機(jī)械設(shè)計(jì)課設(shè)說(shuō)明書(一級(jí)齒輪減速器含開齒).docx

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機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 計(jì)算說(shuō)明書 設(shè)計(jì)題目 一級(jí)閉式圓柱齒輪減速器 班 級(jí) 1*****班 設(shè) 計(jì) 者 *** 學(xué) 號(hào) 1******* 指導(dǎo)教師 2014年5月14日 北京航空航天大學(xué) 前言 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程材料、材料力學(xué)、加工工藝等學(xué)科之后將前面幾門課的知識(shí)綜合實(shí)踐運(yùn)用的課程。通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生的總體設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力能夠得到提高。本次設(shè)計(jì)是為了解決帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中一級(jí)閉式齒輪的問(wèn)題。計(jì)算說(shuō)明書對(duì)閉式齒輪設(shè)計(jì)的全過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。 目錄 前言 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 1.1課題題目 1 1.2傳動(dòng)方案分析及原始數(shù)據(jù) 1 第二章 傳動(dòng)方案的擬定 2 2.1整體方案 2 2.2 減速器說(shuō)明 2 第三章 電動(dòng)機(jī)的選擇 3 3.1電動(dòng)機(jī)類型： 3 3.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)確定及相關(guān)計(jì)算 3 第四章 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 4 第五章 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 6 5.1 一級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 6 5.2 二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8 第六章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 11 6.1高速軸的設(shè)計(jì)與校核 11 6.2低速軸的設(shè)計(jì)與校核 14 第七章 滾動(dòng)軸承的選擇和壽命計(jì)算 18 7.1高速軸軸承的選擇 18 7.2低速軸軸承的選擇 18 第八章 鍵和聯(lián)軸器的選擇 20 8.1 鍵的選擇 20 8.2 聯(lián)軸器的選擇 21 第九章 潤(rùn)滑的選擇 22 9.1閉式減速齒輪的潤(rùn)滑 22 9.2滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 22 第十章 密封形式的選擇 23 第十一章 減速器機(jī)體各部分結(jié)構(gòu)尺寸其它技術(shù)說(shuō)明 24 11.1 減速器集體各部分尺寸 24 11.2其它技術(shù)說(shuō)明及要求 24 參考文獻(xiàn) 40 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1課題題目 帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)III 1.2傳動(dòng)方案分析及原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)要求： 1）設(shè)計(jì)用于帶式運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)裝置。 2）連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)，空載啟動(dòng)，運(yùn)輸帶速允許誤差為5%。 3）使用期限為10年，小批量生產(chǎn)，兩班制工作(16h/天，300天/年) 原始數(shù)據(jù)： 1）運(yùn)輸帶卷筒所需功率P/kW：5.5。 2）運(yùn)輸帶卷筒工作轉(zhuǎn)速n/(r/min)：86。 3）卷筒中心高H(mm)：300。 設(shè)計(jì)任務(wù)： 1）設(shè)計(jì)一級(jí)閉式圓柱齒輪減速器。 2）完成裝配圖1張（A0圖紙），零件圖2張。 3）編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份。 說(shuō)明書內(nèi)容應(yīng)包括：擬定機(jī)械系統(tǒng)方案，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析，選擇電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算，傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)，軸承壽命計(jì)算、軸（許用應(yīng)力法和安全系數(shù)法）、鍵的強(qiáng)度校核，聯(lián)軸器的選擇、設(shè)計(jì)總結(jié)、參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)小結(jié)等內(nèi)容。 