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1、西安科技大学高新学院课程设计计算说明书学 院 机电信息学院 课 程 机械设计 专 业 机械设计与制造及其自动化 班 级 机单1001 姓 名 温晨光 学 号 1001140546 指导教师 程安宁 日 期 2013年1月6号 任务书姓名温晨光学号1001140546 专业班级 机单1001设计参数：载荷：383.97N，皮带速度：0.791m/s,滚筒直径: 355mm,使用年限:6年完成时间： 2013年1月6日内容及要求：机械设计课程设计通过传动方案的拟定，结构设计，设计计算，查阅有关标准和规范以及编写设计计算说明书，使学生掌握机械传动装置的设计步骤和方法的一般规律，提高设计技能。机械设计
2、课程设计包括：(1)确定机械系统总体传动方案。（2）选择电动机 。(3)传动装置运动和动力参数的计算。 (4)传动件如齿轮带及带轮的设计。(5)轴的设计。(6)轴承组合部件设计。(7)键的选择和校核。(8)机架或箱体的设计。(9)润滑设计。学生在规定的时间内应绘制装配工作图1张(A0或A1图纸)，组件或零件工作图23张，并编写设计计算说明书1份。指导教师：程安宁 2012 年 12 月 24 日课程设计说明书成绩：指导教师： 年 月 日计 算 及 说 明结 果 原始数据。运行阻力：F（KN）：383.97N皮带速度：V（m/s）：0.791m/s滚筒直径：D (mm)：355mm使用年限：6年
3、二传动方案的拟定电动机1通过联轴器2将动力传入减速器3，在经联轴器4传至减速器外的齿轮5，带动车轮6工作。传动系统中采用两级分流式圆柱齿轮减速器结构较复杂，高速级齿轮相对于轴承位置对称，沿齿宽载荷分布较均匀，高速级和低速级分别为斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮传动。 1.电动机 2.联轴器 3.减速器 4.联轴器 5.齿轮 6.车轮三电动机的选择1 选择电动机类型 按已知工作条件和要求，选用Y系列一般用途的三相异步电动机2 选择电动机的容量1）滚筒所需功率： =FV/1000=383.970.791/1000=0.303 kw 滚筒的转速=601000V/D=53.83r/min2）电动机至滚筒之间
4、传动装置的总效率为： 其中， ，分别为传动系统中联轴器，齿轮传动及轴承效率，是齿轮至车轮的效率，=0.97，=0.96，=0.98 =0.96 =0.633 3）确定电动机的额定功率 电动机的输出功率为 =1.3X1.6X0.303/0.633=0.11Kw K为功率储备系数，为启动系数 确定电动机的额定功率 选定电动机的额定功率=4 kw 3、 选择电动机的转速 =32.74 r/min 该传动系统为分流式圆柱齿轮传动，查阅机械设计教材表推荐传动比为=860 则总传动比可取 20至150之间 则电动机转速的可选范围为=20=853.83=654.8r/min =150=6053.83=491
5、1r/min可见同步转速为1000r/min ，1500r/min ，3000r/min的电动机都符合，这里初选同步转速为1000r/min ，1500r/min ，3000r/min的三种电动机进行比较，如下表： 由参考文献1中表16-1查得：方案电动机型号额定功率（KW）电动机转速n/(r/min)质量/kg同步转速满载转速1Y112M-24300028902.22.22Y112M-44150014402.22.23Y132M1-6410009602.02.04Y160M1-8 4750720 2.0 2.0 由表中数据，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量，价格以及总传动比，即选定方案3
6、四总传动比确定及各级传动比分配4.1 计算总传动比由机械设计课程上机与设计中表16-2查得：满载转速nm=960 r / min；总传动比=nm /=960/53.83 =17.834.2 分配各级传动比查阅机械设计课程上机与设计中表5-1各级传动中分配各级传动比，取减速器外齿轮传动比为，则高速级的圆柱齿轮传动比=3.83，则 低速级的圆柱齿轮的传动比为 =/=6.61/3.83=1.72=0.303kw=53.83r/min=0.633=0.11kw=4kw=654.8r/min=4911r/min电动机型号为Y32M1-6i=17.83= 3.83 =1.72五计算传动装置的运动和动力参数
7、1. 各轴转速电动机轴为轴，减速器高速级轴为轴，中速轴为轴，低速级轴为轴，减速器外的轴为小齿轮轴、大齿轮轴则 = 960 r/min 960/3.83 r/min=250.65 r/min 250.65/ 1.72 r/min = 145.73r/min =145.73/2.7=53.97/min解得车轮速度在速度允许误差为5范围内2.按电动机额定功率计算各轴输入功率 =0.303 kw =0.3030.98kw=0.31kw =0.310.98 kw =0.28kw =0.280.960.98 kw =0.26kw =0.260.980.97 kw =0.25 kw =0.250.960.9
