機(jī)制二班-機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)：二級齒輪減速器

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)1.課程設(shè)計(jì)目械設(shè)計(jì)課程是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力的技術(shù)根底。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)課程的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，其根本目的是：1)通過課程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他先修課程的理論和實(shí)際知識，培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，樹立正確的設(shè)計(jì)思想;2〕學(xué)會從機(jī)器功能要求出發(fā)，合理選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)的類型，制定傳動方案，合理選擇標(biāo)準(zhǔn)部件的類型和型號，正確計(jì)算零件的工作能力，確定其尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和平安等問題，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力；3)通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、手冊、圖冊和查閱科技文獻(xiàn)資料以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)的根本技能和獲取有關(guān)信息的能力。在本課程設(shè)計(jì)中用計(jì)算機(jī)繪圖或手工繪圖都能到達(dá)以上根本要求，但是由目前開展趨勢應(yīng)盡量采用計(jì)算機(jī)繪圖。2.課程設(shè)計(jì)題目帶式運(yùn)輸機(jī)傳動裝置的設(shè)計(jì)。3.課程設(shè)計(jì)步驟3.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書看錄像、拆裝減速器閱讀有關(guān)資料3.2傳動裝置的總體設(shè)計(jì)選擇傳動方案選擇展開式二級圓柱齒輪減速器3.2.2工作機(jī)的效率傳動裝置中各局部的效率,查表1-7<<機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊>>吳宗澤、羅圣國主編,第5頁。8級精度的一般齒輪傳動效率彈性聯(lián)軸器傳動效率齒式聯(lián)軸器傳動效率球軸承傳動效率滾子軸承電動機(jī)至工作機(jī)之間傳動裝置的總效率工作機(jī)所需輸入功率所需電動機(jī)功率由,得。查表13-2<<機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊>>吳宗澤、羅圣國主編,第188頁。,得圓柱齒輪傳動單級傳動比常值為3～<<機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊>>吳宗澤、羅圣國主編,第188頁。對Y系列電動機(jī)通常多項(xiàng)選擇用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的電動機(jī),應(yīng)選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。查表12-1,選用Y100L2-4,額定功率3KW,滿載轉(zhuǎn)速1430r/min,電動機(jī)極數(shù)為4計(jì)算總傳動比和分配各級傳動比傳動裝置的總傳動比要求為式中：—電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速,r/min.一般推薦展開式二級圓柱齒輪減速器高速級傳動比,取.計(jì)算傳動裝置運(yùn)動和動力參數(shù)該傳動裝置從電動機(jī)到工作機(jī)有三軸,依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸,那么:1.各軸轉(zhuǎn)速式中:—為電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速,r/min;、、—分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸轉(zhuǎn)速,r/min;Ⅰ為高速軸,Ⅲ為低速軸.2.各軸功率式中:Pd—為電動機(jī)輸出功率,KW;PⅠ、PⅡ、PⅢ—分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸輸入功率,KW；3.各軸轉(zhuǎn)矩3.3傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算第一級齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算因傳動無嚴(yán)格限制,生產(chǎn)批量小,故小齒輪用40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度241HB～286HB,平均取為260HB;大齒輪用45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度為229HB～286HB,平均取為240HB.