第二章 傳動(dòng)方案的擬定 2.1整體方案 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，該方案的設(shè)計(jì)分成減速器（傳動(dòng)部分）和工作機(jī)（執(zhí)行部分）兩部分，如圖1所示。 圖1 帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)參考圖 2.2 減速器說(shuō)明 減速器采用一級(jí)圓柱齒輪減速器，不僅滿足較大傳動(dòng)比，也滿足擁有較高的效率，穩(wěn)定性以及可靠性，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)性好。此外，由于閉式減速器采用水平剖分、封閉結(jié)構(gòu)，有利于在粉塵較大的環(huán)境下工作。 減速箱中閉式齒輪采用斜齒輪，這是由于斜齒輪相對(duì)于直齒輪嚙合性能好，重合度大，機(jī)構(gòu)緊湊，而設(shè)計(jì)制造成本基本與直齒輪相同。 第三章 電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1電動(dòng)機(jī)類型： 按工作要求選用Y系列全封閉自扇冷式籠形三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓380V。 3.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)確定及相關(guān)計(jì)算 1.選擇電動(dòng)機(jī)容量 (1)電動(dòng)機(jī)所需工作功率 (2)工作機(jī)所需功率 (3)傳遞裝置總效率 (4)所需電動(dòng)機(jī)功率 2.確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 η1=0.99—滾動(dòng)軸承效率； η2=0.99—閉式齒輪傳動(dòng)效率； η3=0.97—聯(lián)軸器效率； η4=0.96— 傳遞滾筒效率。 所以： 因載荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率Ped略大于Pd即可。通過(guò)查詢課本《機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)》第二部分，第九節(jié)，表6-194“Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)”，?。? 滾筒軸工作轉(zhuǎn)速： nw=86r/min 二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比常用范圍4~25 總傳動(dòng)比ia=8~40,故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為： 由第六章相關(guān)資料查得的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)及計(jì)算出的總傳動(dòng)比確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132M-4，滿載轉(zhuǎn)速 nm=1440r/min Pd=6.15kW Ped=7.5kW nw=86r/min nm=1440r/min 第四章 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 1.分配傳動(dòng)比 (1) 總傳動(dòng)比 (2)分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比 取兩級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)的傳動(dòng)比 則低速級(jí)的傳動(dòng)比 ia=16.74 i12=4.841 i34=3.458 2.運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 0軸（電動(dòng)機(jī)軸）： P0=Pd=6.15kW n0=nm=1440r/min 1軸（高速軸） n1=n0=1440r/min 2軸（低速軸） 3軸（滾筒軸） 各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)列表如下： 軸名 功率P/kw 轉(zhuǎn)矩T/N?m 轉(zhuǎn)速n/r/min 傳動(dòng)比i 效率η 輸入 輸出 輸入 輸出 0軸 6.15 40.8 1440- 1軸 6.09 6.03 40.4 40.0 1440 1 0.99 2軸 5.85 5.79 187.8 185.9 297.5 4.841 0.96 3軸 5.56 5.50 616.7 610.5 86.03 3.458 0.95 第五章 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 5.1 一級(jí)閉式齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 考慮到主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速不是很高,傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格的限制，批量較小，故小齒輪用40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241~286HBS，平均取為263.5HBS，大齒輪用ZG35SiMn，調(diào)質(zhì)處理，硬度241~269HBS，平均取255HB，精度等級(jí)選為8級(jí)。 