机械设计说明书电子版.docx

机械设计基础课程设计计算说明书山东英才学院机械设计制造及其自动化专业08机制普本1班班级设计者 一组 指导教师周春梅、孙向东、孙芹、黄书亮 2011年1 月13日 _ 机械设计计算说明书 目录 山东英才学院 机械设计计算说明书 计算过程及说明 重要结论 一设计任务书及有关条件1.1 设计题目及运动示意图：设计一用于带式运输机的两级斜齿齿轮减速器。运动示意图如图（11）所示： 图（1-1）1、减速器装配图一张（A1号图纸） 2、零件工作图两张（轴、箱体各一张，分别用A3、A2图纸）3、设计计算说明书一份（A4纸，6000-8000字）1.2 工作条件：工作有轻微振动，经常满载、空载起动、单班制工作，运输带允许速度 误差为5减速器小批量生产，使用寿命五年。 1.3 原始数据： 已知条件运输带拉力F(KN)卷筒直径D(mm)带速V(m/s) 数据1.64601.40 1.4 设计工作量：1、减速器装配图一张（A1号图纸）2、减速器上箱体工作图一张（A2号图纸） 2、减速器中间轴工作图一张（A3号图纸）3、设计计算说明书一份（A4纸，6000-8000字）二选择传动方案综合考虑，我们采用齿轮传动和带传动组成此传动方案。根据齿轮传动和带传动的不同特点，我们把带传动放在高速端与电动机相连，则齿轮传动放在低速端与工作机相连。传动方案如图（2-1）所示： 图（2-1）三电动机的选择及其分配传动比3.1 选择电动机： 电动机是通用机械中应用极为广泛的原动机，是由专业生产厂家批量生产的系列化定型产品。其中Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机具有效率高、性能好、震动小等优点，适用于空气中不含易燃易爆或腐蚀性气体的场所和无特殊要求的机械上。根据课程设计对电动机无特殊的要求，可选用此系列的电动机。3.1.1 确定电动机的功率：工作机所需的功率电动机所需的功率取带式输送机的效率为0.96，V带传动的效率为0.94，圆柱齿轮的传动效率为0.97，弹式联轴器的传动效率为0.99，滚子轴承的传动效率为0.98。（文献2表3-1）则：确定电动机的额定功率使取（文献2表3-2） 3.1.2 确定电动机的转速：工作机卷筒轴的转速查阅文献2表3-1得：V带的传动比，二级减速器的传动比传动装置的总传动比电动机的转速可取范围为符合此转速要求的电动机同步转速有、四种，考虑传动装置的结构紧凑，电动机体积大小，经济条件，加工难易程度等综合因素，最后选择同步转速为的Y系 电动机Y100L2-4列电动机Y100L2-4，其满载转速 电动机参数如表（3-1）所示：电动机型号功率同步转速满载转速Y100L2-43KW 表（3-1）3.2 分配传动比及其参数的计算：3.2.1 分配传动比：传动装置的总传动比为 传动比的分配是传动系统总体设计的一个重要环节，能否合理分配传动比，直接影响到传动系统的外廓尺寸、重量、结构、润滑条件、成本及工作能力。为便于两级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑方式，应使高速级和低速级大齿轮的浸油深度大致相等，即两个大齿轮的直径应相近。本减速器属于展开式软齿面圆柱齿轮减速器，两级齿轮的配对材料相同、齿宽系数相等、齿面接触强度接近相等，传动比可根据经验公式（为高速级传动比；为总传动比）进行分配。综合考虑取V带的传动比则减速器总传动比 减速器高速级传动比 低速级传动比 3.2.2 计算传动装置的运动参数和动力参数：高速轴I轴的转速I轴的传动功率I轴的传动扭矩中间轴轴的转速轴的传动功率轴的传动扭矩低速轴轴的转速轴的传动功率 减速器运动和轴的传动扭矩 动力参数详见减速器运动参数和动力参数见表3-2 表3-2减速器轴转速传动功率KW传动扭矩I轴676.22.8039.54轴173.382.66146.52轴57.792.53418.09 （表3-2）四带传动的零件设计计算由前计算可知V带传动的参数见下表4-1：传动功率转速传动比3KW14202.14.1 确定V带类型：V带功率根据工作条件，查阅【文献1】（表9-21）取由查阅【文献1】（图9.13）与之相对应的V带类型为A型V带。第 4 页 山东英才学院 编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第27页 共29页4.2 确定A型V带及带轮基本尺寸：查阅【文献1】（表9.6、表9.9）取小带轮基准直径，设V 带相对滑动率，大带轮基准直径根据公式根据【文献1】（表9.3）大带轮基准直径应圆整取 带速 带速在带速允许范围范围内，合适，不必再修改。V带中心距根据公式得，取 V带基准长度根据公式得根据【文献1】（表9.4）应圆整取 实际中心距 中心距调整范围实际传动比大轮转速速度误差符合要求。