机械设计课程设计计算说明书一级圆柱直齿轮的设计计算.doc

前言本说明书主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基础、机械制图、工程力学、公差与互换性等多门课程知识，并运用AUTOCAD软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。 （4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。 目 录 第一节 目录。2 第二节 设计任务书.。3 第三节 系统总体方案设计 。4 第四节 原动机的选择.。5 第五节 传动装置运动及动力参数计算.。7 第六节 传动零件的设计计算.。8 第七节 轴的计算.。11 第八节 滚动轴承的选择和计算.。16 第九节 键、连轴器的选择.。17 第十节 润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择 。19 第十二节 设计感想.。21 第十三节 参考资料.。22 第二节 设计任务书 设计一用于运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。运输机连续工作，单向运转载荷变化不大，空载启动。使用期限8年，两班制工作，有轻微振动，减速器批量生产，工作温度小于100摄氏度。运输带允许速度误差为+5%。运输机工作轴功率（kw）6.21运输机工作轴转速（r/min）250中心距控制范围（mm） 120150应完成的工作：1. 减速器装配图纸一张；（1号图纸，含草图）2.轴、齿轮零件图纸各一张；（3号图纸，从动轴、齿轮）3. 设计说明书一份。 第三节 系统总体设计方案 由于机械设计的多解性和复杂性，满足某种功能要求的机械统运动方案可 能会有多种，因此，在考虑机械系统运动方案是，除满足基本的功能要求外，还应该遵循以下原则：1.机械系统尽可能简单在保证实现功能要求的前提下，应尽量才有机构件数和运动副数少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量减低成本。此外，也可以减少由零件的制造误差形成的运动链累积误差。2.尽量缩小机构尺寸况机械的尺寸和重量随所选的机构类型不同而有很大的差别。在相同的传动比情下，周转轮系减速器的尺寸和质量比普通定轴轮系减速器要小很多。在连杆机构和齿轮机构中，也可以利用齿轮传动时节圆做纯滚动的原来，或者利用杠杆放大或缩小的原理来缩小机构尺寸。3.机构应具有较好的动力性能机构在机械系统中不仅传递运动，同时还要传递动力，因此要选择有较好动力学性能的机构。采用传递角度大的机构，要尽可能选择传递角度大的机构，以提高机器的传递效率，减少功耗。尤其对于传力大的机构，这一点尤为重要。4.机械系统应具有良好的人机性能任何机械系统都是人类来设计，并用来为人类服务的，而且大多数机械系统都要由人来操作和使用，因此在进行机械设计时，必须考虑人的生理特点，以求得人与机械系统的和谐统一。 第四节 原动机的选择步骤计算与说明主要结果运输机分析电动机选择按照设计任务要求，运输机连续工作，单向运转载荷变化不大，空载启动。使用期限8年，两班制工作，有轻微振动，减速器批量生产，工作温度小于100摄氏度。运输带允许速度误差为+5%。 （1）运输机所需功率 P运输机= 6.21 kw （2）运输机工作轴转速 n运输机 = 250r/min根据运输机选择电动机： 总=12232 =0.993 联轴器效率；=0.97 闭式齿轮传动效率；=0.99 轴承效率； 所以： 总 =12232 = 0.9932×0.97×0.992 = 0.92（3） 电动机所需功率为： P电动机 = = 6.76kw 查机械零件设计手册附录表F1-7Y系列电动机的技术数据 取可见有三种Y系列三相异步电动机可用，分别为：Y132M-4、Y160M-6、Y160L-8，三者参数比较如下：设计任务书机械零件设计手册P97表4.1-2型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）尺寸机械零件设计手册附录表F1-7 电动机选用Y160M-6型Y132M-47.5150014402.22.2中Y160M-610009702.02.0中Y160L-87507202.02.0长 第五节 传动装置运动及动力参数计算 步骤计算与说明主要结果计算传动比 计算转矩运输机的转速为： n=250（r/min） 所以： i总 = = = 3.88 （1）转速 n电 n电=970（r/min） （）功率 P运输机= 6.21 kw 转矩T： T=9550P运输机 /n电=64.77(Nm ) i=3.88T=64.77(n·m）第六节 传动零件的设计计算 步骤计算与说明主要结果1. 选择齿轮材料和热处理工艺2. 按齿面接触疲劳强度设计 许用接触疲劳强度 小齿轮转矩 齿宽系数 小齿轮：选用40Cr调质处理，齿面硬度217286HBS 大齿轮：选用45钢调质处理，齿面硬度197286HBS 因为是闭式软齿面齿轮传动，故按照齿面接触疲劳强度计算。