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1、北 方 民 族 大 學 機 械 設 計 基 礎 課 程 設 計 說 明 書 蚌埠學院2012 目 錄 l 設計任務..................................................... 2 電動機的選擇計算............................................ 3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算.............................. 4 傳動零件的設計計算.......................................... 5 齒輪

2、的設計計算................................................ 6 軸的設計計算................................................ 7 減速器高速軸的校核.......................................... 8 減速器高速軸滾動軸承的選擇及其壽命計算.................. 9 高速鍵聯(lián)接的選擇和驗算...................................... 10 聯(lián)軸器的選擇...................

3、....................... 11 減速器箱體的結(jié)構設計................................ 12 潤滑與密封.................................................. 13 參考文獻..................................................... 14 設計體會........................... ......................... 一 設計任務 1總體布置簡圖

4、 1—電動機；2—皮帶；3—齒輪減速器；4—帶式運輸機；5—鼓輪；6—聯(lián)軸器 2 工作情況： 載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn) 3 原始數(shù)據(jù) 鼓輪的扭矩T（N·m）： 鼓輪的直徑D（mm）：420 運輸帶速度V（m/s）：1.7 帶速允許偏差（％）：5 使用年限（年）：8 工作制度（班/日）：2每日工作小時數(shù)16 4 設計內(nèi)容 1. 電動機的選擇與運動參數(shù)計算； 2. 斜齒輪傳動設計計算 3. 軸的設計 4. 滾動軸承的選擇 5. 鍵和連軸器的選擇與校核； 6. 裝配圖、零件圖的繪制 7. 設計計算說明書的編寫 5設計任務 a) 減速器總裝配圖

5、一張 b) 齒輪、軸零件圖各一張 c) 設計說明書一份 6 設計進度 1、 第一階段：總體計算和傳動件參數(shù)計算 2、 第二階段：軸與軸系零件的設計 3、 第三階段：軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制 4、 第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計算說明書的編寫 二、電動機的選擇計算 如圖2-1所示的膠帶運輸帶的有效拉力F=5500N，工作速度v=1.7m/s,傳動滾動直徑D=420mm,載荷平穩(wěn)，電源為三相交流，空載啟動，室內(nèi)工作有粉塵,使用期限8年。帶速允許誤差大于-5%且小于5%,試選擇電動機。 圖2-1 1.選擇電動機系列 按工作要求及工作條件選用三相

6、異步電動機,封閉自扇冷式結(jié)構,電壓為380V,Y系列。 2.選擇電動機功率 卷筒所需的有效功率：= (5500X1.7)/1000=9.35kw 傳動裝置的總效率： V帶傳動的效率 η帶=0.96 閉式齒輪的傳動效率 η齒輪=0.97 一對滾動軸承的效率 η軸承=0.98 聯(lián)軸器的效率 η聯(lián)軸器=0.99 傳動滾筒效率 η滾筒=0.96 傳動總效率 η=0.95×0.97×0.982×0.99×0.96=0.83 所需電動機功率 ==9.35/0.83=11.26kw 由表9-39（指導書209頁）可

7、選用Y系列三相異步電動機Y180L-6型，額定功率P0 =15kw或選用Y系列三相異步電動機Y160L-4型，額定功率P0 =15kw,均滿足P0 > Pr。 3.選取電動機的轉(zhuǎn)速 滾筒轉(zhuǎn)速 ==77.34r/min 根據(jù)滾筒所需的功率和轉(zhuǎn)速，可選擇功率為15KW，同步轉(zhuǎn)速分別為1500r/min和1000r/min兩種型號的電動機。 電動機數(shù)據(jù)及傳動比 方案號 電機型號 額定功率 /KW 同步轉(zhuǎn)速/（r/min） 滿載轉(zhuǎn)速/(r/min) 總傳動比 1 Y160L-4 15 1500 1460 20.37 2 Y180L-6 15 1000 9