小带轮包角 符合要求。V带根数Z应根据公式进行计算。查阅【文献1】（表9.4）取,（图9.12）取由（表9.18）取，由（表9.19）取传动比系数则取Z=2 Z=2小带轮结构如下图4-1所示：Z= （图4-1）单根V带的初拉力 带轮轴上所受的压力 五减速器圆柱齿轮设计5.1 选材及确定设计准则：5.1.1 选择齿轮材料及精度等级：按【文献1】（表11.8）选择齿轮的材料为小齿轮1、3选用45钢调质，硬度为；大齿轮2、4选用45钢正火硬度为；因为是普通减速器，由（表11.20）选用8级精度，要求齿面粗糙度5.1.2 确定设计准则：由于该减速器为闭式齿轮传动，且两齿轮均为齿面硬度HBS小于等于350的软齿面，齿面点蚀为主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。5.2 对第一副齿轮的设计：5.2.1 按齿面接触疲劳强度设计：（1）载荷系数K 查【文献1】（表11.10）取（2）齿数、螺旋角和齿宽系数小齿轮的齿数取为27，则大齿轮的齿数 大齿轮圆整取 实际齿数比齿数比误差，符合要求。初选螺旋角因二级斜齿圆柱齿轮不对称布置而齿轮表面又为软齿面，由【文献1】（表11.19）取 （3）许用接触应力 由【文献1】（图11.25）查得，由表11.9查得。查图11.28得，取许用接触应力 故模数由表11.3取标准模数 （4）确定中心距和螺旋角圆整后，取中心距 圆整中心距后确定的螺旋角为 此值与初选螺旋角的值相差不大，所以不必重新计算。（5）主要尺寸计算 取， 5.2.2 按齿根弯曲疲劳强度校核：由【文献1】（式11.37）得出，如，则校核合格。（1） 当量齿数（2） 齿形系数查表11.12得 ，（3） 应力修正系数查表11.13得 ，（4） 许用弯曲应力由图11.26查得 ，由表11.9查得 由图11.27查得 由式（11.16）可得 故 齿根弯曲强度校核合格。（5） 验算齿轮的圆周速度由表11.21可知，选8级精度是合适的。5.3 对第二副齿轮的设计：5.3.1 按齿面接触疲劳强度设计：（1）载荷系数K 查【文献1】（表11.10）取（2）齿数、螺旋角和齿宽系数小齿轮的齿数取为35，则大齿轮的齿数 初选螺旋角 因二级斜齿圆柱齿轮不对称布置而齿轮表面又为软齿面，由【文献1】（表11.19）取 （3）许用接触应力 由【文献1】（图11.25）查得，由表11.9查得。查图11.28得，取许用接触应力 故模数由表11.3取标准模数 （4）确定中心距和螺旋角圆整后，取中心距 圆整中心距后确定的螺旋角为 此值与初选螺旋角的值相差不大，所以不必重新计算。（6） 主要尺寸计算 取， 5.3.2 按齿根弯曲疲劳强度校核：（1）当量齿数（2） 齿形系数查表11.12得 ，（3） 应力修正系数查表11.13得 ，（4） 许用弯曲应力由图11.26查得 ，由表11.9查得 由图11.27查得 由式（11.16）可得 故 齿根弯曲强度校核合格。（5） 验算齿轮的圆周速度由表11.21可知，选8级精度是合适的。5.4 齿轮的参数计算： 齿轮参数详见两副齿轮各个参数见下表（5-1）： 单位：mm 表（5-1）齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4模数22.25齿数2710535105旋向左旋右旋右旋左旋螺旋角分度圆直径55.227214.7781243齿顶圆直径59.227218.22785.5247.5齿根圆直径50.227209.22775.375237.375齿宽40345549标准中心距135162 （表5-1）六减速器轴的设计6.1 选材及初定跨距：6.1.1 选择齿轮材料及确定设计准则：由已知条件可知此减速器传递的功率属中、小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理。由表16.1查得强度极限，再由表16.3得许用弯曲应力。对于轴的刚度设计，先安纯扭转受力情况对轴的直径进行估算，再按弯扭合成强度校核。6.1.2 绘制轴的布置简图和初定跨距：考虑相邻齿轮轴沿轴向不发生干涉计入尺寸考虑齿轮与箱体内壁沿轴向不发生干涉计入尺寸为保证滚动轴承放入箱体轴承孔内计入尺寸初定各轴I、轴的轴承宽度减速器轴的布置简图如下图（图6-1）所示： （图6-1）跨距 跨距 跨距 6.2 高速级轴轴的设计：6.2.1 按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算：查【文献1】（表11.2）取纯扭转系数考虑到I轴的最小直径处要安装带轮，会有键槽存在，故需将估算的轴直径加大取为。