機械設(shè)計課程設(shè)計錐齒輪

1、一、 目的與要求1 機械設(shè)計課程設(shè)計是機械原理課程的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是：11 通過課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，結(jié)合生產(chǎn)實際分析解決機械工程問題的能力，并使所學(xué)知識進一步鞏固、加深；12 學(xué)習(xí)機械設(shè)計的一般方法，了解和掌握簡單機械傳動裝置的設(shè)計過程和進行方式，培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)和創(chuàng)新機械產(chǎn)品的能力；13 通過課程設(shè)計，進一步提高學(xué)生的設(shè)計基本技能能力，如計算、繪圖、查閱資料、熟悉標準和規(guī)范。2 機械設(shè)計課程設(shè)計要求：21 能夠樹立正確的設(shè)計思想，力求所做設(shè)計合理、實用、經(jīng)濟；22 提倡獨立思考，反對盲目抄襲和“閉門造車”兩種錯誤傾向，反對知錯不改，敷衍了事的作風(fēng)。23 掌握邊畫、邊計算

2、、邊修改的設(shè)計過程，正確使用參考資料和標準規(guī)范。24 要求圖紙符合國家標準，計算說明書正確、書寫工整。二、 設(shè)計內(nèi)容及要求1 設(shè)計題目設(shè)計螺旋輸送機用二級齒輪減速器 已知條件：1 螺旋筒軸上的功率2 螺旋筒軸上的轉(zhuǎn)速（允許轉(zhuǎn)速誤差為±5% ）3 工作情況 三班制連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)4 使用折舊期 10年5 動力來源：電力，三相交流，電壓380V6 制造條件及生產(chǎn)機量 一般機械廠制造，單件生產(chǎn)螺旋輸送機用減速器方案如下圖所示：2設(shè)計內(nèi)容1）傳動裝置的總體方案設(shè)計；選擇電動機；計算運動和動力參數(shù)；傳動零件的設(shè)計。2）繪制裝配圖和零件圖。3）設(shè)計計算說明書一份，包括：確定傳動裝置的總體

3、方案，選擇電動機，計算運動和動力參數(shù)，傳動零件的設(shè)計，軸、軸承、鍵的校核，聯(lián)軸器的選擇，箱體的設(shè)計等。三、 進度計劃序號設(shè)計內(nèi)容完成時間備注1傳動裝置的總體方案設(shè)計0.5周2裝配草圖和裝配圖的繪制1.5周3零件圖的繪制、編寫設(shè)計計算說明書4天：4提交設(shè)計、教師審圖、評定成績1天：四、 課程設(shè)計成果要求1）減速器裝配圖1張（0號）；2）大齒輪零件圖1張（2號）、低速軸零件圖1張（2號）。3）設(shè)計說明書一份。二 課程設(shè)計正文第一節(jié) 電動機的選擇 一. 選擇電動機,確定傳動方案及計算傳動參數(shù)選用Y系列三相異步電動機 1.運輸機所需功率2.電動機的容量由電動機到工作機的總傳動效率為：式中各部分效率由設(shè)

4、計資料查得：一對滾動軸承的效率為（初選球軸承），閉式齒輪傳動效率（初定8級精度），開式錐齒輪傳動效率（初選8級精度），十字滑塊聯(lián)軸器效率。由以上數(shù)據(jù)可以得出傳動總效率為 ： 3.初估電動機額定功率 4.確定電動機轉(zhuǎn)速 取錐齒輪的傳動比為25，二級減速器的傳動比為840，則總傳動比合理范圍為16200，所以電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為5767200r/min，所以選擇同步轉(zhuǎn)速為1500電動機,型號為。電機各尺寸及主要性能如下:額定率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量(kg)4.0150014402.22.243機座號中心高安裝尺寸軸伸尺寸平鍵尺寸外形尺寸112M112ABDEFGLHD

