机械设计基础课程设计计算说明书

机械设计基础课程设计计算说明书设计课题：二级圆柱齿轮减速器成都理工大学工程技术学院自动化系机械工程及自动化专业2009级机电1班设计者：孙皓指导老师：董仲良谢欣然2011年11月29日目录设计任务书1.传动装置总图2.设计要求3.已知条件一、原动机的选择二、分配传动比三、传动装置的运动和动力参数计算四、传动零件的设计计算五、轴的结构设计及强度计算六、轴承寿命校核计算七、平键的强度校核八、减速器箱体的设计九、减速器润滑方式、密封形式十、结尾语参考资料设计任务书1.传动装置总图2.设计要求：1）选择电动机类型和规格；2）设计减速器和展开式齿轮传动；3）选择联轴类型和型号；4）绘制减速器装配图和零件图；5）编写设计说明书。

3.已知条件设计一卷扬机的减速器，卷扬机起吊的重物为W=15KN,起吊为匀速提升，起提升速为V=0.65m/s;卷筒直径¢400mm。

设卷筒效率η总=0.81。

.所设计的减速器应为二级减速器(电动机与减速器输入轴选用弹性联轴器直联)。

一、电动机的选择：1） 输送机主轴效率功率：P W =Fv=Wv=15000×0.65=9750W 2） 输送机主轴转速：n w =60×1000×V ／πD=60×1000×0.65／400×π =31.05r ／min3） 电动机输出功率：由于减速器的总效率为η总=0.81 P 0=P w /η=9750／0.81=12.03kw选择电动机的额定功率P m =（1～1.3）P 0查表选取P m =13kw4) 电动机的转速：齿轮传动比i 2=8～40。

则总传动比为i 总=8～40故电动机转速的可选围n m =i 总×n W=﹙8～40﹚×31.05r ／min =﹙248.4～1242﹚r ／min 5）电动机类型的选择按已知的工作要求和条件，选用YZR 型绕线转子三相异步电动机。

符合这一围的异步转速有963 r ／min ，再根据计算出的容量，由参考文献【1】 查得YZR180L-6符合条件二、分配传动比：1. 估算传动装置的总传动比： i 总=n m /n W =963/31.05=312. 根据公式：12n i i i i ⋅⋅=总试分配传动比： -第一级齿轮传动i 1=1.4i 2=6.6 第二级齿轮传动：i 2=4.7三、传动装置的运动和动力参数计算：1.电动机轴的计算n 0=nm=963r／minP0= Pd=13kwT 0＝9550×P／n＝9550×13／963 =129N.m2.Ⅰ轴的计算(减速器高速轴)n 1=n=963r／minP 1=P×η1＝13×0.99 ＝12.87kwT 1＝Tη1＝127.71N.m3.Ⅱ轴的计算(减速器中间轴)n 2=n1／i1=963／6.6 =146r／minP 2=P1×η2=12.87×0.97×0.99 =12.36kwT 2＝9550×P2／n2＝9550×12.36／146＝809.42N.m4.Ⅲ轴的计算(减速器低速轴)n 3=n2／i2=146／4.7 ＝31r／minP 3＝P2×η3＝12.36×0.99×0.97＝11.87kwT 3＝9550×P3／n3＝9550×11.87／31＝3653N.m5.Ⅳ轴的计算(滚筒轴)n 4=n3＝31r／minP 4＝P3×η4＝11.87×0.99×0.99＝11.63kwT 4＝9550×P4／n4＝9550×11.63／31＝3583N.m设计结果如下四、传动零件的设计计算：(一).高速级圆柱齿轮传动的设计计算1.选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用40 Cr表面淬火,硬度为50HRC。

大齿轮选用40Cr表面淬火，硬度为52HRC。

因为是普通减速器故选用8级精度 .2.按齿面弯曲强度设计由【2】表11-3查得载荷系数K=1.5选择齿轮齿数小齿轮的齿数取22，则大齿轮齿数Z2=i1·Z1=22×6.6=145.2,圆整得Z1=145,齿面为非对称硬齿面，由【2】表11-6选取Ψd=0.4 由【2】表12-1查得σH =1200MPa σF=720MPa由图11-8得，齿形系数YFE =2.84，应力修正系数YSa=1.58又表11-5得，SF =1.3，SH=1.1即[σF ]1=σF/ SF=720/1.3=554MPa[σH ]1=σH/ SH=1200/1.1=1091MPam≧[2KT1 YFEYSa／Ψd×Z12[σF]1]1／3= [2×1.5×128000×2.84×1.58／0.4×554×222]1／3 =2.52mm由【2】表4-1知标准模数 m=3分度圆直径：d1=m Z1=3×22=66mmd2=m Z2=3×145=435mm齿宽： b=Ψd d1=0.4×66=26mm故：大齿轮的齿宽取b1=26mm 小齿轮的齿宽取 b2=31mma=m﹙Z1＋Z2﹚／2=3×﹙22＋145）／2=250.5mm3.按齿面接触强度校核对于标准齿轮，ZH=2.5查表11-4，ZH=188σH = ZHZH[2KT（u＋1）/ b1d12 u] 1／2=188×2.5×[2×1.5×128000×（6.6＋1）/ 31×66 2 ×6.6] 1／2=851MPa< [σH ] 1所以齿面接触强度校核足够。

