机械课程设计说明书

《机械设计课程设计说明书》-1-课程设计说明书题目单级圆柱齿轮减速器学院：专业：学号：学生：指导老师：2016年月日《机械设计课程设计说明书》-2-设计说明书设计及说明结果P𝑤=𝐹𝑣1000=1500×1.51000=2.25𝑘𝑊一、传动方案的确定（如下图）：采用普通V带传动加一级了圆柱齿轮传动。二、原始数据：a)带拉力：F=1500Nb)带速度：v=1.5m/sc)滚筒直径：D=250mm三、确定电动机的型号：1．选择电动机类型：选用Y系列三相异步电动机。2．选择电动机功率：运输机主轴上所需要的功率：传动装置的总效率：F=1500NV=1.5m/sD=250mm《机械设计课程设计说明书》-3-η总=η联轴𝜂轴承2η齿轮η𝑉带η𝑤η总=η联轴𝜂轴承2η齿轮η𝑉带η𝑤=0.99×0.982×0.97×0.95×0.96=0.84n𝑤=𝑣×60×1000𝜋𝐷=1.5×60×10003.14×250=114.6𝑟/𝑚𝑖𝑛𝑛𝑑=𝑛𝑤𝑖1𝑖2=114.6×(2~4)×(3~6)=687.55~2750.2𝑟/𝑚𝑖𝑛其中，查《机械设计课程设计》P6表2-3η𝑉带，V带传动的效率η𝑉带=0.95η齿轮，闭式圆柱齿轮的效率（精度等级8）η齿轮=0.97η轴承，滚子轴承的效率η轴承=0.98η联轴，弹性联轴器的效率η联轴=0.99η𝑤，工作机的效率η𝑤=0.96所以：电动机所需功率：𝑃𝑑=𝑃𝑤𝜂=2.250.84=2.68𝑘𝑊3．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2.2V带传动比范围𝑖1=2~4，单级圆柱齿轮（闭式，斜齿）传动比i2=3~6，电动机转速范围：根据以上数据可得出以下两个方案方案电动机型号额定功率电动机转速r/min同步转速满载转速1Y100L23150014402Y132S31000960低转速电动机的级对数多，外廓尺寸用重量都较大，价格较高，但也以使传动装置总传动比减小，使传动装置的体积、重量较小；高转速电动机则相反。因此综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能，尺寸、重量、极数等因素，可见方案2比较合适。所以，选定电动机型号为Y132S，电动机同步转1000𝑟/𝑚𝑖𝑛，满载转速𝑛𝑚=960𝑟/𝑚𝑖𝑛。电动机型号为Y132S《机械设计课程设计说明书》-4-四、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=𝑛𝑚𝑛𝑤=960114.6⁄=8.38取V带传动比：𝑖1=2.5；单级圆柱齿轮减速器传动比：𝑖2=3.351．计算各轴的输入功率：电动机轴𝑃𝑑=2.68𝑘𝑊轴Ⅰ（高速轴）𝑃1=𝜂1𝑃𝑑=2.54𝑘𝑊轴Ⅱ（低速轴）𝑃2=𝜂2𝜂3𝑃1=2.42𝑘𝑊2．计算各轴的转速电动机轴𝑛𝑚=960𝑟/𝑚𝑖𝑛轴Ⅰ𝑛1=𝑛𝑚𝑖1=384𝑟/𝑚𝑖𝑛轴Ⅱ𝑛2=𝑛1𝑖2=114.6𝑟/𝑚𝑖𝑛3．计算各轴的转矩电动机轴𝑇𝑑=9550𝑃𝑑𝑛𝑚=26.61𝑁∙𝑚轴Ⅰ𝑇1=9550𝑃1𝑛1=63.20𝑁∙𝑚轴Ⅱ𝑇2=9550𝑃2𝑛2=201.33𝑁∙𝑚4．上述数据制表如下：轴名功率P/KW转矩/(N·m)转速n/(r/min)传动比i电动机轴2.6826.61960.002.5小齿轮I轴2.5463.20384.003.35大齿轮II轴2.42201.33114.6五、传动零件的设计计算:1．普通V带传动的设计计算:𝒊𝟏=𝟐.𝟓𝒊𝟐=𝟑.