计题目：一级圆柱齿轮减速器学院：材料学院班级：学号：设计者：指导教师：姜勇日期：2014年7月目录设计任务书……………·1二．传动系统方案的拟定………………1三．电动机的选择…………1四．传动比的分配…………2五．传动系统的运动和动力参数计算……………3六．传动零件的设计计算………………4七．减速器轴的设计………………………8八．轴承的选择与校核…………………15九．键的选择与校核………………………17十．联轴器的选择…………19十一．减速器润滑方式，润滑剂及密封装置…………………19十二．箱体结构的设计…………………20十三．设计小结……………22十四．参考文献……………23IV轴3.18699.9243.37六、传动零件的设计计算传动装置中除减速器外，通常先设计减速器外部的传动零件。1、V带传动已知条件：原动机种类和所需的传递的功率（或转矩）、转速、传动比、工作条件和尺寸限制等。设计计算主要内容：确定带的种类、选择带的型号、选择小带轮直径、大带轮直径、中心距、带的长度、带的根数、初拉力和作用在轴上的载荷。①计算功率Pc由书表13-1查得=1.2,故②选取V带型号根据Pc=4.8KW和小带轮转速,由书图13-1可知，工作点处于A型带间，故首先选择A型带。③小轮基准直径和大轮基准直径希望结构紧凑，由书表13-1并参考表13-2，取=100mm，选取，则大轮的基准直径由书表8-4取=450mm。此时从动轮实际转速转速误差合适④验算带速合适⑤初定中心距因先根据结构要求，取=600mm。⑥初算带的基准长度L0由书表8-1，选取带的基准长度=2000mm。⑦实际中心距中心距a可调整，则因此中心距的变化范围为512.5~602.5mm。⑧小带轮包角，能满足要求。⑨单根V带所能传递的功率由、和A型V带，查书表13-4，用插值法得=0.96KW。⑩单根V带传递功率的增量查书得：=0.17KW。⑪计算V带的根数由小带轮包角查表13-6得Kα=0.898；由基准长度及A型V带查书表13-3得KL=1.03，故取z=5根。所采用的V带为A-2000×5.⑫作用在带轮轴上的力求单根V带的张紧力查书表13-7得A型带，故所以作用在轴上的力为2、齿轮的设计㈠齿面接触强度计算①确定作用在小齿轮上的转矩T1②选择齿轮材料、确定许用接触应力。根据工作要求，采用齿面硬度350HBS。小齿轮选用45钢，调质，硬度为260HBS；大齿轮选用45钢，正火，硬度为220HBS。由书P130表7-5的公式可确定许用接触应力：小齿轮大齿轮③选择齿宽系数：由书P250选取0.4。④确定载荷系数K：查书P226得K=1.4⑤计算中心距a⑥选择齿数并确定模数取取标准模数（书P201），⑦齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径中心距大齿轮宽度小齿轮宽度因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮齿面上造成压痕，一般比宽些，取⑧确定齿轮的精度等级齿轮圆周速度根据工作要求及圆周速度，由书P251表11.20选用8级精度。㈡轮齿弯曲强度验算①确定许用弯曲应力根据表9-7查得②查齿形系数，比较小齿轮,由P229表11.12查得=2.69；大齿轮，由P229表11.12查得=2.18。因为>,所以应验算小齿轮。③验算弯曲应力计算时应以齿宽代入，则，安全。七、减速器轴的设计1、减速器高速轴的设计（1）轴的材料及热处理：选用45钢，正火处理，由书P333表16.1得：毛坯直径≤100mm，硬度≤241HBS,抗拉强度,屈服强度,弯曲疲劳极限（2）初算轴的最小直径，并进行初步结构设计：由书P341表16.2查得C=118~107。取=29mm，,最小直径还要符合相配零件的孔径（此处是V带轮）标准尺寸，在此处开一键槽，所以d=1.03×28mm=29.87mm，取d=30mm。（3）确定轴的各段直径：采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端到中央的顺序确定A．外伸端（与V带轮相连）：取最小直径=30mm；B．V带轮定位轴肩高H=0.08=2.4mm,故=+2H=34.8mm；取35mmC．安装两滚动轴承处的轴颈直径为=40mm；D．要固定齿轮，需要安装一个套筒，取内径，外径为50mm；E．为便于齿轮安装，取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=42mm；F．考虑轴承固定要求，取轴环直径；取50mmG．。（4）选择轴承类型：由上述一系列直径，查手册P66表6-1得：轴承代号为6308。基本尺寸d=40mm,D=90mm，B=23mm。安装尺寸。基本额定动载荷，基本额定静载荷（5）轴承盖的设计：带有密封件的轴承盖，轴承外径D=90mm，取；即M8时，（6）轴各段的长度设计：A.箱盖壁厚，故mm；B.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取；C.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm，故取；D.因为内壁至轴承座端面的距离,查手册P149表11-2得：E.根据，查手册P15表1-29得：外伸轴长度F.轴承宽度B=23mm，G.，5mm为套筒宽度；H.小齿轮宽度，故取I.查手册P17表1-31得轴环宽度，取J.（7）挡油环所以轴承采用脂润滑，需要挡油环。取（8）轴的强度校核按弯矩，扭矩合成强度计算轴的计算简图如图所示：A．决定作用在轴上的载荷：圆周力（d为小齿轮的节圆直径）径向力（为啮合角）B．决定支点反作用力及弯曲力矩：支承反力截面I-I的弯曲力矩支承反力截面I-I的弯曲力矩合成弯矩轴上的转矩,画出轴的当量弯矩图，如图所示。