8、8=0.24kw3.各轴转矩 =95500.303/960 =3.01 =95500.31/960 =3.08 =95500.28/250.65 =10.77 =95500.26/ 145.73 =17.04=95500.25/53.97 =44.24=95500.24/53.97 =42.47表3 轴的运动及动力参数项目电动机轴I高速级轴II中间轴III低速级轴IV减速器外大齿轮轴转速（r/min）960960250.65145.7353.97功率（kw）43.803.4343.2312.889转矩()0.310.280.260.250.24传动比13.832.812.7效率0.950.90
9、0.940.65六、齿轮传动设计 1.高速级齿轮传动设计 （1）选择材料、精度及参数 a . 按图1所示传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动 b .塔式起重机运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 8级精度（GB10095-88） c . 材料选择。查机械设计教材图表（P75表6-2），选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者的硬度差为40 HBS。 d . 初选小齿轮齿数=24，则大齿轮齿数=3.8324=92=3.83 e .初选螺旋角= f .选取齿宽系数：=1.21）确定公式内的各计算数值 由公式计算 a. 分流式小齿轮传
10、递的转矩=/2=37.84/2=18.92 b. 查图表（P79图6-3）选取区域系数=2.45 c. 查图表（p78表6-4）选取弹性影响系数=189.8 d. 由公式=0.985 e. 由许用接触应力 , 查表取， 查表取得 =735MPa，=605MPa，则=605MPa f. 由式 N=60nj 计算应力循环次数 =60960110000=5.76 =5.76/3.83=1.5 g.计算载荷系数 K -使用系数，查机械设计教材表6-3，取=1.25 -动载系数，由推荐值1.02-1.2, 取=1.08 -齿间载荷分配系数，由推荐值1-1.4，取=1.4 -齿向载荷分配系数，由推荐值1-
11、1.2，取=1.2 得=2.08h.确定重合度系数 由推荐值0.75-0.88，取=0.822） 计算 a. 按计算小齿轮分度圆直径 =31.71 mm b. 计算法面模数 =cos/=31.71/24=1.28 ,取标准值m=2mm c.计算中心距a a=（Z1+Z2)/2cos=2(24+92) / =119.56 圆整a=120mm d.计算分度圆螺旋角 =arccos（Z1+Z2)/2a=arccos2（24+92)/2 = e.计算分度圆直径 =mZ1/=224/=49.65mm f.计算圆周速度 =3.1449.65960/（601000）m/s =2.5m/s g. 计算齿宽b
12、b=1.231.71mm=38.052mm 圆整 大齿齿宽 =b=39mm 小齿齿宽 =44mm 3）按齿根弯曲疲劳强度校核计算 按式校核计算1） 确定计算系数a. 计算载荷系数由式 得=1.251.081.41.2=2.08=Kb. 计算当量齿数26.56 101.80 c. 查取齿形系数查机械设计表（P81表6-5）=2.58 ，=2.187d. 查取应力校正系数查机械设计表（P81表6-5）=1.596 ，=1.786e. 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数=1.4， 弯曲强度寿命系数查机械设计教材图6-8，取,弯曲强度尺寸系数查机械设计教材图6-9取=1。查得小齿轮弯曲疲劳强度极限
13、=600 MPa ，大齿轮弯曲疲劳强度极限=500 MPa ，双向传动乘以0.7 由公式 得=0.7600/1.4 MPa=300MPa =0.7400/1.4 MPa=200MPaf. 计算重合度系数不变位时，端面啮合角 端面模数 重合度 =1.692重合度系数=0.25+0.75/1.692=0.693g.计算螺旋角系数螺旋角系数由推荐值0.85-0.92，取=0.892） （2）校核计算 = =45.75 =48.96故，齿根弯曲强度满足。（3） 齿轮其他几何尺寸计算 大轮分度圆直径 =190.3mm 根圆直径 mm mm 顶圆直径 2. 低速级齿轮传动设计（1）选择材料、精度及参数 a