𝟑𝟓《机械设计课程设计说明书》-5-𝑃𝑐=𝐾𝐴𝑃𝑑=1.2×2.68=3.21𝑘𝑊𝑣=𝜋𝐷𝑑1𝑛𝑚60×1000=9.04𝑚/𝑠𝐿𝑑0=2𝑎0+𝜋2(𝐷𝑑1+𝐷𝑑2)+(𝐷𝑑2−𝐷𝑑1)24𝑎0=2317.14𝑚𝑚𝑎=𝑎0+𝐿𝑑−𝐿𝑑02=650+2300−2317.142=641.43𝑚𝑚𝛼1=180°−𝐷𝑑2−𝐷𝑑1a×180°𝜋=155.87°120°①确定计算功率𝑷𝒄𝐾𝐴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𝐾𝐴=1.2②选择V带型号根据《机械设计》P344附表2.5a，此处功率𝑃𝑐=3.21𝑘𝑊与小带轮的转速𝑛𝑚=960r/min，选择B型V带，𝑑=180𝑚𝑚。③确定带轮的基准直径𝐝𝒅𝟏，𝐝𝒅𝟐根据《机械设计》P344/P345，附表2.5a和附表2.5b取小带轮直径𝐷𝑑1=180𝑚𝑚大带轮的直径𝐷𝑑2=450𝑚𝑚④验证带速在5𝑚/𝑠~25𝑚/𝑠之间。故带的速度合适。⑤确定V带的基准长度和传动中心距𝒂𝟎初选传动中心距范围为：0.7(𝐷𝑑1+𝐷𝑑2)≤𝑎0≤2(𝐷𝑑1+𝐷𝑑2)，即441≤𝑎0≤1260，初定a0=650𝑚𝑚V带的基准长度根据《机械设计基础》P56表3-2，选取带的基准直径长度Ld=2300𝑚𝑚。实际中心距：取𝑎=642mm⑥验算主动轮的包角故包角合适。𝑫𝒅𝟏=𝟐𝟓𝟎𝒎𝒎𝑫𝒅𝟐=𝟒𝟓𝟎𝒎𝒎𝑳𝒅=𝟐𝟑𝟎𝟎𝒎𝒎𝒂=𝟔𝟒𝟏.𝟒𝟑𝐦𝐦《机械设计课程设计说明书》-6-𝑧≥𝑃𝑐(𝑃0+∆𝑃0)𝐾𝑎𝐾𝐿𝑧≥0.81𝐹0=500𝑃𝑐𝑧𝑣(2.5𝐾𝑎−1)+𝑞𝑣2𝐹0=313.53𝑁𝑄=2𝑧𝐹0sin𝛼12=613.2𝑁⑦计算V带的根数z由nm和dd1值，查《机械设计基础》表3-3，得𝑃0=6.04𝑘𝑊查《机械设计基础》表3-5查得∆𝑃0=0.38𝑘𝑊查《机械设计基础》表3-4，得𝐾𝑎=0.93查《机械设计基础》表3-2，得𝐾𝐿=1.01取𝑧=1根。⑧计算V带的合适初拉力𝑭𝟎根据查《机械设计基础》表3-1，𝑞=0.17⑨计算作用在轴上的载荷⑩V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BB基准宽度𝑏𝑑1414基准线上槽深ℎ𝑎𝑚𝑖𝑛3.53.5槽间距e190.4190.4摩擦系数f12.512.5轮缘厚δ𝑚𝑖𝑛7.57.5外径D𝑎𝐷𝑑1=180𝑚𝑚𝐷𝑑2=450𝑚𝑚带轮宽度B𝐵=(𝑧−1)𝑒+2𝑓=44𝑚𝑚𝐵=(𝑧−1)𝑒+2𝑓=44𝑚𝑚带轮结构腹板式轮辐式𝑧=1𝑄=613.2𝑁《机械设计课程设计说明书》-7-d≥√(671[𝜎𝐻])2𝑢+1𝑢𝐾𝑇1𝜑𝑑3d1≥√(671460)25.36+15.361.2×1180000.9=373.5V带轮采用铸铁HT200制造，其允许的最大圆周速度为25𝑚/𝑠2．齿轮传动设计计算（1）选择齿轮材料选择齿轮材料，为了便于制造，采用软齿面齿轮，根据《机械设计基础》表5-5，大小齿轮材料选取如下：小齿轮材料取为40MnB钢，调质处理，241~286大齿轮材料取为45钢正火，169~217（2）按齿面接触强度设计一对钢制外啮合齿轮设计公式用式①计算小齿轮传送的扭矩𝑇1=9.55×106𝑃1𝑛1=1.18×105（N·mm）②选择小齿轮的齿数𝑧1=25；大齿轮的齿数𝑧2=5.36×25=134取𝑧2=134③初选取齿轮为8级的精度(GB10095−2001)④载荷平稳，对称布置，轴的刚度较大，取载荷综合系数K=1.2（《机械设计基础》表5-6）⑤齿宽系数取𝜑d=0.9(《机械设计基础》表5-9)⑥确定许用接触应力由图5-28查得𝜎Hlim1=720Mpa𝜎Hlim2=460Mpa由表5-8查得SHlim=1由式5-33[𝜎H]=𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚𝑆𝐻𝑚𝑖𝑛，得[𝜎H1]=720𝑀𝑝𝑎，[𝜎H2]=460𝑀𝑝𝑎所以[𝜎H]=[𝜎H2]=460𝑀𝑝𝑎⑦计算小齿轮分度圆直径⑧计算模数m=d1𝑧1=73.525=2.94(𝑚𝑚)，由《机械设计基础》表5-1取𝒛𝟏=𝟐𝟓𝒛𝟐=𝟏𝟑𝟒𝐚=𝟏𝟖𝟕𝒎𝒎《机械设计课程设计说明书》-8-m=3.0mmb2=67(mm)𝜎F=2𝐾𝑇1𝑌𝐹𝑠𝑏𝑚2𝑧1≤[𝜎𝐹](𝑀𝑃𝑎)𝜎F1=2×1.2×118000×4.1967×32×25=78.71(Mpa)≤[𝜎𝐹1]=530(𝑀𝑃𝑎)𝜎F2=𝜎𝐹1𝑌𝐹𝑆2𝑌𝐹𝑆1=78.71×3.924.19(Mpa)≤[𝜎𝐹2]=360(𝑀𝑃𝑎)⑨计算齿轮主要尺寸及圆周速度分度圆直径d1=𝑧1m=25×3=75(mm)；d2=𝑧2m=134×3=402(mm)；中心距a=𝑚2(z1+𝑧2)=32(25+134)=238.5𝑚𝑚；齿轮齿宽b=𝜑𝑑∙𝑑1=0.9×75=67.5(mm)；取b1=73(mm)圆周速度v=𝜋𝑑1𝑛160×1000=𝜋×75×38460×1000=1.5(m/s)，由表5-4知可用8级精度（3）校核齿根弯曲强度校核公式用式（5-34）①复合齿形系数根据z1、z2由图5-30查得Y𝐹𝑠1=4.19；Y𝐹𝑠2=3.92②确定许用弯曲应力𝜎F由图5-31查得𝜎Flim1=530Mpa；𝜎Flim2=360Mpa，由表5-8查得，𝑆𝐹𝑚𝑖𝑛=1，故由式（5-36）得[𝜎𝐹1]=530MPa，[𝜎𝐹2]=360MPa③式中已知K=1.2，𝑇1=118000𝑁∙𝑚𝑚，m=2.5mm，b=67mm④校核计算校核计算安全（4）结构设计小齿轮采用齿轮轴，大齿轮采用腹板式，几何尺寸制表如下：名称代号计算公式结果小齿轮大齿轮𝑑1=61.9𝑚𝑚𝑑2=312.1𝑚𝑚《机械设计课程设计说明书》-9-中心距aa=m2(𝑧1+𝑧2)238.5mm传动比𝑖𝑖=𝑧2𝑧1⁄5.36模数m设计和校核得出3齿顶高ℎ𝑎ℎ𝑎=𝑚3mm齿根高ℎ𝑓ℎ𝑓=ℎ𝑎+𝑐3.25mm全齿高hh=ℎ𝑎+ℎ𝑓6.25mm顶隙c0.25mm齿数z25134分度圆直径dd=mz75mm402mm齿顶圆直径𝑑𝑎𝑑𝑎=𝑑+2ℎ𝑎81mm406mm齿根圆直径𝑑𝑓𝑑𝑓=𝑑−2ℎ𝑓68.5mm395.5mm齿轮宽BB=𝜓𝑑𝑑173mm67mm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）底座壁厚δ0.025a+1≥7.58箱盖壁厚𝛿1(0.8~0.85)δ≥88底座上部凸缘厚度ℎ0(1.5~1.75)δ12箱盖凸缘厚度ℎ1(1.5~1.75)δ112底座下部凸缘厚度ℎ2(2.25~2.75)δ20底座加强肋厚度e(0.8~1)δ8底盖加强肋厚度𝑒1(0.8~0.85)δ17地脚螺栓直径d2δ16(M16)轴承座联接螺栓直径𝑑20.75d12箱座与箱盖联接螺栓直径d3(0.5~0.6)d8(M8)轴承盖固定螺钉直径d4(0.4~0.5)d12《机械设计课程设计说明书》-10-𝜎B=590𝑀𝑃𝑎𝑑≥C√𝑃1𝑛1⁄3=118×√4.743843=27.3mm视孔盖固定螺钉直径d5(0.3~0.4)d6轴承盖螺钉分布圆直径𝐷1D+2.5𝑑460/80螺栓孔凸缘的配置尺寸𝑐1/𝑐2/𝐷0表3-222/20/30地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸𝑐1′/𝑐2′/𝐷0′表3-325/23/45箱体内壁与齿轮距离∆≥1.2δ10箱体内壁与齿轮端面距离∆1≥δ12底座深度H0.5𝑑𝑎+(30~50)190外箱壁至轴承座端面距离𝑙1𝑐1+𝑐2+(5~10)47七、轴的设计：1．高速轴