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二級(jí)變速箱設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(一)
第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程的目的
機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)和部分非機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練，是機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程重要的綜合性與實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其基本目的是：
(1) 通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。
(2) 學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，掌握通用機(jī)械零件、機(jī)械傳動(dòng)裝置或簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)原理和過(guò)程。
(3) 進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，如計(jì)算、繪圖、熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊(cè)、圖冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和數(shù)據(jù)處理等。
1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容
選擇作為機(jī)械設(shè)計(jì)課程的題目，通常是一般機(jī)械的傳動(dòng)裝置或簡(jiǎn)單機(jī)械。
課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容通常包括：確定傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)方案；選擇電動(dòng)機(jī)；計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)；傳動(dòng)零件、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算；軸承、聯(lián)軸器、潤(rùn)滑、密封和聯(lián)接件的選擇及校核計(jì)算；箱體結(jié)構(gòu)及其附件的設(shè)計(jì)；繪制裝配工作圖及零件工作圖；編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。
在設(shè)計(jì)中完成了以下工作：
�、� 減速器裝配圖1張（A0或A1圖紙）；
�、� 零件工作圖2～3張（傳動(dòng)零件、軸、箱體等）；
�、� 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)1份，6000～8000字。
1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的步驟
機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的步驟通常是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，擬定若干方案并進(jìn)行分析比較，然后確定一個(gè)正確、合理的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行必要的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后用圖紙表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果，用設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)表示設(shè)計(jì)依據(jù)。
機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一般可按照以下所述的幾個(gè)階段進(jìn)行：
1．設(shè)計(jì)準(zhǔn)備
�、� 分析設(shè)計(jì)計(jì)劃任務(wù)書(shū)，明確工作條件、設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容和步驟。
�、� 了解設(shè)計(jì)對(duì)象，閱讀有關(guān)資料、圖紙、觀察事物或模型以進(jìn)行減速器裝拆試驗(yàn)等。
�、� 浮系課程有關(guān)內(nèi)容，熟悉機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法和步驟。
④ 準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)需要的圖書(shū)、資料和用具，并擬定設(shè)計(jì)計(jì)劃等。
2．傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)
① 確定傳動(dòng)方案——圓柱齒輪傳動(dòng)，畫(huà)出傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖。
�、� 計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速、選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。
③ 確定總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比。
�、� 計(jì)算各軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