5、AC/2AD19014028601024400265115190第二節(jié) 分配各級傳動比由 ，開式錐齒輪傳動 初選 ，第三節(jié) 傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算1.各軸轉(zhuǎn)速取高速軸為I軸，中速軸為II軸，低速軸為III軸。電動機軸 I軸 II軸 III軸 2.各軸輸入功率 I軸 II軸 III軸 3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩 I軸 II軸 . III軸 第四節(jié) 減速器外傳動零件的設(shè)計一. 開式錐齒輪傳動的設(shè)計 1. 選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù) 1) 由表10-1選小齒輪為45調(diào)質(zhì)鋼,硬度為240HBS,大齒輪為45鋼（常化），硬度210HBS， 兩者硬度相差30HBS。 2) 初選8級精度 3) 開式齒輪

6、傳動，故選用小齒輪齒數(shù) ， 大齒輪齒數(shù) 2. 按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1) 試選載荷系數(shù) 2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3) 選取齒寬系數(shù) 4) 當(dāng)量齒數(shù) 5) 由表10-5查得齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 6) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(每年按300天計算) 7) 計算大小齒輪的 由齒面硬度查圖10-20c查得大小齒輪的彎曲疲勞強度極限 由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 取彎曲疲勞強度的安全系數(shù)，由式10-12得 則 8） 所以小齒輪的數(shù)據(jù)大。3. 驗算 1) 2) 由查圖10-8得動載系數(shù) （取8級精度） 3) 已知傳動平穩(wěn),原動機為電動機，查表10-2取使用系數(shù) 4) 由于是錐

7、齒輪,教材給出齒間載荷分配系數(shù) 5) 齒向載荷分布系數(shù) ,且小齒輪和大齒輪均是工業(yè)用懸臂,查表10-9取軸承系數(shù) 則 所以載荷系數(shù) 6) 模數(shù) 對比計算結(jié)果，齒面接觸強度計算的模數(shù)大于齒根設(shè)計的模數(shù)，取已可滿足彎曲強度。 4.幾何尺寸計算 校核傳動比：i=3沒有改變，第五節(jié) 減速器內(nèi)傳動零件的設(shè)計計算 一. 高速級斜齒輪設(shè)計 1. 選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù) 1>由表10-1選小齒輪為45調(diào)質(zhì)鋼,硬度為240HBS,大齒輪為45鋼（?；捕?10HBS， 兩者硬度相差30HBS。 2> 取8級精度等級 3> 閉式傳動，取小齒輪齒數(shù) , 大齒輪齒數(shù)， 取Z2為95

8、4> 選取螺旋角,初選 2. 按齒面接觸強度設(shè)計 按式10-21計算 , 即 1) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1> 試選 2> 由圖10-30選取區(qū)域系數(shù) 3> 由圖10-26查得 , , 則 4> 由表10-7選取齒寬系數(shù) , 小齒輪傳動轉(zhuǎn)矩 5> 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 6> 由圖10-21d查得大小齒輪的接觸疲勞強度 7> 大小齒輪應(yīng)力循環(huán) 8>由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) 9> 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1% , 安全系數(shù) , 由式10-12得 則許用接觸應(yīng)力 2) 計算 1> 試算小齒輪分度圓直

9、徑 , 由計算公式得 2> 計算圓周速度 3> 計算齒寬b及模數(shù) 4> 計算縱向重合度 5> 計算載荷系數(shù)K 載荷平穩(wěn)取使用系數(shù),8級精度,由圖10-8查得動載系 由表10-4查得由圖10-13查得 假設(shè) 由表10-3查得 故載荷系數(shù) 6> 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑,由式10-10a得 7> 計算模數(shù) 3. 按齒根彎曲強度設(shè)計 按式10-17計算 , 即 1)確定計算參數(shù) 1> 計算載荷參數(shù), 2> 根據(jù)縱向重合度,從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù) 3> 計算當(dāng)量齒數(shù) 4> 由表10-5查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 5>

10、; 由圖10-20c查得大小齒輪彎曲疲勞強度極限 由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 6> 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4 , 由式10-12得 7> 計算大小齒輪的 , 并加以比較 ， 大齒輪數(shù)值大2) 設(shè)計計算 按接觸疲勞設(shè)計得 ，按彎曲疲勞設(shè)計得 ，故取均能滿足彎曲和接觸疲勞。 ，。4. 幾何尺寸計算1)計算中心距 圓整取后 2)按圓整后的中心距修正螺旋角 因為值改變很小，故參數(shù)、等不必修正。 3)計算大小齒輪的分度圓直徑 4)計算齒輪寬度 圓整后，5. 驗算 故設(shè)計合理。修正傳動比，則二. 低速級斜齒輪設(shè)計1. 選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù) 1&g

