机械课程设计说明书

《机械设计课程设计说明书》-1-华南理工大学课程设计说明书题目单级圆柱齿轮减速器学院：设计学院专业：工业设计学号：200930031109学生：罗贤军指导老师：胡广华2011年7月9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一、传动方案的确定（如下图）：采用普通V带传动加一级斜齿轮传动。二、原始数据：a)带拉力：F=5000Nb)带速度：v=2.03m/sc)滚筒直径：D=505mm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：F=5300NV=2.03m/sD=505mm《机械设计课程设计说明书》-3-P𝑤=𝐹𝑣1000=5000×2.031000=10.15𝑘𝑊η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=0.933×0.982×0.97×0.95×0.96=0.844n𝑤=𝑣×60×1000𝜋𝐷=2.03×60×10003.14×505=76.8𝑟/𝑚𝑖𝑛𝑛𝑑=𝑛𝑤𝑖1𝑖2=76.8×(2~4)×(3~6)=460.8~1843.2𝑟/𝑚𝑖𝑛运输机主轴上所需要的功率：传动装置的总效率：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=0.933η𝑤，工作机的效率η𝑤=0.96所以：电动机所需功率：𝑃𝑑=𝑘×𝑃𝑤𝜂=1.2×10.150.844⁄=14.431𝑘𝑊查《机械设计课程设计》P152的表16-1，取电动机的额定功率为15𝑘𝑊。3．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：选择电动机同步转1000𝑟/𝑚𝑖𝑛，满载转速𝑛𝑚=970𝑟/𝑚𝑖𝑛。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=97076.8⁄=12。6电动机型号为Y180L-6Ped=15KW《机械设计课程设计说明书》-4-𝑃𝑐=𝐾𝐴𝑃𝑑=1.2×14.431=17.32𝑘𝑊取V带传动比：𝑖1=2.5；单级圆柱齿轮减速器传动比：𝑖2=5.041．计算各轴的输入功率：电动机轴𝑃𝑑=14.431𝑘𝑊轴Ⅰ（高速轴）𝑃1=𝜂1𝑃𝑑=0.95×14.431=13.71𝑘𝑊轴Ⅱ（低速轴）𝑃2=𝜂2𝜂3𝑃1=0.97×0.98×13.71=13.03𝑘𝑊2．计算各轴的转速电动机轴𝑛𝑚=970𝑟/𝑚𝑖𝑛轴Ⅰ𝑛1=𝑛𝑚𝑖1=9702.5⁄=388𝑟/𝑚𝑖𝑛轴Ⅱ𝑛2=𝑛1𝑖2=3885.04⁄=76.98𝑟/𝑚𝑖𝑛3．计算各轴的转矩电动机轴𝑇𝑑=9550𝑃𝑑𝑛𝑚=9550×14.431970⁄=142.1𝑁∙𝑚轴Ⅰ𝑇1=9550𝑃1𝑛1=9550×13.71388⁄=337.4𝑁∙𝑚轴Ⅱ𝑇2=9550𝑃2𝑛2=9550×13.0376.98⁄=1616.5𝑁∙𝑚4．上述数据制表如下：参数轴名输入功率P（kW）转速n（r/min）输入转矩T（N∙m）i传动比η效率电动机轴14.431970142.12.50.96轴Ⅰ（高速轴）13.71388337.45.040.95轴Ⅱ（低速轴）13.0376.981616.5五、传动零件的设计计算:1．