1、一、 目的與要求1 機械設計課程設計是機械原理課程的最后一個教學環節，其目的是：11 通過課程設計，培養學生綜合運用所學知識，結合生產實際分析解決機械工程問題的能力，并使所學知識進一步鞏固、加深；12 學習機械設計的一般方法，了解和掌握簡單機械傳動裝置的設計過程和進行方式，培養學生開發和創新機械產品的能力；13 通過課程設計，進一步提高學生的設計基本技能能力，如計算、繪圖、查閱資料、熟悉標準和規范。2 機械設計課程設計要求：21 能夠樹立正確的設計思想，力求所做設計合理、實用、經濟；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。23 掌握邊畫、邊計算

2、、邊修改的設計過程，正確使用參考資料和標準規范。24 要求圖紙符合國家標準，計算說明書正確、書寫工整。二、 設計內容及要求1 設計題目設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 螺旋筒軸上的轉速（允許轉速誤差為±5% ）3 工作情況 三班制連續單向運轉，載荷較平穩4 使用折舊期 10年5 動力來源：電力，三相交流，電壓380V6 制造條件及生產機量 一般機械廠制造，單件生產螺旋輸送機用減速器方案如下圖所示：2設計內容1）傳動裝置的總體方案設計；選擇電動機；計算運動和動力參數；傳動零件的設計。2）繪制裝配圖和零件圖。3）設計計算說明書一份，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，傳動零件的設計，軸、軸承、鍵的校核，聯軸器的選擇，箱體的設計等。三、 進度計劃序號設計內容完成時間備注1傳動裝置的總體方案設計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、編寫設計計算說明書4天：4提交設計、教師審圖、評定成績1天：四、 課程設計成果要求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）設計說明書一份。二 課程設計正文第一節 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

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），十字滑塊聯軸器效率。由以上數據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，所以電動機轉速可選范圍為5767200r/min，所以選擇同步轉速為1500電動機,型號為。電機各尺寸及主要性能如下:額定率同步轉速滿載轉速堵轉轉矩額定轉矩最大轉矩額定轉矩質量(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 分配各級傳動比由 ，開式錐齒輪傳動 初選 ，第三節 傳動裝置運動和動力參數的計算1.各軸轉速取高速軸為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.各軸輸入轉矩 I軸 II軸 . III軸 第四節 減速器外傳動零件的設計一. 開式錐齒輪傳動的設計 1. 選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數 1) 由表10-1選小齒輪為45調質鋼,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 ， 大齒輪齒數 2. 按齒根彎曲疲勞強度設計 確定公式內的各計算數值 1) 試選載荷系數 2) 計算小齒輪傳遞的轉矩 3) 選取齒寬系數 4) 當量齒數 5) 由表10-5查得齒形系數和應力校正系數 6) 計算應力循環次數(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 取彎曲疲勞強度的安全系數，由式10-12得 則 8） 所以小齒輪的數據大。3. 驗算 1) 2) 由查圖10-8得動載系數 （取8級精度） 3) 已知傳動平穩,原動機為電動機，查表10-2取使用系數 4) 由于是錐

7、齒輪,教材給出齒間載荷分配系數 5) 齒向載荷分布系數 ,且小齒輪和大齒輪均是工業用懸臂,查表10-9取軸承系數 則 所以載荷系數 6) 模數 對比計算結果，齒面接觸強度計算的模數大于齒根設計的模數，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 減速器內傳動零件的設計計算 一. 高速級斜齒輪設計 1. 選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數 1>由表10-1選小齒輪為45調質鋼,硬度為240HBS,大齒輪為45鋼（常化），硬度210HBS， 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 , 大齒輪齒數， 取Z2為95

8、4> 選取螺旋角,初選 2. 按齒面接觸強度設計 按式10-21計算 , 即 1) 確定公式內的各計算數值 1> 試選 2> 由圖10-30選取區域系數 3> 由圖10-26查得 , , 則 4> 由表10-7選取齒寬系數 , 小齒輪傳動轉矩 5> 由表10-6查得材料的彈性影響系數 6> 由圖10-21d查得大小齒輪的接觸疲勞強度 7> 大小齒輪應力循環 8>由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數 9> 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1% , 安全系數 , 由式10-12得 則許用接觸應力 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 4> 計算縱向重合度 5> 計算載荷系數K 載荷平穩取使用系數,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 由表10-3查得 故載荷系數 6> 按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑,由式10-10a得 7> 計算模數 3. 按齒根彎曲強度設計 按式10-17計算 , 即 1)確定計算參數 1> 計算載荷參數, 2> 根據縱向重合度,從圖10-28查得螺旋角影響系數 3> 計算當量齒數 4> 由表10-5查取齒形系數和應力校正系數 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 6> 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數s=1.4 , 由式10-12得 7> 計算大小齒輪的 , 并加以比較 ， 大齒輪數值大2) 設計計算 按接觸疲勞設計得 ，按彎曲疲勞設計得 ，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、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 故設計合理。修正傳動比，則二. 低速級斜齒輪設計1. 選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數 1&g