11、t;表10-1選小齒輪為45鋼,調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS,大齒輪為45鋼，?；幚恚捕?10HBS， 兩者硬度相差30HBS。 2> 取為精度等級8級。 3> 選小齒輪齒數(shù) , 大齒輪齒數(shù)， 4> 選取螺旋角,初選 2. 按齒面接觸強度設(shè)計 按式10-21計算 , 即 1) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1> 試選 2> 由圖10-30選取區(qū)域系數(shù) 3> 由圖10-26查得 , , 則 4> 由表10-7選取齒寬系數(shù) , 小齒輪傳動轉(zhuǎn)矩 ， 5> 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 6> 由圖10-21d查得大小齒輪的接觸疲勞強度 ， 7&

12、gt; 大小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 8> 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) 9> 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為, 安全系數(shù) , 由式10-12得 則許用接觸應(yīng)力 2) 計算 1> 試算小齒輪分度圓直徑 , 由計算公式得 2> 計算圓周速度 3> 計算齒寬b及模數(shù) 4> 計算縱向重合度 5> 計算載荷系數(shù)K 載荷平穩(wěn)，取使用系數(shù),8級精度,由圖10-8查得動載系 由表10-4查得,由圖10-13查得 假設(shè) 由表10-3查得 故載荷系數(shù) 6> 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑,由式10-10a得 7> 計算模數(shù) 3.按齒根彎曲強度設(shè)計

13、按式10-17計算 , 即 1） 確定計算參數(shù) 1> 計算載荷參數(shù), 2> 根據(jù)縱向重合度,從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù) 3> 計算當(dāng)量齒數(shù) 4> 由表10-5查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 5> 由圖10-20c查得大小齒輪彎曲疲勞強度極限 , 由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 6> 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù), 由式10-12得 7> 計算大小齒輪的 , 并加以比較 大齒輪數(shù)值大2) 設(shè)計計算 按彎曲疲勞設(shè)計得 ，故取均能滿足彎曲和接觸疲勞。 ，。4. 幾何尺寸計算1)計算中心距圓整取 2)按圓整后的中心距修正螺旋角 因為值改變很小

14、，故參數(shù)、等不必修正。 3)計算大小齒輪的分度圓直徑 4)計算齒輪寬度 圓整取，5. 驗算 =>故設(shè)計合理。6. 驗算總傳動比 故設(shè)計符合要求 第六節(jié) 繪圖準備與軸的設(shè)計 一. 繪制裝配草圖的準備工作 1. 按已知選定的電動機查得其軸伸直徑D=38mm , 軸伸長度E=80mm , 中心高H=132mm , 2. 確定各傳動零件的主要尺寸 1)高速級斜齒輪 齒頂高 齒根高 齒全高 2)低速級斜齒輪 齒頂高 齒根高 齒全高 3)初選滾動軸承類型及潤滑密封方式軸I、軸均選角接觸球軸承,軸選圓錐滾軸承,由于,故采用稀油潤滑。 二. 裝配草圖的初步繪制 1. 傳動零件中心線、輪廓線及箱體內(nèi)壁線的

15、確定 1> 估算減速器的外輪廓尺寸 二級圓柱齒輪減速器 A=4a , B=2a , C=2a 即 ， ， 2> 畫傳動零件中心線和外部輪廓 3> 確定箱體內(nèi)壁線 取箱體壁厚為，為避免齒輪與箱體內(nèi)壁干涉,齒輪與箱體的內(nèi)壁應(yīng)留有一定的距離,大齒輪齒頂圓與箱體內(nèi)壁距離取，小齒輪端面與箱體內(nèi)壁取兩級齒輪端應(yīng)留有間隙,取,小齒輪齒頂圓與箱體內(nèi)壁的距離暫不能確定,待完成主視圖中箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計后才能確定。另外,輸入軸的齒距最好布置在遠離輸入端的位置。 2. 箱體軸承座及軸承的位置確定 對于剖分式齒輪減速器:箱體軸承座內(nèi)端面為箱體內(nèi)壁,軸承座的寬度B為其中為箱體壁厚,為軸承旁螺栓所需扳手的空

