华南理工大学机械课程教学设计计算.doc

^` 华南理工大学 课程设计说明书 题目　 单级圆柱齿轮减速器 院（系） 专 业 班 级 　 学 号 学 生 专业教研室、研究所负责人 指导教师 2011年1月15日 华 南 理 工 大 学 课 程 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书 兹发给 班学生 课程设计（论文）任务书，内容如下： 1． 设计题目： 单级齿轮减速器 2． 应完成的项目： （1）减速器的装配图一张（A1） （2）齿轮零件图一张（A3或者A2） （3）轴零件图一张（A3或者A2） （4）设计说明书一份 3． 参考资料以及说明： （1）《机械设计课程设计》 （2）《机械设计基础》 （3）《机械设计手册》 4． 本设计（论文）任务书于2011年1月 3日发出，应于2011年1月14日前完成，然后进行答辩。 专业教研室、研究所负责人 审核 年 月 日 指导教师 签发 年 月 日 课程设计（论文）评语： 课程设计（论文）总评成绩： 课程设计（论文）答辩负责人签字： 年 月 日 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=6430N b) 带速度： v=1.62m/s c) 滚筒直径： D=430mm d) 滚筒及运输带效率η=0.96。 e) 载荷轻微冲击，总传动比误差5%， f) 室内工作，两班制，工作年限5年，环境最高温度35℃，小批量生产。 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：　 其中，查《课程设计》表2-3， ，V带传动的效率，　　　　　　　 ，闭式圆柱齿轮的效率（精度等级8） ，滚子轴承的效率，　　　　　　　 ，十字滑块联轴器的效率， =0.99 ，工作机的效率，　　　　　　 所以： 电动机所需功率： 查《课程设计》152页的表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《课程设计》第5页表2-2， V带传动比范围＝2～4， 单级圆柱齿轮（闭式，斜齿）传动比＝3～6， 电动机转速范围： 选择电动机同步转速为1000r/min,满载转速nm=970 r/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 ： 取V带传动比：； 单级圆柱齿轮减速器传动比： 验证滚筒转速误差： （= /i） 1．计算各轴的输入功率 电动机轴　　　　　 轴Ⅰ（高速轴）　　 轴Ⅱ（低速轴）　　 2．计算各轴的转速 电动机轴 　　　nm=970 r/min 轴Ⅰ 　　　　　　 轴Ⅱ 　　　　　　 3．计算各轴的转矩 电动机轴　　　　　　 轴Ⅰ 　　　　　　 轴Ⅱ 　　　　　　 4．上述数据制表如下： 参数 轴名 输入功率 （） 转速 （） 输入转矩 （） 传动比 效率 电动机轴 13.761 970 135.5 3.0 0.95 轴Ⅰ（高速轴） 13.072 323.3 386 4.5 0.96 轴Ⅱ（低速轴） 12.680 71.964 1683 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 ，根据《机械设计基础》216页表12-3，此处为带式运输机，载荷变动小，每天两班制工作16小时，选择工作情况系数＝1.2 ② 选择V带型号 根据《机械设计基础》216页图12-10，此处功率=16.513kW与小带轮的转速=970r/min，选择B型V带，d=112～200mm。 ③ 确定带轮的基准直径 根据《机械设计基础》217页表12-4、12-5，取 小带轮直径 =160mm， 大带轮的直径 ④ 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 初选传动中心距范围为：0.7（）≤≤2（）， 即4481280，初定=500mm V带的基准长度： 根据《机械设计基础》表12-2，选取带的基准直径长度。 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z 由，=160mm， 根据《机械设计基础》表12-5、12-6， ； 根据《机械设计基础》表12-7， 根据《机械设计基础》表12-2， 　　　　取z=6根。 ⑧ 计算V带的合适初拉力 根据《机械设计基础》131页表10-1，q=0.11 ⑨ 计算作用在轴上的载荷 V带轮的结构设计 （根据《机械设计基础》表10-8）（单位：mm） 带轮 尺寸 小带轮 大带轮 槽型 B B 基准宽度 14 14 基准线上槽深 3.5 3.5 基准线下槽深 10.8 10.8 槽间距 190.4 190.4 槽边距 11.5 11.5 轮缘厚 7.5 7.5 外径 内径 40 40 带轮宽度 带轮结构 实心式 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/s. 2．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）： 小齿轮材料取为45号钢，调质， (GB699-1988) 大齿轮材料取为45号钢，调质， (GB699-1988) ③ 选取齿轮为8级的精度（GB 10095－1998） ④ 初选螺旋角 β＝16o ⑤ 选小齿轮的齿数28；大齿轮的齿数=4.528=125.8 取z=126 （2）按齿面接触疲劳强度设计 ① 中心距　　 式中： 根据《机械设计基础》图10—24，对小齿轮： 对大齿轮： ，根据《机械设计基础》表10-5 ，软齿面。 所以：，。选用： K，载荷系数，根据《机械设计基础》表10-5， 此处中等冲击，原动机为电动机，选用K=1.2 ，齿宽系数，中型载荷=0.4 U，齿数比，U=4.5 取=240mm ② 计算模数 根据《机械设计基础》表10-1，取模数标准值 修正螺旋角 验算模数： 又因为在8度到20度之间，合适。 ⑤ 计算两齿轮分度圆直径 小齿轮 大齿轮 ⑥ 计算齿宽 小齿轮齿宽（齿轮轴）　　　 大齿轮齿宽（大齿轮）　　　 （3）校核弯曲疲劳强度 ① 　　　　　　　其中 ，根据《机械设计基础》表10-5 ，软齿面。 K =1.2，根据《机械设计基础》表10-4。 ，，齿形系数，根据《机械设计基础》图10-23。 ，，弯曲疲劳强度极限， 根据《机械设计基础》图10-24。 　　均满足弯曲疲劳强度要求。 ② 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 240mm 传动比 4.5 法面模数 设计和校核得出 3．0 端面模数 3．17 法面压力角 标准值 螺旋角 一般为 齿顶高 3．0mm 齿根高 3．75mm 全齿高 6．75mm 齿数 Z 28 126 分度圆直径 87．27mm 392．73mm 齿顶圆直径 =+2 93．27mm 398．73mm 齿根圆直径 df df =-2.5 79．77mm 385．23mm 齿轮宽 b 106mm 96mm 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》14页表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 0.025a+1≥7.5 8 箱盖壁厚 (0.8~0.85) ≥8 8 底座上部凸缘厚度 h0 (1.5~1.75) 14 箱盖凸缘厚度 h1 (1.5~1.75) 14 底座下部凸缘厚度 h2 (2.25~2.75) 20 底座加强肋厚度 e (0.8~1) 8 底盖加强肋厚度 e1 (0.8~0.85) 6.8 地脚螺栓直径 d 2 16 地脚螺栓数目 n 表3-4 6 轴承座联接螺栓直径 d2 0.75d 12 箱座与箱盖联接螺栓直径 d3 (0.5~0.6)d 8 轴承盖固定螺钉直径 d4 (0.4~0.5)d 8 视孔盖固定螺钉直径 d5 (0.3~0.4)d 6 轴承盖螺钉分布圆直径 D1 125,140 轴承座凸缘端面直径 D2 140,155 螺栓孔凸缘的配置尺寸 c1\c2\D0 表3-2 15, 13, 20 地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸 c’1\c’2\D’0 表3-3 25，23，45 箱体内壁与齿轮距离 △ ≥1.2 10 箱体内壁与齿轮端面距离 △1 ≥ 12 底座深度 H 0.5da+(30~50) 240 外箱壁至轴承座端面距离 l1 c1+c2+(5~10) 33 七、轴的设计 1．高速轴的设计 （1）选择轴的材料：选取45号钢，调质，HBS＝230 （2）初步估算轴的最小直径 根据《机械设计基础》282页表16-2，取=110， （3）轴的结构设计 因为与V带联接处有一键槽，所以直径应增大5%，考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径dmin=40mm，根据密封件的尺寸，选取小齿轮轴径为d=60mm。 