由机械零件设计手册查得： = 580×0.9 = 522Mpa T1=9550×P运输机/n满=64.77（n·m） =0.81.2的中间值=1机械设计基础教材P166表111 =522MpaT1=64.77（n·m）=1 步骤计算与说明主要结果载荷系数其他系数3. 确定几何尺寸确定齿数和模数齿轮按 8等级精度制造.由于原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对成布置，一般按照中等冲击载荷计算。查机械设计基础教材中表113得： 取 K=1.5 因为是直齿圆柱齿轮，所以： Ad=766由机械设计基础教材中表16-9-1查得： Cm=1 齿数比 u=i=3.88 由式（16.9.7）计算d1： = 48.67 取 Z1 =27; Z2=uZ2=27×3.88105 m=1.8，由表16.4.1取标准模数：m=2 d2=m×Z2=105×2=210 K=1.5 Ad=766 Cm=1 U=3.88机械设计基础 Z1=27 Z2=105 d1=54mm d2=210mm m=2 步骤计算与说明主要结果 计算主要的几何尺寸4. 校核齿根弯曲疲劳强度齿根许用弯曲应力验算齿根弯曲应力 中心距：a=m/2（Z1+Z2）=132mm b=×d1=1×54=54mm b1=b2+（510）mm=60mm b2=54mm 由图16.9.6查取极限应力: 1=620Mpa 2=480Mpa 1 =1.4×620=868Mpa 2 =1.4×480=672Mpa 由图16.9.5查取复合齿形系数FS1=4.3，YFS2=3.9 因为是直齿圆柱齿轮，所以有： Am=12.6按式（16.9.8）计算齿根弯曲应力： =Cm3Am3KT1YFS1/bd1m160Mpa =YFS2/YFS1=156Mpaa=132mm b1=60mmb2=54mm机械设计基础=160Mpa<1 =156Mpa<2 弯曲疲劳强度足够 第七节 轴的计算 步骤计算与说明结果及依据轴的材料和热处理的选择轴几何尺寸的设计计算I轴的设计计算与校核 轴的材料和热处理的选择轴几何尺寸的设计计算轴（输出轴）的尺寸设计和强度校核轴的设计计算与校核：不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为轴，故只对轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。 具体步骤如下： 1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=700MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa2、 初步计算各轴段直径最小直径计算（查机械设计基础教材表153 取 c=100） =24.81mm由机械设计基础教材P97查表，电动机Y160M-6型得标准直径： d1=25mm （2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=30mm； （3）计算 必须与轴承的内径一致，圆整=35mm，初选轴承型号为6207,查附表可知，B=17mm，D=72mm， （4）计算 为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5,8尾数，取=40mm； （5）计算 取 =50mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 3、计算轴各段长度 （1）计算 半联轴器的长度l=52mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l略短一些，取 =50mm; （2）计算 轴承端盖采用嵌入式轴承端盖，取 =33mm； （3）计算 ，式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 ： 取 L3=45mm（4）计算 ; （5）计算 取L5=6 （6）计算 ； 略 轴尺寸设计部分具体步骤如下： 电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa初步计算各轴段直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径，最小直径计算（查机械设计基础教材表142 取 c=100） =53.2mm选择标准直径 d1=55（2）计算 因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=40mm； （3）计算 ，且必须与轴承的内经一致，圆整=45mm，初选轴承型号为6309,查附表可知，B=25mm，D=100mm； （4）计算 ，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=50mm； （5）计算 取 =60mm； （6）计算 ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 