注：表中圖表來(lái)自于《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第11章齒輪傳動(dòng)部分 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 （1）初步設(shè)計(jì)計(jì)算 齒寬系數(shù)φd 取 接觸疲勞極限 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11-1可知 彎曲疲勞極限 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11-1可知 許用應(yīng)力 取SF=1.25，SH=1.0，ZE=189.8 按接觸應(yīng)力σH初步計(jì)算d1 估計(jì)，則，取k=1.2 ，又由，有： 初取d1=39.43mm （2）確定基本參數(shù) 齒數(shù)z 取z1=29 要求互質(zhì)，取z2=140 取z1=29，z2=140，實(shí)際傳動(dòng)比 齒形系數(shù) 法向模數(shù)mn 由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表4-1取標(biāo)準(zhǔn)值 齒寬b 取b2=35mm,b1=40mm 齒輪直徑d d1=45.03mm,d2=217.41mm 中心距a 圓整為130mm a=130mm 確定螺旋角 （3）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 σH （4）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 齒形系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖11-8 應(yīng)力修正系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖11-9 故對(duì)大齒輪進(jìn)行驗(yàn)算 許用彎曲應(yīng)力σF2 圓周速度v v=5.09m/s<10m/s 選取8級(jí)精度合宜 小結(jié)：齒輪主要傳動(dòng)尺寸列表 壓力角 模數(shù) 1.5mm 螺旋角 分度圓直徑 d1=45.03mm,d2=217.41mm 齒頂高 1.5mm 齒根高 1.875mm 中心距 130mm 齒寬 b2=35mm,b1=40mm 齒頂圓直徑 da1=48.03mm, da2=220.41mm 5.2 二級(jí)開式齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 考慮到主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速不是很高,傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格的限制，批量較小，故小齒輪用20CrMnTi，滲碳淬火回火，硬度為56~62HRC，平均取為59HRC；大齒輪用20Cr，滲碳淬火，硬度56~62HRC，平均取59HRC，精度等級(jí)選為8級(jí)。 注：表中圖表來(lái)自于《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第11章齒輪傳動(dòng)部分 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 （1）初步設(shè)計(jì)計(jì)算 齒寬系數(shù)φd 取 接觸疲勞極限 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11-1可知 彎曲疲勞極限 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11-1可知 許用應(yīng)力 取SF=1.25，SH=1.0，ZE=189.8 齒形系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖11-8 應(yīng)力修正系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖11-9 故對(duì)小齒輪進(jìn)行驗(yàn)算 （2）按彎曲強(qiáng)度確定基本參數(shù) 初取齒數(shù)z 取z3=19 要求z3,z4互質(zhì)，取z4=66 取z3=19，z4=66，實(shí)際傳動(dòng)比 確定模數(shù) ，增大10% m=3 齒輪直徑d d1=57mm,d2=198mm 中心距a a=127.5mm 初步齒寬 取b3=55mm,b4=50mm （3）校核齒面彎曲疲勞強(qiáng)度 許用彎曲應(yīng)力σF2 圓周速度v v=0.88m/s<10m/s 選取8級(jí)精度合宜 小結(jié)：齒輪主要傳動(dòng)尺寸列表 壓力角 模數(shù)m 1.5mm 分度圓直徑 d3=57mm,d4=198mm 齒頂高 1.5mm 齒根高 1.875mm 中心距 127.5mm 齒寬 b3=55mm,b4=50mm 齒頂圓直徑 da1=63mm, da2=204mm 第六章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 6.1高速軸的設(shè)計(jì)與校核 注：表中圖表來(lái)自于《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第14章軸部分 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 材料的選擇 選擇45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度217~255HBS 材料系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表14-2 