减速器装配图、大齿轮零件图和输出轴零件图

第1章 初始参数及其设计要求 保证机构件强度前提下，注意外形美观，各部分比例协调。 初始参数：功率P=2.8kW，总传动比i=5 第2章 电动机 2.1 电动机的选择 根据粉碎机的工作条件及生产要求，在电动机能够满足使用要求的前提下，尽可能选用价格较低的电动机，以降低制造成本。由于额定功率相同的电动机，如果转速越低，则尺寸越大，价格越贵。粉碎机所需要的功率为 ，故选用Y系列（Y100L2-4）型三相笼型异步电动机。 Y系列三相笼型异步电动机是按照国际电工委员会（IEO）设计的，具有国际互换性的特点。其中Y系列（Y100L2-4）电动机为全封闭的自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防灰尘、铁屑或其它杂务物侵入电动机内部之特点,B级绝缘,工作环境不超过＋40℃,相对温度不超过95%,海拔高度不超过1000m,额定电压为380V,频率50HZ,适用于无特殊要求的机械上，如农业机械。 Y系列三相笼型异步电动具有效率高、启动转矩大、且提高了防护等级为IP54、提高了绝缘等级、噪音低、结构合理产品先进、应用很广泛。其主要技术参数如下： 型号：   同步转速： 额定功率： 满载转速： 堵转转矩/额定转矩：   最大转矩/额定转矩： 质量： 极数：4极 机座中心高： 该电动机采用立式安装，机座不带底脚，端盖与凸缘，轴伸向下。 2.2 电机机座的选择 2-1机座带底脚、端盖无凸缘Y系列电动机的安装及外型尺寸（mm） 机座号 级数 A B C D E F G 100L 4 160 140 63 28 60 8 24 H K AB AC AD BB HD L - 100 12 205 205 180 170 245 380 -                   第3章 传动比及其相关参数计算 3.1 传动比及其相关参数的分配 根据设计要求，电动机型号为Y100L2-4，功率P=3kw，转速n=1420r/min。输出端转速为n=300r/min。 总传动比： ；       （3-1） 分配传动比：取 ； 齿轮减速器： ；                    （3-2） 高速传动比： ；            （3-3） 低速传动比： 。                    （3-2） 3.2 运动参数计算 3.2.1 各轴转速 电机输出轴：    轴 ： （3-4）    轴 ： （3-4）    轴 ： （3-4） 3.2.2 功率计算 Y型三相异步电动机，额定电压380伏，闭式。 查手册取机械效率： ，联轴器 轴承 动载荷系数：K=1    输出功率： 总传动效率：             （3-5） 电动机所需功率： 即 轴 ：                   （3-6） 轴 ： 轴 ： 3.2.3 转矩计算 （3-7） 3.2.4 参数列表 表3-1传动系统及其运动参数 轴 参数 电机轴 轴 轴 轴 功率P（kw） 2.46 2.34 2.2 转速n(r/min) 1420 473.33 315.6 300 转矩T(N.mm)           第4章 带及带轮的设计 根据设计及结构，该机选用普通V带传动。它具有缓和载荷冲击、运行平稳、无噪音、中心距变化范围较大、结构简单、制造成本低、使用安全等优点。 4.1 普通V带传动的计算 已知：电动机功率 ， 电动机转速 ，粉碎机主轴转速 。 4.1.1 确定V带型号和带轮直径 工作情况系数      由《机械设计基础（第三版）》表8.21工作情况 计算功率                  选带型号          由图8.12普通V带选型图            A型普通V带  小带轮直径        取 大带轮直径        带传动滑动率ε一般为1%～2%  取ε=1% （4-1） 取 大带轮转速                    （4-2）  结果在5—25m/s之间，满足要求。 4.1.2 确定带长 求             （4-3）    求               （4-4） （4-5） = 取标准值 4.1.3 确定中心距a 初定中心距 （4-6） 根据实际确定：初定中心距         计算实际中心距 4.1.4 确定带轮包角 小带轮包角                （4-7） ，满足要求 4.1.5 确定带根数Z 带速             取 传动比                       取 带根数           由表8.9A型单根V带的基本额定功率 由图8.11小带轮包角系数      取 由《机械设计基础（第三版）》表8.4查得 由表8.19普通V带传动比系数    取 由式          （4-8） 取 4.1.6 确定轴上载荷 单根V带张紧力    由式8.19，由表11.4  （4-9） = =169.24N                         轴上载荷          =1003.08 （4-10） 4.1.7 选择带型 选用3根A—4000GB/T 11544-1997的V带，中心距a=470mm，带长1400mm 4.2 带轮结构 带速 时的带传动，其带轮内一般用HT200制造，高速时应使用钢制造，带轮的速度可达到 。