3、计算轴各段长度 （1）计算 L1段部分为插入开式齿轮的长度：b2小齿轮=70mm， 取L1=80mm （2）计算 轴承端盖采用嵌入式轴承端盖，由式中，为箱体壁厚，取=8mm， 所以 m=8+16+14+8-9-25=12mm, 所以 =20+14+8.4=40.4mm，取 =41mm；（3）计算 式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则 取 L3=50mm（4）计算 ; （5）计算 （6）计算 ； 略机械设计基础教材P241表141机械设计基础教材表142C=110=25mm=30mm机械设计基础教材=35mm=40mm=50mm =50mm; =33mm L3=45mm L4=63mm L5=6mm L6=36mm d1=55mm =40mm =45mm =50mm =60mm =41mm L3=50mm L4=63mm L5=7mm L6=43mm 第八节 滚动轴承的选择和计算步骤计算及说明结果及依据Ø 滚动轴承的选择与校核 6.1 轴承的选择及校核（一）从动轴承：因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮，考虑承受载荷和只承受径向力，主动轴承和从动轴承均选用深沟球轴承。从动轴承：根据轴径值查机械制图教材326附录C101深沟球轴承各部分尺寸，选择6209（GB/T276-1994）型深沟球轴承 2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB62095010025寿命计划：要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）计算选用轴承寿命 查机械零件设计手册P810表311-15 基本额定动负荷 动载荷系数 当量动载荷 温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数 轴承寿命合格（二）主动轴承：主动轴承：根据轴径值查机械制图教材326附录C101深沟球轴承各部分尺寸，选择6207（GB/T276-1994）型深沟球轴承 2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB6207247217寿命计划：要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）计算选用轴承寿命 查机械零件设计手册P810表311-12 基本额定动负荷 动载荷系数 当量动载荷 温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数 轴承寿命合格机械制图教材327附录C102机械设计基础教材公式16-4表16-8表16-9 第九节 连轴器、键的选择联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 选用TL5 ZA2562/YA2562型（GB4323-84）弹性套柱销联轴器,根据主动轴连接联轴器处，将各种参数列表如下：型号公称转矩T许用转数n轴孔直径d轴孔长度L外径D材料轴孔类型TL512536002562130HT200Y型联轴器承受转矩故： 合适TL5 型GB4323-84弹性套柱销联轴器键的选择与校核材料选择及其许用挤压应力选择45号优质碳素钢，查机械零件设计手册P458表3·2-3 其许用挤压应力（1） 主动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，且联轴器轴长度=62mm，故选择8×250GB1096-1990型键。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适（2） 从动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，故选择。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适（3） 从动轴与齿轮联接处，考虑到键在轴中部安装，且l=38 mm选择平键就可以了，故选择。 静连接工作面的挤压应力：则：强度足够， 合适机械制图教材P323附录C8机械零件设计手册P458表3·2-3表3·2-2主动轴外端8×50GB1096-90A型键从动轴外端10×49GB1096-90A型键从动轴与齿轮联接处14×30GB1096-90A型键第十节 润滑方式、润滑油牌号及密封装置 的选择 步骤计算及说明结果及依据润滑方式、密封方式简要说明润滑方式及牌号密封方式（1） 齿轮,查机械零件设计手册P981表3·14-26，选用浸油润滑方式并根据表3·14-27，选用150号机械油；（2） 轴承采用润油脂润滑，并根据表3·14-23选用ZL-3型润油脂机械零件设计手册P981表3·14-26表3·14-27P978表3·14-21（1） 轴承内部与机体内部处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部（2） 