1、 機(jī)械課程設(shè)計(jì) 作者：高冬祥2011/6/27設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)用于帶式齒輪的一級(jí)圓柱減速器，工作條件：連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，輕微沖擊，使用年限為10年，每天工作時(shí)間為8小時(shí)，總傳動(dòng)比誤差為±5%。2. 技術(shù)數(shù)據(jù)：題號(hào)：004輸出軸功率為P=5kw,輸出轉(zhuǎn)速為n=45r/min3設(shè)計(jì)任務(wù)：1）.選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)2）.設(shè)計(jì)帶輪參數(shù)3）.設(shè)計(jì)減速器4）.設(shè)計(jì)外齒輪4.設(shè)計(jì)工作量1）設(shè)計(jì)說明書一份2）減速器裝配圖一張3）零件工作圖兩張目錄前言1. 設(shè)計(jì)目的2. 傳動(dòng)方案分析一 電動(dòng)機(jī)的選擇1. 選擇電動(dòng)機(jī)的類型2. 選擇電動(dòng)機(jī)的功率3. 選取電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和型號(hào)二 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參

2、數(shù)1） 傳動(dòng)的總傳動(dòng)比2） 分配各級(jí)傳動(dòng)比1. 個(gè)軸轉(zhuǎn)速2. 個(gè)軸功率3. 個(gè)軸轉(zhuǎn)矩三 普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)1選擇V帶的型號(hào)2確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd23.驗(yàn)算帶速4.確定帶的基準(zhǔn)長度和帶傳動(dòng)的中心距5驗(yàn)算小帶輪包角6.確定V帶的根數(shù)Z7.計(jì)算V帶作用在軸上的壓力四減速器直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)1.選擇齒輪材料及確定許用應(yīng)力2.按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算3.選著齒輪齒數(shù)4.計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度5.齒輪的圓周速度6.尺寸計(jì)算五外齒輪的計(jì)算1.選擇齒輪材料及確定許用應(yīng)力2.按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算3.選著齒輪齒數(shù)4.計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度5.齒輪的圓周速度6.尺寸計(jì)算六軸的設(shè)計(jì)1. 選擇軸的材料和許用應(yīng)力2. 軸承的選擇3

3、. 估算軸的尺寸和驗(yàn)算許用應(yīng)力4. 圓周力的計(jì)算5. 求垂直面的支承反力6. 求水平面的支承反力7. F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力8. 繪垂直面的彎矩9. 繪水平面的彎矩10. F力產(chǎn)生的彎矩11. 求合成彎矩12. 求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩七設(shè)計(jì)參考資料前言（一） 設(shè)計(jì)目的：通過本課程設(shè)計(jì)將學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算能力，熟悉一般的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)過程。（二） 傳動(dòng)方案的分析：機(jī)器一般是由原動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置和工作裝置組成。傳動(dòng)裝置是用來傳遞原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，變換其運(yùn)動(dòng)形式以滿足工作裝置的需要，是機(jī)器的重要組成部分。本設(shè)計(jì)中原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，工作機(jī)為外齒輪輸出軸。傳動(dòng)方案采用兩級(jí)傳動(dòng)，第

4、一級(jí)為帶傳動(dòng)，第二級(jí)為齒輪傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的承載能力較低，在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸較大。但有過載保護(hù)的功能，還可緩和沖擊和震動(dòng)，故布置在傳動(dòng)的高速級(jí)。齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率高，適用于功率和速度范圍廣，使用壽命長。是現(xiàn)代機(jī)器中最常用的機(jī)構(gòu)之一。 本設(shè)計(jì)采用的是單極直齒輪傳動(dòng) 一電動(dòng)機(jī)的選擇 1.選擇電動(dòng)機(jī)的類型 按工作要求和條件，在設(shè)計(jì)減速器時(shí)，選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓為380V全封閉自扇冷式籠行三相異步電動(dòng)機(jī)。（參考機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)） 2.選擇電動(dòng)機(jī)的功率 （1）工作機(jī)的輸出功率為PW=5KW，需要電動(dòng)機(jī)輸出的功率為P. P=PW/為電動(dòng)機(jī)到輸出軸的總效率，由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表2.3查的;V帶傳動(dòng)帶

5、=0.96，一對(duì)齒輪齒輪=0.97，一對(duì)外齒輪外齒=0.95，兩對(duì)滾動(dòng)軸承軸承=0.99。因此總效率： =帶*齒輪*外齒*軸承即總=帶*齒輪*外齒*軸承 =0.96*0.97*0.95*0.99=0.87P=PW/=5/0.87=5.71KW選取電動(dòng)機(jī)的額定功率PM(KW),使得Pm=（11.4）Po=5.71*(1-1.4)=5.717.994查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課程指導(dǎo)書 附錄8 得Pm=7.5KW4. 選取型號(hào)和轉(zhuǎn)速（1） 輸出軸的轉(zhuǎn)速為N=45r/min（2） 根據(jù)表2-3推薦的各類傳動(dòng)比的范圍，合理安排各級(jí)傳動(dòng)比的范圍，取V帶的傳動(dòng)比i帶=24，一級(jí)齒輪減速器i齒輪=3-5，外齒輪i外齒

