機械結(jié)構(gòu)分析與課程設(shè)計--設(shè)計一級直齒圓柱齒輪

1、<p>　　機械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計課程設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè)計題目 設(shè)計一級直齒圓柱齒輪 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　班 級 </p>&

2、lt;p>　　專 業(yè) </p><p>　　分 院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成時間 </p><p><b>　　目 錄&

3、lt;/b></p><p>　　分析和擬定傳動方案……………………………………………………………1</p><p>　　電動機的選擇……………………………………………………………………3</p><p>　　計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)………………………………………………4</p><p>　　傳動件的設(shè)計計算………………………………

4、………………………………5</p><p>　　軸的設(shè)計計算……………………………………………………………………8</p><p>　　滾動軸承的選擇及計算…………………………………………………………9</p><p>　　鍵聯(lián)接的選擇及校核計算………………………………………………………9</p><p>　　聯(lián)軸器的選擇…………………………

5、…………………… …………………10</p><p>　　減速器附件的選擇…………………………… ………………………………11</p><p>　　潤滑與密封………………………………………… …………………………14</p><p>　　參考文獻……………………………………… ………………………………14</p><p>　　設(shè)計小結(jié)………

6、………………………………………………………………14</p><p><b>　　分析和擬定傳動方案</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計背景：</b></p><p>　　機器通常由原動機，傳動裝置和工作機三部分組成。傳動裝置用來傳遞原動機的運動和力，變換其運動形式以滿足工作機的需要，是機器的重要組成部分。傳動

7、裝置的傳動的傳動方案是否合理將直接影響機器的工作性能、重量和成本。合理的傳動方案除了滿足工作機的功能外，還要求結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護方便。擬定一個合理的傳動方案，除了綜合考慮工作裝置的載荷、運動及機器的其他要求外，還應(yīng)熟悉各種傳動機構(gòu)的特點，以便選擇一個合適的傳動機構(gòu)。</p><p>　　帶傳動承載能力較低，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，結(jié)構(gòu)尺寸較其他形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，宜布置在傳動

8、系統(tǒng)的高速級，以降低傳動的轉(zhuǎn)矩，減少帶傳動的結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p>　　鏈傳動平穩(wěn)性差，宜布置在低速級。</p><p>　　斜齒輪傳動較直齒輪傳動平穩(wěn)，相對應(yīng)用于高速級。</p><p>　　綜上各條件考慮宜選用帶傳動和齒輪傳動</p><p><b>　　1.2原始數(shù)據(jù)：</b></p><p

9、>　　工作裝置的阻力 =5500</p><p>　　工作裝置的線速度 =1.35</p><p>　　輸送機滾筒直徑 D=250mm</p><p>　　卷筒效率 =0.98</p><p><b>　　二、電動機的選擇</b></p><p>　　2.1 選擇電動機的類型</p&g

10、t;<p>　　按工作要求和條件選取Y系列一般用途的全封閉自扇冷籠型三相異步電動機</p><p>　　2.2 選擇電動機的功率</p><p>　　由電動機之工作機之間的效率為</p><p><b>　　···</b></p><p>　　式中、、、分別代表 帶傳動、齒輪轉(zhuǎn)

11、動的軸承、齒輪轉(zhuǎn)動、聯(lián)軸器</p><p>　　取=0.96 =0.99 =0.97 =0.992</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　根據(jù)選取電動機的額定功率=（1-1.3）=7.58—10.86kW，并由附表10—112（《機械課程設(shè)計》P212）查得電動機的額定功率為=7.5Kw。</p>

12、<p>　　三、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)</p><p>　　3.1 工作機的轉(zhuǎn)速 </p><p>　　3.2傳動裝置總傳動比</p><p>　　3.3 各級分配傳動比</p><p><b>　　===323.3</b></p><p><b>　　==104.2

13、9</b></p><p>　　3.4 各軸的輸入功率</p><p><b>　　==7.5kW</b></p><p>　　=·=7.5·0.96=7.2kW</p><p>　　=··=7.5·0.99·0.97=6.91kW</p>

14、;<p>　　3.5 各軸輸入轉(zhuǎn)矩</p><p>　　T=9550=9550=73.84kW</p><p>　　四、傳動件的設(shè)計計算(V帶和齒輪)</p><p><b>　　4.1確定功率Pc</b></p><p>　　根據(jù)V帶傳動工作條件。根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》查表97頁表2-9，可得工作情況系數(shù)K