1) 两轴承支点间的距离： L1 = B1 + 2Δ1 + 2Δ2 + T， 式中：，小齿轮齿宽， 　　　，箱体内壁与小齿轮端面的间隙， 　　　，箱体内壁与轴承端面的距离， 　　　T，轴承宽度，选取30212型轴承，T=23.75mm 代入上式得，L1=106+212+210+23.75=173.75(mm) 2) 带轮对称线到轴承支点的距离： L2 = T/2 + l2 + k + l3 + B3/2 式中：，轴承盖高度 　　　ｔ，轴承盖凸缘厚度，ｔ=1.2d4=10mm， 　，螺栓头端面至带轮端面的距离， 　　　，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.6 　　　，带轮宽度， 解得， （4）按弯扭合成应力校核轴的强度 ① 轴的计算简图（见附图1） ② 计算作用在轴上的力 小齿轮受力分析 圆周力： 径向力： 轴向力： ③ 计算支反力 　　水平面： 　　垂直面： 得： Q，传动带作用在轴上的压力，Ｑ=3231.84N ④ 作弯矩图 水平面弯矩： 垂直面弯矩： 合成弯矩： ⑤ 作转矩图　　　 当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则： ⑥ 按弯扭合成应力校核轴的强度. 轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力 由弯矩图可以知道，剖面的计算弯矩最大 ，该处的计算应力为： D剖面的轴径最小，该处的计算应力为： 均满足强度要求。 2．低速轴的设计 ⑴ 选择轴的材料：选择45号钢，调质，HBS=240 ⑵ 初步估算轴的最小直径：取A0=110， ⑶ 轴的结构设计： 初定轴径及轴向尺寸： 考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，取装联轴器处轴。根据《机械设计课程设计》150页表15-4。十字滑块联轴器处轴径取70mm。安装长度L=125mm。 按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=80mm，初选轴承型号为32016型的圆锥滚子轴承轴承。D=125，B=29，T=29。 考虑到要求箱体内壁平整，根据高速轴尺寸计算低速轴尺寸为： 联轴器配合对称线至轴承支点的距离 式中：，轴承盖的凸缘厚度， ，螺栓头端面至带轮端面的距离，15mm ，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3 L，轴联器配合长度， 4）按弯扭合成应力校核轴的强度 ① 轴的计算简图（见附图2） ② 计算作用在轴上的力 大齿轮受力分析 圆周力： 径向力： 轴向力： ③ 计算支反力 　　水平面： 　　垂直面： 得： ④ 作弯矩图 水平面弯矩： 垂直面弯矩： 合成弯矩： ⑤ 作转矩图　　　 当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则： ⑥ 按弯扭合成应力校核轴的强度. 轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力 由弯矩图可以知道，剖面的计算弯矩最大 ，该处的计算应力为： D剖面的轴径最小，该处的计算应力为： 均满足强度要求。 八、滚动轴承的选择和计算 初定高速轴轴承型号30212，低速轴上轴承型号32016. 1．高速轴滚动轴承校核 ① 初步选取的轴承：选取30212 Cr=97.8kN，Co=74.5kN ② 轴承A的径向载荷 轴承B的径向载荷： 根据《机械设计基础》325页表18-11， S=R/2Y （Y是A/R＞e时的轴向系数） 根据《机械设计课程设计》132页表13-1 查得 Y=1.5 外部轴向力：　 轴承轴向载荷： ＜+ =+=2493+1499=3992（N） ==1499(N) 　　 　　由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A。 ③ 计算轴承A的径向当量动载荷 径向当量动载荷 ④ 轴承寿命的校核 因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。 工作温度正常，查根据《机械设计课程》236页表18-8得， 按中等冲击载荷，查表18-9得， 按设计要求，轴承得寿命为： 则： ＞ 选取得轴承合适。 2．