机械课程设计说明书.docx

机械设计课程设计说明书-1-华南理工大学华南理工大学 课程设计说明书课程设计说明书 题目 单级圆柱齿轮减速器 学学院院 ：设计学院：设计学院 专业专业 ：工业设计：工业设计 学号学号 ：200930031109200930031109 学生学生 ：罗贤军：罗贤军 指导老师：胡广华指导老师：胡广华 20112011 年年 7 7 月月 9 9 日日 机械设计课程设计说明书-2-设 计 说 明 书 设计及说明设计及说明 结果结果 一、传动方案的确定（如下图）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、原始数据二、原始数据：a)带拉力：F=5000N b)带速度：v=2.03m/s c)滚筒直径：D=505mm 三、确定电动机的型号三、确定电动机的型号：1 1选择电动机类型选择电动机类型：选用 Y 系列三相异步电动机。2 2选择电动机功率选择电动机功率：F=F=5300N5300N V=V=2.2.0303m/sm/s D=D=505505mmmm 机械设计课程设计说明书-3-P=1000=5000 2.031000=10.15 总=联轴轴承2齿轮带 总=联轴轴承2齿轮带=0.933 0.982 0.97 0.95 0.96=0.844 n=60 1000=2.03 60 10003.14 505=76.8/=12=76.8 (24)(36)=460.81843.2/运输机主轴上所需要的功率：传动装置的总效率：其中，查机械设计课程设计P6 表 2-3 带，V 带传动的效率带=0.95 齿轮，闭式圆柱齿轮的效率（精度等级 8）齿轮=0.97 轴承，滚子轴承的效率轴承=0.98 联轴，弹性联轴器的效率联轴=0.933，工作机的效率=0.96 所以：电动机所需功率：=1.2 10.150.844=14.431 查机械设计课程设计P152 的表 16-1，取电动机的额定功率为15。3 3选择电动机的转速选择电动机的转速：工作机的转速：根据机械设计课程设计P5 表 2.2 V 带传动比范围1=24，单级圆柱齿轮（闭式，斜齿）传动比i2=36，电动机转速范围：选择电动机同步转1000/，满载转速=970/。四、确定传动装置的总传动比及各级分配四、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：i=97076.8=12。6 电动机型号为电动机型号为Y1Y18080L L-6 6 P Peded=1=15 5KWKW 机械设计课程设计说明书-4-=1.2 14.431=17.32 取 V 带传动比：1=2.5；单级圆柱齿轮减速器传动比：2=5.04 1 1计算各轴的输入功率计算各轴的输入功率：电动机轴=14.431 轴（高速轴）1=1=0.95 14.431=13.71 轴（低速轴）2=231=0.97 0.98 13.71=13.03 2 2计算各轴的转速计算各轴的转速 电动机轴 =970/轴1=1=9702.5=388/轴2=12=3885.04=76.98/3 3计算各轴的转矩计算各轴的转矩 电动机轴=9550=9550 14.431970=142.1 轴1=955011=9550 13.71388=337.4 轴2=955022=9550 13.0376.98=1616.5 4 4上述数据制表如下上述数据制表如下：参数 轴名 输入功率 P（kW）转速 n（r/min）输入转矩 T（N m）i 传动比 效率 电动机轴 14.431 970 142.1 2.5 0.96 轴（高速轴）13.71 388 337.4 5.04 0.95 轴（低速轴）13.03 76.98 1616.5 五、传动零件的设计计算五、传动零件的设计计算:1 1普通普通 V V 带传动的设计计算带传动的设计计算:确定计算功率确定计算功率 =.=.机械设计课程设计说明书-5-=160 1000=9.14/0=20+2(1+2)+(2 1)240=2 500+3.142(180+450)+(450 180)24 500=1454 =0+02=500+1600 14542=573 1=180 2 1573 60=151.7 根据机械设计P347 附表 2.6，此处为带式运输机，载荷变动小，每天两班制工作每天工作 8 小时，选择工作情况系数=1.2 选择选择 V V 带型号带型号 根据机械设计P344 附表 2.5a，此处功率=17.32与小带轮的转速=970r/min，选择 B 型 V 带，=180。确定带轮的基准直径确定带轮的基准直径，根据机械设计P344/P345，附表 2.5a 和附表 2.5b 取 小带轮直径1=180 大带轮的直径2=450 验证带速验证带速 在5/25/之间。故带的速度合适。确定确定 V V 带的基准长度和传动中心距带的基准长度和传动中心距 初选传动中心距范围为：0.7(1+2)0 2(1+2)，即441 0 1260，初定a0=500 V 带的基准长度：根据机械设计P349 附表 2.9，选取带的基准直径长度L0=1600。