C=118 估算軸徑 按聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)，取d=25mm dmin=25mm 高速軸轉(zhuǎn)矩 小齒輪圓周力 小齒輪徑向力 小齒輪軸向力 垂直面反力及彎矩 垂直面內(nèi) 受力圖 垂直面彎矩圖 水平面反力 及彎矩 水平面受力圖 水平面彎矩圖 合成彎矩 合成彎矩圖 轉(zhuǎn)矩圖 折合系數(shù)α 截面A處是危險(xiǎn)面 計(jì)算當(dāng)量彎矩 當(dāng)量彎矩圖 彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 查表14-3：許用彎曲應(yīng)力 危險(xiǎn)截面A-A處為齒輪軸，dA-A=45.03mm>22mm 安全 6.2低速軸的設(shè)計(jì)與校核 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 材料的選擇 選擇45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度217~255HBS 材料系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表14-2 C=118 估算軸徑 按聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)，取d=35mm dmin=35mm 低速軸轉(zhuǎn)矩 齒輪圓周力 齒輪徑向力 齒輪軸向力 垂直面反力及彎矩 垂直面內(nèi) 受力圖 垂直面彎矩圖 水平面反力 及彎矩 水平面受力圖 水平面彎矩圖 合成彎矩 合成彎矩圖 轉(zhuǎn)矩圖 折合系數(shù)α 計(jì)算當(dāng)量彎矩 截面D處是危險(xiǎn)面 當(dāng)量彎矩圖 彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 查表14-3：許用彎曲應(yīng)力 危險(xiǎn)截面D-D處dD-D=45mm 安全 第七章 滾動(dòng)軸承的選擇和壽命計(jì)算 7.1高速軸軸承的選擇 該軸為工作于普通溫度下的短軸，故支點(diǎn)采用兩端單向固定的方式選用一對(duì)角接觸球軸承，按軸徑初選0尺寸系列的角接觸球軸承7007AC。下面進(jìn)行校核： 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 軸承主要性能參數(shù) 查手冊(cè)7007AC軸承主要性能參數(shù)如下： d=35mm,D=62mm,B=14mm 軸承受力 情況 軸承2被壓緊 壓緊端 放松端 軸承當(dāng)量 動(dòng)載荷 按軸承2校核 軸承壽命 每三年檢修，兩班制工作， 球軸承 將以上數(shù)據(jù)代入C的表達(dá)式，得C=15.1kN,取?1= 軸承端蓋外徑 ,取 軸承端蓋凸緣厚度 取 11.2其它技術(shù)說(shuō)明及要求 1.裝配前要求：減速器裝配前，必須按圖紙檢驗(yàn)各個(gè)部分零件，確認(rèn)合格后，需用煤油清洗，滾動(dòng)軸承用汽油清洗，必要時(shí)對(duì)零件的非配合表面進(jìn)行防蝕處理。箱體內(nèi)不允許有任何雜物，內(nèi)壁涂刷抗機(jī)油浸蝕的涂料兩次。 2.裝配中對(duì)安裝和調(diào)整的要求： 1）滾動(dòng)軸承的安裝和調(diào)整：在裝配過(guò)程中軸承裝配要保證裝配游隙（?=0.25~0.4），并加裝墊片用以調(diào)整軸向游隙。 2）傳動(dòng)側(cè)隙和接觸狀況檢驗(yàn)：為保證傳動(dòng)精度，齒輪安裝后，傳動(dòng)側(cè)隙和齒面接觸斑點(diǎn)應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 3）潤(rùn)滑要求：軸承部位油脂的填入量要小于其所在軸承腔空間的2/3。減速器的潤(rùn)滑劑在跑合后要立即更換，其次應(yīng)該定期檢查，半年更換一次。潤(rùn)滑軸承的潤(rùn)滑脂應(yīng)定期添加。 4）密封要求：為防止?jié)櫥瑒┝魇Ш屯獠侩s質(zhì)侵入箱體，減速器剖分面，個(gè)接觸面和密封處均不允許漏油。在不允許加密封墊片的密封界面，如在機(jī)蓋機(jī)體間，裝配是涂密封膠或水玻璃，其他密封件應(yīng)選用耐油材料。 5）對(duì)箱蓋與底座結(jié)合面禁用墊片，必要時(shí)可涂酒精漆片或水玻璃。箱蓋與底座裝配好后，在擰緊螺栓前應(yīng)用0.05mm塞尺檢查其密封性。在運(yùn)轉(zhuǎn)中不許結(jié)合面處有漏油滲油現(xiàn)象。 3.試驗(yàn)要求：減速器裝配完畢后要進(jìn)行空載試驗(yàn)和整機(jī)性能試驗(yàn)。 空載實(shí)驗(yàn)：在額定轉(zhuǎn)速下正反轉(zhuǎn)各1～2小時(shí)，要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、聲響均勻、各聯(lián)接件密封處不得有漏油現(xiàn)象。 負(fù)載實(shí)驗(yàn)：在額定轉(zhuǎn)速及額定載荷下，實(shí)驗(yàn)至油溫不再升高為止。通常，油池溫升不得超過(guò)，軸溫升不得超過(guò)。 4.搬動(dòng)減速器應(yīng)用底座上的釣鉤起吊。箱蓋上的吊環(huán)僅可用與起吊箱蓋。 5.機(jī)器出廠前，箱體外表面要涂防護(hù)漆，外伸軸應(yīng)涂脂后包裝。運(yùn)輸外包裝后，要注明放置要求。 參考文獻(xiàn) [1] 王之櫟，王大康. 機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.8 [2] 楊可楨，程光蘊(yùn)，李仲生，錢瑞明. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京：高等教育出版社，2013.8