3．各級(jí)傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)
�、� 減速器內(nèi)的傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)（齒輪傳動(dòng)）。
4．減速器裝配草圖設(shè)計(jì)
�、� 選擇比例尺，合理布置試圖，確定減速器各零件的相對(duì)位置。
② 選擇聯(lián)軸器，初步計(jì)算軸徑，初選軸承型號(hào)，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
�、� 確定軸上力作用點(diǎn)及支點(diǎn)距離，進(jìn)行軸、軸承及鍵的校核計(jì)算。
④ 分別進(jìn)行軸系部件、傳動(dòng)零件、減速器箱體及其附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
5．減速器裝配圖設(shè)計(jì)
�、� 標(biāo)注尺寸、配合及零件序號(hào)。
�、� 編寫(xiě)明細(xì)表、標(biāo)題欄、減速器技術(shù)特性及技術(shù)要求。
�、� 完成裝配圖。
6．零件工作圖設(shè)計(jì)
① 軸類(lèi)零件工作圖。
�、� 齒輪類(lèi)零件工作圖。
③ 箱體類(lèi)零件工作圖。
第一部分 題目及要求
卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)題目
設(shè)計(jì)一卷?yè)P(yáng)機(jī)的傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖如下圖所示。
（1）卷?yè)P(yáng)機(jī)數(shù)據(jù)
卷?yè)P(yáng)機(jī)繩牽引力F(N)、繩牽引速度v(m/s)及卷筒直徑D(mm)見(jiàn)附表。
（2）工作條件
用于建筑工地提升物料，空載啟動(dòng)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，三班制工作，工作平穩(wěn)。
使用期限
工作期限為十年，每年工作300天，三班制工作，每班工作4小時(shí)，檢修期間隔為三年。
產(chǎn)批量及加工條件
小批量生產(chǎn)，無(wú)鑄鋼設(shè)備。
設(shè)計(jì)任務(wù)
1）確定傳動(dòng)方案；
2）選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)；
3）設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置；
4）選擇聯(lián)軸器。
具體作業(yè)
1）減速器裝配圖一張；
2）零件工作圖二張（大齒輪，輸出軸）；
3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。
數(shù)據(jù)表
牽引力F/N 12 10 8 7
牽引速度v/(m/s) 0.3，0.4 0.3，0.4，0.5，0.6
卷筒直徑D/mm 470，500 420，430，450，470，500 430，450，500 440，460，480
卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)題目
設(shè)計(jì)一卷?yè)P(yáng)機(jī)的傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖如下圖所示。
（1）卷?yè)P(yáng)機(jī)數(shù)據(jù)
卷?yè)P(yáng)機(jī)繩牽引力F(N)、繩牽引速度v(m/s)及卷筒直徑D(mm)見(jiàn)附表。
（2）工作條件
用于建筑工地提升物料，空載啟動(dòng)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，三班制工作，工作平穩(wěn)。
使用期限
工作期限為十年，每年工作300天，三班制工作，每班工作4小時(shí)，檢修期間隔為三年。
產(chǎn)批量及加工條件
小批量生產(chǎn)，無(wú)鑄鋼設(shè)備。
設(shè)計(jì)任務(wù)
1）確定傳動(dòng)方案；
2）選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)；
3）設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置；
4）選擇聯(lián)軸器。
具體作業(yè)
1）減速器裝配圖一張；
2）零件工作圖二張（大齒輪，輸出軸）；
3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。
數(shù)據(jù)表
牽引力F/N 12 10 8 7
牽引速度v/(m/s) 0.3，0.4 0.3，0.4，0.5，0.6
卷筒直徑D/mm 470，500 420，430，450，470，500 430，450，500 440，460，480
第二部分 傳動(dòng)方案的分析與擬定
確定總傳動(dòng)比:
由于Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有750,1000,1500和3000r/min四種可供選擇.根據(jù)原始數(shù)據(jù),得到卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒的工作轉(zhuǎn)速為
按四種不同電動(dòng)機(jī)計(jì)算所得的總傳動(dòng)比分別是:
電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 750 1000 1500 3000
系統(tǒng)總傳動(dòng)比 32.71 43.61 65.42 130.83