实际中心距：验算主动轮的包角验算主动轮的包角 故包角合适。计算计算 V V 带的根数带的根数 z z =机械设计课程设计说明书-6-=(0+0)0=3.27 0=0.29 =17.32(3.27+0.29)0.92 0.93=5.69 0=500(2.5 1)+2 0=500 17.326 9.14(2.50.92 1)+0.19 9.142=287.1 =20sin12=3340.7 由=970/min1=180 根据机械设计P344/P345，附表 2.5a 和附表 2.5b，根据机械设计表 12-7，=0.92 根据机械设计附表 2.9，=0.93 取=6根。计算计算 V V 带的合适初拉力带的合适初拉力 根据机械设计P343 附表 2.2，=0.19 计算作用在轴上的载荷计算作用在轴上的载荷 V V 带轮的结构设计带轮的结构设计 （根据机械设计表 14.1）（单位：mm）带轮 尺寸 小带轮 大带轮 槽型 B B 基准宽度 14 14 基准线上槽深 3.5 3.5 基准线下槽深 10.8 10.8 槽间距e 190.4 190.4 槽边距 11.5 11.5 轮缘厚 7.5 7.5 外径D 1=180 2=450 =6 =3340.7 机械设计课程设计说明书-7-内径D 30 30 带轮宽度3B B3=2+=137 B3=2+=137 带轮结构 腹板式 轮辐式 V 带轮采用铸铁 HT200 制造，其允许的最大圆周速度为25/2 2齿轮传动设计计算齿轮传动设计计算 （1 1）选择齿轮类型，材料，精度，及参数）选择齿轮类型，材料，精度，及参数 选用斜齿圆柱齿轮传动（外啮合）选择齿轮材料（考虑到齿轮使用寿命较长）：根据机械设计P382 附表 12.8 小齿轮材料取为 40Cr，调质处理，HBS1=260 大齿轮材料取为 40Cr，调质处理，HBS2=255 初选取齿轮为 8 级的精度(GB10095 2001)初选螺旋角=12 初选小齿轮的齿数1=25；大齿轮的齿数2=5.04 25=126 取2=126 考虑到闭式软齿面齿轮传动最主要的失效为点蚀，故按接触强度设计，再按弯曲强度校核。（2 2）按齿面接触疲劳强度）按齿面接触疲劳强度计算计算 确定计算参数 传递扭矩1=9.55 10611=3.37 105（N mm）载荷系数 k：因载荷比较平稳，齿轮相对轴承对称布置，由表 10-4 取 k=1.1 齿宽系数=0.5 许用接触应力:由图 10-26（c）查得lim1=720MPa lim2=680MPa 安全系数由表 10-5 取=1 则1=lim1=720MPa 2=lim2=680MPa 机械设计课程设计说明书-8-(u+1)(305)213=186.8=2cos1+2=2.4 1 2,因此应取较小值2代入 齿数比 u=5.04，将以上参数代入下式得 确定齿轮参数及主要尺寸 圆整中心距取 a=187mm 计算模数 取标准值=2.5，适当减少齿数1=24,2=121 修正螺旋角并计算主要尺寸 =arccos（1+2）2=14.2452 1=1=61.90 1=2=312.10 b=93.5 圆整后取2=94mm ，1=102mm(3)校核弯曲疲劳强度 根据式（10-35）得=1.6k112 许用弯曲应力：由图 10-24（c）得 lim1=245MPa lim2=240MPa 安全系数由表 10-5 取=1.3 则1=lim1=188.5 1=lim2=184.6 当量齿数v1=13=26.36 v2=23=132.88 查图 10-23 得齿形系数1=2.69 2=2.2 1=1.6k1121=41.89MPa 1 2=121=34.26 2 (4)齿轮主要尺寸=机械设计课程设计说明书-9-齿轮传动的几何尺寸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 a a=(1+2)2cos 187mm 传动比 =2 5.04 法面模数 设计和校核得出 2.5 端面模数 =cos 2.6 法面压力角 标准值 20 螺旋角 一般为820 14.2452 齿顶高 =2.5mm 齿根高 =1.25 3.125mm 全齿高 h h=+5.625mm 齿数 z 24 121 分度圆直径 d d=cos 61.9mm 312.1mm 齿顶圆直径 =+2 66.9mm 317.1mm 齿根圆直径 =2 55.65 305.85 齿轮宽 B B=93.5mm 86.5mm 螺旋角方向 查表 7-6 右旋 左旋（4 4）齿轮的结构设计）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P14 表 3-1 经验公式，列出下表：名称 代号 尺寸计算 结果（mm）1=61.9 2=312.1 机械设计课程设计说明书-10-113=11013.713883=36.1mm 