齒輪采用非對稱支承結(jié)構(gòu)安裝。計(jì)算步驟如下:計(jì)算及說明結(jié)果齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算1.初步計(jì)算轉(zhuǎn)矩T1,齒寬系數(shù),由表12.13<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>第四版,邱宣懷主編,高等教育出版社,第204～243頁。,取<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>第四版,邱宣懷主編,高等教育出版社,第204～243頁。Ad值,由表12.16,估計(jì),取接觸疲勞極限,由圖12.17c,得初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力:傳動比i,初步計(jì)算小齒輪直徑d1,,取初步齒寬b,2.校核計(jì)算圓周速度,精度等級由表12.6，選用8級齒數(shù)Z1、模數(shù)和螺旋角:，取Z2=105,由表12.3,取(和估計(jì)值接近)使用系數(shù)KA由表12.9,,動載系數(shù)Kv,由圖12.9,齒間載荷分配系數(shù)由此得齒向載荷分布系數(shù),由表12.11,載荷系數(shù),彈性系數(shù),由表12.12,節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),由圖12.16,重合度系數(shù),由式12.31,因故螺旋角系數(shù),接觸最小平安系數(shù),由表12.14,得(一般可靠)總工作時(shí)間,應(yīng)力循環(huán)次數(shù):接觸壽命系數(shù),由圖12.18,,許用接觸應(yīng)力:驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果說明,接觸疲勞強(qiáng)度較為適宜,齒輪尺寸無須調(diào)整。3.確定傳動主要尺寸中心距實(shí)際分度圓直徑,齒寬,齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒形系數(shù):由圖12.21,,應(yīng)力修正系數(shù),由圖12.22,,重合度系數(shù),螺旋角系數(shù),(當(dāng).),故齒間載荷分配系數(shù),前已求得,故齒向載荷分配系數(shù),由圖12.14,,載荷系數(shù),彎曲疲勞極限,由圖12.23c,,彎曲最小平安系數(shù),由表12.14,應(yīng)力循環(huán)次數(shù),彎曲壽命系數(shù),由圖12.24,,尺寸系數(shù),由圖12.25,許用彎曲應(yīng)力驗(yàn)算傳動無嚴(yán)重過載,故不做靜強(qiáng)度校核。8級精度，驗(yàn)算合格驗(yàn)算合格。第二級齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算因傳動無嚴(yán)格限制,生產(chǎn)批量小,故小齒輪用40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度取為280HB;大齒輪用45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度取為260HB。齒輪采用非對稱支承結(jié)構(gòu).計(jì)算步驟如下:計(jì)算及說明結(jié)果齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算1.初步計(jì)算轉(zhuǎn)矩T2,齒寬系數(shù),由表12.13,取Ad值,由表12.16,估計(jì),取接觸疲勞極限,由圖12.17c,得初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力:傳動比,初步計(jì)算小齒輪直徑,初步齒寬b,2.校核計(jì)算圓周速度,精度等級選用8級齒數(shù)、模數(shù)和螺旋角:,由表12.3,取(和估計(jì)值接近)使用系數(shù)KA,表12.9,,動載系數(shù),由圖12.9,齒間載荷分配系數(shù)由此得齒向載荷分布系數(shù),由表12.11,載荷系數(shù),彈性系數(shù),由表12.12,節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),由圖12.16,重合度系數(shù),由式12.31,因,故螺旋角系數(shù),接觸最小平安系數(shù),由表12.14,得(一般可靠)總工作時(shí)間,應(yīng)力循環(huán)次數(shù):接觸壽命系數(shù),由圖12.18,,許用接觸應(yīng)力驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果說明,接觸疲勞強(qiáng)度較為適宜,齒輪尺寸無須調(diào)整.3.確定傳動主要尺寸中心距實(shí)際分度圓直徑齒寬,取齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒形系數(shù):由圖12.21,,應(yīng)力修正系數(shù),由圖12.22,,重合度系數(shù)，螺旋角系數(shù),(當(dāng).)