機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目 單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器 _成人教育_學(xué)院（系）機(jī)電一體化專業(yè) 班級(jí) y04112 學(xué)號(hào)10 設(shè)計(jì)人_ 指導(dǎo)教師_ 完成日期_2007年4月13日 上海工程技術(shù)大學(xué)目錄1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書32. 傳動(dòng)方案的分析與擬定33. 電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算34. 傳動(dòng)比的分配與裝置運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的選擇和計(jì)算45. 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算76. 斜齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算87. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核計(jì)算128. 滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算209. 鍵聯(lián)接的選擇與校核2510. 參考資料29 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書一、 程設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置（簡(jiǎn)圖如下）原始數(shù)據(jù)：運(yùn)輸機(jī)工作轉(zhuǎn)矩t/(n

2、.m)1800運(yùn)輸機(jī)帶速v/(m/s)1.2卷筒直徑d/mm360工作條件：連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，工作時(shí)平穩(wěn)，清潔：使用期限為20年，小批量生產(chǎn)，2班制工作（16小時(shí)/天）。運(yùn)輸速度允許誤差為。 方案設(shè)計(jì)分析計(jì)算及說明結(jié)果3.電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算(1)總效率1*2*3*3*3*4*50.960.980.980.980.980.99 0.960.84；1為帶的效率，2為齒輪的傳動(dòng)效率，3為一對(duì)軸承的效率，4為聯(lián)軸器的效率，5為工作機(jī)的效率,(2)工作機(jī)工作功率pw=fv /1000=1300*1.55/1000=2.015(3)電動(dòng)機(jī)工作功率電動(dòng)機(jī)所需工作功率為：pdpw/2.015/0.842.4kw(

3、4)電動(dòng)機(jī)的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)卷筒的轉(zhuǎn)速為n60*1000v/d=60*1000*1.55/3.14/250=118.47r/min，經(jīng)查表按推薦的傳動(dòng)比合理范圍，v帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比i124，單級(jí)圓柱斜齒輪減速器傳動(dòng)比i36，則總傳動(dòng)比合理范圍為i624，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為ninw（624）118.47710.8282843.28r/min。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，選定型號(hào)為y132s6的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為3kw，滿載轉(zhuǎn)速nm960r/min，同步轉(zhuǎn)速1000r/min。4.傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和傳動(dòng)比分配（1）總傳動(dòng)比由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm和

4、工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速nw，可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為inm / nw960/118.478.10（2）傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比分配ii1i2i3 式中i1為帶傳動(dòng)，i2為齒輪的傳動(dòng)比, i3為聯(lián)軸器的傳動(dòng)比。為使v帶傳動(dòng)外廓尺寸不致過大，初步取i12.0，則減速器傳動(dòng)比為i4i/i122.813/2.011.48。根據(jù)各原則，查圖得高速級(jí)傳動(dòng)比為i23.8，則i3i4/i23.05.傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算（1） 各軸轉(zhuǎn)速nnm=1460r/minnn/ i1nm / i1 =1460/2730 r/minnn/i2 = nm/（i1i2）730/3.8=192.11 r/min nn/i3= nm/（i1

5、i2i3）64r/min =n （2）各軸輸入功率ppd =13.54kwpp12pd 12 13.540.960.9812.74 kwpp23 pd 122312.740.980.9912.36 kw pp34 pd 12233412.360.980.9911.99 kwpp45pd 1223344511.990.980.9711.40 kw（） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩軸 t9550 p/ n=955013.54/1460=88.57 nm軸 t9550 p/ n=955012.74/730=166.67nm軸 t9550 p/ n=955012.36/192.11=614.43nm軸 t9550 p

6、/ n=955011.99/64=1789.13nm軸 t9550 p/ n=955011.40/64=1701.10nm因?yàn)?1800-1701.10)/1800120，包角合適。確定v帶根數(shù)z因90mm，小帶轉(zhuǎn)速n=1460r/min，傳動(dòng)比i=3.0,查表得單根v帶所能傳遞的功率po=0.36kw，功率增量po=0.03kw，包角修正系數(shù)k=0.95，帶長(zhǎng)修正系數(shù)kl=0.93，則由公式得z= pca /( po+po)*k*kl=2.64/(0.36+0.03)*0.95*1.04=6.85故選7根帶。確定帶的初拉力單根普通帶張緊后的初拉力為fo=500pca(2.5/k -1)/vz

7、+qv2 =500*2.64*(2.5/0.95 -1)/(20.25*7)+0.06*20.252=n計(jì)算作用在軸上的壓軸力fp=2z* fo*sin（1/2）=2*7*39.8* sin（160/2）=548.7n.齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)考慮此減速器的功率及現(xiàn)場(chǎng)安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪（1）按圖1所示的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。（2）齒輪材料及熱處理 大小齒輪材料為40cr。經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為4855hrc， (3) 齒輪精度 運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)速不高，故選用7級(jí)精度（gb10095-88）（4）確定齒數(shù)z

