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白城師范學(xué)院機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 ——雙級斜齒輪圓柱齒輪減速器 ? 專 業(yè)： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 日 期： 設(shè)計計算及說明 結(jié)果 第一節(jié)? 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一帶式輸送機(jī)用單級圓柱齒輪減速器。已知輸送拉力F=2.6KN，帶速V=2.2m/s，傳動卷筒直徑D=380mm。有電動機(jī)驅(qū)動，工作壽命八年（每年工作300天），兩班制，帶式輸送機(jī)工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。 設(shè)計工作量： 1、減速器裝配圖1張（l號圖紙） 2、零件圖2張（輸出軸及輸出軸上的大齒輪）（按1：1比例繪制） 3、設(shè)計說明書1份 第二節(jié) 、傳動方案的擬定及說明 傳動方案如第一節(jié)設(shè)計任務(wù)書（a）圖所示，1為電動機(jī)，2為V帶，3為機(jī)箱，4為聯(lián)軸器，5為帶，6為卷筒。由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2—1可知，V帶傳動的傳動比為2~4，斜齒輪的傳動比為3~6，而且考慮到傳動功率為 KW，屬于小功率，轉(zhuǎn)速較低，總傳動比小，所以選擇結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的單級圓柱斜齒輪傳動方式。 第三節(jié) 、電動機(jī)的選擇 1.傳動系統(tǒng)參數(shù)計算 (1) 選擇電動機(jī)類型. 選用三相異步電動機(jī),它們的性能較好,價廉,易買到,同步轉(zhuǎn)有3000,1500,1000,750r/m四種,轉(zhuǎn)速低者尺寸大; 為了估計動裝置的總傳動比范圍，以便選擇合適的傳動機(jī)構(gòu)和擬定傳動方案，可先由已知條件計算起驅(qū)動卷筒的轉(zhuǎn)速nw 經(jīng)過分析，任務(wù)書上的傳動方案為結(jié)構(gòu)較為簡單、制造成本也比較低的方案。 （2）選擇電動機(jī) 1）卷筒軸的輸出功率 2）電動機(jī)的輸出功率 P＝P/η 傳動裝置的總效率 η＝＝0.96×0.98×0.98×0.99×0.96＝0.86 故P＝P/η=5.72/0.86=6.65KW 3）電動機(jī)的額定功率Ped 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》第二十章表20-1選取電動機(jī)功率Ped=7.5KW 4）電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 為了便于選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，先推算電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選擇范圍。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2-1查得V帶傳動的傳動比i＝2～4，單級圓柱斜齒輪傳動比i＝3～6，則電動機(jī)可選范圍為 n＝nw×i×i＝666～2664r/min 故選擇1500r/min轉(zhuǎn)速的電動機(jī)。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表20-1選定電動機(jī)Y132M-4 5）電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸 由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表20-1、表20-2可查出Y132M-4型電動機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸 第四節(jié) 、計算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) （一）計算傳動裝置的總傳動比和傳動比分配 （1）?????? 總傳動比 由選定的電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n和工作機(jī)主動軸轉(zhuǎn)速nw，可得傳動裝置 總傳動比為i＝n/nw＝1440/111＝12.97 （2） 傳動裝置傳動比分配i＝i×i式中i，i分別為帶傳動和單級圓柱減速器的傳動比。 