確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格以及總傳動(dòng)比，750轉(zhuǎn)的低速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)比雖小，但電動(dòng)機(jī)極數(shù)大價(jià)格高，故不可取。3000轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)重量輕，價(jià)格便宜，但總傳動(dòng)比大，傳動(dòng)裝置外廓尺寸大，制造成本高，結(jié)構(gòu)不緊湊，也不可取。剩下兩種相比，如為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，選用1000轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)較好；如考慮電動(dòng)機(jī)重量和價(jià)格，則應(yīng)選用1500轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)�，F(xiàn)選用1500轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，以節(jié)省成本。
確定傳動(dòng)方案：
驗(yàn)算：通常V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比常用范圍為，二級(jí)圓柱齒輪減速器為，則總傳動(dòng)比的范圍為，因此能夠滿(mǎn)足以上總傳動(dòng)比為65.42的要求。
第三部分 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算
1、確定電動(dòng)機(jī)類(lèi)型
按工作要求和條件,選用Y系列籠型三相異步電動(dòng)機(jī),封閉式結(jié)構(gòu)。
2、確定電動(dòng)機(jī)的功率
工作機(jī)的功率
KW
效率的選擇：
V帶傳動(dòng)效率： η1 = 0.96
7級(jí)精度圓柱齒輪傳動(dòng)：η2 = 0.98
滾動(dòng)軸承： η3 = 0.99
彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器： η4 = 0.99
傳動(dòng)滾筒效率： η5 = 0.96
傳動(dòng)裝置總效率為
工作機(jī)所需電動(dòng)機(jī)功率
kw
因載荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率略大于即可。由Y系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動(dòng)機(jī)的額定功率為7.5 kw，結(jié)合其同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)如下：
取同步轉(zhuǎn)速： 1500r/min ——4級(jí)電動(dòng)機(jī)
型號(hào)： Y132M-4
額定功率： 7.5kW
滿(mǎn)載功率： 1440r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩： 2.2
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩： 2.2
第四部分 確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比
1、確定總傳動(dòng)比
2、分配各級(jí)傳動(dòng)比
取V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，則減速器的傳動(dòng)比為
取兩級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)的傳動(dòng)比
則低速級(jí)的傳動(dòng)比
第五部分 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
0軸（電動(dòng)機(jī)軸）：
P0 = Pd =7.2 kW
n0 = nm = 1440 r/min
T0 = 9550×()= N·m
1軸（高速軸）：
P1 = P0η1 = kW
n1 = = r/min
T1 = 9550×()= N·m
2軸（中間軸）：
P2 = P1η2η3 = kW
n2 = r/min
T2 = 9550×()= N·m
3軸（低速軸）：
P3 = P2η2η3 = kW
n3 = r/min
T3 = 9550×()= N·m
4軸（輸出軸）：
P4 = P3η3η4 = kW
n4 = r/min
T4 = 9550×()= N·m
輸出軸功率或輸出軸轉(zhuǎn)矩為各軸的輸入功率或輸入轉(zhuǎn)矩乘以軸承效率(0.99），即
P’= 0.99P
各軸運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)表如下：
軸名 功率P(kW) 轉(zhuǎn)矩T(N·m) 轉(zhuǎn)速
n(r/min) 傳動(dòng)比
i 效率
η
輸入 輸出 輸入 輸出
電動(dòng)機(jī)軸 7.20 47.75 1440
3.8 0.96
1軸 6.91 3.047 155.91 154.35 378.95
4.809 0.97
2軸 6.70 2.896 811.99 803.83 78.80
3.435 0.97
3軸 6.50 2.753 2705.97 2678.91 22.94
1 0.98
輸出軸 6.37 2.590 2651.85 2625.33 22.94
第六部分 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
高速級(jí)斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)
材料選擇：小齒輪40Cr （調(diào)質(zhì)）硬度280HBs； 大齒輪45#鋼（調(diào)質(zhì)）硬度240HBs；（硬度差40HBs）
七級(jí)精度，取Z1=21，Z2=＝4.809×21=100.989，取Z2＝101，
初選螺旋角β=14°，
按齒輪面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
