華南理工大學機械課程設(shè)計計算

1、華南理工大學課程設(shè)計說明書題目單級圓柱齒輪減速器院（系）專業(yè)教研室、研究所負責人指導教師 2011年1月15日華南理工大學課程設(shè)計(論文)任務(wù)書茲發(fā)給班學生課程設(shè)計(論文)任務(wù)書，內(nèi)容如下:1 .設(shè)計題目:單級齒輪減速器2. 應(yīng)完成的項目：(1) 減速器的裝配圖一張(A1)(2) 齒輪零件圖一張(A3或者A2)(3) 軸零件圖一張(A3或者A2)(4)設(shè)計說明書一份3. 參考資料以及說明：(1) 機械設(shè)計課程設(shè)計(2) 機械設(shè)計基礎(chǔ)(3) 機械設(shè)計手冊4.本設(shè)計(論文)任務(wù)書于 2011年1月3日發(fā)出，應(yīng)于2011年1月14日前 完成，然后進行答辯。專業(yè)教研室、研究所負責人指導教師_審核簽發(fā).

2、年月_年月日課程設(shè)計（論文）評語:課程設(shè)計（論文）總評成績:課程設(shè)計（論文）答辯負責人簽字:說明書設(shè)計及說明一、傳動方案的確定（如下圖）F=6430N采用普通V帶傳動加一級斜齒輪傳動V=sD=430mm二、原始數(shù)據(jù)a)帶拉力:F=6430Nb)帶速度:v=sC）滾筒直徑:D=430mmd)滾筒及運輸帶效率ne)載荷輕微沖擊，總傳動比誤差5%,f)室內(nèi)工作，兩班制，工作年限5年，環(huán)境最高溫度 35C，小批量生產(chǎn)。三、確定電動機的型號1 .選擇電動機類型：選用丫系列三相異步電動機。2 .選擇電動機功率運輸機主軸上所需要的功率:Pw1F0 鵲瀘 10.4166kW其中，查課程設(shè)計表2-3,1 , V

3、帶傳動的效率，10.952，閉式圓柱齒輪的效率（精度等級8)20.973，滾子軸承的效率，30.984，十字滑塊聯(lián)軸器的效率，4 =w，工作機的效率，w0.96所以：0.95 0.97 0.9920.990.960.8：傳動裝置的總效率:電動機所需功率:Pdk Pw1.110.411613.76kW0.83電動機型號為Y180L-6查課程設(shè)計152頁的表16-1，取電動機的額定功率為15kW。P ed=3 .選擇電動機的轉(zhuǎn)速工作機的轉(zhuǎn)速:v 60 1000 nw1.62671.95r/min3.14 430根據(jù)課程設(shè)計第 5頁表2-2 ,V帶傳動比范圍h=24,單級圓柱齒輪（閉式，斜齒）傳動比

4、i2 = 36,電動機轉(zhuǎn)速范圍:ndnwi1i2 71.95 (2 4) (3 6) 431.72 1726.87r/min選擇電動機同步轉(zhuǎn)速為1000r/min,滿載轉(zhuǎn)速nm=970 r/min 。四、確定傳動裝置的總傳動比及各級分配傳動裝置得總傳動比：inmnw黑 13.48取V帶傳動比：i13 ；單級圓柱齒輪減速器傳動比:驗證滾筒轉(zhuǎn)速誤差:(nw n2)/nw計算各軸的輸入功率電動機軸軸1（高速軸）軸n （低速軸）計算各軸的轉(zhuǎn)速電動機軸計算各軸的轉(zhuǎn)矩電動機軸iii0.008%PdP213.761kW空4.533%( n2= nm/i)iPd 0.95 i3.76ii2.68kW2 3P&

5、gt;0.97 0.99 i3.072 i2.68kWnm=970 r/minnin2TdTinmiinii2970970323.3r/min3323371.964r/min4.59550-Pd-nm955013.761135.5N m9709550 旦ni955032386N m323.3參數(shù)輸入功率轉(zhuǎn)速輸入轉(zhuǎn)矩傳動比效率軸(kW)(r /min )(N m)i電動機軸970軸1（高速軸）386軸n （低速軸）16834 .上述數(shù)據(jù)制表如下大帶輪的直徑 dd2 i1dd1 480mmP12 68t2 9550n; 9550 7 1683N m五、傳動零件的設(shè)計計算1 .普通V帶傳動的設(shè)計計算

