机械设计

陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书1/25《机械设计基础》课程设计说明书（第5组数据）设计题目：两级圆柱斜齿轮减速器专业班级：机自Y083班设计者：陈旺强学生学号：200800104013指导老师：靳龙老师陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书2/25目录一、设计任务书…………………………………………….3二、设计方案分析…………………………………………4三、电动机的选择………………………………………….5四、运动和动力参数的计算……………………………....6五、V带传动的设计计算………………………………….8六、齿轮传动的设计计算…………………………………10七、轴的结构设计及强度计算……………………………14八、滚动轴承的寿命校核计算……………………………22九、键连接的选择与校核…………………………………24十、箱体及附件的结构设计和计算………………………25陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书3/25一、设计任务书（一）题目名称：设计两级圆柱齿轮减速器（二）说明：此减速器用于热处理车间零件清洗传送带的减速。此设备两班制工作，工作期限十年，用户使用。（三）技术参数：鼓轮直径（mm）传送带运行速度（m/s）传送带从动轮所需扭矩（N.m）3800.81050（四）本任务规定的设计计算包括下列各项：1、传动装置总体设计计算；2、各传动零件的设计计算；3、一根主要轴的设计计算；4、一对主要轴承的设计就算；5、各标准零件的选择。（五）要求1、主要部件的总装配图一张（A1）2、典型零件工作图2张（《A3）3、20页左右的说明书一份陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书4/25二、设计方案分析1、组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2、特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3、确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级能吸收震动且起过载保护作用。传送简图如下：η3z2η2工作机η2z4电动机z1η2η1z3η4η312345671:齿轮1（高速轴）2:齿轮2（中速轴从动轮）3、7:联轴器4：工作机5：齿轮（低速轴）6：齿轮3（中速轴主动轮)8:电动机IIIIIInInIIInII陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书5/25三、电动机的选择1、鼓轮的转速：nw=60×1000vπd=60×1000×0.83.14×380=40.2r/min2、鼓轮工作所需要的功率:w=.nw0100×40.0.3、传动装置的总效率：𝜂总=𝜂承.𝜂v.𝜂齿.𝜂联=0.98×0.95×0.97×0.99=0.8（𝜂v为V带的效率,𝜂承轴承的效率，𝜂齿为每对齿轮啮合传动的效率，𝜂联为联轴器的传动效率）4、电动机所需的功率：d=𝜂总==4.40.8=5.5kw5、电动机的选择根据动力源和工作条件，电动机的类型选用Y系列三相异步电动机。电动机的转速选择常用的两种同步转速：1500r/min和1000r/min，以便比较。根据电动机所需功率和同步转速，查设计手册表8-53确定电动机的型号为Y132S-4和Y132M2-6。传动系统的总传动比：i1=nm/nw=1440/40.2=35.8i=nm/nw=960/40.2=23.88根据电动机型号查表8-54确定电动机的各参数，将计算数据和查表数据填入表1，便于比较。表1电动机的数据及总传动比方案电动机型号额的功率/KW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比外伸轴径/mm外伸轴长度/mm中心高/mm1Y132S-45.51500144035.842801322Y132M2-65.5100096023.883880132根据表1可知，方案1转速高，电动机价格低，总传动比虽然大些，但完全可以通过带传动和两级齿轮传动实现，所以选用方案1。陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书6/25四、运动和动力参数的计算1、传动比分配i总=1440/40.2=35.82带的传动比取为i13，则减速器总传动比为ij=35.82/3=11.94则双级斜齿圆柱齿轮减速器高速级的传动比i为i√1.3ij=3.94低速级的传动比i3i3ij/i=3.032、各轴的转速计算nI=1440/3r/min=480r/minnII=480/3.94r/min=121.83r/minnIII=nw=40.2r/min3、各轴输入功率计算Id.𝜂v=5.5x0.95kw=5.225kwIII.𝜂齿.𝜂承=5.225x0.97x0.98kw=4.97kwIII=II.𝜂齿.𝜂承=4.97x0.97x0.98kw=4.72kw4、各轴输入扭矩计算T1=9550I/nI=104N.mT=9550II/nII=390N.mT3=9550III/nIII=1121N.m将上述结果列入表2，以供查用陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书7/25表2轴号转速n/(r/min)功率p/kw扭矩T/(N.m)I4805.225104II121.834.97390III40.34.721121陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书8/25五、V带传动的设计计算1、求计算功率查课本表13-8得KA=1.2，故Pc=KA.d=1.2x5.5kw=6.6kw2、选V带型号可用普通V带或窄V带，现选普通V带根据Pc=6.6kw，nd=1440r/min，由课本图13-15查出此坐标点位于A型处，所以V带选A型普通V带。