低速轴滚动轴承校核 ① 初步选取的轴承：选取32016 Cr=140kN ② 轴承A的径向载荷 轴承B的径向载荷： 根据《机械设计基础》325页表18-11， S=R/2Y （Y是A/R＞e时的轴向系数） 根据《机械设计手册》查得 Y=1.4 外部轴向力：　 轴承轴向载荷： ＜+ =+=2414+1591=4005（N） ==1591(N) 　　 　　由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A。 ③ 计算轴承A的径向当量动载荷 径向当量动载荷 ④ 轴承寿命的校核 因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。 工作温度正常，查根据《机械设计课程》236页表18-8得， 按中等冲击载荷，查表18-9得， 按设计要求，轴承得寿命为： 则： ＞ 选取得轴承合适。 九、联轴器得选择和计算 　　电动机，转矩变化小，选取工作系数 　　根据工作条件，选用十字滑块联轴器，查表15—4得，许用转矩，许用转速；配合轴径，配合长度L=125mm， C型键。 十、键联接的选择和强度校核 1．高速轴与V带轮用键联接 ① 选用单圆头普通平键（C型） 轴径d=40mm，及带轮宽。 根据《机械设计课程设计》95页表10-1， 选择C1090（GB/T 1096-1979） ② 强度校核： 键的材料选为45号钢，V带轮材料为铸铁。 根据《机械课程设计》184页表13-2，载荷轻微冲击，键联接得许用应力，键的工作长度 ， 挤压应力 2．低速轴与齿轮用键联接 ① 选用圆头普通平键（A型） 轴径d=90mm，轮毂长。 根据表10-1，选键2280 GB/T 1096-1979 ② 强度校核 键材料选用45号钢，齿轮材料为45号钢，查表得许用应力，键的工作长度 ， 挤压应力 满足强度要求。 3．低速轴与联轴器用键联接 （1）选单圆头普通平键（C型） 轴径70mm，轮毂长125mm， 根据表10-1，选键C18110(GB/T1096-1979) （2）强度校核 键材料用45号钢，查表得许用应力 键的工作长度， 拉压应力 满足强度要求。 十一、减速器的润滑 1. 齿轮传动的圆周速度 因为，所以采用浸油润滑；由表14-1，选用L－AN68全损耗系统用油（GB443-1989）,大齿轮浸入油中的深度大约1-2个齿，但不应少于10mm。 2．轴承润滑 因为，采用脂润滑，由表14-2选用钙基润滑酯L－XAAMHA2(GB491-1987)，只需要填充轴承空间的1/2~1/3.并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能浸入轴承稀释润滑酯。 十二、课程设计总结 课程设计的这两周，天气很冷，而且为了赶进度，经常要熬夜，有些同学甚至连吃饭的时间也节约下来用于课程设计，带着一壶水和几个面包就在画图室呆一整天，不睡中午觉，不休息，直到楼管来关灯锁门，才依依不舍地扛着丁字尺回宿舍。这差不多可以称作是废寝忘餐。课程设计的过程很容易心情烦躁，而且消耗能量较多，很快就肚子饿了，有时甚至是画图画到头晕目眩的。教室里面的凳子比较高，对于像我这样的小个子，坐得很辛苦，再加上由于不够高，经常要站起来画图，半天下来已经是腰酸背痛的。 课程设计的这两周是痛苦，但是也充满着快乐！ 这两周，全班的大部分同学都集中在同一间教室，而且每个人的座位都是相对固定的，在画图累了的时候大家一起说说笑，发现问题大家要讨论一下，有疑问的时候向其他同学请教一下……两周下来，感觉同学们之间的感情更加好了，氛围更融洽了。 在计算、画图、标注等过程中要不断地查资料、翻书，几乎调动并巩固了所学的知识。在这过程中，我对机械设计这门学科的知识比以前更了解了。 在课程设计的过程中，经常检查到自己的计算或者图右错误的地方，经常又要重新来过，这无形中培养了我耐性和忍受能力。我想，为了避免错误，一名设计人员应该要具备小心谨慎的素质。 总的来说，虽然这两周的课程设计比较辛苦，但是收获也很多，无论老师给我的分数是高还是低，我觉得学到的蛮多，这让我觉得很快乐！ 谢谢老师阅读！ F=6430N V=1.62m/s D=430mm 电动机型号为Y180L-6 Ped=15.00KW dd1=160mm dd2=480mm Ld=2240mm a=595mm Z=6 FQ=3231.84 N Z1=28 Z2=126 a=240mm d1=87.27mm d2=392.73mm b1=106mm b2=96mm L1=173.75mm L2=99mm L4=169mm L3=121.3mm 30212型轴承 32016型圆锥滚子轴承 A1856 GB/T1096-1979 C1090 GB/T1096-1979 2280 GB/T1096-1979 C18110 GB/T1096-1979