機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)一級(jí)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)題目：一級(jí)圓柱齒輪減速器內(nèi)裝1.高速軸 2.低速軸 3.齒輪機(jī)械工程學(xué)院模具141班級(jí)小組人員：指導(dǎo)老師：完成日期2015年2月31日成績(jī) 100 成都紡織高等?？茖W(xué)校已知輸送帶工作拉力F=4.8KN，輸送帶工作速度V=1.7m/s，滾筒直徑D=450mm，兩班制，連續(xù)單項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較穩(wěn)定，使用折舊期為8年，室外工作，灰塵較大，環(huán)境最高溫度35，三相交流電，電壓380/220V；四年一次大修，三年一次中修，半年一次小修；一般機(jī)械廠制造，小批量生產(chǎn)。電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容及說(shuō)明主要結(jié)果選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知：V帶傳動(dòng)帶=0.96，滾動(dòng)軸承軸承=0.97

2、，聯(lián)軸器聯(lián)=0.98，卷筒卷=0.96。電動(dòng)機(jī)至卷筒軸的傳動(dòng)效率=帶²軸承齒聯(lián)=0.96×0.99²×0.98×0.97=0.89工作機(jī)的效率w=軸承卷=0.99×0.96=0.95。則工作機(jī)所需的電動(dòng)機(jī)輸出功率：Pd=Fv/1000w=4800×1.7/1000×0.89×0.95=9.65（Kw）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：選電動(dòng)機(jī)額定功率Pcd=11Kw。Pd=9.65（Kw）Pcd=11Kw選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速卷筒軸工作轉(zhuǎn)速w=600×10001.7/3.1445072.19（r/min）V帶傳動(dòng)比i帶

3、24，單級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)比i齒35則總傳動(dòng)比的合理范圍ii帶·i齒=620得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍： n=i·nw=（620）×72.19 =433。141443.8（r/min） 選電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n=1000r/min較合適。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y160L-6，滿載轉(zhuǎn)速nm=970r/minnm=970r/min傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 i=nm/nw=970/72.19=13.44i=13.44分配各級(jí)傳動(dòng)比分配V帶傳動(dòng)比i1=3.2單極直齒圓柱齒輪傳動(dòng)比i2=4.2i1=3.2i2=4.2計(jì)算各軸的輸入功率小齒輪P1=Pd

4、15;帶=9.65×0.96=9.264KW大齒輪P2=P1ײ軸承齒=9.264×0.99²×0.97=8.81Kw卷筒軸Pw=P2×聯(lián)軸承=8.81×0.98×0.99=8.55KwP1=9.264KwP2=8.81KwPw=8.55KwV帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容及說(shuō)明主要結(jié)果確定計(jì)算功率PcPc=KA·Pd，已知Pd=9.625Kw查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表4.7得KA=1.2，則Pc=1.2×9.65=11.58KwPc=11.58Kw計(jì)算帶型根據(jù)Pc=11.58KW和小帶輪轉(zhuǎn)速n1

5、=nm=970r/min,按圖4.12選擇B型帶B型帶確定V帶輪基準(zhǔn)直徑查表4.8選取dd1=125mm由式(4-12)n1/n2=i1n2=n1/i1=970/303.125r/mindd2=（n1/n2）dd1(1-) =970/303.125×（1-0.02） =392（mm）查表4.8，選取dd2=400mm取dd1=125mmdd2=400mm驗(yàn)算帶速由式（4-19）得V=dd1n1/60×1000=6.35m/s帶速V在525（m/s）范圍內(nèi)合適確定帶的基本長(zhǎng)度取中心距0.7（dd1+dd2）<a0<2(dd1+dd2)367.5<a0<

6、1050，初取a0=700mm由式（4-21）計(jì)算V帶的基本長(zhǎng)度 L0=2a0+/2（dd1+dd2）+(dd2-dd1)²/4a0 =2×700+/2（125+40)+(400-125)²/4×700 =2251.26(mm)查表4.2，選取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=2300mm查表4.2，由式（4-22）計(jì)算實(shí)際中心距aa0+（Ld-L0）/2=700+(2300-2251.26)/2 =724.37mm考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償張緊力的需要，中心距應(yīng)有一定的調(diào)整范圍，由式（4-23），（4-24）得amin=a-0.015Ld=724.37-0.015 X 230