3、求大小带轮直径d、d1由课本表13-9，d1应取不小于75mm,现取90mm，则d=nd/nI.d1(1-ε)=1440/480X90X(1-0.02)=264.6mm由课本表13-9，取d=265mm4、验算带速VV=π.d1.nd60x1000=3.14×0×144060×1000m/s=6.78m/s带速在5-25m/s范围内，合适5、求V带基准长度ld和中心距a初步选中心距a0=1.5（d1+d）1.5x(90+265)mm=532.5mm取a0=540mm，符合0.7（d1+d）a02（d1+d）则l0=2a0+π（d1+d）+(d2−d1)4a0=1651mm查课本表13-2，对A型带选ld=1800mm，则a=a0+(ld−l0)/2=614.5mm6、验算小带轮包角a1=1800-57.30(d−d1)/2=163.70100,合适。陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书9/257、求V带的根数ZZ=Pc(P0+∆P0)KaKl.令nd=1440r/min，d190mm，查课本表13-3，得P01.07由i=d/d1(1-ε)=3查课本表13-5，得∆P00.17由a1=163.70，查表13-7得Ka=0.95，查表13-2得Kl=1.01由此可得Z=Pc(P0+∆P0)KaKl..8，取Z=5根8、求作用在带轮轴上的压力Fa查课本表13-1得，q=0.1,得单根V带的初拉力F000PcZ.V(.Ka−1)+q.v=137N作用在轴上的压力FQ=2ZF0.sina1/=1356N陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书10/25六、齿轮传动的设计计算（一）高速级齿轮传动的设计计算1、选择齿轮材料、热处理、计算接触应力σHP、许用弯曲应力σFP，考虑此减速器长期工作，载荷有中等冲击及减速器的功率和工作环境，故大小齿轮都用硬齿面渐开线斜齿轮。（1）齿轮材料、热处理及确定许用应力小齿轮用45号钢表面淬火，齿面硬度为40~50HRC，σHlim1=1500Mpa,σFE1=690Mpa,大齿轮用20Cr渗碳淬火，齿面硬度为56~62HRC,σHlim1500Ma,σFE=850Mpa(查课本表11-1)取SF1.5，SH=1（查课本表11-5得）取ZH.5，ZE=188.8(查课本表11-4得)则，[σF1]=[σF]=0.7σFE1SF=387Mpa[σH1]=[σH]=σHlim1SH=1150Mpa2、初步设计齿轮传动的主要尺寸（1）按齿轮弯曲强度计算齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.3（查课本表11-3得）齿轮系数∅d=0.5(课本表11-6)小齿轮的转矩T1=9.55×106InI=1.04×10N.mm初选螺旋角β150（一般取8~00）齿数取Z1=19,则Z=i.Z1=75,取Z=75则实际传动比i=Z2Z1=3.95陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书11/25齿形系数Zv1=1cos31=21.08,Zv=7cos31=83.21查课本表11-8得YFa1=2.88,YFa=2.25由课本表11-9得YSa1=1.57,YSa=1.783、小齿轮弯曲强度计算法向模数mn≫√k1∅d.Z1.YFa1YSa1.[σF1].cos3β=2.37mm由课本表4-1取mn.5mm中心距a=mn(Z1+Z2)_cosβ=121.65mm取a=120mm确定螺旋角βarcmn(Z1+Z2)_a=16.60小齿轮分度圆直径d1mn.Z1/cosβ=48.5mm小齿轮齿顶圆直径da1=d1+.5mn53.5mm齿根圆直径df1=d1−x1.5mn.3mm齿宽b=∅d.d138.81mm取b1=45mmb0mm大齿轮分度圆直径dmn.Z/cosβ=191.5mm大齿轮齿顶圆直径da=d+.5mn196.5mm4、验算齿面接触强度、小齿轮齿面弯曲强度σHZE.ZH.ZB√k1b.d1.u+1u=890.8Mpa[σH1]=1150Mpa,安全σFkYFa11YSa1bd1mn=560MpaσFE1=690Mpa,安全5、齿轮的圆周速度V=V=π.d1nI60x1000=1.2m/S陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书12/256、计算齿轮的圆周力、径向力、轴向力圆周力：Ft=1×1000d1=4290N径向力：Fr=Ft.tanacosβ=1595N轴向力：Fra=Fttanβ=890N(二)低速级齿轮传动的设计计算1、选择齿轮材料、热处理、计算接触应力σHP、许用弯曲应力σFP，考虑此减速器长期工作，载荷有中等冲击及减速器的功率和工作环境，故大小齿轮都用硬齿面渐开线斜齿轮。（1）齿轮材料、热处理及确定许用应力小齿轮用45号钢表面淬火，齿面硬度为40~50HRC，σHlim1=1500Mpa,σFE1=690Mpa,大齿轮用20Cr渗碳淬火，齿面硬度为56~62HRC,σHlim1500Ma,σFE=850Mpa(查课本表11-1)取SF1.5，SH=1（查课本表11-5得）取ZH.5，ZE=188.8(查课本表11-4得)则，[σF1]=[σF]=0.7σFE1SF=387Mpa[σH1]=[σH]=σHlim1SH=1150Mpa2、初步设计齿轮传动的主要尺寸（1）按齿轮的弯曲强度设计计算齿轮按8级精度制造，取载荷系数K=1.3(课本表11-3)齿宽系数∅d=0.6（课本表11-6）小齿轮的转矩T3=9.55×106IInII=3.9x10N.m陈旺强《机械设计基础》课程设计说明书13/25初选螺旋角β150（一般取8~00）齿数取Z1=23则Z=i3.Z1=69.7,取Z=70则实际传动比i=Z2Z1=3.05齿形系数Zv1=3cos31=23.8,Zv=70cos31=72查课本表11-8得YFa1=2.87,YFa=2.3由课本表11-9得YSa1=1.57,YSa=1.753、小齿轮弯曲强度计算法向模数mn≫√k1∅d.Z1.YFa1YSa1.[σF1].cos3β=2.89mm由课本表4-1取mn3mm中心距a=mn(Z1+Z2)_cosβ=144.4mm取a=145mm确定螺旋角βarcmn(Z1+Z2)_a=15.80小齿轮分度圆直径d3mn.Z1/cosβ=72mm小齿轮齿顶圆直径da3=d3+.5mn78mm齿根圆直径df3=d3−x1.5mn6.5mm齿宽b=∅d.d33.mm取b1=45mmb0mm大齿轮分度圆直径d4mn.Z/cosβ=218mm大齿轮齿顶圆直径da4=d4+.5mnmm陈旺强《机械设计基础