由于该机带速为 ，故带轮选用HT200。在设计带轮结构时，应使带轮易于制造，能避免因制造而产生过大的内应力，重量要轻。根据结构设计，大带轮选用腹板式结构；小直径的带轮可以制造为圆柱形。故该机小带轮制造为圆柱形。 带截面尺寸和带轮轮缘尺寸： 带型号：A型    顶部宽 ：13㎜  节宽 ：11.0㎜  高度 ： 带轮基本参数： 基准宽度 ，基准线上槽深 ，基准线下槽 ， 槽间距 ，槽边距 ，最小轮缘厚 ， 带轮宽度 =48mm（ —轮槽数），外径 第5章 齿轮传动的设计 5.1 齿轮传动概述 齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。其主要优点是传动效率高，传动比准确，结构紧凑，工作可靠，寿命长；主要缺点是制造成本高，不适宜于远距离两轴之间的传动。按照工作条件，齿轮传动可分为开式传动和闭式传动两种。开式传动：齿轮外露，不能保证良好的润滑，且易于落入灰尘、异物等，齿轮面易磨损。闭式传动：齿轮被密封在刚性的箱体内，密封润滑条件好，安装精度高。重要的齿轮传动大多数采用闭式传动。 5.2 高速级齿轮设计与计算 5.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1.根据传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。 2.运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88）。 3.材料选择。由《机械设计基础（第三版）》表10-1选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为ZG310-570（正火），硬度为235HBS，二者材料硬度差为45HBS。 4.选小齿轮齿数 =41，大齿轮齿数 圆整后齿数取 =193。 5.2.2 按齿面接触强度设计 按照下式试算： （5-1） 1.确定公式内的各计算数值 转矩 试选载荷系数1.6 由《机械设计基础（第三版）》表10-7选取齿宽系数 由表《机械设计基础（第三版）》表10-6查得材料的弹性影响系数 由《机械设计基础（第三版）》图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 由《机械设计基础（第三版）》式10-13计算应力循环次数 （5-2） 由《机械设计基础（第三版）》图10-19查得接触疲劳寿命系数 ， 计算接触疲劳应力 取失效概率为1％，安全系数S=1，由式10-12得： （5-3） 因此，许用接触应力       （5-4） 由《机械设计基础（第三版）》图10-30选取区域系数 2.设计计算 试算小齿轮分度圆直径 ，由计算公式得： 计算圆周速度 （5-5） 计算齿宽b及模数 （5-6） （5-7） （5-8） 计算纵向重合度 （5-9） 计算载荷系数 查《机械设计基础（第三版）》表10-2得载荷系数 =1 根据V=3.28m/s，8级精度，由《机械设计基础（第三版）》图10-8查得动载荷系数 =1.16 由《机械设计基础（第三版）》表10-4查得： 由《机械设计基础（第三版）》表10-13查得 =1.325 由《机械设计基础（第三版）》表10-3查得 = =1.2 因此，载荷系数         （5-10） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （5-11） 计算模数 （5-12） 5.2.3 按齿根弯曲强度设计 按下式计算： （5-13） 1. 确定公式内的各计算数值 1)计算载荷系数 2)根据纵向重合度 ，从《机械设计基础（第三版）》图10-28查得螺旋角影响系数 3)计算当量齿数 （5-14） 4)查取齿形系数 由《机械设计基础（第三版）》表10-5查得 ， 5)查取应力校正系数 由《机械设计基础（第三版）》表 10-5查得 ， 6)由《机械设计基础（第三版）》图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 7)由《机械设计基础（第三版）》图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 ， 8)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式10-12得： （5-15） 9)计算小、大齿轮的 并加以比较 （5-16） 大齿轮的数值较大。 2.设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=1.25mm已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=51.25mm， 来计算应有的齿数。于是由： （5-17） 取 ，则 ，取 。 5.2.4 几何尺寸计算 1. 计算中心距 （5-18） 将中心距圆整为146mm。 2. 修正螺旋角 （5-19） 因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。 