15、A=1.2，所以Pc=KA P=1.27.5=9kW</p><p><b>　　4.2選取V帶型號</b></p><p>　　根據(jù)Pc、Nm，由圖2-11選用B型V帶</p><p>　　4.3確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1、dd2</p><p>　　選dd1=125mm（根據(jù)表2-5） 從動輪的直徑為</p>

16、<p>　　=3·125=375mm</p><p><b>　　4.4驗算帶速v</b></p><p>　　計算結(jié)果在5--25范圍內(nèi)，合適</p><p><b>　　4.5初定中心距</b></p><p>　　由已知條件 0.7（+）2（+）</p>

17、<p><b>　　=400mm</b></p><p><b>　　4.6 初算帶長</b></p><p><b>　　4.7 確定帶長</b></p><p>　　由表2-2，取=1600mm</p><p><b>　　4.8 計算中心距</b

18、></p><p>　　=a-0.015=388-0.0151600=364mm</p><p>　　=a+0.03=388+0.031600=436mm</p><p>　　4.9 驗算小帶輪包角 </p><p><b>　　合適</b></p><p>　　4.10 確定V帶根數(shù)<

19、;/p><p>　　查表2-6可知=1.87kW 0.31kW 查表2-7 </p><p><b>　　查表2-2 </b></p><p><b>　　綜上 Z=6</b></p><p>　　4.11 單根V帶的張緊力Fo</p><p>　　4.12 作用在軸上的力&

20、lt;/p><p>　　4.13 選擇齒輪材料及精度等級</p><p>　　小齒輪選用45剛調(diào)質(zhì)，硬度為217~255HBW；大齒輪選用45剛正火，硬度為162~217HBW。因為是普通減速器 。</p><p>　　4.14 確定主要參數(shù)，設(shè)計幾何尺寸</p><p>　　3.1=62 取=62 </p><p>　

21、　故實際傳動比為 ===3.1</p><p>　　驗算傳動比誤差 ==0 5% 合適</p><p>　　m===2.88 查表 3-1 m=3 </p><p>　　d=mz=320=60mm d=mz=362=186</p><p><b>　　=m(z+2)=3</b></p>&l

22、t;p><b>　　中心距：a=mm</b></p><p><b>　　齒距：b=mm</b></p><p>　　取 =60mm +5—10=65mm</p><p>　　4.15 驗算齒根彎曲疲勞強度</p><p>　　查表 3-28 按插值法計算 </p>&l

23、t;p><b>　　=1.734 </b></p><p>　　小齒輪彎曲疲勞強度足夠；</p><p>　　故大齒輪的彎曲疲勞強度足夠</p><p><b>　　五、軸的設(shè)計計算</b></p><p>　　5.1選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力</p><p>　　由以

24、知條件知,減速器傳遞功率屬于中小功率,對材料無特殊要求,故選用45鋼調(diào)質(zhì)處理,由表5-1查得強度極限 =295Mpa 許用應(yīng)力</p><p>　　5.2估算軸的最小直徑</p><p>　　根據(jù)表5-5得C=110 軸上有一個鍵槽，直徑增大3%，查表5-6 取=45mm </p><p>　　5.3 計算齒輪受力</p><p>

25、;<b>　　齒輪分度圓直徑為</b></p><p>　　轉(zhuǎn)矩為 T=kN·mm</p><p><b>　　圓周力為 N</b></p><p><b>　　徑向力為 </b></p><p><b>　　軸向力 </b></p>

26、;<p>　　5.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　5.4.1 軸上零件的裝配和定位方案的確定</p><p>　　為便于軸上零件的裝配，將軸制成階梯形。齒輪，左側(cè)軸承、聯(lián)軸器從左側(cè)裝入；定位方式依次為：軸肩、套筒（擋油環(huán)）、軸肩；另一軸承從左側(cè)裝入、采用軸肩定位(可加擋油環(huán))。各件的定位方式為：齒輪右側(cè)用軸肩，左側(cè)用套筒（擋油環(huán)）；左側(cè)軸承右側(cè)用套筒（擋油環(huán)），左側(cè)

27、用軸承蓋；聯(lián)軸器右側(cè)用軸肩，左側(cè)用軸端擋圈；右側(cè)軸承左側(cè)用軸肩（擋油環(huán)），右側(cè)用軸承蓋。</p><p><b>　　確定軸的各段直徑</b></p><p>　　從左向右看，第一段與聯(lián)軸器配合，選擇彈性柱銷軸器的規(guī)格為ZL4，聯(lián)軸器J型軸孔的孔徑為40mm，孔長 所以確定=40mm</p><p>　　要符合軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選用深溝球軸承，