7、0=689.87mmamax=a+0.03Ld=724.37+0.03 X 2300=793.37（mm）取Ld=2300mm滿足設(shè)計(jì)要求Amin=689.87mmAmax=793.37（mm）驗(yàn)算小帶輪的包角由式（4-25）得小帶輪的包角1=180°（dd2-dd1）×57.3°/a =180°（400-125）×57.3°/724.37 =158.251120°，合適7,確定V帶的根數(shù)查表4.4得:P0=1.64KW,P0=0.30KW查表4.5得:K=0.94，查表得KL=1.01由式（4-26）計(jì)算V帶的根數(shù)Z=Pc

8、/P0=Pc/(P0+P0)KLK =11.58/（1.64+0.30）×0.94×1.01取Z=7根確定單根V帶的初拉力查表4.8，得q=0.17kg/m由式（4-28）得單根V帶的初拉力F0=（500PL/zv）×（2.5/KQ-1）+qv²=（500×11.58/7×6.35）×（2.5/0.94-1)+0.17×6.35²=223.08N單根V帶張緊所需的初拉力F0=223.089，確定帶輪在帶輪軸的拉力由式（）4-29近似計(jì)算傳動(dòng)作用在帶輪軸的壓力FQ=2ZF0sin1/2=2×7&#

9、215;223.08×sin223/2=2905.81NFQ=2905.81N10,帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11，傳動(dòng)比調(diào)整小帶輪dd1=125mm，采用實(shí)心式大帶輪dd2=400mm>300采用輪輻式V=6.35m/s<25m/s帶輪均采用HT150制造因已選取dd1=125mm，dd2=400mm，得i1=dd2/dd1=400/125=3.2i=i1·i2=13.44i2=i/i1=13.44/3.2=4.2i1=3.2i2=4.212，計(jì)算各級(jí)轉(zhuǎn)速小齒輪：n1=nm/i1=970/3.2=303.125r/MM大齒輪：n2=n1/i2=303.125/4.2=72.

10、19r/mm卷筒軸：nw=n2=72.19r/mm滿足題目設(shè)計(jì)要求。N1=303.125r/mmN2=72.19r/mm計(jì)算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電機(jī)軸輸入轉(zhuǎn)矩：Td=9550×Pd/nm=9550×9.65/970 =95.01N·m小齒輪軸輸入轉(zhuǎn)矩：T1=9550×P1/n1=9550×9.264/303.125=291.86N·m大齒輪軸輸入轉(zhuǎn)矩T2=9550×P2/n2=9550×8.81/72.19=1165.47N·mTd=95.01N·mT1=291.86N·mT2=1165.4

11、7N·m單級(jí)直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容及說(shuō)明主要結(jié)果1，選取材料和確定敘永應(yīng)力小齒輪材料：45鋼，調(diào)制硬度為HB1=210280HBS，計(jì)算中用215HBS1,大齒輪材料：45鋼，正火硬度為HB2=170210HBS，計(jì)算中用185HBS小齒輪許用應(yīng)力：H1=380+0.7HB1=380+0.7×215=530(MPa)大齒輪許用接觸應(yīng)力：H2=380+0.7HB2=380+0.7×215=510(MPa)小齒輪許用彎曲應(yīng)力：F1=H0+0.2HB1=140+0.2×215=183(MPa)大齒輪許用彎曲應(yīng)力：F1=140+0.2HB2=1

12、40+0.2×185=177(MPa)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪的主要尺寸（1） 計(jì)算小齒輪所需傳遞的轉(zhuǎn)矩下：T1=9550×P1/n1=9550×（9.264/303.125）×10³=2.92×100T1=2.92×1002，確定載荷系數(shù)K3,計(jì)算齒數(shù)比4，選擇齒寬系數(shù)d據(jù)K=1.31.7，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，載荷較平穩(wěn)，齒輪支撐為對(duì)稱配置取較小值K=1.4=z2/Z1=i2=4.2據(jù)齒輪為輪齒面和齒輪在兩軸承間對(duì)稱布置，由表6.9取d=1K=1.4=4.2d=15，材料系數(shù)ZE6,按式（6-28）計(jì)算小齒輪的分度圓直徑d1（7）

13、 確定齒輪的模數(shù)m（8） 按式（6-32）確定齒輪的齒輪數(shù)Z1和Z2（9） 計(jì)算齒輪的主要尺寸（10） 計(jì)算齒輪的圓周速度V并選擇齒輪精度查表6.6得ZE=189.8MPa½=95mm中心距a=（d1/2）（1+） =247（mm）M=（0.0070.020）×247 =1.7294.94按標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（表6.1）Z1=d1/m=95/2.5=38故調(diào)整：a=95（+1）/2=250=4.263Z2=z1=4.263×38=162齒輪分度圓d1=mz1=2.5×38=95mmd2=mz2=2.5×162=405齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的中心距：a=（d1+d2

