机械设计课程设计

机械设计课程说明书 目录一选择电机 .3页二传动比分配 .4页三计算各轴转速 .4页四计算各轴的转矩 .5页五、皮带设计 .6页六链设计 9页七高速齿轮设计 11页八低速齿轮设计 . 15页九轴(齿轮轴)的结构设计 .19页十轴(中间轴)的结构设计.24页十一轴(输出轴)的结构设计.30页十二 轴承的校核计算 . 37页1. 轴轴承 . 37页2. 轴轴承 . 37页3. 轴轴承 . 39页十三、键的校核 .39页1. 轴键的校核 .39页2. 轴键的校核 .40页3. 轴键的校核 .40页十四箱体的结构设计 . 41页十五减速器的附件. 43页课程设计任务书设计数据：运输带传递的有效圆周力F=7700N运输带速度V=0.75m/s滚筒的计算直径D=560mm设计要求：原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击。工作条件：工作时间10年，每年按300天计 单班工作（每班8小时）。传动示意图如下：第 49 页 共 49 页一选择电机1确定工作机功率 2原动机功率、 3估计电动机转速 4选择电动机根据电动机的功率和转速范围，选择电机为：表1.1 电动机选择型号功率转速效率YB2M-47.5kw1440r/min87二传动比分配 三计算各轴转速 四计算各轴的转矩 五、皮带设计 由已知得：1确定计算功率由表8-7查得工况系数：故 2、选择V带的带型 根据由图8-11选用A型带 3确定带轮的基准直径 初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取得 小带轮的基准直径 验算带速，按式（8-13）验算皮带的速度 计算大带轮的基准直径 根据式（8-13a），得大带轮的基准直径 4确定V带中心距和基准长度 根据式（8-20） 由式（8-22）计算所需的基准长度 按式（8-23）计算实际中心距 中心距的变化范围5验算小带轮的包角 6计算皮带的根数z 计算单根V带的额定功率 由,查表8-4a得 根据 查表8-4b得 查表8-5得 查表8-2得 计算v带的根数 取5根 7计算单根V带的初始拉力的最小值由表8-3得A型带的单位长度质量所以 因使带的实际初拉力 8计算压轴力 取5根六链设计 确定传动功率 1选择小链轮齿数取小链轮的齿数，大链轮的齿数为 2确定计算功率 由表9-6查得 由图9-13查得 单排链，则计算功率为 3选择链条型号和节距 根据 查图9-11，可选28A-1 查表9-1，链条的节距为 4计算链节数和中心距 初选中心距： 取，相应的链节数为： 取 查表9-7得到中心距计算系数 则链传动的最大中心距为： 5计算链速，确定润滑方式 由,查图9-14，选择滴油润滑 6计算压轴力 有效圆周力： 链轮水平布置时的压轴系数 则压轴力为： 七高速齿轮设计1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS。大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数，大齿轮齿数为 2 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式（10-9a）进行试算，即 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数 计算小齿轮的转矩 查表10-17选取齿宽系数 查表10-6得材料的弹性影响系数 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限。大齿轮的接触疲劳强度极限 由式（10-13）计算应力循环次数 由图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳应力 取失效概率为1%，安全系数S=1。由式（10-12） 计算 试算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值 计算圆周速度 计算齿宽 计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 计算载荷系数 根据，7级精度，由图10-8查得动载系数 直齿轮 由表10-2查得使用系数 由表10-4用插值的法查得7级精度，小齿轮相对轴承非对称布置时求得 查图10-13 故载荷系数： 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 计算模数 3按齿根弯曲强度设计 确定公式内的各计算数值 由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限,大齿轮的弯曲 