28、代號7211C，故 ；</p><p>　　5.4.3確定軸的各段長度</p><p>　　與傳動零件（如齒輪、聯(lián)軸器等）相配合的軸段長度應(yīng)比傳動零件的輪轂寬度略小2mm左右，；第二段軸長考慮軸承蓋螺釘至聯(lián)軸器距離為10-15mm，取。其余各段軸長與箱體的設(shè)計有關(guān)，可由齒輪開始向兩端逐步確定。齒輪端面與箱壁的距離取10-15mm，這里取15mm；軸承端面與箱體內(nèi)壁的距離與軸承的潤滑有關(guān)，這

29、里??；軸承寬10mm。；；軸環(huán)寬度</p><p><b>　　六、聯(lián)軸器的選擇</b></p><p>　　6.1 聯(lián)軸器類型的選擇</p><p>　　常用聯(lián)軸器大多已標(biāo)準(zhǔn)化，選用時先根據(jù)工作條件確定合適的類型，再按轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速選擇聯(lián)軸器的型號，必要時再校核其承載能力。根據(jù)工作載荷的大小和性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、兩軸相對偏移的大小和裝拆維護等方

30、面的因素，結(jié)合各類聯(lián)軸器的而性能，并參照同類機器的使用選擇彈性柱銷齒式聯(lián)軸器。</p><p>　　6.2 聯(lián)軸器的型號選擇</p><p>　　聯(lián)軸器的類型確定后，應(yīng)根據(jù)軸端直徑、轉(zhuǎn)矩大小、轉(zhuǎn)速、空間尺寸等要求確定聯(lián)軸器型號</p><p><b>　　計算名義轉(zhuǎn)矩T：</b></p><p>　　計算轉(zhuǎn)矩：，式中查《

31、機械設(shè)計基礎(chǔ)》P227表4-21取K=1.3。</p><p><b>　　選擇聯(lián)軸器型號</b></p><p>　　根據(jù)軸端直徑、轉(zhuǎn)速n、計算轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，查手冊標(biāo)準(zhǔn)，選擇適當(dāng)型號。所選型號應(yīng)滿足：</p><p>　　計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于等于所選型號的許用最大轉(zhuǎn)矩，即，查《機械手冊》取4000</p><p>　　轉(zhuǎn)速n應(yīng)

32、小于等于所選型號的許用最高轉(zhuǎn)速，即n，查《機械手冊》取4000</p><p>　　綜上所述，應(yīng)選取ZLD4 Y型軸，軸孔直徑為80mm，軸孔長度為142mm</p><p>　　七、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算</p><p>　　設(shè)計鍵連接時，先根據(jù)工作要求選擇鍵的類型，再根據(jù)裝鍵處軸的直</p><p>　　徑d從標(biāo)準(zhǔn)（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》P58

33、表1-19）中查得鍵的寬度b和高度h，并參照輪轂長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取鍵的長度L，最后進行鍵聯(lián)接的強度校核。</p><p>　　鍵的材料一般選用抗拉強度不低于600的碳素鋼。普通平鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰，除非有嚴(yán)重的過載，否則一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。因此對于采用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的平鍵聯(lián)接通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度校核計算。</p><p>　　7.1類型及尺寸的

34、選擇</p><p><b>　　（1）類型選擇</b></p><p>　　該連接為靜連接，為了便于裝配和固定，選擇A型普通平鍵 </p><p><b>　　（2）尺寸選擇</b></p><p>　　根據(jù)軸的直徑d=60mm，查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》P58表1-19得，鍵寬：b=18mm，

35、鍵高：h=11mm</p><p>　　根據(jù)輪轂長度，查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》P58表1-19，取鍵長：=80mm</p><p><b>　　7.2 強度計算</b></p><p>　　強度公式：，《機械設(shè)計基礎(chǔ)》P59表1-20得，鍵的工作長度l=L-b=80-18=62mm，</p><p><b>　　，所

36、以鍵的強度足夠</b></p><p>　　八、滾動軸承的選擇及計算</p><p>　　滾動軸承具有摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、潤滑方便及更換方便等優(yōu)點，在各類機器中得到了廣泛應(yīng)用。考慮到承受載荷的大小、方向和性質(zhì)，轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境、調(diào)心性能要求經(jīng)濟性和其他特殊要求等，所以選擇深溝球軸承。</p><p>　　估算軸徑，故選用代號為61911的深溝球軸

37、承，D=80mm,B=13mm</p><p>　　九、減速器附件的選擇</p><p>　　箱體是減速器的一個重要零件，它用于支持和固定減速器的各種零，并保證傳動件的嚙合精度，使箱內(nèi)零件具有良好的潤滑和密封。箱體的形狀較為復(fù)雜，其重量約占整臺減速器的一半，所以箱體結(jié)構(gòu)對減速器的工作性能、加工工藝、材料消耗、重量及成本等有很大影響，因此，對箱體設(shè)計必須給予足夠重視。</p>

