机械设计基础课程设计说明书

1机械设计课程设计计算说明书1、设计任务书…………….………………………………32、传动方案拟定…………….………………………………43、电动机的选择…………………………………………….44、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比…….……55、传动装置的运动和动力设计…………………………….76、齿轮传动的设计…………………………………………..87、传动轴的设计………………………….………………….128、滚动轴承的设计……………………………………………209、键连接的设计………………………………………………2110、联轴器的设计……………………………………………2311、箱体的设计………..…………………….………………….2412、润滑和密封的设计………………………………………2613、设计小结……………………………………………….....2814、参考资料目录………………………………………………29设计题目：闭式直齿圆柱齿轮减速器一、设计课题：设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续2工作（每日24小时），传动不逆转，载荷平稳，启动载荷为名义载荷的1.25倍。使用期限5年，运输带允许速度误差为5%。原始数据题号题号2第4组运输带拉力F（KN）2.2运输带速度V（m/s）1.8卷筒直径D（mm）450设计人员(对应学号)18444334设计要求：1.设计减速器各部件。2.绘制减速器部件装配图一张（1号图纸）。3.编写设计计算说明书一分。一、传动方案拟定：方案拟定：3采用Ｖ带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。1.电动机2.V带传动3.圆柱齿轮减速器4.连轴器5.滚筒6.运输带二、电动机选择：1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。2、电动机容量选择：电动机所需工作功率为：式（1）：Ｐd＝ＰＷ／ηa(kw)由式(2)：ＰＷ＝ＦV/1000(KW)4因此Pd=FV/1000ηa(KW)由电动机至运输带的传动总效率为：η总=η１×η２2×η３×η４×η5×η6式中：η1、η2、η3、η4、η5、η6分别为带传动、齿轮轴承、齿轮传动、联轴器、联轴器轴承和卷筒的传动效率。取η１=0.96，η２＝0.98，η３＝0.97，η４＝0.97，η5=0.98，η6=0.96则：η总=0.96×0.982×0.97×0.97×0.98×0.96=0.816所以：电机所需的工作功率：Pd=FV/1000η总=(2200×1.8)/(1000×0.816)=4.85(kw)3、确定电动机转速卷筒工作转速为：n卷筒＝60×1000·V/（π·D）=(60×1000×1.8)/（４5０·π）=76.4r/min根据手册Ｐ6表2.2推荐的传动比合理范围，取Ｖ带传动比I1’=２～４，取圆柱齿轮传动比范围I’=3～5。则总传动比理论范围为：Ｉa’＝６～２0。故电动机转速的可选范为N’d=I’a×n卷筒5=(16～20)×76.4=458.4～1528r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：（如下表）方案电动机型号额定功率电动机转速(r/min)传动装置传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y132S-45.51500144018.853.55.392Y132M2-65.5100096012.5634.1883Y160M2-85.57507208.312.83.36电动机主要外形和安装尺寸：综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。此选定电动机型号为Y132M2-6，其主要性能：6中心高H外形尺寸Lx(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E装键部位尺寸F×GD132520×345×315216×1781228×8010×41三、各轴运动参数和动力参数的计算计算步骤设计计算与内容设计结果1)0轴（电动机轴）2）1轴（高速轴）P0=4.85KWn0=960r/minT0=9550P0/n0=9550×4.85/960=48.34N.mP1=P0×η1=4.85×0.96=4.656KWn1=n0/i1=960/3=320/minT1=9550P1/n1=9550×4.656/320=138.95N.mP0=4.85KWn0=960r/minT0=48.34N.mP1=4.656KWn1=320r/min73）2轴（低速轴）4）3轴（滚筒轴）汇总结果P2=P1×η22×η3×η4=4.656×0.982×0.97×0.97=4.207KWn2=n1/i2=320/4.188=76.4r/minT2=9550P2/n2=9550×4.207/76.4=525.87N.mPW=P2×η5×η6=4.207×0.98×0.96=3.96KWnw=n2=76.4r/minTW=9550PW/nw=9550×3.96/76.4=495N.m参数轴号0轴1轴2轴W轴功P(KW)4.854.6564.2073.96转速n(r/min)96032076.476.4（理论）转矩T（N.m）48.34138.95525.87495传动比i34.1881效率0.960.9040.96T1=138.95N.mn2=76.4r/minT2=525.87N.mPW=3.96KWnw=76.4r/minTW=495N.m五、齿轮传动设计设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中齿轮传动，已知：传递功率P0=4.85KW电动机驱动，小齿轮转速n1=320r/min，大齿轮转速n2=76.4r/min，传递比i=4.188，单向运转，载荷变化不大，使用期限五年，两周工作。