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数： 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 计算载荷系数 查取齿形系数由表10-5查得 查取应力校正系数由表10-5查得 计算大，小齿轮的,并加以比较 大齿轮的数值大 设计计算 圆整为标准值,按接触强度算的分度圆径 算得 大齿轮齿数 取 4几何尺寸的计算1 计算分度圆直径 2 计算中心距 3 计算齿轮宽度 取 八低速齿轮设计1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为250HBS。大齿轮为45钢（调质），硬度为210HBS，二者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数，大齿轮齿数为 2 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式（10-9a）进行试算，即 确定公式内的各计算数值试选载荷系数计算小齿轮的转矩 查表10-17选取齿宽系数 查表10-6得材料的弹性影响系数 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限。大齿轮的接触疲劳强度极限 由式（10-13）计算应力循环次数 由图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳应力 取失效概率为1%，安全系数S=1。由式（10-12） 计算 试算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值 计算圆周速度 计算齿宽 计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 计算载荷系数 根据，7级精度，由图10-8查得动载系数 直齿轮 由表10-2查得使用系数 由表10-4用插值的法查得7级精度，小齿轮相对轴承非对称布置时求得 查图10-13 故载荷系数： 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 计算模数 3按齿根弯曲强度设计 确定公式内的各计算数值 由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限,大齿轮的弯曲 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数： 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 计算载荷系数 查取齿形系数由表10-5查得 查取应力校正系数由表10-5查得 计算大，小齿轮的,并加以比较 大齿轮的数值大 设计计算 圆整为标准值,按接触强度算的分度圆径 ,算得 大齿轮齿数 取 4几何尺寸的计算1 计算分度圆直径 2 计算中心距 3 计算齿轮宽度 取 九轴(齿轮轴)的结构设计1求轴上的功率 2求作用在齿轮上的力因为已知高速级小齿轮的分度圆直径为 而 带轮的压轴力 3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号刚调质处理，按扭转强度法计算的直径，取4确定轴的结构与尺寸1 拟定轴上零件的装配方案,如图所示：2 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 根据带轮结构和轴上有键槽，所以轴的的最小直径为了满足带轮的轴向定位要求，1-2轴端右端需制出一轴肩，故取1-2段的直径；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径，由图8-14知皮带轮宽：取。为了保证轴端挡圈只压在带轮上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短些，现取 初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力的作用，故选深沟轴承。参照工作并根据，由轴承产品目录中初选深沟轴承6309，轴承尺寸为故。左右端轴承都采取轴间定位，由手册上查得6209型轴承的定位轴肩高度，因此取。轴上小齿轮的轮毂宽度,取齿轮距离箱体内壁的距离，两圆柱齿轮的距离，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承的位置时，因距离箱体内壁一段距离，取，所以：。 取齿轮处的轴段5-6的直径;轴上小齿轮轮毂宽度，所以。