8、 硬齒面，故取z125，z2i2z13.82595 傳動(dòng)比誤差 iuz2/ z195/253.8, i=|(3.8-3.8)/3.8|=05% 允許按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) d1t 1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值(1) 初選齒寬系數(shù)d ：因大、小齒輪均為硬齒面且按非對(duì)稱布置，故宜選取稍小的齒寬系數(shù)，由(表10-7)查得d 0.8(2) 初選螺旋角初定螺旋角14(3) 由（圖10-21e）查得hlim1hlim21100mpa(4) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n160* n*j*l h =60*730*1*(2*8*365*20)=n2n1/i=/3.8=由（圖10-19）khn10.90，khn20.95(5

9、)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力（失效概率1，安全系數(shù)s=1）h 1khn1hlim1 / s0.9*1100=990 mpah 2khn2hlim2 / s0.95*1100=1045 mpah （h 2+h 2）/2（990+1045）/2=1017.5 mpa2）計(jì)算（1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t =47.58mm（2）計(jì)算圓周速度（3）計(jì)算齒寬b及模數(shù)mnt ， ，（4）計(jì)算縱向重合度 =1.59 由(圖10-28)查得螺旋角影響系數(shù)（5）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 查取齒形系數(shù)(表10-5)得 （6） 計(jì)算載荷系數(shù)k使用系數(shù)ka 工作機(jī)均勻平查得接觸疲勞壽命系數(shù)穩(wěn)，所以查表得ka1.00 動(dòng)載荷系數(shù)kv

10、估計(jì)齒輪圓周速度v1.82m/s 查(圖10-8)得kv1.08;由(表10-3)查得;從(表10-4)的硬齒面齒輪欄查得小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置、6級(jí)精度、時(shí)：考慮齒輪為7級(jí)精度，取，故載荷系數(shù) 另由（圖10-13）查得（7）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 （8）計(jì)算模數(shù)mn 3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1）確定計(jì)算參數(shù)（1）計(jì)算載荷系數(shù) 由（圖10-20d）查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；由（圖10-18）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn1=0.85 ，kfn2=0.88計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4,計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 小齒輪的數(shù)值較大。設(shè)計(jì)計(jì)算： 對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由

11、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)mn與由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)值mn2 mm，取分度圓直徑d1=50.893mm 取z1=25，則，取z2=954幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算中心距 將中心距圓整為124mm2）按圓整后的中心距修正螺旋角因改變不多，故參數(shù)、等不必修正。3）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 4）計(jì)算齒輪寬度圓整后取b2=42mm b1=47mm（二）低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)考慮此減速器的功率及現(xiàn)場(chǎng)安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪（1）按圖1所示的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。（2）齒輪材料及熱處理大小齒輪材料為40cr。經(jīng)

12、調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為4855hrc，（3）齒輪精度運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)速不高，故選用7級(jí)精度（gb10095-88）（4）確定齒數(shù)z硬齒面，故取z125，z2i2z13.0022575.05 則 z276傳動(dòng)比誤差 iuz2/ z176/253.04, i=|(3.04-3.002)/3.002|=1.2%5%, 允許2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）初選齒寬系數(shù)d ：因大、小齒輪均為硬齒面且按非對(duì)稱布置，故宜選取稍小的齒寬系數(shù)，由(表10-7)查得d 0.8（2） 初選螺旋角 初定螺旋角14（3）由（圖10-21e）查得hlim1hlim21100mpa(4)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

13、 n360* n *j*l h =60*192.11*1*(2*8*365*20)= n4n3/i=/3.002= 由（圖10-19）khn30.95，khn40.95（5）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力（失效概率1，安全系數(shù)s=1）h 3khn3hlim3/ s0.95*1100=1045 mpah 4khn4hlim4/ s0.95*1100=1045 mpah （h 3+h 4）/2（1045+1045）/2=1045 mpa2）計(jì)算（1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d2t = =74.84mm（2）計(jì)算圓周速度 （3）計(jì)算齒寬b及模數(shù)mnt ，(4)計(jì)算縱向重合度 =1.59由(圖10-28)查得螺旋角

14、影響系數(shù)（5）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 查取齒形系數(shù)(表10-5)得 （6）載荷系數(shù)k使用系數(shù)ka 工作機(jī)均勻平查得接觸疲勞壽命系數(shù)穩(wěn)，所以查表得ka1.00動(dòng)載荷系數(shù)kv 估計(jì)齒輪圓周速度v0.75m/s 查(圖10-8)得kv1.03;由(表10-3)查得;從(表10-4)_的硬齒面齒輪欄 查得小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置、6級(jí)精度、時(shí) 考慮齒輪為7級(jí)精度，取，故載荷系數(shù)另由（圖10-13）查得（7）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑（8）計(jì)算模數(shù)mn3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1）確定計(jì)算參數(shù)(1)計(jì)算載荷系數(shù) 由（圖10-20d）查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；由（圖10-18）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)kf

15、n3=0.88 ，kfn4=0.93計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4,得計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 小齒輪的數(shù)值較大。 設(shè)計(jì)計(jì)算：對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)mn與由齒根彎勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)值mn3.5mm，取分度圓直徑d1=80.05mm取z3=26，則，取z4=794幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算中心距 將中心距圓整為168mm按圓整后的中心距修正螺旋角因改變不多，故參數(shù)、等不必修正。計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 計(jì)算齒輪寬度圓整后取b3=67mm b4=72mm0.869pw=2.015 kwpd2.4kwy132l6型三相異步電動(dòng)機(jī)i22.81