為使V帶傳動外廓尺寸不致過大，初步取i＝2.3，則單級圓柱減速器傳動 比為i＝i/ i＝12.97/2.3＝5.64。 （二）運(yùn)動參數(shù)及動力參數(shù)的計算 （1）　各軸轉(zhuǎn)速 ?? n0＝n＝1440r/min ?? n1＝n0/ i1＝1440/2.3＝626 r/min ?? n2＝n0/ （i×i）＝111 r/min （2）　各軸輸入功率 ???P0＝P＝6.65kW ? ?P1＝P0×＝6.65×0.96＝6.38 kW ???P2＝P1×η滾×η齒＝6.38×0.98×0.98＝6.13kW （3）　各軸輸入轉(zhuǎn)矩 ?0?軸? T0＝9550 P0/ n0=9550×6.65/1440=44.1 N·m Ⅰ?軸 ?T1＝9550 P1/ n1=9550×6.38/626=97.33 N·m Ⅱ軸? T2＝9550 P2/ n2=9550×6.13/111=527.4 N·m 第五節(jié)、傳動零件的設(shè)計計算 1.Ｖ帶傳動的設(shè)計 ⑴　確定計算功率 工作情況系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-6 =1.1 =1.1×6.65=7.315 ⑵　選擇帶型號 根據(jù)Pc =7.315，n＝1440r/min，查圖初步選用普通A型帶． ⑶　選取帶輪基準(zhǔn)直徑 查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-7選取小帶輪基準(zhǔn)直徑=112mm，則大帶 輪基準(zhǔn)直徑1440÷626×112（1-0.02）=252.5mm　式中ξ 為帶的滑動率，通常?。?%～2%），查表后取=250 ⑷　驗算帶速v 　=8.44m/s 在5～２０m/s范圍內(nèi)，Ｖ帶充分發(fā)揮。 （5）V帶基準(zhǔn)長度Ld和中心距a a0 =1.5（112+250）=543mm 取a0 =550，符合0.7（ +）< a0<2（ +） 由式（13-2）帶長 =1677mm 按表13-2定相近的基準(zhǔn)長度Ld=1600mm，再由式（13-16）計算實際中心距 =543+（1600-1677）/2=504.5mm （6）驗算包角，由式（13-1）得 =>，合適 （7）求確定v帶根數(shù)z 因=112mm，n＝1440r/min，帶速v=8.44m/s，得實際傳動比 =2.28 查表得單根v帶功率增量=0.17KW，包角修正系數(shù)=0.96，帶長修正系數(shù)=0.99，則由公式得 故選5根帶。 （8）確定帶的初拉力F0（單根帶） 查表13-1得q=0.10kg/m，故可由式（13-17）得單根V帶的初拉力 =146.157N 作用在軸上的壓力 =2×5×146.157×sin/2=1447N （9）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》GB-10412-89得帶輪緣寬度B=80mm 2、齒輪傳動的設(shè)計 （1）選擇材料與熱處理 根據(jù)工作要求,采用齒面硬度<=350HBS，查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-1得 小齒輪選用40Cr,調(diào)質(zhì),硬度為250HBS 大齒輪選用ZG35SiMn,調(diào)質(zhì),硬度為220HBS 由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》圖11-7C得＝680 MPa ，＝510MPa， 由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-4得SH =1.1，所以 []＝＝680/1.1MPa＝618MPa []＝＝510/1.1MPa＝539MPa 由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》圖11-10C得＝240 Mpa，＝160Mpa。 由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-4得SF =1.4，所以 []＝240/1.4MPa＝171MPa []＝160/1.4MPa＝114.3MPa （2）按齒面接觸強(qiáng)度計算 設(shè)齒輪按8級精度制造。取載荷系數(shù)K=1.2（表11-3），齒換系數(shù)=0.4。 小齒輪上的扭距?T1＝9550 P1/ n1=9550×6.38/626=97.33 N·m 按式（11-5）計算中心距 ==188.6mm 取a=190mm 齒數(shù) 取z＝36，z＝5.96×136＝205，則取z =205，實際傳動比i=5.69 mn=2a·cos β /(Z1+Z2)=2×190×cos/（36+205）=1.25mm 按表4-1，取mn=1.5，去定螺旋角β β = arccos [mn · (Z1+Z2) / 2a]= 齒寬b=a=0.4×190=76mm，取b2=76mm，b1=84mm （3）驗算彎曲強(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù):Zv1=Z1/cos3 β=41.8 ，Zv2=Z2/cos3 β=238.1 查圖11-9得YF1=2.44 , YF2=2.13，所以 σF2= σF1 ·YF2/ YF1 = 61.5Mpa< [σF2] =114.3Mpa （4）求圓周速度V V=πd1n1/(60×1000)=1.86m/S 對照表11-2可知選8級精度是合宜的。 （5）齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù) 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 中心距a=190mm 大齒輪齒寬b2=76mm 小齒輪齒寬b1=84mm 通過對減速器結(jié)構(gòu)的分析，可知小齒輪左旋，大齒輪右旋比較合適。 第六節(jié)、軸的設(shè)計計算 1、 初步確定軸的最小直徑 1軸的材料選擇，45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表14-2查得C=110，=6.38KW，＝626 r/min初步確定1軸的最小直徑 ≥ ＝ 23.8㎜ 由于軸端開鍵槽，會削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑5%~7%取=25mm 2軸的材料也選45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表14-2查得C=110，=6.13KW，＝111 r/min初步確定2軸的最小直徑 =41.9mm, 由于軸端開鍵槽，會削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑5%~7%，取=45㎜ 2．由齒輪的旋向分析2軸受力情況 （1）由以上計算分析可知道，大齒輪右旋，徑向力、圓周力、軸向力大小如下： N （2）2軸受力情況如（3-1）圖所示 （3）求垂直面的支承反力 N （4）求水平面的支承反力 （5）繪制垂直面的彎距圖（3-2） =1817×0.142/2=129.9Nm =-570×0.143/2=-40.8 （6）繪制水平面的彎距圖（3-2） （7）求合成彎距 （8）危險截面的當(dāng)量彎距 由圖（3-4）可見，截面a-a最危險，其轉(zhuǎn)距=527.4Nm 當(dāng)量彎距 如認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動循環(huán)變力，取折合系數(shù)a=0.6，代入上式 （9）校核直徑 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表14-1查得=650 MPa，由表14-3查得=60MPa 考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值加大4%，故 d=1.04×39.2=40.76㎜ 故軸符合強(qiáng)度要求 第七節(jié)、滾動軸承的選擇及計算 1、軸承的安裝方案 軸1和軸2的軸承均采用正裝（面對面） ，其原因在于正裝軸承（面對面）適合于傳動零件位于兩支承之間，軸承反裝（背靠背）適合于傳動零件處于外伸端，而且支承跨距不大，故采用兩端固定式。軸承類型選為角接觸球軸承。入下圖所示： 正裝（面對面） 反裝（背靠背） 2、 軸承的校核 （1）軸承的預(yù)期壽命取為Lh=14400h，由前面的計算知道，=1247N，=1056N 2軸的工作轉(zhuǎn)速n2=111r/min，初選軸承7211AC，查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表15-6得到基本額定動載荷Cr=38.8KN，基本額定靜載荷Cor=31.8KN 由表16-13查得軸承的內(nèi)部軸向力為： 因為F2′+Fa2 ＞ F1′ 所以Fa1=＝ F2′+ Fa2=2230.2N Fa1= F1′=1174.2N （2）計算軸承的當(dāng)量動載荷 由表16=13查得e=0.68而 查表16-12得，X1=0.41，Y1=0.87，X2=1，Y2=0，所以 P1＝X1Fr1＋Y1Fa1=0.41×2441＋0.87×2230.2=2941.1N P2＝X2Fr2＋Y2Fa2=1726.8N （3）軸承壽命的校核 因為軸的結(jié)構(gòu)要求兩端選擇同樣尺寸的軸承，進(jìn)P1較大，故以它來校核軸承的壽命 第八節(jié)、鍵聯(lián)接選擇及校核 1， 本設(shè)計均采用：普通圓頭平鍵 普通平鍵——用于靜聯(lián)接—即軸與輪轂間無相對軸向移動， 構(gòu)造：兩側(cè)面為工作面，靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳遞扭矩 