6、=3-5.傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比i=18-100（3） 選取電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍Nm=i*Nw=（18-100）*45=（819-4500）r/min 查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課程指導(dǎo)書 附錄8 符合要 求的轉(zhuǎn)速有3000r/min、1500 r/min、1000 r/min三種，為降低電動(dòng)機(jī)的重量和價(jià)格，綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、結(jié)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)的功率和帶傳動(dòng)比等因素，選擇轉(zhuǎn)速為1500 r/min的Y型系列的電動(dòng)機(jī)Y132M-4 其滿載轉(zhuǎn)速為Nm=1440 r/min。 二計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1）傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比i=Nm/Nw=1440/45=322）分配各級(jí)傳動(dòng)比 本傳動(dòng)裝置由一個(gè)帶傳動(dòng)i帶

7、=2-4.和；兩個(gè)齒輪傳動(dòng)i=3-5，為計(jì)算和加工方便i帶取2，i齒輪取4. i=2*4*4=321. 各級(jí)轉(zhuǎn)速 軸 n=1440/2=720 r/min 軸 n=1440/2*4=180 r/min 軸 n=1440/2*4*4=45 r/min2.各軸的功率軸 P=Po*帶=5.7*0.96=5.472KW軸 P=P*12=5.472*0.99*0.97=5.2KW軸 P=P*23=5.2*0.95*0.99=4.9KW3.各軸轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)軸Td=9550*Pd/nm軸 T=Td*i帶*帶=37.8*2*0.96=72.6 n.mm軸 T=TI*i齒輪*齒輪=72.6*4*0.99*0.97

8、=275 n.mm軸 T=T*i外齒*外齒=275*4*0.95*0.99=1092 n.mm參數(shù)軸號(hào)電動(dòng)機(jī)軸軸軸轉(zhuǎn)速144072018045功率5.75.4725.24.9轉(zhuǎn)矩37.872.62751092傳動(dòng)比244三.V帶的選擇1選擇V帶的型號(hào)由機(jī)械設(shè)計(jì) 表13-8查得KA=1.1Pc=KA*P=1.1*7.5=8.25KW由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖13-15選用A型V帶2.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑Dd1和Dd2.由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖13-15知，推薦小帶輪的基準(zhǔn)直徑為112-140，查表13-9得Dd1=132mm故有Dd2=n1/n2*Dd1=2*132=264mm由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表13-9取Dd2=26

9、5mm3.驗(yàn)算帶速實(shí)際從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n2=n1*Dd1/Dd2=717r/min轉(zhuǎn)速誤差為（n2-n2）/n2=0.4%在±5%以內(nèi)。為允許值。帶速V=3.14n1dd1/60*1000=9.94m/s帶速在5-25ms范圍內(nèi)，合格 4.確定帶的基準(zhǔn)長度和帶傳動(dòng)的中心距0.7(dd1+dd2)ao2(dd1+dd1)278ao794Ao=540mm LO=2* ao=3.14/2(dd1+dd2)+1/4* ao(dd1+dd2)LO=1826.69mm據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表13-2得Lo取2000mm實(shí)際中心距=ao（L-Lo）/2=686.69mm5. 驗(yàn)算小帶輪包角 a1=180-（d

10、d2-dd1）/2=168.91 120 小帶輪包角合適6. 計(jì)算帶數(shù) 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表13-3得 P1取 2.73 據(jù)表13-5得P=0.17 據(jù)表13-7得 Ka=0.98 據(jù)表 13-2得KL=1.03 Z=Pc/(P1+P1)KaKL=8.24/(2.73-0.1)*0.9*1.03=3.36故Z取4跟7.計(jì)算V帶作用在軸上的壓力 由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表12-1得 q=0.1 Fo=500Po（2.3/Ka-1）+qv2=212.12 FQ=2*Z* Fo*sin a/2=2*4*212.12*sin 267.48/2=1695.68N 四 減速器齒輪的選擇1） 選擇材料和確定許用應(yīng)力 齒

11、輪的材料、熱處理方法及齒面硬度題意無做特殊要求，可選一般齒輪材料，由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-1得：小齒輪選擇40MNB表面淬火處理，齒面硬度45-55HRC,Him=1130-1210,fe=690-720.大齒輪選擇45號(hào)鋼表面淬火處理 ，齒面硬度 40-50 HRCHim=1120-1230, fe=680-700.由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-5得，去SH=1.25 ，SF=1.6【h1】=1170/1.25=936Mpa【h2】=1124/1.25=899.2Mpa【f1】=700/1.6=437.5Mpa【f2】=690/1.6=431.2Mpa2)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)精度 該減速器為一般齒輪