3.小、大齿轮的分度圆直径 （5-20） 4.计算齿宽 圆整后，小齿轮齿宽 ，大齿轮齿宽 。 5.2.5 齿轮的主要几何参数 表5-1 齿轮各主要参数 参数名称 小齿轮 大齿轮 齿数Z 41 193 模数m 1.25 1.25 齿轮分度圆直径d mm 51.25 241.25 齿轮齿顶圆直径 mm 53.75 243.75 齿轮基圆直径 mm 48.2 226.7 齿宽b mm 53 58.4 齿轮中心距       5.3 低速级齿轮设计与计算 5.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1.根据传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。 2.精度等级仍选用8级精度（GB10095-88）。 3.材料选择。由《机械设计基础（第三版）》表10-1选择小齿轮材料为45（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为ZG310-570（正火），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 4.选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 取 5.3.2 按齿面接触强度设计 按照下式试算： （5-1） 1.确定公式内的各计算数值 1)转矩 2)试选载荷系数 3)由《机械设计基础（第三版）》表10-7选取齿宽系数 4)由《机械设计基础（第三版）》表10-6查得材料的弹性影响系数 5)由图《机械设计基础（第三版）》表10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ； 大齿轮的接触疲劳强度极限 6)由《机械设计基础（第三版）》式10-13计算应力循环次数 （5-2） 7)由《机械设计基础（第三版）》图10-19查得接触疲劳寿命系数 ， 8)计算接触疲劳应力 取失效概率为1％，安全系数S=1，由式10-12得： （5-3） 因此，许用接触应力     （5-4） 9)由《机械设计基础（第三版）》图10-30选取区域系数 10)由《机械设计基础（第三版）》图10-26查得 ， 因此有 2.设计计算 1)试算小齿轮分度圆直径 ，由计算公式得： 2)计算圆周速度 （5-6） 3)计算齿宽b及模数 4)计算纵向重合度 5)计算载荷系数 查《机械设计基础（第三版）》表10-2得载荷系数 =1 根据v=0.96m/s，8级精度，由图10-8查得动载荷 数 =1.04 由《机械设计基础（第三版）》表10-4查得： 由《机械设计基础（第三版）》表10-13查得 =1.35 由《机械设计基础（第三版）》表10-3查得 = =1.2 因此，载荷系数 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （5-11） 7)计算模数 （5-12） 5.3.3 按齿根弯曲强度设计 按下式计算： （5-13） 1.确定公式内的各计算数值 1)计算载荷系数 2)根据纵向重合度 ，从《机械设计基础（第三版）》图10-28查得螺旋角影响系数 。 3)计算当量齿数 （5-14） 4)查取齿形系数 由《机械设计基础（第三版）》表10-5查得 ， 5)查取应力校正系数 由《机械设计基础（第三版）》表 10-5查得 ， 6)由《机械设计基础（第三版）》图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 7)由《机械设计基础（第三版）》图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 ， 8)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1，得： （5-15） 9)计算小、大齿轮的 并加以比较 （5-16） 大齿轮的数值较大。 2.设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=2mm已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d3=86mm来计算应有的齿数。于是由： （5-17） 则 。 5.3.4 几何尺寸计算 1.计算中心距 （5-18） 2.修正螺旋角 （5-19） 因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。 3.小、大齿轮的分度圆直径 （5-20） 4.计算齿宽 圆整后，小齿轮齿宽 ，大齿轮齿宽 5.3.5 齿轮的主要几何参数 表5-2齿轮各主要参数 参数名称 小齿轮 大齿轮 齿数Z 43 142 模数m 2 2 齿轮分度圆直径d mm 86 284 齿轮齿顶圆直径 mm 90 288 齿轮基圆直径 mm 80.81 266.87 齿宽b mm 79.6 73.6 齿轮中心距       第6章 传动轴和传动轴承的设计 6.1 轴的概述 轴是组成机器的重要零件之一，其功用是支撑回转零件及传递运动和动力，因此大多数轴都要承受转矩和弯矩的作用。 