轴承外部与端用半粗羊毛毡圈加以密封（3） 箱座与箱盖凸缘结合面与观察孔、油孔之间都采用静密封方式箱体主要结构尺寸的计算名称计算公式尺寸计算机械零件设计手册P1044表4·1-9表4·1-12箱座厚度8箱盖厚度8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目4轴承旁联结螺栓直径M12盖与座联结螺栓直径M8螺栓的间距：200300轴承端盖螺钉直径轴承外圈直径90/100直径M8螺钉数目6视孔盖螺钉直径单级减速器M6定位销直径d=（0.7-0.8）6，至外箱壁的距离181628，至凸缘边缘距离85轴承座外径144轴承旁连接螺栓距离S一般取S=144轴承旁凸台半径16轴承旁凸台高度h待定箱盖、箱座厚7mm,m=7mm大齿轮顶圆与箱内壁间距离10齿轮端面与箱内壁距离9附件选择及简要说明表名称功用数量材料规格螺栓安装端盖12Q235M6×16 GB 5782-1986螺栓安装端盖24Q235M8×25 GB 5782-1986销定位235A6×40 GB 117 - 1986弹性垫圈调整安装265Mn毡封圈调整安装2半粗羊毛挡油环挡油4橡胶螺母安装3Q235螺钉安装3Q235油标尺测量油高度1组合件M32×1.5通气孔透气1A3 第十二节 设计感想 通过为期将近一周的没日没夜的课程设计过程，反复的修改设计，终于完成了圆柱齿轮减速器的设计过程，现在写起心得总结的时候真的是颇有感慨啊，老师刚开始在课堂上和我们说我们要做课程设计的时候，觉得课程设计是怎么一回事都不知道，似乎离我好遥远，我不认识它，它更不认识我一样，似乎感觉这么庞大的工程我是不可能做得出来的，但是迫于考试等等原因，我们当然很清楚这是我们必须要经历的一个过程。所以刚开始时候真的可以用举步维艰来形容了。 设计计算手稿部分，大坐标纸草图，对最后画大图纸很重要！ 和上个学期画的一张大图不一样的明显感觉就是任务量超级多了。刚开始就是需要手稿的一份设计计算说明书部分，其中对电动机、齿轮、还有轴和轴承的设计不用说了，翻看了好多教材终于稍微明白了点事怎么设计出来的，设计计算说明部分真的是很重要的一个环节，在现在画好了大图纸之后越发觉得那份手稿的计算说明书部分是多么的重要，在画大图纸的俯视图的过程中，我就是因为当时的轴设计出现了一点小问题，第四阶的轴端设计的长度偏小了点，导致大齿轮卡在键槽里面的长度不够，不得以又重新擦掉刚画好的轴，并且重新对轴进行设计计算。坐标纸草图的重要性也不亚于计算手稿部分，刚开始接到图纸的时候都是大吃一惊啊，这么庞大的工作量！两张小的，一张大的，外加一份60008000字的设计说明书，天啊，疯了但是现在回头想想，如果没有画好草图，很多尺寸都是定不下来的，就比如说最基本的箱体整体的结构设计，通过查表根据两根轴之间的中心距来确定下来了大概范围，在坐标纸上简要画出来就为画那张最后的大图纸节省下来很多时间，在这次课程设计的几天时间里，也常问问老师出现的问题，好进一步改进。在画草图的时候老师还和我们特别强调了轴系结构的画法，还有齿轮啮合时候，什么时候才能选齿轮轴都是有条件限制的，不是想当然就画出来，得有理有据才行。 对工具书的使用和查阅：在设计过程中，我们用到了大量的经验公式以及大量取范围值的数据，需要我们翻阅大量的工具书来进行自己设计计算，这让我们这些一直在给定精确公式及数值下学习的我们顿时感到非常的艰辛，取值时往往犹豫不决，瞻前顾后，大大减慢了我们的设计速度。与此同时，我们也发觉到，对工具书使用的不重视是一个非常严重的错误，这也是对我们今后工作中自我学习的一次良好警告。其实画好的减速器装置上的每一个零部件都是有表可查的。哪怕是一个小小的螺钉。细节决定成败：这是在设计的后期过程中体会到的，在设计基本完成后的检查过程中发现有的细节甚至有致命的错误，会将自己在整个设计中的认真全部否决，就是老师反复强调了多次的端盖和轴承的那个部分画图时候要特别注意不要卡到的地方结果还是没有注意，都已经全部加粗和标注好了之后，同学发现了此处错误，不得已又全改过一次，觉得浪费了很多时间。各种细节的完善都是对自己在本次设计过程中所付出的努力的一种肯定，这是对我今后的学习工作的一次实战训练。通过本次设计我对减速器的工作原理以及各种工作机构有了很全面的认识，更对机械传动中的电动机、齿轮、轴、轴承、联轴器、键、箱体等都很做了认真的分析计算和选取，是对一个机械学习者的初次挑战，整个设计过程中每个人都是很辛苦的，但它是对今后学习生活的一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，而且在做完此次课设之后第一次觉得在大学期间这么有成就感，对自己整体的观念的培养和各种工具书的使用等都有所突破，我想这都是这次设计过程收获最大的地方。 第十三节 参考资料（1） 精密机械设计基础教材第五版 高等教育出版社（2） 机械制图教材第五版 高等教育出版社（3） 机械零件设计手册修订版 1995年国防工业出版社（4） 机械设计基础大型作业与课程设计 中国标准出版社（5） 机械设计课程设计手册 高等教育出版社（6） 机械设计 清华大学出版社