普通V带传动的设计计算:①确定计算功率𝑷𝒄𝒊𝟏=𝟐.𝟓𝒊𝟐=𝟓.𝟎𝟒《机械设计课程设计说明书》-5-𝑣=𝜋𝐷𝑑1𝑛𝑚60×1000=9.14𝑚/𝑠𝐿0=2𝑎0+𝜋2(𝐷𝑑1+𝐷𝑑2)+(𝐷𝑑2−𝐷𝑑1)24𝑎0=2×500+3.142×(180+450)+(450−180)24×500=1454𝑚𝑚𝑎=𝑎0+𝐿𝑑−𝐿02=500+1600−14542=573𝑚𝑚𝛼1=180°−𝐷𝑑2−𝐷𝑑1573×60°=151.7°𝐾𝐴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=17.32𝑘𝑊与小带轮的转速𝑛𝑚=970r/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=500𝑚𝑚V带的基准长度：根据《机械设计》P349附表2.9，选取带的基准直径长度L0=1600𝑚𝑚。实际中心距：⑥验算主动轮的包角故包角合适。⑦计算V带的根数z𝑫𝒅𝟏=𝟏𝟖𝟎𝒎𝒎𝑫𝒅𝟐=𝟒𝟓𝟎𝒎𝒎𝑳𝟎=𝟏𝟒𝟓𝟒𝒎𝒎《机械设计课程设计说明书》-6-𝑧=𝑃𝑐(𝑃0+∆𝑃0)𝐾𝑎𝐾𝐿𝑃0=3.27𝑘𝑊∆𝑃0=0.29𝑘𝑊𝑧=17.32(3.27+0.29)×0.92×0.93=5.69𝐹0=500𝑃𝑐𝑧𝑣(2.5𝐾𝑎−1)+𝑞𝑣2𝐹0=500×17.326×9.14(2.50.92−1)+0.19×9.142=287.1𝑁𝑄=2𝑧𝐹0sin𝛼12=3340.7𝑁由𝑛𝑚=970𝑟/min𝐷𝑑1=180𝑚𝑚根据《机械设计》P344/P345，附表2.5a和附表2.5b，根据《机械设计》表12-7，𝐾𝑎=0.92根据《机械设计》附表2.9，𝐾𝐿=0.93取𝑧=6根。⑧计算V带的合适初拉力𝑭𝟎根据《机械设计》P343附表2.2，𝑞=0.19⑨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𝑏𝑝1414基准线上槽深ℎ𝑎𝑚𝑖𝑛3.53.5基准线下槽深ℎ𝑓𝑚𝑖𝑛10.810.8槽间距e190.4190.4槽边距𝑓𝑚𝑖𝑛11.511.5轮缘厚δ𝑚𝑖𝑛7.57.5外径D𝑎𝐷𝑑1=180𝑚𝑚𝐷𝑑2=450𝑚𝑚𝒂=𝟓𝟕𝟑𝐦𝐦𝑧=6𝑄=3340.7𝑁《机械设计课程设计说明书》-7-内径D𝑠3030带轮宽度3BB3=2𝑓+𝑧𝑒=137𝑚𝑚B3=2𝑓+𝑧𝑒=137𝑚𝑚带轮结构腹板式轮辐式V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）选择齿轮类型，材料，精度，及参数①选用斜齿圆柱齿轮传动（外啮合）②选择齿轮材料（考虑到齿轮使用寿命较长）：根据《机械设计》P382附表12.8小齿轮材料取为40Cr，调质处理，HBS1=260大齿轮材料取为40Cr，调质处理，HBS2=255③初选取齿轮为8级的精度(GB10095−2001)④初选螺旋角β=12°⑤初选小齿轮的齿数𝑧1=25；大齿轮的齿数𝑧2=5.04×25=126取𝑧2=126考虑到闭式软齿面齿轮传动最主要的失效为点蚀，故按接触强度设计，再按弯曲强度校核。