4.检验齿轮圆周速度V＝πd1×n1／60000＝π×66×963／60000＝3.32 m/s对照表11-2，所以选8级精度是合适的（二）.低速级圆柱齿轮传动的设计计算1.选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用40 Cr表面淬火,硬度为50HRC。

大齿轮选用40Cr表面淬火，硬度为52HRC。

因为是普通减速器故选用8级精度 .2.按齿面弯曲强度设计由【2】表11-3查得载荷系数K=1.4选择齿轮齿数小齿轮的齿数取24，则大齿轮齿数Z4=i2·Z3=24×4.7=128.8,圆整得Z1=128,齿面为对称硬齿面，由【2】表11-6选取Ψd=0.5 由【2】表12-1查得σH =1200MPa σF=720MPa由图11-8得，齿形系数YFE =2.76，应力修正系数YSa=1.59又表11-5得，SF =1.3，SH=1.1即[σF ]2=σF/ SF=720/1.3=554MPa[σH ]2=σH/ SH=1200/1.1=1091MPam≧[2KT1 YFEYSa／Ψd×Z32[σF]2]1／3= [2×1.4×800000×2.76×1.59／0.6×554×242]1／3 =3.72mm由【2】表4-1知标准模数 m=4分度圆直径：d3=m Z3=3×24=96mmd4=m Z4=3×112=448mm齿宽： b=Ψd d3=0.6×96=58mm故：大齿轮的齿宽取b4=58mm 小齿轮的齿宽取 b3=63mma=m﹙Z3＋Z4﹚／2=4×﹙24＋128）／2=272mm3.按齿面接触强度校核对于标准齿轮，ZH=2.5查表11-4，ZH=188σH = ZHZH[2KT（u＋1）/ b3d32 u] 1／2=188×2.5×[2×1.4×800000×（4.7＋1）/ 63×96 2 ×4.7] 1／2=1017MPa< [σH ] 2所以齿面接触强度校核足够。

4.检验齿轮圆周速度V＝πd1×n1／60000＝π×96×146／60000＝0.73 m/s对照表11-2，所以选8级精度是合适的设计结果如下五、轴的结构设计及强度计算：（一）输入轴的结构设计和强度计算：1.选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求，因为高速轴设计为齿轮轴，故选用40Cr钢并经调质处理。

2.按钮转强度估算直径根据表【2】表14-2得C＝98～107 ,取C=100， P1=12.87Kw，又由式 d1≧C×﹙P1／n1﹚1／3d1≧,100×﹙12.87／963﹚1／3＝23.73 mm考虑因素到轴的最小直径要连接联轴器，会有键槽存在故将估算直径加大3％～5％。

取为24.5～26mm；3.轴的结构设计（1）确定轴的结构方案：此轴为齿轮轴，无须对齿轮定位。

轴承安装于齿轮两侧的轴段采用轴肩定位，周向采用过盈配合。

确定各轴段的直径，由整体系统初定各轴直径。

轴段①主要用于安装联轴器，其直径应于联轴器的孔径相配合，因此要先选择联轴器。

联轴器的计算转矩为1T K T A ca ⋅=，根据工作情况选取K A ＝2.3，则：T CA ＝2.3×127.71=293.7Nm 。

又由于机座号为180L 的电动机安装尺寸为55mm,弹性联轴器中轴孔直径为55mm 的有LT8和LT9系列，考虑到节约成本，故选用LT8型号的弹性联轴器。

（2）确定各轴段的直径和长度：轴段①:为配合轴颈，按半联轴器孔径，选取轴段①直径为45mm,由J 型轴孔查得L=84mm 。

轴段②:：为安装轴承端盖，其直径取48mm ，轴段②长度初定为L=40mm ，。

轴段③：此轴段为安装轴承，查表选用滚动轴承6010，可得其直径为50mm ，由于此轴段的长度应比轴承宽度长1~2mm ，故取其长度为18mm 。

轴段④：为了保证定位轴肩一定的高度和轴承有足够的支撑跨距其直径为55mm ，长度确定为： L=84.5mm 。

轴段⑤：为齿轮轴的齿轮部分，其分度圆的直径为66mm ,因此其尺寸L=31mm 。

轴段⑥：也是为了保证定位轴肩一定的高度和轴承有足够的支撑跨距其直径为55mm ，长度确定为： L=12.5mm 。

轴段⑦：此轴段也为安装轴承，查表选用滚动轴承6010，可得其直径为50mm ，由于此轴段的长度应比轴承宽度长1~2mm ，故取其长度为18mm 。

4.按弯扭合成强度校核轴径 画出轴的受力图。

（如图） 做水平面的弯矩图。

圆周力 F T ＝ 2T 1／d ＝127.71×2／66＝3870N径向力 F r ＝F t tan α＝3870×tan20＝1408N支点反力为 F HA ＝L 2F T ／﹙L 1＋L 2﹚＝3870×40／﹙40＋108﹚＝1046N F Hc ＝L 1F T ／﹙L 1＋L 2﹚＝3870×108／﹙40＋108﹚ ＝2824N B-B 截面的弯矩 M HB 左＝F HA ×L 1＝1046×108＝112968 N.mm M HB 右＝F HC ×L 2＝2824×40＝112960 N.mm做垂直面的弯矩图。