底座壁厚 0.025a+1 7.5 8 箱盖壁厚 1(0.80.85)8 8 底座上部凸缘厚度 0(1.51.75)12 箱盖凸缘厚度 1(1.51.75)1 12 底座下部凸缘厚度 2(2.252.75)20 底座加强肋厚度 e(0.81)8 底盖加强肋厚度 1(0.80.85)1 7 地脚螺栓直径 d 2 16(M16)地脚螺栓数目 n 表 3-4 6 轴承座联接螺栓直径 2 0.75d 12 箱座与箱盖联接螺栓直径 d3(0.50.6)d 8(M8)轴承盖固定螺钉直径 d4(0.40.5)d 12 视孔盖固定螺钉直径 d5(0.30.4)d 6 轴承盖螺钉分布圆直径 1 D+2.54 60,80 螺栓孔凸缘的配置尺寸 1/2/0 表 3-2 22/20/30 地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸 1/2/0 表 3-3 25/23/45 箱体内壁与齿轮距离 1.2 10 箱体内壁与齿轮端面距离 1 12 底座深度 H 0.5+(3050)190 外箱壁至轴承座端面距离 1 1+2+(510)47 七、轴的设计七、轴的设计：1 1高速轴的设计高速轴的设计：（1 1）选择轴的材料）选择轴的材料：选取 45 号钢，调质，HBS2=230(GB699 1988)（2 2）初步估算轴的最小直径）初步估算轴的最小直径 根据机械设计课程设计P115 表 16-2，取A=110，机械设计课程设计说明书-11-1=1+21+22+1=93.5+2 12+2 10+21.75=159.25mm 2=2+2+3+3/2 2=+1+2+5+2=8+22+20+5+10 10 21.75=33.25 =5.3 2=21.752+33.25+15+5.3+1182=143.425（3 3）轴的结构设计）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，取安装带轮处轴径=40mm，根据密封件的尺寸，选取小齿轮轴径为=55mm。初选取型号为 30210 的圆锥滚子轴承，d=50mm D=90mm B=21.75mm。1)1)两轴承支点间的距离：两轴承支点间的距离：式中：1，小齿轮齿宽，1=93.5 1，箱体内壁与小齿轮端面的间隙，1=12 2，箱体内壁与轴承端面的距离，2=10 B，轴承宽度，=21.75 代入上式得 2)2)带轮对称线到轴承支点的距离：带轮对称线到轴承支点的距离：式中：2l，轴承盖高度 t，轴承盖凸缘厚度，=1.24=10，l3，螺栓头端面至带轮端面的距离，3=15mm k，轴承盖 M8 螺栓头的高度，查机械设计课程设计P82 表9-2 可得 B3，带轮宽度，3=118 解得（4 4）按弯扭合成应力校核轴的强度）按弯扭合成应力校核轴的强度 1=159.25 2=143.425 机械设计课程设计说明书-12-MB=0 1 112+12 (1+2)=0 159.25 4094 159.252+2768 61.92 3340.7(1159.25+123.425)=0 F=0 =1=7439 3340.7 4094=4.3 轴的计算简图轴的计算简图（见下图）计算作用在计算作用在轴上的力轴上的力 小齿轮受力分析 圆周力：1=211=2 337.4 100061.9=10901 径向力：1=1tancos=10901 tan20cos14.2452=4094 轴向力：1=1=10901 14.2452=2768 计算支反力计算支反力 水平面：=12=5450.5 垂直面：得：=7439 机械设计课程设计说明书-13-=12=2768 61.92=85670 =2=3340.7 123.425=412326 1=(2+12)+12=3340.7 (123.425+159.252)+5450.5 159.252=244333 2=12=4.3 159.252=342 =412326N mm 1=2+12=(85670)2+(244333)2=258917 2=2+22=(85670)2+(342)2=85671 =2+(1)2=02+(0.6 337400)2=202440 =2+(1)2=(412326)2+(0.6 337400)2=459342 1=12+(1)2=(258917)2+(0.6 337400)2=328664 2=22+(1)2=(85671)2+(0.6 337400)2=219821 作弯矩图作弯矩图 水平面弯矩：垂直面弯矩：合成弯矩：作转矩图作转矩图 1=144400N mm 当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数=0.6，则：按弯扭合成应力校核轴的强度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=650MPa，对称循环变应力时的许用应力1=60 