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1、西南大学工程技术学院课程设计 **《机械设计》** 课程设计 题 目: 二级圆柱齿轮减速器 学生姓名 专 业 _ 车辆工程 学 号 _ 222005080306045 班 级 _ 2010级2班 指导教师 成 绩 _
2、 工程技术学院 2012年7月 目 录 1 前言………………………………………………………………………………… 2 传动装置的总体设计……………………………………………………………… 2.1比较和选择传动方案…………………………………………………………… 2.2选择电动机……………………………………………………………………… 2.3 计算总传动比和分配各级传动比…………………………………………… 2.4 计算传动装置运动和动力参数………………………………………………… 3 传动零件的设计计算……………………………………………………………… 3.1
3、 第一级齿轮传动设计计算……………………………………………………… 3.2 第二级齿轮传动设计计算……………………………………………………… 4 画装配草图………………………………………………………………………… 4.1 初估轴径………………………………………………………………………… 4.2 初选联轴器……………………………………………………………………… 4.3 初选轴承………………………………………………………………………… 4.4 箱体尺寸计算…………………………………………………………………… 5 轴的校核计算……………………………………………………………………… 5
4、1 高速轴受力分析………………………………………………………………… 5.2 中速轴校核计算………………………………………………………………… 5.3 低速轴校核计算………………………………………………………………… 6 轴承验算………………………………………………………………………… 6.1 高速轴轴承验算………………………………………………………………… 6.2 中速轴轴承验算………………………………………………………………… 6.3 低速轴轴承验算………………………………………………………………… 7 键联接的选择和计算………………………………………………………………
5、7.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算………………………………………… 7.2 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算………………………………………… 7.3 低速轴与齿轮键联接的选择和计算…………………………………………… 7.4 低速轴与联轴器键联接的选择和计算………………………………………… 8 齿轮和轴承润滑方法的确定……………………………………………………… 8.1 齿轮润滑方法的确定…………………………………………………………… 8.2 轴承润滑方法的确定…………………………………………………………… 9 密封装置的选择……………………………………………………………………
6、 10 结论……………………………………………………………………………… 参考文献……………………………………………………………………………… 致谢…………………………………………………………………………………… 6 7 二级圆柱齿轮减速器 西南大学工程技术学院，重庆 400716 1 前言 机械设计课程设计是学生第一次较全面的在机械设计方面的训练，也是机械设计课程的一个重要教学环节，其目的是：第一、通过机械设计课程设计，综合运用机械
7、设计课程和其它有关先修课程的理论和知识，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使学生知识得到巩固，深化和扩展。第二、学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件部件、机械传动装置和简单机械的设计原理和过程，第三、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料(手册、图册、标准和规范等)以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。 机械设计课程设计的题目是带式运输机的传动装置的设计，设计内容包括：确定传动装置总体设计方案，选择电动机；计算传动装置运动和动力的参数；传动零件，轴的设计计算；轴承，联轴器，润滑，密封和联接件的选择与校核计算；箱体结构及其附件的设