16、3i12.0i23.8i33.002i411.407n1460r/minn730 r/minn192.11 r/min n64r/min n64r/minp13.54kwp12.74 kwp12.36 kw p11.99 kwp11.40 kwt88.57 nmt166.67nmt614.43nmt1789.13nmt1701.10nmpca=2.64kwd d190mmd d2265mm20.25m/sld1600mma=513.5mm1=1607根fo=39.8nfp=548.7nz125z295d 0.8hlim1hlim21100mpah 1990 mpah 21045 mpah =1

17、017.5 mpad1t=47.58mmv=1.82m/sb=38mmmnt=1.85mmka1.00kv1.08kh=1.286kf=1.27k=1.958d1=50.893mmmn=1.975mmk=1.92mn=2mmz1=25z2=95a=124mm=143516”d1=51.66mmd2=196.33mmb1=47mmb2=42mm z125z276hlim1hlim21100mpah 1045 mpad2t=74.84mmv=0.75m/s ka1.00kv1.03kh=1.289kf=1.27k=1.958d3=80.051mmk=1.92mn3.5mmz3=26z4=79a=1

18、68mm=142142”d3=83.097mmd4=252.903mmb3=67mm b4=72mm第三節(jié) 軸承的選擇及壽命計(jì)算一.具體二級(jí)齒輪減速器軸的方案設(shè)計(jì)i軸：1. 選擇軸材料 45鋼 調(diào)質(zhì)217255hbs2. 初算軸徑 取ao=110 得dmin = 因軸上要開鍵槽，故將軸徑增加4%5%,取軸徑為30mm。3.選取30308圓錐滾子軸承ii軸：1.選擇軸材料 45鋼 調(diào)質(zhì)217255hbs2.初算軸徑 取a=110 得dmin =44.08mm 因鍵槽影響，故將軸徑增加4%5%,取軸徑為46mm。3.選取30309圓錐滾子軸承iii軸：1.選擇軸材料 45鋼 調(diào)質(zhì)217255hbs

19、2.初算軸徑 取a=110 得dmin =62.94mm 因鍵槽影響，故將軸徑增加4%5%,取軸徑為63mm。3.選取30314圓錐滾子軸承輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查（表14-1）得 ka=1.3， 則：iii軸： tca3=kat3=1.31789.13=2325.87nm，查（gb5014-85）,選取hl6型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為3150 nm。半聯(lián)軸器的孔徑d1=70mm，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度l=172mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度l 1=132mm二、 軸承的選擇及壽命計(jì)算(a) 齒輪減

20、速器高速級(jí)受力分析 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 齒輪的軸向力 (b)齒輪減速器低速級(jí)受力分析 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 齒輪的軸向力 (一)第一對(duì)軸承具體受力情況見圖31（1）計(jì)算軸上的支反力 垂直面內(nèi)：fva1=87n , fvb1=2333n 水平面內(nèi)：fha1=3129n , fhb1=3324n（2）軸承的校核 初選軸承型號(hào)為30308 輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù) 軸承a受的徑向力3130n 軸承b受的徑向力4061n附加軸向力查表得3000型軸承附加軸向力則 軸承a 921n，軸承b 1194n計(jì)算軸承所受軸向載荷由于，即b軸承放松，a軸承壓緊由此得 2530n 1194n計(jì)算當(dāng)

21、量載荷軸承a e=0.35, 2530/3130=0.8e, 則 6753n,軸承b e=0.35, 1194/4061=0.29e, 則 5955n,軸承壽命計(jì)算因pa1pb1，按軸承a計(jì)算122529hlh符合條件按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 符合條件 圖31（二） 第二對(duì)軸承具體受力情況見圖32（1）計(jì)算軸上的支反力 垂直面內(nèi)：fva2=3417n , fvb2=9743n 水平面內(nèi)：fha2=4097n , fhb2=3209n（2）軸承的校核 初選軸承型號(hào)為30309 輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù) 軸承a受的徑向力5335n 軸承b受的徑向力10258n附加軸向力查表得3000型軸承附

22、加軸向力則 軸承a 1569n，軸承b 3017n計(jì)算軸承所受軸向載荷由于，即b軸承放松，a軸承壓緊由此得 3017n， 3519n，計(jì)算當(dāng)量載荷軸承a e=0.35, 3017/3519=0.86e, 則 6758n,軸承b e=0.35, 3519/10258=0.34e, 則 9030n,軸承壽命計(jì)算因pa2pb2，按軸承a計(jì)算332696hlh符合條件按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 符合條件圖32圖32（三）第三對(duì)軸承具體受力情況見圖33（1）計(jì)算軸上的支反力 垂直面內(nèi)：fva3=8473n , fvb3=12734n 水平面內(nèi)：fha3=7453n , fhb3=22635n（2）軸承的校核 初選軸承型號(hào)為30314 輕