6、確定計算功率PCPCKAPd 1.2 13.761 16.51kWKa，根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)216頁表12-3，此處為帶式運輸機，載荷變動小，每天兩班制工作16小時，選擇工作情況系數(shù) KA =選擇V帶型號根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)216頁圖12-10，此處功率卩。=與小帶輪的轉(zhuǎn)速 nm=970r/min，選擇 B 型 V帶，d=112200mm確定帶輪的基準直徑dd1,dd2根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)217頁表12-4、12-5，取小帶輪直徑dd1 =160mm ,驗證帶速ddEmv 60 10003.14 160 9708.947m/s60 1000在5m/s25m/s之間。故帶的速度合適。 確定V帶的基準長度和傳

7、動中心距a0初選傳動中心距范圍為:(dd1dd2 )w a0 <2 ( dd1 dd2),ddi=160mmdd2=480mm即 448 a01280,初定a0=5OOmmV帶的基準長度:L02a0 (dd12 500 2 480d ) (dd2 dd1)2dd2)4a03202 P 2049.28mm根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表12-2，選取帶的基準直徑長度Ld 2240mm。實際中心距:aa。LdL025002240 2049.28 595mm驗算主動輪的包角1 180dd2dd157.3故包角合適。計算V帶的根數(shù)a180迦563.1757.3149.2120PcP0P) KaKLLd=224

8、0mma=595mm由 n1970r / min ，dd1 =160mm，根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表12-5、12-6 ,Po 2.72kWPo0.30kW根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表12-7 ,Ka0.92根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表12-2 ,Kl1.016.513Z (2.72 0.3) 0.921.05.94取z=6根。 計算V帶的合適初拉力 F0匚500FC卜02.5ZVKa2qv根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)131頁表10-1，q=500 16.51322.5F 06 8.9470.9210.1928.947279.35N計算作用在軸上的載荷149 2Q 2zF0sin二 2 6 279.35 sin 2 23231.84

9、( N)尺寸小帶輪大帶輪槽型BB基準寬度bd1414基準線上槽深hamin基準線下槽深hfmin槽間距e槽邊距fminv帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計（根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-8）（單位：mm）Z=6FQ= N輪緣厚min外徑dada dd1 2ha 167da dd1 2ha 487內(nèi)徑ds4040帶輪寬度b3B3 2f 4e 99B3 2f 4e 99帶輪結(jié)構(gòu)實心式輪輻式V帶輪采用鑄鐵 HT200制造，其允許的最大圓周速度為25m/s.2.齒輪傳動設(shè)計計算(1)選擇齒輪類型，材料，精度，及參數(shù)選用斜齒圓柱齒輪傳動(外嚙合)選擇齒輪材料(考慮到齒輪使用壽命較長)小齒輪材料取為45號鋼，調(diào)質(zhì)，HBS1250

10、(GB699-1988)大齒輪材料取為45號鋼，調(diào)質(zhì)，HBS2選取齒輪為8級的精度(GB 10095 1998)初選螺旋角 3= 16°選小齒輪的齒數(shù)28;大齒輪的齒數(shù) z2 =(2)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計中心距2305 口aU式中:H limSh根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)1024,對小齒輪:H lim對大齒輪:H lim 540M PaSh 1.0，根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-5220 (GB699-1988)取 z=126570 MPa,軟齒面。所以： H 1570H 2540。選用： H 540K，載荷系數(shù)，根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-5,此處中等沖擊，原動機為電動機，選用K=a，齒寬系數(shù)，中型

11、載荷aU，齒數(shù)比，u=3055402 386000239.55mm0.4 4.5取 a=240mm計算模數(shù)2a cosmn Z1 Z22 240 COS16。2.99628 126根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-1，取模數(shù)標準值mn3.0Zi=28Z2=126修正螺旋角arcos2aarcos3.0 (28126)15.742 240a=240mm驗算模數(shù):2acos2 240 cos15.74mn又因為乙Z215.7428 1263.0在8度到20度之間,計算兩齒輪分度圓直徑小齒輪大齒輪計算齒寬合適。d1d2m"coscos3.0 2887.27mmcos15.74392.73mmcos1

12、5.74a a 0.4 24096mm小齒輪齒寬（齒輪軸）bi106mm大齒輪齒寬（大齒輪）b296mm（3）校核彎曲疲勞強度1.6KTYf coszbm；其中di =d2=F limFSfZviZ13cos28cos315.7429.09bi=106mmb2=96mmZ23cos126cos315.74130.91Sf1.4，根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-5 ，軟齒面。K =，根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-4。Yf12.6，Yf2 2.18，齒形系數(shù)，根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖10-23。570MPa， F lim 2540MPa ,彎曲疲勞強度極限,F1F2根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖10-24。1.6 1.2 386