14、. 按图1所示方案，选用直齿圆柱齿轮传动 b. 选用8级精度（GB10095-85） c. 材料选择 小齿轮：40Cr（调质），硬度为280HBS 大齿轮：45钢（调质），硬度为240HBS d. 初选小齿轮齿数=25 ，=252.81=70 e. 选取齿宽系数=1.2（2）按齿面接触强度设计 按下式试算 1） 确定公式内各计算数值 a. 确定小齿轮传递的转矩=130.84 b. 查图表（P79图6-3）选取区域系数=2.45c. 查图表（p78表6-4）选取弹性影响系数=189.8 d. 由许用接触应力 , 查表取， 查表取得 =735MPa，=605MPa，则=605MPae. 确定应力循
15、环次数=60250.65110000=1.5=1.5/2.81=5.4f.计算载荷系数 K -使用系数，查机械设计教材表6-3，取=1.25 -动载系数，由推荐值1.02-1.2, 取=1.08 -齿间载荷分配系数，由推荐值1-1.2，取=1.2 -齿向载荷分配系数，由推荐值1-1.2，取=1.1 得=1.782g.确定重合度系数 由推荐值0.85-0.92，取=0.872）计算 a. 由公式计算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值=605MPa得 =62.63 mm b.计算齿轮模数m m=62.63/25=2.51 ,取标准值m=3mm c.计算小轮分度圆直径 =m=75mm d.计算圆周速度
16、 =3.1462.63250.65/60000m/s=0.98m/s e.计算标准中心距 a=（Z3+Z4)/2=2(25+70) / 2=142.5mm 圆整145mm d. 计算齿宽b b= 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 （3） 按齿根弯曲强度校核计算计算公式为 1） 确定公式内各计算数值a. 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数=1.4， 弯曲强度寿命系数查机械设计教材图6-8，取,弯曲强度尺寸系数查机械设计教材图6-9取=1。查得小齿轮弯曲疲劳强度极限=600 MPa ，大齿轮弯曲疲劳强度极限=500 MPa ，双向传动乘以0.7 由公式 得=0.7600/1.4 MPa=300MPa =
17、0.7400/1.4 MPa=200MPa b.计算载荷系数。 由公式得 =1.782c.查取齿形系数。查图表（P81表6-5）得=2.62 ,=2.24d. 查取应力校正系数。查图表（P81表6-5）得=1.59，=1.75e.计算重合度系数 重合度 =1.71重合度系数=0.25+0.75/1.71=0.689(2)设计计算 = =74.4 = =74.6（4） 计算齿轮其他几何尺寸计算1） 计算中心距=3（25+70）/2 mm=145mm2） 计算分度圆直径 325mm=75mm 370 mm=210mm（CAD图修正为215） 3)根圆直径 4）顶圆直径 3. 减速器外齿轮传动设计
18、（1）选择材料、精度及参数 a . 按图1所示传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动 b .塔式起重机运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 8级精度（GB10095-88） c . 材料选择。查机械设计教材图表（P75表6-2），选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者的硬度差为40 HBS。（2）按齿根弯曲强度设计 由公式计算 a.计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数=1.4， 弯曲强度寿命系数查机械设计教材图6-8，取,弯曲强度尺寸系数查机械设计教材图6-9取=1。查得小齿轮弯曲疲劳强度极限=600 MPa ，大齿轮弯曲疲劳
19、强度极限=500 MPa ，双向传动乘以0.7 由公式 得=0.7600/1.4 MPa=300MPa =0.7400/1.4 MPa=200MPa b.选取齿宽系数=1.2 c.初选小齿轮齿数=26 ，=262.7=71 d.确定小齿轮传递的转矩 e.查图表（P79图6-3）选取区域系数=2.45 f. 查图表（p78表6-4）选取弹性影响系数=189.8 g. 确定应力循环次数=6089.20110000=0.54=0.54/2.7=0.2 h.计算载荷系数 K -使用系数，查机械设计教材表6-3，取=1.25 -动载系数，由推荐值1.02-1.2, 取=1.08 -齿间载荷分配系数，由推