8、计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计说明书；毕业设计总结；最后完成答辩。 2 传动装置的总体设计 2.1比较和选择传动方案 2.2、选择电动机类型及功率 2.2.1选择电动机类型: 用Y系列电动机 2.2.2 确定电动机功率: 计 算 及 说 明 结 果 5 西南大学工程技术学院课程设计 工作机的效率 传动装置中各部分的效率,查手册中表1-7 7级精度的一般齿轮传动效率 弹性联轴器传动效率 齿式联轴器传动效率 滚子轴承传动效率 电动机至工作机之间传动装置的总效率 工作机所需功率 所需电动机功率
9、 2.2.3 确定电动机转速 由所需电动机功率查手册中表12-1，可选Y160M-4型电机，额定功率11kW，满载转速1460r/min,电机级数：4级。 由,得。 2.3 计算总传动比和分配各级传动比 传动装置的总传动比要求为 式中： nm—电动机满载转速,r/min. 一般推荐展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比,取. 2.4 计算传动装置运动和动力参数 该传动装置从电动机到工作机有三轴,依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴,则: 1.各轴转速 式中: nm—为电动机满载转速,r/min;n1、n2、n3 —分别为Ⅰ、Ⅱ
10、Ⅲ轴转速,r/min;Ⅰ为高速轴,Ⅲ为低速轴. 2.各轴功率 式中: Pd—为电动机输出功率,KW; PⅠ、PⅡ、PⅢ —分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴输入功率,KW； —依次为电动机与Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴的传动效率。 3.各轴转矩 3 传动零件的设计计算 用《机械设计课程设计手册》所附光盘工具配合Auto CAD 2006设计各级啮合齿轮过程及结果如下： 3.1 第一级齿轮传动设计计算 输入数据如图： 工作模式设定如图： 校核如图： 第一级齿轮设计最终结果如下： 计 算 及 说 明 结 果 8 西南大学工程技术学
11、院课程设计 设计传递功率 /kW: 9.74523 小轮最高转速 /(r/min): 1460.00 小轮最大扭矩 /(N.mm): 63744.50 预期工作寿命 /h: 38400 第Ⅰ公差组精度(运动精度) : 7 第Ⅱ公差组精度(运动平稳性): 7 第Ⅲ公差组精度(接触精度) : 7 名义传动比 : 5.00 实际传动比 : 5.00 使用系数 : 1.10 动载系数
12、 : 1.12 接触强度齿间载荷分配系数 : 1.29 接触强度齿向载荷分布系数 : 1.49 弯曲强度齿间载荷分配系数 : 1.43 弯曲强度齿向载荷分布系数 : 1.41 支承方式 : 非对称支承 传动方式 : 闭式传动 齿面粗糙度Rz /μm : 3.20 润滑油运动粘度V40/(mm^2/s): 22.00 小轮齿数z1 : 17 小轮齿宽b1 /mm: 68.00 小轮变位系数x1
13、 /mm: 0.0000 小轮分度圆直径 /mm: 68.00 齿轮法向模数mn /mm: 4.00 小轮计算接触应力 /MPa: 448.47 小轮接触疲劳许用应力 /MPa: 605.36 小轮接触疲劳极限应力 /MPa: 730.00 小轮计算弯曲应力 /MPa: 50.57 小轮弯曲疲劳许用应力 /MPa: 295.18 小轮弯曲疲劳极限应力 /MPa: 275.00 小轮材料及热处理方式 : 合金钢调质 小轮齿面硬度 /HV10 : 280.0
14、0 大轮齿数z2 : 85 中心距 /mm: 204.000 大轮齿宽b2 /mm: 68.00 大轮变位系数x2 /mm: 0.0000 大轮分度圆直径 /mm: 340.00 大轮计算接触应力 /MPa: 448.47 大轮接触疲劳许用应力 /MPa: 473.78 大轮接触疲劳极限应力 /MPa: 485.00 大轮计算弯曲应力 /MPa: 46.71 大轮弯曲疲劳许用应力 /MPa: 210.44 大轮