设计步骤计算方法和内容设计结果81、选择齿轮材料及精度等级2、按齿轮面接触疲劳强度设计小齿轮选用45调质钢，硬度为230HBS；大齿轮选用45钢正火，硬度为200HBS。因为是普通减速器，由表《机械设计基础》第二版中表选8级精度，要求齿面粗糙度Ra≤3.2～6.3um。因两齿轮均为钢质齿轮，可应用式（10.22）求出d1值。确定有关参数与系数：（1）转矩T1T1=9.55×106p/n=9.55×106×4.656/320=138952.5N.mm（2）载荷系数K查表10.11取K=1.1（3）齿轮Z1和齿宽系数ψd小齿轮的齿数z1取为25，则大齿轮齿数Z2=4.188×25=104.7。故取Z2=105因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，由表10.20取ψd=1。（4）许用接触应力【σH】由图《机械设计基础》中10.24查的T1=130516.67N.mmZ1=25Z2=105σHlim1=580MPaσHlim2=550MpaN1=8.4×10893、主要尺寸计算σHlim1=580MPaσHlim2=550Mpa由表10.10查得SH=1N1=60njLh=60×320×1×（365×5×24）=8.4×108N2=N1/4.188=8.4×108/4.188=2×108查图10.27得：ZNT1=1.02，ZNT2=1.1由式（10.13）可得【σH】1=ZNT1σHlim1/SH=591.6MPa【σH】2=ZNT2σHlim2/SH=605故d1≥76..43×326.62]6.591[]6.591[251051100012510546.1381.1）（m=2.49由表10.3取标准模数m=2.5mmd1=mz1=2.5×25mm=62.5mmd2=mz2=2.5×105=262.5mmb2=ψd×d1=1×62.5mm=62.5mm经圆整后取b2=65mmb1=b2+5mm=70mma=m/2（z1+z2）=0.5×2.5×（25+105）N2=2×108ZNT1=1.02ZNT2=1.1【σH】1=580MPa【σH】2=588.5MPam=2.5mmd1=62.5mmd2=262.5mmb1=70mmb2=65mma=162.5mm104、按齿根弯曲疲劳强度校核5、验算齿轮的圆周速度v。6、验算带的带速误差。=162.5mm由式（10.24）得出σF,如σF≤【σF】则校核合格确定有关系与参数：（1）齿形系数YF查表10.13得YF1=2.65，YF2=2.18（2）应力修正系数YS查表10.14得YS1=1.59，YS2=1.80（3）许用弯曲应力【σF】由图10.25查得σFlim1=210MPa，σFlim2=190MPa。由表10.10查得SF=1.3由图10.26查得YNT1=1.04YNT2=1.05由式（10.14）可得[σF1]=168MPa[σF2]=153.35MPa故σF1=2kT1/(b1m2z1)YFYS=2×1.1×138.96×2.65×2.18×1000/(70×2.52×25)=161.47＜[σF1]=168MPaσF2=2kT2/(b2m2z2)YFYS=2×1.1×525.87×2.65×2.18×SF=1.3YNT1=1.04YNT2=1.05V=1.05m/s111000/(65×2.52×105)=145.5＜[σF2]=153.5MPa齿根弯曲强度校核合格圆周速度：V2=V1=πd1n1/(60×1000)=1.05m/s由表10.22可知，选8级精度是合适的。nw=960/3/（105×25）=76.19r/minγ2=(76.4-76.19)/76.19=0.275%5%输送带允许带速误差为±5%合格。齿轮的基本参数m=2.5d1=62.5da1=67.5df1=56.25d2=262.5da2=267.5df2=256.25大齿轮轮廓外形如下图所示：12六、轴的设计1，齿轮轴的设计(1)确定输入轴上各部位的尺寸（如图）(2)按扭转强度估算轴的直径选用45并经调质处理，硬度217~255HBS轴的输入功率为PⅠ=4.656KW转速为nⅠ=320r/min根据书265页表14.1得C=107～118.又由式（14.2）得：在前面带轮的计算中已经得13d≥mmnPC)81.28~12.26(86.34232.4)118~107(·33Ⅰ(3)确定轴各段直径和长度○1从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加3%～5%，取D1=Φ30mm，又带轮的宽度B=（Z-1）·e+2·f=（3-1）×18+2×8=52mm则第一段长度L1=60mm○2右起第二段直径取D2=Φ38mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm，则取第二段的长度L2=70mm○3右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6208型轴承，其尺寸为d×D×B=40×80×18，那么该段的直径为D3=Φ40mm，长度为L3=20mm（因为轴承是标准件，所以采用基孔制，轴与轴承间为过盈配合P7/h6）○4右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=Φ48mm，长度取L4=10mm○5右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为d5=67.5mm，分度圆直径为Φ62.5mm，齿轮的宽度为70mm，则，此段的直径为D5=Φ67.5mm，长度为L5=70mmZ=2.5其余的数据手册得到D1=Φ30mmL1=60mmD2=Φ38mmL2=70mmD3=Φ40mmL3=20mmD4=Φ48mmL4=10mmD5=Φ67.5mmL5=70mmD6=Φ48mmL6=10mm14○6右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=Φ48mm长度取L6=10mm（