14、）=（95+405）/2=250（mm）齒輪寬度：b=b2=d·d1=1×95=95（mm）b1=b2+(510)=100105mm取b1=100V=d1n1/60×1000=1.51m/s按表6.14選取齒輪精度等級(jí)為8級(jí)精度 Z1=38Z2=162a=247.5mmb2=95mmb1=100mmV=1.51m/s精度為8級(jí)3，較核齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度（1）選YFS并比較大?。?）計(jì)算大齒輪齒根的彎曲應(yīng)力查表6.8，z1=38 YFS1=4.02 Z2=162 YFS2=3.92YFS1/=4.02/183=0.0220<YFS2/F2=3.92/177=0

15、.0221F2=2KT1YFS2/bm²z1=2×1.4×2.92×105×3.92/95×2.5²×38=142.05MPa<F2齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。4.計(jì)算齒輪的主要幾何尺寸分度圓直徑為：d1=mz1=2.5×38=95mmd2=mz2=2.5×162=405mm齒頂圓直徑為：da1=d1+aha*m=95+2×1=97mmda2=d2+2ha*m=405+2×1=410mm齒根圓直徑為df1=d1-2（ha*+c*）m=9*5-2（

16、1+0.25）×2.5=88.75mmdf2=d2-2（ha*+c*）m=405-2*（1+0.25）×2.5=398.75（mm）d1=95mmd2=405mmda1=97mmda2=410mmdf1=88.75mmdf2=398.75（mm）5，齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小齒輪直徑較小考慮將小齒輪與軸做成整體齒輪軸高速軸設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容及說(shuō)明主要結(jié)果1,選擇軸的材料確定許用應(yīng)力考慮到本次設(shè)計(jì)為普通用途中小功率減速器，選用45鋼調(diào)質(zhì)處理由表機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)9.1查得b=637MPa b-1=59Mpab=637MPab-1= 59Mpa2,初步計(jì)算最小軸徑高速軸傳遞功率P1=9.264

17、KW，由表9.2查得C=（118107）則d1C·1=36.5833.17(mm)因軸上開(kāi)一個(gè)鍵槽故將軸徑增大5，則d1x1.0538.40934.828取軸徑d1=38mmd1=38mm3,軸上零件定位固定和裝配單級(jí)減速器中將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱布置（圖9.15），兩軸承分別以套筒定位，周向則采用小過(guò)盈配合固定。大帶輪以軸肩和軸端擋圈軸向定位，平鍵做周向定位。軸做成階梯形，右端套筒和右軸承從右面裝入，左端套筒，左軸承左端蓋，大帶輪依次從左面進(jìn)入4. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸徑的設(shè)計(jì)d1=38mm d2=d12h=382×0.07×38=43.32 考慮該段軸

18、上的密封尺寸，取d2=44軸承型號(hào)初選為6210深溝球軸承.查手冊(cè)得軸承寬度B軸承=20，則d3=50（符合軸承內(nèi)徑同時(shí)d3>d2，以便于軸承裝拆） 故采用油潤(rùn)滑（查教材P245）毛氈圈密封，考慮非定位軸肩，取d4=51mm(d4>d3),以便于齒輪裝拆,但因da1=100mm<2d4,查簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-25，d4軸段應(yīng)與小齒輪做成整體-齒輪軸。所以d4=df1=88.75mm,且小齒輪不需軸環(huán)段，d5=d3=50mm(同一軸上兩軸型號(hào)盡量相同)初選6210d1=38mmd2=44d3=50d4=88.75mmd5=50mm軸端長(zhǎng)度確定由裝配圖知軸的長(zhǎng)度尺寸分別為

19、L1=106mm,L2=75mm,L3=33mm,L4=99mm,L5=33mm兩軸承的跨距由于采用6210深溝球軸承，支點(diǎn)可選在軸承寬度一半處 L跨距=L3+L4+L5-B軸承 =33+99+33-20 =145mm經(jīng)計(jì)算，左軸承支點(diǎn)到齒輪支點(diǎn)距離為72.5mm，齒輪為居中布置L跨距=145mm5.齒輪受力計(jì)算分度圓直徑 d1=mz=2.5×38=95mm轉(zhuǎn)矩 圓周力 Ft1=2T1/d1=2×291864÷38 =15361.26（N） 徑向力 Fr1= Ft1tan=5591.04(N)d1=95mmT1=291864 (N·M)Ft1=6144.