型式：大齒輪處選擇圓頭—A型（常用）—為防轉(zhuǎn)、鍵（指端銑刀加工）與槽同形、鍵頂上面與轂不接觸有間隙 聯(lián)軸器與帶輪處均選擇C型鍵 2， 鍵聯(lián)接的設(shè)計及強(qiáng)度校核 1） 已知參數(shù)： 1軸 軸徑d＝25 mm，帶輪輪轂寬度為70mm 扭矩T1=97.33Nm 載荷有輕微沖擊 2軸 安裝大齒輪處軸徑d＝60 mm，齒輪輪轂寬度為76mm 扭矩T=527.4Nm 載荷有輕微沖擊 安裝聯(lián)軸器處軸徑d＝45 mm，；聯(lián)軸器輪轂寬度為112mm 扭矩T=527.4Nm 載荷有輕微沖擊 鍵材料為45鋼 2) 失效形式： 壓潰（鍵、軸、轂中較弱者——靜聯(lián)接） 磨損（動聯(lián)接） 鍵的剪斷（較少） 校核擠壓強(qiáng)度條件為： ——許用擠壓應(yīng)力 Mpa ，表5-1 P113 T——扭矩（Nmm） h——高度 l——工作長度 l=L-b （A型鍵L——公稱長度） d——軸徑（mm） 3）計算 安裝帶輪處的鍵： 安裝大齒輪處的鍵： 安裝聯(lián)軸器處的鍵： 所以，三個鍵均符合要求。 第九節(jié)、聯(lián)軸器的選擇與校核 1、由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。初選HL4聯(lián)軸器45×112 GB5014-85 其主要參數(shù)如下： 材料HT200 公稱轉(zhuǎn)矩 軸孔直徑， 軸孔長， 許用轉(zhuǎn)速 由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表17-1，可知道工作系數(shù) 故計算轉(zhuǎn)距 故聯(lián)軸器滿足要求 第十節(jié)、減速器附件的選擇 1、箱體及附件選擇 箱體設(shè)計（mm） 名稱 符號 參數(shù) 設(shè)計原則 箱體壁厚 δ 10 0.04a+d >8 箱蓋壁厚 δ1 10 0.85δ>8 凸緣厚度 箱座 b 15 1.5δ 箱蓋 b1 15 1.5δ1 底座 b2 25 2.5δ 箱座肋厚 m 8.5 0.85δ 箱蓋肋厚 m1 8.5 0.85δ1 地腳螺釘 型號 df 18取M20 單級齒輪減速器， 0.036a+12 數(shù)目 n 4 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 d1 14.13取M16 0.75 df 箱座、箱蓋聯(lián)接螺栓直徑尺寸 d2 11.3取M12 （0.5-0.6）df 觀察孔蓋螺釘 C2 d4 （0.3-0.4）df 凸臺高度 h 結(jié)構(gòu)而定 凸臺半徑 R1 = C2 箱體外壁至軸承蓋座端面的距離 l1 40 C1+ C2+(5~10) 注釋：a：中心距之和，a＝190mm 2、附件 為了保證減速器的正常工作，除了對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計給予足夠的重視外，還應(yīng)考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設(shè)計。 名稱 規(guī)格或參數(shù) 作用 窺視孔 視孔蓋 145×112 為檢查傳動零件的嚙合情況，并向箱內(nèi)注入潤滑油，應(yīng)在箱體的適當(dāng)位置設(shè)置檢查孔。圖中檢查孔設(shè)在上箱蓋頂部能直接觀察到齒輪嚙合部位處。平時，檢查孔的蓋板用螺釘固定在箱蓋上。材料為鑄鐵 通氣器 通氣螺塞 M12×1.25 減速器工作時，箱體內(nèi)溫度升高，氣體膨脹，壓力增大，為使箱內(nèi)熱脹空氣能自由排出，以保持箱內(nèi)外壓力平衡，不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件等其他縫隙滲漏，通常在箱體頂部裝設(shè)通氣器。材料為Q235 軸承蓋 凸緣式軸承蓋 六角螺栓（M8） 固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承蓋封閉。軸承蓋有凸緣式和嵌入式兩種。圖中采用的是凸緣式軸承蓋，利用六角螺栓固定在箱體上，外伸軸處的軸承蓋是通孔，其中裝有密封裝置。材料為HT150 定位銷 M6×35 為保證每次拆裝箱蓋時，仍保持軸承座孔制造加工時的精度，應(yīng)在精加工軸承孔前，在箱蓋與箱座的聯(lián)接凸緣上配裝定位銷。中采用的兩個定位圓錐銷，安置在箱體縱向兩側(cè)聯(lián)接凸緣上，對稱箱體應(yīng)呈對稱布置，以免錯裝。材料為45號鋼 油面指示器 油標(biāo)尺M(jìn)12 檢查減速器內(nèi)油池油面的高度，經(jīng)常保持油池內(nèi)有適量的油，一般在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位，裝設(shè)油面指示器，采用2型 油塞 M14×1.5 換油時，排放污油和清洗劑，應(yīng)在箱座底部，油池的最低位置處開設(shè)放油孔，平時用螺塞將放油孔堵住，油塞和箱體接合面間應(yīng)加防漏用的墊圈（耐油橡膠）。