取齿轮距离箱体内壁的距离，两圆柱齿轮的距离，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承的位置时，因距离箱体内壁一段距离，取。所以：，。 取轴承端盖的总宽度为。根据润滑要求和传动空间的要求，取轴承端盖外端面与带轮的距离为所以至此，已初步确定轴的各段直径和长度，如下图所示:3 轴上零件的周向定位 带轮与轴的周向定位采用平键连接。按 查表6-1得平键截面,键槽长为.带轮与轴的配合为，为过盈配合。 确定轴上的圆角和倒角参考表15-2，取轴端倒角为各轴肩 求轴上的载荷： 轴的计算简图 先计算作用在轴承水平面上的力，简图如下： 水平作用图由题意可得：得到弯矩方程如下： 弯矩图如下：水平面弯矩图 再计算垂直面上的力。垂直面由题意可得：得到弯矩方程如下： 弯矩图如下：垂直面弯矩图分析两弯矩图，可知最大弯矩存在于B,C两点。 B点的合成弯矩为 C点的合成弯矩为： 扭矩图如下：扭矩图4 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩截面的强度。根据以上计算的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得，因此，故安全。十轴(中间轴)的结构设计1求轴上的功率 2求作用在齿轮上的力 求作用在轴上大齿轮上的力。（与轴上齿轮啮合的齿轮）因为已知轴大齿轮的分度圆直径为： 而 求作用在轴上小齿轮的力（与轴大齿轮啮合的齿轮）。因为已知轴小齿轮的分度圆直径为 而 3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢调质处理，按扭转强度法计算的直径，取4确定轴的结构与尺寸1 拟定轴上零件的装配方案,如图所示：2 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 根据轴上有俩个键槽，所以轴的的最小直径。 初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力的作用，故选深沟轴承。参照工作并根据，由轴承产品目录中初选深沟轴承6209，轴承尺寸为，故 取齿轮处的轴段2-3的直径;齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知轴上小齿轮轮毂宽度，为了使套筒可靠地压紧齿轮此轴端应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩的高度，故取，则轴环处的直径同样可知， 取齿轮距离箱体内壁的距离，两圆柱齿轮的距离，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承的位置时，因距离箱体内壁一段距离，取，还因为齿轮轮毂的宽度要大于轴上安装的长度一点，我们取该长度为。考虑齿轮间的正确配合，还应加上，轴承总宽。考虑轴上齿轮轮毂宽大于轴大齿轮轮毂宽，所以：。 确定两齿轮之间的距离取为：至此，已初步确定轴的各段直径和长度，如下图所示。3 轴上零件的周向定位小齿轮与轴的周向定位采用平键连接。按 查表6-1得平键截面,键槽长为.小齿轮轮与轴的配合为，为过盈配合。同样，大齿轮与轴配合的键槽为 确定轴上的圆角和倒角 参考表15-2，取轴端倒角为，各轴肩 求轴上的载荷 轴的计算简图 先计算作用在轴承水平面上的力，简图如下： 水平作用图由题意可得：得到弯矩方程如下： 弯矩图如下：水平面弯矩图 再计算垂直面上的力垂直面由题意可得：得到弯矩方程如下：弯矩图如下：垂直面弯矩图 分析两弯矩图，可知最大弯矩存在于B点。 B点的合成弯矩为 扭矩图如下：扭矩图4 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩截面的强度。根据以上计算的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得，因此，故安全。十一轴(输出轴)的结构设计1求轴上的功率 2求作用在齿轮上的力因为已知齿轮的分度圆直径为 而 链轮的压轴力 3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号刚调质处理，按扭转强度法计算的直径，取4确定轴的结构与尺寸1 拟定轴上零件的装配方案,如图所示：2 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 根据链轮结构和轴上有键槽，所以轴的的最小直径。为了满足链轮的轴向定位要求，轴端左端需制出一轴肩，故取6-7段的直径；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径，查机械设计书知链轮轮毂宽：为了保证轴端挡圈只压在链轮上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短些，现取 初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力的作用，故选深沟轴承。