20、5（N）Fr1=5591.04(N)6.軸的強(qiáng)度計(jì)算（1）畫軸受力（a）(2) 在水平面和鉛垂面分別求軸的支撐反力H面內(nèi)： =290581NRAH=2675.2(N) V面內(nèi)：RAV=RBV=7686.63(N)(3)繪制彎矩圖：H面內(nèi)彎矩MCH=72.5×(-)=-388646.96(N·MM)MAH=128×(-)=371943.68(N·MM)V面內(nèi)彎矩圖MAV=0MCV=72.5×RAV=556845.67 (N·MM)合成彎矩圖MC=67906079(N·MM)MA=371943.68(N·MM)(4)繪

21、制彎矩圖T1=291864N·mm(5)繪制當(dāng)量彎矩圖 =701277.41N·mm =411106.50N·mm(6)校核危險(xiǎn)截面C處的強(qiáng)度 故該軸的強(qiáng)度滿足要求.低速軸計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容及說(shuō)明主要結(jié)果1.選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 考慮到本次設(shè)計(jì)為普通用途中小功率減速器，選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，查表9.1得：b=637Mpab-1=59Mpab=637Mpab-1=59Mpa2,初步計(jì)算最小軸徑 低速軸傳遞功率P2=8.81KW，由表9.2查得C=118107則d1·(p2/n2)=5953.5mm因軸上開(kāi)一個(gè)鍵槽，故將軸徑增大5則d1×1.05

22、61.9556.175, 取軸徑d1=63mmd1=63mm3，聯(lián)軸器的選擇查教材表11-1，取聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)K=1.3，則計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=KT2=1.3×1165.47=1515.111（N·mm）查手冊(cè)表7-11選取彈性柱銷軸器的型號(hào)為L(zhǎng)X4，軸徑d1=63mm，軸孔徑L=107mm4.初步擬定軸上零件定位，固定和裝配單級(jí)減速器將齒輪安排在箱體中央（圖15，但將軸反向放置）齒輪右端用套筒軸向定位，左面由軸環(huán)定位，周向依靠平鍵固定兩軸承都以套筒定位，周向則采用小過(guò)盈配合固定。聯(lián)軸器以軸肩和軸端擋圈軸向定位，平鍵做周向定位。軸做階梯形，左端套筒，左軸承從左面裝入，齒輪，

23、右端套筒，右軸承，聯(lián)軸器依次從右面裝入。5.軸的設(shè)計(jì)軸徑的設(shè)計(jì)d1=63mmd2=d1+2h=63+2×0.07×38=68.32.考慮該軸端上密封件尺寸，取d2=70mm軸承型號(hào)初選為6215深溝球軸承，軸承寬度B=25mm，則d3=75mm(符合軸承內(nèi)徑，同時(shí)d3>d2,以便于軸承裝拆）)因?yàn)閐3·n2=75×72.19=5437.31< 1.5×105(mm·r/min)故而軸承采用油潤(rùn)滑（查教材P245）毛氈密封圈。考慮非定位軸承，取d4=77mm（d4>d3,以便于齒輪裝拆）定位軸環(huán)直徑d5=d4+2h=7

24、7+(0.070.1)×62= 85.6889.4mm取d5=87mmd6=d3=75mmd1=63mmd2=70mmd3=75mmd4=77mmd5=87mmd6=75mm軸段的長(zhǎng)度確定由裝配圖知軸的長(zhǎng)度尺寸分別為L(zhǎng)1=103mm,L2=38mm,L3=69mm,L4=93mm, L5=7mm,L6=33mm兩軸承間跨距由于6215深溝球軸承，支點(diǎn)可送在軸承寬度一半處。L跨距=L3+L4+L5+L6-B軸承 =69+93+7+33-25 =177mm經(jīng)計(jì)算右軸承支點(diǎn)到齒輪支點(diǎn)距離為86mm左軸承支點(diǎn)齒輪支點(diǎn)距離91mm。L跨距=177mm6.齒輪受力分析分度圓直徑轉(zhuǎn)矩圓周力Ft2=