15、弯曲疲劳极限应力 /MPa: 195.00 大轮齿面硬度 /HBW : 210.00 大轮材料及热处理方式 : 结构钢正火 极限传递功率 (kW): 10.87613 z1=17 b1=68 d1=68 mn=4 40Cr z2=85 b2=68 d2=340 45钢 3.2 第二级齿轮传动设计计算: 输入数据如图： 工作模式设定如图： 校核如图： 第
16、二级齿轮设计最终结果如下： 计 算 及 说 明 结 果 27 设计传递功率 /kW: 9.17119 小轮最高转速 /(r/min): 292.00 小轮最大扭矩 /(N.mm): 299948.18 预期工作寿命 /h: 38400 第Ⅰ公差组精度(运动精度) : 7 第Ⅱ公差组精度(运动平稳性): 7 第Ⅲ公差组精度(接触精度) : 7 名义传动比 : 4.00 实际传动比 : 4.00 使用系数
17、 : 1.10 动载系数 : 1.07 接触强度齿间载荷分配系数 : 1.28 接触强度齿向载荷分布系数 : 1.51 弯曲强度齿间载荷分配系数 : 1.42 弯曲强度齿向载荷分布系数 : 1.43 支承方式 : 非对称支承 传动方式 : 闭式传动 齿面粗糙度Rz /μm : 3.20 润滑油运动粘度V40/(mm^2/s): 22.00 小轮齿数z1 : 17 小轮齿宽b1
18、 /mm: 110.00 小轮变位系数x1 /mm: 0.0000 小轮分度圆直径 /mm: 110.50 齿轮法向模数mn /mm: 6.50 小轮计算接触应力 /MPa: 471.33 小轮接触疲劳许用应力 /MPa: 595.63 小轮接触疲劳极限应力 /MPa: 730.00 小轮计算弯曲应力 /MPa: 53.70 小轮弯曲疲劳许用应力 /MPa: 258.79 小轮弯曲疲劳极限应力 /MPa: 275.00 小轮材料及热处理方式 : 合
19、金钢调质 小轮齿面硬度 /HV10 : 280.00 大轮齿数z2 : 68 中心距 /mm: 276.250 大轮齿宽b2 /mm: 110.00 大轮变位系数x2 /mm: 0.0000 大轮分度圆直径 /mm: 442.00 大轮计算接触应力 /MPa: 471.33 大轮接触疲劳许用应力 /MPa: 490.75 大轮接触疲劳极限应力 /MPa: 485.00 大轮计算弯曲应力 /MPa: 4
20、9.26 大轮弯曲疲劳许用应力 /MPa: 183.62 大轮弯曲疲劳极限应力 /MPa: 195.00 大轮齿面硬度 /HBW : 210.00 大轮材料及热处理方式 : 结构钢正火 极限传递功率 (kW): 9.94242 z1=17 b1=110 d3=110.50 mn=6.5 40Cr z2=68 b2=110 d4=442 45钢 4 画装配草图 4.1
21、 初估轴径 在画装配草图前需初估轴径,从而提高设计效率,减少重复设计的工作量,并尽可能的降低生产成本。 由<<机械设计>>式16.2,得各轴的最小直径分别为: 式中: C为轴强度计算系数,40Cr和45钢所对应的系数分别为102和112。 考虑到实际情况,可将这三轴的最小轴径定为22mm, 35mm和52mm。 4.2 初选联轴器 联轴器除联接两轴并传递转矩外,有些还具有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能,以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。电动机轴和减速器高速轴联接用的联轴器,由于轴的转速较高,为减小启动载荷,缓和冲击,应选用具有较小转动惯量和具有弹性的
22、联轴器,该设计选用弹性柱销联轴器。减速器低速轴与工作机联接用的联轴器,由于轴的转速较低,不必要求具有较小的转动惯量,但传递转矩较大,又因减速器与工作机不在同一底座上,要求具有较大的轴线偏移补偿,因此选用鼓型齿式联轴器。根据上述分析并考虑到实际情况,联轴器选择如下: 电动机轴和减速器高速轴联接用的联轴器选用LT6联轴器 ;减速器低速轴与工作机联接用的联轴器选用GY7联轴器 5843—2003。 4.3 初选轴承 轴承是支承轴颈的部件。由于该传动装置采用两对直齿轮传动，经比较选择，采用两对深沟球轴承。从高速轴到低速轴，选用的轴承分别为6305,6308,6312。 4.4 箱体尺寸计算
