机械设计课程设计说明书

机械设计课程设计计算说明书设计题目圆锥圆柱齿轮二级齿轮减速器学院（系）：制造科学与工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：********姓名：*******学号：*******指导老师：****完成日期：2015年7月8日第1页共25页计算及说明计算结果第一部分绪论本课程设计主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与互换性》等多门课程知识并运用《AUTOCAD》软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。第二部分课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目某带式运输机采用双班连续工作，载荷有轻微振动，小批量生产，工作年限5年，速度允许误差±5%，要求电动机轴线与运输带鼓轮轴线垂直，试设计该带式运输机传动装置，原始数据如下。2.2主要技术参数说明运输带牵引力F=3800N，运输带速度V=0.85m/s,滚筒直径D=420mm。n=1000×60×0.85/420π=38.65r/min机械设计课程设计计算说明书2第2页共25页2.3工作台示意图三、确定传动方案机械设计课程设计计算说明书3第3页共25页方案1为两级传动，电动机直接与初论相联结，传动比及结构尺寸较大，所以不合适。方案2第一级用带传动，后接两级齿轮传动，带传动能缓冲、吸振，过载时形成保护，结构尺寸稍大，但优点更多，本题选择方案2。3.2电动机选择由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用Y系列三相异步电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。传动装置总效率：η=η1·η2·η3·η43·η5η1=0.96V带效率；η2=0.96圆锥齿轮传动效率；η3=0.97圆柱齿轮传动效率；η4=0.99滚动轴承效率；η5=0.99刚性联轴器效率；电动机所需功率：Pω=FV/1000=3800×0.85／1000=3.23KwPd=Pω／η=3.23／0.859=3.76Kw确定电动机型号：Y132M1-6其相关参数如下：额定功率：P=4Kw电动机满载转速：nw=960r/minη=0.859Pd=3.76Kwi总=24.84机械设计课程设计计算说明书4第4页共25页电动机轴伸出直径：D=38mm电动机轴伸出长度：L=80mm四、运动学和动力学计算1、总传动比及其分配i总=nm/n=960/38.65=24.84i总=i1·i2·i3=2×3.2×3.88i1V带传动比；i2圆锥齿轮传动比；i3圆柱齿轮传动比；2、减速器各轴转速计算：nⅠ=960/2=480r/minnⅡ=480/3.2=150r/minnⅢ=150/3.88=38.66r/min3、减速器各轴功率计算：PⅠ=Pd·η1=3.76×0.96=3.61KwPⅡ=PⅠ·η2·η4=3.61×0.96×0.99=3.43KwPⅢ=PⅡ·η3·η4=3.43×0.97×0.99=3.29Kw减速器各轴功率、转矩、转速如下：轴号功率(Kw)转速（r/min）转矩T（N·m）Ⅰ3.6148071.824Ⅱ3.43150218.380Ⅲ3.2938.66812.713五、V带传动设计1、确定V带型号和带轮直径工况系数KA由表11-5确定计算功率PCPC=KA·Pd选带型号图11.15A型i1=2i2=3.2i3=3.88KA=1.3PC=4.89A型D1=100mmD2=200mm机械设计课程设计计算说明书5第5页共25页小带轮直径D1min=75mm取D1=100mm大带轮直径D2=（1-ε）D1·n1/n2=（1-0.01）×100×960／480=198mm取200mm大带轮转速n2=（1-ε）·D1·n1/D2=（1-0.01）×100×960／200=475.2mm2、计算带长Dm=（D1+D2）/2=﹙100＋200﹚÷2=150mmΔ=（D2-D1）/2=50mm初取中心距：a=500mm带长Ld=π·Dm+2a+Δ2/a=π×150+2×500+502÷500=1476.24mm取Ld=1600mm3、确定中心距和包角中心距aa=(L-π·Dm)/4+（（L-π·Dm）2-8Δ2）1/2/4=﹙1600-π×150﹚+﹙﹙1600-π×150﹚2-8Δ2﹚1/2/4=562.16mmn2=475.2r/minDm=150mmΔ=50mmLd=1600mma=562.16mmα1=169.33▫机械设计课程设计计算说明书6第6页共25页包角α1α1=180▫－60▫﹙D2-D1﹚/a=180▫-60▫(200-100)/562.16=169.33▫120▫4、求带根数带速：V=π·D1·n1/60·1000π×100×960÷﹙60×1000﹚=5.03m/s传动比：i=960/475.2=2.02带根数：表11-8P0=0.97；表11-7Kα=0.978；表11-12KL=0.99；表11-10ΔP0=0.11KwZ=PC/（(P0+ΔP0)·Kα·KL）=4.88/﹙(0.97+0.11)·0,98·0.99﹚=4.665、轴上载荷张紧力F0表11-4q=0.10Kg/mF0=500PC·（2.5-Kα）/2.5vz+qv2=153.79N轴上载荷FQ=2ZF0sin（α1/2）=1531.238N带论结构：B=(Z-1)e+2f=78mm六、锥齿轮传动设计1、选择锥齿轮材料：直齿锥齿轮加工多为刨齿，不宜采用硬齿面。