8、70 13.54 通過比較決定選擇第2種方案，電動機型號為Y180L-6, 同步轉(zhuǎn)速為1000r/min，所選電動機的數(shù)據(jù)和安裝尺寸如下表 額定功率P0/kw 15 電動機外伸軸直徑D/mm 38 滿載轉(zhuǎn)速n0（r/min） 970 電動機外伸軸長度E/mm 80 額定扭矩 1.8 電動機中心高H/mm 132 三、傳動裝置的運動及動力參數(shù)計算 1、分配傳動比 電動機的滿載轉(zhuǎn)數(shù)n0=970r/min 總傳動比 i總 = n0/nw = 970/77.34=12.54 取i帶 =2.5 則減速器的傳動比 i齒輪= i總/i帶=12.54/2.

9、5=5.016 2、各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計算 0軸：即電機軸 P0=Pr=11.26kw n0=970r/min T0=9550×P0/n0=9550X11.26/970=110.86 Ⅰ軸：即減速器高速軸采用帶聯(lián)接傳動比i帶 =2.5，帶傳動效率η帶=0.96， P1= P0·η01= P0·η帶 =11.26×0.96=10.81kw n1= n0/i 01=970/2.5=388r/min T1=9550×P1/n1=9550×11.26/388=275.67 Ⅱ軸：即減速器的低速軸，一對滾動軸承的傳動比效率為η軸承=0.98 閉式齒輪傳動

10、的效率為η齒輪=0.97則η12=0.97=0.980.97=0.95 P=P·η12=10.81×0.95=10.27kw n=n/i=388/5.016=77.35r/min T=9550×P/n=9550×10.27/77.35=1267.98 Ⅲ軸：即傳動滾筒軸 η軸承=0.98 η聯(lián)軸器=0.99 η齒輪=0.97 η23=0.980.990.97=0.94 P=P×η23=10.27×0.94=9.65kw n= n/i=77.35/1=77.35r/min T3=9550×P/n=9550×9.65/77.35=1191.44 各軸運動及

11、動力參數(shù) 軸序號 功率P/kw 轉(zhuǎn)速n/(r/min) 轉(zhuǎn)矩T/Nm 傳動型式 傳動比 效率η 0 11.26 970 110.86 V帶傳動 2.5 0.96 1 10.81 388 275.67 閉式齒輪傳動 5.016 0.97 2 10.27 77.35 1267.98 彈性聯(lián)軸器 1.0 0.99 3 9.65 77.35 1191.44 四、傳動零件的設計計算 1、V帶傳動的設計算 (1)確定設計功率PC , 載荷有輕度沖擊， 2班制， =1.2 PC=×P=18kw (2)選取V帶的型號 根據(jù)P

12、C和n0，因工作點處于B型區(qū)，故選B型帶。（課本圖13-15） (3)確定帶輪基準直徑、 ①選擇小帶輪直徑 由表10-4（書P214頁）確定=140mm ②驗算帶速V（書P211） V==7.1m/s 在5m/s—25m/s之間，故合乎要求。（書P220） ③確定從動輪基準直徑(書P211) =(1-)=2.5×140(1-0.02)=343mm 按表10-5（書215頁）取從動輪基準直徑為=355mm (4)確定中心距a和帶的基準長度Ld ①初定中心a（書P220） 取初定中心距0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2) a=1.8(+)=1.8(140

13、+355)=891mm ②確定帶的計算基準長度Ld按式 L=2a+( +)+=2=2572.12 ③由表10-2（書213頁）取標準Ld =2500㎜ ④確定實際中心距 =+=891+=855㎜ (5)驗算包角 ≈180°-×57.3°=180°-×57.3°=165°＞1200 符合要求 (6)確定帶根數(shù)z 根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速n=970和小帶輪直徑140mm， 由圖10-7（書P214頁）查得 P=2.2kw ，再由表13-5（書216頁）得P=0.3 (i=2.5) 由表13-7（書P217頁）查得 K=0.96 由表13-2（書P212頁）查得K=1.03 Z