13、000 2.6cos15.74o28 106 3269.42M Pa5701.3438.5M PaF1Yf2 58.206 MPa 540415.4 MPaYf11.3均滿足彎曲疲勞強度要求。名稱代計算公式結(jié)果齒輪傳動的幾何尺寸，制表如下：（詳細見零件圖)號小齒輪大齒輪中心距az, Z2 mn/2cos240mm傳動比ii %法面模數(shù)mn設(shè)計和校核得出3. 0端面模數(shù)mtm %s3. 17法面壓力角n標準值20o螺旋角一般為 8o - 20o15.74齒頂高haha mn3. 0mm齒根高hfhf 1.25mn3. 75mm全齒高hhhahf6. 75mm齒數(shù)Z28126分度圓直徑dd %s8

14、7. 27mm392. 73mm齒頂圓直徑dada = d +2 mn93. 27mm398 . 73mm齒根圓直徑dfdf = d mn79. 77mm385 . 23mm齒輪寬bba a106mm96mm螺旋角方向查表7-6右旋左旋(4)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計小齒輪米用齒輪軸，大齒輪米用腹板式六、減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計14頁表3-1經(jīng)驗公式，列出下表:名稱代號尺寸計算底座壁厚0.025a+1結(jié)果(mm)箱蓋壁厚1 > 88底座上部凸緣厚度ho14箱蓋凸緣厚度h1 114底座下部凸緣厚度h2*20底座加強肋厚度e1）8底蓋加強肋厚度e11地腳螺栓直徑d216地腳螺

15、栓數(shù)目n表3-46軸承座聯(lián)接螺栓直徑d212箱座與箱蓋聯(lián)接螺栓直徑d3d8軸承蓋固定螺釘直徑d4d8視孔蓋固定螺釘直徑d5d6軸承蓋螺釘分布圓直徑D1125,140軸承座凸緣端面直徑D2140,155螺栓孔凸緣的配置尺寸C1C2Do表3-215,13, 20地腳螺栓孔凸緣的配置尺寸c'c'D '表3-325, 23, 45箱體內(nèi)壁與齒輪距離10箱體內(nèi)壁與齒輪端面距離 112底座深度H+（3050）24O外箱壁至軸承座端面距離11C1+C2+（510）33七、軸的設(shè)計1.高速軸的設(shè)計(1)選擇軸的材料：選取45號鋼，調(diào)質(zhì)，HBS = 230(2)初步估算軸的最小直徑根據(jù)機

16、械設(shè)計基礎(chǔ)282頁表16-2，取Ao =110,d A0 JpL 110 dl3075 37.75mm n1V 323.3(3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計因為與V帶聯(lián)接處有一鍵槽，所以直徑應(yīng)增大5%，考慮帶輪的機構(gòu)要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑dmin=40mm ,根據(jù)密封件的尺寸，選取小齒輪軸徑為d=60mm。1)兩軸承支點間的距離:Li = Bi + 2 1 + 2 2 + T ,式中：Bi,小齒輪齒寬,B1106mm1，箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙,1 12mm2，箱體內(nèi)壁與軸承端面的距離,2 10mm2)TL2-2T,軸承寬度，選取 30212型軸承,T=代入上式得，L1=106+2 X 12+210

17、+=(mm)帶輪對稱線到軸承支點的距離:L2 = T/2 + 12+ k + 13 + B3/2式中:I3，b，軸承蓋高度G C210 t 28 15 13 5 10 10軸承蓋凸緣厚度，t =10mm ,螺栓頭端面至帶輪端面的距離,軸承蓋M8B3，帶輪寬度,解得,B3I2 -3 k 223.7517.25(mm)1315mm螺栓頭的高度，查表可得B3 99mm23.75k=9917.2515 5.6 99(mm)2 2(4)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度軸的計算簡圖（見附圖1)計算作用在軸上的力小齒輪受力分析圓周力:Fti2Tid12 3860008846N87.27徑向力:Fr1Ft1 tan

18、8846 tan20 3345 N軸向力:Fa1計算支反力水平面：Rah垂直面:MbcosFt1 tanRbhCOS15.748846 tan 15.742493NI 竽 4423NRav 173Fr1 86.5 Fa1 d1 /2 Q(99 173)0得：Rav7382NQ,傳動帶作用在軸上的壓力，QRbvRav QFr1 7382- 3231.84- 3345 805(N)作彎矩圖水平面彎矩:M CHRbh 86.54423 86.5382000(Nmm)垂直面彎矩:M AVM CV1Q 99M CV2Q(99 86.5)3231.84 (99Rbv 86.53231.84 9931995