（2）按齿面接触疲劳强度计算①确定计算参数传递扭矩𝑇1=9.55×106𝑃1𝑛1=3.37×105（N·mm）载荷系数k：因载荷比较平稳，齿轮相对轴承对称布置，由表10-4取k=1.1齿宽系数ψ𝑎=0.5许用接触应力[σ]𝐻:由图10-26（c）查得[σ]𝐻lim1=720MPa[σ]𝐻lim2=680MPa安全系数由表10-5取𝑠𝐻=1则[𝜎𝐻1]=[σ]𝐻lim1𝑆𝐻=720MPa[𝜎𝐻2]=[σ]𝐻lim2𝑆𝐻=680MPa《机械设计课程设计说明书》-8-𝑎𝐻≥(u+1)√(305[𝜎𝐻])2𝑘𝑇1𝜓𝑎𝑢3=186.8𝑚𝑚𝑚𝑛=2𝑎cosβ𝑧1+𝑧2=2.4[𝜎𝐻1][𝜎𝐻2],因此应取较小值[σ]𝐻2代入齿数比u=5.04，将以上参数代入下式得②确定齿轮参数及主要尺寸圆整中心距取a=187mm计算模数取标准值𝑚𝑛=2.5，适当减少齿数𝑧1=24,𝑧2=121修正螺旋角并计算主要尺寸β=arccos𝑚𝑛（𝑧1+𝑧2）2𝑎=14.2452°𝑑1=𝑚𝑛𝑧1𝑐𝑜𝑠β=61.90𝑚𝑚𝑑1=𝑚𝑛𝑧2𝑐𝑜𝑠β=312.10𝑚𝑚b=𝜓𝑎𝑎=93.5𝑚𝑚圆整后取𝑏2=94mm，𝑏1=102mm(3)校核弯曲疲劳强度根据式（10-35）得𝜎𝐹=1.6k𝑇1𝑐𝑜𝑠β𝑧1𝑏𝑚𝑛2𝑌𝐹≤[𝜎𝐹]许用弯曲应力：由图10-24（c）得𝜎𝐹lim1=245MPa𝜎𝐹lim2=240MPa安全系数由表10-5取𝑆𝐹=1.3则[𝜎𝐹1]=𝜎𝐹lim1𝑆𝐹=188.5𝑀𝑃𝑎[𝜎𝐹1]=𝜎𝐹lim2𝑆𝐹=184.6𝑀𝑃𝑎当量齿数𝑧v1=𝑧1𝑐𝑜𝑠3β=26.36𝑧v2=𝑧2𝑐𝑜𝑠3β=132.88查图10-23得齿形系数𝑌𝐹1=2.69𝑌𝐹2=2.2𝜎𝐹1=1.6k𝑇1𝑐𝑜𝑠β𝑧1𝑏𝑚𝑛2𝑌𝐹1=41.89MPa[𝜎𝐹1]𝜎𝐹2=𝜎𝐹1𝑌𝐹2𝑌𝐹1=34.26𝑀𝑃𝑎[𝜎𝐹2](4)齿轮主要尺寸𝒛𝟏=𝟐𝟒𝒛𝟐=𝟏𝟐𝟏𝐚=𝟏𝟖𝟕𝒎𝒎《机械设计课程设计说明书》-9-齿轮传动的几何尺寸，制表如下：(详细见零件图)名称代号计算公式结果小齿轮大齿轮中心距aa=𝑚𝑛(𝑧1+𝑧2)2cos𝛽⁄187mm传动比𝑖𝑖=𝑧2𝑧𝑎⁄5.04法面模数𝑚𝑛设计和校核得出2.5端面模数𝑚𝑡𝑚𝑡=𝑚𝑛cos𝛽⁄2.6法面压力角𝛼𝑛标准值20°螺旋角β一般为8°~20°14.2452°齿顶高ℎ𝑎ℎ𝑎=𝑚𝑛2.5mm齿根高ℎ𝑓ℎ𝑓=1.25𝑚𝑛3.125mm全齿高hh=ℎ𝑎+ℎ𝑓5.625mm齿数z24121分度圆直径dd=𝑚𝑛𝑧cos𝛽⁄61.9mm312.1mm齿顶圆直径𝑑𝑎𝑑𝑎=𝑑+2ℎ𝑎66.9mm317.1mm齿根圆直径𝑑𝑓𝑑𝑓=𝑑−2ℎ𝑓55.65305.85齿轮宽BB=𝜓𝑎𝑎93.5mm86.5mm螺旋角方向查表7-6右旋左旋（4）齿轮的结构设计小齿轮采用齿轮轴，大齿轮采用腹板式六、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）𝑑1=61.9𝑚𝑚𝑑2=312.1𝑚𝑚《机械设计课程设计说明书》-10-𝑑≥𝐴√𝑃1𝑛1⁄3=110×√13.713883=36.1mm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)地脚螺栓数目n表3-46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