試選載荷系數(shù) Kt=1.6
由動(dòng)力參數(shù)圖，小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
3） 由表10－7（機(jī)械設(shè)計(jì)）選取齒寬系數(shù)
4） 由表10－6查得材料的彈性影響系數(shù)
5） 由圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；
6） 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7） 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)；
8） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)S=1,由式（10-12）得
9）由圖10-26（機(jī)械設(shè)計(jì)）得
εα1 = 0.76
εα2 = 0.86
則端面重合度
10）由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)ZH = 2.433
11） 計(jì)算許用接觸應(yīng)力
=
12）計(jì)算：
試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得
計(jì)算圓周速度
計(jì)算齒寬b及模數(shù)
= 1×60.59 = 60.59 mm
mnt = = mm
h = 2.25 mnt = mm
計(jì)算縱向重合度
縱向重合度=0.318×φdZ1tanβ =
計(jì)算載荷系數(shù)K
已知，KA=1，取Kv=1.05（由圖10-8查得），由表10-4查得的計(jì)算公式
∴KHβ = 1.15+0.18(1+0.6φd2)+0.23×10-3×60.59 = 1.45
由圖10-13，得KFβ = 1.4
由表10-3，得
∴K = KA·Kv·KHα·KHβ = 1×1.05×1.3×1.45 = 1.98
按實(shí)際得載荷系數(shù)校正所算得德分度圓直徑，由試（10-10a）得
計(jì)算模數(shù)
mn= =
13） 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ；
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4，由式10-12得
計(jì)算載荷系數(shù)
K = KA·Kv·KFα·KFβ = 1×1.05×1.3×1.4= 1.91
根據(jù)縱向重合度εβ=1.6650，由圖10-28，查得螺旋角影響系數(shù)Yβ=0.88
計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
= 22.9883
查取齒形系數(shù)
由表10-5查得 YFα1=2.69，YFα2=2.20，
查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5查得 YSα1=1.56，YSα2=1.79
計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較
大齒輪的數(shù)值較大。
設(shè)計(jì)計(jì)算
經(jīng)園整，mn=2 mm
∵，∴mn=2.5 mm
Z1 = =，取Z1=25，Z2=120
幾何尺寸計(jì)算：
中心距 a =經(jīng)園整，a = 187 mm
修正螺旋角， =∵β變動(dòng)不大，∴εα、εβ、ZH無(wú)需修正。
計(jì)算大、小齒輪的分度直徑
mmmm
計(jì)算齒輪寬度
b = φdd1 = mm園整后，B2=65mm，B1=70mm
da1 = d1+2ha1 =69.48
da2 = d2+2ha2 = 315.08
df1 = d1-2hf1 = 49.48
df2 = d2-2hf2 =305.08
第九部分 軸的設(shè)計(jì)
高速軸：初定最小直徑，選用材料45#鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A0=112（下同）則dmin = A0 = mm∵最小軸徑處有鍵槽∴dmin’ = 1.07 dmin = 17.72mm∵最小直徑為安裝聯(lián)軸器外半徑，取KA=1.7，同上所述已選用TL4彈性套柱聯(lián)軸器，軸孔半徑d=20mm∴取高速軸的最小軸徑為20mm。由于軸承同時(shí)受徑向和軸向載荷，故選用單列圓錐滾子軸承按國(guó)標(biāo)T297-94選取30206。D×d×T=17.25mm∴軸承處軸徑d=30mm高速軸簡(jiǎn)圖如下：
取l1=38+46=84mm，l3=72mm，取擋圈直徑D=28mm，取d2=d4=25mm，d3=30mm，l2=l4=26.5mm，d1=d5=20mm。齒輪輪轂寬度為46mm，取l5=28mm。聯(lián)軸器用鍵：園頭普通平鍵。 b×h=6×6，長(zhǎng)l=26mm齒輪用鍵：同上。b×h=6×6，長(zhǎng)l=10mm，倒角為2×45°
中間軸：中間軸簡(jiǎn)圖如下：初定最小直徑dmin= =22.1mm選用30305軸承，d×D×T = 25×62×18.25mm∴d1=d6=25mm，取l1=27mm，l6=52mm l2=l4=10mm，d2=d4=35mm，l3=53mm d3=50mm，d5=30mm，l5=1.2×d5=36mm齒輪用鍵：園頭普通鍵：b×h=12×8，長(zhǎng)l=20mm
低速軸：低速軸簡(jiǎn)圖如下：初定最小直徑：dmin = = 34.5mm∵最小軸徑處有鍵槽∴dmin’=1.07dmin=36.915mm取d1=45mm，d2=55mm，d3=60mm，d4=d2=55mmd5=50mm，d6=45mm，d7=40mm；l1=45mm，l2=44mm，l3=6mm，l4=60mm，l5=38mm，l6=40mm，l7=60mm齒輪用鍵：園頭普通鍵：b×h=16×6，長(zhǎng)l=36mm選用30309軸承：d×D×T = 40×90×25.25mm；B=23mm；C=20mm
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