，故齒間載荷分配系數(shù),前已求得,故齒向載荷分配系數(shù),由圖12.14,,載荷系數(shù),彎曲疲勞極限,由圖12.23c,,彎曲最小平安系數(shù),由表12.14,應(yīng)力循環(huán)次數(shù),,彎曲壽命系數(shù),由圖12.24,,尺寸系數(shù),由圖12.25,許用彎曲應(yīng)力驗(yàn)算傳動無嚴(yán)重過載,故不做靜強(qiáng)度校核。8級精度驗(yàn)算合格。驗(yàn)算合格。表1傳動零件設(shè)計(jì)計(jì)算小結(jié)名稱材料硬度齒數(shù)齒寬mnβ分度圓直徑齒輪Ⅰ40Cr260HB2255212°6′5′′45齒輪Ⅱ45240HB10545212°6′5′′215.190齒輪Ⅲ40Cr280HB28822.513°32′10′′72.000齒輪Ⅳ45260HB96722.513°32′10′′254.9523.4畫裝配草圖3.在畫裝配草圖前需初估軸徑,從而提高設(shè)計(jì)效率,減少重復(fù)設(shè)計(jì)的工作量,并盡可能的降低生產(chǎn)本錢。三根軸都選用40Cr材料。由<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>式16.2<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊>>第四版,邱宣懷主編,高等教育出版社,第314頁。<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊>>第四版,邱宣懷主編,高等教育出版社,第314頁。式中:C為軸強(qiáng)度計(jì)算系數(shù),40Cr所對應(yīng)的系數(shù)為102考慮到實(shí)際情況,可將這三軸的最小軸徑定為25mm,50mm和3.聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外,有些還具有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能,以及具有緩沖、吸振、平安保護(hù)等功能。電動機(jī)軸和減速器高速軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于軸的轉(zhuǎn)速較高,為減小啟動載荷,緩和沖擊,應(yīng)選用具有較小轉(zhuǎn)動慣量和具有彈性的聯(lián)軸器,該設(shè)計(jì)選用彈性柱銷聯(lián)軸器。減速器低速軸與工作機(jī)聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于軸的轉(zhuǎn)速較低,不必要求具有較小的轉(zhuǎn)動慣量,但傳遞轉(zhuǎn)矩較大,又因減速器與工作機(jī)不在同一底座上,要求具有較大的軸線偏移補(bǔ)償,因此選用鼓形齒式聯(lián)軸器。根據(jù)上述分析并考慮到實(shí)際情況,聯(lián)軸器選擇如下:電動機(jī)軸和減速器高速軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器選用LT4聯(lián)軸器;減速器低速軸與工作機(jī)聯(lián)接用的聯(lián)軸器選用GICL1聯(lián)軸器JB/T8854.3-2001.初選軸承軸承是支承軸頸的部件。由于該傳動裝置采用兩對斜齒輪傳動，經(jīng)比擬選擇，采用兩對角接觸球軸承和深溝球軸承。從高速軸到低速軸，選用的軸承分別為7307C、30210、30210，均為箱體尺寸計(jì)算查表11-1《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》，吳宗澤、羅圣國主編，高等教育出版社，第《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》，吳宗澤、羅圣國主編，高等教育出版社，第158頁。名稱符號具體數(shù)值箱座壁厚δ10mm箱蓋壁厚δ110箱蓋凸緣厚度b11箱座凸緣厚度b15mm箱座底凸緣厚度b225mm地腳螺釘直徑df2地腳螺釘數(shù)目n4軸承旁聯(lián)接螺釘直徑d11蓋與座聯(lián)接螺釘直徑d212聯(lián)接螺栓d2的間距l(xiāng)150軸承端蓋螺釘直徑d38視孔蓋螺釘直徑d46定位銷直徑d8軸承旁凸臺半徑R12df、d1、d2至外箱壁距離C126\22\18df、d1、d2至凸緣邊緣距離C224\20\16箱座肋厚m8.5大齒輪齒頂圓與內(nèi)箱壁距離Δ112.524齒輪端面與內(nèi)箱壁距離Δ210結(jié)合以上參數(shù),可設(shè)計(jì)出傳動裝置的裝配草圖,其結(jié)構(gòu)形式如下列圖所示:142142587170.557.5711283.5軸的校核計(jì)算3.5.1高速軸受力情況如下：水平受力分析:對點(diǎn)取矩,那么有對點(diǎn)取矩,那么有垂直面受力分析:對點(diǎn)取矩,那么有:對點(diǎn)取矩,那么有:中間軸校核計(jì)算中間軸結(jié)構(gòu)和受力分析圖如下:中間軸材料選用40Cr調(diào)質(zhì),。軸的彎曲應(yīng)力校核步驟如下:計(jì)算及說明結(jié)果計(jì)算齒輪受力齒輪Ⅱ所受的力():圓周力徑向力軸向力轉(zhuǎn)矩齒輪Ⅲ所受的力:()圓周力徑向力軸向力計(jì)算支承反力水平面反力垂直面反力水平面受力圖,如f圖所示垂直面受力圖,如h圖所示畫軸彎矩圖水平面彎矩圖,如g圖所示，圖垂直面彎矩圖,如i圖所示，圖合成彎矩圖,如j圖所示，合成彎矩畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩圖,當(dāng)量轉(zhuǎn)矩圖，如圖k所示許用應(yīng)力用插入法由表16.3<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>,邱宣懷主編,高等教育出版社,第310～332頁。