轴的分类：按照承受弯、扭载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性小，又可以通过热处理提高其耐磨性及疲劳强度，故应以较为广泛，其中最常用的是45号优质碳素钢。为保证力学性能，一般应进行调质和正火处理。合金钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能，可以再传递大功率并要求减小尺寸与质量和提高轴颈耐磨性时采用。 6.2 高速轴的设计及校核 6.2.1 选择轴的材料 考虑到本轴输入功率不大，转速较低，对材料无特殊要求，因此决定选择使用45钢，硬度217~255HBS。查机械设计手册可知 ， 。 6.2.2 初估直径 查表14.1常用材料的 值和C值得材料系数C=112 于是 （6-1） 考虑到轴上有一个键槽，轴径应增加3~5%，所以 ，圆整取20mm 6.2.3 结构设计 轴结构及格部分尺寸如下图所示： 图6.1 高速轴 6.2.4 强度校核 齿轮上作用力： (6-2) (6-3) 如图，计算水平支反力： 图6.2弯矩图 如图，计算垂直支反力： 绘制水平弯矩图如图，最高点弯矩为 绘制垂直弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 绘制合成弯矩图如图，从左往右点弯矩分别为： 注意到 ，由表可得 ， ， 于是，         (6-4) 当量转矩 据此，绘制转矩及当量转矩绘图如图所示。 求危险截面的当量弯矩并绘制当量弯矩图如图，自左向右折点依次对应以下数据： (6-5) 确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面 ，危险截面校核 ，危险截面校核 ： 符合要求 符合要求 符合要求 由此得出结论，用当量弯矩法校核所得结果强度要求。 另外，考虑到安装齿轮轴的直径与齿轮齿根圆直径相差约四个模数，因此可以把该轴段做成齿轮轴，其左边定位轴肩不变，轮齿两端角至轴肩。 6.3 高速轴轴承校核 选择轴承的型号为：角接触球轴承7207C。其中轴承参数为：D=72mm，B=17mm，Cr=19.8KN，Cor=13.5KN。 (6-6) 根据公式计算得 可得e=0.394 则     注意到 ，可知轴承1被压紧，轴承2放松。 则 ， 对轴承1， ，取 ，查得 对轴承2， ，取 ， 由表得冲击载荷系数 因为 ，这里仅校核轴承1的寿命。 轴承符合强度要求。 6.4 中间轴设计及校核 6.4.1 选择轴的材料 考虑到本轴输入功率不大，转速较低，对材料无特殊要求，因此决定选择使用调质45钢，硬度为217~255HBS。查机械设计手册可知 6.4.2 初估直径 由表可得材料系数C=112 于是       （6-1） 考虑到轴上有键槽，轴径应增加3%，所以 ，圆整取35mm 6.4.3 结构设计 轴结构尺寸如下图，倒角均为C1，各轴段过渡处圆角均R1，齿轮处过渡圆角R2。 图6.3中间轴 6.4.4 强度校核 齿轮上作用力： （ ） （ ）(6-2) （ ）  (6-3) 图6.4弯矩图 如图，计算水平支反力： 如图，计算垂直支反力： 绘制水平弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 绘制垂直弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 绘制合成弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 注意到 ，有表可得 ， 于是         (6-4) 当量转矩 据此，绘制转矩及当量转矩如图所示。 求危险截面的当量弯矩并绘制当量弯矩如图，从左往右折点依次对应以下数据： (6-5) 确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面 ，危险截面 ： 符合要求 符合要求 由此得出结论，用当量弯矩法校核所得结果符合强度要求。 6.5 中间轴轴承校核 根据表，选择轴承型号为：7207C。其中轴承系数为：D=72mm，B=17mm，Cr=19.8KN，Cor=13.5KN。 (6-6) （方向同 ） 根据   e=0.4 则     注意到 ，可知轴承1被压紧，轴承2放松。 则 ， 对轴承1， ，取 ， 对轴承2， ，取 ， 由表冲击载荷系数得 因为 ，这里仅校核轴承1的寿命。 轴承符合强度要求。 6.6 低速轴设计及校核 6.6.1 选择轴的材料 考虑到本轴输入功率不大，转速较低，对材料无特殊要求，因此决定选择使用调质45钢，硬度为217~255HBS。查机械设计手册可知 6.6.2 初估直径 由表材料系数得C=112 于是，   考虑到轴上有一键槽，轴径应增加3%，所以 ，同时考虑联轴器孔径标准系列，这里 轴最端直径圆整取50mm。 6.6.3 结构设计 轴结构尺寸如下图，倒角均为C1，各轴段过渡处圆角均R1，齿轮处过渡圆角R1.5。联轴器的轴向固定可以采用套筒。 