20、荐值1-1.2，取=1.2 -齿向载荷分配系数，由推荐值1-1.2，取=1.1 得=1.782 i.查取齿形系数查机械设计表（P81表6-5）=2.60 ，=2.23 j.查取应力校正系数查机械设计表（P81表6-5）=1.595 ，=1.76 k.比较大小 ，取两者大值。 l.重合度系数取=0.687 将上面参数带入公式 = =2.69mm 由于减速器外是开式齿轮传动，所以将模数加大10%20%，故=1.15m=3.09,圆整取=3mm. (3)计算齿轮相关几何参数 a.计算齿轮分度圆直径 b.计算圆周速度 = c.计算标准中心距 d.计算齿宽 大齿轮宽，小齿轮宽 e.根圆直径 f.顶圆直径
21、 七、 高速轴的设计已知=3.8024kw ，=960r/min ，=37.84 ，=18.921. 求作用在齿轮上的力 =218.92/31.71N=1193.3N N=449.23 N =1193.3114.8N=315.29N圆周力 ，径向力及轴向力的方向如图所示1 初步确定轴的最小直径。先按式 初步估算轴的最小直径。 选取轴的材料为45号钢，调质处理。查机械设计教材表8-6取=112，得 112mm=17.72mm该轴直径d100mm，有一个键槽，轴颈增大3%,安全起见，取轴颈增大3%则，圆整后取d2=19mm。输入轴的最小直径是安装联轴器处的直径。选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩公
22、式为 查图表（P173表11-2），取=2.3，则=2.337.84 =87.032 根据=87.032及电动机轴径D=38mm，查标准GB4323-84，选用TL6型弹性套柱销联轴器。确定轴最小直径=32 mm= 960 r/min =53.97r/m=0.303kw=0.31 kw=0.28kw=0.26 kw=0.25kw=0.24kw=3.01 =3.08=10.77=17.04=42.24=42.478级精度（GB10095-88）小齿轮：40Cr（调质）280 HBS大齿轮：45钢（调质）240HBS=24= 92=1.2=18.92=2.45=189.8=735MPa=605MP
23、a=605 MPa 1.5=1.25=1.08=1.4=1.22.08=0.82m=2mm=a=120mm =49.65mm=2.5m/s=39mm=44mm=1.25=1.08=1.4=1.2=2.08=26.56=101.80=2.58 =2.187=1.596 =1.786=1.4=1=600 MPa=500 MPa=300MPa=200MPa=0.693=0.89=45.75=48.96圆整后=190mm8级精度（GB10095-85）小齿轮：40Cr（调质）280HBS大齿轮：45钢（调质）240HBS；=25=1.2130.84=2.45=189.8=700Mpa=550MPa=7
24、35Mpa =605MPa=605MPa1.5=1.25=1.08=1.2=1.11.782=0.87m=3mm=75mm=0.98m/s a=145mm =300MPa=200MPa=1.782=2.62 =2.24=1.59=1.75=0.689=145mm8级精度（GB10095-88）小齿轮：40Cr（调质）280 HBS大齿轮：45钢（调质）240HBS=26=71=300MPa=200MPa=1.2=2.45=189.8 =1.25=1.08=1.2=1.11.782=2.6=2.23=1.59=1.76=0.687=3mm.=78mm=213mm=0.36m/sa=145.5mm
25、d2=19mm=87.032 =32 mm2 轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案。经分析比较，选用如图所示的装配方案（1） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1） 右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位，1-2段比半联轴器毂孔长短14mm，=80mm。联轴器靠轴肩定位并考虑O型密封圈标准内径，取=35mm 。2） 初步选择滚动轴承。该传动方案没有轴向力，高速轴转速较高，载荷不大，故选用深沟球轴承。根据=35mm，查GB276-89初步取0组游隙，0级公差的深沟球轴承6008，其尺寸为dDB=40mm68mm15mm ，故=40mm3） 为减少装配轴承处的精加工而设置的轴肩，取=44mm，取轴承
26、到减速器箱体内壁为8mm，取箱体内壁到高速轴小齿轮距离为15mm,故=23mm。4） 由机械设计课程上机与设计查箱体内壁到轴承座孔端面的距离mm ，取=65mm，采用凸缘式轴承盖，取轴承盖的总宽度为50mm，到联轴器的距离为15mm，则=68mm.5）3-4段装配轴承，取轴径长度小于轴承宽度3mm，故=15-3=12mm， 同理10-11段装配轴承，并需倒角，故=18mm， =80+20-5=95mm6）5-6和7-8段为齿轮，长度，直径=54mm（3）轴上零件的周向定位 半联轴器与轴的周向定位采用普通C型平键连接，按=32 mm，=80mm 查机械设计课程上机与设计图表（11-1）选用键=1