14、===2.20根 取Z=3根 （7）、計算作用于軸上的載荷F 單根V帶的初拉力： F0=500(-1)+q=500=686.38N 式中q由表10-1（指導書140頁）查得q=0.17Kg/m。 F=2FZ=2686.383=4082.25N （8） 帶輪結(jié)構設計 帶速V30m/s 材料用灰鑄鐵 用HT150或HT200 <300mm 用腹板式 >300mm 用輪輻式 （9） 帶輪輪槽尺寸 由表4-2（指導書224頁）得 h=15mm,h=3.5mm,e=19mm,f=11.5mm Bd=14mm,=7.5mm

15、 B=(z -1)e+2f=(3-1)19+211.5=61mm 圖4-1 小帶輪結(jié)構圖 圖4-2 大帶輪結(jié)構圖 五、齒輪的設計計算： 1.選擇齒輪材料精度等級 齒輪減速器為一般機械，小齒輪材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理， 小齒輪45調(diào)質(zhì),=650MPa,=360Mpa，硬度217～255HB； 大齒輪45正火, =580MPa, =290MPa,硬度162～217HB。 齒輪精度等級為8級. 計算循環(huán)次數(shù)N N=60nj=603881(836516)=1088000000（工作八年，兩班制） N==1088000000/5.016=2.

16、1710 由表11-5（P171頁）取載荷系數(shù)S=1.0 由圖11-1（書166頁）查得 =600Mpa ， =380MPa 計算許用接觸應力 = ==600Mpa = ==380Mpa 因 < 計算中取==380MPa 2.按齒面接觸強度確定中心距 小輪輪距 T T=9.5510=9.5510(10.81/388)=270000Nm 由表11-3（P169）取得K=1.8，由表11-6（P175）取得=0.8， 由表11-4（P171）取得Z=188.9 a =130.25mm 取中心距a=130.25mm 取小輪齒數(shù)=21 則大齒輪數(shù)=110

17、所以=114/21=5.23 計算得到=（5.23-5.016）/5.416=0.04 在正負5%之間，故合理。 模數(shù)m=/=6.5mm 齒寬b==104.2 查表4-1（P57），取m=6.5mm =m=136.5mm =m=715mm 圓周速度v=3.14136.5388/601000=2.77m/s 對照表11-2（P168）可知，選用8級精度是合適的。 3驗算齒面接觸疲勞強度 按電機驅(qū)動載荷輕度沖擊由表11-3得k=1.25 由圖11-2（b）（指導書177頁）按8級精度和vZ/100=1.02425/100=0.256m/s得k

18、v=1.02 3 校核齒根彎曲疲勞強度 ===360MPa ===240MPa == =48.27MPa<=360 Mpa，安全 ===42.76MPa〈=240Mpa，安全 5.齒輪主要參數(shù)及幾何尺寸計算 =21 =114 m=6.5mm u=5.428 d1=136.5mm d2=741mm a =438.75mm ha ha* hf c* 六 軸的設計計算 1．減速器高速軸的設計計算 （1）選擇軸的材料 軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理 （2）按扭矩初步估算軸端直徑 按公式 其中=11

19、0—160，取=110 = 考慮軸端有一個鍵槽 d1=35mm 該段軸長l l=70mm （3）初選滾動軸承 該軸設計為直齒齒輪軸，考慮到強度要求，選用深溝球軸承。根據(jù)軸端尺寸，帶輪的定位方式和軸承的大概安裝位置，初選單列圓錐滾子軸承6210. （4）設計軸的結(jié)構 圖6-1 a.軸的徑向（軸徑）尺寸的確定 根據(jù)定位方式和軸承的大概安裝位置等初選d1=35mm,d2=42mm,d3=d4=50mm,齒輪軸的分度圓直徑d=137mm 。 b.軸的軸向尺寸的確定 各軸段如圖6-1所示 ，根據(jù)各軸段上安裝的零件寬度等結(jié)構確定各段長分別為： d1段70mm,d2