11、t;表10-1選小齒輪為45鋼,調質處理，硬度為240HBS,大齒輪為45鋼，?；幚?，硬度210HBS， 兩者硬度相差30HBS。 2> 取為精度等級8級。 3> 選小齒輪齒數 , 大齒輪齒數， 4> 選取螺旋角,初選 2. 按齒面接觸強度設計 按式10-21計算 , 即 1) 確定公式內的各計算數值 1> 試選 2> 由圖10-30選取區域系數 3> 由圖10-26查得 , , 則 4> 由表10-7選取齒寬系數 , 小齒輪傳動轉矩 ， 5> 由表10-6查得材料的彈性影響系數 6> 由圖10-21d查得大小齒輪的接觸疲勞強度 ， 7&

12、gt; 大小齒輪應力循環次數為 8> 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數 9> 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為, 安全系數 , 由式10-12得 則許用接觸應力 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 4> 計算縱向重合度 5> 計算載荷系數K 載荷平穩，取使用系數,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 由表10-3查得 故載荷系數 6> 按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑,由式10-10a得 7> 計算模數 3.按齒根彎曲強度設計

13、按式10-17計算 , 即 1） 確定計算參數 1> 計算載荷參數, 2> 根據縱向重合度,從圖10-28查得螺旋角影響系數 3> 計算當量齒數 4> 由表10-5查取齒形系數和應力校正系數 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 6> 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數, 由式10-12得 7> 計算大小齒輪的 , 并加以比較 大齒輪數值大2) 設計計算 按彎曲疲勞設計得 ，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、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 =>故設計合理。6. 驗算總傳動比 故設計符合要求 第六節 繪圖準備與軸的設計 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> 確定箱體內壁線 取箱體壁厚為，為避免齒輪與箱體內壁干涉,齒輪與箱體的內壁應留有一定的距離,大齒輪齒頂圓與箱體內壁距離取，小齒輪端面與箱體內壁取兩級齒輪端應留有間隙,取,小齒輪齒頂圓與箱體內壁的距離暫不能確定,待完成主視圖中箱體結構的設計后才能確定。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:箱體軸承座內端面為箱體內壁,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,取軸承內端面至箱體內壁的距離為 。 三. 軸的設計 裝配總體方案如圖：各軸轉向已知，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所受軸向力應與之相反。軸同理，故由此可知各齒輪所受軸向力，結合主動輪轉向，可以得出齒輪旋向。受力圖及轉旋向標示如圖。)軸I的設計 > 求軸I的功率 , 轉速 , 轉矩 , , 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,調質處

17、理 根據表15-3,取,于是得 此軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處的最小直徑,為使所選軸徑與聯軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯軸器型號。 聯軸器的計算轉矩 轉矩變化很小，查表14-1，取 應小于聯軸器公稱轉矩，故選用TL4型彈性套柱銷聯軸器，公稱轉矩為,半聯軸器的直徑，半聯軸器長度，半聯軸器與軸配合的轂孔長度。 4> 軸的結構設計 . 擬定軸上零件的裝配方案如上圖一 . 根據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)半聯軸器與軸配合的轂孔長度，I-II段長度應比略短一些，故取。 初步選擇角接觸球軸承 參照工作要求并根據,由軸承產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需離箱體內壁軸承安裝離箱體內壁及軸承寬度，因此取。 由于齒輪1分度圓直徑，軸段，故只能將齒輪設計為齒輪軸，。軸與齒輪的材料均為45鋼，二者不矛盾，設計可行。(5) 根據軸承外徑,取螺釘直徑,則軸承端蓋的各尺寸可計算如下: （6）根據軸的裝配可求得箱體內壁寬度為,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軸器的孔徑要求及軸頸的初估值綜合考慮確定，還應滿足鍵聯接強度要求，并按標準選取尺寸。應該大于齒根圓直徑36.537mm 綜合數據：I-IIII-IIIIII-IV

19、IV-VV-VIVI-VIIVII-VIIId（)28323541444135L()4055359551823 . 軸上零件的周向定位 半聯軸器與軸的周向定位采用平鍵聯接,可選用平鍵為,半聯軸器與軸的配合為。 . 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 根據結構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及上表中的數值可得 根據軸所選定的材料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,查表13-5得,載荷平穩,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。. 鍵聯接強度的校核 根據所選平鍵查表6-2得鍵的許用擠壓應力,因為 所以鍵合格。2） 軸II的設計 1> 求

21、軸II的功率 , 轉速 , 轉矩 , , 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,調質處理 根據表15-3,取,于是得 · 軸選用7207AC，軸承。4>軸的結構設計 . 擬定軸上零件的裝配方案如下圖 123456. 根據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， 箱體內壁距離為 軸承座寬度(5) 根據軸承外徑,取螺釘直徑,則軸承端蓋的各尺寸可計算如下: 由以上數據，設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 根據結構圖,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及上表中的數值可得 根據所選定的材料,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,查表13-5得,載荷平穩,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 . 鍵聯接強度校核 根據所選平鍵和查表6-2得鍵的許用擠壓應力均為 因為 故鍵合格.3) 軸的設計 1>

24、; 求軸上的功率 , 轉速 和轉矩 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>軸的結構設計 . 擬定軸上零件的裝配方案如下圖五所示24567138. 根據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 軸承內圈寬度， 箱體內壁距離為 軸承座寬度(5) 根據軸承外徑,取螺釘直徑,則軸承端蓋的各尺寸可計算如下: 由以上數據，設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 根據結構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及上表中的數值可得 根據所選定的材料,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, d) 計算載荷