图6.5低速轴 6.6.4 强度校核 齿轮上作用力： （ ） （ ）  (6-2) （ ）    (6-3) 如图，计算水平支反力： 图6.6弯矩图 如图，计算垂直支反力： 绘制水平弯矩图如图，最高点弯矩为： 绘制垂直弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 绘制合成弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 注意到 ，有表可得 ， 于是         (6-4) 当量转矩 据此，绘制转矩及当量转矩如图所示。 求危险截面的当量弯矩并绘制当量弯矩如图，从左往右折点依次对应以下数据： (6-5) 确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面 ，危险截面 ： 符合要求 符合要求 由此得出结论，用当量弯矩法校核所得结果符合强度要求。 6.7 低速轴轴承校核 根据表，选择轴承型号为：7212C。其中轴承系数为：D=110mm，B=22mm，Cr=7.05KN，Cor=6.65KN。 (6-6) 根据   e=0.426 则     注意到 ，可知轴承1被压紧，轴承2放松。 则 ， 对轴承1， ，取 ， 对轴承2， ，取 ， 由表冲击载荷系数得 因为 ，这里仅校核轴承2的寿命。 轴承符合强度要求。 第7章 键的选择和校核 7.1 平键的概述 平键可分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。其中普通平键和薄型平键用于静连接，导向平键和滑键用于动连接。 平键连接的工作原理：平键的下半部分装在轴上的键槽中，上半部分装在轮毂的键槽中。键的顶面与轮毂之间有少量间隙，键靠侧面传递扭矩。轮毂与轴通过圆柱表面配合实现轮毂中心与轴心的对中。 7.2 键的选择 7.2.1 电动机小带轮端的键 考虑到电机输出轴直径D=28mm，输出轴外伸端长度E=60mm，决定选择使用圆头普通平键，尺寸 ,长度 。型号 1096 键的接触长度 。 ，则键联接所能传递的转矩为： (7-1) 符合强度要求。 7.2.2 高速轴大带轮端的键 高速轴带轮端尺寸： ，决定选择使用圆头普通平键， 长度 。型号 1096 键的接触长度 。 ，则键联接所能传递的扭矩为： (7-1) 符合强度要求。 7.2.3 中间轴的键 大齿轮端：大齿轮轮段尺寸： ，决定选择使用圆头普通平键，材料为锻钢，尺寸 ，长度 。型号 1096 键的接触长度 。 ，则键联接所能传递的转矩为： (7-1) 符合强度要求。 小齿轮端：小齿轮轮段尺寸： ，决定选择使用圆头普通平键，材料为锻钢，尺寸 ，长度 。 键的接触长度 。 ，则键联接所能传递的转矩为： (7-1) 符合强度要求。 7.2.4 低速轴的键 低速轴带轮端尺寸： ，决定选择使用圆头普通平键，材料锻钢， ，长度 。型号 1096 键的接触长度 。 ，则键联接所能传递的扭矩为： 不符合强度要求，可以采用对称双键结构，则强度即可符合要求，此时此处轴径需继续增大3%，即 。同时，最小轴径增大到52mm。 7.2.5 联轴器的键 联轴器处相关尺寸： ，决定选择使用圆头普通平键，材料锻钢， ，长度 。型号 1096 键的接触长度 。 ，则键联接所能传递的扭矩为： 不符合强度要求，可以采用对称双键结构，则强度即可符合要求，此时此处轴径需继续增大3%，即 。 第8章 联轴器的选择和校核 8.1 联轴器的概述 用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减震和提高轴系动态性能的作用。联轴器按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可分为：固定式联轴器和可移动式联轴器。 8.2 联轴器的设计 联轴器允许的公称转矩： 。据此，决定选择使用ML8型梅花形弹性联轴器GB5272-85，弹性硬度C>94。 主动端：Z型轴孔，C型键槽 ， 从动端：Y型轴孔，B型键槽 ， (8-1) 取 ，所以ML8型联轴器的标准型号为： ，联轴器符合强度要求。 第9章 润滑与密封 传动系统中的齿轮等传动件采用油浴润滑，带传动和链传动等开式传动装置各轴承采用脂润滑。转动系统轴承采用飞溅润滑，毡圈密封，在下箱体上端面加工出油沟。根据《机械设计基础课程设计（第三版）》附表7.1工业常用润滑油的性质和用途查得润滑油运动粘度为220cSt，据此决定选择采用牌号为220的L-CKC工业闭式齿轮油，浸油润滑，润滑油油面添加到指定高度。 主要采用的润滑剂（《机械设计基础课程设计指导书（第三版）》附表7.2常用润滑脂的主要性质和用途）： 1.稀油润滑 优点：内摩擦系数小，所以克服摩擦力的能量消耗少，适用于高速运转的零部件：稀油流动性好，易进入各润滑点的摩擦表面，当采用循环供油时有良好的冷却作用，并可将粘附在摩擦表面上的杂志和金属颗粒带走。 缺点：油膜不能承受大的单位压力，否则润滑油将会从摩擦表面挤走变成干摩擦，起不到润滑作用：由于稀油流动性好，对密封的要求就高。 2.干油润滑 优点：易于密封，在垂直的摩擦表面流失少：受温度的影响不像润滑油那么大，对载荷性质、运动速度的变化有较大的适应范围。 缺点：流动性不好，内摩擦系数大，在高温下长期工作时会失去润滑性能。