19、2( NRav 86.586.5)7382 86.5805 86.5mm)137608(N mm)69632(N mm)合成彎矩:MA M AV 319952( N mm)M C1JM 2 chM 2CV1J3820002 1376082 406029( N mm)/ 2 2M C2 寸 M CH M CV2Li=J3820002 696322 388289( N mm)作轉(zhuǎn)矩圖T1386000 N mm當扭轉(zhuǎn)剪力為脈動循環(huán)應(yīng)變力時，取系數(shù)0.6，則:L2=99mmMcaD JM2D ( T1)2J02(0.6 386000)2231600(N mm)McaA(Ti)2J3199522(0.6

20、 3860002394978(Nmm)McaC1 Jm2C1( T1)2J3839892 (0.6 386000)2448426( NJm2c2( T1)2mm)M caC2/2(3882940388294(N mm)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度軸的材料是45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，其拉伸強度極限b 650M Pa，對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用應(yīng)力1 b 60MPa由彎矩圖可以知道，c1剖面的計算彎矩最大，該處的計算應(yīng)力為:caciMcaq448426W0.1%3M caq01石 20.76MPa1 b 60MPaD剖面的軸徑最小，該處的計算應(yīng)力為:caDM caDW 0.1dD3M caD呼 36.18M

21、Pa0.1 4031 b 60MPa均滿足強度要求。2 .低速軸的設(shè)計選擇軸的材料：選擇45號鋼，調(diào)質(zhì)，HBS=240初步估算軸的最小直徑：取A0=11O,rp7JI 12.68d A0110 3 61.67mmTj n片1.964軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：初定軸徑及軸向尺寸:考慮聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)要求及軸的剛度，取裝聯(lián)軸器處軸dmin 70mm。根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計150頁表15-4。十字滑塊聯(lián)軸器處軸徑取70mm安裝長度L=125mm按軸的結(jié)構(gòu)和強度要求選取軸承處的軸徑d=80mm初選軸承型號為32016型的圓錐滾子軸承軸承。D=125, B=29，T=29。考慮到要求箱體內(nèi)壁平整，根據(jù)高速軸尺寸計算低速軸

22、尺寸為:L4962 122 1029169mm聯(lián)軸器配合對稱線至軸承支點的距離l213式中：12，軸承蓋的凸緣厚度,l2C124mmc25I3，螺栓頭端面至帶輪端面的距離，15mmk ,軸承蓋M8螺栓頭的高度，查表可得k=L,軸聯(lián)器配合長度,125mmL3B l2 l3224 1525.3125/2121.3mm4 ）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度軸的計算簡圖（見附圖2）計算作用在軸上的力大齒輪受力分析圓周力:Ft2d22 16830008565N393徑向力:Fr2Ft2tan ncos8565 tan20 3239N cos15.74軸向力:Fa2Ft2 tan8565 tan 15.7424

23、14N計算支反力水平面：RahRbh琴竽 4155.8N垂直面:MbRav 169Fr284.5 Fa2 d2/20得：Rav1635NRbvFr2 1635-32391604(N)作彎矩圖水平面彎矩:MchRbh 84.5351000(N mm)垂直面彎矩:M AVM CV1Rav84.5合成彎矩:M CV2138458(N mm)Rbv 84.5135538(N mm)MaM AV 0( N mm)CH M 2CV1M C1J3510002 1384582377322(N mm)jf 22¥ M ch M CV2M C2/3510002 1355382367260(N mm)作轉(zhuǎn)

24、矩圖T11683000 N mm當扭轉(zhuǎn)剪力為脈動循環(huán)應(yīng)變力時，取系數(shù)0.6，則:L4=169mmMcaD JM2DJ02(0.6 1683000)21010000： NMcaA 氣(Ti)2(Ti)2J02(0.6 1683000)21010000： Ni 2McaC1 寸 M C1 ( T1)mm)mm)J3773222 (0.6 1683000)2 1077992： N jMM caC?2/ T 2C2( Ti)J36726020367260(N mm)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度軸的材料是45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，其拉伸強度極限對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用應(yīng)力1 b 60MPaL3=mm)b 650M

25、 Pa，由彎矩圖可以知道，Ci剖面的計算彎矩最大 ，該處的計算應(yīng)力為:cac2特 黔 14.79MPa1 b 60MPaD剖面的軸徑最小，該處的計算應(yīng)力為:M caDcaD 2M caDW01哼 29.44MPa0.1 7031 b 60MPa均滿足強度要求。八、滾動軸承的選擇和計算初定高速軸軸承型號 30212，低速軸上軸承型號 32016.1 .高速軸滾動軸承校核 初步選取的軸承：選取30212軸承A的徑向載荷Cr=，Co=30212型軸承Ra(Rah)2 (Rav)2J44232738228605N軸承B的徑向載荷:Rb J(Rbh)2 (Rbv)2J44232 80524496N根據(jù)機