38、<p>　　減速器鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系</p><p><b>　　箱座（體）壁厚：，</b></p><p><b>　　箱蓋壁厚：，</b></p><p><b>　　箱座：</b></p><p><b>　　箱蓋：</b></

39、p><p><b>　　箱座底凸緣厚度：</b></p><p><b>　　地腳螺栓直徑：，</b></p><p>　　箱蓋、箱座連接螺栓直徑：螺栓的間距：150-200</p><p>　　軸承端蓋螺釘直徑： 螺釘數(shù)目為4</p><p>　　檢查孔蓋螺釘直徑：單級減速

40、器：</p><p>　　、、至箱外壁距離 、至凸緣邊緣距離：螺栓直徑取M10、、、、、</p><p><b>　　軸承座外徑:</b></p><p><b>　　軸承旁凸臺半徑：</b></p><p>　　軸承旁凸臺高度：根據(jù)低速軸軸承座外徑和扳手空間的要求由結(jié)構(gòu)確定</p>

41、<p>　　箱外壁至軸承座端面距離：</p><p><b>　　箱蓋、箱座筋厚：；</b></p><p>　　大齒輪頂圓與箱內(nèi)壁距離：</p><p>　　齒輪端面與箱內(nèi)壁距離:</p><p><b>　　窺視孔蓋和窺視孔</b></p><p>　　為了檢查

42、傳動件的嚙合、潤滑、接觸斑點、齒側(cè)間隙及向箱內(nèi)注冊油等，在箱蓋頂部應(yīng)設(shè)置便于觀察傳動件嚙合區(qū)的位置并有足夠大得窺視孔。</p><p>　　窺視孔平時用蓋板蓋上并用螺釘予以固定，蓋板與箱蓋接合面間加裝防漏的紙質(zhì)封油墊片。蓋板材料可用鋼板、鑄鐵或有機玻璃制成。為避免油中雜質(zhì)侵入箱內(nèi)，可在孔口裝一濾油網(wǎng)</p><p>　　a=150-250 A=100 B=75 C=125

43、K=80 R=12 螺釘尺寸：M620 螺釘數(shù)：4</p><p><b>　　排油孔與油塞</b></p><p>　　為了換油及清洗箱體時排出油污，在箱座底部設(shè)有排油孔，平時排油孔 用油塞及封釉墊封住。排油孔應(yīng)設(shè)置在油池最低處，以便排凈油污。并避免與其他機件相靠近，以便于排油，排油孔的箱壁上應(yīng)制有凸臺以便加工。排油孔油塞的直徑約為箱座壁厚的2-3倍，采用細牙

44、螺紋以保證緊密性。</p><p><b>　　9.4 通氣器</b></p><p>　　為溝通想內(nèi)外的氣流，使箱體內(nèi)的氣壓不會因減速器運轉(zhuǎn)時的升溫而增大，從而造成減速器密封處滲漏，應(yīng)在箱蓋頂部或窺視孔蓋板上安裝通氣器，可以使箱內(nèi)的熱脹氣體自由的逸出。通氣器的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有防止灰塵進入箱體以及足夠的通氣能力。通氣孔不要直通頂部，較完善的通氣器內(nèi)部應(yīng)做成各種曲路并有金屬網(wǎng)

45、，防止停機后灰塵吸入箱內(nèi)。</p><p><b>　　9.5 油標(biāo)</b></p><p>　　為了檢查減速器內(nèi)的油面高度，應(yīng)在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位設(shè)置游標(biāo)。對于多級傳動則需安置在低速級傳動件附近；長期連續(xù)工作的減速器，在游標(biāo)尺的外面常裝有游標(biāo)尺套，可以減輕油的攪油干擾，以便能在不停車的情況下隨時檢查油面。游標(biāo)尺結(jié)構(gòu)簡單，在減速器中應(yīng)用最廣。游標(biāo)尺上刻有最

46、高和最低游標(biāo)線。觀察時拔出游標(biāo)尺，由上面的油痕判斷油面高度是否適當(dāng)。</p><p>　　設(shè)計時應(yīng)注意游標(biāo)尺的安置高度和傾斜位置。若油標(biāo)尺太低及傾斜度太小，則箱內(nèi)的油易于溢出；若油標(biāo)尺太高或傾斜度太大，則油標(biāo)尺難于拔出，插座上得插孔也難于加工。</p><p><b>　　9.6 定位銷</b></p><p>　　為確定箱座與箱蓋的相互位置，