12、傳動(dòng)估計(jì)圓周轉(zhuǎn)速不會(huì)大于6m/s，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-2，選擇8級(jí)精度。3）選擇小齒輪的齒數(shù)為Z1=20，大齒輪的齒數(shù)為Z2=Z1*i=20*4=804）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-3得K=1.1,根據(jù)表11-6的d=0.6 ，根據(jù)表11-4得 ZE=188 ,ZH=2.5 轉(zhuǎn)矩T1 T1=9550*P/N=9550*5.472/720=1.25 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-6得d=0.7d=3Spa(2*K*T1/d)*(U+1)/U *(ZE*ZH/【H】)2=51.2模數(shù) m=D/Z1=2.56 據(jù)表4-1 m=3齒寬b=d*D=0.7*51.2=35.84mm故b2=40 b1=45實(shí)際d

13、1=z1*m=20*3=60mm d2=z2*m=80*3=240mm中心距ao=(dd1+dd2)/2=150mm5）驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖11-8得YFa1=2.92 Ysa1=1.56YFa2=2.15 Ysa2=1.77 f1=137437.5 合格 f2=335.8437.5 合格6）齒輪的圓周速度V=3.14*60*710/60*1000=2.16名稱數(shù)值z1Z2模數(shù)m33齒形角a2020齒數(shù)z2080分度圓直徑d60240齒頂圓直徑da66246齒根圓直徑df52.5232.5基圓直徑db56.38225.5齒距p9.429.42齒高h(yuǎn)6.756.75中心距a150在8

14、級(jí)精度以內(nèi) 合格四外齒輪的計(jì)算和選擇1）選擇材料和確定許用應(yīng)力 齒輪的材料、熱處理方法及齒面硬度題意無做特殊要求，可選一般齒輪材料，由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-1得：小齒輪選擇40MNB表面淬火處理，齒面硬度45-55HRC,Him=1130-1210,fe=690-720.大齒輪選擇45號(hào)鋼表面淬火處理 ，齒面硬度 40-50 HRCHim=1120-1230, fe=680-700.由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-5得，去SH=1.0 ，SF=1.25【h1】=1180/1.0=1180Mpa【h2】=1124/1.0=1124Mpa【f1】=700/1.25=560Mpa【f2】=690/1.25=55

15、2Mpa2)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)精度 該減速器為一般齒輪傳動(dòng)估計(jì)圓周轉(zhuǎn)速不會(huì)大于6m/s，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-2，選擇9級(jí)精度。3）選擇小齒輪的齒數(shù)為Z1=30，大齒輪的齒數(shù)為Z2=Z1*i=30*4=1204）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-3得K=1.1,根據(jù)表11-6的d=0.5，根據(jù)表11-4得 ZE=188 ,ZH=2.5 轉(zhuǎn)矩T1 T1=9550*P/N=9550*5.2/180=2.758 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-6得d=0.7d=3Spa(2*K*T1/d)*(U+1)/U *(ZE*ZH/【H】)2=120模數(shù) m=D/Z1=4 據(jù)表4-1 m=4齒寬b=d*D=0.7*120

16、=84mm故b2=80 b1=85實(shí)際d1=z1*m=30*4=120mm d2=z2*m=120*4=480mm中心距ao=(dd1+dd2)/2=300mm5）驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖11-8得YFa1=2.6 Ysa1=1.64YFa2=2.24 Ysa2=1.82 f1=102560 合格 f2=138552 合格6）齒輪的圓周速度V=3.14*120*150/60*1000=0.745在9級(jí)精度以內(nèi) 合格7.齒輪參數(shù)如下表：名稱數(shù)值z1Z2模數(shù)m4齒形角a20齒數(shù)z30120分度圓直徑d120480齒頂圓直徑da128488齒根圓直徑df110470基圓直徑db112.764

17、51.05齒距p12.56齒高h(yuǎn)9中心距a300 五 中間軸的設(shè)計(jì) 上圖為根據(jù)題意設(shè)計(jì)的軸1. 選擇軸的材料題中對(duì)從動(dòng)軸沒有特殊的要求，故可以選擇45號(hào)鋼，調(diào)制處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表14-1查得其強(qiáng)度極限=650Mpa。2. 估算軸的最小軸經(jīng)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表14-2得C=118-107 =30-40 A=126-103 dC3spr（P/N）=36-32 因?yàn)樽钚≥S經(jīng)上有鍵槽，故增大5% 。取d=35mm3. 選擇軸承根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課程指導(dǎo)書 附錄 ，選用代號(hào)為6009的軸承。L=81mm4. 圓周力的計(jì)算Ft=T2/（d2/2）=275*103/(75/2)=1936NFr=Ft*tan20°=704.6N5. 求垂直面的支撐反力Fn=Fr/2=352.3N6. 求水平面的支撐反力Fh=Ft/2=968N7. F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力F1f=F*K/L=704.6*60/200=211.38NF2F=F+F