16、間。地腳螺栓直徑，取地腳螺栓為；，取軸承旁連接螺栓為,所以取,取軸承內(nèi)端面至箱體內(nèi)壁的距離為 。 三. 軸的設(shè)計 裝配總體方案如圖：各軸轉(zhuǎn)向已知，錐齒輪所受軸向力Fa5始終由小端指向大端，為使軸所受軸向力較小，則齒輪4所受軸向力應(yīng)與之相反。軸同理，故由此可知各齒輪所受軸向力，結(jié)合主動輪轉(zhuǎn)向，可以得出齒輪旋向。受力圖及轉(zhuǎn)旋向標示如圖。)軸I的設(shè)計 > 求軸I的功率 , 轉(zhuǎn)速 , 轉(zhuǎn)矩 , , 2> 求作用在齒輪上的力 因已知高速級小齒輪的分度圓直徑 則 圓周力、徑向力和軸向力的方向如圖二所示 3> 初步確定軸的最小直徑 按式15-2初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為鋼,調(diào)質(zhì)處

17、理 根據(jù)表15-3,取,于是得 此軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的最小直徑,為使所選軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩變化很小，查表14-1，取 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩，故選用TL4型彈性套柱銷聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩為,半聯(lián)軸器的直徑，半聯(lián)軸器長度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。 4> 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 擬定軸上零件的裝配方案如上圖一 . 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度a.高速軸的各端長度的確定(1)半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度，I-II段長度應(yīng)比略短一些，故取。 初步選擇角接觸球軸承 參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初選角接觸球軸承7207AC

18、,期尺寸為。 擋油板需軸向定位，故取,考慮到需安裝擋油板,以及安裝齒輪1需離箱體內(nèi)壁軸承安裝離箱體內(nèi)壁及軸承寬度，因此取。 由于齒輪1分度圓直徑，軸段，故只能將齒輪設(shè)計為齒輪軸，。軸與齒輪的材料均為45鋼，二者不矛盾，設(shè)計可行。(5) 根據(jù)軸承外徑,取螺釘直徑,則軸承端蓋的各尺寸可計算如下: （6）根據(jù)軸的裝配可求得箱體內(nèi)壁寬度為,則為使軸承端蓋螺釘能順利旋出，取。故取 b.高速軸各段直徑的確定符號（mm）確定方法及說明按相配合的半聯(lián)軸器的孔徑要求及軸頸的初估值綜合考慮確定，還應(yīng)滿足鍵聯(lián)接強度要求，并按標準選取尺寸。應(yīng)該大于齒根圓直徑36.537mm 綜合數(shù)據(jù)：I-IIII-IIIIII-IV

19、IV-VV-VIVI-VIIVII-VIIId（)28323541444135L()4055359551823 . 軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接,可選用平鍵為,半聯(lián)軸器與軸的配合為。 . 確定軸上圓角和倒角尺寸 參照表15-2取軸端倒角,各軸肩處的圓角半徑見大圖. . 求軸上的載荷 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可作出軸的計算簡圖如下:L3=42.8L1=90.7L2=150.8DCBA載荷水平面H垂直面V支反力F=229.87=809.91=53.46=337.40彎矩M=20849.21=8061.77= 14440.72總彎矩=扭矩T計算彎矩 . 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 1&g

20、t;由以上分析可知C截面彎矩最大,是危險截面。C處為齒輪軸，最小直徑為齒輪齒根圓。 由式15-5及上表中的數(shù)值可得 根據(jù)軸所選定的材料45Cr,由表15-1查得由于,故軸安全。 . 校核軸承壽命12Fd1Fd2Fr1Fr2Fae (1) 派生軸向力計算 對于7006AC型軸承,按表13-7查得派生軸向力,則有 由于,所以軸承1被壓緊,軸承2被放松, 根據(jù),查表13-5得,載荷平穩(wěn),取,則有 計算載荷壽命 由于,角接觸球軸承,7207AC軸承基本動載荷,則壽命所以軸承滿足壽命要求。. 鍵聯(lián)接強度的校核 根據(jù)所選平鍵查表6-2得鍵的許用擠壓應(yīng)力,因為 所以鍵合格。2） 軸II的設(shè)計 1> 求