25、2T2/d2=5827.365 (N)徑向力Fr2= Ft2tan=2120.99(N)d2=405mmT2=1165473(N·mm)6.軸的強(qiáng)度計(jì)算（1）畫軸的受力圖a(2) 在水平面和鉛垂面分別求軸的支撐反力H面內(nèi)：Fr2×86-REH×177=0得REH=1017.81NRFH=Fr2-REH=1076.99(N)V面內(nèi)：Fr2×86-REV×177=0得REV=2796.42(N)RFV=Ft2-REV=2959(N)(3)繪制彎矩圖：H面內(nèi)彎矩圖MGH=REH×91=92620.71(N·MM)V面內(nèi)彎矩圖：MG

26、V=REV×109=254474 (N·MM)合成彎矩圖：=270805.69(N·mm)(4)繪制轉(zhuǎn)矩圖T2=1165473N·MM(5)繪制當(dāng)量彎矩圖=749889.03(N.mm）(6) 校核危險(xiǎn)截面C處的強(qiáng)度故該軸的強(qiáng)度滿足要求。平鍵計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容及說(shuō)明主要結(jié)果1高速軸上與大帶輪連接的平鍵（1）選擇鍵的類型和尺寸：由高速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：d1=38mm,L1=105mm查表8.9選用A型平鍵b=10mm，h=8mm,L=70mm,l=L-b=70-10=60，由于鍵是標(biāo)準(zhǔn)件其剪切強(qiáng)度足夠（2） 校核鍵連接的強(qiáng)度因帶輪采用鑄鐵制造，查8.10得p=10

27、80Mpa鍵連接擠壓強(qiáng)度故所選鍵連接滿足擠壓強(qiáng)度，合適。A型平鍵b=10mmh=8mmL=70mm2低速軸上與聯(lián)軸器連接的平鍵（1） 選擇鍵的類型和尺寸：由低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：d1=63mm,L1=82mm查表8,9選用B型平鍵b=18,h=11mm,L=70mm,l=L=70mm,由于鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，其剪切強(qiáng)度足夠。(2) 校核鍵連接的強(qiáng)度因半聯(lián)軸器和平鍵都采用45號(hào)鋼制造，查表8.10得p=125150Mpa鍵連接擠壓強(qiáng)度故所選鍵連接滿足擠壓強(qiáng)度，合適。B型平鍵b=18mmh=11mmL=70mm3,低速軸上與大齒輪連接的平鍵（1） 選擇鍵的類型和尺寸由低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：d4=77mm,l4=93m

28、m查表8.9選用A型平鍵，b=16mm,h=10mmL=56mml=L-b=56-16=40mm由于鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，其剪切強(qiáng)度足（2） 校核鍵連接的強(qiáng)度因齒輪和平鍵都用45鋼制造查表8.10得p=125150Mpa鍵連接擠壓強(qiáng)度故所選鍵連接滿足擠壓強(qiáng)度要求，合適。A型平鍵，b=16mmh=10mmL=56mm滾動(dòng)軸承的選擇和校核計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容及說(shuō)明主要結(jié)果1.高速軸軸壽由高速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知，d3=50mm初選軸承型號(hào)為6210，查手冊(cè)表知Cr=35KN查表10.12取溫度系數(shù)ft=1，查表10.12取fp=1.1，球軸£=3得故該軸承壽命足夠。6208壽命滿足1.低速軸軸壽由低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)

29、計(jì)知，d3=75mm初選軸承型號(hào)為6215，查手冊(cè)表知Cr=66KN因齒輪傳動(dòng)沒(méi)有軸向力故p=Fr2=2120.99N查表10.12取溫度系數(shù)ft=1，查表10.12，取fp=1.1，球軸£=3得 故該軸承壽命足夠。6210壽命滿足減速軸箱體及附件設(shè)計(jì)1.箱體的設(shè)計(jì)低速軸：a=177(mm)箱座壁厚：=0.025a+1=6mm箱座緣厚度：b=1.5=9mm底腳螺栓底腳厚度：p=2.5=15mm箱座上的肋厚：m0.85=5mm取m=5mm箱蓋上的肋厚：m10.85=5mm取m1=5mm底腳螺栓直徑：d=12mm軸承旁連接螺栓直徑：d1=0.75d=9mm上下箱連接螺栓直徑：d2=(0.50.6)d=(67.2)取d2=8mm定位銷孔直徑：d3=(0.70.8)d=(8.49.6)取d3=10mm（1） 窺視孔及窺視孔蓋（2） 通氣孔 M12×1.5（3） 軸承蓋2.減速器附件設(shè)計(jì)選取凸緣式軸承蓋，軸承外徑D=8090mm對(duì)于低速軸有螺栓連接直徑M=8螺栓數(shù)目n=6（4） 定位銷選取圓錐型定位銷