机械设计课程设计说明书-14-2=0.13=4593420.1 503=36.75 1=60=0.13=2024400.1 403=31.63 1=60 223=11013.0376.983=60.8mm 3=2+21+22+3=86.5+2 12+2 10+27.25=157.75mm 4=2+2+3+3/2 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 2低速轴低速轴的设计的设计 （1 1）选择轴的材料）选择轴的材料：选取 45 号钢，调质，HBS2=250(GB699 1988)（2 2）初步估算轴的最小直径）初步估算轴的最小直径 根据机械设计课程设计P115 表 16-2，取A=110，（3 3）轴的结构设计）轴的结构设计 考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，取装联轴器处的轴=65mm，根据机械设计课程设计P150 表 15-4。十字滑块联轴器处轴径取=65mm，安装长度L1=125mm。按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=75mm，初选型号为30215 型的圆锥滚子轴承，d=75mm D=130mm B=27.25mm。3)3)两轴承支点间的距离：两轴承支点间的距离：式中：2，大齿轮齿宽，2=86.5 1，箱体内壁与小齿轮端面的间隙，1=12 2，箱体内壁与轴承端面的距离，2=10 B，轴承宽度，选取 30214 型轴承，=27.25 代入上式得 4)4)联轴器联轴器对称线到轴承支点的距离：对称线到轴承支点的距离：3=157.75 4=124.175 机械设计课程设计说明书-15-2=+1+2+10+2=8+22+20+10+5 10 27.25=27.75 =5.3 4=27.252+27.75+5.3+15+1252=124.175 MB=0 3 132 122=0 157.75 3890 172.752 2630312.12=0 F=0 =1=4547 3890=657 式中：2l，轴承盖高度 t，轴承盖凸缘厚度，=1.24=10，l3，螺栓头端面至联轴器端面的距离，3=15mm k，轴承盖 M8 螺栓头的高度，查机械设计课程设计P82 表9-2 可得 B3，联轴器的安装长度，3=125 解得（4 4）按弯扭合成应力校核轴的强度）按弯扭合成应力校核轴的强度 计算作用在轴上的力计算作用在轴上的力 小齿轮受力分析 圆周力：1=222=2 1616.5 1000312.1=10359 径向力：1=1tancos=10359 tan20cos14.2452=3890 轴向力：1=1=10359 14.2452=2630 计算支反力计算支反力 水平面：=12=5179.5 垂直面：得：=4547 机械设计课程设计说明书-16-=AH32=5179.5 157.752=408533 =0 1=32=4547157.752=358645 2=32=657 157.752=53241 =0N mm 1=2+12=(408533)2+(358645)2=543623 2=2+22=(408533)2+(53241)2=411988 =2+(1)2=(0)2+(0.6 1616500)2=969900 1=12+(1)2=(543623)2+(0.6 1616500)2=1111860 2=22+(1)2=(411988)2+(0.6 1616500)2=1053774 2=110.113=11118600.1 803=21.7 1=60 作弯矩图作弯矩图 水平面弯矩：垂直面弯矩：合成弯矩：作转矩图作转矩图 1=1616500N mm 当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数=0.6，则：按弯扭合成应力校核轴的强度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=650MPa，对称循环变应力时的许用应力1=60 由弯矩图可以知道，1剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为：联轴器处轴颈最小 机械设计课程设计说明书-17-R1=(RAH)2+(RAV)2=5450.52+74392=9222N R2=(RBH)2+(RBV)2=5450.52+(4.3)2=5451N S2 F+S1 A1=F+S1=2768+5950=8718N A2=S1=5950N A1R1=59509222=0.65 e P1=(1+11)=9222N P2=(2+22)=6365N =0.13=9699000.1653=35.32 P2，应该验算P1。