27、0mm8mm72mm 。滚动轴承与轴的周向定位采用过渡配合来保证，选用直径尺寸公差为m64）确定轴上圆角和倒角尺寸查图表（P表15-12），取轴端倒角为1.6，各轴肩处圆角半径为R2（二）中速轴（III轴）的设计 已知=3.434kw，=130.84 ，=250.65r/min 1求作用在齿轮上的力 =1193.31 N ，=449.23N，=315.29 N =2130.84/62.5N=4186.88N=1523.9 N轴上力的方向如下图所示初步确定轴的最小直径 根据初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。查图表（8-6），取=112 ，于是得=112mm=26.8mm 。该
28、轴的最小直径为安装轴承处的直径，取为=30mm3轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案，如图（2）确定轴的各段直径和长度 1）根据=30mm 取=30mm，轴承与齿轮2，之间采用轴肩定位，取=35mm，齿轮2，与齿轮3之间用套筒定位，取=43mm ，由于轴环宽度b1.4h 轴II的设计，取=c=10mm 因为=80 mm ， =39mm 取=80，=39-3mm=36mm . 2）初步选择滚动轴承 由于配对的斜齿轮相当于人字齿，初步选取0组游隙，0级公差的轴承30306，其尺寸为dDB=30mm72mm19mm 。 又由于箱体内壁之间距离相等，故21+8+15+2.5+3=49.5,轴的两
29、端倒角，取52mm 取轴承端盖的总宽度为45mm 3）轴上零件的周向定位 齿轮的周向定位都采用普通平键连接 按=43mm，=80mm =35mm =36mm 查图表（表11-1）取各键的尺寸为 2-3段和6-7段=10x8x28 滚动轴承的周向定位靠过渡配合来保证，选公差为m6 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为1.6，各轴肩处的圆角半径为R2（三）低速轴（轴IV）的设计 已知=3.231kw ，=345.92 ，=89.20r/min 1求作用在轴上的力 =4189.88N =1523.9N 2初步确定轴的最小直径 按初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢调质处理。查图表（P表15
30、-3）取=112，于是得 112mm=37.1mm 。该轴的最小直径为安装联轴器处的直径，选取联轴器的型号。 根据式，查图表（P173表11-2），取=2.3 ，则=2.3345.92=795.616根据=795.616，查标准GB5014-85考虑到起重机运输机运转平稳，选用HL4型弹性柱销联轴器。选取轴孔直径d=40mm，其轴孔长度L=84mm，则轴的最小直径=40mm3轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案。经比较，选取如下图所示的方案（2）根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 1）取=40mm，为了满足半联轴器的轴向定位要求，采用轴肩定位，由h=1.5mm，取=45mm 2）初步
31、选择滚动轴承 根据轴上受力及轴颈，初步选用0组游隙，0级公差的深沟球轴承6210，其尺寸为dDB=50mm90mm20mm 故=50mm 3）取=55mm，=28mm 4）根据轴颈取安装齿轮处轴段=60mm，齿轮左端采用轴肩定位，取h=1.5mm，则=63mm ，轴环宽度b1.4h=1.43mm=4.2mm，取10mm5）已知=75mm。取=55.8mm ，=2.3mm（S=2mm） =74.7mm ，=8mm6）根据轴II，轴III的设计，取滚动轴承与内壁之间的距离=8mm，则=14+2.5+20+10+2.5-8-2.3=57.7mm7)根据箱体内壁至轴承座孔端面的距离=60mm，及=8mm，B=20mm，取轴承盖的总宽度为45mm，轴承盖与联轴器之间的距离为=20mm则=65mm(3）轴上零件的周向定位 齿轮，半联轴器与轴的周向定位都采用普通平键连接，根据=40mm,=84mm 查图表（P表11-1）得 1-2和12-13段：bhL=12mm8mm78mm 7-8段：bhL=18mm11mm68mm 滚动轴承与轴的周向定位靠过渡配合来保证，选用直径尺寸公差为m6（4）确定轴上圆角和倒角尺寸 查图表（P表15-12），取轴端倒角尺寸为1.6,轴上圆角R2.（四） 轴的校核 1求高速轴的校核 1.） 轴的计算简图如下图所示，由机械设计图知，深沟球轴承6008， a=7.