21、軸II的功率 , 轉(zhuǎn)速 , 轉(zhuǎn)矩 , , 2> 求作用在齒輪上的力 已知2、3齒輪的分度圓直徑分別 則 圓周力、徑向力和軸向力的方向如圖四所示3> 初步確定軸的最小直徑 按式15-2初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為鋼,調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表15-3,取,于是得 · 軸選用7207AC，軸承。4>軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 擬定軸上零件的裝配方案如下圖 123456. 根據(jù)軸向定位要求確定各段直徑和長度 齒輪2、3的齒寬 軸承寬度， 箱體內(nèi)壁距離為 軸承座寬度(5) 根據(jù)軸承外徑,取螺釘直徑,則軸承端蓋的各尺寸可計算如下: 由以上數(shù)據(jù)，設(shè)計各段軸徑和長度如下表：I-IIII-II

22、IIII-IVIV-VV-VId（)3540464035L()4173154841 . 軸周向定位 齒輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接,齒輪2處可以選用平鍵,齒輪3處可以選,齒輪輪轂與軸的配合為 . 確定軸上的圓角和倒角尺寸 表15-2查得取軸端倒角,各軸肩圓周半徑見大圖。 . 求軸上載荷 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖,可作出軸的受力分析圖如下頁: L3=38.7mmL2=77.5mmL1=51.2mmABCD載荷水平面H垂直面V支反力F=-438.48=-368.24彎矩M=-123183.62=-56638.35=-22450.176,=13203.94= -42236.48,=-14250.89總彎矩=扭矩

23、T. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 由于齒輪2與齒輪3的安裝尺寸一樣，故B為危險截面，只需校核該處。由式15-5及上表中的數(shù)值可得 根據(jù)所選定的材料,由表15-1查得因此,故安全. . 校核軸承壽命12Fd1Fd2Fr1Fr2Fae=Fa3-Fa2 1> 對7210AC軸承, 按表13-7查得派生軸向力,則有 2> 1被放松,；2被壓緊, 3> 根據(jù),查表13-5得,載荷平穩(wěn),取,則有4> 計算載荷壽命 由于,角接觸球軸承,軸承7207基本動載荷,則壽命 所以合格 . 鍵聯(lián)接強度校核 根據(jù)所選平鍵和查表6-2得鍵的許用擠壓應(yīng)力均為 因為 故鍵合格.3) 軸的設(shè)計 1>

24、; 求軸上的功率 , 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 2> 求作用在齒輪上的力 已知齒輪4、5的分度圓直徑分別為 , 則圓周力,徑向力及軸向力的方向如圖所示3>軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 擬定軸上零件的裝配方案如下圖五所示24567138. 根據(jù)裝配方案確定軸的各段直徑和長度 初選軸承為30211圓錐滾子軸承， 齒輪4的齒寬 軸承內(nèi)圈寬度， 箱體內(nèi)壁距離為 軸承座寬度(5) 根據(jù)軸承外徑,取螺釘直徑,則軸承端蓋的各尺寸可計算如下: 由以上數(shù)據(jù)，設(shè)計各段軸徑和長度如下表：I-IIII-IIIIII-IVIV-VV-VIVI-VIIVII-VIIId（)40465560666055L()4872546810523

25、6. 軸向零件的周向定位 錐齒輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接,選用平鍵為,斜齒輪與軸選 用平鍵,齒輪與軸的配合為. 確定軸上的圓角和倒角尺寸 參考表15-2取軸端倒角,各軸肩圓角半徑見低速軸零件圖。. 求軸上的載荷 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可得出軸的受力分析圖如下 ：Mv2Mv1Ma5L2=53L3=117L1=119Mv3TABCD載荷水平面H垂直面V支反力F=彎矩M=，=,=總彎矩=扭矩T . 按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強度 由以上分析可知B點外侵彎矩最大,是危險截面,由式15-3及上表中的數(shù)值可得 根據(jù)所選定的材料,由表15-1查得因此,故安全. . 校核軸承壽命12 a) 對30211圓錐滾子軸承,，,則 b) 1被放松,;2被壓緊 c)根據(jù), d) 計算載荷