验算滚动轴承寿命验算滚动轴承寿命 在常温下工作，轻微冲击，由表在常温下工作，轻微冲击，由表 1818-8 8、1818-9 9 查得查得=，=.3023021010型圆锥滚子型圆锥滚子轴承轴承 3 302150215型圆锥滚子型圆锥滚子轴承轴承 机械设计课程设计说明书-18-=10660(1)=100000060 388(1 722001.1 9222)103=29791h 15000h R1=(RAH)2+(RAV)2=5179.52+45472=6892N R2=(RBH)2+(RBV)2=5179.52+6572=5221N S1 F+S2 A1=F+S2=2630+3368=5998N A2=S2=3368N A1R1=59986892=0.87 e A2R2=33685221=0.65 15000h 选取的轴承合适。2 2低速轴滚动轴承校核低速轴滚动轴承校核 初步选取的轴承初步选取的轴承：选取 30215，e=1.26 Cr=135kN 轴承径向载荷 轴承轴向载荷：S1=4446N S2=3368N 外部轴向力：F=2630N 查机械设计P371 附表 9.1 1=1 1=0 2=1 2=0 由此可见，P1 P2，应该验算P1。验算滚动轴承寿命验算滚动轴承寿命 在常温下工作，轻微冲击，由表在常温下工作，轻微冲击，由表 1818-8 8、1818-9 9 查得查得=，=.选取得轴承合适。机械设计课程设计说明书-19-T=1.51.3 1616.5=1865.2 =2=94=4=4 337.4 10008 94 40=44.9MPa 九、联轴器九、联轴器的的选择和计算选择和计算 电动机，转矩变化小，选取工作系数K=1.5 根据工作条件，选用十字滑块联轴器，查机械设计课程设计P150表 15-4 得，许用转矩T=2000 ，许用转速n=250/；配合轴径d=65mm，配合长度L=125mm，C 型键。十、键联接的选择和强度校核十、键联接的选择和强度校核 1 1高速轴与高速轴与 V V 带轮用键联接带轮用键联接 选用选用圆头普通平键（圆头普通平键（A A 型）型）轴径d=40mm，及带轮宽B3=118 根据机械设计课程设计P95 页表 10-1，选择A12100（GB/T 1096 1979）强度校核：强度校核：键的材料选为 45 号钢，V 带轮材料为铸铁。根据机械设计P369 表 8-1 载荷轻微冲击，键联接得许用应力=100120，键的工作长度 挤压应力 满足要求 2 2低速轴与齿轮用键联接低速轴与齿轮用键联接 选用圆头普通平键（选用圆头普通平键（A A 型）型）轴径d=80mm，及带轮宽B3=86.5 根据机械设计课程设计P95 页表 10-1，选择A2280（GB/T 1096 1979）强度校核：强度校核：A12100（GB/T 1096 1979）机械设计课程设计说明书-20-=58=4=4 1616.5 100014 58 80=99.5MPa =2=101=4=4 1616.5 100011 101 65=89.5MPa =1160 1000=3.14 61.9 38860000=1.26/键的材料选为 45 号钢。根据机械设计P369 表 8-1 载荷轻微冲击，键联接得许用应力=100120，键的工作长度 挤压应力 满足要求 3 3低速轴与联轴器用键联接低速轴与联轴器用键联接 选选圆头普通平键（圆头普通平键（A A 型）型）轴径d=65mm，及轮毂长B2=125 根据机械设计课程设计P95 页表 10-1，选择A18110（GB/T 1096 1979）强度校核：强度校核：键的材料选为 45 号钢。根据机械设计P369 表 8-1 载荷轻微冲击，键联接得许用应力=100120，键的工作长度 挤压应力 满足要求 十一十一、减速器的润滑减速器的润滑 1.1.齿轮传动的圆周速度齿轮传动的圆周速度 因为 12/，所以采用浸油润滑；由机械设计课程设计P140 表14-1，选用LAN68全损耗系统用油（GB443 1989）,大齿轮浸入油中的深A2280（GB/T 1096 1979）A18110 GB/T1096GB/T1096-19791979 机械设计课程设计说明书-21-度大约 1-2 个齿，但不应少于10mm。2 2轴承润滑轴承润滑 因为 2/，采用脂润滑，由机械设计课程设计P141 表 14-2 选用钙基润滑酯LXAAMHA2(GB491 1987)，只需要填充轴承空间的1/21/3.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、课程设计总结十二、课程设计总结 课程设计的这两周，天气很热，而且为了赶进度，经常要熬夜，差不多可以称作是废寝忘餐。课程设计的过程因为用计算量大容易出错，很容易心情烦躁。而我们整天坐着计算、画图，每天都是腰酸背痛的。课程设计的这两周是痛苦，但是也有着很大收获。在计算、画图、标注等过程中要不断地查资料、翻书，几乎调动并巩固了所学的知识。在这过程中，我对机械设计这门学科的知识比以前更了解了。在课程设计的过程中，十分容易出错，为了避免错误，一名设计人员应该要具备小心谨慎的素质。