<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>,邱宣懷主編,高等教育出版社,第310～332頁。應(yīng)力校正系數(shù)畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量彎矩:在齒輪Ⅲ中間處在齒輪Ⅱ(軸頭)中間處當(dāng)量彎矩圖,見圖l校核軸徑齒根圓直徑軸徑經(jīng)檢驗(yàn)軸所用尺寸合格。合格。中間軸平安系數(shù)校核計(jì)算如下：計(jì)算及說明結(jié)果以齒輪Ⅲ端面處危險(xiǎn)截面為例進(jìn)行平安系數(shù)校核。對稱循環(huán)疲勞極限脈動循環(huán)疲勞極限等效系數(shù)截面3-3上的應(yīng)力水平面彎矩垂直面彎矩合成彎矩彎曲應(yīng)力幅彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)因在此截面處，有軸徑變化，過渡圓角半徑r=1mm，由和，從附錄表1中查出。外表狀態(tài)系數(shù)由附錄5查出尺寸系數(shù)由附錄6查出平安系數(shù)彎曲平安系數(shù)設(shè)為無限壽命，，由式16.5得扭轉(zhuǎn)平安系數(shù)復(fù)合平安系數(shù)經(jīng)檢驗(yàn)軸所用尺寸合格。合格低速軸校核計(jì)算低速軸結(jié)構(gòu)和受力分析圖如下:.低速軸材料選用45Cr調(diào)質(zhì)，。軸的彎曲應(yīng)力校核步驟如下:計(jì)算及說明結(jié)果計(jì)算齒輪受力斜齒輪螺旋角,齒輪Ⅳ所受的力:圓周力徑向力軸向力轉(zhuǎn)矩計(jì)算支承反力水平面反力垂直面反力水平面受力圖,如o圖所示垂直面受力圖,如q圖所示畫軸彎矩圖水平面彎矩圖,如p圖所示，圖垂直面彎矩圖,如r圖所示，圖合成彎矩圖,如s圖所示，合成彎矩畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩圖,見圖t許用應(yīng)力用插入法由表16.3,查得應(yīng)力校正系數(shù)畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩當(dāng)量彎矩在齒輪Ⅳ中間處在靠近輸出端軸頸中間處當(dāng)量彎矩圖,見圖u校核軸徑軸徑經(jīng)檢驗(yàn)軸所用尺寸合格。合格。低速軸平安系數(shù)校核計(jì)算如下：計(jì)算及說明結(jié)果以截面Ⅰ為例進(jìn)行平安系數(shù)校核。對稱循環(huán)疲勞極限脈動循環(huán)疲勞極限等效系數(shù)截3-3上的應(yīng)力水平面彎矩垂直面彎矩合成彎矩彎曲應(yīng)力幅彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)因在此截面處，有軸徑變化，過渡圓角半徑r=4mm，由和，從附錄表1中查出。外表狀態(tài)系數(shù)由附錄5查出尺寸系數(shù)由附錄6查出平安系數(shù)彎曲平安系數(shù)設(shè)為無限壽命，，由式16.5得扭轉(zhuǎn)平安系數(shù)復(fù)合平安系數(shù)經(jīng)檢驗(yàn)軸所用尺寸合格。合格3.6軸承驗(yàn)算高速軸軸承驗(yàn)算查手冊7307c軸承主要性能參數(shù)如下：計(jì)算及說明結(jié)果壽命計(jì)算左邊軸承徑向力右邊軸承徑向力軸向力，方向向左附加軸向力查表18.4《機(jī)械設(shè)計(jì)》，邱宣懷主編，高等教育出版社，第360～403頁。，可《機(jī)械設(shè)計(jì)》，邱宣懷主編，高等教育出版社，第360～403頁。，因，故左邊軸承被壓緊軸承軸向力X,Y值，故，故沖擊載荷系數(shù)考慮中等沖擊查表18..8得當(dāng)量動載荷軸承壽命因，只計(jì)算軸承1的壽命故高速級軸承滿足壽命要求。靜載荷計(jì)算X0、Y0查表18.12，得，當(dāng)量靜載荷平安系數(shù)S0正常使用角接觸球軸承，查表18.14，得計(jì)算額定靜載荷(因)許用轉(zhuǎn)速驗(yàn)算載荷系數(shù)載荷分布系數(shù)許用轉(zhuǎn)速N均大于工作轉(zhuǎn)速1430r/min。經(jīng)檢驗(yàn)該軸承合格。合格。中間軸軸承驗(yàn)算查手冊30210軸承主要性能參數(shù)如下：計(jì)算及說明結(jié)果壽命計(jì)算左邊軸承徑向力右邊軸承徑向力軸向力，方向向左附加軸向力，因，故左邊軸承被壓緊軸承軸向力X,Y值沖擊載荷系數(shù)考慮中等沖擊查表18..8得當(dāng)量動載荷軸承壽命因，只計(jì)算軸承1的壽命故高速級軸承滿足壽命要求。靜載荷計(jì)算X0、Y0查表18.12，得，當(dāng)量靜載荷平安系數(shù)S0正常使用滾子軸承，查表18.14，得計(jì)算額定靜載荷(因)許用轉(zhuǎn)速驗(yàn)算載荷系數(shù)載荷分布系數(shù)許用轉(zhuǎn)速N均大于工作轉(zhuǎn)速229.038r/min。經(jīng)檢驗(yàn)該軸承合格。合格。低速軸軸承驗(yàn)算查手冊30210軸承主要性能參數(shù)如下：計(jì)算及說明結(jié)果壽命計(jì)算左邊軸承徑向力右邊軸承徑向力軸向力，方向向右附加軸向力，因，故右邊軸承被壓緊軸承軸向力X,Y值沖擊載荷系數(shù)考慮中等沖擊查表18..8得當(dāng)量動載荷軸承壽命因，只計(jì)算軸承1的壽命