20、段65mm,d3、d4段均50mm,軸環(huán)均8mm c．確定軸承的潤滑方式與密封方式 齒輪軸的最大圓周速度： 由于V>2m/s所以滾動軸承采用油潤滑 高速軸密封處的圓周速度V 由于V<2m/s，所以采用氈圈密封。 低速軸密封處的圓周速度V 由于V<2m/s所以也可以采用氈圈密封。 七 減速器高速軸的校核 1.對軸進行分析，作當量彎矩圖。 （1）．計算作用于齒輪軸上的作用力 轉(zhuǎn)矩 圓周力= 徑向力== 軸向力=． （2）.求支座反力

21、. a.鉛直面內(nèi)的支座反力 b.水平面內(nèi)的支座反力 據(jù)，得 3596-1731=1865N （3）.作彎矩圖 a.鉛直面內(nèi)彎矩M圖 在C點 b.水平面內(nèi)彎矩M圖 在C點左邊 在C點右邊 c.作合成彎矩圖 在C點左邊 在C點右邊 （4）.作轉(zhuǎn)矩圖 T=270994Nmm （5）.作當量彎矩圖 該

22、軸單向工作轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)考慮 取=0.6 當量彎矩 = 在C點左邊 在C點右邊 在D點 （6）.按當量彎矩計算軸的直徑 由圖看出C點的當量彎矩最大。D點軸的斷面尺寸較小。所以該軸的危險斷面是C點和D點。由45鋼（調(diào)制處理）查表13-1（指導書218頁）得=650MPa；在查表13-2查表得=60MPa。 按式（13-4）計算C點軸的直徑 考慮鍵槽影響，有一個鍵槽，軸徑加大5% 該值小于原設計該點處軸的直徑，安全。 D點軸的直徑 考慮鍵槽影響，有一個鍵槽，軸徑加大5% 該值小于

23、原設計該點處軸的直徑，安全。 八 減速器高速軸滾動軸承的選擇及其壽命計算 已知:6210軸承(50×90×20)?；绢~定動載荷C=27KN，基本額 定靜載荷C0=19.8KN,e=0.21,Y=2.3. 由前面計算得知: 該對軸承的水平支反力分別為： 垂直支反力分別為： 合成支反力： = = 所以取=0.9, =0.9 軸承承受輕度載荷沖擊，支反力A處有彎矩。所以取=1.2, =1.5 =()= 所以取 X=1,Y=0 = > 計算軸承A的壽命PA= 預期壽命滿足要求

24、 九.高速軸鍵聯(lián)接的選擇和驗算 大帶輪裝在高速軸軸端，需用鍵進行周向定位和傳遞轉(zhuǎn)矩。由前面設 計計算得知：V帶帶輪材料為鋼 ，軸的材料為45鋼，V帶與軸的配 合直徑為35mm，V帶輪轂長為70mm，傳遞轉(zhuǎn)矩T=114.11Nm 1.選擇鍵的材料、類型和尺寸。 a.鍵的材料選用45鋼， b.選擇最常用的A型普通平鍵，因為它具有結(jié)構簡單，對中性好， 裝拆方便等優(yōu)點。 c.鍵的截面尺寸由鍵所在軸段的直徑 d=35mm由標準中選定， 鍵的長度由輪轂長確定，查表得b×h=8*7,L=65mm. 2.鍵聯(lián)接的強度計算 普通平鍵的主要失效形式是鍵，軸和輪轂三個零件中較弱零件的壓潰

25、。 由于帶輪材料是鋼，許用擠壓應力由表9-7（指導書135頁）查得=100MPa。鍵的計算長度l=L-b=65-8=57mm =[]=100Mpa安全 十 聯(lián)軸器的選擇 在減速器低速軸與工作機之間需采用聯(lián)軸器聯(lián)接。由于工作機和減速器之間 可能產(chǎn)生一定的徑向位移和角位移。故選用彈性柱銷聯(lián)軸器。 由式 Tc=T=1.5×1310.71=1966.07N·m n=71.64r/min 由表2-14-1(課設指導書114頁) LH4聯(lián)軸器40×84 GB/T5014—2003 其公稱轉(zhuǎn)矩 Tn=1250 N·m<1966.07 N·m，許用轉(zhuǎn)矩[n]=28