26、械設(shè)計基礎(chǔ)325頁表18-11 ,S=R/2Y （Y是A/R > e時的軸向系數(shù)）32016型圓錐滾子根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計132頁表13-1查得Y=軸承外部軸向力:Fa2493N軸承軸向載荷：SaSbRa / 2Y 2868NRb/2Y1499NSA V Fa + SBA A = Fa+Sb =2493+1499=3992 ( N)AA / RA 0.7 eAb = Sb=1499(N)由此可見，軸承 A的載荷大，應(yīng)該驗算軸承 計算軸承A的徑向當量動載荷徑向當量動載荷9430NP XRa YAa 0.4 86051.5 3992軸承壽命的校核因兩端選擇同樣尺寸的軸承， 選軸承A的徑向當量

27、動載荷 P為計算依據(jù)。工作溫度正常，查根據(jù)機械設(shè)計課程236頁表18-8得fT 1 ,按中等沖擊載荷，查表18-9得fF1.3,按設(shè)計要求，軸承得壽命為:Lh16 300 524000h則：Lhr106 frCr1069780010/360n fFF60 323.31.3 943052299hLhr >Lh選取得軸承合適。2 .低速軸滾動軸承校核初步選取的軸承：選取32016Cr=140kN軸承A的徑向載荷Ra J(Rah)2 (Rav)2J41562163524466N軸承B的徑向載荷:Rb J(Rbh)2(Rbv)2J41562160424455N根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)325頁表18-11

28、 ,S=R/2Y （Y是A/R > e時的軸向系數(shù)）根據(jù)機械設(shè)計手冊查得丫=外部軸向力:Fa2414NS軸承軸向載荷：ASbRA/2Y1595NRb/2Y1591NSA < Fa + SbA A = Fa+SB =2414+1591=4005 ( N)Aa / Ra 0.7 eAb = Sb=1591(N)由此可見，軸承 A的載荷大，應(yīng)該驗算軸承 計算軸承A的徑向當量動載荷徑向當量動載荷P XRa YAa 0.4 44661.4 4005739 N軸承壽命的校核因兩端選擇同樣尺寸的軸承， 選軸承A的徑向當量動載荷 P為計算依據(jù)。工作溫度正常，查根據(jù)機械設(shè)計課程236頁表18-8得f

29、T 1 ,按中等沖擊載荷，查表18-9得fF1.4A18X56GB/T1096-1979按設(shè)計要求，軸承得壽命為:Lh16300 524000h則：Lhr10660n3frCrfFF10660 71.96410/3140000 1364439h 1.4 9430Lhr >Lh選取得軸承合適。九、聯(lián)軸器得選擇和計算電動機，轉(zhuǎn)矩變化小，選取工作系數(shù)KcA1.5T ca1 51683 1942( N m)根據(jù)工作條件，選用十字滑塊聯(lián)軸器，查表154得，許用轉(zhuǎn)矩配合軸徑d 70mm,T 2000N m，許用轉(zhuǎn)速 n 250 r / min ；配合長度L=125mm ,C型鍵。十、鍵聯(lián)接的選擇和強

30、度校核1 .高速軸與V帶輪用鍵聯(lián)接選用單圓頭普通平鍵（C型）C10 90軸徑d=40mm ,及帶輪寬B3 99mm。GB/T1096-1979根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計95頁表10-1,選擇 C10 90 (GB/T 1096-1979 ) 強度校核:鍵的材料選為45號鋼，V帶輪材料為鑄鐵。根據(jù)機械課程設(shè)計184頁表13-2，載荷輕微沖擊，鍵聯(lián)接得許用應(yīng)力50 - 60MPa，鍵的工作長度90 5 85mm，擠壓應(yīng)力4T11000bhld沁 56.76MP a b8 85 402.低速軸與齒輪用鍵聯(lián)接22 80GB/T1096-1979選用圓頭普通平鍵(A型)軸徑d=90mm ,輪轂長B296mm。根據(jù)表10-1，選鍵22 80GB/T 1096-1979強度校核鍵材料選用45號鋼,齒輪材料為 45號鋼，查表得許用應(yīng)力,100120MPa,b鍵的工作長度擠壓應(yīng)力80 22 58mm,4T21000bhld1683 100092.11MPa b7 58 90滿足強度要求。3 .低速軸與聯(lián)軸器用鍵聯(lián)接(1)選