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(xiàn)……………………………………… ………………………………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(hù)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(hù)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(jìn)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(jìn)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>　?。?）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?？紤]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(jì)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(xì)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(xì)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(xiàn)</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(xì)心仔細(xì)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(rèn)識。為將來工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　整份任務(wù)書，我認(rèn)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(jìn)公式麻木計算出數(shù)據(jù)的作品