26、00r/min>71.64r/min 十一 減速器箱體的結(jié)構設計 參照參考文獻〈〈機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年第19頁表1.5-1可計算得，箱體的結(jié)構尺寸如表8.1： 表8.1箱體的結(jié)構尺寸 減速器箱體采用HT200鑄造，必須進行去應力處理。 設計內(nèi)容 計 算 公 式 計算結(jié)果 箱座壁厚度δ =（5~6）mm 取δ=8mm 箱蓋壁厚度δ1 8=（6.4~608） 取δ1=8mm 機座凸緣厚度b b=1.5δ=1

27、.5×8=12mm b=12mm 機蓋凸緣厚度b1 b1=1.5δ1=1.5×8=12mm b1=12mm 箱底座凸緣厚度P P=2.5δ=2.5×8=20mm P=20mm 地腳螺釘直徑和數(shù)目 Df=16mm n=4 Df=16mm n=4 通氣孔直徑 Df’=20mm Df’=20mm 地腳沉頭座直徑D0 D0==45mm D0==45mm 底座凸緣尺寸 C1min=25mm C1min=25mm C2min=23mm C2min=23mm 軸承旁連接螺栓直徑d1 d1= 12mm d1=12mm 定位銷直徑 d

28、 =(0.7~0.8)9=6.3~7.2 d =7mm 箱座蓋連接螺栓直徑 d 2 =(0.5~0.6)16=8~9.6mm d 2 =8mm 大齒輪頂園與箱內(nèi)壁距離 =1.2×89.6mm =10mm 上下箱連接螺栓通孔直徑d`2 8 （10~15）mm =10mm 軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目n,d3 n=4, d3=8mm n=4 d3=8mm 檢查孔蓋螺釘直徑d4 d4=（0.3~0.4）16=4.8~6.4mm d4=6mm 軸承端蓋外徑D1 D1=(5~5.5) × 7+62=97~100.5 取D1=100mm（凸緣） 箱體外壁至軸承座端面距

29、離K K= C1+ C2+(5~8)=32mm K=32mm 機蓋、機座肋厚m1,m m1=0.85δ1=6.8mm, m=0.85δ=6.8mm m1=7mm, m=7mm 十二 潤滑與密封 1減速器齒輪傳動潤滑方式和潤滑油的選擇 a.減速器齒輪傳動潤滑方式:油潤滑； b.潤滑油的選擇：工業(yè)閉式齒輪油（GB/T5903—1995）代號為100。 2減速器軸承潤滑方式和潤滑劑的選擇 a.油潤滑； b.潤滑劑：150號機械油 3.減速器密封裝置的選擇、通氣器類型的選擇 密封裝置的選擇：高速軸：氈圈 45 FZ/T92010——1991

30、 低速軸：氈圈 53 FZ/T92010——1991 十三參考文獻： 1、《機械設計基礎》 主編 楊可楨　程光蘊 李仲生 2、《機械設計課程設計》 主編 孫德志 　張偉華　鄧子龍 3.《機械設計課程設計》 主編 席光偉 楊 光 李波 十四設計體會 通過本次畢業(yè)設計，使自己對所學的各門課程進一步加深了理解，對于各方面知識之間的聯(lián)系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有很大的距離，在今后還需要繼續(xù)學習和實踐。 本設計由于時間緊張，在設計中肯定會有許多欠缺，若想把它變成實際產(chǎn)品的話還需要反復的考慮和探討。但作為一次練習，確實給我們帶來了很大的收獲，設計涉及到機械、電氣等多方面的內(nèi)容，通過設計計算、認證、畫圖，提高了我對機械結(jié)構設計、控制系統(tǒng)設計及步進電動機的選用等方面的認識和應用能力?？傊?，本次設計讓我受益非淺，各方面的能力得到了一定的提高。 蚌埠學院 機械與電子工程系 機械設計基礎課程設計 一級圓柱斜齒輪減速器 班級 10數(shù)控技術 姓名 許詩根 學號 61001150007 指導教師 王月英 24