23、 查手册中表11-10.025，可计算出箱体各部分尺寸，具体如下： 名称 符号 具体数值 箱座壁厚 δ 10mm 箱盖壁厚 δ1 10mm 箱盖凸缘厚度 b1 15mm 箱座凸缘厚度 b 15mm 箱座底凸缘厚度 b2 25mm 地脚螺钉直径 df 24mm 地脚螺钉数目 n 6 轴承旁联接螺钉直径 d1 18mm 盖与座联接螺钉直径 d2 12mm 联接螺栓d2的间距 l 150mm 轴承端盖螺钉直径 d3 12mm 视孔盖螺钉直径 d4 10mm 定位销直径 d 10mm 轴承旁凸台半径 R1 24m
24、m df、d1、d2至外箱壁距离 C1 34\26\18 df、d2至凸缘边缘距离 C2 28\16 箱座肋厚 m 9mm 大齿轮齿顶圆与内箱壁距离 Δ1 14mm 齿轮端面与内箱壁距离 Δ2 10mm 结合以上参数,可设计出传动装置的装配草图,其结构形式如下图所示: 70 194 减速器布局草图 92 100 72 94 176 A B C 5轴的校核计算 5.3 低速轴校核计算 i) 当量弯矩图 T3=1123236N.mm f) 垂直面弯矩图 低速轴结构和受力分析图如下: Ⅰ i) 当量弯矩图
25、 e) 垂直面受力图 541552 212270.8 g) 合成弯矩图 581667.8 h) 转矩图 N.mm 581667.8 T3=1123236N.mm a) 轴结构图 b) 轴受力图 c) 水平面受力图 d) 水平面弯矩图 f) 垂直面弯矩图 低速轴材料选用45钢调质, .轴的弯曲应力校核步骤如下: 计 算 及 说 明 结 果 计算齿轮受力 齿轮Ⅳ所受的力: 圆周力 径向力 转矩 T3=1123236N.mm 计算支承反力 水平面反力
26、 垂直面反力 水平面受力图,如c)图所示 垂直面受力图,如e)图所示 画轴弯矩图 水平面弯矩图,如d)图所示 垂直面弯矩图,如f)图所示 合成弯矩图,如g)图所示 合成弯矩 画轴转矩图 轴受转矩T=T3 转矩图,见图h) 许用应力 用插入法由表16.3,查得 应力校正系数 画当量弯矩图 当量转矩 当量弯矩: 在齿轮Ⅳ中间处 当量弯矩图,见图i) 校核轴径 轴径 经检验轴所用尺寸合格。 T3=1123236N.mm
27、 合格。 低速轴安全系数校核计算如下： 计 算 及 说 明 结 果 经过初步判断，截面Ⅰ的应力较大，并且较集中。因此，下面将对Ⅰ截面进行安全系数校核。 材料选用45钢，，。 对称循环疲劳极限 脉动循环疲劳极限 等效系数 截面Ⅰ上的应力 水平面弯矩： 垂直面弯矩： 合成弯矩： 弯曲应力幅： 弯曲平均应力： 扭转切应力： 扭转切应
28、力幅和平均切应力： 应力集中系数 有效应力集中系数 因在此截面处，有轴径变化，过渡圆角半径r=3mm，由和，从附录表1中查出。 表面状态系数 由附录5查出 尺寸系数 由附录6查出 安全系数 弯曲安全系数 设为无限寿命，，由式16.5得 扭转安全系数 复合安全系数 经检验轴所用尺寸合格。 =64.85 S=6.26>1.5[S] 合格 6轴承验算 6.1
29、 高速轴轴承验算 计 算 及 说 明 结 果 轴承寿命计算 经计算： 水平受力分析: 对C点取矩,则有 对A点取矩,则有 垂直面受力分析: 对C点取矩,则有: 左边轴承径向力 右边轴承径向力 冲击载荷系数，查表18..8得 取， 当量动载荷 基本额定寿命 由于,所以只需要对该轴右边的轴承进行寿命校核： 故高速级轴承满足寿命要求。 轴承载荷计算 当量静载荷 安全系数S0 正常使用圆柱滚子轴承，查表18.14，得 计算
30、额定静载荷 许用转速验算 载荷系数f1 由,查图18.19，得 由，查图18.19，得 许用转速N 均大于工作转速1460r/min。 检验结果 该轴承合格。 合格 6.2 中速轴轴承验算 计 算 及 说 明 结 果 轴承寿命计算 左边轴承径向力 右边轴承径向力 冲击载荷系数，查表18..8得 ， 当量动载荷 基
31、本额定寿命 查«机械设计手册»第67页表6-2，得， 。因，只计算左边轴承： 故中速级轴承满足寿命要求。 轴承载荷计算 当量静载荷 安全系数S0 正常使用圆柱滚子轴承，查表18.14，得 计算额定静载荷 许用转速验算 载荷系数f1 由,查图18.19，得 由，查图18.19，得 许用转速N 均大于工作转速194r/min。 经检验该轴承合格。 合格。 6.