47、保證軸承座孔的鏜孔精度和裝配精度，應(yīng)在箱體的連接凸緣上距離盡量遠處安置兩個圓錐定位銷，并盡量設(shè)置在不對稱位置。</p><p>　　定位銷孔是再箱蓋和箱座剖分面加工完畢并用螺栓固連后進行配鉆和配鉸的。其位置應(yīng)便于鉆、鉸和裝拆，不應(yīng)與鄰近箱壁和螺栓等相碰。</p><p>　　定位銷的公稱直徑（小端直徑）可取，（為箱座、箱蓋凸緣連接螺栓的直徑）并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。定位銷的總長度應(yīng)稍大于箱體連接凸

48、緣的總厚度，一利安裝拆。</p><p><b>　　9.7起蓋螺釘</b></p><p>　　箱蓋、箱座裝配時在剖分面上所涂密封膠給拆卸箱蓋帶來不便，為此常在箱蓋側(cè)邊的凸緣上裝一或兩個起蓋螺釘，在起蓋時，首先擰動螺釘頂起箱蓋。螺釘?shù)闹睆揭话闩c箱體凸緣連接螺栓直徑相同，其螺紋長度必須大于箱蓋凸緣的厚度，螺釘端部制成直徑較細的圓柱端或半圓形。小型減速器亦可不用起蓋螺釘

49、。</p><p><b>　　十、潤滑與密封</b></p><p>　　根據(jù)課本附表7.1，再根據(jù)齒輪的圓周速度,軸承可以用脂潤滑和油潤滑潤滑,由于齒輪的轉(zhuǎn)速是小于2m/s, 故軸承潤滑采用脂潤滑，為防止箱體內(nèi)的軸承與潤滑脂的配合，防止?jié)櫥魇?，?yīng)在箱體內(nèi)側(cè)裝擋油環(huán)，潤滑脂的裝填量不應(yīng)超過軸承空隙體積的，在減速器中，齒輪的潤滑方式根據(jù)齒輪的圓周速度而定，由于V&

50、lt;12m/s，所以采用油池潤滑，箱體內(nèi)采用SH0357-92中的50號潤滑，裝至規(guī)定高度。軸承蓋中采用氈圈油封密封。</p><p><b>　　十一、參考文獻</b></p><p>　　《機械設(shè)計基礎(chǔ)》 隋秀梅、張慶鈴、郭佳萍主編 北京理工大學(xué)出版社</p><p>　　《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》

51、張建中、何曉玲主編 </p><p><b>　　高等教育出版社</b></p><p>　　《機械設(shè)計綜合課程設(shè)計》 王之標(biāo)、王大康主編</p><p><b>　　機械工業(yè)出版社</b></p><p>　　《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)

52、計指導(dǎo)書》 陳立德主編 </p><p><b>　　高等教育出版社</b></p><p><b>　　十二、設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　這是我第一次完成的《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計任務(wù)書，當(dāng)我得到任務(wù)題目時，真無從下手，從電動機的選擇，到減速箱的設(shè)計，完全需要借助大量公式計算，以及細心仔細的選擇，才能

53、完成。某個地方出錯，就會導(dǎo)致一連串?dāng)?shù)據(jù)需要重新修改計算，比如當(dāng)軸承選擇不合適，導(dǎo)致應(yīng)力過大，使用壽命不足，就需要更換方案，改變軸的長度，重新計算軸的許用應(yīng)力，還有鍵的選擇，也要重新考慮。因此，看似簡單的一級減速器，蘊含的知識真是博大精深。</p><p>　　雖然花了不少時間，不少心血完成了任務(wù)書，但是收獲的知識量是千金難買的。從開始什么都不懂，到現(xiàn)在完全了解減速器的原理；從看公式、結(jié)構(gòu)圖像看天書一般，到現(xiàn)在掌握

54、各字母、符號的含義；從之前連減速器也沒看過，到現(xiàn)在甚至連減速箱的螺釘都要計算規(guī)格，完完全全得到透徹的認識。為將來工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　整份任務(wù)書，我認為最難的部分是軸的設(shè)計，有一次前面齒輪的傳動比選擇超出允許范圍0.18mm，導(dǎo)致后面的齒寬，模數(shù)，軸向力，分度圓直徑，許用應(yīng)力等一系列數(shù)據(jù)的大型修改，軸的設(shè)計花了不少功夫。不過總體來說，這份任務(wù)書比較令人滿意，因為這不是數(shù)據(jù)代進公式麻木計算出數(shù)據(jù)的作品