材料為Q235 起蓋螺釘 M8×30 為加強(qiáng)密封效果，通常在裝配時于箱體剖分面上涂以水玻璃或密封膠，因而在拆卸時往往因膠結(jié)緊密難于開蓋。為此常在箱蓋聯(lián)接凸緣的適當(dāng)位置，加工出1個螺孔，旋入啟箱用的圓柱端或平端的啟箱螺釘。旋動啟箱螺釘便可將上箱蓋頂起。 起吊裝置 箱座吊耳+吊環(huán)螺釘M12 經(jīng)過估算減速器重量約為1.05-2.1kN，為了便于搬運(yùn)，在箱體設(shè)置起吊裝置，采用箱座吊耳+吊環(huán)螺釘M12，材料20鋼正火。 第十一節(jié)、 潤滑與密封 一、潤滑 1，本設(shè)計采用油潤滑 原因：潤滑冷卻效果較好，f較小，但供油系統(tǒng)和密封裝置均較復(fù)雜，適于高速場合。 潤滑方式：飛濺潤滑，由于轉(zhuǎn)速<2m/s,不容易形成油霧，通過適當(dāng)?shù)挠蜏蟻戆延鸵敫鱾€軸承中。 1）齒輪的潤滑 采用浸油潤滑，由于低速級周向速度為，所以浸油高度約為50+10～20㎜。取為60㎜。 （2）滾動軸承的潤滑 由于軸承周向速度為，所以宜開設(shè)油溝、飛濺潤滑。 （3）潤滑油的選擇 齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設(shè)備，選用L-AN15潤滑油。 2， 滾動軸承內(nèi)側(cè)的擋油盤 由于輸入軸的齒輪直徑小，設(shè)計為齒輪軸，齒頂圓小于軸承的外徑，為防止嚙合時所擠出的熱油大量沖向軸承內(nèi)部，增加軸承阻力，設(shè)置擋油盤（沖壓件） 二、密封 選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。 密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。 軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。 在軸承蓋的軸孔內(nèi)設(shè)置密封件。本設(shè)計采用接觸式——?dú)秩γ芊? 第十二節(jié)、設(shè)計小結(jié) ?? 經(jīng)過十幾天的努力,我終于將機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計做完了.在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,一遍又一遍的計算,一次又一次的設(shè)計方案修改，這都暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足，計算出現(xiàn)了很多小問題，令我非?？鄲?后來在吳老師的指導(dǎo)下,我找到了問題所在之處,并將之解決.同時我還對機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)的知識有了更進(jìn)一步的了解.在傳動系統(tǒng)的設(shè)計時,面對功率大,傳動比也大的情況,我一時不知道到底該如何分配傳動比.后來經(jīng)過幾次計算,才找到比較好的方案.這次我吸取了盲目計算的教訓(xùn),在動筆之前,先征求了吳老師的意見,終于確定了我最終的設(shè)計方案.至于畫裝配圖和零件圖,由于前期計算比較充分而且充分利用休息時間,整個過程用時不到一周。在此期間,我還得到了許多同學(xué)和老師的幫助.在此我要向他們表示最誠摯的謝意.整個作業(yè)過程中,我遇到的最大,最痛苦的事是最后的文檔.一來自己電腦知識不夠扎實,用起來很不方便。 ??? 盡管這次作業(yè)的時間是漫長的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握了帶傳動以及齒輪的設(shè)計步驟與方法;也對制圖有了更進(jìn)一步的掌握。對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗,沒有感性的認(rèn)識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié).總體來說,我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進(jìn).有時候,一個人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會更完美! 第十三節(jié)、參考資料目錄 1、《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》楊可楨、程光蘊(yùn)主編（第四版）高等教育出版社 2、《機(jī)械設(shè)計機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》 王昆等主編 高等教育出版社