参照工作并根据，由轴承产品目录中初选深沟轴承6215，轴承尺寸为故。左右端轴承都采取轴间定位，由手册上查得6215型轴承的定位轴肩高度，因此取。 取齿轮处的轴段2-3的直径;齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。轴上齿轮轮毂宽度，为了使套筒可靠地压紧齿轮此轴端应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度故取,则轴环处的直径，长度 取齿轮距离箱体内壁的距离，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承的位置时，因距离箱体内壁一段距离，取所以：， 取轴承端盖的总宽度为。根据润滑要求 和传动空间的要求，取轴承端盖外端面与链轮的距离为所以 考虑轴能和轴正确配合，所以至此，已初步确定轴的各段直径和长度，如下图所示。3 轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接。按 查表6-1得平键截面,键槽长为.带轮与轴的配合为，为过盈配合。链轮与轴的周向定位采用平键连接。按 查表6-1得平键截面,键槽长为.链轮与轴的配合为，为过盈配合 确定轴上的圆角和倒角参考表15-2，取轴端倒角为，各轴肩 求轴上的载荷 轴的计算简图 先计算作用在轴承水平面上的力，简图如下： 水平作用图由题意可得：得到弯矩方程如下：水平面弯矩图 再计算垂直上的力垂直面由题意可得：得到弯矩方程如下： 弯矩图如下：垂直面弯矩图 分析两弯矩图，可知最大弯矩存在于B,C两点。 B点的合成弯矩为 C点的合成弯矩为 扭矩图如下：扭矩图5 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩截面的强度。根据以上计算的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得，因此，故安全。平键：,键槽长为小齿轮平键截面,键槽长为大齿轮与轴配合的键槽为平键截面:,键槽长为.链轮与轴平键截面：键槽长为 十二 轴承的校核计算轴轴承 初选深沟轴承6209，查设计手册可得轴承的基本额定静载荷，基本额定动载荷。(1) 求相对轴向载荷对应的e值与Y值。由于是直齿齿轮，所以产生的轴向力近似为。相对轴向载荷为，在表中小于0.025,对应的e值小于0.22。在校核轴的强度时，已知轴承2承受的径向力比轴承1大，为：=，故求得。(2) 求Y值。查表可得，X=1，Y=0。(3) 求当量动载荷。查表可得，取载荷系数,根据：(4) 验算6209轴承的寿命，根据 高于预期计算寿命，所以满足要求，选用6209号轴承。轴轴承 初选深沟轴承6209，查设计手册可得轴承的基本额定静载荷，基本额定动载荷。(1) 求相对轴向载荷对应的e值与Y值。由于是直齿齿轮，所以产生的轴向力近似为。相对轴向载荷为，在表中小于0.025,对应的e值小于0.22。在校核轴的强度时，已知轴承1承受的径向力比轴承1大，为：=，故求得。(2) 求Y值。查表可得，X=1，Y=0。(3) 求当量动载荷。查表可得，取载荷系数,根据： (4) 验算6209轴承的寿命，根据 低于预期计算寿命，重新选择6309号轴承，由于轴承宽度远小于轴的总长度，故求的的力相差不大，当量动载荷。此时6309轴承基本额定动载荷。满足要求，此时轴的结构尺寸如下：轴轴承 初选深沟轴承6215，查设计手册可得轴承的基本额定静载荷，基本额定动载荷。(1) 求相对轴向载荷对应的e值与Y值。由于是直齿齿轮，所以产生的轴向力近似为。相对轴向载荷为，在表中小于0.025,对应的e值小于0.22。在校核轴的强度时，已求得轴承2承受的径向力大于轴承1为：=，故求得。(2) 求Y值。查表可得，X=1，Y=0。(3) 求当量动载荷。查表可得，取载荷系数,根据： (4) 验算6307轴承的寿命，根据 高于预期计算寿命，所以满足要求，选用6217号轴承。十三 键的校核计算 轴的键校核 键，轴和轮毂的材料都是钢，查表可得许用挤压应力取平均值，=110MPa。(1) 对带轮轴向定位的键的截面尺寸：bh=8mm7mm,轴径,根据轮毂长度，取键长L=50mm，所以，键的工作长度=42mm，键与轮毂槽的接触高度,根据: 所以，此键满足要求。轴的键校核 键，轴和轮毂的材料都是钢，查表可得许用挤压应力取平均值，=110MPa。(1) 轴径,对高速级大齿轮轴向定位的键的截面尺寸：bh=14mm9mm,根据轮毂长度，取键长L=50mm，所以，键的工作长度=36mm，键与轮毂槽的接触高度,根据 所以，此键满足要求。