小齿轮选用40Cr，调质处理，硬度241HB~286HB，取平均硬度260HB；大齿轮选用45钢，调质处理，硬度217HB~255HB，取平均硬度240HB。2、初步计算：齿数Z和精度等级取Z1=24；Z2=i·Z1=3.2×24=76.8取Z2=76估计V≈4m/s,选8级精度V=5.03m/sZ=5F0=153.79NFQ=1531.238NZ1=24，Z2=76KA=1.25Kv=1.15机械设计课程设计计算说明书7第7页共25页使用寿命系数KA由表12.9KA=1.25动载系数Kv图12.9Kv=1.15齿间载荷分配系数KHα表12.10b·KA/Ft未知Cosδ1=u/﹙u2+1﹚1/2=3.2/﹙3.22+1﹚1/2=0.954Cosδ2=1/﹙u2+1﹚1/2=0.298Zv1=Z1/cosδ1=24÷0.954=25.16Zv2=Z2/cosδ2=76÷0.298=255.03εαV=[1.88-3.2·﹙1/Zv1+1/Zv2﹚]cosβ=[1.88-3.2×﹙1÷25.16+1÷255﹚]×1=1.74Zε=﹙﹙4-εαV﹚/3﹚1/2=﹙﹙4-1.74﹚÷3﹚1/2=0.868KHα=1/Zε2=1÷0.8682=1.327齿向载荷分布系数Kβ表12.20及标注3Kβ=1.9载荷系数KK=KA·Kv·KHα·Kβ=1.25×1.15×1.327×1.9=3.62转矩T1=71824N·mm弹性系数ZE表12.12ZE=189.8Zε=0.868KHα=1.327Kβ=1.9K=3.62T1=71824N·mmZE=189.8ZH=2.5σHlim1=720Mpa机械设计课程设计计算说明书8第8页共25页节点区域系数ZH图12.16接触疲劳极限图12.17c最小安全系数SHmin表12.14接触寿命系数ZN工作时间Th=5×300×16=24000h应力循环次数N1=60×480×24000=6.9×108N2=60×480×24000÷3.17=2.1×108许用接触应力[σH][σH1]=σHlim1·ZN1/SHmin=720×0.9÷1=648[σH2]=560×0.9÷1=504小轮大端分度圆直径d1取ψR=0.3d1≥﹙4.7K·T·（ZE·ZH·Zε/[σH]）2/ψR/u/（1-ψR）σHlim2=560MpaSHmin=1ZN1=ZN2=0.9[σH1]=648Mpa[σH2]=504Mpa机械设计课程设计计算说明书9第9页共25页=105.23mm3、验算圆周速度KA·Ft/bdm1=（1-0.5ψR）·d1=（1-0.15）×105.23=89.45mmVm=π·dm1·n1/60000=2.25m/sFt=2T1/dm1=1605.9Nb=0.3R=52.65mmKA·Ft/b=38.13100N/mm与估计值相符4、确定传动尺寸大端模数mm=d1/Z1=105.23/24=4.38表12.3取m=4实际大端分度圆直径d1d1=m·Z1=4×24=96mmd2=m·Z2=4×76=304mm锥距RR=（Z12+Z22）1/2·m/2m=4d1=96mmd2=304mmR=159.4mm机械设计课程设计计算说明书10第10页共25页=（242+762）1/2·/2=159.4mm齿宽bb=R·ψR=159.4×0.3=47.82mm5、齿根弯曲疲劳强度计算齿形系数YFa图12.30应力修正系数YSa图12.31重合度系数YεYε=0.25+0.75/εαv=0.25+0.75/1.74=0.681齿间载荷系数KFα表12.10KFα=1/Yε=1/0.681=1.47载荷系数KK=KA·Kv·KFα·Kβ=1.25×1.15×1.47×1.9=4.01弯曲疲劳极限σFlim图12.23cb=50mmYFa1=2.71YFa2=2.12YSa1=1.64YSa2=2.09Yε=0.681KFα=1.47K=4.01σFlim1=600MpaσFlim2=450MpaSFmin=1.25Yn1机械设计课程设计计算说明书11第11页共25页弯曲最小安全系数SFmin表12.14弯曲寿命系数Yn由题意尺寸系数Yx图12.25许用弯曲应力[σF][σF1]=σFlim1·Yn1·Yx/SFmin=600×0.88×1.0÷1.25=422.4Mpa[σF2]=324Mpa验算σF1=4.7K·T1·YFa1·YSa1·YεψR·（1-0.5ψR）^2·Z1^2·m^3·√（u2+1）=4.7×4.0×71128×2.71×1.64×0.680.3×(1-0.3×0.5)^2×24^2×4^3×√(3.2^2+1)=151.24Mpa＜[σF1]σF2=σF1·YFa2·YSa2YFa1·YSa2=151.24×2.12×2.092.71×1.64=150.77Mpa＜[σF2]=0.88Yn2=0.90Yx=1.0[σF1]=422.4Mpa[σF2]=324MpaσF1=151.24MpaσF2=150.77MpaT1=机械设计课程设计计算说明书12第12页共25页六、斜齿圆柱齿轮传动的设计计算材料选择：小齿轮40Cr调质241-286HB平均260HB大齿轮45钢调质217-255HB平均240HB1、初步计算转矩T1齿宽系数ψd表12.13Ad值表12.16β初取15▫初步计算许用接触应力[σH]图12.17c[σH1]=0.9σHlim1=0.9×710=639Mpa[σH2]=0.9σHlim2=0.9×560=504Mpa初步计算小齿轮直径d1d1≥Ad·（T1·（u+1）u·ψd·[σH]^2）1/3=84.16取85mm初步齿宽bb=ψd·d1=85mm2、校核计算圆周速度vv=π·d1·n60