考虑整套带轮制造简便，大小带轮孔径一致都等于电动机的轴径28mm，故取。6.2.2 轴的尺寸设计：轴的示意图如下图（图6-2）所示： （图6-2）（1） 确定各轴段的直径：轴段2直径最小为。轴段1主要对安装在轴段2上的带轮进行轴向定位为M24螺栓。考虑到轴段3(外伸端)要对安装在轴段2上的带轮进行轴向定位，取。轴段4、8安装轴承，必须满足轴承内径标准，取。轴段5、7为轴承的轴肩。齿轮1的齿根圆距轴段6的键槽高不足2mm，故齿轮1采用齿轮轴形式。所以，轴段6为齿轮轴。（2） 确定各轴段的长度：轴段1为M24螺栓的长度，取。轴段2为带轮的宽度，取。取轴段3(外伸端)的长度。轴段4、8为轴承的宽度，。轴段7的长度。轴段6的长度等于齿宽。轴段5的长度。6.2.3 按弯扭合成强度校核轴的直径：I轴的受力情况如下图（图6-3）所示： （图6-3） 水平面内的受力情况如下图所示：作水平面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：垂直面内的受力情况如下图所示： 作垂直面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：根据公式计算合成弯矩，并作合成弯矩图如下图所示：作转矩图如下图所示：取弯曲应力与扭转切应力修正系数，根据公式计算当量弯矩，并作当量弯矩图如下图所示：通过对当量弯矩图分析，II截面是危险截面，虽然截面弯矩不大，但此处直径比较小，也需进行校核。经校核，此轴符合要求，不必再进行结构修改。6.3 中间级轴轴的设计：6.3.1 按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算：考虑到轴的最小直径处要安装轴承，必须满足轴承内径标准，查有关手册，取标准直径 。6.3.2 轴的尺寸设计：轴的示意图如下图（图6-4）所示： （图6-4）（1） 确定各轴段的直径：轴段1、5安装轴承，直径为。轴段2、4安装齿轮，取。轴段3为齿轮轴肩，取 。（2） 确定各轴段的长度：经计算轴段1的长度。轴段2的长度。轴段3的长度。轴段4的宽度，。轴段5的长度。6.3.3 按弯扭合成强度校核轴的直径：轴的受力情况如下图（图6-5）所示： （图6-5）根据牛顿第三定律作用力与反作用力： 水平面内的受力情况如下图所示：作水平面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：垂直面内的受力情况如下图所示： 作垂直面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：根据公式计算合成弯矩，并作合成弯矩图如下图所示：作转矩图如下图所示：取弯曲应力与扭转切应力修正系数，根据公式计算当量弯矩，并作当量弯矩图如下图所示：通过对当量弯矩图分析，II截面是危险截面，虽然截面弯矩不大，但此处直径比较小，也需进行校核。经校核，此轴符合要求，不必再进行结构修改。6.2 高速级轴轴的设计：6.2.1 按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算：查【文献1】（表11.2）取纯扭转系数考虑到I轴的最小直径处要安装带轮，会有键槽存在，故需将估算的轴直径加大取为。考虑整套带轮制造简便，大小带轮孔径一致都等于电动机的轴径28mm，故取。6.2.2 轴的尺寸设计：轴的示意图如下图（图6-2）所示： （图6-2）（3） 确定各轴段的直径：轴段2直径最小为。轴段1主要对安装在轴段2上的带轮进行轴向定位为M24螺栓。考虑到轴段3(外伸端)要对安装在轴段2上的带轮进行轴向定位，取。轴段4、8安装轴承，必须满足轴承内径标准，取。轴段5、7为轴承的轴肩。齿轮1的齿根圆距轴段6的键槽高不足2mm，故齿轮1采用齿轮轴形式。所以，轴段6为齿轮轴。（4） 确定各轴段的长度：轴段1为M24螺栓的长度，取。轴段2为带轮的宽度，取。取轴段3(外伸端)的长度。轴段4、8为轴承的宽度，。轴段7的长度。轴段6的长度等于齿宽。轴段5的长度。6.2.3 按弯扭合成强度校核轴的直径：I轴的受力情况如下图（图6-3）所示： （图6-3） 水平面内的受力情况如下图所示：作水平面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：垂直面内的受力情况如下图所示： 作垂直面内剪力图、弯矩图分别如下图所示：根据公式计算合成弯矩，并作合成弯矩图如下图所示：作转矩图如下图所示：取弯曲应力与扭转切应力修正系数，根据公式计算当量弯矩，并作当量弯矩图如下图所示：通过对当量弯矩图分析，II截面是危险截面，虽然截面弯矩不大，但此处直径比较小，也需进行校核。经校核，此轴符合要求，不必再进行结构修改。第 27 页 共 29 页