(2) 轴径,对低速级小齿轮轴向定位的键的截面尺寸：bh=14mm9mm,根据轮毂长度，取键长L=80mm，所以，键的工作长度=66mm，键与轮毂槽的接触高度,根据 所以，此键满足要求。轴的键校核 键，轴和轮毂的材料都是钢，查表可得许用挤压应力取平均值，=110MPa。(1) 轴径,对低速级大齿轮轴向定位的键的截面尺寸：bh=22mm14mm,根据轮毂长度，取键长L=80mm，所以，键的工作长度=58mm，键与轮毂槽的接触高度,根据 所以，此键满足要求。(2) 轴径,对链轮轴向定位的键的截面尺寸：bh=18mm11mm,根据轮毂长度，取键长L=80mm，所以，键的工作长度=62mm，键与轮毂槽的接触高度,根据： 所以，此键满足要求。=十四箱体的结构设计箱体是加速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱。机体结构尺寸，主要根据地脚螺栓的尺寸，再通过地板固定，而地脚螺尺寸又要根据两齿轮的中心距a来确定。设计减速器的具体结构尺寸如下表：表6-1 减速器铸造箱体的结构尺寸名称符号结构尺寸箱座壁厚9箱盖壁厚9箱盖凸缘厚度13.5箱座凸缘厚度13.5箱座底凸缘厚度23地脚螺栓直径20地脚螺栓数目4轴承旁连接螺栓直径16盖与座连接螺栓直径12连接螺栓d2的间距180轴承端盖螺钉直径8检查孔盖螺钉直径8定位销直径8df,d1,d2至外箱壁距离见表4.2df,d1,d2至凸缘边缘距离见表4.2轴承旁凸台半径凸台半高度根据低速级轴承座外径确定。外箱壁至轴承座端面的距离齿轮顶圆与内壁间的距离20齿轮端面与内壁间的距离20箱盖，箱底肋后8轴承端盖外径，为轴承外径轴承旁连接螺栓距离由表4.2可知：df=20至外箱壁的距离C126df=20至凸缘边缘的距离C224d1=16至外箱壁的距离C122d1=16至凸缘边缘的距离C220d2=12至外箱壁的距离C118d2=12至凸缘边缘的距离C216d1=16轴承旁凸台半径R1 20十五、减速度器的附件为了保证减速器正常工作和具备完善的性能，如检查传动件的啮合情况、注油、排油、通气和便于安装、吊运等。减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附件。(一) 窥视孔和视孔盖窥视孔用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，并可由该孔向箱内注入润滑油，平时由视孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板底部垫有纸质封油垫片。(二) 通气器减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器能使热膨胀气体及时排出，保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来。结构图如下。图 7-1 通气器结构形式(三) 轴承盖轴承盖用于固定轴承外圈及调整轴承间隙，承受轴向力。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。凸缘式端盖调整轴承间隙比较方便，封闭性能好，用螺钉固定在箱体上，用得较多。嵌入式端盖结构简单，不需用螺钉，依靠凸起部分嵌入轴承座相应的槽中，但调整轴承间隙比较麻烦，需打开箱盖。根据轴是否穿过端盖，轴承盖又分为透盖和闷盖两种。透盖中央有孔，轴的外伸端穿过此孔伸出箱体，穿过处需有密封装置。闷盖中央无孔，用在轴的非外伸端。图7-2 端盖结构形式通过对轴及轴承盖的设计得出数据，设计轴承盖：表7-1 端盖尺寸数据轴内径为45轴承轴内径为45的轴承轴内径为75的轴承(四) 定位销为了保证箱体轴承座孔的镗削和装配精度，并保证减速器每次装拆后轴承座的上下半孔始终保持加工时候的位置精度，箱盖与箱座需用两个圆锥销定位。定位削孔是在减速器箱盖与箱座用螺栓联接紧固后，镗削轴承座孔之前加工的。图7-3定位销的结构形式(五) 油面指示装置为指示减速器内油面的高度是否符合要求，以便保持箱内正常的油量，在减速器箱体上设置油面指示装置，其结构形式 图7-4油标的结构形式(六) 放油孔和螺塞放油孔应设置在箱座内底面最低处，能将污油放尽。在油孔附近应做成凹坑，以便为了更换减速器箱体内的污油聚集而排尽。平时，排油孔用油塞堵住，并用封油圈以加强密封。螺塞直径可按减速器箱座壁厚2或2.5倍选取。图7-5螺塞的结构形式(七) 起吊装置起吊装置有吊环螺钉、吊耳、吊钩等，供搬运减速器之用。吊环螺钉（或吊耳）设在箱盖上，通常用于吊运箱盖，也用于吊运轻型减速器；吊钩铸在箱座两端的凸缘下面，用于吊运整台减速器。 图7-6起吊装置