32、3 低速轴轴承验算 计 算 及 说 明 结 果 轴承寿命计算 左边轴承径向力 右边轴承径向力 冲击载荷系数，查表18..8得 取， 当量动载荷 基本额定寿命 由于,所以只需要对该轴左边的轴承进行寿命校核： 查«机械设计手册»第66页表6-1，得。 故高速级轴承满足寿命要求。 轴承载荷计算 当量静载荷 安全系数S0 正常使用圆柱滚子轴承，查表18.14，得 基本额定静载荷C0r=51.8kN 计算额定静载荷 许用转速验算 载荷系数f1 由,查图18.19，得
33、 由，查图18.19，得 许用转速N 均远远大于工作转速73r/min。 校验结果 该轴承合格。 合格 7键联接的选择和计算 7.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算 高速轴与联轴器键联接的轴的直径为22mm,查表4-1 ，可知时可选用键，即键宽8mm、高7mm，键长。 键的接触长度。 联轴器采用35锻钢制造，。 校核键的联接强度：，，，符合要求。 键标记：键 。材料选用45钢。 7.2 中间轴与大齿轮
34、键联接的选择和计算 中间轴与大齿轮键联接的轴的直径为48mm，查表4-1，可知当时可选用键，即键宽14mm、高9mm，键长80mm。 齿轮采用45钢制造，，则此联接所能传递的转矩为： ，满足使用要求。 键标记：键 。材料选用45中碳钢。 7.3 低速轴与齿轮键联接的选择和计算 低速轴与大齿轮键联接的轴的直径为68mm，查表4-1，可知当时可选用键，即键宽20mm、高12mm，键长90mm。 齿轮采用45钢制造，，则此联接所能传递的转矩为： ，满足使用要求。 键标记：键 。材料选用45中碳钢。 7.4 低速轴与联轴器键联接的选择和计算 低速轴与联轴器键联接的轴的直径为52
35、mm，查表4-1，可知当时可选用键 即键宽16mm、高10mm，键长90mm， 键的接触长度。 联轴器采用45锻钢制造，，则此联接所能传递的转矩为： ，满足使用要求。 键标记：键 。材料选用45中碳钢 8 齿轮和轴承润滑方法的确定 8.1 齿轮润滑方法的确定 由于低速级齿轮周向速度低，所以采用浸油润滑，浸油高度约为六分之一大齿轮半径，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。 8.2 轴承润滑方法的确定 因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以采用脂润滑。 9 密封装置的选择 选用凸缘式端盖易于调整，采用密封圈实现密封。 密封圈型号按所装配轴的直径确
36、定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 10 结论 由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷，我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。 参考资料： 《机械设计课程设计手册》(第二版)——清华大学 吴宗泽，北京科技大学 罗圣国主编。 《机械设计课程设计指导书》（第二版）——罗圣国，李平林等主编。 指导教师评语： 成绩评定：
37、 指导教师： 年 月 日 目录 第一章项目基本情况 3 一、项目情况说明 3 二、可行性研究的依据 5 第二章项目建设的必要性与可行性 8 一、项目建设背景 8 二、项目建设的必要性 9 三、项目建设的可行性 14 第三章市场供求分析及预测 17 一、项目区生猪养殖和养殖粪污的利用现状 17 二、禽畜粪污产量、沼气及沼肥产量调查与分析 18 三、项目产品市场前景分析 20 第四章项目承担单
38、位的基本情况 21 一、养殖场概况 21 二、资产状况 21 三、经营状况 21 第五章项目地点选择分析 23 一、选址原则 23 二、项目选点 23 三、项目区建设条件 24 第六章 工艺技术方案分析 27 一、污水处理模式的选择 27 二、处理工艺的选择 29 三、项目工艺流程 31 四、主要技术参数 35 五、主要设备选型 39 第七章项目建设目标 40 一、项目建设目标 40 二、项目建设规模 40 第八章项目建设内容 42 一、建安工程 42 二、仪器设备 46 第九章投资估算和资金筹措 48 一、投资估算的范围 48 二、投资估算的依据
39、48 三、投资估算 49 四、资金使用计划 54 五、资金筹措 54 第十章建设期限和实施进度安排 55 一、项目建设期限 55 二、项目实施进度安排 55 第十一章土地、规划和环保 57 一、土地与规划 57 二、环境保护 57 三、安全防护 60 第十二章项目组织管理与运行 63 一、项目建设组织管理 63 二、项目建成后运行管理 66 三、项目运行费用 67 第十三章效益分析与风险评价 69 一、经济效益分析 69 二、项目风险评价 72 三、生态效益 75 四、社会效益 76 五、附表 77 第十四章招标方案 78 一、编制依据 78 二、招标范围 78 三、招标方式 78 四、招标组织形式 79 有关证明材料及附件 81
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