从图中可以判断截面I-I弯矩值最大，而截面承受纯扭，故校核这两个截面。C．计算截面I-I与的直径：已知轴的材料为45钢，正火，其；查书P262表12-3得：，。则截面I-I处的当量弯矩轴截面Ⅱ-Ⅱ处的当量弯矩故轴截面I-I处的直径因为在截面I-I处有一键槽，所以轴的直径要增加3%，即为33.82mm。mm>34.09mm轴截面的直径因为在截面处有一键槽，所以轴的直径要增加3%，即为26.27mm前面取，故强度合适。2、减速器低速轴的设计（1）轴的材料及热处理：选用45钢，正火处理，由书P259表12-1得：毛坯直径≤100mm，硬度≤241HBS,抗拉强度MPa,屈服强度MPa,弯曲疲劳极限MPa（2）初算轴的最小直径，并进行初步结构设计：由书P261表12-2查得C=118~107。取=48mm，,最小直径还要符合相配零件的孔径（此处是联轴器标准尺寸，在此处开一键槽，所以d=1.03×48mm=49.44mm，取d=50mm。（3）确定轴的各段直径：采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端到中央的顺序确定A．外伸端（与V带轮相连）：取最小直径=50mm；B．V带轮定位轴肩高H=0.08=3.6mm,故=+2H=58mm；C．安装两滚动轴承处的轴颈直径为=60mm；D．要固定齿轮，需要安装一个套筒，取内径，外径为70mm；E．为便于齿轮安装，取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=62mm；F．考虑轴承固定要求，取轴环直径；取74mm。G．。（4）选择轴承类型：由上述一系列直径，查手册P63表6-1得：轴承代号为6312。基本尺寸d=60mm,D=130mm，B=31mm。安装尺寸。基本额定动载荷，基本额定静载荷（5）轴承盖的设计：带有密封件的轴承盖，轴承外径D=130mm，取；即M10.时，（6）轴各段的长度设计：A.箱盖壁厚，故mm；B.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取；C.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm，故取；D.因为内壁至轴承座端面的距离,查手册P149表11-2得：E.根据，查手册P15表1-29得：外伸轴长度F.轴承宽度B=31mm则G.，8mm为套筒宽度；H.大齿轮宽度，故取I.查手册P17表1-31得轴环宽度，取J.（7）挡油环所以轴承采用脂润滑，需要挡油环。取（8）轴的强度校核按弯矩，扭矩合成强度计算轴的计算简图如图所示：A．决定作用在轴上的载荷：圆周力（d为大齿轮的节圆直径）径向力（为啮合角）B．决定支点反作用力及弯曲力矩：支承反力截面I-I的弯曲力矩支承反力截面I-I的弯曲力矩合成弯矩轴上的转矩,轴的当量弯矩图同高速轴，同理可以判断截面I-I弯矩值最大，而截面承受纯扭，故校核这两个截面。C．计算截面I-I与的直径：已知轴的材料为45钢，正火，其；查书P262表12-3得：，。则截面I-I处的当量弯矩轴截面Ⅱ-Ⅱ处的当量弯矩故轴截面I-I处的直径因为在截面I-I处有一键槽，所以轴的直径要增加3%，即为44.98mm。前面取，故强度合适。轴截面的直径因为在截面处有一键槽，所以轴的直径要增加3%，即为43.80mm前面取，故强度合适。八、轴承的选择与校核1、高速轴的轴承校核（1）前面已选择代号为6308的深沟球轴承基本尺寸d=40mm,D=90mm，B=23mm。安装尺寸。基本额定动载荷，基本额定静载荷（2）计算当量动载荷：径向载荷轴向载荷因为，所以查书P298表13-7得又因为,所以查书P298表13-7得根据轴承的工作情况，查书P299表13-8得载荷系数当量载荷（3）计算必需的额定动载荷：（4）求轴承寿命：故所选轴承满足要求。2、低速轴的轴承校核（1）前面已选择代号为6312的深沟球轴承基本尺寸d=60mm,D=130mm，B=31mm。安装尺寸。基本额定动载荷，基本额定静载荷（2）计算当量动载荷：径向载荷轴向载荷因为，所以查书P298表13-7得又因为,所以查书P298表13-7得根据轴承的工作情况，查书P299表13-8得载荷系数当量载荷（3）计算必需的额定动载荷：（4）求轴承寿命：故所选轴承满足要求。键的选择与校核1、高速轴与带轮的连接键（1）选择键的类型和基本尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据d=30mm,查手册P51表4-1得，根据键的标准长度，选择轴=4.0mm,毂=3.3mm，R=b/2=4m（2）校核键联接的强度工作长度=45-8=37mm由书P105公式（7-20）验算键的挤压强度：由书P105公式（7-21）验算键的剪切强度：由书P106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,[]=125～150MPa,且=120MPa因为,所以所选键符合条件。取键标记为：8×7×45AGB/T1096-20032、低速轴与大齿轮的连接键（1）选择键的类型和基本尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据d=62mm,查手册P53表4-1得，根据键的标准长度，选择轴=7.0mm,毂=4.4mm，R=b/2=9mm。（2）校核键联接的强度工作长度=90-18=72mm由书P105公式（7-20）验算键的挤压强度：由书P105公式（7-21）验算键的剪切强度：由书P106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,[]=125～150MPa,且=120MPa因为,所以所选键符合条件。取键标记为：18×11×90AGB/T1096-20033、低速轴与联轴器的连接键（1）选择键的类型和基本尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据d=50mm,查手册P51表4-1得，根据键的标准长度，选择轴=6.0mm,毂=4.3mm，R=b/2=8mm。（2）校核键联接的强度工作长度=70-16=54mm由书P105公式（7-20）验算键的挤压强度：由书P105公式（7-21）验算键的剪切强度：由书P106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,[]=125～150MPa,且=120MPa因为,所以所选键符合条件。取键标记为：16×10×70AGB/T1096-2003联轴器的选择联轴器主要是用来连接两轴，传递运动和转矩的部件，也可以用于轴和其它零件的连接以及两个零件（如齿轮和齿轮）的相互连接。1、类型选择：为了隔离振动和冲击，选用弹性柱销联轴器2、载荷计算：考虑机器启动时的惯性力及过载等影响，在选择和校核联轴器时，应以计算转矩为根据。前面已经求得公称转矩：查书P313表14-1,选取转矩查手册P92表8-5,选LT9型弹性套柱销联轴器,公称转矩为1000,许用转速为2850r/min。十一、减速器润滑方式、润滑剂及密封装置1、润滑剂及润滑方式：润滑的目的在于减少磨损，减少摩擦损失及发热，以保证减速器正常工作。对于一级圆柱齿轮减速器：(1)由于转速较低，因此减速器的齿轮需要采用浸油润滑,浸油深度为大齿轮的齿顶圆到油池底面的距离不小于30～50mm。由手册P85表7-1选全损耗系统用油（GB443-1989），代号为L-AN15，40℃时的运动黏度为13.5～16.5，倾点≤-5℃，闪点（开口）≥150℃，此油主要用于小型机床齿轮箱，传动装置轴承，中小型电机以及风动电具等。由于大齿轮的圆周速度.因此减速器的滚动轴承可以用润滑脂润滑，由手册P81表7-2选取通用锂基润滑脂(GB7324-87),代号为ZL-1,滴点不低于170℃，有良好的耐热性和耐水性。适用于温度在-20℃～120℃范围内各种机械的滚动轴承、滑动轴承及其他摩擦部位的润滑2、密封性是为了保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精细，其表面粗度应为6.3。密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。当轴伸出机体外面时，轴承端盖通孔处必须有可靠的密封装置，以防止润滑剂泄漏及灰尘，水分进入轴承。此设计中选用毡圈油封，材料为粗羊毛。(1)因为高速轴中，查取手册P85表7-12毡圈油封基本尺寸为槽的基本尺寸为因为低速轴中，查取手册P85表7-12毡圈油封基本尺寸为槽的基本尺寸为十二、箱体结构的设计减速器的箱体采用灰铸铁（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮啮合质量，大部分端盖分机体采用配合.箱体本身须有足够的刚性，以免箱体在内力或外力作用下产生过大的变形。为了增加减速器的刚性以及散热面积，箱体上外常加有外肋。为了便于安装，箱体通常做成剖分式，箱盖与底座的剖分面应与齿轮轴线平面重合。考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度较小于，故采用浸油润滑，同时为了避免油搅得沉渣溅起，大齿轮顶圆与油底面的距离H取40mm；为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面粗糙度为。3.对附件设计A窥视孔盖和窥视孔：在机盖顶部开有窥视孔，是为检查齿轮啮合情况及向箱内4而设置的。不仅能看到传动零件啮合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖，机体上开窥视孔与凸缘一块，便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成。B油塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，平时放油孔用油塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成油塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C油标：油标位于便于观察减速器油面及油面的稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油溢出.D通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高,气压增大,为便于排气，在机盖顶部的窥视孔盖上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E起盖螺钉：起盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G吊环及吊钩：吊环是用来提升箱盖的，吊钩则是用来提升整个减速器的。为了便于揭开箱盖，常在箱盖凸缘上制有两个螺纹孔，拆卸箱盖时用螺钉拧入，即可顶起箱盖。减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚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M20地脚螺钉数目4